WO2025083530A1 - Semiconductor device - Google Patents
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- H10K59/10—OLED displays
- H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays
Definitions
- One aspect of the present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
- One aspect of the present invention relates to a transistor and a manufacturing method thereof.
- One aspect of the present invention relates to a display device having a semiconductor device.
- one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
- Examples of technical fields of one embodiment of the present invention include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, electronic devices, lighting devices, input devices (e.g., touch sensors), input/output devices (e.g., touch panels), driving methods thereof, or manufacturing methods thereof.
- a semiconductor device is a device that utilizes semiconductor characteristics, and refers to a circuit including a semiconductor element (transistor, diode, photodiode, etc.), a device having such a circuit, etc. Also, it refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. For example, an integrated circuit, a chip including an integrated circuit, and an electronic component that houses a chip in a package are examples of semiconductor devices. Also, memory devices, display devices, light-emitting devices, lighting devices, and electronic devices may themselves be semiconductor devices and each may have a semiconductor device.
- transistors having transistors are widely used in electronic devices. For example, in display devices, pixel size can be reduced and resolution can be increased by reducing the area occupied by transistors. For this reason, there is a demand for miniaturized transistors.
- Patent document 1 discloses a high-definition display device that uses organic EL elements.
- an object of the present invention is to provide a semiconductor device that operates at high speed.
- an object of the present invention is to provide a semiconductor device with a small occupancy area.
- an object of the present invention is to provide a semiconductor device with low wiring resistance.
- an object of the present invention is to provide a semiconductor device or display device with low power consumption.
- an object of the present invention is to provide a highly reliable transistor, semiconductor device, or display device.
- an object of the present invention is to provide a high-definition display device.
- an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device or display device with high productivity.
- an object of the present invention is to provide a new transistor, semiconductor device, or display device, or a manufacturing method thereof.
- One aspect of the present invention is a semiconductor device having a first transistor, a second transistor, and a first insulating layer.
- the first transistor has a first conductive layer, a first metal oxide layer, a gate insulating layer, and a first gate electrode.
- the second transistor has a second conductive layer, a third conductive layer, a second metal oxide layer, a gate insulating layer, and a second gate electrode.
- the first insulating layer is located on the first conductive layer and the second conductive layer.
- the third conductive layer has a region that overlaps with the second conductive layer via the first insulating layer.
- the first insulating layer has a first opening that reaches the first conductive layer.
- the first region, the third region, and the fourth region each have a first element.
- the first element is boron or phosphorus.
- the gate insulating layer is located on the first metal oxide layer and the second metal oxide layer, and is in contact with the first metal oxide layer and the second metal oxide layer.
- the first gate electrode has a region that overlaps with the first metal oxide layer through the gate insulating layer in the first opening.
- the second gate electrode has a region that overlaps with the second metal oxide layer through the gate insulating layer in the second opening.
- the angle between the side surface of the first insulating layer at the first opening and the top surface of the first conductive layer is greater than or equal to 65 degrees and less than or equal to 90 degrees.
- the first insulating layer preferably includes a second insulating layer and a third insulating layer on the second insulating layer.
- the second insulating layer preferably includes silicon and oxygen.
- the third insulating layer preferably includes silicon and nitrogen.
- the first insulating layer preferably has a second insulating layer and a third insulating layer on the second insulating layer.
- the second insulating layer preferably has silicon and oxygen.
- the third insulating layer preferably has one or both of aluminum and hafnium and oxygen.
- a semiconductor device having a finely sized transistor can be provided.
- a semiconductor device having a transistor with a short channel length can be provided.
- a semiconductor device having a transistor with a large on-state current can be provided.
- a semiconductor device having a transistor with high field-effect mobility can be provided.
- a transistor with a small occupancy area can be provided.
- a semiconductor device having a highly saturation transistor can be provided.
- a semiconductor device having a transistor with good electrical characteristics can be provided.
- a semiconductor device that operates at high speed can be provided.
- a semiconductor device with a small occupancy area can be provided.
- a semiconductor device with low wiring resistance can be provided.
- a semiconductor device or display device with low power consumption can be provided.
- a highly reliable transistor, semiconductor device, or display device can be provided.
- a high-definition display device can be provided.
- a method for manufacturing a semiconductor device or display device with high productivity can be provided.
- a novel transistor, semiconductor device, display device, or a manufacturing method thereof can be provided.
- Fig. 1A is a top view illustrating an example of a semiconductor device
- Fig. 1B and Fig. 1C are cross-sectional views illustrating the example of the semiconductor device.
- 2A to 2D are perspective views showing an example of a semiconductor device.
- 3A and 3B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
- Fig. 4A is a top view illustrating an example of a semiconductor device
- Fig. 4B and Fig. 4C are cross-sectional views illustrating the example of the semiconductor device.
- 5A and 5B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
- 6A and 6B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device.
- 16A to 16C are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
- 17A and 17B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
- 18A to 18E are circuit diagrams showing an example of a semiconductor device.
- 19A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 19B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
- 20A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 20B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
- 21A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 21B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
- FIG. 28A is a perspective view showing an example of a display device
- Fig. 28B is a block diagram showing an example of the display device.
- 29A to 29D are circuit diagrams of pixel circuits.
- 30A to 30C are circuit diagrams of pixel circuits.
- 31A and 31B are cross-sectional views showing an example of a display device.
- FIG. 32 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
- 33A to 33C are cross-sectional views showing an example of a display device.
- 34A and 34B are cross-sectional views showing an example of a display device.
- FIG. 35 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
- FIG. 36 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
- FIG. 37 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
- FIG. 38 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
- 39A to 39F are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a display device.
- 40A to 40D are diagrams showing an example of an electronic device.
- 41A to 41F are diagrams showing an example of an electronic device.
- 42A to 42G are diagrams showing an example of an electronic device.
- ordinal numbers “first” and “second” are used for convenience and do not limit the number of components or the order of the components (e.g., process order or stacking order).
- an ordinal number attached to a component in one place in this specification may not match an ordinal number attached to the same component in another place in this specification or in the claims.
- film and layer can be interchanged depending on the circumstances or situation.
- conductive layer can be changed to the term “conductive film.”
- insulating film can be changed to the term “insulating layer.”
- a transistor is a type of semiconductor element that can perform functions such as amplifying current or voltage, and switching operations that control conduction or non-conduction.
- transistor includes IGFETs (Insulated Gate Field Effect Transistors) and thin film transistors (TFTs).
- source and drain may be interchangeable when transistors of different polarity are used, or when the direction of current changes during circuit operation. For this reason, in this specification and elsewhere, the terms “source” and “drain” may be used interchangeably.
- the source and drain of a transistor may be referred to as the source terminal and drain terminal, or the source electrode and drain electrode, or other appropriate terms depending on the situation.
- Gate and backgate can be used interchangeably. For this reason, in this specification and the like, the terms “gate” and “backgate” can be used interchangeably. Note that the names of the gate and backgate of a transistor can be appropriately changed depending on the situation, such as gate electrode and backgate electrode.
- electrically connected includes cases where the connection is made via "something that has some kind of electrical action.”
- something that has some kind of electrical action is not particularly limited as long as it allows the transmission and reception of electrical signals between the connected objects.
- something that has some kind of electrical action includes electrodes or wiring, as well as switching elements such as transistors, resistive elements, coils, and other elements with various functions.
- on-current refers to the drain current (also written as Id) when a transistor is in the on state (also called the conductive state).
- the on state refers to a state in which the voltage between the gate and source (also written as Vg or Vgs) is equal to or higher than the threshold voltage (also written as Vth) in an n-channel transistor, and a state in which it is equal to or lower than the threshold voltage in a p-channel transistor.
- the off-state current refers to the leakage current between the source and drain when the transistor is in the off state (also called the non-conducting state or cut-off state).
- the off-state refers to a state in which the voltage between the gate and source is lower than the threshold voltage in an n-channel transistor, and a state in which the voltage is higher than the threshold voltage in a p-channel transistor.
- top surface shapes roughly match means that at least a portion of the contours of the stacked layers overlap. For example, this includes cases where the upper and lower layers are processed using the same mask pattern, or where parts of the mask pattern are the same. However, strictly speaking, the contours may not overlap, and the upper layer may be located inside the lower layer, or outside the lower layer, in which case it may also be said that “top surface shapes roughly match.” Furthermore, when the top surface shapes match or roughly match, it can also be said that the edges are aligned or roughly aligned.
- a tapered shape refers to a shape in which at least a portion of the side of the structure is inclined with respect to the substrate surface or the surface to be formed.
- the side of the structure, the substrate surface, and the surface to be formed do not necessarily need to be completely flat, and may be approximately planar with a slight curvature, or approximately planar with fine irregularities.
- a device manufactured using a metal mask or an FMM may be referred to as a device with an MM (metal mask) structure.
- a device manufactured without using a metal mask or an FMM may be referred to as a device with an MML (metal maskless) structure.
- devices with an MML structure can be manufactured without using a metal mask, they can exceed the upper limit of fineness resulting from the alignment accuracy of the metal mask.
- devices with an MML structure can eliminate the need for equipment related to the manufacture of metal masks and the process of cleaning the metal masks.
- devices with an MML structure are suitable for mass production because they make it possible to keep manufacturing costs low.
- SBS Scheme By Side
- holes or electrons may be referred to as "carriers".
- the hole injection layer or electron injection layer in a light-emitting element may be referred to as a "carrier injection layer”
- the hole transport layer or electron transport layer may be referred to as a “carrier transport layer”
- the hole block layer or electron block layer may be referred to as a "carrier block layer”.
- the above-mentioned carrier injection layer, carrier transport layer, and carrier block layer may not be clearly distinguishable.
- one layer may have two or three functions among the carrier injection layer, carrier transport layer, and carrier block layer.
- the light-emitting element has an EL layer between a pair of electrodes.
- the EL layer has at least a light-emitting layer.
- layers also called functional layers
- the EL layer has include a light-emitting layer, a carrier injection layer (hole injection layer and electron injection layer), a carrier transport layer (hole transport layer and electron transport layer), and a carrier block layer (hole block layer and electron block layer).
- the light-receiving element also called a light-receiving device
- one of the pair of electrodes may be referred to as a pixel electrode, and the other as a common electrode.
- the sacrificial layer is a layer that is located at least above the light-emitting layer (more specifically, the layer that is processed into an island shape among the layers that make up the EL layer) and has the function of protecting the light-emitting layer during the manufacturing process.
- step discontinuity refers to the phenomenon in which a layer, film, or electrode is separated due to the shape of the surface on which it is formed (e.g., a step, etc.).
- One aspect of the present invention is a semiconductor device having a first transistor, a second transistor, and a first insulating layer.
- the first transistor has a first conductive layer, a first metal oxide layer, a gate insulating layer, and a first gate electrode.
- the first conductive layer functions as one of a source electrode and a drain electrode.
- the first metal oxide layer has a region that functions as the other of the source electrode and drain electrode of the first transistor, and also has a channel formation region.
- the region of the first metal oxide layer that is in contact with the first conductive layer functions as one of a source region and a drain region.
- the second metal oxide layer has a fourth region in contact with the top surface of the second conductive layer at the second opening, a fifth region in contact with the side surface of the first insulating layer at the second opening, and a sixth region in contact with the side surface of the third conductive layer at the second opening. Furthermore, it is preferable that the second metal oxide layer has a seventh region in contact with the top surface of the third conductive layer.
- the first region, the third region, the fourth region, and the seventh region each have a first element as an impurity element.
- boron or phosphorus can be suitably used as the first element.
- the electrical resistance of these regions can be reduced. This allows the third region to function as the other of the source electrode and drain electrode of the first transistor. Furthermore, reducing the electrical resistance of one of the source region and drain region of the first transistor can increase the on-current. Similarly, the electrical resistance of the source region and drain region of the second transistor can be reduced, and the on-current can be increased.
- FIG. 2A The perspective views of the transistor 100 are shown in Figs. 2A and 2B.
- Fig. 2B shows a cross section taken along dashed line C1-C2 in Fig. 2A.
- the perspective views of the transistor 200 are shown in Figs. 2C and 2D.
- Fig. 2D shows a cross section taken along dashed line C3-C4 in Fig. 2C.
- the insulating layer 110 and the insulating layer 106 are shown in a transparent manner with their contours indicated by dashed lines.
- An enlarged view of the transistor 100 shown in Fig. 1B is shown in Fig. 3A
- an enlarged view of the transistor 200 is shown in Fig. 3B.
- the transistor 200 has a conductive layer 204, an insulating layer 106, a layer 208, a conductive layer 212a, and a conductive layer 212b.
- the conductive layer 204 functions as a gate electrode
- the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer
- the conductive layer 212a functions as one of a source electrode and a drain electrode
- the conductive layer 212b functions as the other of the source electrode and drain electrode.
- the layer 208 includes a semiconductor material.
- the layer 208 has a channel formation region of the transistor 200.
- the conductive layer 112 and the conductive layer 212a are provided on the substrate 102, the insulating layer 110 is provided on the conductive layer 112 and the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b is provided on the insulating layer 110.
- the insulating layer 110 has a region in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112, the upper surface and side surface of the conductive layer 212a, and the upper surface of the substrate 102.
- the conductive layer 212b has a region in contact with the upper surface of the insulating layer 110.
- the conductive layer 212b has a region that overlaps with the conductive layer 212a via the insulating layer 110.
- the insulating layer 110 has a region sandwiched between the conductive layer 212a and the conductive layer 212b.
- the conductive layer 212a can be formed in the same process as the conductive layer 112.
- the conductive layer 112 and the conductive layer 212a can be formed by forming a film that becomes the conductive layer 112 and the conductive layer 212a and processing the film.
- the conductive layer 212a can be formed in a process different from that of the conductive layer 112. By forming the conductive layer 212a and the conductive layer 112 in different processes, different materials can be used for the conductive layer 212a and the conductive layer 112, which allows a wider range of material selection.
- the insulating layer 110 has an opening 141 that reaches the conductive layer 112, and an opening 241 that reaches the conductive layer 212a. It can also be said that the conductive layer 112 is exposed in the opening 141, and the conductive layer 212a is exposed in the opening 241.
- the opening 241 can be formed in the same process as the opening 141.
- the insulating layer 110 having the openings 141 and 241 can be formed by forming a film that will become the insulating layer 110 on the conductive layer 112 and the conductive layer 212a, and processing the film.
- the opening 241 can be formed in a process different from that of the opening 141.
- the conductive layer 212b has an opening 243 in a region overlapping with the conductive layer 212a.
- the opening 243 is provided in a region overlapping with the opening 241.
- the opening 241 in the insulating layer 110 and the opening 243 in the conductive layer 212b are given different reference numerals, but these openings can be collectively referred to as one opening.
- the insulating layer 110 and the conductive layer 212b can be said to have openings that reach the conductive layer 212a.
- the layer 108 is provided so as to cover the opening 141.
- the layer 108 is provided along the opening 141.
- the layer 108 has a region in contact with the top surface of the conductive layer 112 in the opening 141, a region in contact with the side surface of the insulating layer 110 in the opening 141, and a region in contact with the top surface of the insulating layer 110.
- the layer 108 has a shape that matches the shapes of the top surface and side surface of the insulating layer 110 and the top surface of the conductive layer 112.
- the region of the layer 108 in contact with the conductive layer 112 functions as one of the source region and drain region of the transistor 100.
- Layer 108 has a first region that contacts conductive layer 112 at opening 141, a second region that contacts the side of insulating layer 110 at opening 141, and a third region that contacts the top surface of insulating layer 110.
- the third region contacts the second region.
- the second region contacts the first region. It can also be said that the third region is continuous with the second region, and the second region is continuous with the first region. Or, it can also be said that the third region is continuous with the second region, and the second region is continuous with the first region.
- the layer 208 is provided so as to cover the opening 241 and the opening 243.
- the layer 208 is provided along the opening 241 and the opening 243.
- the layer 208 has a region in contact with the upper surface of the conductive layer 212a in the opening 241, a region in contact with the side of the insulating layer 110 in the opening 241, and a region in contact with the side of the conductive layer 212b in the opening 243.
- the layer 208 preferably has a region in contact with the upper surface of the conductive layer 212b.
- the layer 208 has a shape that conforms to the shapes of the upper surface and side of the conductive layer 212b, the side of the insulating layer 110, and the upper surface of the conductive layer 212a.
- the region of the layer 208 in contact with the conductive layer 212a functions as one of the source region and the drain region of the transistor 200, and the region in contact with the conductive layer 212b functions as the other of the source region and the drain region.
- the conductive layer 212b has a region in contact with the insulating layer 110 and the layer 208 and sandwiched therebetween.
- the contact area between the layer 208 and the conductive layer 212b is increased, and the contact resistance between the layer 208 and the conductive layer 212b can be reduced. This can increase the on-current of the transistor 200.
- FIG. 1B and other figures show a structure in which the end of the layer 208 is in contact with the top surface of the conductive layer 212b, one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the end of the layer 208 can be configured to coincide or approximately coincide with the end of the conductive layer 212b on the side that does not face the opening 243.
- the layer 208 can be configured to cover the end of the conductive layer 212b on the side that does not face the opening 243, and the end of the layer 208 can be in contact with the top surface of the insulating layer 110. It is also possible to configure the layer 208 so that it does not come into contact with the top surface of the conductive layer 212b, but only comes into contact with the side surface of the conductive layer 212b on the opening 243 side.
- Layer 208 can be formed in the same process as layer 108.
- layers 108 and 208 can be formed by forming a film that will become layers 108 and 208, and processing the film. Note that layers 108 and 208 can also be formed in different processes. By forming layers 108 and 208 in different processes, different materials can be used for layers 108 and 208, which allows for a wider range of material choices.
- the top shape of the opening 241 and the top shape of the opening 243 can be made to match or approximately match each other.
- the bottom end of the conductive layer 212b on the opening 243 side matches or approximately matches the top end of the insulating layer 110 on the opening 241 side.
- the bottom surface of the conductive layer 212b refers to the surface on the insulating layer 110 side.
- the top surface of the insulating layer 110 refers to the surface on the conductive layer 212b side. Note that the top shapes of the opening 241 and the opening 243 may not match each other.
- the opening 243 includes the opening 241 in a top view (also referred to as a plan view).
- the coverage of the layer 208 can be improved by the top shape of the opening 243 matching the top shape of the opening 241 or by the opening 243 including the opening 241 in a top view.
- the top surface shape of opening 141 refers to the shape of the top surface end portion on the opening 141 side of insulating layer 110.
- the top surface shape of opening 241 refers to the shape of the top surface end portion on the opening 241 side of insulating layer 110.
- the top surface shape of opening 243 refers to the shape of the bottom surface end portion on the opening 243 side of conductive layer 212b.
- the insulating layer 106 is provided on the layer 108, the layer 208, the conductive layer 212b, and the insulating layer 110.
- the insulating layer 106 has a region in contact with the top and side surfaces of the layer 108, the top and side surfaces of the layer 208, the top and side surfaces of the conductive layer 212b, and the top surface of the insulating layer 110.
- a part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer for the transistor 100, and another part functions as a gate insulating layer for the transistor 200.
- the insulating layer 106 is provided so as to cover the openings 141, 241, and 243, and has a shape that conforms to the shapes of the top and side surfaces of the layer 108, the top and side surfaces of the layer 208, the top and side surfaces of the conductive layer 212b, and the top surface of the insulating layer 110.
- the conductive layer 104 and the conductive layer 204 are provided on the insulating layer 106.
- the conductive layer 104 and the conductive layer 204 each have a region in contact with the insulating layer 106 and have a shape that conforms to the shape of the upper surface and side surface of the insulating layer 106.
- the conductive layer 104 has a region that overlaps with the layer 108 through the insulating layer 106 in the opening 141.
- the conductive layer 204 has a region that overlaps with the layer 208 through the insulating layer 106 in the opening 241.
- the conductive layer 104 is provided to cover the opening 141 and has a shape that conforms to the shape of the upper surface and side surface of the insulating layer 106 in the opening 141.
- the conductive layer 204 is provided to cover the opening 241 and the opening 243 and has a shape that conforms to the shape of the upper surface and side surface of the insulating layer 106 in the opening 241 and the opening 243.
- the conductive layer 204 can be formed in the same process as the conductive layer 104.
- the conductive layer 104 and the conductive layer 204 can be formed by forming a film that will become the conductive layer 104 and the conductive layer 204 and processing the film.
- the conductive layer 104 and the conductive layer 204 can also be formed in different steps. By forming the conductive layer 104 and the conductive layer 204 in different steps, different materials can be used for the conductive layer 104 and the conductive layer 204, which allows a wider range of material selection.
- the layer 108 has regions 108Da and 108Db.
- the layer 208 has regions 208Da and 208Db.
- the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db each have an impurity element.
- the regions 108Da and 108Db each have a higher concentration of the impurity element and a lower electrical resistance than other regions (e.g., channel formation regions) of the layer 108.
- the channel formation region of the transistor 100 is located between the regions 108Da and 108Db.
- the regions 208Da and 208Db each have a higher concentration of the impurity element and a lower electrical resistance than other regions (e.g., channel formation regions) of the layer 208.
- the channel formation region of the transistor 200 is located between the regions 208Da and 208Db.
- region 108Da is formed in a region located between the upper surface of conductive layer 112 and the lower surface of conductive layer 104 among the regions in contact with the upper surface of conductive layer 112 of layer 108
- region 108Db is formed in a region in contact with the upper surface of insulating layer 110 of layer 108.
- the region in which region 108Da is formed is not limited to this, and for example, a configuration in which region 108Da is formed in the entire region in contact with the upper surface of conductive layer 112 of layer 108 can be used.
- Region 108Db can also be provided in a part of the region in layer 108 that contacts the side surface of insulating layer 110.
- the impurity element when an impurity element is supplied to layer 108, or due to heat applied in a process after the impurity element is supplied, the impurity element may diffuse.
- the regions 108Db are connected together in a top view.
- layer 108 may also be configured to have multiple regions 108Db that are separated from one another.
- the electrical resistance of one of the source region and the drain region of the transistor 100 can be reduced. This can reduce the contact resistance between the one of the source region and the drain region and the conductive layer 112. Therefore, the on-current of the transistor 100 can be increased.
- Region 108Db functions as the other of the source electrode and drain electrode of transistor 100. Since a part of layer 108 (here, region 108Db) functions as the other of the source electrode and drain electrode, there is no need to provide a separate conductive layer that functions as the other of the source electrode and drain electrode. Therefore, the number of layers constituting transistor 100 can be reduced.
- each component of the semiconductor device is arranged according to a design rule.
- components formed using photolithography include the layers (here, layers 108, conductive layer 104, conductive layer 204, etc.) of transistor 100 and transistor 200.
- openings 141, 241, and 243 are also arranged according to a design rule.
- the wiring is also arranged according to a design rule.
- design rules include the width of a layer (hereinafter also referred to as a line), the width of a wiring, and the spacing between layers in the same layer (hereinafter also referred to as a space), the spacing between a layer and a wiring, and the spacing between wirings.
- the size of the opening is also included in the design rule.
- alignment accuracy or overlay accuracy Since the transistor 100 does not have a separate conductive layer that functions as the other of the source electrode and drain electrode, there is no need to consider the space for the conductive layer and the accuracy of overlay.
- the distance between the transistor 100 and adjacent elements (e.g., a transistor and a capacitor) or wiring can be shortened, and the area occupied by the semiconductor device can be reduced.
- the layers, openings, and wiring formed by photolithography, or the top surface shape of the photoresist used to form them, may be called a pattern.
- the layer 208 is provided so as to cover the opening 241 of the insulating layer 110 and the opening 243 of the conductive layer 212b.
- the top surface shape of the opening 243 matches the top surface shape of the opening 241, or the opening 243 encompasses the opening 241 in a top view, thereby improving the coverage of the layer 208.
- the layer 108 is provided so as to cover the opening 141 of the insulating layer 110.
- the transistor 100 does not have a conductive layer corresponding to the conductive layer 212b, the difficulty of forming the opening 141 is lower than the difficulty of forming the opening 241 and the opening 243. Therefore, even when the opening 141 and the opening 241 are formed in the same process, the size of the opening 141 can be made finer than the opening 241.
- the transistor 100 By reducing the number of layers constituting the transistor 100, it is possible to reduce the unevenness caused by the transistor 100.
- defects such as step discontinuities or voids due to reduced coverage of the layer, or etching residues occurring when processing the layer, may occur.
- defects e.g., step discontinuities, voids, and etching residues
- the manufacturing yield can be increased.
- the conductive layer 212b functioning as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 200 has a wider range of materials to choose from. Therefore, depending on the material used for the layer 108, the electrical resistance of the conductive layer 212b may be lower than the electrical resistance of the region 108Db.
- the transistor 200 having the conductive layer 212b can be preferably used. By using the transistor 200, a semiconductor device that operates at high speed can be obtained. On the other hand, when the length of the wiring is short and the wiring resistance required for the wiring is relatively high, the transistor 100 can be preferably used. By using the transistor 100, a semiconductor device with a small occupancy area can be obtained.
- region 208Da is formed in a region located between the upper surface of conductive layer 212a and the lower surface of conductive layer 204 among the regions in contact with the upper surface of conductive layer 212a of layer 208
- region 208Db is formed in a region in contact with the upper surface of conductive layer 212b of layer 208.
- the region in which region 208Da is formed is not limited to this, and for example, region 208Da can be formed in the entire region in contact with the upper surface of conductive layer 212a of layer 208.
- Region 208Db can also be provided in a region in layer 208 that contacts the side of conductive layer 212b.
- the electrical resistance of the source region and the drain region of the layer 208 can be reduced. This can reduce the contact resistance between one of the source region and the drain region and the conductive layer 212a, and the contact resistance between the other of the source region and the drain region and the conductive layer 212b. Therefore, the on-current of the transistor 200 can be increased.
- the region of the layer 108 in contact with the conductive layer 112 functions as one of the source region and drain region of the transistor 100, and the region 108Db functions as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100.
- the region of the layer 108 that overlaps with the conductive layer 104 via the insulating layer 106 between the region that functions as one of the source region and drain region and the region that functions as the other of the source electrode and drain electrode functions as the channel formation region of the transistor 100.
- the region of the layer 208 in contact with the conductive layer 212a functions as one of the source region and drain region of the transistor 200, and the region that contacts with the conductive layer 212b functions as the other of the source region and drain region of the transistor 200.
- the region of the layer 208 that overlaps with the conductive layer 204 via the insulating layer 106 between the source region and drain region functions as the channel formation region of the transistor 200.
- transistor 100 and transistor 200 the source electrode and drain electrode are located at different heights relative to the surface of substrate 102 on which they are formed, and the drain current flows perpendicular or approximately perpendicular to the surface of substrate 102.
- the channel length direction can be said to have a component in the height direction (vertical direction), so transistor 100 and transistor 200 can also be called VFET (Vertical Field Effect Transistor), vertical transistor, vertical channel transistor, vertical channel transistor, etc.
- VFET Very Field Effect Transistor
- the channel length of the transistor 100 and the channel length of the transistor 200 can be controlled by the thickness of the insulating layer 110. Specifically, in the transistor 100, the channel length can be controlled by the thickness of the insulating layer 110 provided between the conductive layer 112 and the layer 108. In the transistor 200, the channel length can be controlled by the thickness of the insulating layer 110 provided between the conductive layer 212a and the conductive layer 212b. Therefore, the transistors 100 and 200 having a channel length shorter than the minimum exposure dimension of the exposure device used to manufacture the transistors can be manufactured with high precision. In addition, the variation in characteristics of multiple transistors is reduced, so that the operation of the semiconductor device 10 can be stabilized and the reliability can be improved. In addition, the reduction in the variation in characteristics of the transistors increases the degree of freedom in circuit design, and the operating voltage of the semiconductor device 10 can be reduced. Therefore, the power consumption of the semiconductor device 10 can be reduced.
- a semiconductor device of one embodiment of the present invention when a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a pixel circuit of a display device, the area occupied by the pixel circuit can be reduced, and a high-definition display device can be obtained.
- a semiconductor device of one embodiment of the present invention when a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a driver circuit of a display device (e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit), the area occupied by the driver circuit can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained.
- the semiconductor material used for layer 108 and layer 208 is not particularly limited.
- a semiconductor made of a single element or a compound semiconductor can be used.
- semiconductors made of a single element include silicon and germanium.
- compound semiconductors include gallium arsenide and silicon germanium.
- Other examples of compound semiconductors include organic semiconductors, nitride semiconductors, and oxide semiconductors (OS: oxide semiconductor). Note that these semiconductor materials may contain impurities as dopants.
- the crystallinity of the semiconductor material used for layers 108 and 208 is not particularly limited, and any of an amorphous semiconductor, a single crystal semiconductor, and a semiconductor having crystallinity other than single crystal (a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, or a semiconductor having a crystalline region in part) can be used.
- the use of a single crystal semiconductor or a semiconductor having crystallinity is preferable because it can suppress deterioration of the transistor characteristics.
- the layers 108 and 208 may each be made of silicon, for example.
- silicon include single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, and amorphous silicon.
- polycrystalline silicon include low temperature polysilicon (LTPS).
- a transistor using amorphous silicon in the channel formation region can be formed on a large glass substrate and manufactured at low cost.
- a transistor using polycrystalline silicon in the channel formation region has high field effect mobility and can operate at high speed.
- a transistor using microcrystalline silicon in the channel formation region has higher field effect mobility and can operate at high speed than a transistor using amorphous silicon.
- a transistor using silicon in the channel formation region may be referred to as a Si transistor, and a transistor using LTPS in the channel formation region may be referred to as a LTPS transistor.
- the layers 108 and 208 each preferably contain a metal oxide (also referred to as an oxide semiconductor) that exhibits semiconductor characteristics.
- a metal oxide also referred to as an oxide semiconductor
- the layers 108 and 208 can each be referred to as a metal oxide layer.
- the band gap of the metal oxide used for the layers 108 and 208 is preferably 2.0 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.
- OS transistors have extremely high field-effect mobility compared to transistors using amorphous silicon.
- OS transistors have an extremely small off-state current and can retain charge accumulated in a capacitor connected in series with the transistor for a long period of time.
- the use of OS transistors can reduce the power consumption of a semiconductor device.
- the insulating layer 110 will now be described.
- the insulating layer 110 one or both of an inorganic insulating layer and an organic insulating layer can be used.
- examples of materials that can be used for the organic insulating layer include acrylic resin and polyimide resin.
- the insulating layer 110 has one or more inorganic insulating layers. Examples of materials that can be used for the inorganic insulating layer include oxides, nitrides, oxynitrides, and nitride oxides.
- oxides include silicon oxide, aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, cerium oxide, gallium zinc oxide, and hafnium aluminate.
- nitrides include silicon nitride and aluminum nitride.
- oxynitrides include silicon oxynitride, aluminum oxynitride, gallium oxynitride, yttrium oxynitride, and hafnium oxynitride.
- nitride oxides include silicon nitride oxide and aluminum nitride oxide.
- an oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen.
- An oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen.
- the insulating layer 110 has a region in contact with the layer 108 and a region in contact with the layer 208.
- a metal oxide is used for the layers 108 and 208, in order to improve the interface characteristics between the layer 108 and the insulating layer 110 and between the layer 208 and the insulating layer 110, it is preferable that at least a part of the region of the insulating layer 110 in contact with the layer 108 and at least a part of the region of the insulating layer 110 in contact with the layer 208 each contain oxygen.
- the part of the insulating layer 110 in contact with the channel formation region of the layer 108 and the part in contact with the channel formation region of the layer 208 each contain oxygen.
- One or more of an oxide and an oxynitride can be suitably used for the part in contact with the channel formation region of the insulating layer 110.
- At least a part of a region of the insulating layer 110 in contact with the layer 108 and at least a part of a region of the insulating layer 110 in contact with the layer 208 preferably release oxygen when heat is applied.
- a portion of the insulating layer 110 in contact with the channel formation region of the layer 108 and a portion of the insulating layer 110 in contact with the channel formation region of the layer 208 preferably release oxygen when heat is applied.
- oxygen is supplied from the insulating layer 110 to the layer 108 and the layer 208, and oxygen vacancies ( VO ) and defects in which hydrogen has entered an oxygen vacancy ( VO ) (hereinafter also referred to as VOH ) in the layer 108 and the layer 208 can be reduced.
- VOH oxygen vacancy
- V0H when V0H is increased in the metal oxide, carriers may be generated by V0H , and the carrier concentration may increase.
- the threshold voltage of the transistor when the carrier concentration in the channel formation region is high, the threshold voltage of the transistor may shift, and the drain current (hereinafter also referred to as cutoff current) that flows when the gate voltage is 0 V may increase.
- the threshold voltage may shift to the negative side, and the cutoff current may increase.
- the reliability of the transistor may decrease.
- the carrier concentration in the channel formation region can be suppressed from increasing.
- the threshold voltage is suppressed from shifting, and a transistor with a small cutoff current can be obtained, and a semiconductor device with low power consumption can be obtained.
- a highly reliable transistor and semiconductor device can be obtained.
- the insulating layer 110 preferably has a laminated structure.
- FIG. 1B and other figures show an example in which the insulating layer 110 has an insulating layer 110a, an insulating layer 110b on the insulating layer 110a, and an insulating layer 110c on the insulating layer 110b.
- the insulating layers 110a, 110b, and 110c can each be made of the materials listed for the insulating layer 110.
- layer 108 has region 108M in contact with insulating layer 110b, and layer 208 has region 208M in contact with insulating layer 110b.
- Region 108M functions as a channel formation region for transistor 100
- region 208M functions as a channel formation region for transistor 200. It can also be said that the channel formation regions for transistors 100 and 200 are provided along the side of insulating layer 110.
- Conductive layer 104 has a portion that overlaps with region 108M via insulating layer 106
- conductive layer 204 has a portion that overlaps with region 208M via insulating layer 106.
- the insulating layer 110b preferably contains oxygen, and preferably uses one or more of the oxides and oxynitrides described above.
- the region 108M can function as a channel formation region of the transistor 100.
- the region 208M can function as a channel formation region of the transistor 200.
- the insulating layer 110b preferably contains silicon and oxygen.
- silicon oxide and silicon oxynitride can be suitably used for the insulating layer 110b. Note that, although two regions of the layer 108 that contact the insulating layer 110b are shown in the cross-sectional views of FIG. 3A and the like, the regions 108M are connected together in a top view. Similarly, in the cross-sectional views of FIG. 3B and the like, two regions of the layer 208 that contact the insulating layer 110b are shown, but the regions 208M are connected together in a top view.
- the transistors 100 and 200 can have favorable electrical characteristics and high reliability.
- oxygen can be supplied to the insulating layer 110b by performing heat treatment in an atmosphere containing oxygen or plasma treatment in an atmosphere containing oxygen.
- oxygen can be supplied by forming a film on the upper surface of the insulating layer 110b in an atmosphere containing oxygen by a sputtering method. Then, the film can be removed.
- the metal oxide films to be the layers 108 and 208 are preferably formed in an atmosphere containing oxygen. In this manner, oxygen can be supplied to the insulating layer 110b.
- oxygen is supplied from the insulating layer 110b to the layers 108 and 208 in a later step, and oxygen vacancies ( VO ) and VOH in the layers 108 and 208 can be reduced.
- oxygen vacancies ( VO ) and VOH in the layers 108 and 208 can be reduced.
- the insulating layer 110b is preferably formed by sputtering or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method.
- PECVD plasma enhanced chemical vapor deposition
- a gas containing hydrogen elements e.g., hydrogen gas and ammonia gas
- the sputtering method is particularly suitable for forming the insulating layer 110b. This can prevent hydrogen from being supplied to the channel formation region, and stabilize the electrical characteristics of the transistor 100 and the transistor 200.
- the transistor 100 and the transistor 200 can have a large on-state current.
- oxygen vacancies (V O ) are easily formed, and V O H in the channel formation region may increase.
- an increase in V O H may cause a shift in the threshold voltage of the transistor and a large cutoff current.
- oxygen is supplied to at least the region 108M and the region 208M, and the oxygen vacancies (V O ) and V O H in these regions can be reduced.
- a shift in the threshold voltage is suppressed, and the transistor 100 and the transistor 200 can have both a small cutoff current and a large on-state current. Therefore, a semiconductor device that has both low power consumption and high performance can be provided.
- the insulating layer 110a is provided between the insulating layer 110b and the conductive layer 112 and the conductive layer 212a.
- the insulating layer 110c is provided between the insulating layer 110b and the layer 108 and the conductive layer 212b. It is preferable that the amount of impurities (e.g., hydrogen and water) released from the insulating layer 110a and the insulating layer 110c is small. Furthermore, it is preferable that the insulating layer 110a and the insulating layer 110c are each impermeable to substances (e.g., atoms, molecules, and ions). It can be said that the insulating layer 110a and the insulating layer 110c function as a barrier film.
- the insulating layer 110a and the insulating layer 110c are each impermeable to impurities. This makes it possible to suppress the diffusion of impurities contained in the insulating layer 110a and the insulating layer 110c into the channel formation regions of the layer 108 and the layer 208. Therefore, the transistor 100 and the transistor 200 can be obtained, which exhibit good electrical characteristics and are highly reliable.
- a barrier film refers to a film that has barrier properties.
- Barrier properties refer to one or both of the following functions: making it difficult for a target substance to diffuse, thereby suppressing the substance from permeating the film (also called low permeability), and the function of capturing or fixing the substance (also called gettering).
- an insulating layer that has barrier properties can be called a barrier insulating layer.
- the insulating layer 110b is in contact with the insulating layer 110a and the insulating layer 110c and has a region sandwiched therebetween.
- the insulating layer 110a and the insulating layer 110c are preferably made of a material that is difficult for oxygen to permeate. This suppresses the oxygen contained in the insulating layer 110b from diffusing to the insulating layer 110a side and to the insulating layer 110c side, so that the amount of oxygen supplied from the insulating layer 110b to the region 108M and the region 208M increases, and oxygen vacancies (V O ) and V O H in the channel formation region can be reduced. Therefore, the transistor 100 and the transistor 200 can have good electrical characteristics and high reliability.
- the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b When oxygen is supplied to the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b, they may be oxidized, resulting in high electrical resistance.
- the insulating layer 110a between the conductive layer 112 and the insulating layer 110b and between the conductive layer 212a and the insulating layer 110b and by providing the insulating layer 110c between the conductive layer 212b and the insulating layer 110b oxygen can be prevented from diffusing into these conductive layers, and an increase in the electrical resistance of these conductive layers can be prevented. Therefore, the transistor 100 and the transistor 200 each having a large on-state current can be obtained.
- the insulating layer 110a and the insulating layer 110c which function as a barrier film, can each be made of one or more of the following: an oxide having one or both of aluminum and hafnium, an oxide having magnesium, an oxide having gallium, a nitride having silicon, and a nitride oxide having silicon.
- the insulating layer 110a and the insulating layer 110c can each be made of one or more of aluminum oxide, hafnium oxide, hafnium aluminate, magnesium oxide, gallium oxide, gallium zinc oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide.
- the insulating layer 110a and the insulating layer 110c can be made of the same material. Alternatively, the insulating layer 110a and the insulating layer 110c can be made of different materials.
- different materials refer to materials in which some or all of the constituent elements are different, or materials in which the constituent elements are the same but the composition is different.
- the insulating layer 110a, the insulating layer 110b, and the insulating layer 110c each preferably contains a small amount of impurities.
- the insulating layer 110a, the insulating layer 110b, and the insulating layer 110c each preferably releases a small amount of impurities.
- the amount of impurities containing a hydrogen element (e.g., hydrogen and water) released is preferably small.
- the insulating layer 110a, the insulating layer 110b, and the insulating layer 110c each preferably contains as little impurity containing a hydrogen element as possible. This can suppress an increase in oxygen vacancies ( VO ) and VOH in the layer 108 and the layer 208.
- oxygen can be supplied to the insulating layer 110b or the insulating film that will become the insulating layer 110b when the insulating layer 110c or the insulating film that will become the insulating layer 110c is formed.
- This allows the amount of oxygen supplied from the insulating layer 110b to the layer 108 and the layer 208 to be increased, and oxygen vacancies ( VO ) and VOH can be efficiently reduced.
- an aluminum oxide film can be formed by a sputtering method using an aluminum target in an atmosphere containing oxygen as the insulating layer 110c or the insulating film that will become the insulating layer 110c. This allows oxygen to be supplied to the insulating layer 110b or the insulating film that will become the insulating layer 110b while the aluminum oxide film is being formed.
- the insulating layer 110b may also function as a barrier film.
- the above-mentioned materials may be used as the barrier film.
- silicon nitride may be preferably used as the insulating layer 110b.
- the insulating layer 110 may have a single-layer structure of a silicon nitride film.
- the insulating layer 110b functions as a barrier film, which can suppress diffusion of impurities into the channel formation regions of the layers 108 and 208, and can provide the transistors 100 and 200 with good electrical characteristics and high reliability. Note that the amount of oxygen supplied from the insulating layer 110b to the layers 108 and 208 may be reduced depending on the material used for the insulating layer 110b.
- the insulating layer 106 in contact with the channel formation region of the layer 108 and a portion in contact with the channel formation region of the layer 208 contain oxygen. Furthermore, it is more preferable to use a material that releases oxygen when heat is applied to the portions. Heat applied during the manufacturing process of the semiconductor device 10 causes the insulating layer 106 to release oxygen, which can be supplied to the layer 108 and the layer 208. Supplying oxygen from the insulating layer 106 to the layer 108 and the layer 208, particularly to the channel formation region, can reduce oxygen vacancies ( VO ) and VOH .
- one or more of silicon oxide, silicon oxynitride, and aluminum oxide can be suitably used for the portion of the insulating layer 106 in contact with the layer 108 and the portion in contact with the layer 208.
- the insulating layer 110 is shown here as having a three-layer stacked structure, one embodiment of the present invention is not limited to this. It is preferable that the insulating layer 110 has at least the insulating layer 110b. For example, a structure without the insulating layer 110a is possible.
- the insulating layer 110 can have a two-layer or four or more layer stacked structure, or a single layer structure.
- the electrical resistance of regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db is low. It is preferable that the electrical resistance of regions 108Da and 108Db is lower than the electrical resistance of region 108M. It is preferable that the electrical resistance of regions 208Da and 208Db is lower than the electrical resistance of region 208M.
- the region 108Db which functions as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100, preferably has a particularly low electrical resistance.
- the sheet resistance (also called surface resistivity or sheet resistivity) of the region 108Db is preferably 1000 ⁇ / ⁇ (also written as ⁇ /sq) or less, more preferably 500 ⁇ / ⁇ or less, even more preferably 300 ⁇ / ⁇ or less, even more preferably 200 ⁇ / ⁇ or less, and even more preferably 100 ⁇ / ⁇ or less. Since it is preferable that the electrical resistance of the region 108Db is low, there is no lower limit to the sheet resistance.
- Region 108Da, region 108Db, region 208Da, and region 208Db each have a first element as an impurity element.
- the first element it is preferable to use one or more of boron, aluminum, indium, carbon, silicon, germanium, tin, phosphorus, arsenic, antimony, magnesium, calcium, titanium, copper, zinc, tungsten, molybdenum, tantalum, hafnium, cerium, and noble gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, etc.).
- one or more of the elements included in the first transition elements (3d transition elements, 3d transition metals), second transition elements (4d transition elements, 4d transition metals), third transition elements (5d transition elements, 5d transition metals), alkaline earth metal elements, and rare earth elements can be used.
- the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be formed by supplying (adding or injecting) the first element to the layers 108 and 208.
- oxygen vacancies (V O ) are generated in the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db by supplying the first element to these regions.
- Carriers are generated by V O H in which hydrogen enters the oxygen vacancies (V O ) , and the electrical resistance of these regions can be reduced.
- These regions can function as conductors.
- the region 108Db functions as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100.
- a metal oxide functioning as a conductor can be referred to as an oxide conductor (OC).
- OC oxide conductor
- metal oxides have a large band gap and therefore transmit visible light (or have translucency to visible light).
- An oxide conductor is a metal oxide having a donor level in the vicinity of the conduction band. Therefore, the oxide conductor is less affected by absorption due to the donor level and has translucency to visible light to the same extent as a metal oxide.
- the first element When an element that easily bonds with oxygen is used as the first element, the first element takes away oxygen in the layers 108 and 208 and exists in a state bonded with oxygen. In addition, oxygen vacancies (V 2 O 3 ) are generated in the layers 108 and 208.
- V 2 O 3 oxygen vacancies
- the first element in the layers 108 and 208 exists stably in an oxidized state, so that it is difficult to be desorbed by heat applied during the manufacturing process of the semiconductor device 10, and the electrical resistance can be kept low. For this reason, it is preferable to use an element whose oxide can exist in a solid state at least at the temperature during the manufacturing process as the first element.
- examples of preferred first elements include typical nonmetallic elements other than hydrogen, typical metallic elements, and transition elements (transition metals). Specifically, it is more preferable to use boron, phosphorus, magnesium, aluminum, or silicon as one of the first elements. It is even more preferable to use boron or phosphorus as one of the first elements.
- the oxygen vacancies (V O ) and V O H in these regions may decrease, resulting in an increase in electrical resistance.
- the region 108Db functioning as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100 has particularly low electrical resistance.
- the insulating layer 110c functioning as a barrier film between the region 108Db and the insulating layer 110b oxygen is prevented from diffusing from the insulating layer 110b to the region 108Db, and an increase in the electrical resistance of the region 108Db can be suppressed.
- each of regions 108Da and 108Db has a portion having a higher concentration of the first element than region 108M. It is preferable that each of regions 208Da and 208Db has a portion having a higher concentration of the first element than region 208M.
- Each of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db preferably includes a portion in which the concentration of the first element is 1 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 23 atoms/cm 3 or less, preferably 5 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 22 atoms/cm 3 or less , and more preferably 5 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or less. If the concentration of the first element is low, the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db may become high.
- the concentration of the first element is high, that is, if a large amount of the first element is supplied, the layers 108 and 208 may be damaged during supply, which may increase the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db. Therefore, by setting the concentration of the first element in the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db within the above-mentioned range, the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be reduced, and the transistors 100 and 200 can have large on-currents.
- region 108Da contains two or more types of first elements, it is preferable that at least one of them is in the above range. It is also more preferable that the concentration of each of the first elements is in the above range. The same applies to regions 108Db, 208Da, and 208Db.
- the first element When the first element is supplied, the first element may also be supplied to the channel formation region of the layer 108 (here, region 108M) and the channel formation region of the layer 208 (here, region 208M). Alternatively, due to heat applied during the manufacturing process, a part of the first element contained in the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db may diffuse into the channel formation region.
- the concentration of the first element in the region 108M and the concentration of the first element in the region 208M are preferably low.
- the concentration of the first element in the region 108M is preferably lower than the concentrations of the first element in the regions 108Da and 108Db, respectively.
- the concentration of the first element in the region 208M is preferably lower than the concentrations of the first element in the regions 208Da and 208Db, respectively.
- region 108M By lowering the concentration of the first element in region 108M, it is possible to prevent the carrier concentration in the channel formation region from increasing. By preventing the carrier concentration in the channel formation region from increasing, it is possible to prevent the threshold voltage from shifting, and to provide transistor 100 with a small cutoff current. The same is true for region 208M and transistor 200. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device with low power consumption.
- the concentration of the first element in the region 108M is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 1 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 times or less, and even more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 4 times or less than the concentration of the first element in the region 108Da.
- the concentration of the first element in the region 108M is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 1 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 times or less, and even more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 4 times or less than the concentration of the first element in the region 108Db. This allows the transistor 100 to have both a small cutoff current and a large on-current.
- the concentration of the first element in the region 208M is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 1 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 times or less, and even more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 4 times or less than the concentration of the first element in the region 208Da.
- the concentration of the first element in the region 208M is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 1 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 times or less, more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 times or less, and even more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 4 times or less than the concentration of the first element in the region 208Db. This allows the transistor 200 to have both a small cutoff current and a large on-current.
- the first element is preferably supplied to the layers 108 and 208 through the insulating layer 106.
- the first element can be supplied to the layers 108 and 208 through the insulating layer 106.
- the first element can be preferentially supplied to the regions 108Da and 108Db in the layer 108, and the first element can be preferentially supplied to the regions 208Da and 208Db in the layer 208.
- damage to the layers 108 and 208 during supply can be reduced.
- the insulating layer 106 may also have the first element. If the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db each have a portion with a higher concentration of the first element than the insulating layer 106, the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be lowered, which is preferable.
- the first element may also be supplied to the insulating layer 110 through the insulating layer 106 and the layer 108, or through the insulating layer 106.
- the concentration of the impurity element in the region that does not overlap with the layer 108 is higher than that in the region of the insulating layer 110 that overlaps with the layer 108.
- the concentration of the impurity element in the insulating layer 110 is higher in the closer to the insulating layer 106.
- the concentration of the impurity element in the insulating layer 110c is higher than that in the insulating layer 110a.
- the concentration of the first element in layers 108, 208, insulating layer 106, and insulating layer 110 can be analyzed by, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS), X-ray photoelectron spectrometry (XPS), or electron spectrometry for chemical analysis (ESCA).
- SIMS secondary ion mass spectrometry
- XPS X-ray photoelectron spectrometry
- ESA electron spectrometry for chemical analysis
- concentration distribution in the depth direction can be known by combining ion sputtering from the front or back side of the sample with XPS analysis. Note that in low concentration areas, quantification may be difficult or may be below the detection limit.
- the first element is preferably more easily supplied to the regions 108Da and 108Db than to the region 108M.
- the first element is preferably more easily supplied to the regions 208Da and 208Db than to the region 208M.
- the first element is preferably supplied to the layers 108 and 208 from a direction perpendicular or substantially perpendicular to the top surface of the substrate 102. In this case, the amount of the first element supplied to the regions 108 and 208 that are inclined with respect to the top surface of the substrate 102 is smaller than that to the regions that are parallel or substantially parallel to the top surface of the substrate 102.
- the amount of the first element supplied to the regions 108Da and 108Db is larger than that to the region 108M. Therefore, the electrical resistance of the regions 108Da and 108Db in the layer 108 can be preferentially reduced.
- the amount of the first element supplied to the regions 208Da and 208Db is greater than that to the region 208M. Therefore, in the layer 208, the electrical resistance of the regions 208Da and 208Db can be preferentially reduced.
- oxygen vacancies (V O ) may occur in the layer 108.
- the first element may bond with oxygen vacancies (V O ) in the layer 108. The same applies to the layer 208.
- Ion implantation is preferably used to supply the first element.
- the ion implantation can control the concentration profile in the depth direction with high precision by the acceleration energy and dose of the ions.
- ions of a specific mass can be supplied, and the purity of the supplied impurity element can be increased.
- productivity can be increased.
- the presence or absence of mass separation is not limited.
- the method of supplying ions after mass separation is sometimes called the ion implantation method, and the method of supplying ions without mass separation is sometimes called the ion doping method.
- BF3 gas can be used as the source gas.
- phosphorus for example, PH3 gas can be used as the source gas.
- mass-separating and supplying ions generated from these gases ions of a specific mass can be supplied to the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, which is more preferable.
- the first element When a plurality of elements are used as the first element, it is preferable to use an element that easily bonds with oxygen and an element that has a larger mass number than the element.
- the mass number of the supplied element is large, the number of metal-oxygen bonds cut in the metal oxide of the layer 108 and the layer 208 increases. That is, in the region to which the element is supplied, more oxygen vacancies (V 0 ) occur due to the cutting of metal-oxygen bonds.
- V 0 oxygen vacancies
- boron, phosphorus, magnesium, aluminum, or silicon is used as the element that easily bonds with oxygen, argon, krypton, or xenon can be used as the element with a large mass number.
- argon, krypton, or xenon can be used as the element with a large mass number.
- boron and argon can be preferably used as the first element.
- a gas containing these elements can be used as the raw material gas.
- a gas containing boron and argon can be used as the raw material gas.
- multiple elements can be supplied separately.
- an element that easily bonds with oxygen and an element with a large mass number are used as the first element, it is preferable to supply the element that easily bonds with oxygen after supplying the element with a large mass number. By supplying the element with a large mass number to break the bonds between more metals and oxygen, and then supplying the element that easily bonds with oxygen, it is possible to efficiently bond with oxygen.
- the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be efficiently reduced.
- argon can be supplied to the layers 108 and 208 using a gas containing argon, and then boron can be supplied to the layers 108 and 208 using a gas containing boron. This allows the electrical resistance of regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db to be efficiently reduced.
- Hydrogen is suitable as an impurity element because oxygen vacancies (V O ) are generated by supplying hydrogen, and V O H is generated by entering the oxygen vacancies (V O ).
- Supplying hydrogen in addition to the first element makes it easier to lower the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, and can maintain a low electrical resistance state.
- a gas containing the first element and hydrogen (for example, PH 3 gas and B 2 H 6 gas) can be used as the source gas.
- a mixed gas of a gas containing the first element and a gas containing hydrogen can be used as the source gas.
- ions generated from the source gas can be supplied without mass separation, which is preferable because it can increase productivity.
- B 2 H 6 gas as the source gas
- boron and hydrogen can be supplied as impurity elements.
- PH 3 gas phosphorus and hydrogen can be supplied as impurity elements.
- the insulating layer 106 is provided so as to cover the openings 141, 241, and 243, it is preferable to use a method with high coverage for its formation.
- the insulating layer 106 is preferably formed by sputtering, PECVD, or atomic layer deposition (ALD: Atomic Layer Deposition).
- ALD Atomic Layer Deposition
- thermal ALD or PEALD Pullasma Enhanced ALD
- the thermal ALD method is preferable because it exhibits extremely high coverage.
- the PEALD method is preferable because it exhibits high coverage and allows low-temperature film formation.
- the thicknesses Ta, Tb, and Tc are thicknesses in a direction perpendicular or approximately perpendicular to the surface on which the insulating layer 106 is formed. More specifically, the thickness Ta is the shortest distance between the upper surface of the layer 108 provided along the upper surface of the conductive layer 112 and the upper surface of the insulating layer 106.
- the thickness Tb is the shortest distance between the upper surface of the layer 108 provided along the upper surface of the insulating layer 110 and the upper surface of the insulating layer 106.
- the thickness Tc is the shortest distance between the side surface of the layer 108 provided along the side surface of the insulating layer 110 on the insulating layer 106 side and the side surface of the insulating layer 106 on the conductive layer 104 side.
- thickness Xa is the shortest distance between the upper surface of layer 208 provided along the upper surface of conductive layer 212a and the upper surface of insulating layer 106.
- Thickness Xb is the shortest distance between the upper surface of layer 208 provided along the upper surface of conductive layer 212b and the upper surface of insulating layer 106.
- Thickness Xc is the shortest distance between the side of layer 208 provided along the side of insulating layer 110 on the insulating layer 106 side and the side of insulating layer 106 on the conductive layer 204 side.
- FIGS 3A and 3B show a configuration in which thickness Ta, thickness Tb, thickness Tc, thickness Xa, thickness Xb, and thickness Xc are the same, one aspect of the present invention is not limited to this. A configuration in which some or all of these thicknesses are different may also be used.
- the thicknesses Tc and Xc of the region provided along the side of the insulating layer 110 may be thinner than the thicknesses Ta, Tb, Xa, and Xb of the region provided along the upper surface of the conductive layer 112, the upper surface of the insulating layer 110, the upper surface of the conductive layer 212a, and the upper surface of the conductive layer 212b of the insulating layer 106.
- the thickness Tc may be thinner than both the thicknesses Ta and Tb
- the thickness Xc may be thinner than both the thicknesses Xa and Xb.
- the thickness Tc may be closer to the thicknesses Ta and Tb, and the thickness Xc may be closer to the thicknesses Xa and Xb.
- the thickness Tc may be the same or approximately the same as the thicknesses Ta and Tb, and the thickness Xc may be the same or approximately the same as the thicknesses Xa and Xb.
- the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer for the transistor 100 and the transistor 200.
- the thickness Tc of the portion of the insulating layer 106 in contact with the region 108M and the thickness Xc of the portion in contact with the region 208M are each preferably 1 nm or more and 200 nm or less, more preferably 1 nm or more and 150 nm or less, and even more preferably 1 nm or more and 100 nm or less.
- the thickness Tc is preferably 30 nm or more and 100 nm or less.
- the thickness Tc is preferably 1 nm or more and 50 nm or less. Also, for example, when the channel length is 1 nm or more and 10 nm or less, the thickness Tc is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. The same applies to the transistor 200 and the thickness Xc.
- FIG. 3A and 3B show a configuration in which the surface of the insulating layer 106 (specifically, the top and side surfaces of the insulating layer 106) is parallel to the top and side surfaces of layer 108, which are the surfaces on which the insulating layer 106 is formed, and the top and side surfaces of layer 208.
- the first element is supplied to layers 108 and 208 through insulating layer 106.
- the first element penetrates from the surface of insulating layer 106, passes through insulating layer 106, and then reaches layer 108 through the interface between insulating layer 106 and layer 108.
- the thickness of insulating layer 106 in the direction in which the first element is supplied can also be said to be the depth from the surface of insulating layer 106 to layer 108 of the first element.
- thickness Ta is the depth from the surface of insulating layer 106 to region 108Da of the first element
- thickness Tb is the depth from the surface of insulating layer 106 to region 108Db of the first element.
- thickness Xa is the depth to which the first element reaches region 208Da from the surface of insulating layer 106
- thickness Xb is the depth to which the first element reaches region 208Db from the surface of insulating layer 106.
- thickness Td and Xd show thicknesses Td and Xd of the region of insulating layer 106 provided along the side of insulating layer 110 in a direction perpendicular to the top surface of substrate 102.
- Thickness Td can also be said to be the depth to which the first element reaches region 108M from the surface of insulating layer 106.
- Thickness Xd can also be said to be the depth to which the first element reaches region 208M from the surface of insulating layer 106.
- thickness Td and thickness Xd can be the thickness of insulating layer 106 on a straight line extending from the midpoint between the top and bottom ends of insulating layer 110b in a direction perpendicular to the top surface of substrate 102.
- thicknesses Ta and Tb are thin.
- the amount of the first element supplied is greater than that in the region provided along the side of insulating layer 110 (e.g., region 108M).
- the supply of the first element to the channel formation region of layer 108 is suppressed, and the electrical resistance of regions 108Da and 108Db can be preferentially reduced.
- thicknesses Xa and Xb are thin compared to thickness Xd.
- the amount of the first element supplied is greater than that in the region provided along the side of insulating layer 110 (e.g., region 208M). In this way, the supply of the first element to the channel formation region of layer 208 is suppressed, and the electrical resistance of regions 208Da and 208Db can be preferentially reduced.
- the thicker the insulating layer 106 the larger the difference between thickness Ta and thickness Td, the difference between thickness Tb and thickness Td, the difference between thickness Xa and thickness Xd, and the difference between thickness Xb and thickness Xd can be.
- it is preferable that thicknesses Tc and Xc are thin from the standpoint of improving the on-current and suppressing the short channel effect.
- the insulating layer 106 preferably has an insulating layer containing oxygen.
- the first element exists in a state of being bonded with oxygen in the insulating layer 106 as in the layers 108 and 208.
- oxygen and the first element are bonded and stabilized, oxygen is less likely to be desorbed even when heat is applied in the region containing the first element, so that oxygen can be prevented from diffusing to other layers. This makes it possible to efficiently supply oxygen to the channel formation region while preventing oxygen from being supplied from the insulating layer 106 to the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db.
- oxygen deficiency in the channel formation region can be reduced while preventing the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db from increasing. As a result, a transistor with good electrical characteristics and high reliability can be realized.
- the boron contained in the regions 108Da, 108Db, 208Da, 208Db, and the insulating layer 106 may exist in a state of being bonded to oxygen. This can be confirmed, for example, by observing a peak due to a B 2 O 3 bond in an XPS analysis. Also, in an XPS analysis, a spectrum peak due to a state in which the boron element exists as a single element is not observed, or the peak intensity is extremely small to the background level. Similarly, when the insulating layer 110 contains boron, in the portion of the insulating layer 110 containing oxygen, boron may exist in a state of being bonded to oxygen.
- a layer to which an impurity element (here, a first element) is supplied may be referred to as an implanted layer.
- a first element when a first element is supplied to layers 108 and 208 through insulating layer 106, insulating layer 106, layer 108, and layer 208 may each be referred to as an implanted layer.
- the acceleration energy used to supply the impurity element is preferably set according to the type of impurity element (specifically, the type of ion) to be supplied, as well as the composition, film density, and thickness of the implanted layer. If the acceleration energy in supplying the first element is too high, the first element may also be supplied to the regions 108M and 208M, and the concentration of the first element in these regions may become high. Therefore, it is preferable to set the acceleration energy so that the first element is supplied as little as possible to the regions 108M and 208M.
- the acceleration energy used to supply the first element so that the concentration of the first element is highest at the interface between the region 108Da and the insulating layer 106, the interface between the region 108Db and the insulating layer 106, the interface between the region 208Da and the insulating layer 106, and the interface between the region 208Db and the insulating layer 106, or in the vicinity of these.
- the concentration of the impurity element in the depth direction can be simulated, for example, using software.
- simulation software include TRIM (Transport of Ion in Matter) and SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). These are software that simulate the ion implantation process using the Monte Carlo method.
- the type of impurity element to be supplied specifically, the type of ion
- the composition and film density of the implanted layer, and the acceleration energy can be used as simulation parameters.
- the depth to the region 108Da is "Ta”
- the depth to the region 108Db is “Tb”
- the depth to the region 108M is “Td”
- the depth to the region 208Da is "Xa”
- the depth to the region 208Db is “Xb”
- the depth to the region 208M is "Xd”.
- a step can be formed by the insulating layer 110 and the conductive layer 112, and the layer 108, the insulating layer 106, and the conductive layer 104 can be provided along the step.
- a step can be formed by the insulating layer 110, the conductive layer 212b, and the conductive layer 212a, and the layer 208, the insulating layer 106, and the conductive layer 204 can be provided along the step.
- Metal oxides that can be used for the layer 108 and the layer 208 will be specifically described.
- metal oxides include indium oxide (also referred to as indium oxide), gallium oxide (also referred to as gallium oxide), and zinc oxide (also referred to as zinc oxide).
- the metal oxide preferably contains at least indium or zinc.
- the metal oxide preferably contains one or more elements selected from indium, element M, and zinc.
- the element M is a metal element or semi-metal element having a high bond energy with oxygen, for example, a metal element or semi-metal element having a bond energy with oxygen higher than that of indium.
- metal elements and metalloid elements may be collectively referred to as "metal elements", and the "metal elements" described in this specification may include metalloid elements.
- the metal oxide may have one or more metal elements with a higher period number in the periodic table instead of or in addition to indium.
- metal elements with a higher period number include metal elements belonging to the fifth period and metal elements belonging to the sixth period.
- Specific examples of the metal elements include yttrium, zirconium, silver, cadmium, tin, antimony, barium, lead, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, and europium. Note that lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, and europium are called light rare earth elements.
- the field effect mobility of the transistor can be increased.
- a transistor with a large on-current can be realized.
- the ratio of the number of indium atoms to the sum of the numbers of atoms of all contained metal elements may be referred to as the indium content.
- the sum of the ratios of the number of atoms of element M to the sum of the numbers of atoms of all contained metal elements can be taken as the content of element M.
- Increasing the zinc content in the metal oxide results in a highly crystalline metal oxide, which can suppress the diffusion of impurities in the metal oxide. This suppresses fluctuations in the electrical characteristics of the transistor, and increases reliability.
- the metal oxide By increasing the content of element M in the metal oxide, the metal oxide can have a large band gap. Furthermore, by suppressing the formation of oxygen vacancies (V 2 O 3 ) in the metal oxide, carrier generation due to oxygen vacancies (V 2 O 3 ) can be suppressed, and a shift in the threshold voltage of the transistor can be suppressed. As a result, the cutoff current can be reduced, and a normally-off transistor can be obtained. Furthermore, a transistor with a small off-current can be obtained. Furthermore, fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed, and reliability can be improved.
- the electrical characteristics and reliability of the transistors 100 and 200 vary depending on the composition of the metal oxide applied to the layers 108 and 208. Therefore, by varying the composition of the metal oxide depending on the electrical characteristics and reliability required of the transistor, a semiconductor device that has both excellent electrical characteristics and high reliability can be obtained.
- the metal oxide is an In-M-Zn oxide
- the atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide is equal to or greater than the atomic ratio of element M.
- the atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide can be less than the atomic ratio of element M.
- the sum of the atomic ratios of these elements can be regarded as the atomic ratio of element M.
- the on-state current or field effect mobility of the transistors 100 and 200 can be increased. Furthermore, by containing the element M, the generation of oxygen vacancies (V 0 ) can be suppressed.
- the element M is preferably one or more of the above elements, and more preferably one or more selected from aluminum, gallium, tin, and yttrium.
- the grain boundaries become recombination centers, and carriers are captured, which may reduce the on-current of the transistor.
- a polycrystalline metal oxide is used for the layers 108 and 208, the surface of the layers 108 and 208 may become uneven. This increases the step of the surface on which the layer (e.g., the insulating layer 106) formed on the layers 108 and 208 is formed, and defects such as step breaks or pores may occur in the layers.
- the layer e.g., the insulating layer 106
- the layers 108 and 208 prevents the layers 108 and 208 from becoming polycrystalline, and allows the transistor to have a large on-current.
- the coverage of the layers (e.g., the insulating layer 106) formed on the layers 108 and 208 can be improved, and defects such as step breaks or pores in the layers can be suppressed.
- indium tin oxide containing silicon is less likely to become a polycrystalline structure, and therefore can be suitably used for the layers 108 and 208.
- ITSO indium tin oxide
- the silicon content is preferably 1% to 20%, more preferably 3% to 20%, even more preferably 3% to 15%, and even more preferably 5% to 15%.
- indium tin oxide containing silicon (ITSO) is used for the layers 108 and 208, it is preferable that it has crystallinity.
- the layer 108 may have an amorphous region or may be amorphous.
- a metal oxide that does not contain element M can be applied to layers 108 and 208.
- the atomic ratio of In is equal to or greater than the atomic ratio of Zn.
- the composition of layers 108 and 208 can be analyzed using, for example, energy dispersive X-ray spectrometry (EDX), X-ray photoelectron spectrometry (XPS), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), or inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES).
- EDX energy dispersive X-ray spectrometry
- XPS X-ray photoelectron spectrometry
- ICP-MS inductively coupled plasma mass spectrometry
- ICP-AES inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry
- a combination of these techniques can be used for analysis. It is preferable to separate the peaks of the spectrum obtained by the analysis and identify and quantify the elements.
- the actual content may differ from the content obtained by analysis due to the influence of analytical accuracy. For example, if the content of element M is low, the content of element M obtained by analysis may be lower than the actual content, may be difficult to quantify, or may be below the detection
- the metal oxide can be formed by sputtering or ALD.
- Thermal ALD or PEALD can be used as the ALD.
- the composition of the formed metal oxide may differ from the composition of the sputtering target.
- the zinc content in the formed metal oxide may decrease to about 50% compared to the sputtering target.
- the PECVD method can also be used to form the metal oxide.
- the layers 108 and 208 are preferably made of a crystalline metal oxide.
- a crystalline metal oxide examples include a CAAC (c-axis aligned crystal) structure, a polycrystalline structure, and a nano-crystalline (nc: nano-crystal) structure.
- Layer 108 and layer 208 are preferably made of CAAC-OS or nc-OS.
- CAAC-OS has multiple layered crystals.
- the c-axes of the crystals are oriented in the normal direction of the surface on which the transistor is formed.
- the layers 108 and 208 preferably have layered crystals parallel or approximately parallel to the surface on which the transistor is formed.
- the layer 108 preferably has layered crystals parallel or approximately parallel to the upper surface of the conductive layer 112 in a region in contact with the upper surface of the conductive layer 112.
- the layer 108 preferably has layered crystals parallel or approximately parallel to the side surface of the insulating layer 110, which is the surface on which the transistor is formed, in the opening 141.
- the layered crystals of the layer 108 are formed parallel or approximately parallel to the channel length direction of the transistor 100, and therefore the transistor can have a large on-current.
- the layered crystals of the layer 208 are formed parallel or approximately parallel to the channel length direction of the transistor 200, and therefore the transistor can have a large on-current.
- the density of defect states in the channel formation region can be reduced.
- a metal oxide with low crystallinity a transistor capable of passing a large current can be realized.
- the substrate temperature during formation can be adjusted, for example, by the temperature of the stage on which the substrate is placed during formation.
- the crystallinity of layers 108 and 208 can be analyzed, for example, by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM), or electron diffraction (ED). Alternatively, the analysis can be performed by combining a plurality of these techniques.
- XRD X-ray diffraction
- TEM transmission electron microscope
- ED electron diffraction
- VOH oxygen vacancies
- supplying oxygen to a metal oxide to repair oxygen vacancies ( VOH ) may be referred to as oxygen addition treatment.
- the carrier concentration of each of the regions 108M and 208M functioning as a channel formation region is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , even more preferably less than 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 , even more preferably less than 1 ⁇ 10 13 cm ⁇ 3 , and even more preferably less than 1 ⁇ 10 12 cm ⁇ 3 .
- the carrier concentration of the channel formation region can be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 9 cm ⁇ 3 .
- the region of layer 108 in contact with conductive layer 112 functions as one of the source region and drain region of transistor 100, and region 108Db functions as the other of the source electrode and drain electrode.
- the region of layer 208 in contact with conductive layer 212a functions as one of the source region and drain region of transistor 200, and the region in contact with conductive layer 212b functions as the other of the source region and drain region.
- Region 108Db, the source region, and the drain region are regions with lower electrical resistance than the channel formation region.
- Region 108Db, the source region, and the drain region can also be said to be regions with a higher carrier concentration and a higher oxygen defect density than the channel formation region.
- At least one of the regions of the layer 108 in contact with the insulating layer 110a and the region in contact with the insulating layer 110c can be a region having a lower electrical resistance than the channel formation region (hereinafter also referred to as a low-resistance region).
- the region can also be said to be a region having a higher carrier concentration and a higher oxygen defect density than the channel formation region.
- impurities e.g., water and hydrogen
- the layer 108 can be configured to have a low-resistance region between one of the source and drain regions and the region 108M that functions as the channel formation region. Similarly, by using a material that releases impurities in the insulating layer 110c, the region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110c can be a low-resistance region.
- the layer 108 can be configured to have a low-resistance region between the region 108Db that functions as the other of the source and drain electrodes and the region 108M that functions as the channel formation region.
- the low resistance regions can function as buffer regions to reduce the drain electric field. These low resistance regions can also function as source or drain regions. The same applies to layer 208.
- OS transistors have small variations in electrical characteristics due to radiation exposure, i.e., they have high resistance to radiation, and therefore can be suitably used in environments where radiation may be present. It can also be said that OS transistors have high reliability against radiation.
- OS transistors can be suitably used in pixel circuits of X-ray flat panel detectors.
- OS transistors can also be suitably used in semiconductor devices used in outer space.
- radiation include electromagnetic radiation (e.g., X-rays and gamma rays) and particle radiation (e.g., alpha rays, beta rays, proton rays, and neutron rays).
- Layer 108 and layer 208 may have a layered material that functions as a semiconductor.
- a layered material is a general term for a group of materials that have a layered crystal structure.
- a layered crystal structure is a structure in which layers formed by covalent or ionic bonds are stacked via bonds weaker than covalent or ionic bonds, such as van der Waals bonds.
- a layered material has high electrical conductivity within a unit layer, that is, high two-dimensional electrical conductivity. By using a material that functions as a semiconductor and has high two-dimensional electrical conductivity in the channel formation region, a transistor with a large on-current can be provided.
- Examples of the layered material include graphene, silicene, and chalcogenides.
- Chalcogenides are compounds containing chalcogen (an element belonging to Group 16).
- Examples of the chalcogenides include transition metal chalcogenides and Group 13 chalcogenides.
- Layer 108 and layer 208 can each have a stacked structure having two or more metal oxide layers.
- the compositions of the two or more metal oxide layers in layer 108 and layer 208 can be the same or approximately the same.
- they can be formed using the same sputtering target, reducing manufacturing costs.
- the boundary (interface) between these metal oxide layers may not be clearly identified.
- layers 108 and 208 each have a two-layer structure of a first metal oxide layer and a second metal oxide layer on the first metal oxide layer
- the surface on which the second metal oxide layer is formed becomes the surface of the first metal oxide layer
- the crystallinity of the second metal oxide layer may be high.
- the heat treatment can also be called a crystallization treatment.
- a first metal oxide layer is formed, and a second metal oxide layer having higher crystallinity than the first layer is formed.
- the ALD method can be suitably used to form the first metal oxide layer
- the sputtering method can be suitably used to form the second metal oxide layer.
- the crystallinity of the first metal oxide layer and the second metal oxide layer can be further increased.
- the crystals contained in the second metal oxide layer grow continuously toward the first metal oxide layer, and the boundary between the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may not be clearly identified.
- the second metal oxide layer has a CAAC structure. This allows the crystals having the CAAC structure of the second metal oxide layer to be used as nuclei or seeds to increase the crystallinity of the first metal oxide layer.
- a three-layer structure having a third metal oxide layer on the second metal oxide layer can be formed.
- the ALD method can be suitably used to form the first metal oxide layer and the third metal oxide layer
- the sputtering method can be suitably used to form the second metal oxide layer.
- the crystallinity of the first metal oxide layer, the second metal oxide layer, and the third metal oxide layer can be increased.
- the crystals contained in the second metal oxide layer grow continuously toward the first metal oxide layer and the third metal oxide layer, and the boundary between the first metal oxide layer and the second metal oxide layer, and the boundary between the second metal oxide layer and the third metal oxide layer may not be clearly identified.
- the second metal oxide layer having a CAAC structure the crystals having the CAAC structure of the second metal oxide layer can be used as nuclei or seeds to increase the crystallinity of the first metal oxide layer and the third metal oxide layer.
- the thickness direction refers to a direction perpendicular or approximately perpendicular to the surface on which the metal oxide layer is formed.
- a metal oxide layer with increased crystallinity in this way can be called an Axial Growth CAAC (AG CAAC).
- crystal growth may also occur in a direction parallel or approximately parallel to the surface on which the metal oxide layer is formed.
- the temperature of the heat treatment can be 100°C or higher and lower than the distortion point of the substrate.
- the temperature of the heat treatment is preferably 100°C or higher and 800°C or lower, more preferably 250°C or higher and 650°C or lower, and even more preferably 350°C or higher and 550°C or lower.
- the time of the heat treatment is, for example, preferably 1 minute or higher and 1 hour or lower, more preferably 10 minutes or higher and 30 minutes or lower, at a temperature of 350°C or higher and 550°C or lower.
- the heating device used for the heat treatment is not particularly limited, and a device that heats the workpiece by thermal conduction or thermal radiation from a heating element (e.g., a resistance heating element) can be used.
- an electric furnace or an RTA (Rapid Thermal Anneal) device such as an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) device or a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) device can be used.
- the LRTA device is a device that heats the workpiece by radiating light (electromagnetic waves) emitted from a lamp (e.g., a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, and a high-pressure mercury lamp).
- the GRTA device is a device that heats the workpiece using a high-temperature gas.
- the insulating layer 110 preferably has a stacked structure.
- the insulating layer 110b has a function of supplying oxygen to channel formation regions (here, the regions 108M and 208M) of the layer 108 and the layer 208.
- the insulating layers 110a and 110c function as barrier films.
- the oxygen contained in the insulating layer 110b may diffuse to the conductive layer 112 and the conductive layer 212a side through the insulating layer 110a, and to the region 108Db and the conductive layer 212b side through the insulating layer 110c. This may reduce the amount of oxygen supplied to the channel formation region of the layer 108 and the layer 208, and may increase the electrical resistance of the region 108Db, the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b.
- the thickness T110a and the thickness T110c are thick, the amount of impurities released from the insulating layer 110a and the insulating layer 110c may increase, and the amount of impurities diffusing into the channel formation region may increase.
- the thickness T110a can be the shortest distance between the surface of the insulating layer 110a to be formed (here, the upper surface of the conductive layer 112 or the upper surface of the conductive layer 212a) and the upper surface of the insulating layer 110a in a cross-sectional view.
- the thickness T110c can be the shortest distance between the surface of the insulating layer 110c to be formed (here, the upper surface of the insulating layer 110b) and the upper surface of the insulating layer 110c in a cross-sectional view.
- the thickness T110c is preferably 3 nm or more and 200 nm or less, more preferably 3 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 50 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 30 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 10 nm or less, even more preferably 5 nm or more and 10 nm or less.
- Thickness T110a can be thicker than thickness T110c. If the region of layer 108 in contact with insulating layer 110a functions as the source or drain region of transistor 100, the distance from the source or drain region to the gate electrode can be made more uniform by increasing thickness T110a. Similarly, if the region of layer 208 in contact with insulating layer 110a functions as the source or drain region of transistor 200, the distance from the source or drain region to the gate electrode can be made more uniform by increasing thickness T110a. This can make the electric field of the gate electrode applied to the channel formation region more uniform.
- the thickness T110a of the insulating layer 110a is preferably 3 nm or more and 500 nm or less, more preferably 5 nm or more and 400 nm or less, more preferably 10 nm or more and 300 nm or less, more preferably 20 nm or more and 300 nm or less, more preferably 50 nm or more and 300 nm or less, more preferably 100 nm or more and 300 nm or less, more preferably 100 nm or more and 250 nm or less, and more preferably 150 nm or more and 250 nm or less.
- the thickness T110a and the thickness T110c are not limited to the above-mentioned ranges.
- impurities released from the insulating layer 110a may diffuse into the channel formation region of the layer 108 through the insulating layer 110b or through a region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110a.
- impurities released from the insulating layer 110c may diffuse into the channel formation region of the layer 108 through the insulating layer 110b or through a region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110c.
- the impurity is hydrogen
- hydrogen released from the insulating layer 110a or the insulating layer 110c may diffuse into the channel formation region of the layer 108.
- oxygen is supplied from the insulating layer 110b to at least a region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110b, so that oxygen vacancies (V O ) and V O H in the channel formation region can be reduced.
- This suppresses a shift in the threshold voltage, and a transistor having both a small cutoff current and a large on-current can be obtained.
- the same applies to the layer 208. Therefore, a semiconductor device that achieves both low power consumption and high performance can be obtained.
- the amount of impurities released from the insulating layers 110a and 110c becomes too large, the amount of oxygen vacancies ( VO ) and VOH generated by the impurities may be greater than the amount of oxygen vacancies ( VO ) and VOH repaired by oxygen supplied from the insulating layer 110b. Even when a material that releases impurities is used for the insulating layers 110a and 110c, it is more preferable that the amount of impurities released from these layers is small.
- One or more of the insulating layers 110a, 110b, and 110c may have a laminated structure.
- the materials listed for the insulating layer 110c can be used for each layer constituting the insulating layer 110c.
- An oxide or an oxynitride can be preferably used for the layer provided on the insulating layer 110b side. More specifically, one or more of aluminum oxide, hafnium oxide, hafnium aluminate, magnesium oxide, gallium oxide, and gallium zinc oxide can be particularly preferably used for the layer provided on the insulating layer 110b side.
- the insulating layer 110c can have a laminated structure of, for example, a first film having an oxide or an oxynitride and a second film having a nitride or a nitride oxide on the first film. More specifically, the insulating layer 110c can have a laminated structure of, for example, an aluminum oxide film and a silicon nitride film on the aluminum oxide film.
- the upper surface shapes of the openings 141, 241, and 243 are not limited, and each of them may be, for example, a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle (including a rectangle, a rhombus, and a square), a polygon such as a pentagon, or a shape with rounded corners of these polygons.
- the polygon may be either a concave polygon (a polygon with at least one interior angle exceeding 180 degrees) or a convex polygon (a polygon with all interior angles less than 180 degrees).
- the upper surface shapes of the openings 141, 241, and 243 are preferably circular.
- the processing accuracy when forming the openings can be improved, and openings of fine size can be formed.
- the openings 241 and 243 may be concentric or not concentric. In this specification, etc., a circle is not limited to a perfect circle.
- Figure 4A is a top view of the transistor 100 and the transistor 200
- Figure 4B is a cross-sectional view of the transistor 100
- Figure 4C is a cross-sectional view of the transistor 200.
- the channel length L100 of the transistor 100 is indicated by a double-headed dashed arrow.
- the channel length L100 of the transistor 100 corresponds to the length of the side of the insulating layer 110b on the opening 141 side in a cross-sectional view.
- the channel length L100 is determined by the thickness T110b of the insulating layer 110b and the angle ⁇ 100 between the side of the insulating layer 110b on the opening 141 side and the surface on which the insulating layer 110b is formed (here, the top surface of the insulating layer 110a).
- the channel length L200 of the transistor 200 is indicated by a double-headed dashed arrow.
- the channel length L200 of the transistor 200 corresponds to the length of the side of the insulating layer 110b on the opening 241 side in a cross-sectional view. That is, the channel length L200 is determined by the thickness T110b of the insulating layer 110b and the angle ⁇ 200 between the side of the insulating layer 110b on the opening 241 side and the surface on which the insulating layer 110b is to be formed (here, the upper surface of the insulating layer 110a). Therefore, the channel length L100 and the channel length L200 can be set to values smaller than the minimum exposure dimension of the exposure device, and a transistor of a fine size can be realized.
- a transistor with an extremely short channel length that could not be realized with a conventional exposure device for mass production of flat panel displays for example, a minimum dimension of about 2 ⁇ m or 1.5 ⁇ m
- a transistor with a channel length of less than 10 nm can be realized without using an extremely expensive exposure device used in cutting-edge LSI technology.
- the channel length L100 and the channel length L200 can each be, for example, 5 nm or more, 7 nm or more, or 10 nm or more, and can be less than 3 ⁇ m, 2.5 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, 1.2 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or less, 500 nm or less, 300 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, or 20 nm or less.
- the channel length L100 can be 100 nm or more and 1 ⁇ m or less.
- the on-state current of the transistor 100 and the transistor 200 can be increased.
- the transistor 100 and the transistor 200 By using the transistor 100 and the transistor 200, a circuit capable of high-speed operation can be manufactured. Furthermore, the area occupied by the circuit can be reduced. Therefore, a small-sized semiconductor device can be obtained. For example, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a large display device or a high-definition display device, even if the number of wirings is increased, the signal delay in each wiring can be reduced and display unevenness can be suppressed. Furthermore, since the area occupied by the circuit can be reduced, the frame of the display device can be narrowed.
- the channel length L100 can be controlled by adjusting the thickness T110b and the angle ⁇ 100.
- the channel length L200 can be controlled by adjusting the thickness T110b and the angle ⁇ 200.
- the thickness T110b can be, for example, 5 nm or more, 7 nm or more, or 10 nm or more, and can be less than 3 ⁇ m, 2.5 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, 1.2 ⁇ m or less, 1 ⁇ m or less, 500 nm or less, 300 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, or 20 nm or less.
- the thickness T110b can be appropriately set to obtain the desired channel length L100. As shown in FIG.
- the thickness T110b can be the shortest distance between the surface on which the insulating layer 110b is formed (here, the upper surface of the insulating layer 110a) and the upper surface of the insulating layer 110b in a cross-sectional view.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 are each 90 degrees or less. By reducing the angles ⁇ 100 and ⁇ 200, the coverage of the layers (e.g., layers 108 and 208) formed on the insulating layer 110 can be improved. Furthermore, when the angle ⁇ 100 is 90 degrees or less, the smaller the angle ⁇ 100, the longer the channel length L100 can be, and the larger the angle ⁇ 100, the shorter the channel length L100 can be. The same applies to the angle ⁇ 200 and the channel length L200.
- the angle ⁇ 100 is less than 90 degrees, the larger the angle ⁇ 100, the larger the difference between the thickness Ta and the thickness Td, and the difference between the thickness Tb and the thickness Td. Therefore, the supply of the first element to the region 108M is suppressed, and the first element is preferentially supplied to the regions 108Da and 108Db. This makes it possible to efficiently lower the electrical resistance of the regions 108Da and 108Db.
- the angle ⁇ 200 is less than 90 degrees, the larger the angle ⁇ 200, the larger the difference between the thickness Xa and the thickness Xd, and the difference between the thickness Xb and the thickness Xd.
- the supply of the first element to the region 208M is suppressed, and the first element is preferentially supplied to the regions 208Da and 208Db. This makes it possible to efficiently lower the electrical resistance of the regions 208Da and 208Db.
- angles ⁇ 100 and ⁇ 200 are each shown as less than 90 degrees, but this is not a limitation of one aspect of the present invention.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 can each be 90 degrees or approximately 90 degrees. This allows the channel lengths L100 and L200 to be shortened.
- the angle ⁇ 100 is 90 degrees
- the first element passes through the region in contact with insulating layer 106 and the side of insulating layer 110c of layer 108 to reach region 108M. Therefore, the depth in region 108M is deeper than the depth in regions 108Da and 108Db. Therefore, the concentration of the first element in region 108M is lower than the concentration of the first element in regions 108Da and 108Db.
- the first element when the first element is supplied to layer 208 through insulating layer 106, the first element passes through the region in contact with insulating layer 106 and the side of conductive layer 212b of layer 208, and the region in contact with the side of insulating layer 110c to reach region 208M. Therefore, the depth in region 208M is greater than the depth in regions 208Da and 208Db. Therefore, the concentration of the first element in region 208M is less than the concentration of the first element in regions 208Da and 208Db.
- the amount of the first element supplied to layer 108 will be smaller even at the same depth.
- the stopping power in ion implantation differs depending on the type of element, the amount of the first element supplied also differs depending on the composition of the implanted layer.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 can each be, for example, 30 degrees or more, 35 degrees or more, 40 degrees or more, 45 degrees or more, 50 degrees or more, 55 degrees or more, 60 degrees or more, 65 degrees or more, or 70 degrees or more, and 90 degrees or less, 85 degrees or less, or 80 degrees or less.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 can also each be 75 degrees or less, 70 degrees or less, 65 degrees or less, or 60 degrees or less.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 can be appropriately set to the desired channel length L100 and channel length L200, respectively.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 are preferably 65 degrees or more and 90 degrees or less, more preferably 70 degrees or more and 90 degrees or less, and even more preferably 75 degrees or more and 90 degrees or less.
- the channel length L200 becomes the same or approximately the same as the channel length L100.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 can be made the same or approximately the same.
- the angles ⁇ 100 and ⁇ 200 can be made different from each other.
- the channel length L100 and the channel length L200 can be made different from each other.
- the angle ⁇ 200 is 90 degrees or less, by making the angle ⁇ 200 smaller, the channel length L200 becomes longer, and the saturation of the transistor 200 can be improved.
- high saturation may be used to refer to a small change in current in the saturation region in the Id-Vd characteristics of a transistor.
- angles ⁇ 100 and ⁇ 200 are large, it is preferable to use a film formation method with higher coverage for forming the layers provided in openings 141, 241, and 243.
- the ALD method can be suitably used for forming insulating layer 106, layer 108, and layer 208.
- a film formation method with higher productivity can be suitably used.
- the PECVD method can be suitably used for forming insulating layer 106, and sputtering can be suitably used for forming layers 108 and 208.
- the thickness of region 108Db provided along the top surface of insulating layer 110 of layer 108 may be thicker than the thickness of region 108M provided along the side surface of insulating layer 110. By increasing the thickness of region 108Db, the electrical resistance of the other of the source electrode and drain electrode of transistor 100 can be reduced.
- the shape of the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side and the shape of the side of the opening 241 side are straight in cross section, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention.
- the shape of the side of the insulating layer 110 on the opening 141 side and the shape of the side of the opening 241 side can be curved.
- the side can have both straight and curved regions.
- the conductive layer 212b is not provided inside the opening 241. Specifically, it is preferable that the conductive layer 212b does not have a region that contacts the side of the insulating layer 110 on the opening 241 side. If the conductive layer 212b is provided also inside the opening 241, the channel length L200 of the transistor 200 becomes shorter than the length of the side of the insulating layer 110b, which may make it difficult to control the channel length L200. Therefore, it is preferable that the top shape of the opening 243 matches the top shape of the opening 241, or that the opening 243 encompasses the opening 241 when viewed from above.
- the width D141 of the opening 141 is indicated by a double-headed arrow with two dashed lines
- the width D241 of the opening 241 is indicated by a double-headed arrow with two dashed lines.
- Figure 4A shows an example in which the top surface shape of the openings 141 and 241 is circular.
- the width D141 corresponds to the diameter of the circle
- the channel width W100 of the transistor 100 is the circumference of the circle.
- the channel width W100 is ⁇ x D141.
- the channel width W200 of the transistor 200 is ⁇ x D241.
- the top surface shape of the openings 141 and 241 is circular, it is possible to realize transistors 100 and 200 with smaller channel widths compared to other shapes.
- the width D141 and the width D241 may vary in the depth direction.
- the average value of the diameter at the highest point of the insulating layer 110b (or the insulating layer 110) in a cross-sectional view, the diameter at the lowest point, and the diameter at the midpoint between these three diameters may be used as the width D141 and the width D241.
- any of the diameters at the highest point of the insulating layer 110b (or the insulating layer 110) in a cross-sectional view, the diameter at the lowest point, and the diameter at the midpoint between these two diameters may be used as the width D141 and the width D241.
- the widths D141 and D241 are each equal to or greater than the minimum exposure dimension of the exposure device.
- the widths D141 and D241 can each be, for example, 20 nm or more, 50 nm or more, 100 nm or more, 200 nm or more, 300 nm or more, 400 nm or more, or 500 nm or more, and less than 5 ⁇ m, 4.5 ⁇ m or less, 4 ⁇ m or less, 3.5 ⁇ m or less, 3 ⁇ m or less, 2.5 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, 1.5 ⁇ m or less, or 1 ⁇ m or less.
- the width D141 and the width D241 are shown to be the same, but one aspect of the present invention is not limited to this.
- the width D141 and the width D241 may also be different.
- the channel width W100 and the channel width W200 can be made different.
- region 108M functions as the channel formation region of transistor 100 and region 208M functions as the channel formation region of transistor 200
- region 108M functions as the channel formation region of transistor 100
- region 208M functions as the channel formation region of transistor 200
- the region of layer 108 in contact with insulating layer 110a may also function as a channel formation region.
- the region of layer 108 in contact with insulating layer 110c may also function as a channel formation region. The same applies to layer 208.
- the conductive layer 112, the conductive layer 104, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 204 can each have a single layer structure or a stacked structure of two or more layers. Examples of materials that can be used for these include one or more of chromium, copper, aluminum, gold, silver, zinc, tantalum, titanium, tungsten, manganese, nickel, iron, cobalt, molybdenum, and niobium, and alloys containing one or more of the above-mentioned metals.
- the conductive layer 112, the conductive layer 104, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 204 can each be preferably made of a conductive material with low electrical resistivity, including one or more of copper, silver, gold, and aluminum. In particular, copper or aluminum is preferable because of its excellent mass productivity.
- Oxide conductors can be used for the conductive layer 112, the conductive layer 104, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 204.
- oxide conductors include indium oxide, zinc oxide, In-Sn oxide (ITO), In-Zn oxide, In-W oxide, In-W-Zn oxide, In-Ti oxide, In-Ti-Sn oxide, In-Sn-Si oxide (also called ITO containing silicon, ITSO), zinc oxide with added gallium, and In-Ga-Zn oxide.
- oxide conductors containing indium are preferred because of their high conductivity.
- the conductive layer 112, the conductive layer 104, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 204 can each have a stacked structure of a conductive film containing the oxide conductor described above and a conductive film containing a metal or an alloy. By using a conductive film containing a metal or an alloy, the wiring resistance can be reduced.
- the conductive layers 112, 104, 212a, 212b, and 204 can each be a Cu-X alloy film (X is Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta, or Ti). By using a Cu-X alloy film, they can be processed by wet etching, reducing manufacturing costs.
- X is Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta, or Ti.
- the conductive layer 112, the conductive layer 104, the conductive layer 212a, the conductive layer 212b, and the conductive layer 204 can be made of the same material. Alternatively, at least one of these layers can be made of a different material.
- the layer 108 is formed after the conductive layer 112 is formed, and the layer 208 is formed after the conductive layer 212a and the conductive layer 212b are formed.
- the layer 108 and the layer 208 contain oxygen or are formed in an atmosphere containing oxygen, if a metal (e.g., aluminum) that is easily oxidized is used for the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b, an insulating oxide (e.g., aluminum oxide) may be formed between the conductive layer 112 and the layer 108, between the conductive layer 212a and the layer 208, and between the conductive layer 212b and the layer 208, which may prevent the conduction between them.
- a metal e.g., aluminum
- a conductive material that is not easily oxidized a conductive material that maintains low electrical resistance even when oxidized, or an oxide conductor for the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b.
- the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b are preferably made of, for example, titanium, tantalum nitride, titanium nitride, a nitride containing titanium and aluminum, a nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, or an oxide containing lanthanum and nickel. These are preferable because they are conductive materials that are difficult to oxidize, or materials that maintain low electrical resistance even when oxidized.
- the conductive layer 112 the conductive layer 212a, or the conductive layer 212b has a stacked structure
- the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b can each use the oxide conductors described above. Specifically, oxide conductors such as indium oxide, zinc oxide, ITO, In-Zn oxide, In-W oxide, In-W-Zn oxide, In-Ti oxide, In-Ti-Sn oxide, In-Sn oxide containing silicon, and zinc oxide doped with gallium can be used.
- oxide conductors such as indium oxide, zinc oxide, ITO, In-Zn oxide, In-W oxide, In-W-Zn oxide, In-Ti oxide, In-Ti-Sn oxide, In-Sn oxide containing silicon, and zinc oxide doped with gallium can be used.
- the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the conductive layer 212b may each be made of a nitride conductor.
- nitride conductors include tantalum nitride and titanium nitride.
- the aforementioned nitride conductors may also be used for the conductive layer 104 and the conductive layer 204.
- FIGS. 5A to 6B Cross-sectional views of a semiconductor device 10A according to one embodiment of the present invention are shown in FIGS. 5A to 6B.
- FIG. 1A For a top view of the semiconductor device 10A, refer to FIG. 1A.
- FIGS. 5A to 6B is a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line A1-A2 shown in FIG. 1A.
- the semiconductor device 10A includes a transistor 100A, a transistor 200A, and an insulating layer 110.
- the transistor 100A differs mainly from the transistor 100 shown in FIG. 1B etc. in that the conductive layer 112 has a stacked structure
- the transistor 200A differs mainly from the transistor 200 in that the conductive layer 212a has a stacked structure.
- FIGS. 5A and 5B show a configuration in which the conductive layer 112 has a two-layer structure of a conductive layer 112_1 and a conductive layer 112_2 on the conductive layer 112_1, and the conductive layer 212a has a two-layer structure of a conductive layer 212a_1 and a conductive layer 212a_2 on the conductive layer 212a_1.
- a conductive material that is not easily oxidized, a conductive material that maintains low electrical resistance even when oxidized, or an oxide conductor is preferably used.
- materials that can be used for the conductive layer 112_2 see the description of the conductive layer 112.
- the material used is not particularly limited. For example, it is preferable to use a material having a lower electrical resistivity than the conductive layer 112_2 for the conductive layer 112_1. This can reduce the electrical resistance of the conductive layer 112. For example, it is preferable to use In-Sn-Si oxide (ITSO) for the conductive layer 112_2, and copper or tungsten for the conductive layer 112_1.
- ITSO In-Sn-Si oxide
- the end of conductive layer 112_2 can be configured to be aligned or approximately aligned with the end of conductive layer 112_1.
- conductive layer 112 can be formed by forming a first film that will become conductive layer 112_1 and a second film that will become conductive layer 112_2, and processing the first film and second film. By processing the first film and the second film in the same process, manufacturing costs can be reduced.
- the conductive layer 112_2 may have an end that is not aligned with the end of the conductive layer 112_1. As shown in FIG. 5B, the conductive layer 112_2 may be provided so as to cover the conductive layer 112_1. The conductive layer 112_2 has an area that is in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112_1. It can also be said that the conductive layer 112_2 has a portion that protrudes from the end of the conductive layer 112_1. For example, the conductive layer 112_1 may be formed, a film that becomes the conductive layer 112_2 may be formed on the conductive layer 112_1, and the conductive layer 112_2 may be formed by processing the film.
- the conductive layer 112_2 protrude from the end of the conductive layer 112_1, the step of the surface on which the layer (e.g., the insulating layer 110) is formed on the conductive layer 112 is reduced, and the coverage of the layer can be improved. This can suppress the occurrence of defects such as step discontinuities or porosity in the layer.
- some or all of the layers constituting the conductive layer 112 may have different thicknesses.
- the electrical resistance of the conductive layer 112 can be reduced.
- a material with a lower electrical resistivity than the conductive layer 112_2 may be used for the conductive layer 112_1, and the thickness of the conductive layer 112_1 may be made thicker than the thickness of the conductive layer 112_2. This reduces the electrical resistance of the conductive layer 112.
- the thicknesses of the layers constituting the conductive layer 112 may be the same or approximately the same.
- the conductive layer 212a_1 can be formed in the same process as the conductive layer 112_1, and the conductive layer 212a_2 can be formed in the same process as the conductive layer 112_2.
- the description of the conductive layer 112_1 and the conductive layer 112_2 can be referred to.
- FIGS. 6A and 6B show a configuration in which the conductive layer 112 has a three-layer structure of a conductive layer 112_3, a conductive layer 112_1 on the conductive layer 112_3, and a conductive layer 112_2 on the conductive layer 112_1, and the conductive layer 212a has a three-layer structure of a conductive layer 212a_3, a conductive layer 212a_1 on the conductive layer 212a_3, and a conductive layer 212a_2 on the conductive layer 212a_1.
- the end of the conductive layer 112_1 can be configured to be in contact with the upper surface of the conductive layer 112_3.
- the conductive layer 112_2 has an area in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112_1 and the upper surface of the conductive layer 112_3.
- the conductive layer 112_2 and the conductive layer 112_3 each have a portion protruding from the end of the conductive layer 112_1.
- the upper surface, side surface, and lower surface of the conductive layer 112_1 are surrounded by the conductive layer 112_2 and the conductive layer 112_3.
- the end of the conductive layer 112_3 can be configured to be aligned or approximately aligned with the end of the conductive layer 112_2. For example, a first film that will become conductive layer 112_3 is formed, a conductive layer 112_1 is formed on the first film, and a second film that will become conductive layer 112_2 is formed on the first film and conductive layer 112_1.
- a conductive layer 112 having conductive layer 112_3, conductive layer 112_1, and conductive layer 112_2 can be formed.
- the manufacturing cost can be reduced.
- the adhesiveness between the conductive layer 112_1 and the surface on which the conductive layer 112_1 is formed may be low, which may result in a low manufacturing yield of the semiconductor device.
- a material for the conductive layer 112_3 that has higher adhesiveness to the surface on which the conductive layer 112 is formed than the conductive layer 112_1 it is possible to increase the manufacturing yield of the semiconductor device.
- the thickness of the conductive layer 112_3 is preferably a thickness that has the effect of increasing the adhesiveness of the conductive layer 112 to the surface on which the conductive layer 112 is formed, and can be thinner than the thicknesses of the conductive layer 112_1 and the conductive layer 112_2. By reducing the thickness of the conductive layer 112_3, it is possible to reduce the manufacturing cost.
- In-Sn-Si oxide can be suitably used for the conductive layer 112_3, copper for the conductive layer 112_1, and In-Sn-Si oxide (ITSO) for the conductive layer 112_2.
- the adhesion between the glass substrate and the ITSO film is higher than that between the glass substrate and the copper film.
- the processing when forming the conductive layers 112_2 and 112_3 in the same process becomes easier, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be increased.
- the end of conductive layer 112_3 can be aligned or approximately aligned with the end of conductive layer 112_1.
- a first film that will become conductive layer 112_3 is formed
- a second film that will become conductive layer 112_1 is formed on the first film
- the first film and second film are processed to form conductive layer 112_3 and conductive layer 112_1.
- conductive layer 112 can be formed by forming conductive layer 112_2 on conductive layer 112_3 and conductive layer 112_1.
- the conductive layer 212a_3 can be formed in the same process as the conductive layer 112_3.
- the description of the conductive layer 112_3 can be referred to.
- the conductive layer 112 and the conductive layer 212a each have a stacked structure of two or three layers, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the conductive layer 112 and the conductive layer 212a can also have a stacked structure of four or more layers.
- the insulating layer 106 preferably includes one or more inorganic insulating layers.
- the insulating layer 106 can be made of any of the materials that can be used for the insulating layer 110.
- the insulating layer 106 is provided over the layer 108, the layer 208, the conductive layer 212b, and the insulating layer 110.
- a metal oxide is used for the layer 108 and the layer 208, it is preferable to use any of the above-mentioned oxides and oxynitrides for at least the films constituting the insulating layer 106 that are in contact with the layer 108 and the layer 208.
- the insulating layer 106 has a single-layer structure, silicon oxide, silicon oxynitride, or aluminum oxide can be preferably used for the insulating layer 106.
- the thickness of the gate insulating layer becomes thin, the leakage current may become large.
- a material with a high relative dielectric constant also called a high-k material
- high-k materials that can be used for the insulating layer 106 include gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxides containing aluminum and hafnium, oxynitrides containing aluminum and hafnium, oxides containing silicon and hafnium, oxynitrides containing silicon and hafnium, and nitrides containing silicon and hafnium.
- the insulating layer 106 is shown as having a single-layer structure, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the insulating layer 106 can have a stacked structure of two or more layers.
- FIG. 7 is a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line A1-A2 shown in FIG. 1A.
- the semiconductor device 10B has a transistor 100B, a transistor 200B, and an insulating layer 110.
- the transistors 100B and 200B differ mainly from the transistors 100 and 200 shown in FIG. 1B and the like in that the insulating layer 106 has a stacked structure.
- FIG. 7 shows a configuration in which the insulating layer 106 has a two-layer structure of an insulating layer 106a and an insulating layer 106b on the insulating layer 106a.
- the insulating layer on the side of the layers 108 and 208 preferably has an oxide or an oxynitride.
- the insulating layer 106a can be preferably made of one or more of silicon oxide, silicon oxynitride, and aluminum oxide.
- This can suppress the diffusion of metal components contained in the conductive layer 104 and the conductive layer 204 and impurities (e.g., water and hydrogen) contained in the layers formed on the transistor 100B and the transistor 200B to the layer 108 and the layer 208 through the insulating layer 106.
- impurities e.g., water and hydrogen
- it can suppress the diffusion of oxygen contained in the layer 108 and the layer 208 to the conductive layer 104 and the conductive layer 204 through the insulating layer 106.
- This can suppress the increase in oxygen vacancy (V O ) and V O H in the layer 108 and the layer 208.
- the conductive layer 104 and the conductive layer 204 can suppress the conductive layer 104 and the conductive layer 204 from being oxidized by the oxygen contained in the layer 108 and the layer 208, and the increase in the electrical resistance of the conductive layer 104 and the conductive layer 204. As a result, a transistor having good electrical characteristics and high reliability can be obtained. It is preferable to use one or more of the above-mentioned nitrides and nitride oxides for the layer functioning as a barrier film. Alternatively, one or more of an oxide and an oxynitride can be used for the layer. For example, aluminum oxide can be preferably used.
- silicon oxynitride can be used for the insulating layer 106a, and silicon nitride can be used for the insulating layer 106b.
- silicon oxynitride can be used for the insulating layer 106a
- aluminum oxide can be used for the insulating layer 106b.
- aluminum oxide can be used for the insulating layer 106a
- silicon oxynitride can be used for the insulating layer 106b.
- aluminum oxide can be used for the insulating layer 106a
- silicon nitride can be used for the insulating layer 106b.
- the insulating layer 106 has a two-layer stacked structure, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the insulating layer 106 can also have a three or more layer stacked structure.
- the configuration of the insulating layer 106 shown in FIG. 7 can also be applied to other configuration examples.
- the insulating layer 195 which functions as a protective layer for the transistors 100 and 200, is preferably made of a material through which impurities do not easily diffuse. By providing the insulating layer 195, diffusion of impurities from the outside into the transistors can be effectively suppressed, thereby improving the reliability of the semiconductor device. Examples of impurities include water and hydrogen.
- the insulating layer 195 can be an insulating layer having an inorganic material or an insulating layer having an organic material.
- an inorganic material such as oxide, oxynitride, nitride oxide, or nitride can be suitably used for the insulating layer 195.
- silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride, hafnium oxide, and hafnium aluminate can be used.
- one or more of acrylic resin and polyimide resin can be used as the organic material.
- a photosensitive material can be used as the organic material. Two or more of the above insulating films can also be stacked.
- the insulating layer 195 can have a stacked structure of an insulating layer having an inorganic material and an insulating layer having an organic material.
- Substrate 102 There is no significant limitation on the material of the substrate 102, but it is necessary that the substrate 102 has at least a heat resistance sufficient to withstand subsequent heat treatment.
- a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a ceramic substrate, or a resin substrate can be used as the substrate 102.
- a substrate provided with a semiconductor element can be used as the substrate 102.
- a substrate having an insulating film formed on its surface can be used as the substrate 102.
- the shapes of the semiconductor substrate and the insulating substrate are not particularly limited, and may be circular or rectangular.
- a flexible substrate can be used as the substrate 102, and the transistor 100 and the like can be formed directly on the flexible substrate.
- a peeling layer can be provided between the substrate 102 and the transistor 100 and the like. By providing a peeling layer, after a semiconductor device is partially or entirely completed on the substrate, it can be separated from the substrate 102 and transferred to another substrate. In this case, the transistor 100 and the like can also be transferred to a substrate with low heat resistance or a flexible substrate.
- FIG 8A is a cross-sectional view of a semiconductor device 10C according to one embodiment of the present invention.
- a top view of the semiconductor device 10C refer to FIG 1A.
- FIG 8A is a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line A1-A2 in FIG 1A.
- the semiconductor device 10C has a transistor 100C, a transistor 200C, and an insulating layer 110.
- the semiconductor device 10C differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 1B etc. mainly in that the insulating layer 110 has insulating layers 110d and 110e.
- FIG. 8B shows an enlarged view of the transistor 100C shown in FIG. 8A
- FIG. 8C shows an enlarged view of the transistor 200C
- the insulating layer 110 has an insulating layer 110d, an insulating layer 110a on the insulating layer 110d, an insulating layer 110b on the insulating layer 110a, an insulating layer 110c on the insulating layer 110b, and an insulating layer 110e on the insulating layer 110c.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e can be made of the same material as the insulating layer 110a and the insulating layer 110c, respectively.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e can be made of, for example, silicon nitride or silicon oxynitride, respectively.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e can be made of the same material. Alternatively, different materials can be used for these.
- the insulating layer 110d is provided between the conductive layer 112 and the conductive layer 212a and the insulating layer 110a.
- the insulating layer 110d is provided so as to cover the conductive layer 112 and the conductive layer 212a.
- the insulating layer 110d has an area in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112, the upper surface and side surface of the conductive layer 212a, the upper surface of the substrate 102, the side surface of the layer 108, and the side surface of the layer 208.
- Insulating layer 110e is provided between layer 108 and conductive layer 212b and insulating layer 110c. Insulating layer 110e has an area in contact with the upper surface of insulating layer 110c, the lower surface of conductive layer 212b, the lower surface of insulating layer 106, the side and lower surface of layer 108, and the side of layer 208.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e are preferably made of a material that emits impurities that increase the conductivity (or decrease the electrical resistance) of the layer 108 and the layer 208, respectively.
- the element contained in the impurity (hereinafter also referred to as the second element) can be one or more of hydrogen, boron, carbon, nitrogen, fluorine, phosphorus, sulfur, arsenic, aluminum, magnesium, silicon, and noble gas.
- noble gases include helium, neon, argon, krypton, and xenon.
- the second element is more preferably one or more of hydrogen, boron, phosphorus, aluminum, magnesium, and silicon, and hydrogen is particularly preferable.
- the second element can be different from the first element. Alternatively, the second element can be the same as the first element.
- the impurities released by the insulating layer 110d and the insulating layer 110e include hydrogen. Hydrogen reacts with oxygen that is bonded to the metal atom of the metal oxide to become water, and oxygen vacancies (V O ) are formed. Furthermore, defects (V O H) in which hydrogen has entered the oxygen vacancies (V O ) function as donors, and electrons, which are carriers, are generated.
- the carrier concentration in the region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110d, the region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110e, the region of the layer 208 in contact with the insulating layer 110d, and the region of the layer 208 in contact with the insulating layer 110e, is increased, and the electrical resistance of these regions can be reduced.
- hydrogen may be used as an example to explain the second element.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e each have a second element.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e each preferably contain nitrogen, and it is preferable to use one or more of the above-mentioned nitrides and nitride oxides.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e each preferably have nitrogen and a second element.
- hydrogen is used as the second element
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e each preferably have silicon, nitrogen, and hydrogen.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e can each preferably use silicon nitride containing hydrogen or silicon nitride oxide containing hydrogen.
- the impurities emitted from the insulating layer 110e can further reduce the electrical resistance of the region 108Db in contact with the top surface of the insulating layer 110e, and can also make the region of the layer 108 in contact with the side of the insulating layer 110e and the region of the layer 208 in contact with the insulating layer 110e into low-resistance regions.
- the impurities emitted from the insulating layer 110d can also make the region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110d and the region of the layer 208 in contact with the insulating layer 110d into low-resistance regions.
- the layer 108 can be configured to have low-resistance regions between the region in contact with the conductive layer 112 (one of the source region and drain region of the transistor 100C) and the channel formation region, and between the region 108Db (the other of the source electrode and drain electrode) and the channel formation region.
- the layer 208 can have low resistance regions between the region in contact with the conductive layer 212a (one of the source region and drain region of the transistor 200C) and the channel formation region, and between the region in contact with the conductive layer 212b (the other of the source region and drain region) and the channel formation region. These low resistance regions can function as buffer regions for relaxing the drain electric field. Note that these low resistance regions may function as source or drain regions.
- the transistor 100C By providing a low resistance region between the drain and the channel formation region, a high electric field is unlikely to occur near the drain, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed.
- the conductive layer 112 functions as a drain electrode and the region 108Db functions as a source electrode
- the region of the layer 108 in contact with the insulating layer 110d into a low resistance region
- a high electric field is unlikely to occur near the drain, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed.
- the transistor 200C when the conductive layer 212b functions as a drain electrode and the conductive layer 212a functions as a source electrode, by making the region of the layer 208 in contact with the insulating layer 110e into a low resistance region, a high electric field is unlikely to occur near the drain, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed.
- the distance from the source region of layer 108 to the gate electrode, or the distance from the drain region to the gate electrode, can be made more uniform. This makes it possible to make the electric field of the gate electrode applied to the channel formation region in transistor 100C more uniform. The same applies to transistor 200C and layer 208.
- a material that releases impurities that lower the electrical resistance of the conductive layers 112 and 212a for the insulating layer 110d it is more preferable to use a material that releases impurities that lower the electrical resistance of the conductive layer 212b for the insulating layer 110e.
- the electrical resistance of the conductive layers 112, 212a, and 212b can be lowered by using a material that releases impurities containing a second element (e.g., hydrogen) for the insulating layers 110d and 110e.
- the conductive layers 112 and 212a can function as wirings, and a semiconductor device with low wiring resistance can be obtained.
- the impurities that lower the electrical resistance of the conductive layers 112 and 212a may be the same as or different from the impurities that lower the electrical resistance of the layers 108 and 208.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e can be formed using a gas containing an impurity.
- the insulating layer 110d and the insulating layer 110e can be formed using a gas containing a hydrogen element.
- the gas containing a hydrogen element include silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), trisilane (Si 3 H 8 ), tetraethoxysilane (TEOS, Si(OC 2 H 5 ) 4 ), hydrogen (H 2 ), and ammonia (NH 3 ).
- the amount of hydrogen released from the insulating layers 110d and 110e can be adjusted by changing the ratio of the flow rate of the ammonia gas to the entire film formation gas (hereinafter also referred to as the ammonia flow rate ratio). For example, by increasing the ammonia flow rate ratio, the amount of hydrogen contained in the insulating layers 110d and 110e can be increased, and the amount of hydrogen released by heat applied to the insulating layers 110d and 110e can be increased.
- impurities released from the insulating layer 110d and the insulating layer 110e may diffuse into the region 108M and the region 208M through the region of the layer 108 and the layer 208 that contacts the insulating layer 110d and the insulating layer 110e.
- the impurity is hydrogen
- hydrogen released from the insulating layer 110d and the insulating layer 110e may diffuse into the region 108M and the region 208M.
- oxygen vacancies (V O ) are reduced in the region 108M and the region 208M by supplying oxygen from the insulating layer 110b, an increase in V O H in the region 108M is suppressed even if hydrogen diffuses into the region 108M.
- the oxygen vacancies (V O ) and V O H are generated in the region 108M and the region 208M by the hydrogen diffused into these regions, the oxygen vacancies (V O ) and V O H are reduced by the oxygen supplied from the insulating layer 110b. Therefore, at least the regions 108M and 208M in the layers 108 and 208 function as channel formation regions, and can provide the transistors 100 and 200 with good electrical characteristics and high reliability. Note that the diffusion coefficient of oxygen in the layers 108 and 208 is smaller than the diffusion coefficient of hydrogen, and therefore the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db is unlikely to increase due to oxygen released from the insulating layer 110b. Therefore, the electrical resistance of these regions can be kept low.
- the insulating layer 110d preferably includes a portion in which the concentration of the second element is 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 23 atoms/cm 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 22 atoms/cm 3 or less, and more preferably 5 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 22 atoms/cm 3 or less.
- the concentration of the second element is 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 23 atoms/cm 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 22 atoms/cm 3 or less, and more preferably 5 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 5 ⁇ 10 22 atoms/cm 3 or less.
- the concentration of the second element is 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or more and 1 ⁇ 10 23 atoms/cm 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 21
- the concentration of the impurity element may vary in the thickness direction of the layer (also referred to as having a concentration gradient).
- concentration of the impurity element may vary in the thickness direction of the layer (also referred to as having a concentration gradient).
- the maximum concentration in the layer is in the above-mentioned range.
- the concentrations of impurity elements in the insulating layers 110d and 110e are high, the amount of impurities diffusing from the insulating layers 110d and 110e to the regions 108M and 208M may be too large.
- concentrations of impurity elements in the insulating layers 110d and 110e within the above-mentioned ranges, an increase in oxygen vacancies ( VO ) and VOH in the regions 108M and 208M can be suppressed.
- the regions of layer 108 and layer 208 in contact with insulating layer 110d contain elements (impurity elements) contained in the impurities released from insulating layer 110d.
- the regions of layer 108 and layer 208 in contact with insulating layer 110e contain elements (impurity elements) contained in the impurities released from insulating layer 110e.
- the region of layer 108 in contact with insulating layer 110d and the region of layer 110e each preferably have a portion with a higher concentration of impurity elements than the region 108M that functions as a channel formation region.
- the region of layer 208 in contact with insulating layer 110d and the region of layer 208 in contact with insulating layer 110e each preferably have a portion with a higher concentration of impurity elements than the region 208M that functions as a channel formation region.
- the regions of layers 108 and 208 in contact with insulating layer 110d and in contact with insulating layer 110e contain hydrogen. Furthermore, it is preferable that the regions of layer 108 in contact with insulating layer 110d and in contact with insulating layer 110e each have a portion with a higher hydrogen concentration than region 108M. It is preferable that the regions of layer 208 in contact with insulating layer 110d and in contact with insulating layer 110e each have a portion with a higher hydrogen concentration than region 208M.
- insulating layer 110a between insulating layer 110d and insulating layer 110b, and insulating layer 110c between insulating layer 110e and insulating layer 110b.
- insulating layer 110a and insulating layer 110c that function as barrier films, it is possible to suppress the diffusion of impurities released from insulating layer 110d through insulating layer 110a and insulating layer 110b, or the diffusion of impurities released from insulating layer 110e through insulating layer 110c and insulating layer 110b into the channel formation regions of layers 108 and 208. This allows the transistors 100 and 200 to have good electrical characteristics and high reliability.
- insulating layer 110d has a region having a higher concentration of the second element than insulating layer 110a.
- insulating layer 110d has a region having a higher concentration of hydrogen than insulating layer 110a.
- the amount of hydrogen released can be adjusted by making the film formation conditions different between insulating layer 110d and insulating layer 110a. Specifically, one or more of the film formation power (film formation power density), film formation pressure, film formation gas type, film formation gas flow rate ratio, film formation temperature, and distance between the substrate and the electrode can be made different between insulating layer 110d and insulating layer 110a. For example, by making the film formation power density of insulating layer 110d smaller than the film formation power density of insulating layer 110a, the hydrogen content in insulating layer 110d can be made larger than the hydrogen content in insulating layer 110a. This makes it possible to increase the amount of hydrogen released from insulating layer 110d itself due to heat applied to it.
- the hydrogen content in the deposition gas used to form the insulating layer 110d is preferably higher than the hydrogen content in the deposition gas used to form the insulating layer 110a.
- the ratio of the flow rate of ammonia gas to the total deposition gas used to form the insulating layer 110d (hereinafter also referred to as the ammonia flow rate ratio) is preferably higher than the ammonia flow rate ratio of the deposition gas used to form the insulating layer 110a.
- the hydrogen content in the insulating layer 110d can be increased.
- the amount of hydrogen released from the insulating layer 110d due to heat applied to the insulating layer 110d can be increased.
- the insulating layer 110d can be formed using ammonia gas, and the insulating layer 110a can be formed without using ammonia gas (the flow rate of ammonia gas can be said to be zero).
- the ammonia flow ratio of the deposition gas used to form the insulating layer 110a can be said to be zero, and the ammonia flow ratio of the deposition gas used to form the insulating layer 110d can be said to be higher than the ammonia flow ratio of the deposition gas used to form the insulating layer 110a.
- the film density of the insulating layer 110a is higher than that of the insulating layer 110d. This can prevent hydrogen contained in the insulating layer 110d from diffusing into the channel formation region of the layer 108 through the insulating layers 110a and 110b.
- the film density can be evaluated, for example, by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) or X-ray Reflectivity (XRR).
- RBS Rutherford Backscattering Spectrometry
- XRR X-ray Reflectivity
- the difference in film density can sometimes be evaluated by a transmission electron microscope (TEM) image of the cross section. In TEM observation, if the film density is high, the transmission electron (TE) image is dense (dark), and if the film density is low, the transmission electron (TE) image is faint (bright).
- insulating layer 110a may appear darker than insulating layer 110d. Even if the same material is used for insulating layers 110d and 110a, the film densities are different, so the boundary between them may be observed as a difference in contrast in a cross-sectional TEM image.
- insulating layer 110e has an area with a higher hydrogen content than insulating layer 110c. It is more preferable that insulating layer 110c has a higher film density than insulating layer 110e.
- insulating layer 110c and insulating layer 110e the description of insulating layer 110a and insulating layer 110d can be referred to.
- the insulating layer 110 is shown here as having a five-layer stacked structure, one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the insulating layer 110 can have a two-layer, three-layer, four-layer, or six or more-layer stacked structure.
- the insulating layer 110 can have a single-layer structure.
- configuration of the insulating layer 110 shown in configuration example 1-2 can also be applied to other configuration examples.
- FIG. 9A is a cross-sectional view of a semiconductor device 10D according to one embodiment of the present invention.
- a top view of the semiconductor device 10D refer to FIG. 1A.
- FIG. 9A is a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line A1-A2 in FIG. 1A.
- the semiconductor device 10D has a transistor 100D, a transistor 200D, an insulating layer 110, and an insulating layer 109.
- the semiconductor device 10D differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 1B etc. mainly in that the semiconductor device 10D has an insulating layer 109 and that the insulating layer 110 has an insulating layer 110e.
- FIG. 9B shows an enlarged view of the transistor 100D shown in FIG. 9A
- FIG. 9C shows an enlarged view of the transistor 200D.
- the insulating layer 109 is provided between the conductive layer 112 and the conductive layer 212a and the substrate 102.
- the insulating layer 109 is provided on the substrate 102, the conductive layer 112 and the conductive layer 212a are provided on the insulating layer 109, and the insulating layer 110 is provided on the conductive layer 112, the conductive layer 212a, and the insulating layer 109.
- the insulating layer 109 has a region in contact with the lower surface of the conductive layer 112, the lower surface of the conductive layer 212a, the lower surface of the insulating layer 110, and the upper surface of the substrate 102.
- the conductive layer 112 has a region in contact with the insulating layer 109 and the insulating layer 110 and sandwiched therebetween.
- the conductive layer 212a has a region in contact with the insulating layer 109 and the insulating layer 110 and sandwiched therebetween.
- insulating layer 110e please refer to the above description.
- the insulating layer 109 is preferably made of a material that emits impurities that reduce the electrical resistance of the layers 108 and 208.
- the impurity preferably contains a second element.
- the insulating layer 109 can be made of a material that can be used for the insulating layers 110d and 110e.
- the insulating layer 109 can be made of silicon nitride or silicon nitride oxide.
- the description of the insulating layers 110d and 110e can be referred to.
- the impurities released from the insulating layer 109 diffuse into the region of the conductive layer 112 in contact with the insulating layer 109 and into the region of the conductive layer 212a in contact with the insulating layer 109.
- the impurities diffused into the conductive layer 112 diffuse into the region of the layer 108 in contact with the conductive layer 112, and the impurities diffused into the conductive layer 212a diffuse into the region of the layer 208 in contact with the conductive layer 212a. This makes it possible to lower the electrical resistance of the region of the layer 108 in contact with the conductive layer 112, that is, one of the source region and drain region of the transistor 100.
- the transistors 100D and 200D can have a large on-current, and can be semiconductor devices that operate at high speed.
- the impurities released by the insulating layer 109 include hydrogen elements.
- impurities include hydrogen and water.
- Hydrogen diffused from the insulating layer 109 to the layer 108 through the conductive layer 112 increases the carrier concentration in the region of the layer 108 that contacts the conductive layer 112, and the electrical resistance of one of the source and drain regions of the transistor 100 can be reduced.
- hydrogen diffused from the insulating layer 109 to the layer 208 through the conductive layer 212a increases the carrier concentration in the region of the layer 208 that contacts the conductive layer 212a, and the electrical resistance of one of the source and drain regions of the transistor 200 can be reduced.
- the insulating layer 109 is preferably made of a material that releases impurities that reduce the electrical resistance of the conductive layer 112 and the conductive layer 212a. This can reduce the electrical resistance of the conductive layer 112 and the conductive layer 212a.
- the impurity preferably contains hydrogen. This can increase the carrier concentration of the conductive layer 112 and the conductive layer 212a and reduce the electrical resistance.
- the conductive layer 112 and the conductive layer 212a can function as wirings, and a semiconductor device with low wiring resistance can be obtained. Note that the impurities that reduce the electrical resistance of the conductive layer 112 and the conductive layer 212a may be the same as or different from the impurities that reduce the electrical resistance of the layer 108 and the layer 208.
- the materials that can be used for the conductive layer 112 and the conductive layer 212a are as described above. Note that it is more preferable that the conductive layer 112 and the conductive layer 212a are easily permeable to impurities. It is more preferable that the conductive layer 112 and the conductive layer 212a are less likely to adsorb impurities.
- Insulating layer 110a has regions that contact the top surface of insulating layer 109, the top and side surfaces of conductive layer 112, and the top and side surfaces of conductive layer 212a. This makes it possible to prevent impurities contained in insulating layer 109, conductive layer 112, and conductive layer 212a from diffusing into the channel formation regions of layers 108 and 208 via insulating layer 110a and insulating layer 110b.
- the insulating layer 109 preferably has a region having a higher concentration of impurity elements than the insulating layer 110a.
- the insulating layer 109 preferably has a region having a higher concentration of hydrogen than the insulating layer 110a.
- the film density of the insulating layer 110a is preferably higher than the film density of the insulating layer 109.
- the description of the insulating layer 110d and the insulating layer 110c can be referred to.
- impurities released from the insulating layer 109 may diffuse into the channel formation region of the layer 108 through the conductive layer 112 and one of the source region and drain region of the layer 108.
- impurities released from the insulating layer 109 may diffuse into the channel formation region of the layer 208 through the conductive layer 212a and one of the source region and drain region of the layer 208.
- the impurity is hydrogen
- hydrogen released from the insulating layer 109 may diffuse into the channel formation regions of the layer 108 and the layer 208.
- oxygen is supplied from the insulating layer 110b to at least the regions of the layer 108 and the layer 208 in contact with the insulating layer 110b, so that oxygen vacancies (V O ) and V O H in these channel formation regions can be reduced.
- V O oxygen vacancies
- V O H oxygen vacancies
- the transistor 100 and the transistor 200 can have both a small cutoff current and a large on-current. Therefore, a semiconductor device that has both low power consumption and high performance can be obtained.
- insulating layer 110 can have a three-layer structure consisting of insulating layer 110a, insulating layer 110b, and insulating layer 110c.
- insulating layer 110 can have a five-layer structure consisting of insulating layer 110a, insulating layer 110b, insulating layer 110c, insulating layer 110d, and insulating layer 110e.
- the configuration of the insulating layer 109 shown in configuration example 1-3 can also be applied to other configuration examples.
- FIG 10A is a cross-sectional view of a semiconductor device 10E according to one embodiment of the present invention.
- a top view of the semiconductor device 10E refer to FIG 1A.
- FIG 10A is a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line A1-A2 in FIG 1A.
- the semiconductor device 10E includes a transistor 100E, a transistor 200E, and an insulating layer 110.
- the semiconductor device 10E differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 1B etc. mainly in that the layer 108 and the layer 208 each have a stacked structure.
- FIG. 10B An enlarged view of transistor 100E shown in FIG. 10A is shown in FIG. 10B, and an enlarged view of transistor 200E is shown in FIG. 10C.
- FIGS. 10A to 10C show a configuration in which layer 108 has a three-layer structure of layer 108a, layer 108b on layer 108a, and layer 108c on layer 108b, and layer 208 has a three-layer structure of layer 208a, layer 208b on layer 208a, and layer 208c on layer 208b.
- Layer 108a, layer 108b, layer 108c, layer 208a, layer 208b, and layer 208c can be made of the materials listed for layer 108 and layer 208, respectively.
- Layer 108a, layer 108b, layer 108c, layer 208a, layer 208b, and layer 208c each preferably contain a metal oxide that exhibits semiconductor properties.
- layer 108a can be made of the same material as layer 208a
- layer 108b can be made of the same material as layer 208b
- layer 108c can be made of the same material as layer 208c.
- layers 108a and 208a can be formed in the same process.
- Layers 108b and 208b can be formed in the same process.
- Layers 108c and 208c can be formed in the same process.
- Layers 108 and 208 can be formed by forming a first film that will become layers 108a and 208a, forming a second film that will become layers 108b and 208b, forming a third film that will become layers 108c and 208c, and processing the first film, second film, and third film to form layers 108 and 208.
- the layers included in layer 108 can be formed in a process different from the layers included in layer 208.
- the band gap of the first metal oxide in layers 108a and 208a, the second metal oxide in layers 108b and 208b, and the third metal oxide in layers 108c and 208c is preferably 2.0 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.
- layer 108 having layers 108a, 108b, and 108c will be described as an example, and a description of layer 208 may be omitted.
- layer 208 the description of layers 108a, 108b, and 108c may be read as layers 208a, 208b, and 208c.
- the difference between the band gap of the first metal oxide and the band gap of the second metal oxide is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, and even more preferably 0.5 eV or more.
- the difference between the band gap of the third metal oxide and the band gap of the second metal oxide is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, and even more preferably 0.5 eV or more.
- the conduction band lower edge of the first metal oxide is preferably closer to the vacuum level than the conduction band lower edge of the second metal oxide.
- the conduction band lower edge of the third metal oxide is preferably closer to the vacuum level than the conduction band lower edge of the second metal oxide.
- the electron affinity of the first metal oxide is preferably smaller than the electron affinity of the second metal oxide.
- the electron affinity of the third metal oxide is preferably smaller than the electron affinity of the second metal oxide.
- the band gaps of the first metal oxide, the second metal oxide, and the third metal oxide can be evaluated by optical evaluation using a spectrophotometer, spectroscopic ellipsometry, photoluminescence, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS or ESCA), or X-ray absorption fine structure (XAFS).
- the analysis can be performed by combining a plurality of these techniques.
- the electron affinity or the bottom of the conduction band can be determined from the ionization potential, which is the energy difference between the vacuum level and the top of the valence band, and the band gap.
- the ionization potential can be evaluated by, for example, ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS).
- Trap levels due to impurities or defects may be formed at the interface between insulating layer 110 and layer 108 and in the vicinity thereof.
- impurities include residual components of the etchant or etching gas used when forming opening 141, and components of conductive layer 112 that adhere to the side surface of insulating layer 110 when forming opening 141.
- the interface between insulating layer 106 and layer 108 and its vicinity may be damaged during the formation of insulating layer 106. This may result in the formation of trap levels at the interface between insulating layer 106 and layer 108 and its vicinity.
- layer 108c between layer 108b and insulating layer 106, it is possible to distance layer 108b from the trap levels.
- layer 108b which is the main current path of layer 108
- layers 108a and 108c By sandwiching layer 108b, which is the main current path of layer 108, between layers 108a and 108c, it is possible to reduce the trap levels at the interface and in the vicinity of the interface of layer 108b. This makes it possible to obtain a transistor with a large on-current and high reliability. Therefore, it is possible to obtain a semiconductor device that achieves both high speed operation and high reliability.
- the composition of the first metal oxide is preferably different from that of the second metal oxide.
- the composition of the third metal oxide is preferably different from that of the second metal oxide.
- the band gap can be adjusted. Specifically, the content of element M in the first metal oxide and the content of element M in the third metal oxide are preferably higher than the content of element M in the second metal oxide. This allows the band gap of the first metal oxide and the band gap of the third metal oxide to be larger than the band gap of the second metal oxide.
- the indium content in the second metal oxide is preferably higher than the indium content in the first metal oxide and the indium content in the third metal oxide. This allows a transistor with a large on-state current to be obtained.
- the first metal oxide and the second metal oxide are In-M-Zn oxides
- the second metal oxide may be configured not to include element M.
- the second metal oxide may be In-Zn oxide, and the first metal oxide and the third metal oxide may be In-M-Zn oxide.
- the second metal oxide may be In-Zn oxide, and the first metal oxide and the third metal oxide may be In-M-Zn oxide.
- FIG. 11A shows an enlarged view of the side of layer 108 and insulating layer 110 and their vicinity
- FIG. 11B shows an enlarged view of the side of layer 208 and insulating layer 110 and their vicinity
- the thickness T108a of layer 108a, the thickness T108b of layer 108b, and the thickness T108c of layer 108c are each indicated by solid arrows
- the thickness T208a of layer 208a, the thickness T208b of layer 208b, and the thickness T208c of layer 208c are each indicated by solid arrows.
- the thickness of layer 108 is the shortest distance between insulating layer 110b and insulating layer 106 in the region in contact with layer 108 in a cross-sectional view.
- the thickness of each layer of layer 108 at the midpoint between the height of the upper surface and the height of the lower surface of insulating layer 110 can be used as the thickness of each layer of layer 108.
- layers 208a, 208b, and 208c can be formed in the same process as layers 108a, 108b, and 108c.
- thicknesses T108a and T208a may be the same or approximately the same
- thicknesses T108b and T208b may be the same or approximately the same
- thicknesses T108c and T208c may be the same or approximately the same. Note that thicknesses T108a and T208a may be different from each other. The same applies to thicknesses T108b and T208b, and thicknesses T108c and T208c.
- each layer of layer 108 has a thickness of each layer of layer 108 as an example. Note that for layer 208, the descriptions of thickness T108a, thickness T108b, and thickness T108c can be read as thickness T208a, thickness T208b, and thickness T208c.
- the transistor 100 can have a large on-state current.
- the thickness T108b is preferably thicker than the thickness T108a and the thickness T108c. However, if the thickness T108b is too thick, the amount of oxygen vacancies (V O ) and V O H in the layer 108b may be greater than the amount of oxygen vacancies (V O ) and V O H repaired by oxygen supplied from the insulating layer 110.
- the thickness T108b is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, more preferably 3 nm or more and 30 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, even more preferably 5 nm or more and 20 nm or less, and even more preferably 5 nm or more and 15 nm or less.
- Thickness T108c is preferably thicker than thickness T108a. By making thickness T108c thicker, trap levels that may be formed at the interface between insulating layer 106 and layer 108 and in the vicinity thereof can be distanced from layer 108b. Also, damage to layer 108b during the formation of insulating layer 106 can be suppressed. If thickness T108c is too thick, the distance between conductive layer 104 functioning as a gate electrode and layer 108b becomes longer, and the on-current may become smaller.
- Thickness T108c is preferably 1 nm or more and 30 nm or less, more preferably 1 nm or more and 20 nm or less, even more preferably 1 nm or more and 10 nm or less, and even more preferably 2 nm or more and 10 nm or less.
- Oxygen contained in the insulating layer 110 is supplied to the layer 108b through the layer 108a. Therefore, it is preferable that the layer 108a is easily permeable to oxygen.
- the oxygen contained in the insulating layer 110 can be efficiently supplied to the layer 108b. This can reduce oxygen vacancies (V O ) and V O H in the layer 108b, which are the main current paths of the layer 108. If the thickness T108a is too thin, the distance between the layer 108b and the interface between the insulating layer 110 and the layer 108 and the trap level near the interface is shortened, and the on-current may become small. In addition, the reliability may be deteriorated.
- the thickness T108a is preferably 0.1 nm or more and 10 nm or less, more preferably 0.3 nm or more and 5 nm or less, more preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, and even more preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less.
- each of layers 108a, 108b, and 108c has crystallinity.
- layer 108a has crystallinity
- the crystallinity of layer 108b formed thereon can be increased.
- the crystallinity of layer 108c formed thereon can be increased.
- the band gap of the first metal oxide and the band gap of the third metal oxide can be different.
- the band gap of the third metal oxide is preferably larger than the band gap of the first metal oxide.
- the transistor 200 can have a large on-current.
- the difference between the band gap of the first metal oxide and the band gap of the third metal oxide is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, and even more preferably 0.3 eV or more.
- the conduction band lower edge of the third metal oxide is preferably closer to the vacuum level than the conduction band lower edge of the first metal oxide.
- the electron affinity of the third metal oxide is preferably smaller than the electron affinity of the first metal oxide.
- the content of element M in the third metal oxide is preferably higher than the content of element M in the first metal oxide. This allows the band gap of the third metal oxide to be larger than the band gap of the first metal oxide.
- the first metal oxide, the second metal oxide, and the third metal oxide are In-M-Zn oxides
- the second metal oxide may be configured not to include element M.
- the second metal oxide may be an In-Zn oxide
- the first metal oxide and the third metal oxide may be an In-M-Zn oxide.
- the layers 108 and 208 each have a three-layer structure, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the layer 108 may have a structure in which the layer 108 does not have one or both of the layers 108a and 108c, and the layer 208 does not have one or both of the layers 208a and 208c.
- the layer 108 may have a two-layer structure of the layers 108b and 108c, and the layer 208 may have a two-layer structure of the layers 208b and 208c.
- FIG. 12A the layer 108 may have a two-layer structure of the layers 108b and 108c, and the layer 208 may have a two-layer structure of the layers 208b and 208c.
- the layer 108 may have a two-layer structure of the layers 108a and 108b, and the layer 208 may have a two-layer structure of the layers 208a and 208b.
- the layer 108 and the layer 208 may each have a stacked structure of four or more layers.
- FIG. 13A is a top view of a semiconductor device 10F according to one embodiment of the present invention
- FIG 13B is a cross-sectional view taken along dashed dotted line A1-A2 in FIG 13A
- FIG 13C is a cross-sectional view taken along dashed dotted line B1-B2 and dashed dotted line B3-B4 in FIG 13A.
- the semiconductor device 10F has a transistor 100F, a transistor 200F, and an insulating layer 110.
- the semiconductor device 10F differs from the semiconductor device 10 shown in FIG. 1B etc. mainly in that the transistor 100F has a conductive layer 103, a layer 105, and an insulating layer 116, and the transistor 200F has a conductive layer 203, a layer 205, and an insulating layer 216.
- FIG. 14A An enlarged view of transistor 100F shown in FIG. 13B is shown in FIG. 14A, and an enlarged view of transistor 200F is shown in FIG. 14B.
- the transistor 100F has a conductive layer 103 and a layer 105 between the insulating layer 110a and the insulating layer 110b.
- the conductive layer 103 is provided on the insulating layer 110a, and the layer 105 is provided on the upper surface and side surface of the conductive layer 103.
- the insulating layer 110, the layer 105, and the conductive layer 103 have an opening 141 that reaches the conductive layer 112.
- the insulating layer 116 has a region that contacts the side surface of the insulating layer 110 and the side surface of the layer 105 in the opening 141.
- the insulating layer 116 is provided along the side surface of the insulating layer 110 and the side surface of the layer 105 in the opening 141, it can be called a sidewall or sidewall insulating layer.
- the insulating layer 116 has a region that contacts a part of the upper surface of the conductive layer 112 in the opening 141.
- the layer 108 has a region that contacts a part of the upper surface of the conductive layer 112 and the side surface of the insulating layer 116 in the opening 141.
- the insulating layer 116 is located between the conductive layer 103 and the layer 105 and the layer 108, and the conductive layer 103 and the layer 108 are electrically insulated from each other by the insulating layer 116.
- layer 108 has a region that overlaps with conductive layer 104 via insulating layer 106, and also overlaps with conductive layer 103 via insulating layer 116. In other words, layer 108 has a region that is sandwiched between conductive layer 104 via insulating layer 106 and conductive layer 103 via insulating layer 116.
- the conductive layer 104 functions as a gate electrode (also referred to as a first gate electrode).
- a part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer (also referred to as a first gate insulating layer).
- the conductive layer 103 functions as a backgate electrode (also referred to as a second gate electrode).
- the insulating layer 116 functions as a backgate insulating layer (also referred to as a second gate insulating layer).
- the potential on the backgate electrode side (backchannel side) of the layer 108 is fixed, and the saturation of the Id-Vd characteristics can be improved.
- a shift in the threshold voltage can be suppressed. Therefore, a transistor with a small cutoff current can be obtained, and a semiconductor device with low power consumption can be obtained.
- the insulating layer 116 can be made of a material that can be used for the insulating layer 106.
- a metal oxide is used for the layer 108, it is preferable to use any one of the above-mentioned oxides and oxynitrides for at least a film that is in contact with the layer 108 among the films that constitute the insulating layer 116.
- the insulating layer 116 has a region in contact with the insulating layer 110. It is preferable that the insulating layer 116 has a region in contact with the insulating layer 110b in particular. Oxygen released from the insulating layer 110b by heat applied during a manufacturing process of the semiconductor device is supplied to the insulating layer 116.
- oxygen can be supplied to the layer 108 by releasing oxygen from the insulating layer 116.
- Oxygen vacancies (V O ) and V O H can be reduced by supplying oxygen from the insulating layer 110b to the layer 108, particularly to the channel formation region, through the insulating layer 116. Therefore, the transistor 100F exhibits favorable electrical characteristics and is highly reliable.
- the metal oxide film to be the layer 108 is preferably formed in an atmosphere containing oxygen. In this manner, oxygen can be supplied to the insulating layer 116. Then, oxygen is supplied from the insulating layer 116 to the layer 108 in a later step, and oxygen vacancies ( VO ) and VOH in the layer 108 can be reduced.
- the layer 105 is located between the conductive layer 103 and the insulating layer 110 and between the conductive layer 103 and the insulating layer 116.
- the layer 105 has a region in contact with the top surface and side surface of the conductive layer 103.
- the conductivity of the layer 105 is not particularly limited.
- the layer 105 preferably functions as a barrier film.
- the conductive layer 103 can be prevented from being oxidized by oxygen contained in the insulating layer 110b, and the electrical resistance can be prevented from increasing.
- the amount of oxygen supplied from the insulating layer 110b to the insulating layer 116 can be increased, so that the amount of oxygen supplied to the channel formation region of the layer 108 can be increased. Therefore, oxygen vacancies (V O ) and V O H in the channel formation region can be reduced.
- the layer 105 contains a component contained in the conductive layer 103.
- the layer 105 preferably contains an element contained in the conductive layer 103 and oxygen.
- the layer 105 preferably contains an element contained in the conductive layer 103 and nitrogen.
- the layer 105 preferably contains aluminum and oxygen.
- aluminum can be used for the conductive layer 103, and aluminum oxide can be used for the layer 105.
- layer 105 When an oxide is used for layer 105, layer 105 can be formed by oxidizing conductive layer 103 or a film that will become conductive layer 103. When a nitride is used for layer 105, layer 105 can be formed by nitriding conductive layer 103 or a film that will become conductive layer 103. Note that the boundary between conductive layer 103 and layer 105 may be unclear, so in Figure 14A etc., these boundaries are shown by dashed lines.
- the treatment for oxidizing the conductive layer 103 (hereinafter also referred to as an oxidation treatment) or the treatment for nitriding the conductive layer 103 (hereinafter also referred to as a nitridation treatment) can be, for example, a plasma treatment.
- the atmosphere used for the oxidation treatment preferably contains oxygen.
- an atmosphere containing one or more of oxygen (O 2 ), nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon monoxide, and carbon dioxide can be preferably used as the atmosphere.
- the atmosphere used for the nitridation treatment preferably contains nitrogen.
- an atmosphere containing nitrogen (N 2 ) can be preferably used as the atmosphere.
- the conductive layer 103 is subjected to an oxidation treatment or a nitridation treatment to form an oxide or a nitride on the surface of the layer that will become the conductive layer 103. Furthermore, after forming the opening 141 and before forming the insulating layer 116, the conductive layer 103 is subjected to an oxidation treatment or a nitridation treatment to form an oxide or a nitride on the surface of the conductive layer 103 on the opening 141 side. This allows the layer 105 to be formed on the top and side surfaces of the conductive layer 103.
- the channel length L100 of the transistor 100F is indicated by a double-headed dashed arrow.
- the channel length L100 corresponds to the length of the region where the insulating layer 116 and the layer 108 are in contact in a cross-sectional view.
- the channel length L100 is determined by the sum of the thicknesses of the conductive layer 103, the layer 105, and the insulating layer 110, and the angle ⁇ 100 between the side surface of the insulating layer 110 on the opening 141 side and the surface on which the insulating layer 110 is to be formed (here, the top surface of the conductive layer 112). Therefore, the transistor 100F can have a channel length shorter than the minimum exposure dimension of the exposure device used to fabricate the transistor.
- the conductive layer 103 can be electrically connected to the conductive layer 112. For example, an opening is provided in a region of the insulating layer 110a that overlaps with the conductive layer 112, and the conductive layer 103 is provided to cover the opening, so that the conductive layer 103 and the conductive layer 112 are in contact with each other.
- the conductive layer 112 and the conductive layer 103 By electrically connecting the conductive layer 112 and the conductive layer 103, one of the source electrode and the drain electrode and the back gate electrode can be made to have the same potential.
- the conductive layer 112 functions as a source electrode, a shift in the threshold voltage of the transistor 100F can be suppressed. In addition, the reliability of the transistor 100F can be improved.
- the conductive layer 103 can also be formed in contact with the upper surface of the conductive layer 112 without providing the insulating layer 110a.
- the conductive layer 103 can be electrically connected to the conductive layer 104.
- openings can be provided in the regions of the insulating layers 110b, 110c, and 106 that overlap with the conductive layer 103, and the conductive layer 104 can be provided to cover the openings, so that the conductive layers 103 and 104 are in contact with each other.
- the conductive layer 104, which functions as a gate electrode, and the conductive layer 103, which functions as a backgate electrode, are electrically connected to each other, so that the backgate electrode and the gate electrode can be at the same potential, and the on-current of the transistor 100F can be increased.
- the transistor 100F may have a conductive layer 103, which may increase the unevenness of the upper surface of the insulating layer 110. If the unevenness of the upper surface of the insulating layer 110 is large, the unevenness of the layer 108 provided in contact with the upper surface of the insulating layer 110 may also increase, which may reduce the uniformity of the amount of impurity elements supplied to the region 108Db and reduce the uniformity of the electrical resistance of the region 108Db. Therefore, it is preferable that the upper surface of the insulating layer 110 is flatter.
- planarization process it is preferable to perform a planarization process after forming the insulating layer 110 or the insulating film that will become the insulating layer 110 and before forming the layer 108 or the film that will become the layer 108, to flatten the upper surface of the insulating layer 110 or the insulating film that will become the insulating layer 110.
- the planarization process include a process using a chemical mechanical polishing (CMP) method (also referred to as a CMP process) and a process using etching (also referred to as an etch-back process).
- CMP chemical mechanical polishing
- etching also referred to as an etch-back process
- the upper surface of the insulating layer 110 can be made more flat.
- materials that can be used for the organic insulating layer please refer to the above description.
- Transistor 200F has conductive layer 203 and layer 205 between insulating layer 110a and insulating layer 110b.
- Conductive layer 203 is provided on insulating layer 110a, and layer 205 is provided on the top and side surfaces of conductive layer 203.
- Insulating layer 110, layer 205, and conductive layer 203 have opening 141 that reaches conductive layer 212a.
- Insulating layer 216 has a region in contact with the side surface of insulating layer 110 and the side surface of layer 205 in opening 241, and has a region in contact with the side surface of conductive layer 212b in opening 243.
- Conductive layer 203 can be formed in the same process as conductive layer 103.
- Layer 205 can be formed in the same process as layer 105.
- Insulating layer 216 can be formed in the same process as insulating layer 116.
- the conductive layer 203, layer 205, and insulating layer 216 can be described in detail in the description of the conductive layer 103, layer 105, and insulating layer 116, and therefore will not be described in detail here.
- the conductive layer 204 functions as a gate electrode (also referred to as a first gate electrode).
- a part of the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer (also referred to as a first gate insulating layer).
- the conductive layer 203 functions as a backgate electrode (also referred to as a second gate electrode).
- the insulating layer 216 functions as a backgate insulating layer (also referred to as a second gate insulating layer).
- the semiconductor device can have a structure including a transistor having a backgate electrode and a transistor not having a backgate electrode.
- the transistor 100F can have a conductive layer 103 and a layer 105
- the transistor 200F can have a conductive layer 203 and a layer 205.
- the transistor 200F can have an insulating layer 216.
- the insulating layer 216 can be omitted, and the layer 208 can have a region in contact with a side surface of the insulating layer 110.
- FIG. 15C to 15E show configurations in which the height of the upper surface of the insulating layer 216 is different from the height of the upper surface of the conductive layer 212b.
- FIG. 15C shows a configuration in which the height of the upper surface of the insulating layer 216 is lower than the height of the upper surface of the conductive layer 212b and higher than the height of the upper surface of the insulating layer 110c.
- the height of the upper surface of the insulating layer 216 is lower than the height of the upper surface of the insulating layer 110c and higher than the height of the upper surface of the insulating layer 110b.
- the height of the upper surface of the insulating layer 216 can also be lower than the height of the upper surface of the insulating layer 110b and higher than the height of the upper surface of the layer 205.
- Insulating layer 110b is shown as a single-layer structure in FIG. 13B and other figures, but this is not a limitation of one embodiment of the present invention. Insulating layer 110b can have a stacked structure of two or more layers.
- FIG. 16A shows a cross-sectional view of a semiconductor device 10G according to one embodiment of the present invention.
- a top view of the semiconductor device 10G refer to FIG. 13A.
- FIG. 16A is a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line A1-A2 shown in FIG. 13A.
- the semiconductor device 10G has a transistor 100G, a transistor 200G, and an insulating layer 110.
- the semiconductor device 10G differs from the semiconductor device 10F shown in FIG. 13B etc. mainly in that the insulating layer 110b has an insulating layer 110b_1, an insulating layer 110b_2 on the insulating layer 110b_1, and an insulating layer 110b_3 on the insulating layer 110b_2.
- the detailed description of the transistors 100G and 200G can be referred to in the description of the transistors 100 and 200, so that it will not be described here.
- the insulating layer 110b_1, the insulating layer 110b_2, and the insulating layer 110b_3 can each be made of the materials listed for the insulating layer 110.
- the insulating layer 110b_1 is provided on the insulating layer 110a so as to fill the recess between the layer 105 and the layer 205.
- the insulating layer 110b_1 has an area in contact with the side of the layer 105, the side of the layer 205, and the top surface of the insulating layer 110a. It is preferable that the insulating layer 110b_1 covers at least the side of the layer 105 that does not face the opening 141 and the side of the layer 205 that does not face the opening 241.
- the insulating layer 110b_1 has a function of reducing unevenness caused by the conductive layer 103 and the layer 105 and making the top surface of the insulating layer 110 flatter.
- the unevenness caused by the conductive layer 112 and the conductive layer 212a can also be reduced.
- the insulating layer 110b_1 may be referred to as a planarization layer.
- An organic insulating layer can be suitably used as the insulating layer 110b_1.
- acrylic resin or polyimide resin can be suitably used for the insulating layer 110b_1.
- the regions 108Db and 208Db located on the insulating layer 110 become flatter, and the uniformity of the amount of the first element supplied to the regions 108Db and 208Db can be improved. This can improve the uniformity of the electrical resistance of the regions 108Db and 208Db.
- Insulating layer 110b_2 is provided on insulating layer 110b_1.
- Insulating layer 110b_2 has an area in contact with the upper surface of insulating layer 110b_1, the upper surface of layer 105, the upper surface of layer 205, the side of insulating layer 116, and the side of insulating layer 216.
- the insulating layer 110b_2 functions as a barrier film that prevents impurities contained in the insulating layer 110b_1 from diffusing toward the insulating layer 110b_3.
- the insulating layer 110b_2 can be made of any of the materials listed for the insulating layer 110a and the insulating layer 110c.
- the insulating layer 110b_2 can be made of silicon nitride or aluminum oxide.
- Insulating layer 110b_3 is provided on insulating layer 110b_2.
- Insulating layer 110b_3 has an area in contact with the upper surface of insulating layer 110b_2, the side surface of insulating layer 116, and the side surface of insulating layer 216.
- the insulating layer 110b_3 can be preferably an inorganic insulating layer.
- the insulating layer 110b_3 can be preferably made of any of the materials listed for the insulating layer 110b.
- the insulating layer 110b_3 preferably contains oxygen, and preferably uses one or more of the oxides and oxynitrides described above.
- the insulating layer 110b_3 preferably contains silicon and oxygen.
- the insulating layer 110b_3 can be preferably made of one or both of silicon oxide and silicon oxynitride.
- the insulating layer 110b_3 preferably has a region in contact with the insulating layer 116 and a region in contact with the insulating layer 216. This allows oxygen to be supplied from the insulating layer 110b_3 to the layer 108 via the insulating layer 116 and to the layer 208 via the insulating layer 216.
- the height of the top surface of the insulating layer 110b_3 is the same as the height of the top surface of the layer 105 and the height of the top surface of the layer 205, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
- the height of the top surface of the insulating layer 110b_3 may be different from the height of the top surface of the layer 105 and the height of the top surface of the layer 205.
- the height of the upper surface of insulating layer 110b_2 can be higher than the height of the upper surface of layer 105 and the height of the upper surface of layer 205.
- the height of the upper surface of insulating layer 110b_2 can be lower than the height of the upper surface of layer 105 and the height of the upper surface of layer 205.
- the configuration of the insulating layer 110b shown in Figures 16A to 16C can also be applied to other configuration examples.
- FIGS. 17A and 17B show examples of configurations different from those of transistors 100F and 200F shown in FIGS. 14A and 14B.
- Transistor 100H shown in FIG. 17A differs from transistor 100F mainly in that insulating layer 110a is also provided between conductive layer 112 and insulating layer 116.
- Transistor 200H shown in FIG. 17B differs from transistor 100F mainly in that insulating layer 110a is also provided between conductive layer 212a and insulating layer 216.
- the insulating layer 110a between the insulating layer 116 and the conductive layer 112 By providing the insulating layer 110a between the insulating layer 116 and the conductive layer 112, the insulating layer 116 and the conductive layer 112 are not in contact with each other, and therefore it is possible to prevent the conductive layer 112 from being oxidized by oxygen being supplied from the insulating layer 116 to the conductive layer 112, and therefore it is possible to prevent the electrical resistance of the conductive layer 112 from increasing.
- the insulating layer 110a between the insulating layer 216 and the conductive layer 212a, the insulating layer 216 and the conductive layer 212a are not in contact with each other, and therefore it is possible to prevent the conductive layer 212a from being oxidized by oxygen being supplied from the insulating layer 216 to the conductive layer 212a, and therefore it is possible to prevent the electrical resistance of the conductive layer 212a from increasing.
- a first insulating film that will become insulating layer 110a and a conductive layer that will become conductive layer 103 are formed on conductive layer 112.
- a layer that will become layer 105 is formed on the surface of the conductive layer that will become conductive layer 103, and a second insulating film that will become insulating layer 110b and a third insulating film that will become insulating layer 110c are formed.
- Layer 105 is also formed on the surface of conductive layer 103 that faces the opening.
- a fourth insulating layer that will become insulating layer 116 is formed so as to cover the opening that will become opening 141.
- Conductive layer 203, layer 205, and opening 241 can also be formed in the same manner.
- the thickness of the first insulating film at the opening may be thin. As a result, as shown in FIG.
- the thickness of the region of insulating layer 110a that contacts insulating layer 116 may be thinner than the thickness of the region of insulating layer 110a that contacts conductive layer 103.
- the thickness of the region of insulating layer 110a that contacts insulating layer 216 may be thinner than the thickness of the region of insulating layer 110a that contacts conductive layer 203.
- the configurations of the conductive layer 103, insulating layer 116, conductive layer 203, and insulating layer 216 shown in configuration example 1-5 can also be applied to other configuration examples.
- the configurations of the conductive layer 103, layer 105, insulating layer 116, conductive layer 203, layer 205, and insulating layer 216 can also be applied to other configuration examples.
- FIGS. 19A to 21B are top views and cross-sectional views of the semiconductor device of one embodiment of the present invention.
- transistors 100 and 200 will be mainly used as examples of transistors included in the semiconductor device of one embodiment of the present invention.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention is not limited thereto, and can have a structure including one or more of the above-described transistors 100 to 100H and transistors 200 to 200H.
- a semiconductor device has at least two transistors, and one of the gate, source, or drain of the transistor is electrically connected to the gate, source, or drain of the other transistor.
- a semiconductor device has a transistor and a capacitor, and one of the gate, source, or drain of the transistor is electrically connected to one terminal of the capacitor.
- the semiconductor device can be applied to a display device.
- the display device includes a transistor and a display element.
- the source or drain of the transistor is electrically connected to a pixel electrode of the display element.
- FIG. 18A illustrates a circuit diagram of a semiconductor device 20 according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 19A illustrates a top view of the semiconductor device 20 according to one embodiment of the present invention.
- FIG. 19B illustrates a cross-sectional view of the cut surface taken along dashed dotted line A1-A2 in FIG. 19A.
- FIG. 1C can be referred to for cross-sectional views of the cut surfaces taken along dashed dotted line B1-B2 and dashed dotted line B3-B4 in FIG. 19A.
- FIG. 1C can be referred to for cross-sectional views of the cut surfaces taken along dashed dotted line B5-B6 in FIG. 19A
- the cross-sectional view of the cut surface taken along dashed dotted line B1-B2 in FIG. 1C can be referred to for cross-sectional views of the cut surface taken along dashed dotted line B7-B8.
- the semiconductor device 20 includes a transistor 100, a transistor 100s, a transistor 200, a transistor 200s, and an insulating layer 110.
- the semiconductor device 20 is provided on a substrate 102.
- the transistors 100 and 200 the above description can be referred to.
- Transistor 100s has conductive layer 104A, insulating layer 106, layer 108, and conductive layer 112A. Transistor 100s has a similar configuration to transistor 100. Conductive layer 104A corresponds to conductive layer 104, and conductive layer 112A corresponds to conductive layer 112. Layer 108 is shared between transistor 100 and transistor 100s.
- the conductive layer 104A functions as a gate electrode
- the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer.
- the conductive layer 112A functions as one of the source electrode and the drain electrode
- the region 108Db functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
- the region of the layer 108 in contact with the conductive layer 112A functions as one of the source region and the drain region
- the region in contact with the insulating layer 110b functions as a channel formation region.
- the layer 108 has a region 108Dc in a region located between the upper surface of the conductive layer 112A and the lower surface of the conductive layer 104A, among the regions in contact with the upper surface of the conductive layer 112A.
- the region 108Dc has a first element as an impurity element.
- the region 108Dc functions as one of the source region and the drain region of the transistor 100s. For the region 108Dc, refer to the description of the region 108Da.
- the layer 108 has regions 108Da, 108Db, and 108Dc, a channel formation region of the transistor 100, and a channel formation region of the transistor 100s.
- Region 108Db functions as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100 and also functions as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100s.
- region 108Db electrically connects the transistors 100 and 100s.
- the occupation area of the semiconductor device 20 can be reduced.
- Transistor 200s has conductive layer 204A, insulating layer 106, layer 208A, conductive layer 212aA, and conductive layer 212b. Transistor 200s has a similar configuration to transistor 200. Conductive layer 204A corresponds to conductive layer 204, layer 208A corresponds to layer 208, and conductive layer 212aA corresponds to conductive layer 212a. Conductive layer 212b is shared by transistor 200 and transistor 200s.
- the conductive layer 204A functions as a gate electrode
- the insulating layer 106 functions as a gate insulating layer.
- the conductive layer 212aA functions as one of the source electrode and the drain electrode
- the conductive layer 212b functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
- the region of the layer 208A in contact with the conductive layer 212aA functions as one of the source region and the drain region
- the region in contact with the conductive layer 212b functions as the other of the source region and the drain region
- the region in contact with the insulating layer 110b functions as a channel formation region.
- the layer 208 has a region 208Dc in a region located between the upper surface of the conductive layer 212aA and the lower surface of the conductive layer 204A, among the regions in contact with the upper surface of the conductive layer 212aA, and has a region 208Dd in a region in contact with the upper surface of the conductive layer 212b.
- Region 208Dc and region 208Dd each have a first element as an impurity element.
- Region 208Dc functions as one of the source region and drain region of transistor 200s, and region 208Dd functions as the other of the source region and drain region of transistor 200s.
- region 208Dc and region 208Dd the description of region 208Da and region 208Db can be referred to.
- the conductive layer 212b functions as the other of the source and drain electrodes of the transistor 200 and also functions as the other of the source and drain electrodes of the transistor 200s.
- the conductive layer 212b electrically connects the transistors 200 and 200s. Furthermore, by sharing the conductive layer 212b between the transistors 200 and 200s, the occupation area of the semiconductor device 20 can be reduced.
- the electrical resistance of conductive layer 212b may be lower than the electrical resistance of region 108Db.
- the transistor 200 having the conductive layer 212b can be preferably used. By using the transistor 200, a semiconductor device that operates at high speed can be obtained.
- the transistor 100 can be preferably used. By using the transistor 100, a semiconductor device that occupies a small area can be obtained.
- the distance between transistor 200 and transistor 200s can be longer than the distance between transistor 100 and transistor 100s. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this, and the distance between transistor 100 and transistor 100s can be the same as the distance between transistor 200 and transistor 200s or longer than the distance between transistor 200 and transistor 200s.
- the conductive layer 112, conductive layer 112A, conductive layer 212a, and conductive layer 212aA are provided on the substrate 102.
- the conductive layer 112, conductive layer 112A, conductive layer 212a, and conductive layer 212aA can be formed in the same process.
- the conductive layer 112, conductive layer 112A, conductive layer 212a, and conductive layer 212aA can be formed by forming a film that will become the conductive layer 112, conductive layer 112A, conductive layer 212a, and conductive layer 212aA, and processing the film. Alternatively, some of these can be formed in different processes.
- An insulating layer 110 is provided on conductive layer 112, conductive layer 112A, conductive layer 212a, and conductive layer 212aA.
- Insulating layer 110 has an opening 141 that reaches conductive layer 112, an opening 141A that reaches conductive layer 112A, an opening 241 that reaches conductive layer 212a, and an opening 241A that reaches conductive layer 212aA.
- Opening 141, opening 141A, opening 241, and opening 241A can be formed in the same process. Alternatively, some of these can be formed in different processes.
- the conductive layer 212b is provided on the insulating layer 110.
- the conductive layer 212b has an area that overlaps with the conductive layer 212a and an area that overlaps with the conductive layer 212aA via the insulating layer 110. It can also be said that the insulating layer 110 has an area sandwiched between the conductive layer 212a and the conductive layer 212b, and an area sandwiched between the conductive layer 212aA and the conductive layer 212b.
- the conductive layer 212b has an opening 243 that reaches the conductive layer 212a, and an opening 243A that reaches the conductive layer 212aA.
- the opening 243 is provided in a region that overlaps with the opening 241
- the opening 243A is provided in a region that overlaps with the opening 241A.
- the openings 243 and the openings 243A can be formed in the same process. Alternatively, some of them can be formed in different processes.
- Layer 108 is provided to cover openings 141 and 141A
- layer 208 is provided to cover openings 241 and 243
- layer 208A is provided to cover openings 241A and 243A.
- Layers 108, 208, and 208A can be formed in the same process. Alternatively, some of these layers can be formed in different processes.
- the layer 108 has a region in contact with the top surface of the conductive layer 112 and a region in contact with the side surface of the insulating layer 110 at the opening 141.
- the layer 108 also has a region in contact with the top surface of the conductive layer 112A and a region in contact with the side surface of the insulating layer 110 at the opening 141A.
- the layer 208 has a region in contact with the top surface of the conductive layer 212a and a region in contact with the side surface of the insulating layer 110 at the opening 241, and a region in contact with the side surface of the conductive layer 212b at the opening 243.
- the layer 208A has a region in contact with the top surface of the conductive layer 212aA and a region in contact with the side surface of the insulating layer 110 at the opening 241A, and a region in contact with the side surface of the conductive layer 212b at the opening 243A.
- each of layer 208 and layer 208A has an area in contact with the upper surface of conductive layer 212b.
- the contact area between layer 208b and conductive layer 212b is increased, and the contact resistance between layer 208b and conductive layer 212b can be reduced.
- An insulating layer 106 is provided on layer 108, layer 208, layer 208A, conductive layer 212b and insulating layer 110.
- the first element is preferably supplied to layers 108, 208, and 208A through the insulating layer 106.
- the first element can be supplied to layers 108, 208, and 208A through the insulating layer 106. This allows the first element to be preferentially supplied to regions 108Da, 108Db, and 108Dc in layer 108, the first element to be preferentially supplied to regions 208Da and 208Db in layer 208, and the first element to be preferentially supplied to regions 208Dc and 208Dd in layer 208A.
- Conductive layer 104, conductive layer 104A, conductive layer 204, and conductive layer 204A are provided on insulating layer 106.
- the conductive layer 104 has an area in the opening 141 where it overlaps with the layer 108 via the insulating layer 106.
- the conductive layer 104A has an area in the opening 141A where it overlaps with the layer 108 via the insulating layer 106.
- the conductive layer 204 has an area in the opening 241 where it overlaps with the layer 208 via the insulating layer 106.
- the conductive layer 204A has an area in the opening 241A where it overlaps with the layer 208A via the insulating layer 106.
- the conductive layers 104, 104A, 204, and 204A can be formed in the same process. Alternatively, some of these layers can be formed in different processes.
- Figures 18A, 19A, and 19B do not show electrical connections between transistors 100 and 100s and transistors 200 and 200s, they may also be configured to be electrically connected.
- configurations of transistors 100 and 100s and the configurations of transistors 200 and 200s shown in configuration example 2-1 can also be applied to other configuration examples.
- FIG 18B A circuit diagram of a semiconductor device 20A according to one embodiment of the present invention is shown in FIG 18B.
- a top view of the semiconductor device 20A according to one embodiment of the present invention is shown in FIG 20A.
- a cross-sectional view of the cut surface taken along dashed dotted line A1-A2 in FIG 20A is shown in FIG 20B.
- the semiconductor device 20A includes a transistor 100, a transistor 200, and an insulating layer 110.
- the semiconductor device 20A is provided on a substrate 102.
- the other of the source and drain of the transistor 100 is electrically connected to the other of the source and drain of the transistor 200.
- the layer 108 of the transistor 100 has a portion on the insulating layer 110 that contacts the conductive layer 212b of the transistor 200. That is, the region 108Db has a portion that contacts the conductive layer 212b. It is preferable that the region 108Db contacts not only the side surface of the conductive layer 212b but also the top surface of the conductive layer 212b. This increases the contact area between the region 108Db and the conductive layer 212b, and reduces the contact resistance between the region 108Db and the conductive layer 212b. A portion of the end of the layer 108 is located on the conductive layer 212b.
- region 108Db By contacting region 108Db with conductive layer 212b, the other of the source and drain of transistor 100 is electrically connected to the other of the source and drain of transistor 200.
- region 108Db with conductive layer 212b there is no need to provide a separate conductive layer that electrically connects region 108Db with conductive layer 212b, so the area occupied by semiconductor device 20A can be reduced.
- FIG 21A shows a top view of a semiconductor device 20B according to one embodiment of the present invention.
- FIG 21B shows a cross-sectional view taken along dashed dotted line A1-A2 in FIG 21A.
- FIG 1C can be referred to for cross-sectional views taken along dashed dotted line B1-B2 and dashed dotted line B3-B4 in FIG 21A.
- FIG 18B can be referred to for a circuit diagram of the semiconductor device 20B.
- the semiconductor device 20B has a transistor 100, a transistor 200, an insulating layer 110, and a conductive layer 193.
- the semiconductor device 20B is provided on a substrate 102.
- the other of the source and drain of transistor 100 is electrically connected to the other of the source and drain of transistor 200 through conductive layer 193.
- the conductive layer 193 functions as a wiring that electrically connects the transistor and transistor 200.
- the insulating layer 106 has an opening 145 that reaches the region 108Db, and an opening 145A that reaches the conductive layer 212b.
- the conductive layer 104, the conductive layer 204, and the conductive layer 193 are provided on the insulating layer 106.
- the conductive layer 193 is provided so as to cover the opening 145 and the opening 145A.
- the conductive layer 193 has a region that contacts the region 108Db in the opening 145, and a region that contacts the conductive layer 212b in the opening 145A.
- the conductive layer 193 is electrically connected to the region 108Db in the opening 145, and is electrically connected to the conductive layer 212b in the opening 145A. In other words, the region 108Db is electrically connected to the conductive layer 212b via the conductive layer 193.
- the conductive layer 193 can be formed, for example, in the same process as the conductive layer 104 and the conductive layer 204. Note that the conductive layer 193 can also be formed in a process different from that for the conductive layer 104 and the conductive layer 204. For example, after forming the insulating layer 195 on the conductive layer 104 and the conductive layer 204, the openings 145 and the openings 145A can be formed in the insulating layer 106 and the insulating layer 195, and the conductive layer 193 can be formed so as to cover the openings 145 and the openings 145A.
- a structure in which the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 100 is electrically connected to the gate electrode of the transistor 200 is shown, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
- a structure in which the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 200 is electrically connected to the gate electrode of the transistor 100 can be used.
- an opening that reaches the conductive layer 212b can be provided in the insulating layer 106, and the conductive layer 104 can be formed to cover the opening.
- the conductive layer 212b and the conductive layer 104 can be electrically connected to each other by being in contact with each other in the opening.
- the light used for exposure can be, for example, i-line (wavelength 365 nm), g-line (wavelength 436 nm), h-line (wavelength 405 nm), or a mixture of these.
- ultraviolet light, KrF laser light, ArF laser light, etc. can also be used.
- Exposure can also be performed by immersion exposure technology.
- Extreme ultraviolet (EUV) light or X-rays can also be used as the light used for exposure.
- Electron beams can also be used instead of the light used for exposure. Extreme ultraviolet light, X-rays, or electron beams are preferable because they enable extremely fine processing. When exposure is performed by scanning a beam such as an electron beam, a photomask is not required.
- etching the thin film one or more of the following methods can be used: dry etching, wet etching, and sandblasting.
- Figures 24A to 27B show cross-sectional views taken along dashed line A1-A2 in Figure 9A.
- an insulating layer 109 is formed on the substrate 102.
- the insulating layer 109 can be formed preferably by a sputtering method or a PECVD method.
- a conductive film is formed on the insulating layer 109, and the conductive film is processed to form the conductive layer 112 and the conductive layer 212a ( Figure 24A).
- the conductive film can be preferably formed by a sputtering method.
- an insulating film 110af that will become the insulating layer 110a, and an insulating film 110bf that will become the insulating layer 110b are formed on the conductive layer 112 and the conductive layer 212a ( Figure 24B).
- the insulating films 110af and 110bf can be preferably formed by sputtering or PECVD. After forming the insulating film 110af, it is preferable to form the insulating film 110bf without exposing the surface of the insulating film 110af to the atmosphere. This makes it possible to prevent impurities from the atmosphere from adhering to the surface of the insulating film 110af. Examples of such impurities include water and organic matter. For example, it is preferable to form the insulating film 110bf continuously in the same device after forming the insulating film 110af.
- the substrate temperature during the formation of the insulating film 110af and the insulating film 110bf is preferably 180°C or higher and 450°C or lower, more preferably 200°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 250°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 300°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 300°C or higher and 400°C or lower, even more preferably 350°C or higher and 400°C or lower.
- the amount of impurities (e.g., water and hydrogen) released from the insulating film 110af and the insulating film 110bf can be reduced, and the diffusion of impurities into the layer 108 and the layer 208 can be suppressed. Therefore, a transistor exhibiting good electrical characteristics and high reliability can be obtained.
- the insulating films 110af and 110bf are formed before the layers 108 and 208, there is no need to worry about oxygen being desorbed from the layers 108 and 208 due to the heat applied during the formation of the insulating films 110af and 110bf.
- microwaves refer to electromagnetic waves with a frequency of 300 MHz or more and 300 GHz or less.
- a representative example of microwaves is electromagnetic waves with a frequency of 2.45 GHz.
- Microwave processing refers to processing using a device with a power source that generates high-density plasma using microwaves, for example. Microwave processing can also be called microwave-excited high-density plasma processing.
- oxygen can be supplied by performing a plasma treatment without exposing the surface of the insulating film 110bf to the air after the insulating film 110bf is formed.
- a PECVD apparatus is used to form the insulating film 110bf
- an N 2 O plasma treatment can be performed continuously.
- a film 137 on the insulating film 110bf It is preferable to form a film 137 on the insulating film 110bf (FIG. 24C). It is preferable that the film 137 contains oxygen. By forming the film 137, oxygen can be supplied to the insulating film 110bf.
- the conductivity of the film 137 does not matter.
- At least one of an insulating film, a semiconductor film, and a conductive film can be used as the film 137.
- aluminum oxide, hafnium oxide, hafnium aluminate, indium oxide, indium tin oxide (ITO), or indium tin oxide containing silicon (ITSO) can be used as the film 137.
- film 137 it is preferable to use an oxide material containing one or more of the same elements as layers 108 and 208. In particular, it is preferable to use a metal oxide applicable to layers 108 and 208.
- the equipment used to form film 137 can be the same as the equipment used to form the films that become layers 108 and 208, so that productivity can be increased and manufacturing costs can be reduced.
- the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure is, for example, 50% or more and 100% or less, preferably 65% or more and 100% or less, more preferably 80% or more and 100% or less, and even more preferably 90% or more and 100% or less. In particular, it is preferable to set the oxygen flow ratio to 100% and the oxygen partial pressure as close to 100% as possible.
- oxygen can be supplied to the insulating film 110bf during the formation of the film 137, and oxygen can be prevented from being released from the insulating film 110bf.
- a large amount of oxygen can be trapped in the insulating film 110bf.
- a large amount of oxygen can be supplied to the layers 108 and 208 by subsequent heat treatment.
- oxygen vacancies ( VO ) and VOH in the layers 108 and 208 can be reduced, and a transistor with good electrical characteristics and high reliability can be obtained.
- a heat treatment can be performed. By performing a heat treatment after the film 137 is formed, oxygen can be effectively supplied from the film 137 to the insulating film 110bf.
- the substrate temperature during the formation of film 139 is preferably 350°C or less, more preferably 340°C or less, even more preferably 330°C or less, and even more preferably 300°C or less. This allows a large amount of oxygen to be supplied to insulating film 110bf.
- resist mask 185 By using the same resist mask (here, resist mask 185) to form openings 141, 241, and 243, productivity can be improved. Note that different resist masks can also be used to form openings 141 and openings 241 and 243. It is preferable to use the same resist mask at least to form openings 241 and 243. This allows the top surface shapes of openings 241 and 243 to match or roughly match.
- the resist mask 185 is removed (FIG. 26A).
- the resist mask 185 can be removed by using either or both of a wet etching method and a dry etching method.
- a hard mask can also be used to form the openings 141, 241, and 243.
- film 108f which will become layers 108 and 208, is formed so as to cover openings 141, 241, and 243 (FIG. 26B).
- Film 108f is provided in contact with the upper and side surfaces of insulating layer 110, the upper surface of conductive layer 112, the upper surface of conductive layer 212a, and the upper and side surfaces of conductive layer 212b.
- the film 108f is preferably formed by a sputtering method using a metal oxide target.
- the film 108f is preferably formed by an ALD method. Since the ALD method has high coverage, it can be suitably used to form the film 108f that covers the openings 141, 241, and 243. By using the ALD method, the film 108f can be formed with high coverage on the side surface of the insulating layer 110.
- the ALD method makes it easy to control the film formation rate, a thin film can be formed with good yield. Therefore, when the film 108f is thin, the ALD method can be suitably used.
- As the ALD method a thermal ALD method or a PEALD method can be used.
- the PECVD method can also be used to form the film 108f. Note that when a metal oxide is used for the film 108f, the film 108f can be called a metal oxide film.
- film 108f is a dense film with as few defects as possible. It is also preferable that film 108f is a high-purity film with as few impurities, including hydrogen, as possible reduced. In particular, it is preferable to use a crystalline metal oxide film as film 108f.
- oxygen gas oxygen can be suitably supplied to the insulating layer 110.
- oxygen gas oxygen can be suitably supplied to the insulating layer 110b.
- oxygen By supplying oxygen to the insulating layer 110b, oxygen can be supplied to the layers 108 and 208 in a later step, and oxygen vacancies (V O ) and V OH in the layers 108 and 208 can be reduced.
- a mixture of oxygen gas and an inert gas e.g., helium gas, argon gas, xenon gas, etc.
- an inert gas e.g., helium gas, argon gas, xenon gas, etc.
- the higher the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure when forming the metal oxide film the higher the crystallinity of the metal oxide film can be, and a highly reliable transistor can be realized.
- the lower the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure the lower the crystallinity and the higher the electrical conductivity of the metal oxide film can be, and the larger the on-current of the transistor can be.
- the metal oxide film may become polycrystalline.
- the grain boundaries become the recombination center, and carriers may be captured, resulting in a small on-current of the transistor. Therefore, it is preferable to adjust the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure so that the metal oxide film does not become polycrystalline. Since the ease with which the metal oxide film becomes polycrystalline differs depending on the composition of the metal oxide film, it is preferable to adjust the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure according to the composition of the metal oxide film.
- the higher the substrate temperature when forming the metal oxide film the higher the crystallinity and the denser the metal oxide film can be. This allows for a highly reliable transistor.
- the lower the substrate temperature the lower the crystallinity and the higher the electrical conductivity of the metal oxide film can be. This allows for a transistor with a large on-state current.
- the substrate temperature during the formation of the metal oxide film is preferably from room temperature to 250°C, more preferably from room temperature to 200°C, and even more preferably from room temperature to 140°C.
- a substrate temperature of from room temperature to 140°C is preferable because it increases productivity.
- the crystallinity can be reduced.
- the metal oxide film may have a polycrystalline structure. It is preferable to vary the substrate temperature depending on the composition of the material used for the metal oxide film.
- the metal oxide film can be formed, for example, by the ALD method using a precursor containing the constituent metal elements and an oxidizing agent.
- three precursors can be used: a precursor containing indium, a precursor containing gallium, and a precursor containing zinc.
- two precursors can be used: a precursor containing indium, and a precursor containing gallium and zinc.
- precursors containing indium include triethylindium, trimethylindium, tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)indium, cyclopentadienylindium, indium(III) chloride, (3-(dimethylamino)propyl)dimethylindium, and [1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)amide]-indium.
- precursors containing gallium include trimethylgallium, triethylgallium, gallium trichloride, tris(dimethylamido)gallium(III), gallium(III) acetylacetonate, tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)gallium, dimethylchlorogallium, and diethylchlorogallium.
- aluminum-containing precursors examples include aluminum chloride and trimethylaluminum.
- precursors containing tin include tin(IV) chloride and tetrakis(dimethylamido)tin.
- Examples of zinc-containing precursors include dimethylzinc, diethylzinc, zinc bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), and zinc chloride.
- Oxidizing agents include, for example, ozone, oxygen, and water.
- Methods for controlling the composition of the resulting film include adjusting one or more of the type of raw material gas, the flow ratio of the raw material gas, the time for which the raw material gas is flowed, and the order in which the raw material gas is flowed. By adjusting these, it is possible to control the composition of the metal oxide film. Furthermore, by adjusting these, it is also possible to form a metal oxide film whose composition changes continuously.
- a treatment for removing impurities e.g., water, hydrogen, and organic substances
- a treatment for supplying oxygen into the insulating layer 110 For example, a heat treatment can be performed at a temperature of 70° C. or higher and 200° C. or lower in a reduced pressure atmosphere.
- a plasma treatment can be performed in an atmosphere containing oxygen.
- oxygen can be supplied to the insulating layer 110 by a plasma treatment in an atmosphere containing an oxidizing gas such as nitrous oxide (N 2 O).
- oxygen can be supplied while the organic substances on the surface of the insulating layer 110 are suitably removed. After such a treatment, it is preferable to continuously form a metal oxide film without exposing the surface of the insulating layer 110 to the air.
- layers 108 and 208 have a laminated structure, it is preferable to deposit the next metal oxide film in succession after depositing the first metal oxide film without exposing the surface to the atmosphere.
- oxygen can be supplied to the film 108f, or the layer 108 and the layer 208. This can reduce oxygen vacancies (V O ) and V O H in the film 108f, or the layer 108 and the layer 208.
- the above description can be referred to for the method of supplying oxygen.
- microwave processing can be performed in an atmosphere containing oxygen.
- oxygen can be supplied to the insulating layer 106.
- the above description can be referred to for a method of supplying oxygen.
- microwave treatment can be performed in an atmosphere containing oxygen.
- the oxygen supplied to the insulating layer 106 is further supplied to the layer 108 and the layer 208, and oxygen vacancies (V O ) and V O H in the layer 108 and the layer 208 can be reduced. Therefore, a transistor having good electrical characteristics and high reliability can be obtained.
- impurities e.g., hydrogen and water
- the transistors 100 and 200 can have good electrical characteristics.
- the above description of the heat treatment can be referred to for the substrate temperature during heating. Note that when the substrate temperature is increased by the treatment of supplying oxygen, the treatment may remove impurities and reduce defects.
- impurity element 187 is supplied to layer 108 and layer 208 (FIG. 27A).
- the above-mentioned first element can be suitably used as impurity element 187.
- regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db are formed.
- the impurity element 187 is preferably supplied from a direction perpendicular or approximately perpendicular to the top surface of the substrate 102. Furthermore, the impurity element 187 is preferably supplied to the layer 108 and the layer 208 through the insulating layer 106. At this time, the impurity element 187 is also supplied to the insulating layer 106. The impurity element 187 may also be supplied to the insulating layer 110. In particular, the impurity element 187 may also be supplied to a region of the insulating layer 110 that does not overlap with any of the layer 108, the layer 208, and the conductive layer 212b.
- the concentration of the impurity element 187 becomes higher at a position closer to the insulating layer 106.
- the concentration of the impurity element 187 in the insulating layer 110e is higher than the concentration of the impurity element 187 in the insulating layer 110a.
- the elements that can be used for the impurity element 187 are as described above. It is more preferable to use boron or phosphorus as the impurity element 187. By using an element that becomes stable when bonded with oxygen as the impurity element 187, it is possible to realize regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db that are stable and have low electrical resistance.
- Ion implantation is preferably used to supply the impurity element (specifically, the first element).
- the impurity element specifically, the first element.
- ion implantation which ionizes the raw material gas and supplies the ions after mass separation, the purity of the supplied impurity element can be increased.
- ion implantation equipment is also used in the manufacture of Si transistors such as LTPS transistors, it is preferable because equipment from existing LTPS manufacturing lines can be reused and no new capital investment is required. This makes it possible to reduce the initial capital investment costs associated with the manufacture of semiconductor devices.
- the impurity element 187 When hydrogen is also supplied as the impurity element 187, it can be supplied without mass separation. This can increase productivity. It is preferable to use both the first element and hydrogen as the impurity element 187, and it is even more preferable to use both boron or phosphorus and hydrogen. By using both an element that becomes stable when bonded with oxygen and hydrogen as the impurity element 187, it is easier to lower the electrical resistance of regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, and the low electrical resistance state can be stably maintained.
- the supply of the impurity element 187 can be controlled by setting conditions such as acceleration energy and dose amount, taking into consideration the type of impurity element 187, the composition, film density, and thickness of each of the insulating layer 106, layer 108, and layer 208. It is preferable to set conditions so that the concentration of the impurity element 187 is higher in regions 108Da and 108Db than in region 108M, and the concentration of the impurity element 187 is higher in regions 208Da and 208Db than in region 208M. This allows an optimal amount of impurity element 187 to be supplied to regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db.
- a gas containing the above-mentioned impurity element 187 can be used as a source gas for the impurity element 187.
- boron typically, B2H6 gas, BF3 gas, or the like can be used.
- phosphorus typically, PH3 gas can be used.
- a mixed gas in which these source gases are diluted with hydrogen or a noble gas can be used.
- source gas examples include CH4 , N2 , NH3 , AlH3 , AlCl3 , SiH4 , Si2H6 , F2 , HF, H2 , ( C5H5 ) 2Mg , and noble gases.
- the source material used to supply the impurity element 187 is not limited to gas, and a solid or liquid may be heated and vaporized for use.
- the impurity element 187 can be supplied without mass separation, and it is easy to reduce the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, which is preferable because it is possible to improve the productivity and characteristics of the semiconductor device.
- the method of supplying the impurity element 187 is not limited, and for example, plasma processing or processing utilizing thermal diffusion by heating can be used.
- the impurity element 187 can be supplied by generating plasma in a gas atmosphere containing the impurity element 187 to be supplied and performing plasma processing.
- a dry etching apparatus, an ashing apparatus, a plasma CVD apparatus, a high density plasma CVD apparatus, etc. can be used as an apparatus for generating the above plasma.
- the impurity element 187 is supplied to the layers 108 and 208 through the insulating layer 106. This can prevent the crystallinity of the layers 108 and 208 from decreasing when the impurity element 187 is supplied. Therefore, an increase in electrical resistance due to a decrease in crystallinity can be prevented.
- the inside of the deposition chamber for the insulating layer 106 may be contaminated. For this reason, it is preferable to supply the impurity element 187 after the insulating layer 106 is formed.
- the impurity element 187 can be directly supplied to the layers 108 and 208, and then the insulating layer 106 can be formed on the layers 108 and 208. This can prevent the insulating layer 106 from being damaged by the supply of the impurity element 187.
- the supplying step of the impurity element 187 is preferably performed while heating the substrate 102. This makes it possible to repair damage to the layers 108 and 208 that occurs when the impurity element 187 is supplied. That is, the supply of the impurity element 187 to the layers 108 and 208 and the repair of damage caused by the supplying can be performed in parallel. In addition, damage to the insulating layer 106 that occurs when the impurity element 187 is supplied can also be repaired. Note that one embodiment of the present invention is not limited thereto, and the supplying step of the impurity element 187 can be performed without heating the substrate 102.
- the substrate temperature during the supply process of the impurity element 187 is preferably 150°C or higher and lower than the distortion point of the substrate, more preferably 200°C or higher and 500°C or lower, even more preferably 200°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 250°C or higher and 400°C or lower, even more preferably 250°C or higher and 350°C or lower, or 300°C or higher and 400°C or lower, even more preferably 300°C or higher and 350°C or lower.
- a heat treatment can be performed. By performing this heat treatment, it is possible to repair damage that has been caused to the layer 108, the layer 208, and the insulating layer 106 during the supplying process of the impurity element 187. If the temperature of the heat treatment is too high, there is a risk that the electrical resistance of each of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, the contact resistance between the region 108Da and the conductive layer 112, the contact resistance between the region 208Da and the conductive layer 212a, and the contact resistance between the region 208Db and the conductive layer 212b will increase.
- the temperature of the heat treatment after supplying the impurity element 187 is preferably 150°C or higher and lower than the distortion point of the substrate, more preferably 200°C or higher and 500°C or lower, even more preferably 200°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 250°C or higher and 400°C or lower, even more preferably 250°C or higher and 350°C or lower, or even more preferably 300°C or higher and 400°C or lower, even more preferably 300°C or higher and 350°C or lower.
- the impurity element 187 By using an element that becomes stable when bonded with oxygen as the impurity element 187, it is possible to prevent the impurity element 187 from being detached during the process of applying heat. Therefore, after the impurity element 187 is supplied, the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be kept low even after the process of applying heat.
- a conductive film is formed on the insulating layer 106, and the conductive film is processed to form the conductive layer 104 and the conductive layer 204 ( Figure 27B).
- the conductive film can be formed by, for example, a sputtering method, a thermal CVD method (including a MOCVD method), or an ALD method.
- insulating layer 195 is formed ( Figure 9A).
- the insulating layer 195 can be preferably formed using the PECVD method.
- the display device of this embodiment can be a high-definition display device. Therefore, the display device of this embodiment can be used, for example, in the display section of wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices), as well as in the display section of wearable devices that can be worn on the head, such as VR devices such as head-mounted displays (HMDs) and glasses-type AR devices.
- wearable devices such as watch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices)
- VR devices such as head-mounted displays (HMDs) and glasses-type AR devices.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used in a display device or a module having the display device.
- the module having the display device include a module in which a connector such as a flexible printed circuit (hereinafter, referred to as FPC) or a TCP (Tape Carrier Package) is attached to the display device, and a module in which an integrated circuit (IC) is mounted by a COG (chip on glass) method, a COF (chip on film) method, or the like.
- Sensor types include, for example, capacitive type, resistive film type, surface acoustic wave type, infrared type, optical type, and pressure sensitive type.
- touch panels examples include out-cell, on-cell, and in-cell types.
- an in-cell touch panel is one in which electrodes constituting a sensing element are provided on one or both of the substrate supporting the display element (also called a display device) and the opposing substrate.
- FIG. 28A shows a perspective view of a display device 50A.
- Display device 50A has a configuration in which substrate 152 and substrate 151 are bonded together.
- substrate 152 is indicated by a dashed line.
- the display device 50A has a display section 162, a connection section 140, a circuit section 164, a conductive layer 165, etc.
- FIG. 28A shows an example in which an IC 173 and an FPC 172 are mounted on the display device 50A. Therefore, the configuration shown in FIG. 28A can also be said to be a display module having the display device 50A, an IC, and an FPC.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a pixel circuit of a display device, the area occupied by the pixel circuit can be reduced, and a high-definition display device can be obtained. Furthermore, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a driver circuit of a display device (e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit), the area occupied by the driver circuit can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained. Furthermore, since the semiconductor device of one embodiment of the present invention has good electrical characteristics, the reliability of the display device can be improved by using it in a display device.
- a driver circuit of a display device e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit
- the display unit 162 is an area in the display device 50A that displays an image, and has a number of periodically arranged pixels 210.
- Figure 28A shows an enlarged view of one pixel 210.
- the pixel 210 shown in FIG. 28A has a pixel 230R that emits red light, a pixel 230G that emits green light, and a pixel 230B that emits blue light.
- a full-color display can be realized by configuring one pixel 210 with pixels 230R, 230G, and 230B.
- Each of pixels 230R, 230G, and 230B functions as a subpixel.
- the display device 50A shown in FIG. 28A shows an example in which pixels 230 that function as subpixels are arranged in a stripe array.
- the number of subpixels that configure one pixel 210 is not limited to three, and may be four or more.
- the pixel 210 may have four subpixels that emit R, G, B, and white (W) light.
- the pixel 210 may have four subpixels that emit R, G, B, and Y light.
- Display devices using liquid crystal elements include, for example, transmissive liquid crystal display devices, reflective liquid crystal display devices, and semi-transmissive liquid crystal display devices.
- Modes that can be used in displays using liquid crystal elements include, for example, vertical alignment (VA) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode, IPS (In-Plane Switching) mode, TN (Twisted Nematic) mode, and ASM (Axially Symmetrically aligned Micro-cell) mode.
- VA mode include the MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, the PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, and the ASV (Advanced Super View) mode.
- Liquid crystal materials that can be used in liquid crystal elements include, for example, thermotropic liquid crystal, low molecular weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal (PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal), polymer network liquid crystal (PNLC: Polymer Network Liquid Crystal), ferroelectric liquid crystal, and antiferroelectric liquid crystal.
- thermotropic liquid crystal low molecular weight liquid crystal
- polymer liquid crystal polymer dispersed liquid crystal
- PNLC Polymer Network liquid crystal
- ferroelectric liquid crystal and antiferroelectric liquid crystal.
- these liquid crystal materials can exhibit cholesteric phase, smectic phase, cubic phase, chiral nematic phase, isotropic phase, blue phase, etc.
- either positive type liquid crystal or negative type liquid crystal can be used as the liquid crystal material, and can be selected according to the mode or design to be applied.
- Light-emitting elements include, for example, self-emitting light-emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes), OLEDs (Organic LEDs), and semiconductor lasers. LEDs can also include, for example, mini LEDs and micro LEDs.
- Light-emitting materials that light-emitting elements have include, for example, materials that emit fluorescence (fluorescent materials), materials that emit phosphorescence (phosphorescent materials), materials that exhibit thermally activated delayed fluorescence (thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials), and inorganic compounds (quantum dot materials, etc.).
- fluorescent materials materials that emit fluorescence
- phosphorescent materials materials that emit phosphorescence
- TADF thermally activated delayed fluorescence
- inorganic compounds quantum dot materials, etc.
- the light-emitting element can emit light of infrared, red, green, blue, cyan, magenta, yellow, or white.
- the color purity can be increased by providing the light-emitting element with a microcavity structure.
- one electrode functions as an anode and the other electrode functions as a cathode.
- the display device of one embodiment of the present invention may be a top-emission type that emits light in a direction opposite to the substrate on which the light-emitting elements are formed, a bottom-emission type that emits light toward the substrate on which the light-emitting elements are formed, or a dual-emission type that emits light on both sides.
- FIG. 28B is a block diagram illustrating the display device 50A.
- the display device 50A has a display unit 162 and a circuit unit 164.
- the display unit 162 has a plurality of periodically arranged pixels 230 (pixels 230[1,1] to 230[m,n], where m and n are each independently an integer of 2 or more).
- the circuit unit 164 has a first drive circuit unit 231 and a second drive circuit unit 232.
- the circuit included in the first drive circuit unit 231 functions, for example, as a scanning line drive circuit.
- the circuit included in the second drive circuit unit 232 functions, for example, as a signal line drive circuit. Note that some kind of circuit may be provided at a position facing the first drive circuit unit 231 across the display unit 162. Some kind of circuit may be provided at a position facing the second drive circuit unit 232 across the display unit 162.
- the circuit portion 164 may include various circuits such as a shift register circuit, a level shifter circuit, an inverter circuit, a latch circuit, an analog switch circuit, a demultiplexer circuit, and a logic circuit.
- the circuit portion 164 may include transistors and capacitors. The transistors in the circuit portion 164 may be formed in the same process as the transistors in the pixel 230.
- Display device 50A has wirings 236 that are arranged in parallel or approximately parallel and whose potential is controlled by a circuit included in first drive circuit section 231, and wirings 238 that are arranged in parallel or approximately parallel and whose potential is controlled by a circuit included in second drive circuit section 232.
- FIG. 28B shows an example in which wirings 236 and 238 are connected to pixel 230.
- wirings 236 and 238 are just an example, and wirings connected to pixel 230 are not limited to wirings 236 and 238.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention has a vertical transistor (VFET) that has a channel length of submicron size and a large on-state current.
- An oxide semiconductor (OS) can be preferably used for a channel formation region of the transistor, and the transistor can have a small off-state current.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be preferably used for one or both of the display portion 162 and the circuit portion 164.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for both the display portion 162 and the circuit portion 164, that is, all the transistors included in the display device can be OS transistors. By using OS transistors for all the transistors included in the display device in this manner, it is possible to achieve an effect of keeping the manufacturing cost low.
- Example of pixel circuit configuration> 29A shows an example of the configuration of the pixel 230.
- the pixel 230 includes a pixel circuit 51 and a light-emitting device 61.
- the pixel circuit 51 has a transistor 52A, a transistor 52B, and a capacitor 53.
- the pixel circuit 51 is a 2Tr1C type pixel circuit having two transistors and one capacitor. Note that there is no particular limitation on the pixel circuit that can be applied to the display device of one embodiment of the present invention.
- the anode of the light-emitting device 61 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 52B and one electrode of the capacitance element 53.
- the other of the source and drain of the transistor 52B is electrically connected to the wiring ANO.
- the gate of the transistor 52B is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 52A and the other electrode of the capacitance element 53.
- the other of the source and drain of the transistor 52A is electrically connected to the wiring SL.
- the gate of the transistor 52A is electrically connected to the wiring GL.
- the cathode of the light-emitting device 61 is electrically connected to the wiring VCOM.
- the wiring GL corresponds to the wiring 236, and the wiring SL corresponds to the wiring 238.
- the wiring VCOM is a wiring that provides a potential for supplying a current to the light-emitting device 61.
- the transistor 52A has a function of controlling the conductive state or non-conductive state between the wiring SL and the gate of the transistor 52B based on the potential of the wiring GL. For example, VDD is supplied to the wiring ANO, and VSS is supplied to the wiring VCOM.
- Transistor 52A functions as a selection transistor for controlling the selection state of pixel 230.
- Transistor 52B functions as a drive transistor for controlling the amount of current flowing through light-emitting device 61.
- Capacitive element 53 has the function of holding the gate potential of transistor 52B. The intensity of light emitted by light-emitting device 61 is controlled according to an image signal supplied to the gate of transistor 52B.
- the above-mentioned semiconductor device can be used for the pixel circuit 51. This allows the area occupied by the pixel circuit 51 to be reduced, resulting in a high-definition display device. Furthermore, when the distance between a transistor and an element (e.g., a transistor and a capacitor) or a wiring electrically connected to the transistor is short, one of the transistors 100 to 100H can be preferably used as the transistor. This allows for higher definition. On the other hand, when the distance between a transistor and an element or wiring electrically connected to the transistor is long, one of the transistors 200 to 200H can be preferably used as the transistor. This allows for a display device that operates at high speed.
- a transistor and an element e.g., a transistor and a capacitor
- one of the transistors 100 to 100H can be preferably used as the transistor. This allows for higher definition.
- the distance between a transistor and an element or wiring electrically connected to the transistor is long, one of the transistors 200 to 200H can be preferably used as the transistor
- a display device that operates at high speed can be obtained by using any one of the transistors 100 to 100H and the transistors 200 to 200H, which have a short channel length and a large on-state current, as the transistor 52A functioning as a selection transistor. It is more preferable that the transistor 52B functioning as a driving transistor has high saturation.
- the transistor 52B functioning as a driving transistor has high saturation.
- any one of the transistors 100F, 100H, 200F, and 200H, which have a backgate electrode can be preferably used as the transistor 52B. Note that a transistor without a backgate electrode can also be used as the transistor 52B.
- a high-performance display device By using a plurality of transistors and capacitors in a pixel circuit, a high-performance display device can be obtained.
- the area occupied can be reduced even if the number of transistors and capacitors is increased, and a high-performance and high-resolution display device can be obtained.
- a display device with a resolution of 300 ppi or more, 500 ppi or more, 1000 ppi or more, 2000 ppi or more, or 3000 ppi or more can be realized.
- FIG. 29B shows an example of a configuration different from that of pixel 230 shown in FIG. 29A.
- Pixel 230 has a pixel circuit 51A and a light-emitting device 61.
- Pixel circuit 51A differs from pixel circuit 51 shown in FIG. 29A mainly in that it has transistor 52C. Pixel circuit 51A has transistors 52A, 52B, and 52C, and a capacitance element 53. Pixel circuit 51A is a 3Tr1C type pixel circuit having three transistors and one capacitance element.
- One of the source and drain of transistor 52C is electrically connected to one of the source and drain of transistor 52B.
- the other of the source and drain of transistor 52C is electrically connected to wiring V0.
- a reference potential is supplied to wiring V0.
- the gate of transistor 52C is electrically connected to wiring GL.
- the wiring V0 can be used to obtain a current value that can be used to set pixel parameters.
- the wiring V0 can function as a monitor line for outputting the current flowing through the transistor 52B or the current flowing through the light-emitting device 61 to the outside.
- the current output to the wiring V0 can be converted to a voltage by a source follower circuit and output to the outside. Alternatively, it can be converted to a digital signal by an AD converter and output to the outside.
- FIG. 30A shows an example of a configuration different from the pixel 230 described above.
- the pixel 230 has a pixel circuit 51D and a light-emitting device 61.
- Pixel circuit 51D has transistor M11, transistor M12, transistor M13, transistor M14, transistor M15, transistor M16, capacitance element C11, and capacitance element C12.
- Pixel circuit 51D is a 6Tr2C type pixel circuit having six transistors and two capacitance elements.
- the anode of the light-emitting device 61 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor M15.
- the cathode of the light-emitting device 61 is electrically connected to the wiring VCOM.
- the other of the source and drain of the transistor M15 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor M12, one of the source and drain of the transistor M13, one of the source and drain of the transistor M16, one electrode of the capacitance element C11, and one electrode of the capacitance element C12.
- the gate of the transistor M12 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor M11, the other of the source and drain of the transistor M13, and the other electrode of the capacitance element C11.
- the backgate of the transistor M12 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor M14, and the other electrode of the capacitance element C12.
- the other of the source and drain of transistor M11 is electrically connected to wiring SL.
- the other of the source and drain of transistor M12 is electrically connected to wiring ANO.
- the other of the source and drain of transistor M14 is electrically connected to wiring V0.
- the other of the source and drain of transistor M16 is electrically connected to wiring V1.
- a constant potential is supplied to wiring V1.
- the gate of transistor M11 and the gate of transistor M16 are electrically connected to wiring GL1.
- the gate of transistor M13 and the gate of transistor M14 are electrically connected to wiring GL2.
- the gate of transistor M15 is electrically connected to wiring GL3.
- the transistor M11 functions as a selection transistor that controls the conductive state or non-conductive state between the gate of the transistor M12 and the wiring SL.
- the transistor M12 functions as a drive transistor that controls the current flowing through the light-emitting device 61.
- the transistor M14 has a function of supplying the potential of the wiring V0 to the back gate of the transistor M12.
- the threshold voltage can be controlled by supplying a constant potential to the back gate of the transistor M12.
- the capacitance element C11 has a function of holding the gate potential of the transistor M12.
- the capacitance element C12 has a function of holding the back gate potential of the transistor M12.
- the pixel circuit 51D has a so-called internal threshold voltage correction function that corrects the threshold voltage of the transistor M12 by the back gate.
- the capacitance element C12 is made to hold a back gate potential such that the threshold voltage of the transistor M12 becomes 0V. This makes it possible to correct the threshold voltage of the transistor M12 to a constant value of 0V or close to 0V, regardless of the variation in the threshold voltage of the transistor and deterioration over time.
- FIG. 30B shows an example of a configuration different from that of the pixel 230 described above.
- the pixel 230 has a pixel circuit 51E and a liquid crystal device 62.
- the pixel circuit 51E has a transistor 52A and a capacitor 53.
- One of the source and drain of the transistor 52A is electrically connected to a wiring SL, and the gate of the transistor 52A is electrically connected to a wiring GL.
- the other of the source and drain of the transistor 52A is electrically connected to one terminal of the capacitor 53 and the liquid crystal device 62.
- the other terminal of the capacitor 53 is electrically connected to a wiring VCOM.
- transistor 52A can also have a backgate.
- FIG. 30C shows a configuration in which the backgate of transistor 52A is electrically connected to the gate.
- the display device 50A shown in FIG. 31A has transistor 207D, transistor 205R, transistor 205G, transistor 207G, transistor 207B, light-emitting element 130R, light-emitting element 130G, light-emitting element 130B, etc. between substrate 151 and substrate 152.
- Light-emitting element 130R is a display element included in pixel 230R that emits red light
- light-emitting element 130G is a display element included in pixel 230G that emits green light
- light-emitting element 130B is a display element included in pixel 230B that emits blue light.
- the display device 50A uses an SBS structure.
- the SBS structure allows the material and configuration to be optimized for each light-emitting element, expanding the range of material and configuration options, making it easier to improve brightness and reliability.
- the display device 50A is a top emission type.
- transistors and the like can be arranged so as to overlap the light emitting region of the light emitting element, so the aperture ratio of the pixel can be increased compared to a bottom emission type.
- Transistor 207D, transistor 205R, transistor 205G, transistor 207G, and transistor 207B are all formed on substrate 151. These transistors can be manufactured using some of the same processes.
- One or more of the transistors 100 to 100H and the transistors 200 to 200H described above can be applied to any one or more of the transistors 207D, 205R, 205G, 207G, and 207B.
- FIG. 31A shows a configuration example in which the transistor 100 described above is applied to the transistors 205R and 205G, and the transistor 200 described above is applied to the transistors 207D, 207G, and 207B.
- a high-definition display device can be obtained by using one or more of the above-mentioned transistors 100 to 100H and transistors 200 to 200H in the display portion 162. Since the area per pixel is smaller as the resolution of the display device is higher, one or more of the transistors 100 to 100H can be preferably used. In addition, when the other of the source electrode and drain electrode of the transistor functions as a wiring and the wiring resistance required for the wiring is relatively low, any of the transistors 200 to 200H can be preferably used as the transistor. This allows the display device to operate at high speed.
- the occupied area can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained.
- a display device with a short channel length By using one or more of the above-mentioned transistors 100 to 100H and transistors 200 to 200H in the circuit portion 164, the occupied area can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained.
- a transistor with a short channel length By using a transistor with a short channel length, a display device that operates at high speed can be obtained.
- the distance between the transistor and an element (e.g., a transistor and a capacitor) or a wiring electrically connected to the transistor may be longer in the circuit portion 164. Therefore, one or more of the transistors 200 to 200H having the conductive layer 212b can be preferably used. This allows a display device that operates at high speed.
- Transistor 207D, transistor 205R, transistor 205G, transistor 207G, and transistor 207B can preferably be OS transistors.
- the display device of this embodiment can also be configured to include Si transistors.
- an OS transistor When a transistor operates in the saturation region, an OS transistor can reduce the change in source-drain current in response to a change in gate-source voltage compared to a Si transistor. Therefore, by using an OS transistor as a driving transistor included in a pixel circuit, the current flowing between the source and drain can be precisely determined by changing the gate-source voltage, and the amount of current flowing to the light-emitting element can be controlled. This makes it possible to increase the number of gray levels in the pixel circuit.
- the transistors in the circuit unit 164 and the transistors in the display unit 162 may have the same structure or different structures.
- the transistors in the circuit unit 164 may all have the same structure or may be of two or more types.
- the transistors in the display unit 162 may all have the same structure or may be of two or more types.
- All of the transistors in the display portion 162 may be OS transistors, all of the transistors in the display portion 162 may be Si transistors, or some of the transistors in the display portion 162 may be OS transistors and the rest may be Si transistors.
- LTPS transistors and OS transistors are combined in the display unit 162
- LTPO A configuration in which LTPS transistors and OS transistors are combined is sometimes called LTPO.
- a more suitable example is a configuration in which an OS transistor is used as a transistor that functions as a switch for controlling conduction/non-conduction between wirings, and an LTPS transistor is used as a transistor for controlling current.
- one of the transistors in the display unit 162 functions as a transistor for controlling the current flowing to the light-emitting element, and can also be called a driving transistor.
- One of the source and drain of the driving transistor is electrically connected to the pixel electrode of the light-emitting element. It is preferable to use an LTPS transistor as the driving transistor. This makes it possible to increase the current flowing to the light-emitting element in the pixel circuit.
- the other one of the transistors in the display unit 162 functions as a switch for controlling pixel selection/non-selection and can also be called a selection transistor.
- the gate of the selection transistor is electrically connected to a gate line, and one of the source and drain is electrically connected to a source line (signal line).
- an OS transistor is used as the selection transistor. This makes it possible to maintain the gradation of the pixel even if the frame frequency is significantly lowered (for example, 1 fps or less), and therefore power consumption can be reduced by stopping the driver when displaying a still image.
- An insulating layer 195 is provided to cover transistors 207D, 205R, 205G, 207G, and 207B, and an insulating layer 235 is provided on insulating layer 195.
- insulating layer 195 refer to the above description.
- Light emitting elements 130R, 130G, and 130B are provided on insulating layer 235.
- the light-emitting element 130R has a pixel electrode 111R on the insulating layer 235, an EL layer 113R on the pixel electrode 111R, and a common electrode 115 on the EL layer 113R.
- the light-emitting element 130R shown in FIG. 31A emits red light (R).
- the EL layer 113R has a light-emitting layer that emits red light.
- the light-emitting element 130G has a pixel electrode 111G on the insulating layer 235, an EL layer 113G on the pixel electrode 111G, and a common electrode 115 on the EL layer 113G.
- the light-emitting element 130G shown in FIG. 31A emits green light (G).
- the EL layer 113G has a light-emitting layer that emits green light.
- the light-emitting element 130B has a pixel electrode 111B on the insulating layer 235, an EL layer 113B on the pixel electrode 111B, and a common electrode 115 on the EL layer 113B.
- the light-emitting element 130B shown in FIG. 31A emits blue light (B).
- the EL layer 113B has a light-emitting layer that emits blue light.
- the insulating layer 235 has a function of reducing unevenness caused by the transistors 207D, 205R, 205G, 207G, and 207B, and making the formation surfaces of the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B more flat. Note that in this specification and the like, the insulating layer 235 may be referred to as a planarization layer.
- the insulating layer 235 is preferably an organic insulating film.
- Materials that can be used for the organic insulating film include acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimideamide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, and precursors of these resins.
- the insulating layer 235 can be a laminated structure of an organic insulating film and an inorganic insulating film. It is preferable that the insulating layer 235 is a laminated structure of an organic insulating film and an inorganic insulating film on the organic insulating film. This allows the inorganic insulating film to function as an etching protection layer when forming the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B.
- the insulating layer 235 can be configured to have a recess when the pixel electrode 111 is formed.
- pixel electrode 111R, pixel electrode 111G, and pixel electrode 111B may be collectively referred to as pixel electrode 111.
- EL layers 113R, 113G, and EL layers 113B are all shown to have the same thickness, but this is not limited to the above.
- EL layers 113R, 113G, and EL layers 113B may each have a different thickness.
- Pixel electrode 111R has a region that contacts region 108Db of layer 108 of transistor 205R in an opening provided in insulating layer 106, insulating layer 195, and insulating layer 235, and is electrically connected to region 108Db.
- pixel electrode 111G is electrically connected to region 108Db of transistor 205G
- pixel electrode 111B is electrically connected to region 108Db of transistor 205B (not shown).
- the ends of the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B are covered with an insulating layer 237.
- the insulating layer 237 functions as a partition wall.
- the insulating layer 237 can be formed in a single layer structure or a multilayer structure using one or both of an inorganic insulating material and an organic insulating material.
- the material that can be used for the insulating layer 195 and the material that can be used for the insulating layer 235 can be used for the insulating layer 237.
- the insulating layer 237 can electrically insulate the pixel electrode and the common electrode. Furthermore, the insulating layer 237 can electrically insulate adjacent light-emitting elements from each other.
- the insulating layer 237 is provided at least in the display section 162.
- the insulating layer 237 may be provided not only in the display section 162, but also in the connection section 140 and the circuit section 164.
- the insulating layer 237 may also be provided up to the edge of the display device 50A.
- the common electrode 115 is a continuous film that is provided in common to the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B.
- the common electrode 115 that is shared by the multiple light-emitting elements is electrically connected to a conductive layer 123 provided in the connection portion 140.
- a conductive layer 123 it is preferable to use a conductive layer formed from the same material and in the same process as the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B.
- a conductive film that transmits visible light is used for the pixel electrode and the common electrode, which is the electrode from which light is extracted. It is preferable to use a conductive film that reflects visible light for the electrode from which light is not extracted.
- a conductive film that transmits visible light may also be used for the electrode on the side from which light is not extracted.
- the light emitted from the EL layer may be reflected by the reflective layer and extracted from the display device.
- metals, alloys, electrically conductive compounds, and mixtures thereof can be appropriately used.
- the material include metals such as aluminum, magnesium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, gallium, zinc, indium, tin, molybdenum, tantalum, tungsten, palladium, gold, platinum, silver, yttrium, and neodymium, and alloys containing these in appropriate combinations.
- examples of the material include indium tin oxide (In-Sn oxide, also called ITO), In-Si-Sn oxide (also called ITSO), indium zinc oxide (In-Zn oxide), and In-W-Zn oxide.
- examples of the material include alloys containing aluminum (aluminum alloys), such as an alloy of aluminum, nickel, and lanthanum (Al-Ni-La), and alloys containing silver, such as an alloy of silver and magnesium, and an alloy of silver, palladium, and copper (Ag-Pd-Cu, also called APC).
- Such materials include elements belonging to Group 1 or 2 of the periodic table (e.g., lithium, cesium, calcium, and strontium) that are not listed above, rare earth metals such as europium and ytterbium, and alloys containing appropriate combinations of these, graphene, etc.
- the light-emitting element preferably has a micro-optical resonator (microcavity) structure. Therefore, one of the pair of electrodes of the light-emitting element is preferably an electrode that is transparent and reflective to visible light (semi-transparent and semi-reflective electrode), and the other is preferably an electrode that is reflective to visible light (reflective electrode).
- the light-emitting element have a microcavity structure, the light emitted from the light-emitting layer can be resonated between both electrodes, thereby intensifying the light emitted from the light-emitting element.
- the light transmittance of the transparent electrode is 40% or more.
- the visible light reflectance of the semi-transmissive/semi-reflective electrode is 10% or more and 95% or less, preferably 30% or more and 80% or less.
- the visible light reflectance of the reflective electrode is 40% or more and 100% or less, preferably 70% or more and 100% or less.
- the electrical resistivity of these electrodes is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ cm or less.
- EL layer 113R, EL layer 113G, and EL layer 113B are each provided in an island shape.
- the ends of adjacent EL layers 113R and 113G overlap, the ends of adjacent EL layers 113G and 113B overlap, and the ends of adjacent EL layers 113R and 113B overlap.
- the ends of adjacent EL layers may overlap as shown in FIG. 31A, but this is not limited to this. In other words, adjacent EL layers may not overlap and may be separated from each other.
- EL layer 113R, EL layer 113G, and EL layer 113B each have at least a light-emitting layer.
- the light-emitting layer has one or more types of light-emitting material.
- a material that emits light of a color such as blue, purple, blue-purple, green, yellow-green, yellow, orange, or red is appropriately used.
- a material that emits near-infrared light can also be used as the light-emitting material.
- Light-emitting materials include fluorescent materials, phosphorescent materials, TADF materials, and quantum dot materials.
- the light-emitting layer may have one or more organic compounds (host material, assist material, etc.) in addition to the light-emitting substance (guest material).
- the one or more organic compounds one or both of a substance with high hole transport properties (hole transport material) and a substance with high electron transport properties (electron transport material) can be used.
- a bipolar substance a substance with high electron transport properties and hole transport properties
- a TADF material may be used as the one or more organic compounds.
- the light-emitting layer preferably contains, for example, a phosphorescent material and a hole-transporting material and an electron-transporting material, which are a combination that easily forms an exciplex.
- ExTET Exciplex-Triple Energy Transfer
- the energy transfer becomes smooth and light emission can be efficiently obtained.
- the EL layer may have one or more of a layer containing a substance with high hole injection properties (hole injection layer), a layer containing a hole transport material (hole transport layer), a layer containing a substance with high electron blocking properties (electron blocking layer), a layer containing a substance with high electron injection properties (electron injection layer), a layer containing an electron transport material (electron transport layer), and a layer containing a substance with high hole blocking properties (hole blocking layer).
- the EL layer may contain one or both of a bipolar substance and a TADF material.
- Either low molecular weight compounds or high molecular weight compounds can be used for the light emitting element, and it may contain inorganic compounds.
- the layers constituting the light emitting element can be formed by a deposition method (including vacuum deposition), a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, etc.
- the light-emitting element may have a single structure (a structure having only one light-emitting unit) or a tandem structure (a structure having multiple light-emitting units).
- the light-emitting unit has at least one light-emitting layer.
- the tandem structure is a structure in which multiple light-emitting units are connected in series via a charge-generating layer. When a voltage is applied between a pair of electrodes, the charge-generating layer has the function of injecting electrons into one of the two light-emitting units and injecting holes into the other.
- the tandem structure makes it possible to obtain a light-emitting element capable of emitting light with high brightness. Furthermore, the tandem structure can reduce the current required to obtain the same brightness compared to a single structure, thereby improving reliability.
- the tandem structure can also be called a stack structure.
- EL layer 113R has a structure having multiple light-emitting units that emit red light
- EL layer 113G has a structure having multiple light-emitting units that emit green light
- EL layer 113B has a structure having multiple light-emitting units that emit blue light.
- a protective layer 131 is provided on the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B.
- the protective layer 131 and the substrate 152 are bonded via an adhesive layer 142.
- the substrate 152 is provided with a light-shielding layer 117.
- a solid sealing structure or a hollow sealing structure can be applied to seal the light-emitting elements.
- the space between the substrates 152 and 151 is filled with an adhesive layer 142, and a solid sealing structure is applied.
- the space may be filled with an inert gas (such as nitrogen or argon), and a hollow sealing structure may be applied.
- the adhesive layer 142 may be provided so as not to overlap with the light-emitting elements.
- the space may also be filled with a resin different from the adhesive layer 142 provided in a frame shape.
- the protective layer 131 is provided at least on the display unit 162, and is preferably provided so as to cover the entire display unit 162.
- the protective layer 131 is preferably provided so as to cover not only the display unit 162, but also the connection unit 140 and the circuit unit 164.
- the protective layer 131 is also preferably provided up to the end of the display device 50A.
- the connection unit 197 has a portion where the protective layer 131 is not provided in order to electrically connect the FPC 172 and the conductive layer 166.
- the reliability of the light-emitting elements can be improved.
- the protective layer 131 can be a single layer structure or a laminated structure of two or more layers.
- the conductivity of the protective layer 131 does not matter.
- At least one of an insulating film, a semiconductor film, and a conductive film can be used as the protective layer 131.
- the protective layer 131 has an inorganic film, which prevents oxidation of the common electrode 115 and prevents impurities (such as moisture and oxygen) from entering the light-emitting element, thereby suppressing deterioration of the light-emitting element and improving the reliability of the display device.
- An inorganic insulating film can be used for the protective layer 131.
- materials that can be used for the inorganic insulating film include oxides, nitrides, oxynitrides, and nitride oxides. Specific examples of these inorganic insulating films are as described above.
- the protective layer 131 preferably contains a nitride or a nitride oxide, and more preferably contains a nitride.
- the protective layer 131 may be an inorganic film containing ITO, In-Zn oxide, Ga-Zn oxide, Al-Zn oxide, IGZO, or the like.
- the inorganic film preferably has a high resistance, and more specifically, preferably has a higher resistance than the common electrode 115.
- the inorganic film may further contain nitrogen.
- the protective layer 131 has high transparency to visible light.
- ITO, IGZO, and aluminum oxide are preferable because they are inorganic materials that have high transparency to visible light.
- the protective layer 131 may be, for example, a laminated structure of an aluminum oxide film and a silicon nitride film on the aluminum oxide film, or a laminated structure of an aluminum oxide film and an IGZO film on the aluminum oxide film. By using this laminated structure, it is possible to prevent impurities (water, oxygen, etc.) from entering the EL layer side.
- the protective layer 131 may have an organic film.
- the protective layer 131 may have both an organic film and an inorganic film.
- An example of an organic film that can be used for the protective layer 131 is an organic insulating film that can be used for the insulating layer 235.
- connection portion 197 is provided in an area of the substrate 151 where the substrate 152 does not overlap.
- the conductive layer 165 is electrically connected to the FPC 172 via the conductive layer 166 and the connection layer 242.
- the conductive layer 165 is an example of a conductive layer obtained by processing the same conductive film as the conductive layer 212b.
- the conductive layer 166 is an example of a conductive layer obtained by processing the same conductive film as the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B.
- the conductive layer 166 is exposed on the upper surface of the connection portion 197. This allows the connection portion 197 and the FPC 172 to be electrically connected via the connection layer 242.
- the display device 50A is a top emission type. Light emitted by the light emitting elements is emitted towards the substrate 152. It is preferable to use a material that is highly transparent to visible light for the substrate 152.
- the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B contain a material that reflects visible light, and the counter electrode (common electrode 115) contains a material that transmits visible light.
- the light-shielding layer 117 can be provided between adjacent light-emitting elements, in the connection section 140, in the circuit section 164, etc.
- a colored layer such as a color filter may be provided on the surface of substrate 152 facing substrate 151 or on protective layer 131. By providing a color filter over the light-emitting element, the color purity of the light emitted from the pixel can be increased.
- the colored layers are colored layers that selectively transmit light in a specific wavelength range and absorb light in other wavelength ranges.
- a red (R) color filter that transmits light in the red wavelength range
- a green (G) color filter that transmits light in the green wavelength range
- a blue (B) color filter that transmits light in the blue wavelength range
- R red
- G green
- B blue
- metal materials, resin materials, pigments, and dyes can be used.
- the colored layers are formed at the desired positions by printing, inkjet, etching using photolithography, or the like.
- optical members can be arranged on the outside of the substrate 152 (the surface opposite to the substrate 151).
- optical members include a polarizing plate, a retardation plate, a light diffusion layer (such as a diffusion film), an anti-reflection layer, and a light collecting film.
- a surface protection layer such as an antistatic film that suppresses the adhesion of dust, a water-repellent film that makes it difficult for dirt to adhere, a hard coat film that suppresses the occurrence of scratches due to use, and an impact absorbing layer may be arranged on the outside of the substrate 152.
- a glass layer or a silica layer As the surface protection layer, it is possible to suppress the occurrence of surface contamination and scratches, which is preferable.
- DLC diamond-like carbon
- AlO x aluminum oxide
- a polyester-based material a polycarbonate-based material, or the like
- the substrates 151 and 152 may each be made of glass, quartz, ceramics, sapphire, resin, metal, alloy, semiconductor, or the like.
- a material that transmits light is used for the substrate on the side from which light from the light-emitting element is extracted. If a flexible material is used for the substrates 151 and 152, the flexibility of the display device can be increased, and a flexible display can be realized.
- a polarizing plate may also be used for at least one of the substrates 151 and 152.
- the substrates 151 and 152 may each be made of polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyacrylonitrile resin, acrylic resin, polyimide resin, polymethyl methacrylate resin, polycarbonate (PC) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyamide resin (nylon, aramid, etc.), polysiloxane resin, cycloolefin resin, polystyrene resin, polyamideimide resin, polyurethane resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polypropylene resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, ABS resin, cellulose nanofiber, etc. At least one of the substrates 151 and 152 may be made of glass having a thickness sufficient to provide flexibility.
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- polyacrylonitrile resin acrylic resin
- polyimide resin polymethyl methacrylate resin
- a substrate with high optical isotropy has low birefringence (it can also be said that the amount of birefringence is small).
- films with high optical isotropy include triacetyl cellulose (TAC, also known as cellulose triacetate) film, cycloolefin polymer (COP) film, cycloolefin copolymer (COC) film, and acrylic film.
- curing adhesives such as photo-curing adhesives such as ultraviolet curing adhesives, reactive curing adhesives, heat curing adhesives, and anaerobic adhesives.
- photo-curing adhesives such as ultraviolet curing adhesives, reactive curing adhesives, heat curing adhesives, and anaerobic adhesives.
- These adhesives include epoxy resin, acrylic resin, silicone resin, phenolic resin, polyimide resin, imide resin, PVC (polyvinyl chloride) resin, PVB (polyvinyl butyral) resin, and EVA (ethylene vinyl acetate) resin.
- materials with low moisture permeability such as epoxy resin are preferable.
- Two-part mixed resins may also be used.
- Adhesive sheets, etc. may also be used.
- connection layer 242 an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste (ACP), etc. can be used.
- ACF anisotropic conductive film
- ACP anisotropic conductive paste
- FIG. 31B shows an example of a cross section of the display unit 162 of the display device 50B.
- the display device 50B is mainly different from the display device 50A in that a light-emitting element having a common EL layer 113 and a colored layer (such as a color filter) are used in each subpixel of each color.
- the configuration shown in FIG. 31B can be combined with the region including the FPC 172, the circuit portion 164, the laminated structure from the substrate 151 to the insulating layer 235 of the display unit 162, the connection portion 140, and the configuration of the end portion shown in FIG. 31A. Note that in the following description of the display device, the description of the same parts as those of the display device described above may be omitted.
- the display device 50B shown in FIG. 31B has light emitting elements 130R, 130G, and 130B, a colored layer 132R that transmits red light, a colored layer 132G that transmits green light, and a colored layer 132B that transmits blue light.
- the light-emitting element 130R has a pixel electrode 111R, an EL layer 113 on the pixel electrode 111R, and a common electrode 115 on the EL layer 113.
- the light emitted by the light-emitting element 130R is extracted as red light to the outside of the display device 50B via the colored layer 132R.
- the light-emitting element 130G has a pixel electrode 111G, an EL layer 113 on the pixel electrode 111G, and a common electrode 115 on the EL layer 113.
- the light emitted by the light-emitting element 130G is extracted as green light to the outside of the display device 50B via the colored layer 132G.
- the light-emitting element 130B has a pixel electrode 111B, an EL layer 113 on the pixel electrode 111B, and a common electrode 115 on the EL layer 113.
- the light emitted by the light-emitting element 130B is extracted as blue light to the outside of the display device 50B via the colored layer 132B.
- Each of the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B shares an EL layer 113 and a common electrode 115.
- a configuration in which a common EL layer 113 is provided for the subpixels of each color can reduce the number of manufacturing steps compared to a configuration in which a different EL layer is provided for each subpixel of each color.
- the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B shown in FIG. 31B emit white light.
- the white light emitted by the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B passes through the colored layers 132R, 132G, and 132B to obtain light of the desired color.
- a light-emitting element that emits white light preferably includes two or more light-emitting layers.
- light-emitting layers can be selected such that the emission colors of the two light-emitting layers are complementary to each other. For example, by making the emission color of the first light-emitting layer and the emission color of the second light-emitting layer complementary to each other, a configuration can be obtained in which the light-emitting element as a whole emits white light.
- the emission colors of the three or more light-emitting layers can be combined to obtain a configuration in which the light-emitting element as a whole emits white light.
- the EL layer 113 preferably has, for example, a light-emitting layer having a light-emitting material that emits blue light, and a light-emitting layer having a light-emitting material that emits visible light with a longer wavelength than blue.
- the EL layer 113 preferably has, for example, a light-emitting layer that emits yellow light, and a light-emitting layer that emits blue light.
- the EL layer 113 preferably has, for example, a light-emitting layer that emits red light, a light-emitting layer that emits green light, and a light-emitting layer that emits blue light.
- a tandem structure For light-emitting elements that emit white light, it is preferable to use a tandem structure. Specifically, a two-stage tandem structure having a light-emitting unit that emits yellow light and a light-emitting unit that emits blue light, a two-stage tandem structure having a light-emitting unit that emits red and green light and a light-emitting unit that emits blue light, a three-stage tandem structure having, in this order, a light-emitting unit that emits blue light, a light-emitting unit that emits yellow, yellow-green or green light, and a light-emitting unit that emits blue light, or a three-stage tandem structure having, in this order, a light-emitting unit that emits blue light, a light-emitting unit that emits yellow, yellow-green or green light, and red light, and a light-emitting unit that emits blue light, etc.
- the number of layers and the order of colors of the light-emitting units can be, from the anode side, a two-layer structure of B and light-emitting unit X, a three-layer structure of B, Y, and B, or a three-layer structure of B, X, and B.
- the number of layers and the order of colors of the light-emitting layers in light-emitting unit X can be, from the anode side, a two-layer structure of R and Y, a two-layer structure of R and G, a two-layer structure of G and R, a three-layer structure of G, R, and G, or a three-layer structure of R, G, and R.
- another layer may be provided between the two light-emitting layers.
- a light-emitting element configured to emit white light may emit light of a specific wavelength, such as red, green, or blue, with the light being enhanced.
- the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B shown in FIG. 31B emit blue light.
- the EL layer 113 has one or more light-emitting layers that emit blue light.
- the blue light emitted by the light-emitting element 130B can be extracted.
- a color conversion layer is provided between the light-emitting element 130R or the light-emitting element 130G and the substrate 152, so that the blue light emitted by the light-emitting element 130R or the light-emitting element 130G can be converted into light with a longer wavelength, and red or green light can be extracted. Furthermore, it is preferable to provide a colored layer 132R between the color conversion layer and the substrate 152 on the light-emitting element 130R, and a colored layer 132G between the color conversion layer and the substrate 152 on the light-emitting element 130G.
- a part of the light emitted by the light-emitting element may be transmitted as it is without being converted by the color conversion layer.
- the color conversion layer By extracting the light that has passed through the color conversion layer via the colored layer, light other than the desired color can be absorbed by the colored layer, thereby increasing the color purity of the light emitted by the subpixel.
- a display device 50C shown in FIG. 32 differs from the display device 50B mainly in that it is a bottom-emission type display device.
- Light emitted by the light-emitting element is emitted toward the substrate 151. It is preferable to use a material that is highly transparent to visible light for the substrate 151. On the other hand, the translucency of the material used for the substrate 152 does not matter.
- FIG. 32 shows an example in which the light-shielding layer 117 is provided on the substrate 151, the insulating layer 153 is provided on the light-shielding layer 117, and the transistors 207D, 205R (not shown), 205G, 207G, and 207B are provided on the insulating layer 153.
- the colored layer 132R and the colored layer 132G are provided on the insulating layer 195, and the insulating layer 195 is provided on the colored layer 132R and the colored layer 132G.
- the light-emitting element 130R which overlaps with the colored layer 132R, has a pixel electrode 111R, an EL layer 113, and a common electrode 115.
- the light-emitting element 130G which overlaps with the colored layer 132G, has a pixel electrode 111G, an EL layer 113, and a common electrode 115.
- the light-emitting element 130B which overlaps with the colored layer 132B, has a pixel electrode 111B, an EL layer 113, and a common electrode 115.
- the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B are each made of a material that is highly transparent to visible light. It is preferable to use a material that reflects visible light for the common electrode 115. In a bottom-emission display device, a metal with low electrical resistivity can be used for the common electrode 115, so that voltage drops caused by the electrical resistance of the common electrode 115 can be suppressed, and high display quality can be achieved.
- the transistor of one embodiment of the present invention can be miniaturized and its occupation area can be reduced, so that in a display device with a bottom emission structure, the pixel aperture ratio can be increased or the pixel size can be reduced.
- a display device 50D shown in FIG. 33A differs from the display device 50A mainly in that a light receiving element 130S is included.
- Display device 50D has a light-emitting element and a light-receiving element in each pixel.
- display device 50D it is preferable to use an organic EL element as the light-emitting element and an organic photodiode as the light-receiving element.
- the organic EL element and the organic photodiode can be formed on the same substrate. Therefore, an organic photodiode can be built into a display device that uses an organic EL element.
- display unit 162 has one or both of an imaging function and a sensing function. For example, in addition to displaying an image using all of the sub-pixels of display device 50D, some of the sub-pixels can provide light as a light source, some other sub-pixels can perform light detection, and the remaining sub-pixels can display an image.
- the display device 50D can capture an image using the light receiving element.
- the image sensor can be used to capture images for personal authentication using a fingerprint, palm print, iris, pulse shape (including vein shape and artery shape), face, etc.
- the light receiving element can be used as a touch sensor (also called a direct touch sensor) or a non-contact sensor (also called a hover sensor, hover touch sensor, or touchless sensor).
- a touch sensor can detect an object (such as a finger, hand, or pen) when the display device and the object are in direct contact with each other.
- a non-contact sensor can detect an object even if the object does not come into contact with the display device.
- the light receiving element 130S has a pixel electrode 111S on an insulating layer 235, a functional layer 113S on the pixel electrode 111S, and a common electrode 115 on the functional layer 113S.
- Light Lin is incident on the functional layer 113S from outside the display device 50D.
- the pixel electrode 111S contacts the region 108Db of the layer 108 of the transistor 205S through openings provided in the insulating layer 106, the insulating layer 195, and the insulating layer 235, and is electrically connected to the region 108Db.
- the ends of the pixel electrode 111S are covered by an insulating layer 237.
- the common electrode 115 is a continuous film provided in common to the light receiving element 130S, the light emitting element 130R (not shown), the light emitting element 130G, and the light emitting element 130B.
- the common electrode 115 shared by the light emitting element and the light receiving element is electrically connected to the conductive layer 123 provided in the connection portion 140.
- the functional layer 113S has at least an active layer (also called a photoelectric conversion layer).
- the active layer includes a semiconductor.
- the semiconductor include inorganic semiconductors such as silicon, and organic semiconductors including organic compounds.
- an organic semiconductor is used as the semiconductor of the active layer.
- the light-emitting layer and the active layer can be formed by the same method (for example, vacuum deposition), which is preferable because the manufacturing equipment can be shared.
- the functional layer 113S may further include a layer containing a material with high hole transport properties, a material with high electron transport properties, or a bipolar material, as a layer other than the active layer.
- the functional layer 113S may further include a layer containing a material with high hole injection properties, a hole blocking material, a material with high electron injection properties, or an electron blocking material.
- the materials that can be used in the light-emitting element described above can be used for the functional layer 113S.
- the light receiving element can be made of either a low molecular weight compound or a high molecular weight compound, and may contain an inorganic compound.
- the layers that make up the light receiving element can be formed by a deposition method (including vacuum deposition), a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, etc.
- the display device 50D shown in Figures 33B and 33C has a layer 353 having light receiving elements, a circuit layer 355, and a layer 357 having light emitting elements between the substrate 151 and the substrate 152.
- Layer 353 has, for example, light receiving element 130S.
- Layer 357 has, for example, light emitting elements 130R, 130G, and 130B.
- Circuit layer 355 has a circuit that drives the light receiving element and a circuit that drives the light emitting element.
- Circuit layer 355 has, for example, transistor 205R, transistor 205G, and transistor 205B.
- circuit layer 355 can be provided with one or more of a switch, a capacitance, a resistance, a wiring, a terminal, and the like.
- Figure 33B shows an example in which light receiving element 130S is used as a touch sensor. As shown in Figure 33B, light emitted by a light emitting element in layer 357 is reflected by a finger 352 that touches display device 50D, and the light receiving element in layer 353 detects the reflected light. This makes it possible to detect that finger 352 has touched display device 50D.
- Figure 33C shows an example in which the light receiving element 130S is used as a non-contact sensor. As shown in Figure 33C, light emitted by a light emitting element in layer 357 is reflected by a finger 352 that is close to (i.e., not in contact with) the display device 50D, and the light receiving element in layer 353 detects the reflected light.
- the display device 50E shown in FIG. 34A is an example of a display device to which the MML (metal maskless) structure is applied.
- the display device 50E has a light-emitting element manufactured without using a fine metal mask.
- the laminated structure from the substrate 151 to the insulating layer 235 and the laminated structure from the protective layer 131 to the substrate 152 are the same as those of the display device 50A, and therefore the description thereof will be omitted.
- light-emitting elements 130R, 130G, and 130B are provided on insulating layer 235.
- the light-emitting element 130R has a conductive layer 124R on the insulating layer 235, a conductive layer 126R on the conductive layer 124R, a layer 133R on the conductive layer 126R, a common layer 114 on the layer 133R, and a common electrode 115 on the common layer 114.
- the light-emitting element 130R shown in FIG. 34A emits red light (R).
- the layer 133R has a light-emitting layer that emits red light.
- the layer 133R and the common layer 114 can be collectively referred to as an EL layer.
- one or both of the conductive layer 124R and the conductive layer 126R can be referred to as a pixel electrode.
- the light-emitting element 130G has a conductive layer 124G on the insulating layer 235, a conductive layer 126G on the conductive layer 124G, a layer 133G on the conductive layer 126G, a common layer 114 on the layer 133G, and a common electrode 115 on the common layer 114.
- the light-emitting element 130G shown in FIG. 34A emits green light (G).
- the layer 133G has a light-emitting layer that emits green light.
- the layer 133G and the common layer 114 can be collectively referred to as an EL layer.
- one or both of the conductive layer 124G and the conductive layer 126G can be referred to as a pixel electrode.
- the light-emitting element 130B has a conductive layer 124B on the insulating layer 235, a conductive layer 126B on the conductive layer 124B, a layer 133B on the conductive layer 126B, a common layer 114 on the layer 133B, and a common electrode 115 on the common layer 114.
- the light-emitting element 130B shown in FIG. 34A emits blue light (B).
- the layer 133B has a light-emitting layer that emits blue light.
- the layer 133B and the common layer 114 can be collectively referred to as an EL layer.
- one or both of the conductive layer 124B and the conductive layer 126B can be referred to as a pixel electrode.
- layers provided in an island shape for each light-emitting element are indicated as layer 133B, layer 133G, or layer 133R, and a layer shared by a plurality of light-emitting elements is indicated as common layer 114.
- layers 133R, 133G, and 133B may be referred to as island-shaped EL layers or EL layers formed in an island shape, without including common layer 114.
- Layer 133R, layer 133G, and layer 133B are separated from each other.
- an island-like EL layer for each light-emitting element it is possible to suppress leakage current between adjacent light-emitting elements. This makes it possible to prevent unintended light emission caused by crosstalk, and to realize a display device with extremely high contrast.
- layers 133R, 133G, and 133B are all shown to have the same thickness, but this is not limited to this. Layers 133R, 133G, and 133B may each have a different thickness.
- the conductive layer 124R contacts and is electrically connected to the region 108Db of the layer 108 of the transistor 205R at the openings provided in the insulating layers 106, 195, and 235.
- the conductive layer 124G is electrically connected to the region 108Db of the transistor 205G
- the conductive layer 124B is electrically connected to the region 108Db of the transistor 205B.
- the conductive layers 124R, 124G, and 124B are formed to cover the openings provided in the insulating layer 235.
- Layer 128 is embedded in the recesses of the conductive layers 124R, 124G, and 124B, respectively.
- Layer 128 has the function of planarizing the recesses of conductive layers 124R, 124G, and 124B.
- Conductive layers 126R, 126G, and 126B that are electrically connected to conductive layers 124R, 124G, and 124B are provided on conductive layers 124R, 124G, and 124B and layer 128. Therefore, the regions that overlap with the recesses of conductive layers 124R, 124G, and 124B can also be used as light-emitting regions, and the aperture ratio of the pixel can be increased. It is preferable to use a conductive layer that functions as a reflective electrode for conductive layer 124R and conductive layer 126R.
- Layer 128 may be an insulating layer or a conductive layer.
- Various inorganic insulating materials, organic insulating materials, and conductive materials can be used as appropriate for layer 128.
- layer 128 is preferably formed using an insulating material, and is particularly preferably formed using an organic insulating material.
- the organic insulating material that can be used for insulating layer 237 described above can be used for layer 128.
- FIG. 34A shows an example in which the top surface of layer 128 has a flat portion, but the shape of layer 128 is not particularly limited.
- the top surface of layer 128 can have at least one of a convex curved surface, a concave curved surface, and a flat surface.
- the height of the top surface of layer 128 and the height of the top surface of conductive layer 124R may be the same or approximately the same, or may be different from each other.
- the height of the top surface of layer 128 may be lower or higher than the height of the top surface of conductive layer 124R.
- the end of the conductive layer 126R may be aligned with the end of the conductive layer 124R, or may cover the side of the end of the conductive layer 124R.
- the ends of the conductive layer 124R and the conductive layer 126R preferably have a tapered shape.
- the ends of the conductive layer 124R and the conductive layer 126R preferably have a tapered shape with a taper angle greater than 0 degrees and less than 90 degrees.
- the layer 133R provided along the side of the pixel electrode has an inclined portion.
- the conductive layers 124G, 126G and the conductive layers 124B, 126B are similar to the conductive layers 124R, 126R, so detailed description will be omitted.
- conductive layer 126R The upper and side surfaces of conductive layer 126R are covered by layer 133R. Similarly, the upper and side surfaces of conductive layer 126G are covered by layer 133G, and the upper and side surfaces of conductive layer 126B are covered by layer 133B. Therefore, the entire area in which conductive layers 126R, 126G, and 126B are provided can be used as the light-emitting area of light-emitting elements 130R, 130G, and 130B, thereby increasing the aperture ratio of the pixel.
- a portion of the top surface and the side surfaces of layers 133R, 133G, and 133B are covered with insulating layers 125 and 127.
- a common layer 114 is provided on layers 133R, 133G, 133B, and insulating layers 125 and 127, and a common electrode 115 is provided on common layer 114.
- Common layer 114 and common electrode 115 are each a continuous film provided in common to multiple light-emitting elements.
- the insulating layer 237 shown in FIG. 31A and the like is not provided between the conductive layer 126R and the layer 133R.
- the display device 50E does not have an insulating layer (also called a partition, bank, spacer, etc.) that contacts the pixel electrode and covers the upper end of the pixel electrode. This allows the distance between adjacent light-emitting elements to be extremely narrow. This allows a high-definition or high-resolution display device to be obtained.
- a mask e.g., a photomask
- a photomask for forming the insulating layer is not required, which reduces the manufacturing cost of the display device.
- each of the layers 133R, 133G, and 133B has a light-emitting layer.
- Each of the layers 133R, 133G, and 133B preferably has a light-emitting layer and a carrier transport layer (electron transport layer or hole transport layer) on the light-emitting layer.
- each of the layers 133R, 133G, and 133B preferably has a light-emitting layer and a carrier block layer (hole block layer or electron block layer) on the light-emitting layer.
- each of the layers 133R, 133G, and 133B preferably has a light-emitting layer, a carrier block layer on the light-emitting layer, and a carrier transport layer on the carrier block layer. Since the surfaces of the layers 133R, 133G, and 133B are exposed during the manufacturing process of the display device, by providing one or both of the carrier transport layer and the carrier block layer on the light-emitting layer, it is possible to suppress exposure of the light-emitting layer to the outermost surface and reduce damage to the light-emitting layer. This can improve the reliability of the light-emitting element.
- the common layer 114 has, for example, an electron injection layer or a hole injection layer.
- the common layer 114 may have an electron transport layer and an electron injection layer stacked together, or a hole transport layer and a hole injection layer stacked together.
- the common layer 114 is shared by the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B.
- Insulating layer 125 covers the sides of layers 133R, 133G, and 133B via insulating layer 125.
- the side surfaces (and even parts of the top surfaces) of layers 133R, 133G, and 133B are covered with at least one of insulating layers 125 and 127, which prevents the common layer 114 (or common electrode 115) from coming into contact with the pixel electrodes and the side surfaces of layers 133R, 133G, and 133B, thereby preventing short circuits in the light-emitting elements. This improves the reliability of the light-emitting elements.
- the insulating layer 125 contacts the side surfaces of the layers 133R, 133G, and 133B. By configuring the insulating layer 125 to contact the layers 133R, 133G, and 133B, peeling of the layers 133R, 133G, and 133B can be prevented, and the reliability of the light-emitting element can be improved.
- the insulating layer 127 is provided on the insulating layer 125 so as to fill the recesses in the insulating layer 125. It is preferable that the insulating layer 127 covers at least a portion of the side surface of the insulating layer 125.
- the gap between adjacent island-shaped layers can be filled, reducing the large unevenness of the surface on which layers (such as the carrier injection layer and the common electrode) are formed on the island-shaped layers, making it possible to make the surface flatter. This improves the coverage of the carrier injection layer, the common electrode, etc.
- the common layer 114 and the common electrode 115 are provided on the layers 133R, 133G, and 133B, the insulating layer 125, and the insulating layer 127. Before the insulating layer 125 and the insulating layer 127 are provided, there is a step between the region where the pixel electrode and the island-shaped EL layer are provided and the region (region between the light-emitting elements) where the pixel electrode and the island-shaped EL layer are not provided. In the display device of one embodiment of the present invention, the step can be flattened by having the insulating layer 125 and the insulating layer 127, and the coverage of the common layer 114 and the common electrode 115 can be improved. Therefore, poor connection due to step disconnection can be suppressed. In addition, the step can be suppressed from locally thinning the common electrode 115 and increasing the electrical resistance.
- the upper surface of the insulating layer 127 has a shape with high flatness.
- the upper surface of the insulating layer 127 may have at least one of a flat surface, a convex curved surface, and a concave curved surface.
- the upper surface of the insulating layer 127 has a convex curved shape with a large radius of curvature.
- An inorganic insulating film can be used for the insulating layer 125.
- materials that can be used for the inorganic insulating film include oxides, nitrides, oxynitrides, and oxynitrides. Specific examples of these inorganic insulating films are as described above.
- the insulating layer 125 may have a single-layer structure or a multilayer structure.
- the insulating layer 125 can be preferably made of one or more of silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and silicon oxide. In particular, by applying an aluminum oxide film, hafnium oxide film, or silicon oxide film formed by the ALD method to the insulating layer 125, an insulating layer 125 with fewer pinholes and excellent function of protecting the EL layer can be formed.
- the insulating layer 125 can be formed by sputtering, CVD (e.g., PECVD), PLD, or ALD.
- CVD e.g., PECVD
- PLD e.g., PLD
- ALD atomic layer deposition
- the coverage of the insulating layer 125 can be improved.
- productivity can be improved.
- the insulating layer 125 preferably has a function as a barrier insulating layer against at least one of water and oxygen.
- the insulating layer 125 preferably has a function of suppressing the diffusion of at least one of water and oxygen.
- the insulating layer 125 preferably has a function of capturing or fixing (also called gettering) at least one of water and oxygen.
- the insulating layer 125 functions as a barrier insulating layer, making it possible to suppress the intrusion of impurities (typically at least one of water and oxygen) that may diffuse from the outside into each light-emitting element. This configuration makes it possible to provide a highly reliable light-emitting element and further a highly reliable display device.
- impurities typically at least one of water and oxygen
- the insulating layer 125 preferably has a low impurity concentration. This can prevent impurities from entering the EL layer from the insulating layer 125 and causing deterioration of the EL layer. In addition, by lowering the impurity concentration in the insulating layer 125, the barrier properties against at least one of water and oxygen can be improved. For example, it is desirable that the insulating layer 125 has a sufficiently low hydrogen concentration or carbon concentration, or preferably both.
- the insulating layer 127 provided on the insulating layer 125 has the function of flattening the unevenness of the insulating layer 125 formed between adjacent light-emitting elements. In other words, the presence of the insulating layer 127 has the effect of improving the flatness of the surface on which the common electrode 115 is formed.
- an insulating layer containing an organic material can be suitably used.
- the organic material it is preferable to use a photosensitive resin, for example, a photosensitive resin composition containing an acrylic resin.
- acrylic resin does not only refer to polymethacrylic acid ester or methacrylic resin, but may refer to acrylic polymers in a broad sense.
- the insulating layer 127 may be made of acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, imide resin, polyamide resin, polyimideamide resin, silicone resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, or precursors of these resins.
- the insulating layer 127 may be made of organic materials such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyglycerin, pullulan, water-soluble cellulose, or alcohol-soluble polyamide resin.
- PVA polyvinyl alcohol
- a photoresist may be used as the photosensitive resin.
- Either a positive-type material or a negative-type material may be used as the photosensitive resin.
- the insulating layer 127 may be made of a material that absorbs visible light. By having the insulating layer 127 absorb the light emitted from the light-emitting element, it is possible to suppress leakage of light from the light-emitting element to an adjacent light-emitting element through the insulating layer 127 (stray light). This can improve the display quality of the display device. In addition, since the display quality can be improved without using a polarizing plate in the display device, it is possible to reduce the weight and thickness of the display device.
- Materials that absorb visible light include materials containing pigments such as black, materials containing dyes, resin materials with light absorbing properties (such as polyimide), and resin materials that can be used in color filters (color filter materials).
- resin materials that can be used in color filters color filter materials.
- by mixing three or more colors of color filter materials it is possible to create a resin layer that is black or close to black.
- Fig. 34B shows an example of a cross section of the display unit 162 of the display device 50F.
- the display device 50F is mainly different from the display device 50E in that a colored layer (such as a color filter) is provided in each subpixel of each color.
- the configuration shown in Fig. 34B can be combined with the region including the FPC 172, the circuit unit 164, the laminated structure from the substrate 151 to the insulating layer 235 of the display unit 162, the connection unit 140, and the configuration of the end portion shown in Fig. 34A.
- the display device 50F shown in FIG. 34B has light emitting elements 130R, 130G, and 130B, a colored layer 132R that transmits red light, a colored layer 132G that transmits green light, and a colored layer 132B that transmits blue light.
- the light emitted by the light-emitting element 130R is extracted as red light to the outside of the display device 50F via the colored layer 132R.
- the light emitted by the light-emitting element 130G is extracted as green light to the outside of the display device 50F via the colored layer 132G.
- the light emitted by the light-emitting element 130B is extracted as blue light to the outside of the display device 50F via the colored layer 132B.
- Each of the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B has a layer 133. These three layers 133 are formed using the same material and in the same process. In addition, these three layers 133 are separated from one another. By providing an island-like EL layer for each light-emitting element, it is possible to suppress leakage current between adjacent light-emitting elements. This makes it possible to prevent unintended light emission due to crosstalk, and to realize a display device with extremely high contrast.
- the light emitting elements 130R, 130G, and 130B shown in FIG. 34B emit white light.
- the white light emitted by the light emitting elements 130R, 130G, and 130B passes through the colored layers 132R, 132G, and 132B to obtain light of the desired color.
- the light-emitting elements 130R, 130G, and 130B shown in FIG. 34B emit blue light.
- the layer 133 has one or more light-emitting layers that emit blue light.
- the blue light emitted by the light-emitting element 130B can be extracted.
- a color conversion layer is provided between the light-emitting element 130R or the light-emitting element 130G and the substrate 152, so that the blue light emitted by the light-emitting element 130R or the light-emitting element 130G can be converted into light with a longer wavelength, and red or green light can be extracted.
- a display device 50G shown in FIG. 35 differs from the display device 50F mainly in that it is a bottom emission type display device.
- Light emitted by the light-emitting element is emitted toward the substrate 151. It is preferable to use a material that is highly transparent to visible light for the substrate 151. On the other hand, the translucency of the material used for the substrate 152 does not matter.
- FIG. 35 shows an example in which the light-shielding layer 117 is provided on the substrate 151, the insulating layer 153 is provided on the light-shielding layer 117, and the transistors 207D, 205R (not shown), 205G, and 205B are provided on the insulating layer 153.
- the colored layers 132R, 132G, and 132B are provided on the insulating layer 195, and the insulating layer 235 is provided on the colored layers 132R, 132G, and 132B.
- the light-emitting element 130R which overlaps with the colored layer 132R, has a conductive layer 124R, a conductive layer 126R, a layer 133, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the light-emitting element 130G which overlaps with the colored layer 132G, has a conductive layer 124G, a conductive layer 126G, a layer 133, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the light-emitting element 130B which overlaps with the colored layer 132B, has a conductive layer 124B, a conductive layer 126B, a layer 133, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the conductive layers 124R, 124G, 124B, 126R, 126G, and 126B are each made of a material that is highly transparent to visible light. It is preferable to use a material that reflects visible light for the common electrode 115. In a bottom emission display device, a metal with low electrical resistivity can be used for the common electrode 115, so that voltage drops caused by the electrical resistance of the common electrode 115 can be suppressed, and high display quality can be achieved.
- the transistor of one embodiment of the present invention can be miniaturized and its occupation area can be reduced, so that in a display device with a bottom emission structure, the pixel aperture ratio can be increased or the pixel size can be reduced.
- a display device 50H shown in FIG. 36 is a VA mode liquid crystal display device.
- Substrate 151 and substrate 152 are bonded together by adhesive layer 144.
- Liquid crystal 262 is sealed in the area surrounded by substrate 151, substrate 152, and adhesive layer 144.
- Polarizing plate 260a is located on the outer surface of substrate 152
- polarizing plate 260b is located on the outer surface of substrate 151.
- a backlight can be provided outside polarizing plate 260a or polarizing plate 260b.
- Transistors 207D, 205R, and 205G, a connection portion 197, a spacer 224, and the like are provided on the substrate 151.
- the transistor 207D is provided in the circuit portion 164, and the transistors 205R and 205G are provided in the display portion 162.
- the transistors included in the circuit portion 164 and the display portion 162 one or more of the transistors 100 to 100H and the transistors 200 to 200H can be used.
- the substrate 152 is provided with colored layers 132R and 132G, a light-shielding layer 117, an insulating layer 225, a conductive layer 263, etc.
- the conductive layer 263 functions as a common electrode for the liquid crystal element 60.
- the transistors of one embodiment of the present invention can be used as the transistors 207D, 205R, and 205G. That is, the display device 50H includes transistors of one embodiment of the present invention in both the display portion 162 and the circuit portion 164. By using the transistor of one embodiment of the present invention in the display portion 162, the pixel size can be reduced, leading to higher resolution. Furthermore, by using the transistor of one embodiment of the present invention in the circuit portion 164, the area occupied by the circuit portion 164 can be reduced, leading to a narrower frame. For the transistor of one embodiment of the present invention, refer to the description of the previous embodiment.
- the display portion 162 can preferably use one or more of the transistors 100 to 100H described above.
- the circuit portion 164 can preferably use one or more of the transistors 200 to 200H described above.
- FIG. 36 shows a configuration example in which the transistor 100 is applied to the transistors 205R and 205G, and the transistor 200 is applied to the transistor 207D.
- the region 108Db of the transistors 205R and 205G functions as a pixel electrode of the liquid crystal element 60.
- the distance between the transistor and the element (e.g., a transistor and a capacitor) or wiring electrically connected to the transistor may be longer in the circuit portion 164 than in the display portion 162. Therefore, by using the transistor 200 in the circuit portion 164, a display device that operates at high speed can be obtained. Note that one or more types of transistors 200 to 200H can be used in the display portion 162, and one or more types of transistors 100 to 100H can be used in the circuit portion 164.
- the subpixels of the display unit 162 each have a transistor, a liquid crystal element 60, and a colored layer.
- a subpixel that emits red light has a transistor 205R, a liquid crystal element 60, and a colored layer 132R that transmits red light.
- a subpixel that emits green light has a transistor 205G, a liquid crystal element 60, and a colored layer 132G that transmits green light.
- a subpixel that emits blue light similarly has a transistor, a liquid crystal element 60, and a colored layer that transmits blue light.
- the liquid crystal element 60 has a region 108Db, a conductive layer 263, and liquid crystal 262 sandwiched between them.
- a conductive layer 264 is provided on the substrate 151, and is located on the same plane as the conductive layer 112.
- the conductive layer 264 has a portion that overlaps with the region 108Db via the insulating layer 110.
- a storage capacitance is formed by the region 108Db, the conductive layer 264, and the insulating layer 110 therebetween. It is preferable that there be one or more insulating layers between the region 108Db and the conductive layer 264, and one or two of the insulating layers 110 may be removed by etching.
- an insulating layer 225 is provided to cover the colored layers 132R and 132G and the light-shielding layer 117.
- the insulating layer 225 may also function as a planarizing layer.
- the insulating layer 225 can make the surface of the conductive layer 263 roughly flat, thereby making the orientation state of the liquid crystal 262 uniform.
- an orientation film for controlling the orientation of the liquid crystal 262 may be provided on the surfaces of the conductive layer 263 and the insulating layer 195, etc. that come into contact with the liquid crystal 262 (see the orientation film 265 in Figure 38).
- the region 108Db and the conductive layer 263 transmit visible light.
- it can be a transmissive liquid crystal device.
- the orientation of the liquid crystal 262 can be controlled by the voltage applied between the region 108Db and the conductive layer 263, and the optical modulation of the light can be controlled.
- the intensity of the light emitted through the polarizing plate 260b can be controlled.
- the colored layer absorbs light other than that in a specific wavelength range, so that the extracted light is, for example, red light.
- a linear polarizing plate may be used as polarizing plate 260b, but a circular polarizing plate may also be used.
- a linear polarizing plate and a quarter-wave retardation plate stacked together may be used as the circular polarizing plate.
- polarizer 260b When a circular polarizer is used as polarizer 260b, a circular polarizer may also be used as polarizer 260a, or a normal linear polarizer may be used.
- the desired contrast can be achieved by adjusting the cell gap, orientation, drive voltage, etc. of the liquid crystal element used in liquid crystal element 60 according to the type of polarizer used for polarizers 260a and 260b.
- the conductive layer 263 is electrically connected to the conductive layer 166b provided on the substrate 151 side at the connection portion 140 by the connector 223.
- the conductive layer 166b is connected to the conductive layer 165b at an opening provided in the insulating layer 110. This allows a potential or signal to be supplied to the conductive layer 263 from an FPC or IC arranged on the substrate 151 side.
- the configuration shown in FIG. 36 shows an example in which the conductive layer 165b is formed in the same process using the same material as the conductive layer 112 and the conductive layer 212a, and an example in which the conductive layer 166b is formed in the same process using the same material as the conductive layer 212b.
- conductive particles can be used.
- the conductive particles particles such as resin or silica whose surfaces are coated with a metal material can be used. Nickel or gold is preferably used as the metal material because it can reduce the contact resistance. It is also preferable to use particles coated with two or more metal materials in layers, such as nickel further coated with gold. It is also preferable to use a material that undergoes elastic or plastic deformation as the connector 223. In this case, the conductive particles may be crushed in the vertical direction as shown in FIG. 36. This increases the contact area between the connector 223 and the conductive layer electrically connected thereto, thereby reducing the contact resistance and suppressing the occurrence of problems such as poor connection. It is preferable to arrange the connector 223 so that it is covered by the adhesive layer 144. For example, it is preferable to disperse the connector 223 in the adhesive layer 144 before hardening.
- connection portion 197 is provided in a region near the end of the substrate 151.
- the conductive layer 166a is electrically connected to the FPC 172 via the connection layer 242.
- the conductive layer 166a is connected to the conductive layer 165a via an opening provided in the insulating layer 110.
- the configuration shown in FIG. 36 shows an example in which the conductive layer 165a is formed in the same process using the same material as the conductive layer 212a, and an example in which the conductive layer 166a is formed in the same process using the same material as the conductive layer 212b.
- ⁇ Configuration Example 9 of Display Device> 37 is a liquid crystal display device in the FFS mode.
- the display device 50I differs from the display device 50H mainly in the configuration of the liquid crystal element 60.
- a region 108Db of the layer 108 of the transistor 205R functions as the other of the source electrode and drain electrode of the transistor and also functions as a pixel electrode of the liquid crystal element 60.
- An insulating layer 195 is provided on the transistor, and a conductive layer 263 that functions as a common electrode of the liquid crystal element 60 is provided on the insulating layer 195.
- an insulating layer 261 is provided on the conductive layer 263.
- the conductive layer 263 has a comb-like shape or a shape with slits in a plan view.
- the conductive layer 263 is disposed so as to overlap the region 108Db. In the region overlapping the colored layer, there is a portion on the region 108Db where the conductive layer 263 is not disposed.
- a capacitance is formed by stacking region 108Db and conductive layer 263 via insulating layer 106 and insulating layer 195. This eliminates the need to form a separate capacitive element, and allows the aperture ratio of the pixel to be increased.
- both the region 108Db and the conductive layer 263 may have a comb-like upper surface shape.
- the region 108Db and the conductive layer 263 may have a comb-like upper surface shape.
- the region 108Db and the conductive layer 263 partially overlap. This allows the capacitance between the region 108Db and the conductive layer 263 to be used as a storage capacitance, eliminating the need to provide a separate capacitive element and increasing the aperture ratio of the display device.
- an alignment film 265 can be provided on the surfaces of the conductive layer 263 and the insulating layer 225 facing the liquid crystal 262.
- Fig. 39 shows cross-sectional views of three light-emitting elements and a connection part 140 of a display part 162 in each process.
- Light-emitting elements can be fabricated using vacuum processes such as deposition, and solution processes such as spin coating and inkjet printing.
- deposition methods include physical deposition (PVD) methods such as sputtering, ion plating, ion beam deposition, molecular beam deposition, and vacuum deposition, and chemical deposition (CVD).
- PVD physical deposition
- CVD chemical deposition
- the functional layers included in the EL layer can be formed by deposition (vacuum deposition, etc.), coating methods (dip coating, die coating, bar coating, spin coating, spray coating, etc.), printing methods (inkjet, screen (screen printing), offset (lithographic printing), flexo (letterpress), gravure, microcontact, etc.), etc.
- the island-like layer (layer including the light-emitting layer) produced by the method for producing a display device described below is not formed using a fine metal mask, but is formed by depositing the light-emitting layer over one surface and then processing it using photolithography. This makes it possible to realize a high-definition display device or a display device with a high aperture ratio, which has been difficult to achieve until now. Furthermore, since the light-emitting layers can be produced separately for each color, it is possible to realize a display device that is extremely vivid, has high contrast, and has high display quality. Furthermore, by providing a sacrificial layer on the light-emitting layer, damage to the light-emitting layer during the production process of the display device can be reduced, and the reliability of the light-emitting element can be increased.
- a display device is composed of three types of light-emitting elements, one that emits blue light, one that emits green light, and one that emits red light
- three types of island-shaped light-emitting layers can be formed by repeating the deposition of the light-emitting layer and processing by photolithography three times.
- pixel electrodes 111R, 111G, and 111B and a conductive layer 123 are formed on a substrate 151 on which transistors 205R, 205G, and 205B (not shown) are provided ( Figure 39A).
- the conductive film that becomes the pixel electrodes can be formed by, for example, sputtering or vacuum deposition. After forming a resist mask on the conductive film by a photolithography process, the conductive film can be processed to form pixel electrodes 111R, 111G, and 111B and conductive layer 123. The conductive film can be processed by one or both of wet etching and dry etching.
- Film 133Bf (later layer 133B) includes a light-emitting layer that emits blue light.
- an example is shown in which an island-shaped EL layer of a light-emitting element that emits blue light is first formed, and then an island-shaped EL layer of a light-emitting element that emits light of another color is formed.
- the pixel electrodes of the light-emitting elements of the colors formed second or later may be damaged by the previous process. This may result in the driving voltage of the light-emitting elements of the colors formed second or later being higher.
- an island-shaped EL layer of a light-emitting element that emits light with the shortest wavelength e.g., a blue light-emitting element.
- the island-shaped EL layers in the order of blue, green, and red, or blue, red, and green.
- the state of the interface between the pixel electrode and the EL layer in the blue light-emitting element can be kept good, and the drive voltage of the blue light-emitting element can be prevented from increasing. It also extends the life of the blue light-emitting element and improves its reliability. Furthermore, since the red and green light-emitting elements are less affected by increases in drive voltage compared to the blue light-emitting element, the drive voltage can be reduced and the reliability can be improved for the entire display device.
- the order in which the island-shaped EL layers are fabricated is not limited to the above, and may be, for example, red, green, and blue.
- film 133Bf is not formed on conductive layer 123.
- film 133Bf can be formed only in desired areas.
- a light-emitting element can be manufactured through a relatively simple process.
- the heat resistance temperature of the compounds contained in film 133Bf is preferably 100°C or higher and 180°C or lower, more preferably 120°C or higher and 180°C or lower, and more preferably 140°C or higher and 180°C or lower. This can improve the reliability of the light-emitting element.
- the upper limit of the temperature that can be applied in the manufacturing process of the display device can be increased. This can therefore broaden the range of choices for materials and formation methods used in the display device, improving yield and reliability.
- the heat resistance temperature can be, for example, any one of the glass transition point, softening point, melting point, thermal decomposition temperature, and 5% weight loss temperature, preferably the lowest temperature among these.
- the film 133Bf can be formed, for example, by a deposition method, specifically a vacuum deposition method.
- the film 133Bf may also be formed by a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, or other methods.
- a sacrificial layer 118B is formed on the film 133Bf and on the conductive layer 123 (FIG. 39A).
- a resist mask is formed by a photolithography process on the film that will become the sacrificial layer 118B, the film can be processed to form the sacrificial layer 118B.
- the sacrificial layer 118B is preferably provided so as to cover the ends of each of the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B. This means that the ends of the layer 133B formed in a later process will be located outside the ends of the pixel electrode 111B. This makes it possible to use the entire upper surface of the pixel electrode 111B as a light-emitting region, thereby increasing the aperture ratio of the pixel. In addition, since the ends of the layer 133B may be damaged in a process after the formation of the layer 133B, it is preferable that they are located outside the ends of the pixel electrode 111B, that is, are not used as a light-emitting region. This makes it possible to suppress variation in the characteristics of the light-emitting element and increase reliability.
- each process after the formation of layer 133B can be performed without pixel electrode 111B being exposed. If the ends of pixel electrode 111B are exposed, corrosion may occur during an etching process or the like. By suppressing corrosion of pixel electrode 111B, the yield and characteristics of the light-emitting element can be improved.
- the sacrificial layer 118B in a position that overlaps the conductive layer 123. This makes it possible to prevent the conductive layer 123 from being damaged during the manufacturing process of the display device.
- a film that is highly resistant to the processing conditions of the film 133Bf specifically, a film that has a large etching selectivity with respect to the film 133Bf, is used.
- the sacrificial layer 118B is formed at a temperature lower than the heat resistance temperature of each compound contained in the film 133Bf.
- the substrate temperature when forming the sacrificial layer 118B is typically 200°C or less, preferably 150°C or less, more preferably 120°C or less, more preferably 100°C or less, and even more preferably 80°C or less.
- the deposition temperature of sacrificial layer 118B can be made high, which is preferable.
- the substrate temperature when forming sacrificial layer 118B can be set to 100°C or higher, 120°C or higher, or 140°C or higher.
- the higher the deposition temperature the denser the inorganic insulating film can be and the higher its barrier properties can be. Therefore, by depositing the sacrificial layer at such a temperature, damage to film 133Bf can be further reduced, and the reliability of the light-emitting element can be improved.
- each of the other layers e.g., insulating film 125f
- film 133Bf the deposition temperature of each of the other layers (e.g., insulating film 125f) formed on film 133Bf.
- the sacrificial layer 118B can be formed, for example, by sputtering, ALD (including thermal ALD and PEALD), CVD, or vacuum deposition. It may also be formed by using the wet film formation method described above.
- the sacrificial layer 118B (the layer provided in contact with the film 133Bf when the sacrificial layer 118B has a laminated structure) is preferably formed using a formation method that causes less damage to the film 133Bf.
- a formation method that causes less damage to the film 133Bf.
- the sacrificial layer 118B can be made of metal materials such as gold, silver, platinum, magnesium, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, palladium, titanium, aluminum, yttrium, zirconium, and tantalum, or alloy materials containing such metal materials.
- the sacrificial layer 118B can be made of metal oxides such as In-Ga-Zn oxide, indium oxide, In-Zn oxide, In-Sn oxide, indium titanium oxide (In-Ti oxide), indium tin zinc oxide (In-Sn-Zn oxide), indium titanium zinc oxide (In-Ti-Zn oxide), indium gallium tin zinc oxide (In-Ga-Sn-Zn oxide), and indium tin oxide containing silicon.
- metal oxides such as In-Ga-Zn oxide, indium oxide, In-Zn oxide, In-Sn oxide, indium titanium oxide (In-Ti oxide), indium tin zinc oxide (In-Sn-Zn oxide), indium titanium zinc oxide (In-Ti-Zn oxide), indium gallium tin zinc oxide (In-Ga-Sn-Zn oxide), and indium tin oxide containing silicon.
- element M (wherein M is one or more elements selected from aluminum, silicon, boron, yttrium, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium) may be used in place of the above gallium.
- semiconductor materials such as silicon or germanium can be used as materials that have high compatibility with semiconductor manufacturing processes.
- oxides or nitrides of the above semiconductor materials can be used.
- non-metallic materials such as carbon, or compounds thereof can be used.
- metals such as titanium, tantalum, tungsten, chromium, and aluminum, or alloys containing one or more of these, can be used.
- oxides containing the above metals, such as titanium oxide or chromium oxide, or nitrides such as titanium nitride, chromium nitride, or tantalum nitride can be used.
- an inorganic insulating film that can be used for the protective layer 131 can be used.
- oxides are preferable because they have higher adhesion to the film 133Bf than nitrides.
- one or more of aluminum oxide, hafnium oxide, and silicon oxide can be suitably used for the sacrificial layer 118B.
- an aluminum oxide film can be formed, for example, using the ALD method. Using the ALD method is preferable because it can reduce damage to the base (particularly the film 133Bf).
- the sacrificial layer 118B can be a laminated structure of an inorganic insulating film (e.g., an aluminum oxide film) formed using the ALD method and an inorganic film (e.g., an In-Ga-Zn oxide film, a silicon film, or a tungsten film) formed using the sputtering method.
- an inorganic insulating film e.g., an aluminum oxide film
- an inorganic film e.g., an In-Ga-Zn oxide film, a silicon film, or a tungsten film
- the same inorganic insulating film can be used for both the sacrificial layer 118B and the insulating layer 125 to be formed later.
- an aluminum oxide film formed by ALD can be used for both the sacrificial layer 118B and the insulating layer 125.
- the same film-forming conditions can be applied to the sacrificial layer 118B and the insulating layer 125, or different film-forming conditions can be applied to each of them.
- the sacrificial layer 118B can be an insulating layer with high barrier properties against at least one of water and oxygen.
- the sacrificial layer 118B is a layer that is removed in most or all in a later process, it is preferable that it is easy to process. Therefore, it is preferable that the sacrificial layer 118B is formed under conditions where the substrate temperature during film formation is lower than that of the insulating layer 125.
- an organic material may be used for the sacrificial layer 118B.
- the organic material may be a material that is soluble in a solvent that is chemically stable with respect to at least the film located at the top of the film 133Bf.
- a material that dissolves in water or alcohol is preferably used.
- the sacrificial layer 118B may be made of a resin such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyglycerin, pullulan, water-soluble cellulose, alcohol-soluble polyamide resin, or a fluororesin such as a perfluoropolymer.
- PVA polyvinyl alcohol
- polyvinyl butyral polyvinylpyrrolidone
- polyethylene glycol polyglycerin
- pullulan polyethylene glycol
- polyglycerin polyglycerin
- pullulan polyethylene glycol
- water-soluble cellulose polyglycerin
- alcohol-soluble polyamide resin or a fluororesin such as a perfluoropolymer
- the sacrificial layer 118B can be a laminated structure of an organic film (e.g., a PVA film) formed using either a vapor deposition method or the above-mentioned wet film formation method, and an inorganic film (e.g., a silicon nitride film) formed using a sputtering method.
- an organic film e.g., a PVA film
- an inorganic film e.g., a silicon nitride film
- a portion of the sacrificial film may remain as a sacrificial layer.
- the film 133Bf is processed using the sacrificial layer 118B as a hard mask to form layer 133B ( Figure 39B).
- a laminated structure of layer 133B and sacrificial layer 118B remains on pixel electrode 111B.
- Pixel electrodes 111R and 111G are exposed.
- sacrificial layer 118B remains on conductive layer 123.
- the film 133Bf is preferably processed by anisotropic etching.
- anisotropic dry etching is preferable.
- wet etching may be used.
- the process of forming film 133Bf, the process of forming sacrificial layer 118B, and the process of forming layer 133B are repeated at least twice, changing the light-emitting material, to form a layered structure of layer 133R and sacrificial layer 118R on pixel electrode 111R, and a layered structure of layer 133G and sacrificial layer 118G on pixel electrode 111G (FIG. 39C).
- layer 133R is formed to include a light-emitting layer that emits red light
- layer 133G is formed to include a light-emitting layer that emits green light.
- the materials that can be used for sacrificial layer 118B can be applied to sacrificial layers 118R and 118G, and both may be the same material or different materials may be used.
- the side surfaces of layers 133B, 133G, and 133R are perpendicular or approximately perpendicular to the surface on which they are to be formed.
- the angle between the surface on which they are to be formed and these side surfaces is between 60 degrees or more and 90 degrees or less.
- the distance between two adjacent layers of layers 133B, 133G, and 133R formed using photolithography can be narrowed to 8 ⁇ m or less, 5 ⁇ m or less, 3 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, or 1 ⁇ m or less.
- the distance can be defined as, for example, the distance between two adjacent opposing ends of layers 133B, 133G, and 133R. In this way, by narrowing the distance between the island-shaped EL layers, a display device with high definition and a large aperture ratio can be provided.
- insulating film 125f which will later become insulating layer 125, is formed to cover the pixel electrode, layer 133B, layer 133G, layer 133R, sacrificial layer 118B, sacrificial layer 118G, and sacrificial layer 118R, and insulating layer 127 is formed on insulating film 125f ( Figure 39D).
- the insulating film 125f prefferably with a thickness of 3 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more, and 200 nm or less, 150 nm or less, 100 nm or less, or 50 nm or less.
- the insulating film 125f is preferably formed by, for example, the ALD method.
- the ALD method is preferable because it can reduce film formation damage and can form a film with high coating properties. It is preferable to form an aluminum oxide film as the insulating film 125f by, for example, the ALD method.
- the insulating film 125f may be formed using a sputtering method, a CVD method, or a PECVD method, which have a faster film formation speed than the ALD method. This allows a highly reliable display device to be manufactured with high productivity.
- the insulating film that becomes the insulating layer 127 is preferably formed by the above-mentioned wet film formation method (e.g., spin coating) using, for example, a photosensitive resin composition containing an acrylic resin.
- a heat treatment also called pre-baking
- visible light or ultraviolet light is irradiated to a part of the insulating film to expose the part.
- development is performed to remove the exposed area of the insulating film.
- a heat treatment also called post-baking
- the shape of the insulating layer 127 is not limited to the shape shown in FIG. 39D.
- the upper surface of the insulating layer 127 can have one or more of a convex curved surface, a concave curved surface, and a flat surface.
- the insulating layer 127 may cover the side surface of at least one end of the insulating layer 125, the sacrificial layer 118B, the sacrificial layer 118G, and the sacrificial layer 118R.
- an etching process is performed using the insulating layer 127 as a mask to remove the insulating film 125f and parts of the sacrificial layers 118B, 118G, and 118R.
- openings are formed in the sacrificial layers 118B, 118G, and 118R, respectively, and the top surfaces of the layers 133B, 133G, and 133R, and the conductive layer 123 are exposed.
- parts of the sacrificial layers 118B, 118G, and 118R may remain at positions overlapping the insulating layer 127 and the insulating layer 125 (see sacrificial layers 119B, 119G, and 119R).
- the etching process can be performed by dry etching or wet etching. If the insulating film 125f is formed using the same material as the sacrificial layers 118B, 118G, and 118R, this is preferable because the etching process can be performed in one step.
- insulating layer 127 As described above, by providing insulating layer 127, insulating layer 125, sacrificial layer 118B, sacrificial layer 118G, and sacrificial layer 118R, it is possible to prevent connection failures caused by disconnected portions of common layer 114 and common electrode 115 between each light-emitting element, and increases in electrical resistance caused by locally thin portions. This allows the display device of one embodiment of the present invention to have improved display quality.
- the common layer 114 and the common electrode 115 are formed in this order on the insulating layer 127, the layer 133B, the layer 133G, and the layer 133R ( Figure 39F).
- the common layer 114 can be formed by a method such as a deposition method (including a vacuum deposition method), a transfer method, a printing method, an inkjet method, or a coating method.
- the common electrode 115 can be formed by, for example, sputtering or vacuum deposition. Alternatively, a film formed by deposition and a film formed by sputtering can be laminated together.
- the island-shaped layers 133B, 133G, and 133R are not formed using a fine metal mask, but are formed by forming a film over the entire surface and processing the film, so that the island-shaped layers can be formed with a uniform thickness.
- This makes it possible to realize a high-definition display device or a display device with a high aperture ratio. Even if the definition or aperture ratio is high and the distance between the subpixels is extremely short, the layers 133B, 133G, and 133R can be prevented from contacting each other in adjacent subpixels. Therefore, it is possible to prevent leakage current from occurring between the subpixels. This makes it possible to prevent unintended light emission due to crosstalk, and to realize a display device with extremely high contrast.
- the display device of one embodiment of the present invention can achieve both high definition and high display quality.
- the electronic device of this embodiment has a display device of one embodiment of the present invention in a display portion.
- the display device of one embodiment of the present invention can easily achieve high definition and high resolution. Therefore, it can be used in the display portion of various electronic devices.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to parts other than the display part of an electronic device.
- the semiconductor device of one embodiment of the present invention in a control part of an electronic device, it is possible to reduce power consumption, which is preferable.
- Electronic devices include, for example, electronic devices with relatively large screens such as television sets, desktop or notebook computers, computer monitors, digital signage, large game machines such as pachinko machines, as well as digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, personal digital assistants, and audio playback devices.
- the display device of one embodiment of the present invention can be used favorably in electronic devices having a relatively small display area because it is possible to increase the resolution.
- electronic devices include wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices), as well as wearable devices that can be worn on the head, such as VR devices such as head-mounted displays, glasses-type AR devices, and MR devices.
- the display device of one embodiment of the present invention preferably has an extremely high resolution such as HD (1280 x 720 pixels), FHD (1920 x 1080 pixels), WQHD (2560 x 1440 pixels), WQXGA (2560 x 1600 pixels), 4K (3840 x 2160 pixels), or 8K (7680 x 4320 pixels).
- an extremely high resolution such as HD (1280 x 720 pixels), FHD (1920 x 1080 pixels), WQHD (2560 x 1440 pixels), WQXGA (2560 x 1600 pixels), 4K (3840 x 2160 pixels), or 8K (7680 x 4320 pixels).
- HD 1280 x 720 pixels
- FHD (1920 x 1080 pixels
- WQHD 2560 x 1440 pixels
- WQXGA 2560 x 1600 pixels
- 4K 3840 x 2160 pixels
- 8K 8K
- the pixel density (resolution) of the display device of one embodiment of the present invention is preferably 100 ppi or more, preferably 300 ppi or more, more preferably 500 ppi or more, more preferably 1000 ppi or more, more preferably 2000 ppi or more, more preferably 3000 ppi or more, more preferably 5000 ppi or more, and even more preferably 7000 ppi or more.
- the display device can support various screen ratios such as 1:1 (square), 4:3, 16:9, and 16:10.
- the electronic device of this embodiment can be configured to have a sensor (including the function of sensing, detecting, or measuring force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substances, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light).
- a sensor including the function of sensing, detecting, or measuring force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substances, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light).
- the electronic device of this embodiment can have various functions. For example, it can have a function to display various information (still images, videos, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, etc., a function to execute various software (programs), a wireless communication function, a function to read out programs or data recorded on a recording medium, etc.
- a function to display various information still images, videos, text images, etc.
- a touch panel function a function to display a calendar, date or time, etc.
- a function to execute various software (programs) a wireless communication function
- a function to read out programs or data recorded on a recording medium etc.
- wearable devices that can be worn on the head are described below using Figures 40A to 40D.
- These wearable devices have at least one of the following functions: a function to display AR content, a function to display VR content, a function to display SR content, and a function to display MR content.
- a function to display AR content a function to display AR content
- VR content a function to display VR content
- SR content a function to display SR content
- MR content a function to display MR content.
- Electronic device 700A shown in FIG. 40A and electronic device 700B shown in FIG. 40B each have a pair of display panels 751, a pair of housings 721, a communication unit (not shown), a pair of mounting units 723, a control unit (not shown), an imaging unit (not shown), a pair of optical members 753, a frame 757, and a pair of nose pads 758.
- a display device can be applied to the display panel 751. Therefore, the electronic device can display images with extremely high resolution.
- Electronic device 700A and electronic device 700B can each project an image displayed on display panel 751 onto display area 756 of optical member 753. Because optical member 753 is translucent, the user can see the image displayed in the display area superimposed on the transmitted image visible through optical member 753. Therefore, electronic device 700A and electronic device 700B are each electronic devices capable of AR display.
- Electronic device 700A and electronic device 700B can be provided with a camera that captures an image in front of them as an imaging unit.
- electronic device 700A and electronic device 700B can each be provided with an acceleration sensor such as a gyro sensor, thereby detecting the orientation of the user's head and displaying an image corresponding to that orientation in display area 756.
- the communication unit has a wireless communication device, and can supply video signals and the like via the wireless communication device.
- a connector can be provided to which a cable through which a video signal and power supply potential can be connected.
- Electronic device 700A and electronic device 700B are provided with a battery (not shown) and can be charged wirelessly, wired, or both.
- the housing 721 may be provided with a touch sensor module.
- the touch sensor module has a function of detecting when the outer surface of the housing 721 is touched.
- the touch sensor module can detect a tap operation or a slide operation by the user and execute various processes. For example, a tap operation can execute processes such as pausing or resuming a video, and a slide operation can execute processes such as fast-forwarding or rewinding.
- a tap operation can execute processes such as pausing or resuming a video
- a slide operation can execute processes such as fast-forwarding or rewinding.
- the range of operations can be expanded.
- touch sensors can be used as the touch sensor module.
- various types can be adopted, such as the capacitance type, resistive film type, infrared type, electromagnetic induction type, surface acoustic wave type, and optical type.
- a photoelectric conversion element When using an optical touch sensor, a photoelectric conversion element can be used as the light receiving element.
- the active layer of the photoelectric conversion element can be made of either or both of an inorganic semiconductor and an organic semiconductor.
- Electronic device 800A shown in FIG. 40C and electronic device 800B shown in FIG. 40D each have a pair of display units 820, a housing 821, a communication unit 822, a pair of mounting units 823, a control unit 824, a pair of imaging units 825, and a pair of lenses 832. Note that display unit 820, communication unit 822, and imaging unit 825 are omitted in FIG. 40D.
- a display device can be applied to the display portion 820. Therefore, the electronic device can display images with extremely high resolution. This allows the user to feel a high sense of immersion.
- the display unit 820 is provided inside the housing 821 at a position that can be seen through the lens 832. In addition, by displaying different images on the pair of display units 820, it is also possible to perform three-dimensional display using parallax.
- the electronic device 800A and the electronic device 800B can each be considered electronic devices for VR.
- a user wearing the electronic device 800A or the electronic device 800B can view the image displayed on the display unit 820 through the lens 832.
- Electric device 800A and electronic device 800B each preferably have a mechanism that can adjust the left-right positions of lens 832 and display unit 820 so that they are optimally positioned according to the position of the user's eyes. Also, it is preferable that they have a mechanism that can adjust the focus by changing the distance between lens 832 and display unit 820.
- the attachment unit 823 allows the user to attach the electronic device 800A or electronic device 800B to the head. Note that in FIG. 40C and other figures, the attachment unit 823 is shaped like the temples of glasses, but is not limited to this.
- the attachment unit 823 has a shape that allows the user to wear it, and can be shaped like a helmet or band, for example.
- the imaging unit 825 has a function of acquiring external information.
- the data acquired by the imaging unit 825 can be output to the display unit 820.
- An image sensor can be used for the imaging unit 825.
- multiple cameras may be provided to support multiple angles of view, such as telephoto and wide angle.
- a distance measuring sensor capable of measuring the distance to an object
- the imaging unit 825 is one aspect of the detection unit.
- the detection unit for example, an image sensor or a distance image sensor such as a LIDAR (Light Detection and Ranging) can be used.
- LIDAR Light Detection and Ranging
- the electronic device 800A may have a vibration mechanism that functions as a bone conduction earphone.
- a vibration mechanism that functions as a bone conduction earphone.
- a configuration having such a vibration mechanism can be applied to one or more of the display unit 820, the housing 821, and the wearing unit 823. This makes it possible to enjoy video and audio by simply wearing the electronic device 800A without the need for separate audio equipment such as headphones, earphones, or speakers.
- Each of electronic devices 800A and 800B may have an input terminal.
- the input terminal can be connected to a cable that supplies a video signal from a video output device or the like, and power for charging a battery provided within the electronic device.
- the electronic device of one embodiment of the present invention may have a function of wireless communication with the earphone 750.
- the earphone 750 has a communication unit (not shown) and has a wireless communication function.
- the earphone 750 can receive information (e.g., audio data) from the electronic device through the wireless communication function.
- the electronic device 700A shown in FIG. 40A has a function of transmitting information to the earphone 750 through the wireless communication function.
- the electronic device 800A shown in FIG. 40C has a function of transmitting information to the earphone 750 through the wireless communication function.
- the electronic device may have an earphone unit.
- the electronic device 700B shown in FIG. 40B has an earphone unit 727.
- the earphone unit 727 and the control unit may be configured to be connected to each other by wire.
- a portion of the wiring connecting the earphone unit 727 and the control unit may be disposed inside the housing 721 or the attachment unit 723.
- electronic device 800B shown in FIG. 40D has earphone unit 827.
- earphone unit 827 and control unit 824 can be configured to be connected to each other by wire.
- Part of the wiring connecting earphone unit 827 and control unit 824 may be disposed inside housing 821 or mounting unit 823.
- earphone unit 827 and mounting unit 823 may have magnets. This allows earphone unit 827 to be fixed to mounting unit 823 by magnetic force, which is preferable as it makes storage easier.
- the electronic device may have an audio output terminal to which earphones or headphones can be connected.
- the electronic device may also have one or both of an audio input terminal and an audio input mechanism.
- a sound collection device such as a microphone can be used as the audio input mechanism.
- the electronic device may be endowed with the functionality of a so-called headset.
- electronic devices according to one embodiment of the present invention are suitable for both glasses-type devices (such as electronic device 700A and electronic device 700B) and goggle-type devices (such as electronic device 800A and electronic device 800B).
- the electronic device of one embodiment of the present invention can transmit information to the earphones via wire or wirelessly.
- the electronic device 6500 shown in FIG. 41A is a portable information terminal that can be used as a smartphone.
- the electronic device 6500 has a housing 6501, a display portion 6502, a power button 6503, a button 6504, a speaker 6505, a microphone 6506, a camera 6507, and a light source 6508.
- the display portion 6502 has a touch panel function.
- the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 6502.
- FIG. 41B is a schematic cross-sectional view including the end of the housing 6501 on the microphone 6506 side.
- a translucent protective member 6510 is provided on the display surface side of the housing 6501, and a display panel 6511, optical members 6512, a touch sensor panel 6513, a printed circuit board 6517, a battery 6518, etc. are arranged in the space surrounded by the housing 6501 and the protective member 6510.
- the display panel 6511, the optical member 6512, and the touch sensor panel 6513 are fixed to the protective member 6510 by an adhesive layer (not shown).
- a part of the display panel 6511 is folded back in the area outside the display unit 6502, and the FPC 6515 is connected to the folded back part.
- An IC 6516 is mounted on the FPC 6515.
- the FPC 6515 is connected to a terminal provided on a printed circuit board 6517.
- the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display panel 6511. Therefore, an extremely lightweight electronic device can be realized.
- the display panel 6511 is extremely thin, a large-capacity battery 6518 can be mounted thereon while keeping the thickness of the electronic device small.
- a connection portion with the FPC 6515 on the back side of the pixel portion, an electronic device with a narrow frame can be realized.
- FIG 41C shows an example of a television device.
- a display unit 7000 is built into a housing 7101.
- the housing 7101 is supported by a stand 7103.
- a display device can be applied to the display portion 7000.
- the television device 7100 shown in FIG. 41C can be operated using operation switches provided on the housing 7101 and a separate remote control 7111.
- the display unit 7000 may be provided with a touch sensor, and the television device 7100 may be operated by touching the display unit 7000 with a finger or the like.
- the remote control 7111 may have a display unit that displays information output from the remote control 7111.
- the channel and volume can be operated using operation keys or a touch panel provided on the remote control 7111, and the image displayed on the display unit 7000 can be operated.
- the television device 7100 is configured to include a receiver and a modem.
- the receiver can receive general television broadcasts.
- by connecting to a wired or wireless communication network via the modem it is also possible to carry out one-way (from sender to receiver) or two-way (between sender and receiver, or between receivers, etc.) information communication.
- FIG 41D shows an example of a notebook computer.
- the notebook computer 7200 has a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, etc.
- the display unit 7000 is built into the housing 7211.
- a display device can be applied to the display portion 7000.
- Figures 41E and 41F show an example of digital signage.
- the digital signage 7300 shown in FIG. 41E has a housing 7301, a display unit 7000, and a speaker 7303. It can also have LED lamps, operation keys (including a power switch or an operation switch), connection terminals, various sensors, a microphone, etc.
- FIG. 41F shows digital signage 7400 attached to a cylindrical pole 7401.
- Digital signage 7400 has a display unit 7000 that is provided along the curved surface of pole 7401.
- a display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000.
- the larger the display unit 7000 the more information can be provided at one time. Also, the larger the display unit 7000, the more easily it catches people's attention, which can increase the advertising effectiveness of an advertisement, for example.
- a touch panel By applying a touch panel to the display unit 7000, not only can images or videos be displayed on the display unit 7000, but the user can also intuitively operate it, which is preferable. Furthermore, when used to provide information such as route information or traffic information, the intuitive operation can improve usability.
- the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can be linked via wireless communication with an information terminal 7311 or an information terminal 7411 such as a smartphone carried by a user.
- advertising information displayed on the display unit 7000 can be displayed on the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411.
- the display on the display unit 7000 can be switched by operating the information terminal 7311 or the information terminal 7411.
- the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can also be made to run a game using the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411 as an operating means (controller). This allows an unspecified number of users to participate in and enjoy the game at the same time.
- the electronic device shown in Figures 42A to 42G has a housing 9000, a display unit 9001, a speaker 9003, operation keys 9005 (including a power switch or an operation switch), a connection terminal 9006, a sensor 9007 (including a function to sense, detect, or measure force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light), a microphone 9008, etc.
- a display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 9001.
Landscapes
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Abstract
Description
本発明の一態様は、半導体装置、及びその作製方法に関する。本発明の一態様は、トランジスタ、及びその作製方法に関する。本発明の一態様は、半導体装置を有する表示装置に関する。 One aspect of the present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. One aspect of the present invention relates to a transistor and a manufacturing method thereof. One aspect of the present invention relates to a display device having a semiconductor device.
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野として、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置(例えば、タッチセンサ)、入出力装置(例えば、タッチパネル)、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。 Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. Examples of technical fields of one embodiment of the present invention include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, electronic devices, lighting devices, input devices (e.g., touch sensors), input/output devices (e.g., touch panels), driving methods thereof, or manufacturing methods thereof.
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子(トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等)を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、パッケージにチップを収納した電子部品は半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、及び電子機器は、それ自体が半導体装置であり、かつ、それぞれが半導体装置を有している場合がある。 In this specification and the like, a semiconductor device is a device that utilizes semiconductor characteristics, and refers to a circuit including a semiconductor element (transistor, diode, photodiode, etc.), a device having such a circuit, etc. Also, it refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. For example, an integrated circuit, a chip including an integrated circuit, and an electronic component that houses a chip in a package are examples of semiconductor devices. Also, memory devices, display devices, light-emitting devices, lighting devices, and electronic devices may themselves be semiconductor devices and each may have a semiconductor device.
トランジスタを有する半導体装置は、電子機器に広く適用されている。例えば、表示装置において、トランジスタの占有面積を小さくすることで、画素サイズを縮小でき、精細度を高めることができる。そのため、微細なトランジスタが求められている。 Semiconductor devices having transistors are widely used in electronic devices. For example, in display devices, pixel size can be reduced and resolution can be increased by reducing the area occupied by transistors. For this reason, there is a demand for miniaturized transistors.
高精細な表示装置が要求される機器として、例えば、仮想現実(VR:Virtual Reality)、拡張現実(AR:Augmented Reality)、代替現実(SR:Substitutional Reality)、及び、複合現実(MR:Mixed Reality)向けの機器が、盛んに開発されている。 Devices requiring high-definition display devices, such as those for virtual reality (VR), augmented reality (AR), substitute reality (SR), and mixed reality (MR), are being actively developed.
表示装置として、例えば、有機EL(Electro Luminescence)素子、または発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を有する発光装置が開発されている。 As display devices, for example, light-emitting devices having organic EL (Electro Luminescence) elements or light-emitting diodes (LEDs: Light Emitting Diodes) have been developed.
特許文献1には、有機EL素子を用いた、高精細な表示装置が開示されている。
本発明の一態様は、微細なサイズのトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、チャネル長の短いトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、オン電流の大きいトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、電界効果移動度の高いトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、占有面積の小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、飽和性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、電気特性が良好なトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、高速に動作する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、占有面積の小さい半導体装置を提供することを課題の一とする。または、配線抵抗の低い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、消費電力の低い半導体装置または表示装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高いトランジスタ、半導体装置、または表示装置を提供することを課題の一とする。または、高精細の表示装置を提供することを課題の一とする。または、生産性の高い半導体装置または表示装置の作製方法を提供することを課題の一とする。または、新規なトランジスタ、半導体装置、表示装置、またはこれらの作製方法を提供することを課題の一とする。 An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having a fine-sized transistor. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor with a short channel length. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor with high on-state current. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor with high field-effect mobility. Alternatively, an object of the present invention is to provide a transistor with a small occupancy area. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor with high saturation. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor with good electrical characteristics. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that operates at high speed. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device with a small occupancy area. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device with low wiring resistance. Alternatively, an object of the present invention is to provide a semiconductor device or display device with low power consumption. Alternatively, an object of the present invention is to provide a highly reliable transistor, semiconductor device, or display device. Alternatively, an object of the present invention is to provide a high-definition display device. Alternatively, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device or display device with high productivity. Alternatively, an object of the present invention is to provide a new transistor, semiconductor device, or display device, or a manufacturing method thereof.
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 Note that the description of these problems does not preclude the existence of other problems. One embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of these problems. Problems other than these can be extracted from the description in the specification, drawings, and claims.
本発明の一態様は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の絶縁層と、を有する半導体装置である。第1のトランジスタは、第1の導電層と、第1の金属酸化物層と、ゲート絶縁層と、第1のゲート電極と、を有する。第2のトランジスタは、第2の導電層と、第3の導電層と、第2の金属酸化物層と、ゲート絶縁層と、第2のゲート電極と、を有する。第1の絶縁層は、第1の導電層及び第2の導電層上に位置する。第3の導電層は、第1の絶縁層を介して第2の導電層と重なる領域を有する。第1の絶縁層は、第1の導電層に達する第1の開口部を有する。第1の絶縁層及び第3の導電層は、第2の導電層に達する第2の開口部を有する。第1の金属酸化物層は、第1の開口部において第1の導電層の上面と接する第1の領域と、第1の開口部において第1の絶縁層の側面と接する第2の領域と、第1の絶縁層の上面と接する第3の領域と、を有する。第3の領域は、第2の領域と接する。第2の金属酸化物層は、第2の開口部において第2の導電層の上面と接する第4の領域と、第2の開口部において第1の絶縁層の側面と接する第5の領域と、第2の開口部において第3の導電層の側面と接する第6の領域と、を有する。第1の領域、第3の領域及び第4の領域はそれぞれ、第1の元素を有する。第1の元素は、ホウ素またはリンである。ゲート絶縁層は、第1の金属酸化物層及び第2の金属酸化物層上に位置し、かつ第1の金属酸化物層及び第2の金属酸化物層と接する。第1のゲート電極は、第1の開口部において、ゲート絶縁層を介して第1の金属酸化物層と重なる領域を有する。第2のゲート電極は、第2の開口部において、ゲート絶縁層を介して第2の金属酸化物層と重なる領域を有する。 One aspect of the present invention is a semiconductor device having a first transistor, a second transistor, and a first insulating layer. The first transistor has a first conductive layer, a first metal oxide layer, a gate insulating layer, and a first gate electrode. The second transistor has a second conductive layer, a third conductive layer, a second metal oxide layer, a gate insulating layer, and a second gate electrode. The first insulating layer is located on the first conductive layer and the second conductive layer. The third conductive layer has a region that overlaps with the second conductive layer via the first insulating layer. The first insulating layer has a first opening that reaches the first conductive layer. The first insulating layer and the third conductive layer have a second opening that reaches the second conductive layer. The first metal oxide layer has a first region in contact with the top surface of the first conductive layer at the first opening, a second region in contact with the side surface of the first insulating layer at the first opening, and a third region in contact with the top surface of the first insulating layer. The third region is in contact with the second region. The second metal oxide layer has a fourth region in contact with the top surface of the second conductive layer at the second opening, a fifth region in contact with the side surface of the first insulating layer at the second opening, and a sixth region in contact with the side surface of the third conductive layer at the second opening. The first region, the third region, and the fourth region each have a first element. The first element is boron or phosphorus. The gate insulating layer is located on the first metal oxide layer and the second metal oxide layer, and is in contact with the first metal oxide layer and the second metal oxide layer. The first gate electrode has a region that overlaps with the first metal oxide layer through the gate insulating layer in the first opening. The second gate electrode has a region that overlaps with the second metal oxide layer through the gate insulating layer in the second opening.
前述の半導体装置において、第1の領域は、第2の領域よりも第1の元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。第3の領域は、第2の領域よりも第1の元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。第4の領域は、第5の領域よりも第1の元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。 In the above-mentioned semiconductor device, the first region preferably has a portion having a higher concentration of the first element than the second region. The third region preferably has a portion having a higher concentration of the first element than the second region. The fourth region preferably has a portion having a higher concentration of the first element than the fifth region.
前述の半導体装置において、第2の金属酸化物層は、第3の導電層の上面と接する第7の領域を有することが好ましい。第7の領域は、第1の元素を有することが好ましい。第7の領域は、第5の領域よりも第1の元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。 In the above-mentioned semiconductor device, the second metal oxide layer preferably has a seventh region in contact with the upper surface of the third conductive layer. The seventh region preferably has the first element. The seventh region preferably has a portion having a higher concentration of the first element than the fifth region.
前述の半導体装置において、ゲート絶縁層は、第1の元素を有することが好ましい。 In the above-mentioned semiconductor device, the gate insulating layer preferably contains the first element.
前述の半導体装置において、第1の開口部における第1の絶縁層の側面と、第1の導電層の上面のなす角度は、65度以上90度以下であることが好ましい。 In the semiconductor device described above, it is preferable that the angle between the side surface of the first insulating layer at the first opening and the top surface of the first conductive layer is greater than or equal to 65 degrees and less than or equal to 90 degrees.
前述の半導体装置において、第1の絶縁層は、第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有することが好ましい。第2の絶縁層は、シリコンと、酸素と、を有することが好ましい。第3の絶縁層は、シリコンと、窒素と、を有することが好ましい。 In the above-mentioned semiconductor device, the first insulating layer preferably includes a second insulating layer and a third insulating layer on the second insulating layer. The second insulating layer preferably includes silicon and oxygen. The third insulating layer preferably includes silicon and nitrogen.
前述の半導体装置において、第1の絶縁層は、第2の絶縁層と、第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有することが好ましい。第2の絶縁層は、シリコンと、酸素と、を有することが好ましい。第3の絶縁層は、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方と、酸素と、を有することが好ましい。 In the above-mentioned semiconductor device, the first insulating layer preferably has a second insulating layer and a third insulating layer on the second insulating layer. The second insulating layer preferably has silicon and oxygen. The third insulating layer preferably has one or both of aluminum and hafnium and oxygen.
本発明の一態様により、微細なサイズのトランジスタを有する半導体装置を提供できる。または、チャネル長の短いトランジスタを有する半導体装置を提供できる。または、オン電流の大きいトランジスタを有する半導体装置を提供できる。または、電界効果移動度の高いトランジスタを有する半導体装置を提供できる。または、占有面積の小さいトランジスタを提供できる。または、飽和性の高いトランジスタを有する半導体装置を提供できる。または、電気特性が良好なトランジスタを有する半導体装置を提供できる。または、高速に動作する半導体装置を提供できる。または、占有面積の小さい半導体装置を提供できる。または、配線抵抗の低い半導体装置を提供できる。または、消費電力の低い半導体装置または表示装置を提供できる。または、信頼性の高いトランジスタ、半導体装置、または表示装置を提供できる。または、高精細の表示装置を提供できる。または、生産性の高い半導体装置または表示装置の作製方法を提供できる。または、新規なトランジスタ、半導体装置、表示装置、またはこれらの作製方法を提供できる。 According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having a finely sized transistor can be provided. Or a semiconductor device having a transistor with a short channel length can be provided. Or a semiconductor device having a transistor with a large on-state current can be provided. Or a semiconductor device having a transistor with high field-effect mobility can be provided. Or a transistor with a small occupancy area can be provided. Or a semiconductor device having a highly saturation transistor can be provided. Or a semiconductor device having a transistor with good electrical characteristics can be provided. Or a semiconductor device that operates at high speed can be provided. Or a semiconductor device with a small occupancy area can be provided. Or a semiconductor device with low wiring resistance can be provided. Or a semiconductor device or display device with low power consumption can be provided. Or a highly reliable transistor, semiconductor device, or display device can be provided. Or a high-definition display device can be provided. Or a method for manufacturing a semiconductor device or display device with high productivity can be provided. Or a novel transistor, semiconductor device, display device, or a manufacturing method thereof can be provided.
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。 Note that the description of these effects does not preclude the existence of other effects. One embodiment of the present invention does not necessarily have to have all of these effects. Effects other than these can be extracted from the description in the specification, drawings, and claims.
図1Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図1B及び図1Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図2A乃至図2Dは、半導体装置の一例を示す斜視図である。
図3A及び図3Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図4Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図4B及び図4Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図5A及び図5Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図6A及び図6Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図7は、半導体装置の一例を示す断面図である。
図8A乃至図8Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図9A乃至図9Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図10A乃至図10Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図11A及び図11Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図12A及び図12Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図13Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図13B及び図13Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図14A及び図14Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図15A乃至図15Eは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図16A乃至図16Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図17A及び図17Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図18A乃至図18Eは、半導体装置の一例を示す回路図である。
図19Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図19Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図20Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図20Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図21Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図21Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図22Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図22B及び図22Cは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図23Aは、半導体装置の一例を示す上面図である。図23Bは、半導体装置の一例を示す断面図である。
図24A乃至図24Eは、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図25A乃至図25Dは、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図26A乃至図26Dは、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図27A及び図27Bは、半導体装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図28Aは、表示装置の一例を示す斜視図である。図28Bは、表示装置の一例を示すブロック図である。
図29A乃至図29Dは、画素回路の回路図である。
図30A乃至図30Cは、画素回路の回路図である。
図31A及び図31Bは、表示装置の一例を示す断面図である。
図32は、表示装置の一例を示す断面図である。
図33A乃至図33Cは、表示装置の一例を示す断面図である。
図34A及び図34Bは、表示装置の一例を示す断面図である。
図35は、表示装置の一例を示す断面図である。
図36は、表示装置の一例を示す断面図である。
図37は、表示装置の一例を示す断面図である。
図38は、表示装置の一例を示す断面図である。
図39A乃至図39Fは、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図40A乃至図40Dは、電子機器の一例を示す図である。
図41A乃至図41Fは、電子機器の一例を示す図である。
図42A乃至図42Gは、電子機器の一例を示す図である。
Fig. 1A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and Fig. 1B and Fig. 1C are cross-sectional views illustrating the example of the semiconductor device.
2A to 2D are perspective views showing an example of a semiconductor device.
3A and 3B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
Fig. 4A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and Fig. 4B and Fig. 4C are cross-sectional views illustrating the example of the semiconductor device.
5A and 5B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
6A and 6B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device.
8A to 8C are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
9A to 9C are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
10A to 10C are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
11A and 11B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
12A and 12B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
Fig. 13A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and Fig. 13B and Fig. 13C are cross-sectional views illustrating the example of the semiconductor device.
14A and 14B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
15A to 15E are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
16A to 16C are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
17A and 17B are cross-sectional views showing an example of a semiconductor device.
18A to 18E are circuit diagrams showing an example of a semiconductor device.
19A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 19B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
20A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 20B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
21A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 21B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
Fig. 22A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and Fig. 22B and Fig. 22C are cross-sectional views illustrating an example of the semiconductor device.
23A is a top view illustrating an example of a semiconductor device, and FIG 23B is a cross-sectional view illustrating the example of the semiconductor device.
24A to 24E are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device.
25A to 25D are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device.
26A to 26D are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a semiconductor device.
27A and 27B are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device.
Fig. 28A is a perspective view showing an example of a display device, and Fig. 28B is a block diagram showing an example of the display device.
29A to 29D are circuit diagrams of pixel circuits.
30A to 30C are circuit diagrams of pixel circuits.
31A and 31B are cross-sectional views showing an example of a display device.
FIG. 32 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
33A to 33C are cross-sectional views showing an example of a display device.
34A and 34B are cross-sectional views showing an example of a display device.
FIG. 35 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
FIG. 36 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
FIG. 37 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
FIG. 38 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
39A to 39F are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a display device.
40A to 40D are diagrams showing an example of an electronic device.
41A to 41F are diagrams showing an example of an electronic device.
42A to 42G are diagrams showing an example of an electronic device.
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。 The embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and those skilled in the art will easily understand that the form and details can be modified in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the description of the embodiments shown below.
以下に説明する発明の構成において、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異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチングパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。 In the configuration of the invention described below, the same parts or parts having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and repeated explanations will be omitted. In addition, when referring to similar functions, the same hatching pattern may be used and no particular reference numeral may be used.
図面において示す各構成の、位置、大きさ、及び、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、及び、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、及び、範囲などに限定されない。 The position, size, range, etc. of each component shown in the drawings may not represent the actual position, size, range, etc., for ease of understanding. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, etc., disclosed in the drawings.
本明細書等において、「第1」、「第2」という序数詞は、便宜上用いるものであり、構成要素の数、または、構成要素の順序(例えば、工程順、または積層順)を限定するものではない。また、本明細書のある箇所において構成要素に付す序数詞と、本明細書の他の箇所、または特許請求の範囲において、当該構成要素に付す序数詞と、が一致しない場合がある。 In this specification, the ordinal numbers "first" and "second" are used for convenience and do not limit the number of components or the order of the components (e.g., process order or stacking order). In addition, an ordinal number attached to a component in one place in this specification may not match an ordinal number attached to the same component in another place in this specification or in the claims.
「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。 The words "film" and "layer" can be interchanged depending on the circumstances or situation. For example, the term "conductive layer" can be changed to the term "conductive film." Or, for example, the term "insulating film" can be changed to the term "insulating layer."
トランジスタは半導体素子の一種であり、電流または電圧を増幅する機能、及び、導通または非導通を制御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor)及び薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を含む。 A transistor is a type of semiconductor element that can perform functions such as amplifying current or voltage, and switching operations that control conduction or non-conduction. In this specification, the term "transistor" includes IGFETs (Insulated Gate Field Effect Transistors) and thin film transistors (TFTs).
「ソース」と「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合、または回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、「ソース」と「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。なお、トランジスタのソース及びドレインの呼称については、ソース端子及びドレイン端子、またはソース電極及びドレイン電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。 The functions of "source" and "drain" may be interchangeable when transistors of different polarity are used, or when the direction of current changes during circuit operation. For this reason, in this specification and elsewhere, the terms "source" and "drain" may be used interchangeably. The source and drain of a transistor may be referred to as the source terminal and drain terminal, or the source electrode and drain electrode, or other appropriate terms depending on the situation.
「ゲート」と「バックゲート」は入れ替えることができる。このため、本明細書等においては、「ゲート」と「バックゲート」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。なお、トランジスタのゲート及びバックゲートの呼称については、ゲート電極及びバックゲート電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。 "Gate" and "backgate" can be used interchangeably. For this reason, in this specification and the like, the terms "gate" and "backgate" can be used interchangeably. Note that the names of the gate and backgate of a transistor can be appropriately changed depending on the situation, such as gate electrode and backgate electrode.
本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極または配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、コイル、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。 In this specification, "electrically connected" includes cases where the connection is made via "something that has some kind of electrical action." Here, "something that has some kind of electrical action" is not particularly limited as long as it allows the transmission and reception of electrical signals between the connected objects. For example, "something that has some kind of electrical action" includes electrodes or wiring, as well as switching elements such as transistors, resistive elements, coils, and other elements with various functions.
本明細書等において、特に断りがない場合、オン電流とは、トランジスタがオン状態(導通状態ともいう)にあるときのドレイン電流(Idとも記す)をいう。オン状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧(VgまたはVgsとも記す)がしきい値電圧(Vthとも記す)以上である状態、pチャネル型トランジスタでは、しきい値電圧以下である状態をいう。 In this specification, unless otherwise specified, on-current refers to the drain current (also written as Id) when a transistor is in the on state (also called the conductive state). Unless otherwise specified, the on state refers to a state in which the voltage between the gate and source (also written as Vg or Vgs) is equal to or higher than the threshold voltage (also written as Vth) in an n-channel transistor, and a state in which it is equal to or lower than the threshold voltage in a p-channel transistor.
本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのソース−ドレイン間のリーク電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧がしきい値電圧よりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、しきい値電圧よりも高い状態をいう。 Unless otherwise specified in this specification, the off-state current refers to the leakage current between the source and drain when the transistor is in the off state (also called the non-conducting state or cut-off state).Unless otherwise specified, the off-state refers to a state in which the voltage between the gate and source is lower than the threshold voltage in an n-channel transistor, and a state in which the voltage is higher than the threshold voltage in a p-channel transistor.
本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−10度以上10度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5度以上5度以下の場合も含まれる。また、「概略平行」とは、二つの直線が−30度以上30度以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80度以上100度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85度以上95度以下の場合も含まれる。また、「概略垂直」とは、二つの直線が60度以上120度以下の角度で配置されている状態をいう。 In this specification, "parallel" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10 degrees or more and 10 degrees or less. This therefore includes cases in which the angle is -5 degrees or more and 5 degrees or less. "Approximately parallel" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -30 degrees or more and 30 degrees or less. "Perpendicular" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 degrees or more and 100 degrees or less. This therefore includes cases in which the angle is 85 degrees or more and 95 degrees or less. "Approximately perpendicular" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.
本明細書等において「上面形状が概略一致」とは、積層した層と層との間で少なくとも輪郭の一部が重なることをいう。例えば、上層と下層とが、同一のマスクパターン、または一部が同一のマスクパターンにより加工された場合を含む。ただし、厳密には輪郭が重なり合わず、上層が下層の内側に位置すること、または上層が下層の外側に位置することもあり、この場合も「上面形状が概略一致」という場合がある。また、上面形状が一致または概略一致している場合、端部が揃っている、または概略揃っているということもできる。 In this specification, "top surface shapes roughly match" means that at least a portion of the contours of the stacked layers overlap. For example, this includes cases where the upper and lower layers are processed using the same mask pattern, or where parts of the mask pattern are the same. However, strictly speaking, the contours may not overlap, and the upper layer may be located inside the lower layer, or outside the lower layer, in which case it may also be said that "top surface shapes roughly match." Furthermore, when the top surface shapes match or roughly match, it can also be said that the edges are aligned or roughly aligned.
本明細書等において、テーパ形状とは、構造の側面の少なくとも一部が、基板面または被形成面に対して傾斜して設けられている形状のことを指す。例えば、傾斜した側面と基板面または被形成面とがなす角(テーパ角ともいう)が90度未満である領域を有すると好ましい。なお、構造の側面、基板面、及び被形成面は、必ずしも完全に平坦である必要はなく、微小な曲率を有する略平面状、または微細な凹凸を有する略平面状であってもよい。 In this specification, a tapered shape refers to a shape in which at least a portion of the side of the structure is inclined with respect to the substrate surface or the surface to be formed. For example, it is preferable to have a region in which the angle (also called the taper angle) between the inclined side and the substrate surface or the surface to be formed is less than 90 degrees. Note that the side of the structure, the substrate surface, and the surface to be formed do not necessarily need to be completely flat, and may be approximately planar with a slight curvature, or approximately planar with fine irregularities.
本明細書等において、メタルマスク、またはFMM(ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク)を用いて作製されるデバイスをMM(メタルマスク)構造のデバイスと呼称する場合がある。また、本明細書等において、メタルマスク、またはFMMを用いずに作製されるデバイスをMML(メタルマスクレス)構造のデバイスと呼称する場合がある。なお、MML構造のデバイスは、メタルマスクを用いることなく製造することができるため、メタルマスクの合わせ精度に起因する精細度の上限を超えることができる。また、MML構造のデバイスは、メタルマスクの製造に係る設備およびメタルマスクの洗浄工程を不要にすることができる。また、MML構造のデバイスは、製造コストを低く抑えることが可能となるため、大量生産に適している。 In this specification, etc., a device manufactured using a metal mask or an FMM (fine metal mask, high-definition metal mask) may be referred to as a device with an MM (metal mask) structure. Also, in this specification, etc., a device manufactured without using a metal mask or an FMM may be referred to as a device with an MML (metal maskless) structure. Note that since devices with an MML structure can be manufactured without using a metal mask, they can exceed the upper limit of fineness resulting from the alignment accuracy of the metal mask. Furthermore, devices with an MML structure can eliminate the need for equipment related to the manufacture of metal masks and the process of cleaning the metal masks. Furthermore, devices with an MML structure are suitable for mass production because they make it possible to keep manufacturing costs low.
本明細書等では、発光波長が異なる発光素子(発光デバイスともいう)で発光層を作り分ける構造をSBS(Side By Side)構造と呼ぶ場合がある。 In this specification, a structure in which separate light-emitting layers are created for light-emitting elements (also called light-emitting devices) with different emission wavelengths is sometimes referred to as an SBS (Side By Side) structure.
本明細書等において、正孔または電子を、「キャリア」といって示す場合がある。例えば、発光素子における正孔注入層または電子注入層を「キャリア注入層」といい、正孔輸送層または電子輸送層を「キャリア輸送層」といい、正孔ブロック層または電子ブロック層を「キャリアブロック層」という場合がある。なお、上述のキャリア注入層、キャリア輸送層、及びキャリアブロック層は、明確に区別できない場合がある。また、1つの層が、キャリア注入層、キャリア輸送層、及びキャリアブロック層のうち2つまたは3つの機能を兼ねる場合がある。 In this specification and the like, holes or electrons may be referred to as "carriers". For example, the hole injection layer or electron injection layer in a light-emitting element may be referred to as a "carrier injection layer", the hole transport layer or electron transport layer may be referred to as a "carrier transport layer", and the hole block layer or electron block layer may be referred to as a "carrier block layer". Note that the above-mentioned carrier injection layer, carrier transport layer, and carrier block layer may not be clearly distinguishable. Also, one layer may have two or three functions among the carrier injection layer, carrier transport layer, and carrier block layer.
本明細書等において、発光素子は、一対の電極間にEL層を有する。EL層は、少なくとも発光層を有する。ここで、EL層が有する層(機能層ともいう)として、発光層、キャリア注入層(正孔注入層及び電子注入層)、キャリア輸送層(正孔輸送層及び電子輸送層)、及び、キャリアブロック層(正孔ブロック層及び電子ブロック層)などが挙げられる。本明細書等において、受光素子(受光デバイスともいう)は、一対の電極間に少なくとも光電変換層として機能する活性層を有する。本明細書等では、一対の電極の一方を画素電極と記し、他方を共通電極と記すことがある。 In this specification, the light-emitting element has an EL layer between a pair of electrodes. The EL layer has at least a light-emitting layer. Here, examples of layers (also called functional layers) that the EL layer has include a light-emitting layer, a carrier injection layer (hole injection layer and electron injection layer), a carrier transport layer (hole transport layer and electron transport layer), and a carrier block layer (hole block layer and electron block layer). In this specification, the light-receiving element (also called a light-receiving device) has at least an active layer that functions as a photoelectric conversion layer between a pair of electrodes. In this specification, one of the pair of electrodes may be referred to as a pixel electrode, and the other as a common electrode.
本明細書等において、犠牲層とは、少なくとも発光層(より具体的には、EL層を構成する層のうち、島状に加工される層)の上方に位置し、製造工程中において、当該発光層を保護する機能を有する。 In this specification, the sacrificial layer is a layer that is located at least above the light-emitting layer (more specifically, the layer that is processed into an island shape among the layers that make up the EL layer) and has the function of protecting the light-emitting layer during the manufacturing process.
本明細書等において、段切れとは、層、膜、または電極が、被形成面の形状(例えば段差など)に起因して分断される現象を示す。 In this specification, step discontinuity refers to the phenomenon in which a layer, film, or electrode is separated due to the shape of the surface on which it is formed (e.g., a step, etc.).
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置について、図1A乃至図23Bを用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 23B.
本発明の一態様は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第1の絶縁層と、を有する半導体装置である。 One aspect of the present invention is a semiconductor device having a first transistor, a second transistor, and a first insulating layer.
第1のトランジスタは、第1の導電層と、第1の金属酸化物層と、ゲート絶縁層と、第1のゲート電極と、を有する。第1のトランジスタにおいて、第1の導電層はソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。第1の金属酸化物層は、第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域を有するとともに、チャネル形成領域を有する。また、第1のトランジスタにおいて、第1の金属酸化物層の第1の導電層と接する領域はソース領域及びドレイン領域の一方として機能する。 The first transistor has a first conductive layer, a first metal oxide layer, a gate insulating layer, and a first gate electrode. In the first transistor, the first conductive layer functions as one of a source electrode and a drain electrode. The first metal oxide layer has a region that functions as the other of the source electrode and drain electrode of the first transistor, and also has a channel formation region. In the first transistor, the region of the first metal oxide layer that is in contact with the first conductive layer functions as one of a source region and a drain region.
第2のトランジスタは、第2の導電層と、第3の導電層と、第2の金属酸化物層と、ゲート絶縁層と、第2のゲート電極と、を有する。第2のトランジスタにおいて、第2の導電層はソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、第3の導電層はソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。第2の金属酸化物層は、第2のトランジスタのチャネル形成領域を有する。また、第2のトランジスタにおいて、第2の金属酸化物層の第2の導電層と接する領域はソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、第2の金属酸化物層の第3の導電層と接する領域はソース領域及びドレイン領域の他方として機能する。 The second transistor has a second conductive layer, a third conductive layer, a second metal oxide layer, a gate insulating layer, and a second gate electrode. In the second transistor, the second conductive layer functions as one of the source electrode and the drain electrode, and the third conductive layer functions as the other of the source electrode and the drain electrode. The second metal oxide layer has a channel formation region of the second transistor. In addition, in the second transistor, a region of the second metal oxide layer in contact with the second conductive layer functions as one of the source region and the drain region, and a region of the second metal oxide layer in contact with the third conductive layer functions as the other of the source region and the drain region.
第1の絶縁層は、第1の導電層及び第2の導電層上に位置する。第3の導電層は、第1の絶縁層を介して第2の導電層と重なる領域を有する。第1の絶縁層は、第1の導電層に達する第1の開口部を有する。第1の絶縁層及び第3の導電層は、第2の導電層に達する第2の開口部を有する。 The first insulating layer is located on the first conductive layer and the second conductive layer. The third conductive layer has an area that overlaps with the second conductive layer via the first insulating layer. The first insulating layer has a first opening that reaches the first conductive layer. The first insulating layer and the third conductive layer have a second opening that reaches the second conductive layer.
第1の金属酸化物層は、第1の開口部において第1の導電層の上面と接する第1の領域と、第1の開口部において第1の絶縁層の側面と接する第2の領域と、第1の絶縁層の上面と接する第3の領域と、を有する。第3の領域は、第2の領域と接する。 The first metal oxide layer has a first region that contacts the top surface of the first conductive layer at the first opening, a second region that contacts the side surface of the first insulating layer at the first opening, and a third region that contacts the top surface of the first insulating layer. The third region contacts the second region.
第2の金属酸化物層は、第2の開口部において第2の導電層の上面と接する第4の領域と、第2の開口部において第1の絶縁層の側面と接する第5の領域と、第2の開口部において第3の導電層の側面と接する第6の領域と、を有する。さらに、第2の金属酸化物層は、第3の導電層の上面と接する第7の領域を有することが好ましい。 The second metal oxide layer has a fourth region in contact with the top surface of the second conductive layer at the second opening, a fifth region in contact with the side surface of the first insulating layer at the second opening, and a sixth region in contact with the side surface of the third conductive layer at the second opening. Furthermore, it is preferable that the second metal oxide layer has a seventh region in contact with the top surface of the third conductive layer.
ゲート絶縁層は、第1の金属酸化物層及び第2の金属酸化物層上に位置し、かつ第1の金属酸化物層及び第2の金属酸化物層と接する。第1のゲート電極は、第1の開口部において、ゲート絶縁層を介して第1の金属酸化物層と重なる領域を有する。第2のゲート電極は、第2の開口部において、ゲート絶縁層を介して第2の金属酸化物層と重なる領域を有する。 The gate insulating layer is located on the first metal oxide layer and the second metal oxide layer, and is in contact with the first metal oxide layer and the second metal oxide layer. The first gate electrode has a region that overlaps with the first metal oxide layer through the gate insulating layer at the first opening. The second gate electrode has a region that overlaps with the second metal oxide layer through the gate insulating layer at the second opening.
第1の領域、第3の領域、第4の領域及び第7の領域はそれぞれ、不純物元素として第1の元素を有する。第1の元素として、例えば、ホウ素またはリンを好適に用いることができる。第1の領域、第3の領域、第4の領域及び第7の領域が第1の元素を有することにより、これらの領域の電気抵抗を低くすることができる。これにより、第3の領域は、第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能することができる。また、第1のトランジスタのソース領域及びドレイン領域の一方の電気抵抗を低くすることが、オン電流を大きくすることができる。同様に、第2のトランジスタのソース領域及びドレイン領域の電気抵抗を低くすることができ、オン電流を大きくすることができる。 The first region, the third region, the fourth region, and the seventh region each have a first element as an impurity element. For example, boron or phosphorus can be suitably used as the first element. By having the first region, the third region, the fourth region, and the seventh region have the first element, the electrical resistance of these regions can be reduced. This allows the third region to function as the other of the source electrode and drain electrode of the first transistor. Furthermore, reducing the electrical resistance of one of the source region and drain region of the first transistor can increase the on-current. Similarly, the electrical resistance of the source region and drain region of the second transistor can be reduced, and the on-current can be increased.
第1のトランジスタ及び第2のトランジスタはそれぞれ、ソース電極とドレイン電極とに挟持される絶縁層の厚さにより、チャネル長を制御することができる。つまり、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのチャネル長は、作製に用いる露光装置の露光性能に影響されない。したがって、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのチャネル長を、露光装置が露光可能な寸法の最小値(以下、最小寸法とも記す)よりも短くすることができる。チャネル長を短くすることにより、オン電流の大きいトランジスタとすることができる。また、ソース電極、チャネル形成領域を有する層、及びドレイン電極を、重ねて設けることができるため、半導体装置の占有面積を大幅に縮小できる。 The channel length of the first transistor and the second transistor can be controlled by the thickness of the insulating layer sandwiched between the source electrode and the drain electrode. In other words, the channel length of the first transistor and the second transistor is not affected by the exposure performance of the exposure device used in the fabrication. Therefore, the channel length of the first transistor and the second transistor can be made shorter than the minimum value of the dimension that the exposure device can expose (hereinafter also referred to as the minimum dimension). By shortening the channel length, it is possible to make the transistor have a large on-current. In addition, since the source electrode, the layer having the channel formation region, and the drain electrode can be provided in an overlapping manner, the occupation area of the semiconductor device can be significantly reduced.
第1のトランジスタにおいて、第1の金属酸化物層がソース電極及びドレイン電極の他方として機能する第3の領域を有するため、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層を別途設ける必要が無い。したがって、第1のトランジスタを用いることにより、半導体装置の占有面積をさらに小さくすることができる。また、第1の金属酸化物層に用いる材料によっては、第1のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する第3の領域の電気抵抗より、第2のトランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する第3の導電層の電気抵抗が低くなる場合がある。ソース電極及びドレイン電極の他方が配線として機能し、当該配線に求められる配線抵抗が比較的低い場合は、第2のトランジスタを好適に用いることができる。 In the first transistor, since the first metal oxide layer has a third region that functions as the other of the source electrode and drain electrode, there is no need to provide a conductive layer that functions as the other of the source electrode and drain electrode. Therefore, by using the first transistor, the occupation area of the semiconductor device can be further reduced. Depending on the material used for the first metal oxide layer, the electrical resistance of the third conductive layer that functions as the other of the source electrode and drain electrode of the second transistor may be lower than the electrical resistance of the third region that functions as the other of the source electrode and drain electrode of the first transistor. When the other of the source electrode and drain electrode functions as wiring and the wiring resistance required for the wiring is relatively low, the second transistor can be preferably used.
以下では、より具体的な例について、図面を用いて説明する。 Below, more specific examples are explained using drawings.
<構成例1>
〔構成例1−1〕
本発明の一態様である半導体装置について、説明する。半導体装置10の上面図(平面図ともいう)を、図1Aに示す。図1Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を図1Bに示し、一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図を図1Cに示す。なお、図1Aにおいて、半導体装置10の構成要素の一部(ゲート絶縁層等)を省略している。半導体装置の上面図については、以降の図面においても図1Aと同様に、構成要素の一部を省略する。
<Configuration Example 1>
[Configuration Example 1-1]
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described. A top view (also referred to as a plan view) of a
半導体装置10は、トランジスタ100と、トランジスタ200と、絶縁層110と、を有する。半導体装置10は、絶縁表面上に設けられる。図1B及び図1Cでは、半導体装置10が絶縁表面を有する基板102上に設けられる構成を示している。なお、基板102上に絶縁膜を設け、当該絶縁膜上に半導体装置10を設けることもできる。トランジスタ100とトランジスタ200は互いに異なる構造を有し、一部の工程を共通にして同じ基板上に形成することができる。
The
トランジスタ100の斜視図を、図2A及び図2Bに示す。図2Bは、図2Aに示す一点鎖線C1−C2における切断面を示している。トランジスタ200の斜視図を、図2C及び図2Dに示す。図2Dは、図2Cに示す一点鎖線C3−C4における切断面を示している。なお、図2A乃至図2Dでは、絶縁層110及び絶縁層106を透過させ、輪郭を破線で示している。また、図1Bに示すトランジスタ100の拡大図を図3Aに示し、トランジスタ200の拡大図を図3Bに示す。
The perspective views of the
トランジスタ100は、導電層104と、絶縁層106と、層108と、導電層112と、を有する。トランジスタ100において、導電層104はゲート電極として機能し、絶縁層106はゲート絶縁層として機能し、導電層112はソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。層108は、半導体材料を含む。層108は、トランジスタ100のチャネル形成領域を有するとともに、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域を有する。
The
トランジスタ200は、導電層204と、絶縁層106と、層208と、導電層212aと、導電層212bと、を有する。トランジスタ200において、導電層204はゲート電極として機能し、絶縁層106はゲート絶縁層として機能し、導電層212aはソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、導電層212bはソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。層208は、半導体材料を含む。層208は、トランジスタ200のチャネル形成領域を有する。
The
トランジスタ100及びトランジスタ200を覆うように、絶縁層195が設けられる。絶縁層195は、トランジスタ100及びトランジスタ200の保護層として機能する。なお、図2A乃至図2Dに示す斜視図では絶縁層195を省略している。
An insulating
基板102上に導電層112及び導電層212aが設けられ、導電層112及び導電層212a上に絶縁層110が設けられ、絶縁層110上に導電層212bが設けられる。絶縁層110は、導電層112の上面及び側面、導電層212aの上面及び側面、並びに基板102の上面と接する領域を有する。導電層212bは、絶縁層110の上面と接する領域を有する。導電層212bは、絶縁層110を介して導電層212aと重なる領域を有する。絶縁層110は、導電層212aと導電層212bに挟持される領域を有するともいえる。導電層212aは、導電層112と同じ工程で形成することができる。例えば、導電層112及び導電層212aとなる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層112及び導電層212aを形成できる。または、導電層212aを導電層112と異なる工程で形成することもできる。導電層212aと導電層112を異なる工程で形成することにより、導電層212aと導電層112で異なる材料を用いることができるため、材料の選択の幅を広げることができる。
The
絶縁層110は、導電層112に達する開口部141と、導電層212aに達する開口部241と、を有する。開口部141において導電層112が露出し、開口部241において導電層212aが露出するともいえる。開口部241は、開口部141と同じ工程で形成することができる。例えば、導電層112及び導電層212a上に絶縁層110となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、開口部141及び開口部241を有する絶縁層110を形成できる。または、開口部241を開口部141と異なる工程で形成することもできる。
The insulating
導電層212bは、導電層212aと重なる領域に開口部243を有する。開口部243は、開口部241と重なる領域に設けられる。なお、図1B等では絶縁層110が有する開口部241と、導電層212bが有する開口部243に異なる符号を付しているが、これらの開口部をまとめて1つの開口部ということができる。つまり、絶縁層110及び導電層212bは、導電層212aに達する開口部を有するということができる。
The
開口部141を覆うように、層108が設けられる。層108は、開口部141に沿って設けられる。層108は、開口部141において導電層112の上面と接する領域と、開口部141において絶縁層110の側面と接する領域と、絶縁層110の上面と接する領域と、を有する。層108は、絶縁層110の上面及び側面、並びに導電層112の上面の形状に沿った形状を有する。層108の導電層112と接する領域は、トランジスタ100のソース領域及びドレイン領域の一方として機能する。
The
層108は、開口部141において導電層112と接する第1の領域と、開口部141において絶縁層110の側面と接する第2の領域と、絶縁層110の上面と接する第3の領域と、を有する。第3の領域は、第2の領域と接する。また、第2の領域は、第1の領域と接する。第3の領域は第2の領域と連続し、第2の領域は第1の領域と連続するともいえる。または、第3の領域は第2の領域と一続きであり、第2の領域は第1の領域と一続きであるともいえる。
開口部241及び開口部243を覆うように、層208が設けられる。層208は、開口部241及び開口部243に沿って設けられる。層208は、開口部241において導電層212aの上面と接する領域と、開口部241において絶縁層110の側面と接する領域と、開口部243において導電層212bの側面と接する領域と、を有する。さらに、層208は、導電層212bの上面と接する領域を有することが好ましい。層208は、導電層212bの上面及び側面、絶縁層110の側面、並びに導電層212aの上面の形状に沿った形状を有する。層208の導電層212aと接する領域は、トランジスタ200のソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、導電層212bと接する領域は、ソース領域及びドレイン領域の他方として機能する。
The
導電層212bは、絶縁層110及び層208と接し、これらに挟持される領域を有することが好ましい。層208が導電層212bの側面だけでなく上面とも接することにより、層208と導電層212bとの接触面積が大きくなり、層208と導電層212bの接触抵抗を低くすることができる。これにより、トランジスタ200のオン電流を大きくすることができる。なお、図1B等では、層208の端部が導電層212bの上面に接する構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。層208の端部が、導電層212bの開口部243に面しない側の端部と一致または概略一致する構成とすることができる。または、層208が導電層212bの開口部243に面しない側の端部も覆い、層208の端部が絶縁層110の上面に接する構成とすることができる。なお、層208が導電層212bの上面と接せず、導電層212bの開口部243側の側面とのみ接する構成とすることもできる。
It is preferable that the
層208は、層108と同じ工程で形成することができる。例えば、層108及び層208となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、層108及び層208を形成できる。なお、層108と層208を異なる工程で形成することもできる。層108と層208を異なる工程で形成することにより、層108と層208で異なる材料を用いることができるため、材料の選択の幅を広げることができる。
図1A等に示すように、開口部241の上面形状と開口部243の上面形状とは互いに一致、または概略一致させることができる。このとき、図1B及び図1C等に示すように、導電層212bの開口部243側の下面端部は、絶縁層110の開口部241側の上面端部と一致、または概略一致することが好ましい。導電層212bの下面とは、絶縁層110側の面を指す。絶縁層110の上面とは、導電層212b側の面を指す。なお、開口部241の上面形状と開口部243の上面形状とは互いに一致しない構成とすることもできる。開口部243の上面形状が開口部241の上面形状と一致しない場合、上面視(平面視ともいう)において開口部243が開口部241を包含することが好ましい。開口部243の上面形状が開口部241の上面形状と一致、または上面視において開口部243が開口部241を包含することにより、層208の被覆性を高めることができる。
As shown in FIG. 1A, etc., the top shape of the
本明細書等において、開口部141の上面形状とは、絶縁層110の開口部141側の上面端部の形状を指す。開口部241の上面形状とは、絶縁層110の開口部241側の上面端部の形状を指す。開口部243の上面形状とは、導電層212bの開口部243側の下面端部の形状を指す。
In this specification, the top surface shape of
層108、層208、導電層212b及び絶縁層110上に、絶縁層106が設けられる。絶縁層106は、層108の上面及び側面、層208の上面及び側面、導電層212bの上面及び側面、並びに絶縁層110の上面と接する領域を有する。絶縁層106の一部はトランジスタ100のゲート絶縁層として機能し、他の一部はトランジスタ200のゲート絶縁層として機能する。絶縁層106は、開口部141、開口部241及び開口部243を覆うように設けられ、層108の上面及び側面、層208の上面及び側面、導電層212bの上面及び側面、並びに絶縁層110の上面の形状に沿った形状を有する。
The insulating
絶縁層106上に、導電層104及び導電層204が設けられる。導電層104及び導電層204はそれぞれ、絶縁層106と接する領域を有し、絶縁層106の上面及び側面の形状に沿った形状を有する。導電層104は、開口部141において、絶縁層106を介して層108と重なる領域を有する。導電層204は、開口部241において、絶縁層106を介して層208と重なる領域を有する。導電層104は、開口部141を覆うように設けられ、開口部141において絶縁層106の上面及び側面の形状に沿った形状を有する。導電層204は、開口部241及び開口部243を覆うように設けられ、開口部241及び開口部243において絶縁層106の上面及び側面の形状に沿った形状を有する。導電層204は、導電層104と同じ工程で形成することができる。例えば、導電層104及び導電層204となる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層104及び導電層204を形成できる。なお、導電層104と導電層204を異なる工程で形成することもできる。導電層104と導電層204を異なる工程で形成することにより、導電層104と導電層204で異なる材料を用いることができるため、材料の選択の幅を広げることができる。
The
層108は、領域108Da及び領域108Dbを有する。層208は、領域208Da及び領域208Dbを有する。領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、不純物元素を有する。領域108Da及び領域108Dbはそれぞれ、層108の他の領域(例えば、チャネル形成領域)よりも不純物元素の濃度が高く、かつ電気抵抗が低い領域である。層108において、トランジスタ100のチャネル形成領域は、領域108Daと領域108Dbとの間に位置する。領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、層208の他の領域(例えば、チャネル形成領域)よりも不純物元素の濃度が高く、かつ電気抵抗が低い領域である。層208において、トランジスタ200のチャネル形成領域は、領域208Daと領域208Dbとの間に位置する。
The
図3A等では、層108の導電層112の上面と接する領域のうち、導電層112の上面と導電層104の下面との間に位置する領域に、領域108Daが形成され、層108の絶縁層110の上面と接する領域に、領域108Dbが形成されている例を示す。領域108Daが形成される領域は、これに限られず、例えば、層108の導電層112の上面と接する領域全体に、領域108Daが形成される構成とすることができる。領域108Dbは、層108における、絶縁層110の側面と接する領域の一部にも設けられる構成とすることができる。例えば、層108に不純物元素が供給される際に、または不純物元素が供給された後の工程で加わる熱によって、不純物元素が拡散する場合がある。なお、図3A等の断面図では、領域108Dbが2つ示されるが、上面視において領域108Dbは1つにつながっている。なお、層108が、互いに分離された複数の領域108Dbを有する構成とすることもできる。
3A and the like show an example in which region 108Da is formed in a region located between the upper surface of
層108が領域108Daを有することにより、トランジスタ100のソース領域及びドレイン領域の一方の電気抵抗を低くすることができる。これにより、ソース領域及びドレイン領域の一方と導電層112との接触抵抗を低くすることができる。したがって、トランジスタ100のオン電流を大きくすることができる。
By having the region 108Da in the
領域108Dbは、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。層108の一部(ここでは、領域108Db)がソース電極及びドレイン電極の他方として機能することにより、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層を別途設ける必要が無い。したがって、トランジスタ100を構成する層の数を少なくすることができる。
Region 108Db functions as the other of the source electrode and drain electrode of
ここで、半導体装置の作製にフォトリソグラフィ法を用いる場合、デザインルールに従って半導体装置の各構成要素が配置される。フォトリソグラフィ法を用いて形成される構成要素として、例えば、トランジスタ100及びトランジスタ200が有する各層(ここでは、層108、導電層104及び導電層204等)が挙げられる。また、開口部141、開口部241及び開口部243もデザインルールに従って配置される。半導体装置がフォトリソグラフィ法を用いて形成される配線を有する場合、当該配線もデザインルールに従って配置される。デザインルールとして、例えば、層の幅(以下、ラインとも記す)、及び配線の幅、並びに同じレイヤにおける層と層との間隔(以下、スペースとも記す)、層と配線との間隔、及び配線と配線との間隔が挙げられる。また、開口部のサイズもデザインルールに含まれる。異なるレイヤ間においては、露光装置の位置合わせの精度(以下、位置合わせ精度、または重ね合わせ精度とも記す)を考慮して、層、開口部及び配線を配置する必要がある。トランジスタ100は、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層を別途設けないため、当該導電層の分のスペース及び重ね合わせ精度を考慮する必要がない。したがって、トランジスタ100と、隣り合う素子(例えば、トランジスタ及び容量素子)または配線との距離を短くすることができ、半導体装置の占有面積を小さくすることができる。なお、フォトリソグラフィ法によって形成される層、開口部及び配線、またはこれらの形成に用いられるフォトレジストの上面形状をパターンと呼ぶ場合がある。
Here, when photolithography is used to manufacture a semiconductor device, each component of the semiconductor device is arranged according to a design rule. Examples of components formed using photolithography include the layers (here, layers 108,
層208は、絶縁層110が有する開口部241、及び導電層212bが有する開口部243を覆うように設けられる。また、前述したように、開口部243の上面形状が開口部241の上面形状と一致、または、上面視において開口部243が開口部241を包含することにより、層208の被覆性を高めることができる。開口部241及び開口部243の形成においては、これらの開口部の上面形状が一致、または開口部243が開口部241を包含するような加工条件を用いることが好ましい。一方、層108は、絶縁層110が有する開口部141を覆うように設けられる。トランジスタ100は導電層212bに相当する導電層を有さないため、開口部241及び開口部243の形成と比較して、開口部141の形成の難易度が低くなる。したがって、同じ工程で開口部141及び開口部241を形成する場合であっても、開口部241と比較して、開口部141のサイズを微細にすることもできる。
The
トランジスタ100を構成する層の数を少なくすることにより、トランジスタ100に起因する凹凸を小さくすることができる。ここで、層の被形成面の凹凸が大きい場合、当該層の被覆性が低くなることにより段切れまたは鬆が生じる、当該層を加工する際にエッチング残さが生じる、といった不具合が発生する恐れがある。トランジスタ100に起因する凹凸が小さくなることにより、トランジスタ100上に設けられる層の形成における不具合(例えば、段切れ、鬆及びエッチング残さ)の発生が抑制され、製造歩留まりを高めることができる。
By reducing the number of layers constituting the
トランジスタ200は、絶縁層110上にソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層212bを有する。層208は、絶縁層110上において、導電層212bと接する領域を有する。一方、トランジスタ100は、層108の一部(ここでは、領域108Db)がソース電極及びドレイン電極の他方として機能するため、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層を別途有さない。つまり、層108は、絶縁層110上において、導電層を介さずに設けられる。層108の絶縁層110の側面と接する領域と、絶縁層110の上面と接する領域とが一続きとなる。
The
トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域108Db、及びチャネル形成領域を有する層108と比較して、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層212bは、材料の選択の幅が広くなる。したがって、層108に用いる材料によっては、領域108Dbの電気抵抗よりも導電層212bの電気抵抗が低くなる場合がある。ソース電極及びドレイン電極の他方が配線として機能し、当該配線の長さが長く、当該配線に求められる配線抵抗が比較的低い場合は、導電層212bを有するトランジスタ200を好適に用いることができる。トランジスタ200を用いることにより、高速に動作する半導体装置とすることができる。一方、当該配線の長さが短く、当該配線に求められる配線抵抗が比較的高い場合は、トランジスタ100を好適に用いることができる。トランジスタ100を用いることにより、占有面積の小さい半導体装置とすることができる。
Compared to the region 108Db functioning as the other of the source electrode and drain electrode of the
図3B等では、層208の導電層212aの上面と接する領域のうち、導電層212aの上面と導電層204の下面との間に位置する領域に、領域208Daが形成され、層208の導電層212bの上面と接する領域に、領域208Dbが形成されている例を示す。領域208Daが形成される領域は、これに限られず、例えば、層208の導電層212aの上面と接する領域全体に、領域208Daが形成される構成とすることができる。領域208Dbは、層208における、導電層212bの側面と接する領域にも設けられる構成とすることができる。また、領域208Dbは、層208における、絶縁層110の側面と接する領域の一部にも設けられる構成とすることができる。例えば、層208に不純物元素が供給される際に、または不純物元素が供給された後の工程で加わる熱によって、不純物元素が拡散する場合がある。なお、図3B等の断面図では、領域208Dbが2つ示されるが、上面視において領域208Dbは1つにつながっている。1つにつながった領域208Dbとすることにより、領域208Dbと導電層212bの接触面積が大きくなり、領域208Dbと導電層212bの接触抵抗を低くすることができる。なお、層208が、互いに分離された複数の領域208Dbを有する構成とすることもできる。
3B and other figures show an example in which region 208Da is formed in a region located between the upper surface of
層208が領域208Da及び領域208Dbを有することにより、層208のソース領域及びドレイン領域の電気抵抗を低くすることができる。これにより、ソース領域及びドレイン領域の一方と導電層212aとの接触抵抗、並びにソース領域及びドレイン領域の他方と導電層212bとの接触抵抗をそれぞれ低くすることができる。したがって、トランジスタ200のオン電流を大きくすることができる。
By having the
前述したように、層108の導電層112と接する領域はトランジスタ100のソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、領域108Dbはトランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。層108のうち、ソース領域及びドレイン領域の一方として機能する領域と、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域との間において、絶縁層106を介して導電層104と重なる領域が、トランジスタ100のチャネル形成領域として機能する。層208の導電層212aと接する領域はトランジスタ200のソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、導電層212bと接する領域はトランジスタ200のソース領域及びドレイン領域の他方として機能する。層208のうち、ソース領域とドレイン領域との間において、絶縁層106を介して導電層204と重なる領域が、トランジスタ200のチャネル形成領域として機能する。
As described above, the region of the
トランジスタ100及びトランジスタ200はそれぞれ、被形成面である基板102の表面に対してソース電極とドレイン電極が異なる高さに位置し、基板102の表面に対して垂直方向、または概略垂直方向にドレイン電流が流れる。すなわち、チャネル長方向が高さ方向(縦方向)の成分を有するといえるため、トランジスタ100及びトランジスタ200はそれぞれ、VFET(Vertical Field Effect Transistor)、縦型トランジスタ、縦型チャネルトランジスタ、縦チャネル型トランジスタなどとも呼ぶことができる。
In
トランジスタ100のチャネル長、及びトランジスタ200のチャネル長はそれぞれ、絶縁層110の厚さで制御することができる。具体的には、トランジスタ100においては、導電層112と層108との間に設けられる絶縁層110の厚さでチャネル長を制御することができる。トランジスタ200においては、導電層212aと導電層212bとの間に設けられる絶縁層110の厚さでチャネル長を制御することができる。したがって、トランジスタの作製に用いる露光装置の露光の最小寸法よりも短いチャネル長を有するトランジスタ100及びトランジスタ200を精度高く作製できる。また、複数のトランジスタの特性ばらつきが低減されることにより、半導体装置10の動作が安定し、信頼性を高めることができる。また、トランジスタの特性ばらつきが減ると、回路設計の自由度が高くなり、半導体装置10の動作電圧を低くすることができる。よって、半導体装置10の消費電力を低減できる。
The channel length of the
トランジスタ100は、ソース電極及びドレイン電極の一方と、ソース電極及びドレイン電極の他方、並びにチャネル形成領を有する層と、を重ねて設けることができる。また、トランジスタ200は、ソース電極と、チャネル形成領域を有する層と、ドレイン電極と、を重ねて設けることができる。したがって、これらを平面状に配置した、いわゆるプレナー型のトランジスタと比較して、占有面積を大幅に縮小できる。これにより、小型の半導体装置とすることができる。
領域108Db、導電層112及び導電層104はそれぞれ、配線として機能することができ、トランジスタ100はこれらの配線が重なる領域に設けることができる。同様に、導電層212a、導電層212b及び導電層204はそれぞれ、配線として機能することができ、トランジスタ200はこれらの配線が重なる領域に設けることができる。つまり、トランジスタ100、トランジスタ200及び配線を有する回路において、これらの占有面積を縮小することができる。したがって、回路の占有面積を縮小することができ、小型の半導体装置とすることができる。
Region 108Db,
例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示装置の画素回路に適用する場合、画素回路の占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。また、例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示装置の駆動回路(例えば、ゲート線駆動回路及びソース線駆動回路の一方または双方)に適用する場合、駆動回路の占有面積を縮小することができ、狭額縁の表示装置とすることができる。 For example, when a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a pixel circuit of a display device, the area occupied by the pixel circuit can be reduced, and a high-definition display device can be obtained. Furthermore, for example, when a semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a driver circuit of a display device (e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit), the area occupied by the driver circuit can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained.
層108及び層208に用いる半導体材料は、特に限定されない。例えば、単体元素よりなる半導体、または化合物半導体を用いることができる。単体元素よりなる半導体として、例えば、シリコン、及びゲルマニウムが挙げられる。化合物半導体として、例えば、ヒ化ガリウム、及びシリコンゲルマニウムが挙げられる。その他、化合物半導体として、例えば、有機半導体、窒化物半導体、及び酸化物半導体(OS:Oxide Semiconductor)が挙げられる。なお、これらの半導体材料に、ドーパントとして不純物が含まれてもよい。
The semiconductor material used for
層108及び層208に用いる半導体材料の結晶性は特に限定されず、非晶質半導体、単結晶半導体、または単結晶以外の結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いることができる。単結晶半導体または結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
The crystallinity of the semiconductor material used for
層108及び層208はそれぞれ、例えば、シリコンを用いることができる。シリコンとして、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、及び非晶質シリコンが挙げられる。多結晶シリコンとして、例えば、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly Silicon)が挙げられる。チャネル形成領域に非晶質シリコンを用いたトランジスタは、大型のガラス基板上に形成でき、低コストで作製することができる。チャネル形成領域に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く、高速動作が可能である。また、チャネル形成領域に微結晶シリコンを用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタより電界効果移動度が高く、高速動作が可能である。なお、チャネル形成領域にシリコンを用いたトランジスタをSiトランジスタ、チャネル形成領域にLTPSを用いたトランジスタをLTPSトランジスタと記す場合がある。
The
層108及び層208はそれぞれ、半導体特性を示す金属酸化物(酸化物半導体ともいう)を有することが好ましい。層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、層108及び層208はそれぞれ金属酸化物層ということができる。層108及び層208に用いる金属酸化物のバンドギャップは、2.0eV以上が好ましく、2.5eV以上がより好ましい。
The
酸化物半導体を用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタと記す)は、非晶質シリコンを用いたトランジスタと比較して電界効果移動度が極めて高い。また、OSトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、当該トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。また、OSトランジスタを適用することで、半導体装置の消費電力を低減することができる。 Transistors using an oxide semiconductor (hereinafter referred to as OS transistors) have extremely high field-effect mobility compared to transistors using amorphous silicon. In addition, OS transistors have an extremely small off-state current and can retain charge accumulated in a capacitor connected in series with the transistor for a long period of time. Furthermore, the use of OS transistors can reduce the power consumption of a semiconductor device.
絶縁層110について、説明する。
The insulating
絶縁層110として、無機絶縁層及び有機絶縁層の一方または双方を用いることができる。有機絶縁層に用いることができる材料として、例えば、アクリル樹脂、及びポリイミド樹脂が挙げられる。絶縁層110は、1層以上の無機絶縁層を有することが好ましい。無機絶縁層に用いることができる材料として、例えば、酸化物、窒化物、酸化窒化物、及び窒化酸化物が挙げられる。酸化物として、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化セリウム、ガリウム亜鉛酸化物、及び、ハフニウムアルミネートが挙げられる。窒化物として、例えば、窒化シリコン、及び窒化アルミニウムが挙げられる。酸化窒化物として、例えば、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウム、酸化窒化ガリウム、酸化窒化イットリウム、及び、酸化窒化ハフニウムが挙げられる。窒化酸化物として、例えば、窒化酸化シリコン、及び窒化酸化アルミニウムが挙げられる。
As the insulating
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指す。窒化酸化物とは、その組成として酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。 In this specification and the like, an oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen. An oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen.
絶縁層110は、層108と接する領域及び層208と接する領域を有する。層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、層108と絶縁層110との界面特性、及び層208と絶縁層110との界面特性を向上させるため、絶縁層110の層108と接する領域の少なくとも一部、及び絶縁層110の層208と接する領域の少なくとも一部はそれぞれ、酸素を有することが好ましい。特に、絶縁層110における層108のチャネル形成領域と接する部分、及び層208のチャネル形成領域と接する部分はそれぞれ、酸素を有することが好ましい。絶縁層110のチャネル形成領域と接する部分に、酸化物及び酸化窒化物の一以上を好適に用いることができる。
The insulating
層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、絶縁層110の層108と接する領域の少なくとも一部、及び絶縁層110の層208と接する領域の少なくとも一部はそれぞれ、熱が加わることにより酸素を放出することが好ましい。特に、絶縁層110における層108のチャネル形成領域と接する部分、及び層208のチャネル形成領域と接する部分はそれぞれ、熱が加わることにより酸素を放出することが好ましい。これにより、絶縁層110から層108及び層208に酸素が供給され、層108及び層208中の酸素欠損(VO:Oxygen Vacancy)、及び酸素欠損(VO)に水素が入った欠陥(以下、VOHとも記す)を低減することができる。
When a metal oxide is used for the
ここで、金属酸化物にVOHが増加すると、VOHによりキャリアが生成され、キャリア濃度が高くなる場合がある。特に、チャネル形成領域のキャリア濃度が高いと、トランジスタのしきい値電圧がシフトし、ゲート電圧が0V時に流れるドレイン電流(以下、カットオフ電流とも記す)が大きくなってしまう恐れがある。例えば、nチャネル型トランジスタの場合、しきい値電圧がマイナス側にシフトすることで、カットオフ電流が大きくなってしまう場合がある。また、トランジスタの信頼性が悪くなる場合がある。チャネル形成領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することにより、チャネル形成領域のキャリア濃度が高くなることを抑制できる。これにより、しきい値電圧がシフトすることが抑制され、カットオフ電流が小さいトランジスタとすることができ、消費電力の低い半導体装置とすることができる。また、信頼性の高いトランジスタ及び半導体装置とすることができる。 Here, when V0H is increased in the metal oxide, carriers may be generated by V0H , and the carrier concentration may increase. In particular, when the carrier concentration in the channel formation region is high, the threshold voltage of the transistor may shift, and the drain current (hereinafter also referred to as cutoff current) that flows when the gate voltage is 0 V may increase. For example, in the case of an n-channel transistor, the threshold voltage may shift to the negative side, and the cutoff current may increase. In addition, the reliability of the transistor may decrease. By reducing oxygen vacancies ( V0 ) and V0H in the channel formation region, the carrier concentration in the channel formation region can be suppressed from increasing. As a result, the threshold voltage is suppressed from shifting, and a transistor with a small cutoff current can be obtained, and a semiconductor device with low power consumption can be obtained. In addition, a highly reliable transistor and semiconductor device can be obtained.
絶縁層110は、積層構造を有することが好ましい。図1B等では、絶縁層110が、絶縁層110aと、絶縁層110a上の絶縁層110bと、絶縁層110b上の絶縁層110cと、を有する例を示している。絶縁層110a、絶縁層110b及び絶縁層110cはそれぞれ、絶縁層110で挙げた材料を用いることができる。
The insulating
図3A及び図3Bに示すように、層108は絶縁層110bと接する領域108Mを有し、層208は絶縁層110bと接する領域208Mを有する。領域108Mはトランジスタ100のチャネル形成領域として機能し、領域208Mはトランジスタ200のチャネル形成領域として機能する。絶縁層110の側面に沿って、トランジスタ100及びトランジスタ200のチャネル形成領域が設けられるともいえる。導電層104は絶縁層106を介して領域108Mと重なる部分を有し、導電層204は絶縁層106を介して領域208Mと重なる部分を有する。
As shown in Figures 3A and 3B,
絶縁層110bは酸素を有することが好ましく、前述の酸化物及び酸化窒化物のいずれか一つまたは複数を用いることが好ましい。これにより、層108において、少なくとも領域108Mはトランジスタ100のチャネル形成領域として機能することができる。また、層208において、少なくとも領域208Mはトランジスタ200のチャネル形成領域として機能することができる。絶縁層110bは、シリコンと、酸素と、を有することが好ましい。例えば、絶縁層110bには、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンの一方または双方を好適に用いることができる。なお、図3A等の断面図では、層108の絶縁層110bと接する領域を2つ示しているが、上面視において、領域108Mは1つにつながっている。同様に、図3B等の断面図では、層208の絶縁層110bと接する領域を2つ示しているが、上面視において、領域208Mは1つにつながっている。
The insulating
絶縁層110bには、熱が加わることにより酸素を放出する材料を用いるとより好ましい。半導体装置10の作製工程中に加わる熱により、絶縁層110bが酸素を放出することで、層108及び層208に酸素を供給することができる。絶縁層110bから層108及び層208、特にチャネル形成領域に酸素を供給することで、酸素欠損(VO)が修復され、酸素欠損(VO)を低減することができる。また、VOHを低減することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。
It is more preferable to use a material that releases oxygen when heat is applied for the insulating
例えば、酸素を含む雰囲気における加熱処理、または、酸素を含む雰囲気におけるプラズマ処理を行うことで、絶縁層110bに酸素を供給することができる。また、絶縁層110bの上面に、スパッタリング法により、酸素を含む雰囲気で膜を形成することで酸素を供給することができる。その後、当該膜を除去することができる。また、層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、層108及び層208となる金属酸化物膜を、酸素を含む雰囲気で形成することが好ましい。これにより、絶縁層110bに酸素を供給することができる。そして、後の工程で絶縁層110bから層108及び層208に酸素が供給され、層108及び層208中の酸素欠損(VO)及びVOHを低減できる。なお、絶縁層110bに酸素を供給する方法については、実施の形態2で具体的に説明する。
For example, oxygen can be supplied to the insulating
絶縁層110bの形成は、スパッタリング法、またはプラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition、またはプラズマCVDとも記す)法を用いることが好ましい。特に、成膜ガスに水素元素を含むガス(例えば、水素ガス及びアンモニアガス)を用いない方法で形成することで、水素の含有量の極めて少ない膜とすることができる。絶縁層110bの形成には、スパッタリング法を特に好適に用いることができる。これにより、チャネル形成領域に水素が供給されることを抑制し、トランジスタ100及びトランジスタ200の電気特性を安定にすることができる。
The insulating
ここで、層108及び層208に導電率の高い材料を用いることで、オン電流の大きいトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。しかしながら、導電率の高い材料を用いると酸素欠損(VO)が形成されやすく、チャネル形成領域のVOHが増加する場合がある。また、VOHの増加により、トランジスタのしきい値電圧がシフトし、カットオフ電流が大きくなってしまう恐れがある。絶縁層110bを設けることにより、少なくとも領域108M及び領域208Mに酸素が供給され、これらの領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。これにより、しきい値電圧がシフトすることが抑制され、小さいカットオフ電流と、大きいオン電流が両立したトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。したがって、低い消費電力と高い性能が両立した半導体装置とすることができる。
Here, by using a material with high conductivity for the
絶縁層110aは、絶縁層110bと導電層112及び導電層212aとの間に設けられる。絶縁層110cは、絶縁層110bと層108及び導電層212bとの間に設けられる。絶縁層110a及び絶縁層110cはそれぞれ、自身から放出される不純物(例えば、水素及び水)の量が少ないことが好ましい。さらに、絶縁層110a及び絶縁層110cはそれぞれ、物質(例えば、原子、分子及びイオン)が透過しにくいことが好ましい。絶縁層110a及び絶縁層110cは、バリア膜として機能するともいえる。具体的には、絶縁層110a及び絶縁層110cはそれぞれ、不純物が透過しにくいことが好ましい。これにより、絶縁層110a及び絶縁層110cに含まれる不純物が、層108及び層208のチャネル形成領域に拡散することを抑制できる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。
The insulating
なお、本明細書等において、バリア膜とは、バリア性を有する膜を指す。バリア性とは、対象とする物質が拡散しづらく、それにより当該物質が膜を透過することを抑制する機能(透過性が低いともいう)、及び当該物質を捕獲または固着する(ゲッタリングともいう)機能の一方または双方を指すものとする。例えば、バリア性を有する絶縁層を、バリア絶縁層ということができる。 In this specification and the like, a barrier film refers to a film that has barrier properties. Barrier properties refer to one or both of the following functions: making it difficult for a target substance to diffuse, thereby suppressing the substance from permeating the film (also called low permeability), and the function of capturing or fixing the substance (also called gettering). For example, an insulating layer that has barrier properties can be called a barrier insulating layer.
絶縁層110bは、絶縁層110a及び絶縁層110cと接し、これらに挟持される領域を有する。絶縁層110a及び絶縁層110cはそれぞれ、酸素が透過しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層110bに含まれる酸素が絶縁層110a側に拡散すること、及び絶縁層110c側に拡散することが抑制されるため、絶縁層110bから領域108M及び領域208Mへ供給される酸素の量が増え、チャネル形成領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。また、導電層112、導電層212a及び導電層212bに酸素が供給されると、これらが酸化され、電気抵抗が高くなってしまう場合がある。導電層112及び導電層212aと絶縁層110bとの間に絶縁層110aを設け、導電層212bと絶縁層110bとの間に絶縁層110cを設けることにより、これらの導電層に酸素が拡散することが抑制され、これらの導電層の電気抵抗が高くなることを抑制できる。したがって、オン電流の大きいトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。
The insulating
バリア膜として機能する絶縁層110a及び絶縁層110cにはそれぞれ、例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方を有する酸化物、マグネシウムを有する酸化物、ガリウムを有する酸化物、シリコンを有する窒化物、及びシリコンを有する窒化酸化物の一または複数を用いることができる。具体的には、絶縁層110a及び絶縁層110cにはそれぞれ、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、ガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、及び窒化酸化シリコンの一または複数を好適に用いることができる。なお、絶縁層110aと絶縁層110cは同じ材料を用いることができる。または、絶縁層110aと絶縁層110cは異なる材料を用いることができる。
The insulating
本明細書等において、異なる材料とは、構成元素の一部または全てが異なる材料、または構成元素が同じで組成が異なる材料をいう。 In this specification, different materials refer to materials in which some or all of the constituent elements are different, or materials in which the constituent elements are the same but the composition is different.
絶縁層110a、絶縁層110b及び絶縁層110cはそれぞれ、不純物の含有量が少ないことが好ましい。また、絶縁層110a、絶縁層110b及び絶縁層110cはそれぞれ、自身から放出される不純物の量が少ないことが好ましい。特に、放出される水素元素を含む不純物(例えば、水素及び水)の量が少ないことが好ましい。また、絶縁層110a、絶縁層110b及び絶縁層110cはそれぞれ、可能な限り水素元素を含む不純物が低減されていることが好ましい。これにより、層108及び層208中に酸素欠損(VO)及びVOHが増加することを抑制できる。
The insulating
絶縁層110cに酸化物または酸化窒化物を用いることにより、絶縁層110cまたは絶縁層110cとなる絶縁膜を形成する際に、絶縁層110bまたは絶縁層110bとなる絶縁膜に酸素を供給することができる。これにより、絶縁層110bから層108及び層208に供給される酸素の量を多くすることができ、酸素欠損(VO)及びVOHを効率的に低減することができる。例えば、絶縁層110cまたは絶縁層110cとなる絶縁膜として、スパッタリング法により、酸素を含む雰囲気でアルミニウムターゲットを用いて酸化アルミニウム膜を形成することができる。これにより、酸化アルミニウム膜を形成しながら、絶縁層110bまたは絶縁層110bとなる絶縁膜に酸素を供給することができる。
By using an oxide or an oxynitride for the insulating
絶縁層110bもバリア膜として機能する構成とすることもできる。バリア膜として、前述の材料を用いることができる。絶縁層110bとして、例えば、窒化シリコンを好適に用いることができる。また、絶縁層110を窒化シリコン膜の単層構造とすることができる。絶縁層110bがバリア膜として機能することにより、層108及び層208のチャネル形成領域に不純物が拡散することを抑制でき、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。なお、絶縁層110bに用いる材料によっては絶縁層110bから層108及び層208に供給される酸素の量が少なくなってしまう場合がある。その場合、少なくとも絶縁層106における層108のチャネル形成領域と接する部分及び層208のチャネル形成領域と接する部分は酸素を有することが好ましい。さらに、当該部分には熱が加わることにより酸素を放出する材料を用いるとより好ましい。半導体装置10の作製工程中に加わる熱により、絶縁層106が酸素を放出することで、層108及び層208に酸素を供給することができる。絶縁層106から層108及び層208、特にチャネル形成領域に酸素を供給することで、酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。絶縁層106の層108と接する部分及び層208と接する部分に、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化アルミニウムの一以上を好適に用いることができる。
The insulating
なお、ここでは絶縁層110を3層の積層構造で示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層110は、少なくとも絶縁層110bを有することが好ましい。例えば、絶縁層110aを設けない構成とすることができる。絶縁層110を2層もしくは4層以上の積層構造、または単層構造とすることができる。
Note that although the insulating
領域108M、領域108Da、領域108Db、領域208M、領域208Da及び領域208Dbについて、具体的に説明する。
領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗が低いことが好ましい。領域108Daの電気抵抗及び領域108Dbの電気抵抗はそれぞれ、領域108Mの電気抵抗より低いことが好ましい。領域208Daの電気抵抗及び領域208Dbの電気抵抗はそれぞれ、領域208Mの電気抵抗より低いことが好ましい。
It is preferable that the electrical resistance of regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db is low. It is preferable that the electrical resistance of regions 108Da and 108Db is lower than the electrical resistance of
トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域108Dbは、特に電気抵抗が低いことが好ましい。領域108Dbのシート抵抗(表面抵抗率、面抵抗率ともいう)は、1000Ω/□(Ω/sqとも記す)以下が好ましく、さらには500Ω/□以下が好ましく、さらには300Ω/□以下が好ましく、さらには200Ω/□以下が好ましく、さらには100Ω/□以下が好ましい。なお、領域108Dbの電気抵抗は低いことが好ましいため、シート抵抗の下限に限定は無い。
The region 108Db, which functions as the other of the source electrode and drain electrode of the
領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、不純物元素として第1の元素を有する。第1の元素として、ホウ素、アルミニウム、インジウム、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、リン、ヒ素、アンチモン、マグネシウム、カルシウム、チタン、銅、亜鉛、タングステン、モリブデン、タンタル、ハフニウム、セリウム、及び貴ガス(ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン等)のうち一種または複数種を用いることが好ましい。また、前述の元素に限られず、第一遷移元素(3d遷移元素、3d遷移金属)、第二遷移元素(4d遷移元素、4d遷移金属)、第三遷移元素(5d遷移元素、5d遷移金属)、アルカリ土類金属元素、及び、希土類元素に含まれる元素のうち、一種または複数種を用いることができる。 Region 108Da, region 108Db, region 208Da, and region 208Db each have a first element as an impurity element. As the first element, it is preferable to use one or more of boron, aluminum, indium, carbon, silicon, germanium, tin, phosphorus, arsenic, antimony, magnesium, calcium, titanium, copper, zinc, tungsten, molybdenum, tantalum, hafnium, cerium, and noble gases (helium, neon, argon, krypton, xenon, etc.). In addition to the above elements, one or more of the elements included in the first transition elements (3d transition elements, 3d transition metals), second transition elements (4d transition elements, 4d transition metals), third transition elements (5d transition elements, 5d transition metals), alkaline earth metal elements, and rare earth elements can be used.
層108及び層208に第1の元素を供給する(添加する、または注入する、ということもできる)ことにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbを形成することができる。層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに第1の元素を供給することにより、これらの領域に酸素欠損(VO)が生じる。そして、当該酸素欠損(VO)に水素が入ったVOHによりキャリアが生成され、これらの領域の電気抵抗を低くすることができる。また、これらの領域は導電体として機能することができる。本発明の一態様である半導体装置において、領域108Dbはトランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。なお、導電体として機能する金属酸化物を、酸化物導電体(OC:Oxide Conductor)ということができる。なお、一般に、金属酸化物は、バンドギャップが大きいため、可視光を透過する(可視光に対して透光性を有する、ともいえる)。また、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する金属酸化物である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して金属酸化物と同程度の透光性を有する。
The regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be formed by supplying (adding or injecting) the first element to the
第1の元素として酸素と結合しやすい元素を用いる場合、第1の元素は層108及び層208中の酸素を奪い、酸素と結合した状態で存在する。また、層108及び層208中には酸素欠損(VO)が生じる。第1の元素として酸素と結合して安定になる元素を用いると、層108及び層208中の第1の元素は酸化された状態で安定に存在するため、半導体装置10の作製工程中に加わる熱などで脱離しにくく、電気抵抗を低く保つことができる。このことから、第1の元素として、少なくとも作製工程中の温度においてその酸化物が固体で存在しうる元素を用いることが好ましい。具体的には、好ましい第1の元素として、水素以外の典型非金属元素、典型金属元素、及び遷移元素(遷移金属)が挙げられる。具体的には、第1の元素の一つとして、ホウ素、リン、マグネシウム、アルミニウム、またはシリコンを用いることがより好ましい。第1の元素の一つとして、ホウ素またはリンを用いることがさらに好ましい。
When an element that easily bonds with oxygen is used as the first element, the first element takes away oxygen in the
ここで、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに酸素が供給されると、これらの領域の酸素欠損(VO)及びVOHが減少し、電気抵抗が高くなってしまう場合がある。前述したように、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域108Dbは特に電気抵抗が低いことが好ましい。領域108Dbと絶縁層110bとの間に、バリア膜として機能する絶縁層110cを設けることにより、絶縁層110bから領域108Dbに酸素が拡散することが抑制され、領域108Dbの電気抵抗が高くなることを抑制できる。
Here, when oxygen is supplied to the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, the oxygen vacancies (V O ) and V O H in these regions may decrease, resulting in an increase in electrical resistance. As described above, it is preferable that the region 108Db functioning as the other of the source electrode and drain electrode of the
領域108Da及び領域108Dbはそれぞれ、領域108Mより第1の元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、領域208Mより第1の元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。
It is preferable that each of regions 108Da and 108Db has a portion having a higher concentration of the first element than
領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、第1の元素の濃度が1×1019atoms/cm3以上1×1023atoms/cm3以下、好ましくは5×1019atoms/cm3以上5×1022atoms/cm3以下、より好ましくは5×1019atoms/cm3以上5×1021atoms/cm3以下である部分を含むことが好ましい。第1の元素の濃度が低いと、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗が高くなってしまう場合がある。一方、第1の元素の濃度が高い、つまり供給される第1の元素の量が多いと、供給の際に層108及び層208にダメージが加わることにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗が高くなってしまう恐れがある。したがって、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbにおける第1の元素の濃度を前述の範囲とすることにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を低くすることができ、オン電流の大きいトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。
Each of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db preferably includes a portion in which the concentration of the first element is 1×10 19 atoms/cm 3 or more and 1×10 23 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 19 atoms/cm 3 or more and 5×10 22 atoms/cm 3 or less , and more preferably 5×10 19 atoms/cm 3 or more and 5×10 21 atoms/cm 3 or less. If the concentration of the first element is low, the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db may become high. On the other hand, if the concentration of the first element is high, that is, if a large amount of the first element is supplied, the
領域108Daが2種類以上の第1の元素を含む場合は、少なくとも1種類が上記の範囲であることが好ましい。また、それぞれの第1の元素の濃度が、上記の範囲であるとより好ましい。領域108Db、領域208Da及び領域208Dbについても同様である。 If region 108Da contains two or more types of first elements, it is preferable that at least one of them is in the above range. It is also more preferable that the concentration of each of the first elements is in the above range. The same applies to regions 108Db, 208Da, and 208Db.
第1の元素を供給する際、層108のチャネル形成領域(ここでは、領域108M)及び層208のチャネル形成領域(ここでは、領域208M)にも第1の元素が供給される場合がある。または、作製工程中に加わる熱などにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに含まれる第1の元素の一部がチャネル形成領域に拡散する場合がある。領域108Mにおける第1の元素の濃度、及び。領域208Mにおける第1の元素の濃度はそれぞれ、低いことが好ましい。領域108Mにおける第1の元素の濃度は、領域108Da及び領域108Dbにおける第1の元素の濃度のそれぞれより低いことが好ましい。領域208Mにおける第1の元素の濃度は、領域208Da及び領域208Dbにおける第1の元素の濃度のそれぞれより低いことが好ましい。
When the first element is supplied, the first element may also be supplied to the channel formation region of the layer 108 (here,
領域108Mにおける第1の元素の濃度を低くすることにより、チャネル形成領域のキャリア濃度が高くなることを抑制できる。チャネル形成領域のキャリア濃度が高くなることを抑制することにより、しきい値電圧がシフトすることが抑制され、カットオフ電流が小さいトランジスタ100とすることができる。領域208M及びトランジスタ200についても同様である。したがって、消費電力の低い半導体装置とすることができる。
By lowering the concentration of the first element in
領域108Mにおける第1の元素の濃度は、領域108Daにおける第1の元素の濃度の1×10−1倍以下であることが好ましく、さらには1×10−2倍以下であることが好ましく、さらには1×10−3倍以下であることが好ましく、さらには1×10−4倍以下であることが好ましい。同様に、領域108Mにおける第1の元素の濃度は、領域108Dbにおける第1の元素の濃度の1×10−1倍以下であることが好ましく、さらには1×10−2倍以下であることが好ましく、さらには1×10−3倍以下であることが好ましく、さらには1×10−4倍以下であることが好ましい。これにより、小さいカットオフ電流と、大きいオン電流が両立したトランジスタ100とすることができる。
The concentration of the first element in the
領域208Mにおける第1の元素の濃度は、領域208Daにおける第1の元素の濃度の1×10−1倍以下であることが好ましく、さらには1×10−2倍以下であることが好ましく、さらには1×10−3倍以下であることが好ましく、さらには1×10−4倍以下であることが好ましい。同様に、領域208Mにおける第1の元素の濃度は、領域208Dbにおける第1の元素の濃度の1×10−1倍以下であることが好ましく、さらには1×10−2倍以下であることが好ましく、さらには1×10−3倍以下であることが好ましく、さらには1×10−4倍以下であることが好ましい。これにより、小さいカットオフ電流と、大きいオン電流が両立したトランジスタ200とすることができる。
The concentration of the first element in the
第1の元素は、絶縁層106を介して、層108及び層208に供給されることが好ましい。例えば、絶縁層106を形成した後であって、導電層104及び導電層204を形成する前に、絶縁層106を介して、第1の元素を層108及び層208に供給することができる。絶縁層106を介して層108及び層208に第1の元素を供給することで、層108において領域108Da及び領域108Dbに優先的に第1の元素を供給することができ、層208において領域208Da及び領域208Dbに優先的に第1の元素を供給することができる。また、絶縁層106を介して第1の元素を供給することにより、供給の際に層108及び層208に加わるダメージを軽減することができる。
The first element is preferably supplied to the
絶縁層106を介して第1の元素を層108及び層208に供給する場合、絶縁層106も第1の元素を有することがある。領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、絶縁層106よりも第1の元素の濃度が高い部分を有すると、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗をより低くできるため、好ましい。また、第1の元素が、絶縁層106及び層108を介して、または絶縁層106を介して、絶縁層110にも供給される場合がある。このとき、絶縁層110の層108と重なる領域と比較して、層108と重ならない領域の不純物元素の濃度が高くなる。また、絶縁層110において、絶縁層106に近い位置ほど不純物元素の濃度が高くなる。例えば、絶縁層110aと比較して、絶縁層110cにおける不純物元素の濃度が高くなる。
When the first element is supplied to the
層108、層208、絶縁層106及び絶縁層110における第1の元素の濃度の分析には、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)、またはX線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectrometry、またはESCA:Electron Spectrometry for Chemical Analysis)を用いることができる。XPS分析を用いる場合には、試料の表面側または裏面側からのイオンスパッタリングとXPS分析を組み合わせることで、深さ方向の濃度分布を知ることができる。なお、濃度が低い領域においては、定量が困難となる、または検出下限未満となる場合がある。
The concentration of the first element in
本発明の一態様の半導体装置の作製において、領域108Da及び領域108Dbはそれぞれ、領域108Mと比較して、第1の元素が供給されやすいことが好ましい。同様に、領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、領域208Mと比較して、第1の元素が供給されやすいことが好ましい。第1の元素は、基板102の上面に対して垂直または概略垂直な方向から層108及び層208に供給されることが好ましい。このとき、層108及び層208において、基板102の上面に対して傾斜している領域は、基板102の上面に対して平行または概略平行な領域と比べて、供給される第1の元素の量が少なくなる。つまり、領域108Da及び領域108Dbはそれぞれ、領域108Mと比較して、供給される第1の元素の量が多くなる。したがって、層108において、優先的に領域108Da及び領域108Dbの電気抵抗を低くすることができる。同様に、領域208Da及び領域208Dbはそれぞれ、領域208Mと比較して、供給される第1の元素の量が多くなる。したがって、層208において、優先的に領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を低くすることができる。なお、第1の元素が層108に供給されることで、層108中に酸素欠損(VO)が生じる場合がある。または、第1の元素が層108に供給されることで、第1の元素と層108中の酸素欠損(VO)とが、結合する場合がある。層208についても同様である。
In the manufacturing of the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the first element is preferably more easily supplied to the regions 108Da and 108Db than to the
第1の元素の供給には、イオン注入法を好適に用いることができる。イオン注入法は、イオンの加速エネルギー及びドーズ量により、深さ方向の濃度プロファイルを高い精度で制御することができる。また、原料ガスをイオン化し、当該イオンを質量分離して供給するイオン注入法を用いることで、特定の質量のイオンを供給でき、供給される不純物元素の純度を高めることができる。または、イオンを質量分離せずに供給するイオン注入法を用いることで、生産性を高めることができる。本明細書等において、特に断りがない場合、質量分離の有無は限定されない。なお、イオンを質量分離して供給する方法をイオン注入法、イオンを質量分離せずに供給する方法をイオンドーピング法と呼ぶ場合もある。 Ion implantation is preferably used to supply the first element. The ion implantation can control the concentration profile in the depth direction with high precision by the acceleration energy and dose of the ions. In addition, by using an ion implantation method in which a source gas is ionized and the ions are mass-separated before supply, ions of a specific mass can be supplied, and the purity of the supplied impurity element can be increased. Alternatively, by using an ion implantation method in which ions are supplied without mass separation, productivity can be increased. Unless otherwise specified in this specification, the presence or absence of mass separation is not limited. The method of supplying ions after mass separation is sometimes called the ion implantation method, and the method of supplying ions without mass separation is sometimes called the ion doping method.
第1の元素としてホウ素を用いる場合、原料ガスとして、例えば、BF3ガスを用いることができる。第1の元素としてリンを用いる場合、原料ガスとして、例えば、PH3ガスを用いることができる。また、これらのガスから生じたイオンを質量分離して供給することにより、特定の質量のイオンを領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに供給でき、より好ましい。 When boron is used as the first element, for example, BF3 gas can be used as the source gas. When phosphorus is used as the first element, for example, PH3 gas can be used as the source gas. Moreover, by mass-separating and supplying ions generated from these gases, ions of a specific mass can be supplied to the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, which is more preferable.
第1の元素として複数の元素を用いる場合、酸素と結合しやすい元素と、当該元素よりも質量数が大きい元素と、を用いることが好ましい。供給される元素の質量数が大きいと、層108及び層208が有する金属酸化物において切断される金属と酸素の結合が多くなる。つまり、当該元素が供給された領域には、金属と酸素の結合の切断により酸素欠損(VO)がより多く生じる。質量数が大きい元素の供給で多くの金属と酸素の結合を切断することにより、酸素と結合しやすい元素がより効率的に酸素と結合することができる。したがって、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を効率的に低くすることができる。酸素と結合しやすい元素としてホウ素、リン、マグネシウム、アルミニウム、またはシリコンを用いる場合、質量数が大きい元素として、アルゴン、クリプトンまたはキセノンを用いることができる。例えば、第1の元素として、ホウ素と、アルゴンと、を好適に用いることができる。
When a plurality of elements are used as the first element, it is preferable to use an element that easily bonds with oxygen and an element that has a larger mass number than the element. When the mass number of the supplied element is large, the number of metal-oxygen bonds cut in the metal oxide of the
第1の元素として複数の元素を供給する場合、原料ガスとしてこれらの元素を含むガスを用いることができる。例えば、第1の元素として、ホウ素及びアルゴンを用いる場合、原料ガスとしてホウ素及びアルゴンを含むガスを用いることができる。または、複数の元素を別々に供給することもできる。例えば、第1の元素として酸素と結合しやすい元素、及び質量数が大きい元素を用いる場合、質量数が大きい元素を供給した後に、酸素と結合しやすい元素を供給することが好ましい。質量数が大きい元素の供給でより多くの金属と酸素の結合を切断した後に、酸素と結合しやすい元素を供給することにより、効率的に酸素と結合することができる。したがって、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を効率的に低くすることができる。例えば、アルゴンを含むガスを用いて層108及び層208にアルゴンを供給した後に、ホウ素を含むガスを用いて層108及び層208にホウ素を供給することができる。これにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を効率的に低くすることができる。
When multiple elements are supplied as the first element, a gas containing these elements can be used as the raw material gas. For example, when boron and argon are used as the first element, a gas containing boron and argon can be used as the raw material gas. Alternatively, multiple elements can be supplied separately. For example, when an element that easily bonds with oxygen and an element with a large mass number are used as the first element, it is preferable to supply the element that easily bonds with oxygen after supplying the element with a large mass number. By supplying the element with a large mass number to break the bonds between more metals and oxygen, and then supplying the element that easily bonds with oxygen, it is possible to efficiently bond with oxygen. Therefore, the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db can be efficiently reduced. For example, argon can be supplied to the
領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbへ第1の元素を供給する際に、これらの領域に水素も供給することができる。水素は、その供給により酸素欠損(VO)が生じるとともに、酸素欠損(VO)に入いることによりVOHが生じるため、不純物元素として好適である。第1の元素に加えて水素を供給することにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbそれぞれの電気抵抗を低くしやすく、かつ電気抵抗が低い状態を保つことができる。 When the first element is supplied to the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, hydrogen can also be supplied to these regions. Hydrogen is suitable as an impurity element because oxygen vacancies (V O ) are generated by supplying hydrogen, and V O H is generated by entering the oxygen vacancies (V O ). Supplying hydrogen in addition to the first element makes it easier to lower the electrical resistance of the regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db, and can maintain a low electrical resistance state.
第1の元素と、水素との双方を供給する場合、原料ガスとして、第1の元素及び水素元素を含むガス(例えば、PH3ガス及びB2H6ガス)を用いることができる。または、原料ガスとして、第1の元素を含むガスと水素を有するガスとの混合ガスを用いることもできる。第1の元素及び水素元素を含む原料ガスを用いることにより、原料ガスから生じたイオンを質量分離せずに供給することができるため、生産性を高めることができ、好ましい。例えば、原料ガスとしてB2H6ガスを用いることで、不純物元素としてホウ素と水素を供給することができる。また、例えば、原料ガスとしてPH3ガスを用いることで、不純物元素としてリンと水素を供給することができる。 When both the first element and hydrogen are supplied, a gas containing the first element and hydrogen (for example, PH 3 gas and B 2 H 6 gas) can be used as the source gas. Alternatively, a mixed gas of a gas containing the first element and a gas containing hydrogen can be used as the source gas. By using a source gas containing the first element and hydrogen, ions generated from the source gas can be supplied without mass separation, which is preferable because it can increase productivity. For example, by using B 2 H 6 gas as the source gas, boron and hydrogen can be supplied as impurity elements. In addition, by using PH 3 gas as the source gas, phosphorus and hydrogen can be supplied as impurity elements.
絶縁層106は、開口部141、開口部241及び開口部243を覆うように設けられるため、形成には被覆性の高い方法を用いることが好ましい。絶縁層106の形成は、スパッタリング法、PECVD法または原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法を用いることが好ましい。ALD法として、熱ALD法またはPEALD(Plasma Enhanced ALD)を用いることができる。熱ALD法は、極めて高い被覆性を示すため好ましい。PEALD法は、高い被覆性を示すことに加え、低温成膜が可能であるため好ましい。
Since the insulating
図3Aでは、絶縁層106の領域108Daと接する部分の厚さTa、領域108Dbと接する部分の厚さTb、及び領域108Mと接する部分の厚さTcを示している。厚さTa、厚さTb及び厚さTcはそれぞれ、絶縁層106の被形成面に垂直または概略垂直な方向における厚さである。より具体的には、厚さTaは、導電層112の上面に沿って設けられる層108の上面と、絶縁層106の上面との最短距離である。厚さTbは、絶縁層110の上面に沿って設けられる層108の上面と、絶縁層106の上面との最短距離である。厚さTcは、絶縁層110の側面に沿って設けられる層108の絶縁層106側の側面と、絶縁層106の導電層104側の側面との最短距離である。
3A shows the thickness Ta of the portion of the insulating
図3Bでは、絶縁層106の領域208Daと接する部分の厚さXa、領域208Dbと接する部分の厚さXb、及び領域208Mと接する部分の厚さXcを示している。厚さXa、厚さXb及び厚さXcはそれぞれ、絶縁層106の被形成面に垂直または概略垂直な方向における厚さである。より具体的には、厚さXaは、導電層212aの上面に沿って設けられる層208の上面と、絶縁層106の上面との最短距離である。厚さXbは、導電層212bの上面に沿って設けられる層208の上面と、絶縁層106の上面との最短距離である。厚さXcは、絶縁層110の側面に沿って設けられる層208の絶縁層106側の側面と、絶縁層106の導電層204側の側面との最短距離である。
3B shows thickness Xa of the portion of insulating
なお、また、図3A及び図3Bでは、厚さTa、厚さTb、厚さTc、厚さXa、厚さXb及び厚さXcが互いに同じである構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。これらの厚さの一部または全てが異なる構成とすることもできる。 Note that although Figures 3A and 3B show a configuration in which thickness Ta, thickness Tb, thickness Tc, thickness Xa, thickness Xb, and thickness Xc are the same, one aspect of the present invention is not limited to this. A configuration in which some or all of these thicknesses are different may also be used.
絶縁層106の導電層112の上面、絶縁層110の上面、導電層212aの上面及び導電層212bの上面に沿って設けられる領域の厚さTa、厚さTb、厚さXa及び厚さXbと比較して、絶縁層110の側面に沿って設けられる領域の厚さTc及び厚さXcが薄くなる場合がある。例えば、絶縁層106の形成にPECVD法またはスパッタリング法を用いる場合、厚さTcが厚さTa及び厚さTbのいずれより薄くなり、厚さXcが厚さXa及び厚さXbのいずれより薄くなることがある。また、絶縁層106の形成にALD法を用いる場合、厚さTcを厚さTa及び厚さTbにより近い値とすることができ、厚さXcを厚さXa及び厚さXbにより近い値とすることができる。または、厚さTcを、厚さTa及び厚さTbと同じまたは概略同じとすることができ、厚さXcを、厚さXa及び厚さXbと同じまたは概略同じとすることができる。
The thicknesses Tc and Xc of the region provided along the side of the insulating
前述したように、絶縁層106はトランジスタ100及びトランジスタ200のゲート絶縁層として機能する。絶縁層106の領域108Mと接する部分の厚さTc、及び領域208Mと接する部分の厚さXcはそれぞれ、1nm以上200nm以下が好ましく、さらには1nm以上150nm以下が好ましく、さらには1nm以上100nm以下が好ましい。例えば、トランジスタ100のチャネル長が100nm以上500nm以下の場合、厚さTcは、30nm以上100nm以下が好ましい。また、例えば、チャネル長が10nm以上100nm以下の場合、厚さTcは、1nm以上50nm以下が好ましい。また、例えば、チャネル長が1nm以上10nm以下の場合、厚さTcは、1nm以上10nm以下が好ましい。トランジスタ200及び厚さXcについても同様である。
As described above, the insulating
層108及び層208への第1の元素の供給について、説明する。ここでは、基板102の上面に対して垂直な方向から第1の元素が供給される例を挙げて、説明する。なお、図3A及び図3Bに示す断面図では、絶縁層106の表面(具体的には、絶縁層106の上面及び側面)が、絶縁層106の被形成面である層108の上面及び側面、並びに層208の上面及び側面と平行である構成を示している。
The supply of the first element to layer 108 and
前述したように、第1の元素は、絶縁層106を介して、層108及び層208に供給されることが好ましい。第1の元素が絶縁層106を介して層108に供給される場合、第1の元素は絶縁層106の表面から侵入し、絶縁層106を通過した後、絶縁層106と層108の界面を介して、層108に達する。このとき、第1の元素が供給される方向における絶縁層106の厚さは、第1の元素が絶縁層106の表面から層108に達するまでの深さともいえる。具体的には、厚さTaは第1の元素が絶縁層106の表面から領域108Daに達するまでの深さであり、厚さTbは第1の元素が絶縁層106の表面から領域108Dbに達するまでの深さであるといえる。同様に、厚さXaは第1の元素が絶縁層106の表面から領域208Daに達するまでの深さであり、厚さXbは第1の元素が絶縁層106の表面から領域208Dbに達するまでの深さであるといえる。
As described above, it is preferable that the first element is supplied to
図3A及び図3Bでは、基板102の上面に対して垂直な方向における、絶縁層106の絶縁層110の側面に沿って設けられる領域の厚さTd及び厚さXdを示している。厚さTdは、第1の元素が絶縁層106の表面から領域108Mに達するまでの深さともいえる。厚さXdは、第1の元素が絶縁層106の表面から領域208Mに達するまでの深さともいえる。厚さTd及び厚さXdとして、例えば、絶縁層110bの上面端部と下面端部の中間点から、基板102の上面に対して垂直な方向に延びる直線上の絶縁層106の厚さを用いることができる。
3A and 3B show thicknesses Td and Xd of the region of insulating
厚さTdと比較して、厚さTa及び厚さTbは薄い。これにより、層108における、導電層112の上面または絶縁層110の上面に沿って設けられる領域(例えば、領域108Da及び領域108Db)は、絶縁層110の側面に沿って設けられる領域(例えば、領域108M)に比べて、供給される第1の元素の量が多くなる。このように、層108のチャネル形成領域に第1の元素が供給されることを抑制し、優先的に領域108Da及び領域108Dbの電気抵抗を低くすることができる。同様に、厚さXdと比較して、厚さXa及び厚さXbは薄い。これにより、層208における、導電層212aの上面または導電層212bの上面に沿って設けられる領域(例えば、領域208Da及び領域208Db)は、絶縁層110の側面に沿って設けられる領域(例えば、領域208M)に比べて、供給される第1の元素の量が多くなる。このように、層208のチャネル形成領域に第1の元素が供給されることを抑制し、優先的に領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を低くすることができる。
Compared to thickness Td, thicknesses Ta and Tb are thin. As a result, in the region of
絶縁層106の厚さが厚いほど、厚さTaと厚さTdの差、厚さTbと厚さTdとの差、厚さXaと厚さXdの差、及び厚さXbと厚さXdとの差をそれぞれ大きくすることができる。これにより、領域108M及び領域208Mに第1の元素が供給されることを抑制し、優先的に、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を低くすることができる。一方で、トランジスタを微細化する、または、極めて短いチャネル長のトランジスタを作製するためには、オン電流の向上、短チャネル効果の抑制などの観点から、厚さTc及び厚さXcは薄い方が好ましい。
The thicker the insulating
絶縁層106は、酸素を含む絶縁層を有することが好ましい。第1の元素として酸素と結合しやすい元素を用いる場合、層108及び層208と同様に絶縁層106においても、第1の元素は酸素と結合した状態で存在する。酸素と第1の元素とが結合して安定になることにより、第1の元素を含む領域では、熱が加わっても酸素が脱離しにくくなるため、酸素が他の層に拡散することを抑制できる。これにより、絶縁層106から領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに酸素が供給されることを抑制しつつ、チャネル形成領域に酸素を効率的に供給することができる。したがって、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗が高くなることを防ぎつつ、チャネル形成領域の酸素欠損を低減できる。その結果、電気特性が良好で、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
The insulating
例えば、第1の元素としてホウ素を用いた場合、領域108Da、領域108Db、領域208Da、領域208Db及び絶縁層106に含まれるホウ素は酸素と結合した状態で存在しうる。このことは、例えば、XPS分析において、B2O3結合に起因するピークが観測されることで確認できる。また、XPS分析において、ホウ素元素が単体で存在する状態に起因するスペクトルピークが観測されない、またはバックグラウンド程度にまでピーク強度が極めて小さくなる。同様に、絶縁層110がホウ素を有する場合、絶縁層110の酸素を含む部分においては、ホウ素は酸素と結合した状態で存在しうる。
For example, when boron is used as the first element, the boron contained in the regions 108Da, 108Db, 208Da, 208Db, and the insulating
なお、不純物元素(ここでは、第1の元素)が供給される層を被注入層と記す場合がある。例えば、第1の元素が絶縁層106を介して層108及び層208に供給される場合、絶縁層106、層108及び層208をそれぞれ、被注入層と記す場合がある。
Note that a layer to which an impurity element (here, a first element) is supplied may be referred to as an implanted layer. For example, when a first element is supplied to
不純物元素の供給に用いる加速エネルギーは、供給される不純物元素の種類(具体的には、イオンの種類)、並びに被注入層の組成、膜密度及び厚さに応じて設定することが好ましい。第1の元素の供給における加速エネルギーが高すぎると、領域108M及び領域208Mにも第1の元素が供給され、これらの領域における第1の元素の濃度が高くなってしまう恐れがある。したがって、領域108M及び領域208Mに第1の元素ができるだけ供給されないように加速エネルギーを設定することが好ましい。例えば、領域108Daと絶縁層106との界面、領域108Dbと絶縁層106との界面、領域208Daと絶縁層106との界面、及び領域208Dbと絶縁層106との界面、またはこれらの近傍における第1の元素の濃度が最も高くなるように、第1の元素の供給に用いる加速エネルギーを設定することが好ましい。
The acceleration energy used to supply the impurity element is preferably set according to the type of impurity element (specifically, the type of ion) to be supplied, as well as the composition, film density, and thickness of the implanted layer. If the acceleration energy in supplying the first element is too high, the first element may also be supplied to the
深さ方向の不純物元素の濃度は、例えば、ソフトを用いてシミュレーションを行うことができる。シミュレーションソフトとして、例えば、TRIM(Transport of Ion in Matter)、及びSRIM(Stopping and Range of Ions in Matter)が挙げられる。これらは、モンテカルロ法によりイオン注入過程をシミュレーションするソフトである。シミュレーションのパラメータとして、供給される不純物元素の種類(具体的には、イオンの種類)、被注入層の組成及び膜密度、並びに加速エネルギーを用いることができる。絶縁層106を介して第1の元素を層108及び層208に供給する場合、領域108Daまでの深さは“Ta”、領域108Dbまでの深さは“Tb”、領域108Mまでの深さは“Td”、領域208Daまでの深さは“Xa”、領域208Dbまでの深さは“Xb”、領域208Mまでの深さは“Xd”となる。領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbにおける第1の元素の濃度が高く、領域108M及び領域208Mにおける第1の元素の濃度が低くなる加速エネルギーを選択することが好ましい。さらに、領域108Da、領域108Db、領域108M、領域208Da、領域208Db及び領域208Mにおける第1の元素の濃度がそれぞれ、前述の範囲となる加速エネルギーを選択することが好ましい。
The concentration of the impurity element in the depth direction can be simulated, for example, using software. Examples of simulation software include TRIM (Transport of Ion in Matter) and SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter). These are software that simulate the ion implantation process using the Monte Carlo method. The type of impurity element to be supplied (specifically, the type of ion), the composition and film density of the implanted layer, and the acceleration energy can be used as simulation parameters. When the first element is supplied to the
図1B等では、トランジスタ100において、層108、絶縁層106及び導電層104が開口部141を覆い、トランジスタ200において、層208、絶縁層106及び導電層204が開口部241及び開口部243を覆う例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。トランジスタ100において、絶縁層110と、導電層112とによって段差が形成され、当該段差に沿って層108、絶縁層106及び導電層104が設けられる構成とすることができる。同様に、トランジスタ200において、絶縁層110及び導電層212bと、導電層212aとによって段差が形成され、当該段差に沿って層208、絶縁層106及び導電層204が設けられる構成とすることができる。
1B and other figures show an example in which the
[層108、層208]
層108及び層208に用いることができる金属酸化物について、具体的に説明する。金属酸化物として、例えば、酸化インジウム(インジウム酸化物とも記す)、酸化ガリウム(ガリウム酸化物とも記す)、及び酸化亜鉛(亜鉛酸化物とも記す)が挙げられる。金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。また、金属酸化物は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、の中から選ばれる一または二以上を有することが好ましい。なお、元素Mは、酸素との結合エネルギーが高い金属元素または半金属元素であり、例えば、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも高い金属元素または半金属元素である。元素Mとして、具体的には、アルミニウム、ガリウム、スズ、イットリウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ジルコニウム、モリブデン、ハフニウム、タンタル、タングステン、ランタン、セリウム、ネオジム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、シリコン、ゲルマニウム、及びアンチモンが挙げられる。金属酸化物が有する元素Mは、上記元素のいずれか一種または複数種であることが好ましく、ガリウム、アルミニウム、スズ、及びイットリウムから選ばれた一種または複数種であることがより好ましく、ガリウム、アルミニウム、及びスズの一種または複数種がさらに好ましい。これらの元素は、酸素との結合エネルギーが高い上、インジウムまたは亜鉛とイオン半径が同程度であるため、より好ましい。また、スズは4価であることから、キャリア移動度を高めることができ、より好ましい。なお、本明細書等において、金属元素と半金属元素をまとめて「金属元素」と呼ぶことがあり、本明細書等に記載の「金属元素」には半金属元素が含まれることがある。
[
Metal oxides that can be used for the
層108及び層208は、例えば、インジウム亜鉛酸化物(In−Zn酸化物、IZO(登録商標)とも記す)、インジウムスズ酸化物(In−Sn酸化物、ITOとも記す)、インジウムチタン酸化物(In−Ti酸化物)、インジウムガリウム酸化物(In−Ga酸化物)、インジウムタングステン酸化物(In−W酸化物、IWOとも記す)、インジウムガリウムアルミニウム酸化物(In−Ga−Al酸化物)、インジウムガリウムスズ酸化物(In−Ga−Sn酸化物、IGTOとも記す)、ガリウム亜鉛酸化物(Ga−Zn酸化物、GZOとも記す)、アルミニウム亜鉛酸化物(Al−Zn酸化物、AZOとも記す)、インジウムアルミニウム亜鉛酸化物(In−Al−Zn酸化物、IAZOとも記す)、インジウムスズ亜鉛酸化物(In−Sn−Zn酸化物、ITZO(登録商標)とも記す)、インジウムチタン亜鉛酸化物(In−Ti−Zn酸化物)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(In−Ga−Zn酸化物、IGZOとも記す)、インジウムガリウムスズ亜鉛酸化物(In−Ga−Sn−Zn酸化物、IGZTOとも記す)、インジウムガリウムアルミニウム亜鉛酸化物(In−Ga−Al−Zn酸化物、IGAZO、IGZAO、またはIAGZOとも記す)などを用いることができる。または、シリコンを含むインジウムスズ酸化物(ITSOとも記す)、ガリウムスズ酸化物(Ga−Sn酸化物)、アルミニウムスズ酸化物(Al−Sn酸化物)などを用いることができる。 Layer 108 and layer 208 may be, for example, indium zinc oxide (In-Zn oxide, also referred to as IZO (registered trademark)), indium tin oxide (In-Sn oxide, also referred to as ITO), indium titanium oxide (In-Ti oxide), indium gallium oxide (In-Ga oxide), indium tungsten oxide (In-W oxide, also referred to as IWO), indium gallium aluminum oxide (In-Ga-Al oxide), indium gallium tin oxide (In-Ga-Sn oxide, also referred to as IGTO), gallium zinc oxide (Ga-Zn oxide, also referred to as GZO), aluminum zinc oxide (Al-Zn oxide), Indium aluminum zinc oxide (In-Al-Zn oxide, also written as AZO), indium tin zinc oxide (In-Sn-Zn oxide, also written as ITZO (registered trademark)), indium titanium zinc oxide (In-Ti-Zn oxide), indium gallium zinc oxide (In-Ga-Zn oxide, also written as IGZO), indium gallium tin zinc oxide (In-Ga-Sn-Zn oxide, also written as IGZTO), indium gallium aluminum zinc oxide (In-Ga-Al-Zn oxide, also written as IGAZO, IGZAO, or IAGZO), etc. can be used. Alternatively, indium tin oxide containing silicon (also written as ITSO), gallium tin oxide (Ga-Sn oxide), aluminum tin oxide (Al-Sn oxide), etc. can be used.
なお、金属酸化物は、インジウムに代えて、または、インジウムに加えて、元素周期表における周期番号が大きい金属元素の一種または複数種を有する構成とすることができる。金属元素の軌道の重なりが大きいほど、金属酸化物におけるキャリア伝導は大きくなる傾向がある。よって、周期番号が大きい金属元素を有することで、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる場合がある。周期番号が大きい金属元素として、第5周期に属する金属元素、及び第6周期に属する金属元素などが挙げられる。当該金属元素として、具体的には、イットリウム、ジルコニウム、銀、カドミウム、スズ、アンチモン、バリウム、鉛、ビスマス、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、及びユウロピウムなどが挙げられる。なお、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、及びユウロピウムは、軽希土類元素と呼ばれる。 Note that the metal oxide may have one or more metal elements with a higher period number in the periodic table instead of or in addition to indium. The greater the overlap of the orbits of the metal elements, the greater the carrier conduction in the metal oxide. Therefore, by having a metal element with a higher period number, the field effect mobility of the transistor may be increased. Examples of metal elements with a higher period number include metal elements belonging to the fifth period and metal elements belonging to the sixth period. Specific examples of the metal elements include yttrium, zirconium, silver, cadmium, tin, antimony, barium, lead, bismuth, lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, and europium. Note that lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, and europium are called light rare earth elements.
金属酸化物に含まれる全ての金属元素の原子数の和に対するインジウムの原子数の割合を高くすることにより、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる。また、オン電流が大きいトランジスタを実現できる。 By increasing the ratio of the number of indium atoms to the total number of atoms of all metal elements contained in the metal oxide, the field effect mobility of the transistor can be increased. In addition, a transistor with a large on-current can be realized.
本明細書等において、含有される全ての金属元素の原子数の和に対するインジウムの原子数の割合を、インジウムの含有率と記す場合がある。他の金属元素においても同様である。元素Mとして複数の元素を有する場合は、含有される全ての金属元素の原子数の和に対する元素Mの原子数の割合の和を、元素Mの含有率とすることができる。 In this specification, the ratio of the number of indium atoms to the sum of the numbers of atoms of all contained metal elements may be referred to as the indium content. The same applies to other metal elements. When there are multiple elements as element M, the sum of the ratios of the number of atoms of element M to the sum of the numbers of atoms of all contained metal elements can be taken as the content of element M.
金属酸化物における亜鉛の含有率を高くすることにより、結晶性の高い金属酸化物となり、金属酸化物中の不純物の拡散を抑制できる。したがって、トランジスタの電気特性の変動が抑制され、信頼性を高めることができる。 Increasing the zinc content in the metal oxide results in a highly crystalline metal oxide, which can suppress the diffusion of impurities in the metal oxide. This suppresses fluctuations in the electrical characteristics of the transistor, and increases reliability.
金属酸化物における元素Mの含有率を高くすることにより、バンドギャップの大きい金属酸化物とすることができる。また、金属酸化物に酸素欠損(VO)が形成されることが抑制されることにより、酸素欠損(VO)に起因するキャリア生成が抑制され、トランジスタのしきい値電圧がシフトすることを抑制できる。これにより、カットオフ電流を小さくすることができ、ノーマリオフのトランジスタとすることができる。また、オフ電流が小さいトランジスタとすることができる。また、トランジスタの電気特性の変動が抑制され、信頼性を高めることができる。 By increasing the content of element M in the metal oxide, the metal oxide can have a large band gap. Furthermore, by suppressing the formation of oxygen vacancies (V 2 O 3 ) in the metal oxide, carrier generation due to oxygen vacancies (V 2 O 3 ) can be suppressed, and a shift in the threshold voltage of the transistor can be suppressed. As a result, the cutoff current can be reduced, and a normally-off transistor can be obtained. Furthermore, a transistor with a small off-current can be obtained. Furthermore, fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed, and reliability can be improved.
層108及び層208に適用する金属酸化物の組成により、トランジスタ100及びトランジスタ200の電気特性、及び信頼性が異なる。したがって、トランジスタに求められる電気特性、及び信頼性に応じて金属酸化物の組成を異ならせることにより、優れた電気特性と高い信頼性を両立した半導体装置とすることができる。
The electrical characteristics and reliability of the
金属酸化物がIn−M−Zn酸化物の場合、当該In−M−Zn酸化物におけるInの原子数比は元素Mの原子数比以上であることが好ましい。このようなIn−M−Zn酸化物の金属元素の原子数比として、例えば、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:1、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:3、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8、In:M:Zn=5:1:9、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=10:1:1、In:M:Zn=10:1:3、In:M:Zn=10:1:4、In:M:Zn=10:1:6、In:M:Zn=10:1:7、In:M:Zn=10:1:8、In:M:Zn=5:2:5、In:M:Zn=10:1:10、In:M:Zn=20:1:10、In:M:Zn=40:1:10、及び、これらの近傍の組成が挙げられる。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±30%の範囲を含む。金属酸化物中のインジウムの原子数比を大きくすることで、トランジスタのオン電流、または電界効果移動度を高めることができる。 When the metal oxide is an In-M-Zn oxide, it is preferable that the atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide is equal to or greater than the atomic ratio of element M. Examples of atomic ratios of metal elements in such In-M-Zn oxides include In:M:Zn = 1:1:1, In:M:Zn = 1:1:1.2, In:M:Zn = 2:1:3, In:M:Zn = 3:1:1, In:M:Zn = 3:1:2, In:M:Zn = 4:2:3, In:M:Zn = 4:2:4.1, In:M:Zn = 5:1:3, In:M:Zn = 5:1:6, In:M:Zn = 5:1:7, In:M:Zn = 5:1:8, In:M :Zn=5:1:9, In:M:Zn=6:1:6, In:M:Zn=10:1:1, In:M:Zn=10:1:3, In:M:Zn=10:1:4, In:M:Zn=10:1:6, In:M:Zn=10:1:7, In:M:Zn=10:1:8, In:M:Zn=5:2:5, In:M:Zn=10:1:10, In:M:Zn=20:1:10, In:M:Zn=40:1:10, and compositions in the vicinity of these. Note that the composition in the vicinity includes a range of ±30% of the desired atomic ratio. By increasing the atomic ratio of indium in the metal oxide, the on-current or field effect mobility of the transistor can be increased.
In−M−Zn酸化物におけるInの原子数比は元素Mの原子数比未満とすることもできる。このようなIn−M−Zn酸化物の金属元素の原子数比として、例えば、In:M:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:3、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6、及びこれらの近傍の組成が挙げられる。金属酸化物中のMの原子数の割合を大きくすることで、酸素欠損(VO)の生成を抑制することができる。 The atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide can be less than the atomic ratio of element M. Examples of atomic ratios of metal elements in such In-M-Zn oxide include In:M:Zn=1:3:2, In:M:Zn=1:3:3, In:M:Zn=1:3:4, In:M:Zn=1:3:6, and compositions close to these. By increasing the proportion of M atoms in the metal oxide, the generation of oxygen vacancies ( VO ) can be suppressed.
なお、元素Mとして複数の元素を有する場合は、これらの原子数比の和を元素Mの原子数比とすることができる。 In addition, when there are multiple elements as element M, the sum of the atomic ratios of these elements can be regarded as the atomic ratio of element M.
層108及び層208にインジウムの含有率が高い材料を用いることで、トランジスタ100及びトランジスタ200のオン電流、または電界効果移動度を高めることができる。さらに、元素Mを有することで、酸素欠損(VO)の生成を抑制することができる。層108及び層208が有する金属酸化物における元素Mの含有率は、0.1%以上25%以下が好ましく、さらには0.1%以上20%以下が好ましく、さらには0.1%以上10%以下が好ましく、さらには0.1%以上8%以下が好ましく、さらには0.1%以上6%以下が好ましく、さらには0.1%以上4%以下が好ましい。これにより、電気特性が良好なトランジスタとすることができる。例えば、In:M:Zn=40:1:10、及びその近傍の金属酸化物を用いることが好ましい。元素Mは、上記元素のいずれか一種または複数種であることが好ましく、アルミニウム、ガリウム、スズ、及びイットリウムから選ばれた一種または複数種であることがより好ましい。具体的には、In:Sn:Zn=40:1:10、及びその近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。または、In:Al:Zn=40:1:10、及びその近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。
By using a material having a high indium content for the
ここで、層108及び層208に多結晶構造の金属酸化物を用いると、結晶粒界が再結合中心となり、キャリアが捕獲されることにより、トランジスタのオン電流が小さくなってしまう場合がある。また、層108及び層208に多結晶構造の金属酸化物を用いると、層108及び層208表面の凹凸が大きくなる場合がある。これにより、層108及び層208上に形成される層(例えば、絶縁層106)の被形成面の段差が大きくなり、該層に段切れまたは鬆といった不具合が発生する場合がある。層108及び層208に多結晶構造になりやすい組成の金属酸化物を用いる場合、結晶化を阻害する元素を含むことが好ましい。これにより、層108及び層208が多結晶構造となることが抑制され、オン電流の大きいトランジスタとすることができる。また、層108及び層208上に形成される層(例えば、絶縁層106)の被覆性を高めることができ、当該層に段切れまたは鬆といった不具合が発生することを抑制できる。
Here, if a polycrystalline metal oxide is used for the
例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)と比較して、シリコンを含むインジウムスズ酸化物(ITSO)は多結晶構造になりづらいため、層108及び層208に好適に用いることができる。ITSOを用いる場合、シリコンの含有率は、1%以上20%以下が好ましく、さらには3%以上20%以下が好ましく、さらには3%以上15%以下が好ましく、さらには5%以上15%以下が好ましい。金属元素の原子数比として、例えば、In:Sn:Si=45:5:4、In:Sn:Si=95:5:8、及びこれらの近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。層108及び層208にシリコンを含むインジウムスズ酸化物(ITSO)を用いる場合、結晶性を有することが好ましい。なお、層108は、非晶質の領域を有してもよく、非晶質であってもよい。
For example, compared with indium tin oxide (ITO), indium tin oxide containing silicon (ITSO) is less likely to become a polycrystalline structure, and therefore can be suitably used for the
層108及び層208に元素Mを含まない金属酸化物を適用することができる。当該金属酸化物がIn−Zn酸化物の場合、金属元素の原子数比として、例えば、In:Zn=1:1、In:Zn=2:1、In:Zn=1:2、In:Zn=3:1、In:Zn=3:2、In:Zn=2:3、In:Zn=4:1、In:Zn=4:3、In:Zn=5:1、In:Zn=5:2、In:Zn=5:3、In:Zn=5:4、In:Zn=5:6、In:Zn=5:7、In:Zn=5:8、In:Zn=5:9、In:Zn=7:1、In:Zn=10:1、In:Zn=10:3、In:Zn=10:7、及びこれらの近傍の組成が挙げられる。さらに、Inの原子数比はZnの原子数比以上であるとより好ましい。金属酸化物中のインジウムの原子数比を大きくすることで、トランジスタのオン電流または電界効果移動度を高めることができる。
A metal oxide that does not contain element M can be applied to
層108及び層208の組成の分析には、例えば、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray Spectrometry)、X線光電子分光法(XPS)、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS:Inductively Coupled Plasma−Mass Spectrometry)、または誘導結合高周波プラズマ発光分光法(ICP−AES:Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)を用いることができる。または、これらの手法を複数組み合わせて分析を行うこともできる。分析によって得られたスペクトルのピーク分離を行い、元素の同定及び定量を行うことが好ましい。なお、含有率が低い元素は、分析精度の影響により、実際の含有率と分析によって得られた含有率が異なる場合がある。例えば、元素Mの含有率が低い場合、分析によって得られた元素Mの含有率が、実際の含有率より低くなる、定量が困難となる、または検出下限未満となる場合がある。
The composition of
金属酸化物の形成には、スパッタリング法、またはALD法を好適に用いることができる。ALD法として、熱ALD法またはPEALD法を用いることができる。なお、金属酸化物をスパッタリング法で形成する場合、形成後の金属酸化物の組成はスパッタリングターゲットの組成と異なる場合がある。特に、亜鉛は、形成後の金属酸化物における含有率が、スパッタリングターゲットと比較して50%程度にまで減少する場合がある。また、金属酸化物の形成に、PECVD法を用いることもできる。 The metal oxide can be formed by sputtering or ALD. Thermal ALD or PEALD can be used as the ALD. When forming a metal oxide by sputtering, the composition of the formed metal oxide may differ from the composition of the sputtering target. In particular, the zinc content in the formed metal oxide may decrease to about 50% compared to the sputtering target. The PECVD method can also be used to form the metal oxide.
層108及び層208は、結晶性を有する金属酸化物を用いることが好ましい。結晶性を有する金属酸化物の構造として、例えば、CAAC(c−axis aligned crystal)構造、多結晶構造、及び、微結晶(nc:nano−crystal)構造が挙げられる。結晶性を有する金属酸化物を用いることにより、層108及び層208中の欠陥準位密度を低減でき、信頼性の高い半導体装置を実現できる。
The
層108及び層208は、CAAC−OSまたはnc−OSを用いることが好ましい。
CAAC−OSは、複数の層状結晶を有する。当該結晶のc軸は、被形成面の法線方向に配向している。層108及び層208は、被形成面に対して平行または概略平行な層状結晶を有することが好ましい。例えば、層108は、導電層112の上面と接する領域においては当該上面に対して平行または概略平行な層状結晶を有することが好ましい。特に、層108は、開口部141において、被形成面である絶縁層110の側面に対して平行または概略平行な層状結晶を有することが好ましい。このような構成とすることにより、トランジスタ100のチャネル長方向に対して、層108の層状結晶が平行または概略平行に形成されるため、オン電流の大きいトランジスタとすることができる。同様に、トランジスタ200のチャネル長方向に対して、層208の層状結晶が平行または概略平行に形成されるため、オン電流の大きいトランジスタとすることができる。
CAAC-OS has multiple layered crystals. The c-axes of the crystals are oriented in the normal direction of the surface on which the transistor is formed. The
チャネル形成領域に結晶性が高い金属酸化物を用いることで、チャネル形成領域中の欠陥準位密度を低減できる。一方、結晶性の低い金属酸化物を用いることで、大きな電流を流すことができるトランジスタを実現することができる。 By using a metal oxide with high crystallinity in the channel formation region, the density of defect states in the channel formation region can be reduced. On the other hand, by using a metal oxide with low crystallinity, a transistor capable of passing a large current can be realized.
金属酸化物の形成時の基板温度が高いほど、結晶性の高い金属酸化物を形成することができる。形成時の基板温度は、例えば、形成時に基板が置かれるステージの温度により調整できる。また、成膜ガスの全流量に対する酸素ガスの流量の割合(以下、酸素流量比とも記す)、または処理室内の酸素分圧が高いほど、結晶性の高い金属酸化物を形成することができる。 The higher the substrate temperature during metal oxide formation, the more crystalline the metal oxide that can be formed. The substrate temperature during formation can be adjusted, for example, by the temperature of the stage on which the substrate is placed during formation. In addition, the higher the ratio of the flow rate of oxygen gas to the total flow rate of the deposition gas (hereinafter also referred to as the oxygen flow rate ratio) or the oxygen partial pressure in the processing chamber, the more crystalline the metal oxide that can be formed.
層108及び層208の結晶性は、例えば、X線回折(XRD:X−ray Diffraction)、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)、または電子線回折(ED:Electron Diffraction)により解析できる。または、これらの手法を複数組み合わせて分析を行うこともできる。
The crystallinity of
層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域のVOHをできる限り低減し、高純度真性または実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、VOHが十分低減された金属酸化物を得るには、金属酸化物中の水、水素などの不純物を除去すること(脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。)と、金属酸化物に酸素を供給して酸素欠損(VO)を修復することが重要である。VOHなどの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。なお、金属酸化物に酸素を供給して酸素欠損(VO)を修復することを、加酸素化処理と記す場合がある。
When a metal oxide is used for the
層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域として機能する領域108M及び領域208Mそれぞれのキャリア濃度は、1×1018cm−3以下であることが好ましく、1×1017cm−3未満であることがより好ましく、1×1016cm−3未満であることがさらに好ましく、1×1013cm−3未満であることがさらに好ましく、1×1012cm−3未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域のキャリア濃度の下限値について限定は無いが、例えば、1×10−9cm−3とすることができる。
When a metal oxide is used for the
前述したように、層108の導電層112と接する領域は、トランジスタ100のソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、領域108Dbはソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。層208の導電層212aと接する領域は、トランジスタ200のソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、導電層212bと接する領域はソース領域及びドレイン領域の他方として機能する。領域108Db、ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域と比較して電気抵抗が低い領域である。領域108Db、ソース領域及びドレイン領域は、チャネル形成領域と比較してキャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度が高い領域ともいえる。
As described above, the region of
層108の絶縁層110aと接する領域、及び絶縁層110cと接する領域の少なくとも一つは、チャネル形成領域と比較して電気抵抗が低い領域(以下、低抵抗領域とも記す)とすることもできる。当該領域は、チャネル形成領域と比較してキャリア濃度が高い領域、酸素欠陥密度が高い領域ともいえる。絶縁層110aに不純物(例えば、水及び水素)を放出する材料を用いることで、層108の絶縁層110aと接する領域を低抵抗領域とすることができる。層108は、ソース領域及びドレイン領域の一方と、チャネル形成領域として機能する領域108Mとの間に、低抵抗領域を有する構成とすることができる。同様に、絶縁層110cに不純物を放出する材料を用いることで、層108の絶縁層110cと接する領域を低抵抗領域とすることができる。層108は、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する領域108Dbと、チャネル形成領域として機能する領域108Mとの間に、低抵抗領域を有する構成とすることができる。低抵抗領域は、ドレイン電界を緩和するためのバッファ領域として機能することができる。なお、これらの低抵抗領域が、ソース領域またはドレイン領域として機能する構成とすることもできる。層208についても同様である。
At least one of the regions of the
OSトランジスタは、放射線照射による電気特性の変動が小さい、つまり放射線に対する耐性が高いため、放射線が入射しうる環境においても好適に用いることができる。OSトランジスタは、放射線に対する信頼性が高いともいえる。例えば、X線のフラットパネルディテクタの画素回路に、OSトランジスタを好適に用いることができる。また、OSトランジスタは、宇宙空間で使用する半導体装置に好適に用いることができる。放射線として、電磁放射線(例えば、X線、及びガンマ線)、及び粒子放射線(例えば、アルファ線、ベータ線、陽子線、及び中性子線)が挙げられる。 OS transistors have small variations in electrical characteristics due to radiation exposure, i.e., they have high resistance to radiation, and therefore can be suitably used in environments where radiation may be present. It can also be said that OS transistors have high reliability against radiation. For example, OS transistors can be suitably used in pixel circuits of X-ray flat panel detectors. OS transistors can also be suitably used in semiconductor devices used in outer space. Examples of radiation include electromagnetic radiation (e.g., X-rays and gamma rays) and particle radiation (e.g., alpha rays, beta rays, proton rays, and neutron rays).
層108及び層208は、半導体として機能する層状物質を有してもよい。層状物質とは、層状の結晶構造を有する材料群の総称である。層状の結晶構造は、共有結合またはイオン結合によって形成される層が、ファンデルワールス結合のような、共有結合またはイオン結合よりも弱い結合を介して積層している構造である。層状物質は、単位層内における電気伝導性が高く、つまり、2次元電気伝導性が高い。半導体として機能し、かつ、2次元電気伝導性の高い材料をチャネル形成領域に用いることで、オン電流が大きいトランジスタを提供することができる。
上記層状物質として、例えば、グラフェン、シリセン、カルコゲン化物などが挙げられる。カルコゲン化物は、カルコゲン(第16族に属する元素)を含む化合物である。また、カルコゲン化物として、遷移金属カルコゲナイド、13族カルコゲナイドなどが挙げられる。トランジスタのチャネル形成領域として適用可能な遷移金属カルコゲナイドとして、具体的には、硫化モリブデン(代表的にはMoS2)、セレン化モリブデン(代表的にはMoSe2)、モリブデンテルル(代表的にはMoTe2)、硫化タングステン(代表的にはWS2)、セレン化タングステン(代表的にはWSe2)、タングステンテルル(代表的にはWTe2)、硫化ハフニウム(代表的にはHfS2)、セレン化ハフニウム(代表的にはHfSe2)、硫化ジルコニウム(代表的にはZrS2)、セレン化ジルコニウム(代表的にはZrSe2)などが挙げられる。 Examples of the layered material include graphene, silicene, and chalcogenides. Chalcogenides are compounds containing chalcogen (an element belonging to Group 16). Examples of the chalcogenides include transition metal chalcogenides and Group 13 chalcogenides. Specific examples of transition metal chalcogenides that can be used as the channel formation region of a transistor include molybdenum sulfide (representatively MoS 2 ), molybdenum selenide (representatively MoSe 2 ), molybdenum tellurium (representatively MoTe 2 ), tungsten sulfide (representatively WS 2 ), tungsten selenide (representatively WSe 2 ), tungsten tellurium (representatively WTe 2 ) , hafnium sulfide (representatively HfS 2 ), hafnium selenide (representatively HfSe 2 ) , zirconium sulfide (representatively ZrS 2 ), zirconium selenide (representatively ZrSe 2 ), and the like.
層108及び層208はそれぞれ、2以上の金属酸化物層を有する積層構造とすることができる。層108及び層208が有する2以上の金属酸化物層の組成が互いに同じ、または概略同じ構成とすることができる。組成が同じ金属酸化物層の積層構造とすることで、例えば、同じスパッタリングターゲットを用いて形成できるため、製造コストを削減できる。層108及び層208が有する2以上の金属酸化物層の組成が同じ、または概略同じである場合、これらの金属酸化物層の境界(界面)を明確に確認できない場合がある。
層108及び層208をそれぞれ第1の金属酸化物層と、第1の金属酸化物層上の第2の金属酸化物層との2層構造とする場合、第2の金属酸化物層の被形成面は第1の金属酸化物層の表面となるため、第2の金属酸化物層の結晶性が高くなる場合がある。さらに、第2の金属酸化物層を形成した後に加熱処理を行うことで、第1の金属酸化物層の結晶性を高くすることができる。当該加熱処理は、結晶化処理ということもできる。 When layers 108 and 208 each have a two-layer structure of a first metal oxide layer and a second metal oxide layer on the first metal oxide layer, the surface on which the second metal oxide layer is formed becomes the surface of the first metal oxide layer, and the crystallinity of the second metal oxide layer may be high. Furthermore, by performing a heat treatment after forming the second metal oxide layer, the crystallinity of the first metal oxide layer can be increased. The heat treatment can also be called a crystallization treatment.
第1の金属酸化物層を形成し、1層目よりも結晶性の高い第2の金属酸化物層を形成する。例えば、第1の金属酸化物層の形成にはALD法を、第2の金属酸化物層の形成にはスパッタリング法を好適に用いることができる。第2の金属酸化物層の形成後に加熱処理を行うことで、第1の金属酸化物層及び第2の金属酸化物層の結晶性をさらに高くすることができる。このとき、第2の金属酸化物層に含まれる結晶が第1の金属酸化物層に向かって連続的に成長し、第1の金属酸化物層と第2の金属酸化物層の境界を明確に確認できない場合がある。第2の金属酸化物層は、CAAC構造を有すると特に好ましい。これにより、第2の金属酸化物層のCAAC構造を有する結晶を核または種として、第1の金属酸化物層の結晶性を高くすることができる。 A first metal oxide layer is formed, and a second metal oxide layer having higher crystallinity than the first layer is formed. For example, the ALD method can be suitably used to form the first metal oxide layer, and the sputtering method can be suitably used to form the second metal oxide layer. By performing a heat treatment after the formation of the second metal oxide layer, the crystallinity of the first metal oxide layer and the second metal oxide layer can be further increased. At this time, the crystals contained in the second metal oxide layer grow continuously toward the first metal oxide layer, and the boundary between the first metal oxide layer and the second metal oxide layer may not be clearly identified. It is particularly preferable that the second metal oxide layer has a CAAC structure. This allows the crystals having the CAAC structure of the second metal oxide layer to be used as nuclei or seeds to increase the crystallinity of the first metal oxide layer.
第2の金属酸化物層上に第3の金属酸化物層を有する3層構造とすることができる。例えば、第1の金属酸化物層及び第3の金属酸化物層の形成にはALD法を、第2の金属酸化物層の形成にはスパッタリング法を好適に用いることができる。第3の金属酸化物層の形成後に加熱処理を行うことで、第1の金属酸化物層、第2の金属酸化物層及び第3の金属酸化物層の結晶性を高くすることができる。このとき、第2の金属酸化物層に含まれる結晶が第1の金属酸化物層及び第3の金属酸化物層に向かって連続的に成長し、第1の金属酸化物層と第2の金属酸化物層の境界、及び第2の金属酸化物層と第3の金属酸化物層の境界を明確に確認できない場合がある。第2の金属酸化物層がCAAC構造を有することにより、第2の金属酸化物層のCAAC構造を有する結晶を核または種として、第1の金属酸化物層及び第3の金属酸化物層の結晶性を高くすることができる。 A three-layer structure having a third metal oxide layer on the second metal oxide layer can be formed. For example, the ALD method can be suitably used to form the first metal oxide layer and the third metal oxide layer, and the sputtering method can be suitably used to form the second metal oxide layer. By performing a heat treatment after the formation of the third metal oxide layer, the crystallinity of the first metal oxide layer, the second metal oxide layer, and the third metal oxide layer can be increased. At this time, the crystals contained in the second metal oxide layer grow continuously toward the first metal oxide layer and the third metal oxide layer, and the boundary between the first metal oxide layer and the second metal oxide layer, and the boundary between the second metal oxide layer and the third metal oxide layer may not be clearly identified. By the second metal oxide layer having a CAAC structure, the crystals having the CAAC structure of the second metal oxide layer can be used as nuclei or seeds to increase the crystallinity of the first metal oxide layer and the third metal oxide layer.
結晶性の低い金属酸化物層と結晶性の高い金属酸化物層を積層して形成することで、これらの間で厚さ方向に連続的に結晶成長が起こり、金属酸化物層の全体にわたって結晶性を高くすることができる。または、結晶性の低い金属酸化物層と結晶性の高い金属酸化物層を積層して形成し、さらに加熱処理を行うことで、これらの間で厚さ方向に連続的に結晶成長が起こり、金属酸化物層の全体にわたって結晶性を高くすることができる。これにより、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。なお、厚さ方向とは、金属酸化物層の被形成面に対して垂直または概略垂直な方向を指す。このように結晶性が高められた金属酸化物層を、Axial Growth CAAC(AG CAAC)と呼ぶことができる。なお、厚さ方向に結晶成長が起こるとともに、金属酸化物層の被形成面に対して平行または概略平行な方向にも結晶成長が起こる場合もある。 By stacking a metal oxide layer with low crystallinity and a metal oxide layer with high crystallinity, crystal growth occurs continuously in the thickness direction between them, and the crystallinity can be increased throughout the entire metal oxide layer. Alternatively, by stacking a metal oxide layer with low crystallinity and a metal oxide layer with high crystallinity and then performing a heat treatment, crystal growth occurs continuously in the thickness direction between them, and the crystallinity can be increased throughout the entire metal oxide layer. This makes it possible to realize a highly reliable transistor. The thickness direction refers to a direction perpendicular or approximately perpendicular to the surface on which the metal oxide layer is formed. A metal oxide layer with increased crystallinity in this way can be called an Axial Growth CAAC (AG CAAC). In addition to crystal growth in the thickness direction, crystal growth may also occur in a direction parallel or approximately parallel to the surface on which the metal oxide layer is formed.
加熱処理の温度は、100℃以上基板の歪み点未満とすることができる。加熱処理の温度は、100℃以上800℃以下が好ましく、さらには250℃以上650℃以下が好ましく、さらには350℃以上550℃以下が好ましい。加熱処理の時間は、例えば、350℃以上550℃以下の温度において、1分以上1時間以下が好ましく、さらには10分以上30分以下が好ましい。加熱処理に用いる加熱装置は特に限定されず、発熱体(例えば、抵抗発熱体)からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いることができる。加熱処理には、例えば、電気炉、またはLRTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置、GRTA(Gas Rapid Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid Thermal Anneal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ランプ(例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ及び高圧水銀ランプ)から発する光(電磁波)の輻射により、被処理物を加熱する装置である。GRTA装置は、高温のガスを用いて被処理物を加熱する装置である。 The temperature of the heat treatment can be 100°C or higher and lower than the distortion point of the substrate. The temperature of the heat treatment is preferably 100°C or higher and 800°C or lower, more preferably 250°C or higher and 650°C or lower, and even more preferably 350°C or higher and 550°C or lower. The time of the heat treatment is, for example, preferably 1 minute or higher and 1 hour or lower, more preferably 10 minutes or higher and 30 minutes or lower, at a temperature of 350°C or higher and 550°C or lower. The heating device used for the heat treatment is not particularly limited, and a device that heats the workpiece by thermal conduction or thermal radiation from a heating element (e.g., a resistance heating element) can be used. For the heat treatment, for example, an electric furnace or an RTA (Rapid Thermal Anneal) device such as an LRTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) device or a GRTA (Gas Rapid Thermal Anneal) device can be used. The LRTA device is a device that heats the workpiece by radiating light (electromagnetic waves) emitted from a lamp (e.g., a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, and a high-pressure mercury lamp). The GRTA device is a device that heats the workpiece using a high-temperature gas.
[絶縁層110]
前述したように、絶縁層110は積層構造を有することが好ましい。絶縁層110bは、層108及び層208のチャネル形成領域(ここでは、領域108M及び領域208M)に酸素を供給する機能を有する。絶縁層110a及び絶縁層110cは、バリア膜として機能する。
[Insulating layer 110]
As described above, the insulating
絶縁層110aの厚さT110a、及び絶縁層110cの厚さT110cが薄いと、絶縁層110bに含まれる酸素が、絶縁層110aを介して導電層112及び導電層212a側に、絶縁層110cを介して領域108Db及び導電層212b側に拡散する場合がある。これにより、層108及び層208のチャネル形成領域に供給される酸素の量が減ってしまうとともに、領域108Db、導電層112、導電層212a及び導電層212bの電気抵抗が高くなってしまう場合がある。一方、厚さT110a及び厚さT110cが厚いと、絶縁層110a及び絶縁層110cから放出される不純物の量が多くなり、チャネル形成領域に拡散する不純物の量が多くなってしまう場合がある。図3A及び図3Bに示すように、厚さT110aは、断面視における絶縁層110aの被形成面(ここでは、導電層112の上面または導電層212aの上面)と絶縁層110aの上面の最短距離とすることができる。厚さT110cは、断面視における絶縁層110cの被形成面(ここでは、絶縁層110bの上面)と絶縁層110cの上面の最短距離とすることができる。
If the thickness T110a of the insulating
厚さT110cは、3nm以上200nm以下が好ましく、さらには3nm以上100nm以下が好ましく、さらには3nm以上50nm以下が好ましく、さらには3nm以上30nm以下が好ましく、さらには3nm以上20nm以下が好ましく、さらには3nm以上10nm以下が好ましく、さらには5nm以上10nm以下が好ましい。 The thickness T110c is preferably 3 nm or more and 200 nm or less, more preferably 3 nm or more and 100 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 50 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 30 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 20 nm or less, even more preferably 3 nm or more and 10 nm or less, even more preferably 5 nm or more and 10 nm or less.
厚さT110aは、厚さT110cより厚くすることができる。層108の絶縁層110aと接する領域がトランジスタ100のソース領域またはドレイン領域として機能する場合、厚さT110aを厚くすることにより、ソース領域またはドレイン領域からゲート電極までの距離をより均一にすることができる。同様に、層208の絶縁層110aと接する領域がトランジスタ200のソース領域またはドレイン領域として機能する場合、厚さT110aを厚くすることにより、ソース領域またはドレイン領域からゲート電極までの距離をより均一にすることができる。これにより、チャネル形成領域にかかるゲート電極の電界をより均一にすることができる。絶縁層110aの厚さT110aは、3nm以上500nm以下が好ましく、さらには5nm以上400nm以下が好ましく、さらには10nm以上300nm以下が好ましく、さらには20nm以上300nm以下が好ましく、さらには50nm以上300nm以下が好ましく、さらには100nm以上300nm以下が好ましく、さらには100nm以上250nm以下が好ましく、さらには150nm以上250nm以下が好ましい。
Thickness T110a can be thicker than thickness T110c. If the region of
厚さT110a及び厚さT110cを前述の範囲とすることにより、層108及び層208のチャネル形成領域に供給される酸素の量を増やすことができ、チャネル形成領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減できる。また、絶縁層110bに含まれる酸素によって領域108Db、導電層112、導電層212a及び導電層212bの電気抵抗が高くなることを抑制できる。なお、厚さT110a及び厚さT110cは前述の範囲に限定されない。
By setting the thickness T110a and the thickness T110c within the above-mentioned ranges, the amount of oxygen supplied to the channel formation regions of the
なお、絶縁層110aから放出された不純物が、絶縁層110bを介して、または層108の絶縁層110aと接する領域を介して、層108のチャネル形成領域に拡散する場合がある。同様に、絶縁層110cから放出された不純物が、絶縁層110bを介して、または層108の絶縁層110cと接する領域を介して、層108のチャネル形成領域に拡散する場合がある。不純物が水素の場合、絶縁層110aまたは絶縁層110cから放出された水素が、層108のチャネル形成領域に拡散する場合がある。しかしながら、少なくとも層108の絶縁層110bと接する領域には絶縁層110bから酸素が供給されるため、チャネル形成領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。これにより、しきい値電圧がシフトすることが抑制され、小さいカットオフ電流と、大きいオン電流が両立したトランジスタとすることができる。層208についても同様である。したがって、低い消費電力と高い性能が両立した半導体装置とすることができる。
Note that impurities released from the insulating
ただし、絶縁層110a及び絶縁層110cから放出される不純物の量が多くなりすぎる場合、当該不純物によって生成される酸素欠損(VO)及びVOHの量が、絶縁層110bから供給される酸素によって修復される酸素欠損(VO)及びVOHの量よりも多くなる恐れがある。絶縁層110a及び絶縁層110cに不純物を放出する材料を用いる場合であっても、これらから放出される不純物の量は少ないことがより好ましい。
However, if the amount of impurities released from the insulating
絶縁層110a、絶縁層110b及び絶縁層110cの一以上を積層構造とすることができる。
One or more of the insulating
絶縁層110cを積層構造とする場合、絶縁層110cを構成する各層は絶縁層110cで挙げた材料を用いることができる。絶縁層110b側に設けられる層には酸化物または酸化窒化物を好適に用いることができる。より具体的には、絶縁層110b側に設けられる層に、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、及びガリウム亜鉛酸化物の一または複数を特に好適に用いることができる。絶縁層110b側に設けられる層に酸化物または酸化窒化物を用いることにより、当該層(または当該層となる膜)を形成する際に、絶縁層110b(または絶縁層110bとなる絶縁膜)に酸素を供給することができ、好ましい。絶縁層110cは、例えば、酸化物または酸化窒化物を有する第1の膜と、第1の膜上の窒化物または窒化酸化物を有する第2の膜との積層構造とすることができる。より具体的には、絶縁層110cは、例えば、酸化アルミニウム膜と、当該酸化アルミニウム膜上の窒化シリコン膜の積層構造とすることができる。
When the insulating
[開口部141、開口部241、開口部243]
開口部141、開口部241及び開口部243の上面形状に限定はなく、それぞれ、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形(長方形、菱形、正方形を含む)、五角形などの多角形、またはこれら多角形の角が丸い形状とすることができる。なお、多角形は、凹多角形(少なくとも一つの内角が180度を超える多角形)及び凸多角形(全ての内角が180度以下である多角形)のどちらであってもよい。図1A等に示すように、開口部141、開口部241及び開口部243の上面形状はそれぞれ、円形であることが好ましい。開口部の上面形状を円形とすることにより、開口部を形成する際の加工精度を高めることができ、微細なサイズの開口部を形成することができる。なお、開口部241と開口部243の上面形状が円形であるとき、開口部241と開口部243は同心円状であってもよく、同心円状でなくてもよい。また、本明細書等において、円形とは真円に限定されない。
[
The upper surface shapes of the
トランジスタ100及びトランジスタ200のチャネル長及びチャネル幅について、図4A乃至図4Cを用いて説明する。図4Aはトランジスタ100及びトランジスタ200の上面図であり、図4Bはトランジスタ100の断面図であり、図4Cはトランジスタ200の断面図である。
The channel length and channel width of the
図4Bでは、トランジスタ100のチャネル長L100を破線の両矢印で示している。トランジスタ100のチャネル長L100は、断面視における絶縁層110bの開口部141側の側面の長さに相当する。つまり、チャネル長L100は、絶縁層110bの厚さT110b、及び絶縁層110bの開口部141側の側面と絶縁層110bの被形成面(ここでは、絶縁層110aの上面)とのなす角の角度θ100で決まる。図4Cでは、トランジスタ200のチャネル長L200を破線の両矢印で示している。トランジスタ200のチャネル長L200は、断面視における絶縁層110bの開口部241側の側面の長さに相当する。つまり、チャネル長L200は、絶縁層110bの厚さT110b、及び絶縁層110bの開口部241側の側面と絶縁層110bの被形成面(ここでは、絶縁層110aの上面)とのなす角の角度θ200で決まる。したがって、チャネル長L100及びチャネル長L200を露光装置の露光の最小寸法よりも小さな値とすることができ、微細なサイズのトランジスタを実現することができる。具体的には、従来のフラットパネルディスプレイの量産用の露光装置(例えば、最小寸法2μmまたは1.5μm程度)では実現できなかった、極めて短いチャネル長のトランジスタを実現することができる。また、最先端のLSI技術で用いられる極めて高額な露光装置を用いることなく、チャネル長が10nm未満のトランジスタを実現することもできる。
In FIG. 4B, the channel length L100 of the
チャネル長L100及びチャネル長L200はそれぞれ、例えば、5nm以上、7nm以上、または10nm以上であって、3μm未満、2.5μm以下、2μm以下、1.5μm以下、1.2μm以下、1μm以下、500nm以下、300nm以下、200nm以下、100nm以下、50nm以下、30nm以下、または20nm以下とすることができる。例えば、チャネル長L100を、100nm以上1μm以下とすることもできる。 The channel length L100 and the channel length L200 can each be, for example, 5 nm or more, 7 nm or more, or 10 nm or more, and can be less than 3 μm, 2.5 μm or less, 2 μm or less, 1.5 μm or less, 1.2 μm or less, 1 μm or less, 500 nm or less, 300 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, or 20 nm or less. For example, the channel length L100 can be 100 nm or more and 1 μm or less.
チャネル長L100及びチャネル長L200を短くすることにより、トランジスタ100及びトランジスタ200のオン電流を大きくすることができる。トランジスタ100及びトランジスタ200を用いることにより、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路の占有面積を縮小することが可能となる。したがって、小型の半導体装置とすることができる。例えば、本発明の一態様の半導体装置を大型の表示装置、または高精細な表示装置に適用する際、配線数が増加した場合においても、各配線における信号遅延を低減することができ、表示ムラを抑制することができる。また、回路の占有面積を縮小できるため、表示装置の額縁を狭くすることができる。
By shortening the channel length L100 and the channel length L200, the on-state current of the
厚さT110b、及び角度θ100を調整することにより、チャネル長L100を制御することができる。同様に、厚さT110b、及び角度θ200を調整することにより、チャネル長L200を制御することができる。 The channel length L100 can be controlled by adjusting the thickness T110b and the angle θ100. Similarly, the channel length L200 can be controlled by adjusting the thickness T110b and the angle θ200.
厚さT110bは、例えば、5nm以上、7nm以上、または10nm以上であって、3μm未満、2.5μm以下、2μm以下、1.5μm以下、1.2μm以下、1μm以下、500nm以下、300nm以下、200nm以下、100nm以下、50nm以下、30nm以下、または20nm以下とすることができる。厚さT110bは、所望のチャネル長L100になるように適宜設定することができる。厚さT110bは、図4Bに示すように、断面視における絶縁層110bの被形成面(ここでは、絶縁層110aの上面)と絶縁層110bの上面の最短距離とすることができる。
The thickness T110b can be, for example, 5 nm or more, 7 nm or more, or 10 nm or more, and can be less than 3 μm, 2.5 μm or less, 2 μm or less, 1.5 μm or less, 1.2 μm or less, 1 μm or less, 500 nm or less, 300 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, or 20 nm or less. The thickness T110b can be appropriately set to obtain the desired channel length L100. As shown in FIG. 4B, the thickness T110b can be the shortest distance between the surface on which the insulating
角度θ100及び角度θ200はそれぞれ、90度以下であることが好ましい。角度θ100及び角度θ200を小さくすることにより、絶縁層110上に形成される層(例えば、層108及び層208)の被覆性を高めることができる。また、角度θ100が90度以下において、角度θ100が小さいほど、チャネル長L100を長くすることができ、角度θ100が大きいほど、チャネル長L100を短くすることができる。角度θ200及びチャネル長L200についても同様である。
It is preferable that the angles θ100 and θ200 are each 90 degrees or less. By reducing the angles θ100 and θ200, the coverage of the layers (e.g., layers 108 and 208) formed on the insulating
角度θ100が90度未満の場合、角度θ100を大きくするほど、厚さTaと厚さTdの差、及び厚さTbと厚さTdとの差をそれぞれ大きくすることができる。したがって、領域108Mに第1の元素が供給されることが抑制されるとともに、領域108Da及び領域108Dbに優先的に第1の元素が供給される。これにより、領域108Da及び領域108Dbの電気抵抗を効率的に低くすることができる。同様に、角度θ200が90度未満の場合、角度θ200を大きくするほど、厚さXaと厚さXdの差、及び厚さXbと厚さXdとの差をそれぞれ大きくすることができる。したがって、領域208Mに第1の元素が供給されることが抑制されるとともに、領域208Da及び領域208Dbに優先的に第1の元素が供給される。これにより、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を効率的に低くすることができる。
When the angle θ100 is less than 90 degrees, the larger the angle θ100, the larger the difference between the thickness Ta and the thickness Td, and the difference between the thickness Tb and the thickness Td. Therefore, the supply of the first element to the
図4B等では、角度θ100及び角度θ200をそれぞれ90度未満で示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。角度θ100及び角度θ200をそれぞれ90度または概略90度とすることができる。これにより、チャネル長L100及びチャネル長L200を短くすることができる。 In FIG. 4B and other figures, the angles θ100 and θ200 are each shown as less than 90 degrees, but this is not a limitation of one aspect of the present invention. The angles θ100 and θ200 can each be 90 degrees or approximately 90 degrees. This allows the channel lengths L100 and L200 to be shortened.
角度θ100が90度の構成において、絶縁層106を介して層108に第1の元素を供給する場合、第1の元素が領域108Mに達するには、第1の元素が絶縁層106、及び層108の絶縁層110c側面と接する領域を経ることになる。したがって、領域108Mにおける深さは、領域108Da及び領域108Dbにおける深さより深くなる。したがって、領域108Mにおける第1の元素の濃度は、領域108Da及び領域108Dbにおける第1の元素の濃度より低くなる。角度θ200が90度の構成において、絶縁層106を介して層208に第1の元素を供給する場合、第1の元素が領域208Mに達するには、第1の元素が絶縁層106、及び層208の導電層212bの側面と接する領域並びに絶縁層110c側面と接する領域を経ることになる。したがって、領域208Mにおける深さは、領域208Da及び領域208Dbにおける深さより深くなる。したがって、領域208Mにおける第1の元素の濃度は、領域208Da及び領域208Dbにおける第1の元素の濃度より低くなる。
In a configuration in which the angle θ100 is 90 degrees, when the first element is supplied to layer 108 through insulating
なお、層108及び層208に用いる材料の膜密度が高いほど、イオン注入における阻止能が高くなり、領域108M及び領域208Mに到達する第1の元素の量が少なくなる。例えば、絶縁層106より層108の膜密度が高い場合、同じ深さであっても、層108に供給される第1の元素の量は少なくなる。また、元素の種類によってイオン注入における阻止能の高さが異なるため、被注入層の組成によっても供給される第1の元素の量が異なる。
The higher the film density of the material used for
角度θ100及び角度θ200はそれぞれ、例えば、30度以上、35度以上、40度以上、45度以上、50度以上、55度以上、60度以上、65度以上、または70度以上であって、90度以下、85度以下、または80度以下とすることができる。角度θ100及び角度θ200はそれぞれ、75度以下、70度以下、65度以下、または60度以下とすることもできる。角度θ100及び角度θ200はそれぞれ、所望のチャネル長L100及びチャネル長L200になるように適宜設定することができる。 The angles θ100 and θ200 can each be, for example, 30 degrees or more, 35 degrees or more, 40 degrees or more, 45 degrees or more, 50 degrees or more, 55 degrees or more, 60 degrees or more, 65 degrees or more, or 70 degrees or more, and 90 degrees or less, 85 degrees or less, or 80 degrees or less. The angles θ100 and θ200 can also each be 75 degrees or less, 70 degrees or less, 65 degrees or less, or 60 degrees or less. The angles θ100 and θ200 can be appropriately set to the desired channel length L100 and channel length L200, respectively.
前述したように、角度θ100及び角度θ200を大きくするほど領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに優先的に第1の元素を供給することができる。しかしながら、角度θ100が大きいと、開口部141内に設けられる層(例えば、層108及び絶縁層106)の被覆性が低下する恐れがあり、角度θ200が大きいと、開口部241及び開口部243内に設けられる層(例えば、層208及び絶縁層106)の被覆性が低下する恐れがある。したがって、角度θ100及び角度θ200はそれぞれ、65度以上90度以下が好ましく、さらには70度以上90度以下が好ましく、さらには75度以上90度以下が好ましい。
As described above, the larger the angles θ100 and θ200, the more the first element can be preferentially supplied to regions 108Da, 108Db, 208Da, and 208Db. However, if the angle θ100 is large, the coverage of the layers (e.g.,
角度θ200を角度θ100と同じまたは概略同じとすることにより、チャネル長L200はチャネル長L100と同じまたは概略同じとなる。例えば、開口部141と開口部241を同じ工程で形成することにより、角度θ100と角度θ200を同じまたは概略同じにすることができる。または、角度θ100と角度θ200を互いに異ならせることができる。例えば、開口部141と開口部241を異なる工程で形成し、角度θ100と角度θ200を互いに異ならせることで、チャネル長L100とチャネル長L200を互いに異ならせることができる。例えば、角度θ200が90度以下において、角度θ200を小さくすることにより、チャネル長L200が長くなり、トランジスタ200の飽和性を高めることができる。
By making the angle θ200 the same or approximately the same as the angle θ100, the channel length L200 becomes the same or approximately the same as the channel length L100. For example, by forming the
なお、本明細書等において、トランジスタのId−Vd特性における、飽和領域の電流の変化が小さいことを、「飽和性が高い」と表現する場合がある。 In this specification, the term "high saturation" may be used to refer to a small change in current in the saturation region in the Id-Vd characteristics of a transistor.
角度θ100及び角度θ200が大きい場合、開口部141、並びに開口部241及び開口部243内に設けられる層の形成に、より被覆性の高い成膜方法を用いることが好ましい。例えば、角度θ100及び角度θ200が85度以上90度以下の場合、絶縁層106、層108及び層208の形成にALD法を好適に用いることができる。一方、角度θ100及び角度θ200が小さい場合は、より生産性の高い成膜方法を好適に用いることができる。例えば、角度θ100及び角度θ200が85度未満の場合、絶縁層106の形成にPECVD法を用い、層108及び層208の形成にスパッタリングを好適に用いることができる。
When angles θ100 and θ200 are large, it is preferable to use a film formation method with higher coverage for forming the layers provided in
層108の絶縁層110の上面に沿って設けられる領域108Dbの厚さは、絶縁層110の側面に沿って設けられる領域108Mの厚さより、厚くなる場合がある。領域108Dbの厚さを厚くすることにより、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方の電気抵抗を低くすることができる。
The thickness of region 108Db provided along the top surface of insulating
図1B等では、断面視において、絶縁層110の開口部141側の側面の形状、及び開口部241側の側面の形状が直線である構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。断面視において、絶縁層110の開口部141側の側面の形状、及び開口部241側の側面の形状を曲線とすることができる。または、側面の形状が直線である領域と曲線である領域の双方を有する構成とすることもできる。
In FIG. 1B and other figures, the shape of the side of the insulating
ここで、導電層212bは、開口部241の内側に設けないことが好ましい。具体的には、導電層212bは、絶縁層110の開口部241側の側面と接する領域を有さないことが好ましい。導電層212bを開口部241の内側にも設ける場合、トランジスタ200のチャネル長L200が絶縁層110bの側面の長さより短くなり、チャネル長L200の制御が困難になってしまう場合がある。したがって、開口部243の上面形状が開口部241の上面形状と一致、または、上面視において開口部243が開口部241を包含することが好ましい。
Here, it is preferable that the
図4A及び図4Bでは開口部141の幅D141を二点鎖線の両矢印で示し、図4A及び図4Cでは開口部241の幅D241を二点鎖線の両矢印で示している。図4Aでは、開口部141及び開口部241の上面形状がそれぞれ、円形である例を示す。このとき、幅D141は当該円の直径に相当し、トランジスタ100のチャネル幅W100は当該円の周の長さとなる。すなわち、チャネル幅W100は、π×D141となる。同様に、開口部241の上面形状が円形の場合、トランジスタ200のチャネル幅W200は、π×D241となる。開口部141及び開口部241の上面形状が円形であると、他の形状に比べて、チャネル幅の小さいトランジスタ100及びトランジスタ200を実現できる。
In Figures 4A and 4B, the width D141 of the
幅D141及び幅D241は、深さ方向で変化する場合がある。幅D141及び幅D241として、例えば、断面視における絶縁層110b(または絶縁層110)の最も高い位置の径、最も低い位置の径、及びこれらの中間点の位置の径の3つの平均値を用いることができる。または、幅D141及び幅D241として、例えば、断面視における絶縁層110b(または絶縁層110)の最も高い位置の径、最も低い位置の径、またはこれらの中間点の位置の径の、いずれかの径を用いることもできる。
The width D141 and the width D241 may vary in the depth direction. For example, the average value of the diameter at the highest point of the insulating
フォトリソグラフィ法を用いて開口部141及び開口部241を形成する場合、幅D141及び幅D241はそれぞれ、露光装置の露光の最小寸法以上となる。幅D141及び幅D241はそれぞれ、例えば、20nm以上、50nm以上、100nm以上、200nm以上、300nm以上、400nm以上、または、500nm以上であって、5μm未満、4.5μm以下、4μm以下、3.5μm以下、3μm以下、2.5μm以下、2μm以下、1.5μm以下、または1μm以下とすることができる。
When the
図4A等では、幅D141と幅D241が同じ構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。幅D141と幅D241が異なる構成とすることもできる。幅D141と幅D241を異ならせることにより、チャネル幅W100とチャネル幅W200を異ならせることができる。 In FIG. 4A etc., the width D141 and the width D241 are shown to be the same, but one aspect of the present invention is not limited to this. The width D141 and the width D241 may also be different. By making the width D141 and the width D241 different, the channel width W100 and the channel width W200 can be made different.
なお、ここでは領域108Mがトランジスタ100のチャネル形成領域とし、領域208Mがトランジスタ200のチャネル形成領域として機能する構成を例に挙げて説明したが、本発明の一態様はこれに限られない。層108の絶縁層110aと接する領域もチャネル形成領域として機能してもよい。層108の絶縁層110cと接する領域もチャネル形成領域として機能してもよい。層208についても同様である。
Note that, although the example described here is a configuration in which
[導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b、導電層204]
導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b及び導電層204はそれぞれ、単層構造、または2層以上の積層構造とすることができる。これらに用いることができる材料として、それぞれ、例えば、クロム、銅、アルミニウム、金、銀、亜鉛、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、モリブデン、及びニオブの一または複数、並びに前述した金属の一または複数を成分とする合金が挙げられる。導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b及び導電層204には、それぞれ、銅、銀、金、及びアルミニウムのうち一または複数を含む、電気抵抗率の低い導電材料を好適に用いることができる。特に、銅またはアルミニウムは量産性に優れるため好ましい。
[
The
導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b及び導電層204にはそれぞれ、酸化物導電体を用いることができる。酸化物導電体として、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、In−Sn酸化物(ITO)、In−Zn酸化物、In−W酸化物、In−W−Zn酸化物、In−Ti酸化物、In−Ti−Sn酸化物、In−Sn−Si酸化物(シリコンを含むITO、ITSOともいう)、ガリウムを添加した酸化亜鉛、及びIn−Ga−Zn酸化物が挙げられる。特にインジウムを含む酸化物導電体は、導電性が高いため好ましい。
Oxide conductors can be used for the
導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b及び導電層204はそれぞれ、前述の酸化物導電体を含む導電膜と、金属または合金を含む導電膜と、の積層構造とすることができる。金属または合金を含む導電膜を用いることで、配線抵抗を小さくすることができる。
The
導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b及び導電層204はそれぞれ、Cu−X合金膜(Xは、Mn、Ni、Cr、Fe、Co、Mo、Ta、またはTi)を適用することもできる。Cu−X合金膜を用いることで、ウェットエッチング法により加工できるため、製造コストを削減できる。
The
なお、導電層112、導電層104、導電層212a、導電層212b及び導電層204は互いに同じ材料を用いることができる。または、これらの少なくとも一つに異なる材料を用いることもできる。
Note that the
導電層112を形成した後に層108が形成され、導電層212a及び導電層212bを形成した後に層208が形成される。層108及び層208が酸素を含む、または酸素を含む雰囲気で層108及び層208を形成する場合、導電層112、導電層212a及び導電層212bに酸化されやすい金属(例えば、アルミニウム)を用いると、導電層112と層108との間、導電層212aと層208との間、及び導電層212bと層208との間に絶縁性の酸化物(例えば、酸化アルミニウム)が形成され、これらの導通を妨げる恐れがある。そのため、導電層112、導電層212a及び導電層212bには、酸化されにくい導電材料、酸化されても電気抵抗が低く保たれる導電材料、または酸化物導電体を用いることが好ましい。
The
導電層112、導電層212a及び導電層212bにはそれぞれ、例えば、チタン、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、ルテニウム、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物を用いることが好ましい。これらは、酸化されにくい導電材料、または、酸化されても電気抵抗が低く保たれる材料であるため、好ましい。なお、導電層112、導電層212aまたは導電層212bが積層構造である場合、少なくとも層108と接する層及び層208と接する層に、酸化されにくい導電材料を用いることが好ましい。
The
導電層112、導電層212a及び導電層212bにはそれぞれ、前述の酸化物導電体を用いることができる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、ITO、In−Zn酸化物、In−W酸化物、In−W−Zn酸化物、In−Ti酸化物、In−Ti−Sn酸化物、シリコンを含むIn−Sn酸化物、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの酸化物導電体を用いることができる。
The
導電層112、導電層212a及び導電層212bにはそれぞれ、窒化物導電体を用いることもできる。窒化物導電体として、例えば、窒化タンタル、及び窒化チタンが挙げられる。また、導電層104及び導電層204に、前述の窒化物導電体を用いることができる。
The
本発明の一態様である半導体装置10Aの断面図を、図5A乃至図6Bに示す。半導体装置10Aの上面図は、図1Aを参照できる。図5A乃至図6Bはそれぞれ、図1Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図である。
Cross-sectional views of a
半導体装置10Aは、トランジスタ100Aと、トランジスタ200Aと、絶縁層110と、を有する。トランジスタ100Aは、導電層112が積層構造を有する点で図1B等に示すトランジスタ100と主に異なり、トランジスタ200Aは、導電層212aが積層構造を有する点でトランジスタ200と主に異なる。
The
図5A及び図5Bは、導電層112が導電層112_1と、導電層112_1上の導電層112_2との2層構造を有し、導電層212aが導電層212a_1と、導電層212a_1上の導電層212a_2との2層構造を有する構成を示している。
FIGS. 5A and 5B show a configuration in which the
層108と接する領域を有する導電層112_2には、酸化されにくい導電材料、酸化されても電気抵抗が低く保たれる導電材料、または酸化物導電体を用いることが好ましい。導電層112_2に用いることができる材料は、導電層112に係る記載を参照できる。
For the conductive layer 112_2 having a region in contact with the
導電層112_1は、層108と接する領域を有さないため、用いる材料は特に限定されない。例えば、導電層112_1は、導電層112_2より電気抵抗率の低い材料を用いることが好ましい。これにより、導電層112の電気抵抗を低くすることができる。例えば、導電層112_2にIn−Sn−Si酸化物(ITSO)を、導電層112_1に銅またはタングステンを好適に用いることができる。
Since the conductive layer 112_1 does not have an area in contact with the
図5Aに示すように、導電層112_2の端部は、導電層112_1の端部と揃っている、または概略揃っている構成とすることができる。例えば、導電層112_1となる第1の膜と、導電層112_2となる第2の膜を形成し、第1の膜及び第2の膜を加工することにより、導電層112を形成できる。第1の膜と第2の膜を同じ工程で加工することにより、製造コストを削減できる。
As shown in FIG. 5A, the end of conductive layer 112_2 can be configured to be aligned or approximately aligned with the end of conductive layer 112_1. For example,
導電層112_2の端部が、導電層112_1の端部と揃っていない構成とすることができる。図5Bに示すように、導電層112_2が導電層112_1を覆うように設けることができる。導電層112_2は、導電層112_1の上面及び側面と接する領域を有する。導電層112_2は、導電層112_1の端部より突出した部分を有するともいえる。例えば、導電層112_1を形成し、導電層112_1上に導電層112_2となる膜を形成し、当該膜を加工して導電層112_2を形成することができる。導電層112_2を導電層112_1の端部より突出させることにより、導電層112上に形成される層(例えば、絶縁層110)の被形成面の段差が小さくなり、当該層の被覆性を高めることができる。これにより、当該層に段切れまたは鬆といった不具合が発生することを抑制できる。
The conductive layer 112_2 may have an end that is not aligned with the end of the conductive layer 112_1. As shown in FIG. 5B, the conductive layer 112_2 may be provided so as to cover the conductive layer 112_1. The conductive layer 112_2 has an area that is in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112_1. It can also be said that the conductive layer 112_2 has a portion that protrudes from the end of the conductive layer 112_1. For example, the conductive layer 112_1 may be formed, a film that becomes the conductive layer 112_2 may be formed on the conductive layer 112_1, and the conductive layer 112_2 may be formed by processing the film. By making the conductive layer 112_2 protrude from the end of the conductive layer 112_1, the step of the surface on which the layer (e.g., the insulating layer 110) is formed on the
図5A及び図5Bに示すように、導電層112を構成する各層の厚さの一部または全てが異なる構成とすることができる。電気抵抗率の低い材料を用いる層の厚さを他の層より厚くすることにより、導電層112の電気抵抗を低くすることができる。例えば、導電層112_1に導電層112_2より電気抵抗率の低い材料を用い、導電層112_1の厚さを導電層112_2の厚さより厚くすることができる。これにより、導電層112の電気抵抗を低くすることができる。なお、導電層112を構成する各層の厚さを互いに同じ、または概略同じにすることもできる。
As shown in Figures 5A and 5B, some or all of the layers constituting the
導電層212a_1は、導電層112_1と同じ工程で形成することができ、導電層212a_2は、導電層112_2と同じ工程で形成することができる。導電層212a_1及び導電層212a_2については、導電層112_1及び導電層112_2に係る記載を参照できる。 The conductive layer 212a_1 can be formed in the same process as the conductive layer 112_1, and the conductive layer 212a_2 can be formed in the same process as the conductive layer 112_2. For the conductive layer 212a_1 and the conductive layer 212a_2, the description of the conductive layer 112_1 and the conductive layer 112_2 can be referred to.
図6A及び図6Bは、導電層112が導電層112_3と、導電層112_3上の導電層112_1と、導電層112_1上の導電層112_2との3層構造を有し、導電層212aが導電層212a_3と、導電層212a_3上の導電層212a_1と、導電層212a_1上の導電層212a_2との3層構造を有する構成を示している。
FIGS. 6A and 6B show a configuration in which the
図6Aに示すように、導電層112_1の端部は、導電層112_3の上面と接する構成とすることができる。導電層112_2は、導電層112_1の上面及び側面、並びに導電層112_3の上面と接する領域を有する。つまり、導電層112_2及び導電層112_3はそれぞれ、導電層112_1の端部より突出した部分を有するともいえる。また、導電層112_1は、導電層112_2と導電層112_3により、その上面、側面及び下面を包み込まれているともいえる。導電層112_3は、導電層112_3の被形成面(ここでは、基板102の表面)との密着性が高い材料を用いることが好ましい。また、導電層112_3の端部が、導電層112_2の端部と揃っている、または概略揃っている構成とすることができる。例えば、導電層112_3となる第1の膜を形成し、第1の膜上に導電層112_1を形成し、第1の膜及び導電層112_1上に、導電層112_2となる第2の膜を形成する。そして、第1の膜及び第2の膜を加工することにより、導電層112_3、導電層112_1及び導電層112_2を有する導電層112を形成できる。第1の膜と第2の膜を同じ工程で加工することにより、製造コストを削減できる。
As shown in FIG. 6A, the end of the conductive layer 112_1 can be configured to be in contact with the upper surface of the conductive layer 112_3. The conductive layer 112_2 has an area in contact with the upper surface and side surface of the conductive layer 112_1 and the upper surface of the conductive layer 112_3. In other words, it can be said that the conductive layer 112_2 and the conductive layer 112_3 each have a portion protruding from the end of the conductive layer 112_1. It can also be said that the upper surface, side surface, and lower surface of the conductive layer 112_1 are surrounded by the conductive layer 112_2 and the conductive layer 112_3. It is preferable to use a material for the conductive layer 112_3 that has high adhesion to the surface on which the conductive layer 112_3 is formed (here, the surface of the substrate 102). In addition, the end of the conductive layer 112_3 can be configured to be aligned or approximately aligned with the end of the conductive layer 112_2. For example, a first film that will become conductive layer 112_3 is formed, a conductive layer 112_1 is formed on the first film, and a second film that will become conductive layer 112_2 is formed on the first film and conductive layer 112_1. Then, by processing the first film and the second film, a
前述したように、導電層112_1は電気抵抗率の低い材料を用いることが好ましい。しかしながら、材料によっては導電層112_1と導電層112_1の被形成面(例えば、基板102の表面)との密着性が低く、半導体装置の製造歩留まりが低くなってしまう恐れがある。導電層112_3に、導電層112_1より被形成面との密着性が高い材料を用いることにより、半導体装置の製造歩留まりを高くすることができる。なお、導電層112_3の厚さは、導電層112の被形成面との密着性を高める効果を奏する厚さであることが好ましく、導電層112_1及び導電層112_2のそれぞれの厚さより薄くすることができる。導電層112_3の厚さを薄くすることにより、製造コストを低くすることができる。
As described above, it is preferable to use a material with low electrical resistivity for the conductive layer 112_1. However, depending on the material, the adhesiveness between the conductive layer 112_1 and the surface on which the conductive layer 112_1 is formed (for example, the surface of the substrate 102) may be low, which may result in a low manufacturing yield of the semiconductor device. By using a material for the conductive layer 112_3 that has higher adhesiveness to the surface on which the
例えば、導電層112_3にIn−Sn−Si酸化物(ITSO)を、導電層112_1に銅を、導電層112_2にIn−Sn−Si酸化物(ITSO)を好適に用いることができる。基板102にガラス基板を用いる場合、ガラス基板と銅膜の密着性と比較して、ガラス基板とITSO膜の密着性が高い。また、導電層112_2と導電層112_3に同じ材料を用いることにより、導電層112_2及び導電層112_3を同じ工程で形成する際の加工が容易となり、半導体装置の製造歩留まりを高めることができる。
For example, In-Sn-Si oxide (ITSO) can be suitably used for the conductive layer 112_3, copper for the conductive layer 112_1, and In-Sn-Si oxide (ITSO) for the conductive layer 112_2. When a glass substrate is used for the
図6Bに示すように、導電層112_3の端部が、導電層112_1の端部と揃っている、または概略揃っている構成とすることができる。例えば、導電層112_3となる第1の膜を形成し、第1の膜上に導電層112_1となる第2の膜を形成し、第1の膜及び第2の膜を加工することにより、導電層112_3及び導電層112_1を形成する。そして、導電層112_3及び導電層112_1上に、導電層112_2を形成することにより、導電層112を形成できる。第1の膜と第2の膜を同じ工程で加工することにより、製造コストを削減できる。
As shown in FIG. 6B, the end of conductive layer 112_3 can be aligned or approximately aligned with the end of conductive layer 112_1. For example, a first film that will become conductive layer 112_3 is formed, a second film that will become conductive layer 112_1 is formed on the first film, and the first film and second film are processed to form conductive layer 112_3 and conductive layer 112_1. Then,
導電層212a_3は、導電層112_3と同じ工程で形成することができる。導電層212a_3については、導電層112_3に係る記載を参照できる。 The conductive layer 212a_3 can be formed in the same process as the conductive layer 112_3. For the conductive layer 212a_3, the description of the conductive layer 112_3 can be referred to.
ここでは、導電層112及び導電層212aがそれぞれ、2層または3層の積層構造を有する例を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。導電層112及び導電層212aを4層以上の積層構造とすることもできる。
Here, an example is shown in which the
なお、図5A乃至図6Bで示した導電層112及び導電層212aの構成は、他の構成例にも適用できる。
The configurations of the
[絶縁層106]
絶縁層106は、1層以上の無機絶縁層を有することが好ましい。絶縁層106は、絶縁層110に用いることができる材料を用いることができる。
[Insulating layer 106]
The insulating
絶縁層106は、層108、層208、導電層212b及び絶縁層110上に設けられる。層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、絶縁層106を構成する膜のうち、少なくとも層108及び層208と接する膜には、前述の酸化物及び酸化窒化物のいずれかを用いることが好ましい。絶縁層106が単層構造の場合、絶縁層106には、酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化アルミニウムを好適に用いることができる。
The insulating
なお、微細なトランジスタにおいて、ゲート絶縁層の厚さが薄くなると、リーク電流が大きくなってしまう場合がある。ゲート絶縁層に、比誘電率の高い材料(high−k材料ともいう)を用いることで物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能となる。絶縁層106に用いることができるhigh−k材料として、例えば、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化物、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化窒化物、シリコン及びハフニウムを有する酸化物、シリコン及びハフニウムを有する酸化窒化物、並びに、シリコン及びハフニウムを有する窒化物が挙げられる。
In a miniaturized transistor, if the thickness of the gate insulating layer becomes thin, the leakage current may become large. By using a material with a high relative dielectric constant (also called a high-k material) for the gate insulating layer, it is possible to reduce the voltage during transistor operation while maintaining the physical film thickness. Examples of high-k materials that can be used for the insulating
図1B等では絶縁層106を単層構造で示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層106を2層以上の積層構造とすることができる。
In FIG. 1B and other figures, the insulating
本発明の一態様である半導体装置10Bの断面図を、図7に示す。半導体装置10Bの上面図は、図1Aを参照できる。図7は、図1Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図である。
A cross-sectional view of a
半導体装置10Bは、トランジスタ100Bと、トランジスタ200Bと、絶縁層110と、を有する。トランジスタ100B及びトランジスタ200Bは、絶縁層106が積層構造を有する点で、図1B等に示すトランジスタ100及びトランジスタ200と主に異なる。図7は、絶縁層106が絶縁層106aと、絶縁層106a上の絶縁層106bとの2層構造を有する構成を示している。
The
絶縁層106を積層構造とする場合、層108及び層208側の絶縁層(ここでは、絶縁層106a)は酸化物または酸化窒化物を有することが好ましい。絶縁層106aは、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは酸化アルミニウムの一以上を好適に用いることができる。
When the insulating
絶縁層106を構成する層の一以上に、バリア膜として機能する層を設けることが好ましい。これにより、導電層104及び導電層204に含まれる金属成分、並びにトランジスタ100B及びトランジスタ200B上に形成される層に含まれる不純物(例えば、水及び水素)が、絶縁層106を介して、層108及び層208に拡散することを抑制できる。さらに、層108及び層208に含まれる酸素が、絶縁層106を介して、導電層104及び導電層204側に拡散することを抑制できる。これにより、層108及び層208に酸素欠損(VO)及びVOHが増加することを抑制できる。また、層108及び層208に含まれる酸素によって導電層104及び導電層204が酸化され、導電層104及び導電層204の電気抵抗が高くなることを抑制できる。その結果、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。バリア膜として機能する当該層は、前述の窒化物及び窒化酸化物のいずれか一つまたは複数を用いることが好ましい。または、当該層として酸化物及び酸化窒化物のいずれか一つまたは複数を用いることもでき、例えば、酸化アルミニウムを好適に用いることができる。
It is preferable to provide a layer functioning as a barrier film in one or more of the layers constituting the insulating
例えば、絶縁層106aに酸化窒化シリコンを用い、絶縁層106bに窒化シリコンを用いることができる。または、絶縁層106aに酸化窒化シリコンを用い、絶縁層106bに酸化アルミニウムを用いることができる。または、絶縁層106aに酸化アルミニウムを用い、絶縁層106bに酸化窒化シリコンを用いることができる。または、絶縁層106aに酸化アルミニウムを用い、絶縁層106bに窒化シリコンを用いることができる。
For example, silicon oxynitride can be used for the insulating
ここでは、絶縁層106が2層の積層構造を有する例を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層106を3層以上の積層構造とすることもできる。
Here, an example is shown in which the insulating
なお、図7で示した絶縁層106の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of the insulating
[絶縁層195]
トランジスタ100及びトランジスタ200の保護層として機能する絶縁層195は、不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。絶縁層195を設けることにより、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、半導体装置の信頼性を高めることができる。不純物として、例えば、水及び水素が挙げられる。
[Insulating layer 195]
The insulating
絶縁層195は、無機材料を有する絶縁層、または有機材料を有する絶縁層とすることができる。絶縁層195は、例えば、酸化物、酸化窒化物、窒化酸化物または窒化物の無機材料を好適に用いることができる。より具体的には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、及びハフニウムアルミネートの一または複数を用いることができる。有機材料として、例えば、アクリル樹脂、及びポリイミド樹脂の一または複数を用いることができる。有機材料は感光性の材料を用いることができる。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いることもできる。絶縁層195は、無機材料を有する絶縁層と、有機材料を有する絶縁層との積層構造とすることができる。
The insulating
[基板102]
基板102の材質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、シリコン、または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、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、または樹脂基板を、基板102として用いることができる。また、基板102として、半導体素子が設けられている基板を用いることができる。基板102として、表面に絶縁膜が形成された基板を用いることができる。なお、半導体基板、及び絶縁性基板の形状は特に限定されず、円形であってもよく、角形であってもよい。
[Substrate 102]
There is no significant limitation on the material of the
基板102として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ100等を形成することができる。または、基板102とトランジスタ100等の間に剥離層を設けることができる。剥離層を設けることにより、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板102より分離し、他の基板に転載することができる。その際、トランジスタ100等を耐熱性の低い基板、または可撓性基板にも転載できる。
A flexible substrate can be used as the
以下では、前述の構成例と一部の構成が異なる半導体装置の構成例について、説明する。なお、以下では、前述の構成例と重複する部分は説明を省略する場合がある。また、以下で示す図面において、前述の構成例と同様の機能を有する部分についてはハッチングパターンを同じくし、符号を付さない場合もある。 Below, we will explain a configuration example of a semiconductor device that has some configurations that differ from the above-mentioned configuration example. Note that below, explanations of parts that overlap with the above-mentioned configuration example may be omitted. Also, in the drawings shown below, parts that have the same functions as the above-mentioned configuration example may be marked with the same hatching pattern and may not be assigned reference numerals.
〔構成例1−2〕
本発明の一態様である半導体装置10Cの断面図を、図8Aに示す。半導体装置10Cの上面図は、図1Aを参照できる。図8Aは、図1Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図である。
[Configuration Example 1-2]
8A is a cross-sectional view of a
半導体装置10Cは、トランジスタ100Cと、トランジスタ200Cと、絶縁層110と、を有する。半導体装置10Cは、絶縁層110が絶縁層110d及び絶縁層110eを有する点で、図1B等に示す半導体装置10と主に異なる。
The
図8Aに示すトランジスタ100Cの拡大図を図8Bに示し、トランジスタ200Cの拡大図を図8Cに示す。絶縁層110は、絶縁層110dと、絶縁層110d上の絶縁層110aと、絶縁層110a上の絶縁層110bと、絶縁層110b上の絶縁層110cと、絶縁層110c上の絶縁層110eと、を有する。絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、絶縁層110a及び絶縁層110cに用いることができる材料を用いることができる。絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、例えば、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを好適に用いることができる。なお、絶縁層110dと絶縁層110eは同じ材料を用いることができる。または、これらに異なる材料を用いることができる。
FIG. 8B shows an enlarged view of the
絶縁層110dは、導電層112及び導電層212aと、絶縁層110aとの間に設けられる。絶縁層110dは、導電層112及び導電層212aを覆うように設けられる。絶縁層110dは、導電層112の上面及び側面、導電層212aの上面及び側面、基板102の上面、層108の側面、並びに層208の側面と接する領域を有する。
The insulating
絶縁層110eは、層108及び導電層212bと、絶縁層110cとの間に設けられる。絶縁層110eは、絶縁層110cの上面、導電層212bの下面、絶縁層106の下面、層108の側面及び下面、並びに層208の側面と接する領域を有する。
Insulating
絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、層108及び層208の導電性を高くする(電気抵抗を低くする、ともいえる)不純物を放出する材料を用いることがより好ましい。層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、当該不純物が含む元素(以下、第2の元素とも記す)として、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、ヒ素、アルミニウム、マグネシウム、シリコン、及び貴ガスの一または複数を用いることができる。貴ガスの代表例として、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノンが挙げられる。第2の元素は、水素、ホウ素、リン、アルミニウム、マグネシウム、及びシリコンの一または複数がより好ましく、水素が特に好ましい。なお、第2の元素を第1の元素と異ならせることができる。または、第2の元素を第1の元素と同じとすることができる。
The insulating
層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、絶縁層110d及び絶縁層110eが放出する不純物は水素を含むとより好ましい。水素は、金属酸化物の金属原子と結合する酸素と反応して水になり、酸素欠損(VO)が形成される。さらに、酸素欠損(VO)に水素が入った欠陥(VOH)はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成される。これにより、層108の絶縁層110dと接する領域、層108の絶縁層110eと接する領域、層208の絶縁層110dと接する領域、及び層208の絶縁層110eと接する領域のキャリア濃度が高くなり、これらの領域の電気抵抗を低くすることができる。なお、本明細書等において、第2の元素として水素を例に挙げて説明する場合がある。
When a metal oxide is used for the
絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、第2の元素を有する。また、絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、窒素を含むことが好ましく、前述の窒化物及び窒化酸化物のいずれか一つまたは複数を用いることが好ましい。つまり、絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、窒素と、第2の元素と、を有することが好ましい。第2の元素として水素を用いる場合、絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、シリコンと、窒素と、水素と、を有することが好ましい。例えば、絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、水素を含む窒化シリコン、または水素を含む窒化酸化シリコンを好適に用いることができる。
The insulating
絶縁層110eから放出される不純物により、絶縁層110eの上面と接する領域108Dbの電気抵抗をさらに低くすることができるとともに、層108の絶縁層110eの側面と接する領域、及び層208の絶縁層110eと接する領域をそれぞれ低抵抗領域とすることができる。同様に、絶縁層110dから放出される不純物により、層108の絶縁層110dと接する領域、及び層208の絶縁層110dと接する領域をそれぞれ低抵抗領域とすることができる。層108は、導電層112と接する領域(トランジスタ100Cのソース領域及びドレイン領域の一方)とチャネル形成領域との間、及び領域108Db(ソース電極及びドレイン電極の他方)とチャネル形成領域との間にそれぞれ、低抵抗領域を有する構成とすることができる。同様に、層208は、導電層212aと接する領域(トランジスタ200Cのソース領域及びドレイン領域の一方)とチャネル形成領域との間、及び導電層212bと接する領域(ソース領域及びドレイン領域の他方)とチャネル形成領域との間にそれぞれ、低抵抗領域を有する構成とすることができる。これらの低抵抗領域は、ドレイン電界を緩和するためのバッファ領域として機能することができる。なお、これらの低抵抗領域が、ソース領域またはドレイン領域として機能してもよい。
The impurities emitted from the insulating
ドレインとチャネル形成領域との間に低抵抗領域を設けることにより、ドレイン近傍に高い電界が生じにくくなり、ホットキャリアの発生を抑制し、トランジスタの劣化を抑制することができる。例えば、トランジスタ100Cにおいて、導電層112がドレイン電極として機能し、領域108Dbがソース電極として機能する場合、層108の絶縁層110dと接する領域を低抵抗領域とすることにより、ドレイン近傍に高い電界が生じにくくなり、ホットキャリアの発生を抑制し、トランジスタの劣化を抑制することができる。同様に、トランジスタ200Cにおいて、導電層212bがドレイン電極として機能し、導電層212aがソース電極として機能する場合、層208の絶縁層110eと接する領域を低抵抗領域とすることにより、ドレイン近傍に高い電界が生じにくくなり、ホットキャリアの発生を抑制し、トランジスタの劣化を抑制することができる。
By providing a low resistance region between the drain and the channel formation region, a high electric field is unlikely to occur near the drain, the generation of hot carriers is suppressed, and the deterioration of the transistor can be suppressed. For example, in the
層108の絶縁層110dと接する領域がトランジスタ100Cのソース領域またはドレイン領域として機能する場合、層108のソース領域からゲート電極までの距離、またはドレイン領域からゲート電極までの距離をより均一にすることができる。これにより、トランジスタ100Cにおいて、チャネル形成領域にかかるゲート電極の電界をより均一にすることができる。トランジスタ200C及び層208についても同様である。
When the region of
絶縁層110dに、導電層112及び212aの電気抵抗を低くする不純物を放出する材料を用いるとより好ましい。同様に、絶縁層110eに、導電層212bの電気抵抗を低くする不純物を放出する材料を用いるとより好ましい。例えば、導電層112、導電層212a及び導電層212bに金属酸化物を用いる場合、絶縁層110d及び絶縁層110eに第2の元素を含む不純物(例えば、水素)を放出する材料を用いることにより、導電層112、導電層212a及び導電層212bの電気抵抗を低くすることができる。また、導電層112及び導電層212aは配線として機能することができ、配線抵抗の低い半導体装置とすることができる。なお、導電層112及び導電層212aの電気抵抗を低くする不純物は、層108及び層208の電気抵抗を低くする不純物と同じであってもよく、異なってもよい。
It is more preferable to use a material that releases impurities that lower the electrical resistance of the
絶縁層110d及び絶縁層110eはそれぞれ、不純物を含むガスを用いて形成することができる。不純物として水素を用いる場合、水素元素を含むガスを用いて絶縁層110d及び絶縁層110eを形成することができる。水素元素を含むガスとして、例えば、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)、トリシラン(Si3H8)、TEOS(Tetraethoxysilane、Si(OC2H5)4)、水素(H2)、及びアンモニア(NH3)が挙げられる。絶縁層110d及び絶縁層110eとしてPECVD法を用いて窒化シリコン膜を形成する場合、成膜ガスにシラン(SiH4)、窒素(N2)及びアンモニア(NH3)を用いることができる。このとき、成膜ガス全体に対するアンモニアガスの流量の割合(以下、アンモニア流量比ともいう)を異ならせることにより、絶縁層110d及び絶縁層110eから放出される水素の量を調整することができる。例えば、アンモニア流量比を高くすることにより、絶縁層110d及び絶縁層110e中の水素の含有量を多くすることができ、絶縁層110d及び絶縁層110eに加わる熱により放出される水素の量を多くすることができる。
The insulating
ここで、絶縁層110d及び絶縁層110eから放出される不純物が、層108及び層208の絶縁層110d及び絶縁層110eと接する領域を介して、領域108M及び領域208Mに拡散する場合がある。不純物が水素の場合、絶縁層110d及び絶縁層110eから放出された水素が、領域108M及び領域208Mに拡散する場合がある。しかしながら、領域108M及び領域208Mはそれぞれ、絶縁層110bから酸素が供給されることにより酸素欠損(VO)が低減されているため、水素が領域108Mに拡散しても領域108MにVOHが増加することが抑制される。また、領域108M及び領域208Mに拡散した水素によってこれらの領域に酸素欠損(VO)及びVOHが生成したとしても、絶縁層110bから供給される酸素によって酸素欠損(VO)及びVOHは低減される。したがって、層108及び層208において少なくとも領域108M及び領域208Mはチャネル形成領域として機能し、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。なお、層108及び層208中において酸素の拡散係数は水素の拡散係数より小さいため、絶縁層110bから放出される酸素によって領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗は高くなりづらい。したがって、これらの領域の電気抵抗を低く保つことができる。
Here, impurities released from the insulating
絶縁層110dは、第2の元素の濃度が1×1021atoms/cm3以上1×1023atoms/cm3以下、好ましくは1×1021atoms/cm3以上5×1022atoms/cm3以下、より好ましくは5×1021atoms/cm3以上5×1022atoms/cm3以下である部分を含むことが好ましい。絶縁層110eについても同様である。
The insulating
なお、不純物元素の濃度が層の厚さ方向で異なる場合がある(濃度勾配を有する、ともいう)。層の厚さ方向で不純物元素の濃度の分析を行う場合、層中の濃度の最大値が前述の範囲であることが好ましい。 Note that the concentration of the impurity element may vary in the thickness direction of the layer (also referred to as having a concentration gradient). When analyzing the concentration of the impurity element in the thickness direction of the layer, it is preferable that the maximum concentration in the layer is in the above-mentioned range.
絶縁層110d及び絶縁層110eの不純物元素の濃度が高いと、絶縁層110d及び絶縁層110eから領域108M及び領域208Mに拡散する不純物の量が多くなりすぎる恐れがある。絶縁層110d及び絶縁層110eの不純物元素の濃度を前述の範囲とすることにより、領域108M及び領域208Mに酸素欠損(VO)及びVOHが増加することを抑制することができる。
If the concentrations of impurity elements in the insulating
層108及び層208の絶縁層110dと接する領域は、絶縁層110dから放出される不純物に含まれる元素(不純物元素)を有する。同様に、層108及び層208の絶縁層110eと接する領域は、絶縁層110eから放出される不純物に含まれる元素(不純物元素)を有する。また、層108の絶縁層110dと接する領域、及び絶縁層110eと接する領域はそれぞれ、チャネル形成領域として機能する領域108Mより不純物元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。層208の絶縁層110dと接する領域、及び絶縁層110eと接する領域はそれぞれ、チャネル形成領域として機能する領域208Mより不純物元素の濃度が高い部分を有することが好ましい。
The regions of
絶縁層110d及び絶縁層110eが水素元素を含む不純物(例えば、水素及び水)を放出する場合、層108及び層208の絶縁層110dと接する領域及び絶縁層110eと接する領域は、水素を有する。また、層108の絶縁層110dと接する領域、及び絶縁層110eと接する領域はそれぞれ、領域108Mより水素濃度が高い部分を有することが好ましい。層208の絶縁層110dと接する領域、及び絶縁層110eと接する領域はそれぞれ、領域208Mより水素濃度が高い部分を有することが好ましい。
When insulating layers 110d and 110e release impurities containing hydrogen elements (e.g., hydrogen and water), the regions of
層108、層208及び絶縁層110における第2の元素の濃度の分析は、前述の第1の元素の分析に係る記載を参照できる。
For an analysis of the concentration of the second element in
絶縁層110dと絶縁層110bとの間に絶縁層110aを設け、絶縁層110eと絶縁層110bとの間に絶縁層110cを設けることが好ましい。バリア膜として機能する絶縁層110a及び絶縁層110cを設けることにより、絶縁層110dから放出される不純物が絶縁層110a及び絶縁層110bを介して、または絶縁層110eから放出される不純物が絶縁層110c及び絶縁層110bを介して、層108及び層208のチャネル形成領域に拡散することを抑制できる。これにより、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。
It is preferable to provide insulating
絶縁層110dは、絶縁層110aより第2の元素の濃度が高い領域を有することが好ましい。例えば、絶縁層110dは、絶縁層110aより水素の濃度が高い領域を有することが好ましい。
It is preferable that insulating
絶縁層110dと絶縁層110aで成膜条件を異ならせることにより、放出される水素の量を調整することができる。具体的には、絶縁層110dと絶縁層110aで、形成時の成膜電力(成膜電力密度)、成膜圧力、成膜ガス種、成膜ガス流量比、成膜温度、及び基板と電極との間の距離のいずれか一または複数を互いに異ならせることができる。例えば、絶縁層110dの成膜電力密度を、絶縁層110aの成膜電力密度よりも小さくすることで、絶縁層110d中の水素の含有量を、絶縁層110a中の水素の含有量よりも多くすることができる。これにより、絶縁層110dに加わる熱により自身から放出される水素の量を多くすることができる。
The amount of hydrogen released can be adjusted by making the film formation conditions different between
絶縁層110dの形成に用いる成膜ガスにおける水素の含有量は、絶縁層110aの形成に用いる成膜ガスにおける水素の含有量より多いことが好ましい。具体的には、絶縁層110d及び絶縁層110aとしてそれぞれ、PECVD法を用いて窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、絶縁層110dの形成に用いる成膜ガス全体に対するアンモニアガスの流量の割合(以下、アンモニア流量比ともいう)は、絶縁層110aの形成に用いる成膜ガスのアンモニア流量比より高いことが好ましい。アンモニア流量比が高い条件で絶縁層110dを形成することにより、絶縁層110d中の水素の含有量を多くすることができる。また、絶縁層110dに加わる熱により自身から放出される水素の量を多くすることができる。例えば、絶縁層110dはアンモニアガスを用いて形成し、絶縁層110aはアンモニアガスを用いず(アンモニアガスの流量がゼロといえる)に形成することもできる。この場合、絶縁層110aの形成に用いる成膜ガスのアンモニア流量比はゼロということができ、絶縁層110dの形成に用いる成膜ガスのアンモニア流量比は、絶縁層110aの形成に用いる成膜ガスのアンモニア流量比より高いということができる。
The hydrogen content in the deposition gas used to form the insulating
絶縁層110aの膜密度は、絶縁層110dの膜密度より高いとより好ましい。これにより、絶縁層110dに含まれる水素が、絶縁層110a及び絶縁層110bを介して、層108のチャネル形成領域に拡散することを抑制できる。膜密度の評価は、例えば、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)、またはX線反射率法(XRR:X−Ray Reflectivity)を用いることができる。膜密度の違いは、断面の透過型電子顕微鏡(TEM)像で評価できる場合がある。TEM観察において、膜密度が高いと透過電子(TE:Transmission Electron)像が濃く(暗く)、膜密度が低いと透過電子(TE)像が淡く(明るく)なる。したがって、透過電子(TE)像において、絶縁層110dと比較して、絶縁層110aは濃い(暗い)像となる場合がある。なお、絶縁層110dと絶縁層110aに同じ材料を適用する場合であっても、膜密度が異なるため、断面のTEM像において、これらの境界をコントラストの違いとして観察することができる場合がある。
It is more preferable that the film density of the insulating
絶縁層110eは、絶縁層110cより水素の含有量が多い領域を有することが好ましい。絶縁層110cの膜密度は、絶縁層110eの膜密度より高いとより好ましい。絶縁層110c及び絶縁層110eについては、絶縁層110a及び絶縁層110dに係る記載を参照できる。
It is preferable that insulating
ここでは絶縁層110を5層の積層構造で示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層110を2層、3層、4層、または6層以上の積層構造とすることができる。または、絶縁層110を単層構造とすることができる。
Although the insulating
なお、構成例1−2で示した絶縁層110の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of the insulating
〔構成例1−3〕
本発明の一態様である半導体装置10Dの断面図を、図9Aに示す。半導体装置10Dの上面図は、図1Aを参照できる。図9Aは、図1Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図である。
[Configuration Example 1-3]
9A is a cross-sectional view of a
半導体装置10Dは、トランジスタ100Dと、トランジスタ200Dと、絶縁層110と、絶縁層109と、を有する。半導体装置10Dは、絶縁層109を有する点、及び絶縁層110が絶縁層110eを有する点で、図1B等に示す半導体装置10と主に異なる。
The
図9Aに示すトランジスタ100Dの拡大図を図9Bに示し、トランジスタ200Dの拡大図を図9Cに示す。絶縁層109は、導電層112及び導電層212aと、基板102との間に設けられる。基板102上に絶縁層109が設けられ、絶縁層109上に導電層112及び導電層212aが設けられ、導電層112、導電層212a及び絶縁層109上に絶縁層110が設けられる。絶縁層109は、導電層112の下面、導電層212aの下面、絶縁層110の下面、及び基板102の上面と接する領域を有する。導電層112は、絶縁層109及び絶縁層110と接し、これらに挟持される領域を有する。導電層212aは、絶縁層109及び絶縁層110と接し、これらに挟持される領域を有する。絶縁層110eについては、前述の記載を参照できる。
9B shows an enlarged view of the
絶縁層109は、層108及び層208の電気抵抗を低くする不純物を放出する材料を用いることが好ましい。当該不純物として、第2の元素を有することが好ましい。絶縁層109は、絶縁層110d及び絶縁層110eに用いることができる材料を用いることができる。絶縁層109は、例えば、窒化シリコンまたは窒化酸化シリコンを好適に用いることができる。絶縁層109については、絶縁層110d及び絶縁層110eに係る記載を参照できる。
The insulating
絶縁層109から放出される不純物は、導電層112の絶縁層109と接する領域、及び導電層212aの絶縁層109と接する領域に拡散する。また、導電層112に拡散した不純物は層108の導電層112と接する領域に拡散し、導電層212aに拡散した不純物は層208の導電層212aと接する領域に拡散する。これにより、層108の導電層112と接する領域、つまりトランジスタ100のソース領域及びドレイン領域の一方の電気抵抗を低くすることができる。同様に、層208の導電層212aと接する領域、つまりトランジスタ200のソース領域及びドレイン領域の一方の電気抵抗を低くすることができる。したがって、オン電流の大きいトランジスタ100D及びトランジスタ200Dとすることができ、高速に動作する半導体装置とすることができる。
The impurities released from the insulating
層108及び層208に金属酸化物を用いる場合、絶縁層109が放出する不純物は水素元素を含むとより好ましい。当該不純物として、例えば、水素及び水が挙げられる。絶縁層109から導電層112を介して層108に拡散した水素により、層108の導電層112と接する領域のキャリア濃度が高くなり、トランジスタ100のソース領域及びドレイン領域の一方の電気抵抗を低くすることができる。同様に、絶縁層109から導電層212aを介して層208に拡散した水素により、層208の導電層212aと接する領域のキャリア濃度が高くなり、トランジスタ200のソース領域及びドレイン領域の一方の電気抵抗を低くすることができる。
When a metal oxide is used for the
絶縁層109は、導電層112及び導電層212aの電気抵抗を低くする不純物を放出する材料を用いるとより好ましい。これにより、導電層112及び導電層212aの電気抵抗を低くすることができる。例えば、導電層112及び導電層212aに金属酸化物を用いる場合、当該不純物は水素を含むとより好ましい。これにより、導電層112及び導電層212aのキャリア濃度が高くなり、電気抵抗を低くすることができる。また、導電層112及び導電層212aは配線として機能することができ、配線抵抗の低い半導体装置とすることができる。なお、導電層112及び導電層212aの電気抵抗を低くする不純物は、層108及び層208の電気抵抗を低くする不純物と同じであってもよく、異なってもよい。
The insulating
導電層112及び導電層212aに用いることができる材料は前述の通りである。なお、導電層112及び導電層212aは不純物を透過しやすいことがより好ましい。導電層112及び導電層212aは不純物を吸着しにくいことがより好ましい。
The materials that can be used for the
絶縁層110aは、絶縁層109の上面、導電層112の上面及び側面、並びに導電層212aの上面及び側面と接する領域を有する。これにより、絶縁層109、導電層112及び導電層212aに含まれる不純物が、絶縁層110a及び絶縁層110bを介して、層108及び層208のチャネル形成領域に拡散することを抑制できる。
Insulating
絶縁層109は、絶縁層110aより不純物元素の濃度が高い領域を有することが好ましい。例えば、絶縁層109は、絶縁層110aより水素の濃度が高い領域を有することが好ましい。絶縁層110aの膜密度は、絶縁層109の膜密度より高いことが好ましい。絶縁層109及び絶縁層110aについては、絶縁層110d及び絶縁層110cに係る記載を参照できる。
The insulating
なお、絶縁層109から放出された不純物が、導電層112、並びに層108のソース領域及びドレイン領域の一方を介して、層108のチャネル形成領域に拡散する場合がある。同様に、絶縁層109から放出された不純物が、導電層212a、並びに層208のソース領域及びドレイン領域の一方を介して、層208のチャネル形成領域に拡散する場合がある。例えば、不純物が水素の場合、絶縁層109から放出された水素が、層108及び層208のチャネル形成領域に拡散する場合がある。しかしながら、少なくとも層108及び層208の絶縁層110bと接する領域には絶縁層110bから酸素が供給されるため、これらのチャネル形成領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。これにより、しきい値電圧がシフトすることが抑制され、小さいカットオフ電流と、大きいオン電流が両立したトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。したがって、低い消費電力と高い性能が両立した半導体装置とすることができる。
Note that impurities released from the insulating
図9A等では、絶縁層110が絶縁層110a、絶縁層110b、絶縁層110c及び絶縁層110eの4層構造を有する構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、絶縁層110が絶縁層110a、絶縁層110b及び絶縁層110cの3層構造を有する構成とすることができる。または、絶縁層110が絶縁層110a、絶縁層110b、絶縁層110c、絶縁層110d及び絶縁層110eの5層構造を有する構成とすることができる。
9A and other figures show a four-layer structure of insulating
なお、構成例1−3で示した絶縁層109の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of the insulating
〔構成例1−4〕
本発明の一態様である半導体装置10Eの断面図を、図10Aに示す。半導体装置10Eの上面図は、図1Aを参照できる。図10Aは、図1Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図である。
[Configuration Example 1-4]
10A is a cross-sectional view of a
半導体装置10Eは、トランジスタ100Eと、トランジスタ200Eと、絶縁層110と、を有する。半導体装置10Eは、層108及び層208がそれぞれ積層構造を有する点で、図1B等に示す半導体装置10と主に異なる。
The
図10Aに示すトランジスタ100Eの拡大図を図10Bに示し、トランジスタ200Eの拡大図を図10Cに示す。図10A乃至図10Cは、層108が層108aと、層108a上の層108bと、層108b上の層108cとの3層構造を有し、層208が層208aと、層208a上の層208bと、層208b上の層208cとの3層構造を有する構成を示している。
An enlarged view of
層108a、層108b、層108c、層208a、層208b及び層208cはそれぞれ、層108及び層208で挙げた材料を用いることができる。層108a、層108b、層108c、層208a、層208b及び層208cはそれぞれ、半導体特性を示す金属酸化物を有することが好ましい。また、層108aは層208aと同じ材料を用いることができ、層108bは層208bと同じ材料を用いることができ、層108cは層208cと同じ材料を用いることができる。
例えば、層108aと層208aは同じ工程で形成することができる。層108bと層208bは同じ工程で形成することができる。層108cと層208cは同じ工程で形成することができる。層108a及び層208aとなる第1の膜を形成し、層108b及び層208bとなる第2の膜を形成し、層108c及び層208cとなる第3の膜を形成し、第1の膜、第2の膜及び第3の膜を加工することにより、層108及び層208を形成できる。または、層108が有する層を層208が有する層と異なる工程で形成することもできる。
For example, layers 108a and 208a can be formed in the same process.
層108a及び層208aが有する第1の金属酸化物、層108b及び層208bが有する第2の金属酸化物、並びに層108c及び層208cが有する第3の金属酸化物のバンドギャップはそれぞれ、2.0eV以上が好ましく、2.5eV以上がより好ましい。
The band gap of the first metal oxide in
第1の金属酸化物のバンドギャップは、第2の金属酸化物のバンドギャップより大きいことが好ましい。第3の金属酸化物のバンドギャップは、第2の金属酸化物のバンドギャップより大きいことが好ましい。層108bが、層108bよりもバンドギャップの大きい層108aと層108cに挟持され、埋め込みチャネルの構成とすることができる。これにより、層108において、主な電流経路は層108bとなる。同様に、層208bが層208aと層208cに挟持され、埋め込みチャネルの構成となる。これにより、層208において、主な電流経路は層208bとなる。
The band gap of the first metal oxide is preferably larger than the band gap of the second metal oxide. The band gap of the third metal oxide is preferably larger than the band gap of the second metal oxide.
以下では、層108a、層108b及び層108cを有する層108を例に挙げて説明し、層208に関する説明を省略する場合がある。層208については、層108a、層108b及び層108cに係る記載を、層208a、層208b及び層208cと読み替えることができる。
In the following,
第1の金属酸化物のバンドギャップと第2の金属酸化物のバンドギャップの差は、0.1eV以上が好ましく、さらには0.2eV以上が好ましく、さらには0.3eV以上が好ましく、さらには0.5eV以上が好ましい。第3の金属酸化物のバンドギャップと第2の金属酸化物のバンドギャップの差は、0.1eV以上が好ましく、さらには0.2eV以上が好ましく、さらには0.3eV以上が好ましく、さらには0.5eV以上が好ましい。 The difference between the band gap of the first metal oxide and the band gap of the second metal oxide is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, and even more preferably 0.5 eV or more. The difference between the band gap of the third metal oxide and the band gap of the second metal oxide is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, and even more preferably 0.5 eV or more.
第1の金属酸化物の伝導帯下端は、第2の金属酸化物の伝導帯下端より真空準位に近いことが好ましい。第3の金属酸化物の伝導帯下端は、第2の金属酸化物の伝導帯下端より真空準位に近いことが好ましい。言い換えると、第1の金属酸化物の電子親和力は、第2の金属酸化物の電子親和力より小さいことが好ましい。第3の金属酸化物の電子親和力は、第2の金属酸化物の電子親和力より小さいことが好ましい。 The conduction band lower edge of the first metal oxide is preferably closer to the vacuum level than the conduction band lower edge of the second metal oxide. The conduction band lower edge of the third metal oxide is preferably closer to the vacuum level than the conduction band lower edge of the second metal oxide. In other words, the electron affinity of the first metal oxide is preferably smaller than the electron affinity of the second metal oxide. The electron affinity of the third metal oxide is preferably smaller than the electron affinity of the second metal oxide.
第1の金属酸化物、第2の金属酸化物及び第3の金属酸化物のバンドギャップの評価には、分光光度計による光学評価、分光エリプソメトリ、フォトルミネッセンス法、X線光電子分光法(XPS、またはESCA)、またはX線吸収微細構造(XAFS:X−ray Absorption Fine Structure)を用いることができる。または、これらの手法を複数組み合わせて分析を行うこともできる。電子親和力または伝導帯下端は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差であるイオン化ポテンシャルと、バンドギャップから求めることができる。イオン化ポテンシャルの評価には、例えば、紫外線光電子分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spectrometry)を用いることができる。 The band gaps of the first metal oxide, the second metal oxide, and the third metal oxide can be evaluated by optical evaluation using a spectrophotometer, spectroscopic ellipsometry, photoluminescence, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS or ESCA), or X-ray absorption fine structure (XAFS). Alternatively, the analysis can be performed by combining a plurality of these techniques. The electron affinity or the bottom of the conduction band can be determined from the ionization potential, which is the energy difference between the vacuum level and the top of the valence band, and the band gap. The ionization potential can be evaluated by, for example, ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS).
絶縁層110と層108の界面及びその近傍には、不純物または欠陥に起因するトラップ準位が形成されうる。当該不純物として、開口部141を形成する際に用いるエッチャントまたはエッチングガスの残留成分、及び開口部141を形成する際に絶縁層110の側面に付着する導電層112の成分が挙げられる。層108bと絶縁層110との間に層108aを設けることにより、層108bと当該トラップ準位を遠ざけることができる。
Trap levels due to impurities or defects may be formed at the interface between insulating
絶縁層106と層108の界面及びその近傍には、絶縁層106の形成の際にダメージが加わる場合がある。これにより、絶縁層106と層108の界面及びその近傍にトラップ準位が形成されうる。層108bと絶縁層106との間に層108cを設けることにより、層108bと当該トラップ準位を遠ざけることができる。
The interface between insulating
層108の主な電流経路である層108bを、層108a及び層108cで挟持することにより、層108bの界面及び界面近傍のトラップ準位を少なくすることができる。これにより、オン電流が大きく、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。したがって、高速動作と高い信頼性が両立した半導体装置とすることができる。
By sandwiching
第1の金属酸化物の組成は、第2の金属酸化物の組成と異なることが好ましい。第3の金属酸化物の組成は、第2の金属酸化物の組成と異なることが好ましい。金属酸化物の組成を異ならせることで、バンドギャップを調整することができる。具体的には、第1の金属酸化物における元素Mの含有率、及び第3の金属酸化物における元素Mの含有率はそれぞれ、第2の金属酸化物における元素Mの含有率より高いことが好ましい。これにより、第1の金属酸化物のバンドギャップ、及び第3の金属酸化物のバンドギャップをそれぞれ、第2の金属酸化物のバンドギャップより大きくすることができる。 The composition of the first metal oxide is preferably different from that of the second metal oxide. The composition of the third metal oxide is preferably different from that of the second metal oxide. By varying the composition of the metal oxides, the band gap can be adjusted. Specifically, the content of element M in the first metal oxide and the content of element M in the third metal oxide are preferably higher than the content of element M in the second metal oxide. This allows the band gap of the first metal oxide and the band gap of the third metal oxide to be larger than the band gap of the second metal oxide.
第2の金属酸化物におけるインジウムの含有率は、第1の金属酸化物におけるインジウムの含有率、及び第3の金属酸化物におけるインジウムの含有率のそれぞれより高いことが好ましい。これにより、オン電流が大きいトランジスタとすることができる。 The indium content in the second metal oxide is preferably higher than the indium content in the first metal oxide and the indium content in the third metal oxide. This allows a transistor with a large on-state current to be obtained.
例えば、第1の金属酸化物及び第2の金属酸化物をIn−M−Zn酸化物とする場合、第1の金属酸化物はIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:M:Zn=40:1:10[原子数比]またはその近傍の組成とすることができる。または、第1の金属酸化物はIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:M:Zn=10:1:10[原子数比]またはその近傍の組成とすることができる。または、第1の金属酸化物はIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:M:Zn=10:1:40[原子数比]またはその近傍の組成とすることができる。元素Mとして、ガリウム、アルミニウム、及びスズの一または複数を用いることが特に好ましい。なお、第1の金属酸化物における元素M、第2の金属酸化物における元素M、及び第3の金属酸化物における元素Mが互いに同じ構成とすることができる。または、これらの一部または全てが異なる構成とすることもできる。また、第1の金属酸化物、第2の金属酸化物、及び第3の金属酸化物の一以上が複数の元素Mを有する場合、当該元素Mの各元素が他の金属酸化物が有する元素Mと同じであってもよく、一部または全てが異なってもよい。 For example, when the first metal oxide and the second metal oxide are In-M-Zn oxides, the first metal oxide can have a composition of In:M:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition thereabout, and the second metal oxide can have a composition of In:M:Zn = 40:1:10 [atomic ratio] or a composition thereabout. Alternatively, the first metal oxide can have a composition of In:M:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition thereabout, and the second metal oxide can have a composition of In:M:Zn = 10:1:10 [atomic ratio] or a composition thereabout. Alternatively, the first metal oxide can have a composition of In:M:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition thereabout, and the second metal oxide can have a composition of In:M:Zn = 10:1:40 [atomic ratio] or a composition thereabout. It is particularly preferable to use one or more of gallium, aluminum, and tin as the element M. The element M in the first metal oxide, the element M in the second metal oxide, and the element M in the third metal oxide can have the same structure. Alternatively, some or all of these elements can be different. In addition, when one or more of the first metal oxide, the second metal oxide, and the third metal oxide have multiple elements M, each element of the element M may be the same as the element M in the other metal oxide, or some or all of them may be different.
より具体的には、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Sn:Zn=40:1:10[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。または、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Sn:Zn=10:1:10[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。または、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Sn:Zn=10:1:40[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。 More specifically, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Sn:Zn=40:1:10 [atomic ratio] or a composition close thereto, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto. Alternatively, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Sn:Zn=10:1:10 [atomic ratio] or a composition close thereto, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto. Alternatively, the first metal oxide can preferably have a composition of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto, the second metal oxide can preferably have a composition of In:Sn:Zn = 10:1:40 [atomic ratio] or a composition close thereto, and the third metal oxide can preferably have a composition of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto.
第2の金属酸化物が元素Mを含まない構成とすることができる。例えば、第2の金属酸化物をIn−Zn酸化物とし、第1の金属酸化物及び第3の金属酸化物をIn−M−Zn酸化物とすることができる。具体的には、第2の金属酸化物をIn−Zn酸化物とし、第1の金属酸化物及び第3の金属酸化物をIn−M−Zn酸化物とすることができる。より具体的には、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Zn=4:1[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。または、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Zn=1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。または、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Zn=1:4[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。 The second metal oxide may be configured not to include element M. For example, the second metal oxide may be In-Zn oxide, and the first metal oxide and the third metal oxide may be In-M-Zn oxide. Specifically, the second metal oxide may be In-Zn oxide, and the first metal oxide and the third metal oxide may be In-M-Zn oxide. More specifically, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or thereabout, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Zn=4:1 [atomic ratio] or thereabout, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or thereabout. Alternatively, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Zn = 1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof. Alternatively, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Zn = 1:4 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof.
層108、絶縁層110の側面及びその近傍の拡大図を図11Aに示し、層208、絶縁層110の側面及びその近傍の拡大図を図11Bに示す。図11Aでは、層108aの厚さT108a、層108bの厚さT108b、及び層108cの厚さT108cをそれぞれ実線の矢印で示している。図11Bでは、層208aの厚さT208a、層208bの厚さT208b、及び層208cの厚さT208cをそれぞれ実線の矢印で示している。ここでは、断面視における層108と接する領域の絶縁層110bと絶縁層106の最短距離を層108の厚さとしている。層108の各層の厚さとして、例えば、絶縁層110の上面の高さと下面の高さの中間点の位置における層108の各層の厚さを用いることができる。層208についても同様である。
11A shows an enlarged view of the side of
前述したように、層208a、層208b及び層208cは、層108a、層108b及び層108cと同じ工程で形成することができる。また、層108及び層208の被形成面である絶縁層110の角度θ100と角度θ200(図4B及び図4C参照)が同じまたは概略同じである場合、厚さT108aと厚さT208aは同じまたは概略同じとなり、厚さT108bと厚さT208bは同じまたは概略同じとなり、厚さT108cと厚さT208cは同じまたは概略同じとなる場合がある。なお、厚さT108aと厚さT208aが互いに異なる構成とすることもできる。厚さT108bと厚さT208b、厚さT108cと厚さT208cについても同様である。
As described above,
以下では、層108の各層の厚さを例に挙げて説明する。なお、層208については、厚さT108a、厚さT108b及び厚さT108cに係る記載を、厚さT208a、厚さT208b及び厚さT208cと読み替えることができる。
The following describes the thickness of each layer of
層108の主な電流経路である層108bの厚さT108bを厚くすることにより、オン電流の大きいトランジスタ100とすることができる。厚さT108bは、厚さT108a及び厚さT108cそれぞれより厚いことが好ましい。しかしながら、厚さT108bが厚すぎる場合、層108b中の酸素欠損(VO)及びVOHの量が、絶縁層110から供給される酸素によって修復される酸素欠損(VO)及びVOHの量よりも多くなる恐れがある。厚さT108bは、1nm以上50nm以下が好ましく、さらには3nm以上30nm以下が好ましく、さらには3nm以上20nm以下が好ましく、さらには5nm以上20nm以下が好ましく、さらには5nm以上15nm以下が好ましい。
By increasing the thickness T108b of the
厚さT108cは、厚さT108aより厚いことが好ましい。厚さT108cを厚くすることにより、絶縁層106と層108の界面及びその近傍に形成されうるトラップ準位と層108bを遠ざけることができる。また、絶縁層106の形成の際に層108bにダメージが加わることを抑制することができる。厚さT108cが厚すぎると、ゲート電極として機能する導電層104と、層108bとの距離が長くなり、オン電流が小さくなってしまう場合がある。厚さT108cは、1nm以上30nm以下が好ましく、さらには1nm以上20nm以下が好ましく、さらには1nm以上10nm以下が好ましく、さらには2nm以上10nm以下が好ましい。
Thickness T108c is preferably thicker than thickness T108a. By making thickness T108c thicker, trap levels that may be formed at the interface between insulating
絶縁層110に含まれる酸素は、層108aを介して、層108bに供給される。したがって、層108aは酸素が透過しやすいことが好ましい。厚さT108aを厚さT108cより薄くすることにより、絶縁層110に含まれる酸素を、効率的に層108bに供給することができる。これにより、層108の主な電流経路である層108b中の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。厚さT108aが薄すぎると、絶縁層110と層108の界面及び界面近傍のトラップ準位と、層108bとの距離が短くなり、オン電流が小さくなってしまう場合がある。また、信頼性が悪化してしまう場合がある。厚さT108aは、0.1nm以上10nm以下が好ましく、さらには0.3nm以上5nm以下が好ましく、さらには0.5nm以上5nm以下が好ましく、さらには0.5nm以上3nm以下が好ましい。
Oxygen contained in the insulating
層108a、層108b及び層108cはそれぞれ、結晶性を有するとより好ましい。層108aが結晶性を有することにより、その上に形成される層108bの結晶性を高めることができる場合がある。同様に、層108bが結晶性を有することにより、その上に形成される層108cの結晶性を高めることができる場合がある。
It is more preferable that each of
第1の金属酸化物のバンドギャップと第3の金属酸化物のバンドギャップが異なる構成とすることができる。第3の金属酸化物のバンドギャップは、第1の金属酸化物のバンドギャップより大きいことがより好ましい。ゲート電極として機能する導電層104側に位置する層108cにバンドギャップが大きい材料を用いることにより、層108c中、及び層108cとゲート絶縁層(ここでは、絶縁層106)の界面にキャリアが生成及び誘起されることが抑制されるため、信頼性の高いトランジスタとすることができる。例えば、トランジスタに入射した光によって層108c中及びその界面にキャリアが生成及び誘起されることが抑制されるため、光に対するトランジスタの電気特性の変動を抑制することができる。
The band gap of the first metal oxide and the band gap of the third metal oxide can be different. The band gap of the third metal oxide is preferably larger than the band gap of the first metal oxide. By using a material with a large band gap for the
なお、層208aが有する第1の金属酸化物のバンドギャップを層208cが有する第3の金属酸化物のバンドギャップより小さくすることにより、層208aと導電層212aとの接触抵抗、及び層208aと導電層212bとの接触抵抗をそれぞれ小さくすることができる。したがって、オン電流の大きいトランジスタ200とすることができる。
Note that by making the band gap of the first metal oxide in
第1の金属酸化物のバンドギャップと第3の金属酸化物のバンドギャップの差は、0.1eV以上が好ましく、さらには0.2eV以上が好ましく、さらには0.3eV以上が好ましい。第3の金属酸化物の伝導帯下端は、第1の金属酸化物の伝導帯下端より真空準位に近いことが好ましい。言い換えると、第3の金属酸化物の電子親和力は、第1の金属酸化物の電子親和力より小さいことが好ましい。 The difference between the band gap of the first metal oxide and the band gap of the third metal oxide is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, and even more preferably 0.3 eV or more. The conduction band lower edge of the third metal oxide is preferably closer to the vacuum level than the conduction band lower edge of the first metal oxide. In other words, the electron affinity of the third metal oxide is preferably smaller than the electron affinity of the first metal oxide.
第3の金属酸化物における元素Mの含有率は、第1の金属酸化物における元素Mの含有率より高いことが好ましい。これにより、第3の金属酸化物のバンドギャップを、第1の金属酸化物のバンドギャップより大きくすることができる。 The content of element M in the third metal oxide is preferably higher than the content of element M in the first metal oxide. This allows the band gap of the third metal oxide to be larger than the band gap of the first metal oxide.
第1の金属酸化物、第2の金属酸化物及び第3の金属酸化物をIn−M−Zn酸化物とする場合、例えば、第1の金属酸化物はIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:M:Zn=40:1:10[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:M:Zn=1:3:4[原子数比]またはその近傍の組成とすることができる。または、第1の金属酸化物はIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:M:Zn=10:1:10[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:M:Zn=1:3:4[原子数比]またはその近傍の組成とすることができる。 When the first metal oxide, the second metal oxide, and the third metal oxide are In-M-Zn oxides, for example, the first metal oxide can have a composition of In:M:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition thereabout, the second metal oxide can have a composition of In:M:Zn=40:1:10 [atomic ratio] or a composition thereabout, and the third metal oxide can have a composition of In:M:Zn=1:3:4 [atomic ratio] or a composition thereabout. Alternatively, the first metal oxide can have a composition of In:M:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition thereabout, the second metal oxide can have a composition of In:M:Zn=10:1:10 [atomic ratio] or a composition thereabout, and the third metal oxide can have a composition of In:M:Zn=1:3:4 [atomic ratio] or a composition thereabout.
より具体的には、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Sn:Zn=40:1:10[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。または、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Sn:Zn=10:1:10[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。 More specifically, the first metal oxide can be suitably composed of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto, the second metal oxide can be suitably composed of In:Sn:Zn = 40:1:10 [atomic ratio] or a composition close thereto, and the third metal oxide can be suitably composed of In:Ga:Zn = 1:3:4 [atomic ratio] or a composition close thereto. Alternatively, the first metal oxide can be suitably composed of In:Ga:Zn = 1:1:1 [atomic ratio] or a composition close thereto, the second metal oxide can be suitably composed of In:Sn:Zn = 10:1:10 [atomic ratio] or a composition close thereto, and the third metal oxide can be suitably composed of In:Ga:Zn = 1:3:4 [atomic ratio] or a composition close thereto.
第2の金属酸化物が元素Mを含まない構成とすることができる。例えば、第2の金属酸化物をIn−Zn酸化物とし、第1の金属酸化物及び第3の金属酸化物をIn−M−Zn酸化物とすることができる。具体的には、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Zn=4:1[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。または、第1の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第2の金属酸化物はIn:Zn=1:1[原子数比]またはその近傍の組成、第3の金属酸化物はIn:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]またはその近傍の組成を好適に用いることができる。 The second metal oxide may be configured not to include element M. For example, the second metal oxide may be an In-Zn oxide, and the first metal oxide and the third metal oxide may be an In-M-Zn oxide. Specifically, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Zn=4:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:3:4 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof. Alternatively, the first metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, the second metal oxide may preferably have a composition of In:Zn=1:1 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof, and the third metal oxide may preferably have a composition of In:Ga:Zn=1:3:4 [atomic ratio] or a composition in the vicinity thereof.
図10A等では、層108及び層208がそれぞれ3層構造を有する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、層108が層108a及び層108cの一方または双方を有さず、層208が層208a及び層208cの一方または双方を有さない構成とすることができる。例えば、図12Aに示すように、層108が層108bと層108cの2層構造を有し、層208が層208bと層208cの2層構造を有する構成とすることができる。または、図12Bに示すように、層108が層108aと層108bの2層構造を有し、層208が層208aと層208bの2層構造を有する構成とすることができる。または、層108及び層208がそれぞれ4層以上の積層構造を有する構成とすることもできる。
10A and the like show an example in which the
なお、構成例1−4で示した層108及び層208の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configurations of
〔構成例1−5〕
本発明の一態様である半導体装置10Fの上面図を、図13Aに示す。図13Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を図13Bに示し、一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図を図13Cに示す。
[Configuration Example 1-5]
13A is a top view of a
半導体装置10Fは、トランジスタ100Fと、トランジスタ200Fと、絶縁層110と、を有する。半導体装置10Fは、トランジスタ100Fが導電層103、層105及び絶縁層116を有する点、並びにトランジスタ200Fが導電層203、層205及び絶縁層216を有する点で、図1B等に示す半導体装置10と主に異なる。
The
図13Bに示すトランジスタ100Fの拡大図を図14Aに示し、トランジスタ200Fの拡大図を図14Bに示す。
An enlarged view of
トランジスタ100Fは、絶縁層110aと絶縁層110bとの間に、導電層103及び層105を有する。絶縁層110a上に導電層103が設けられ、導電層103の上面及び側面に層105が設けられる。絶縁層110、層105及び導電層103は、導電層112に達する開口部141を有する。絶縁層116は、開口部141において絶縁層110の側面及び層105の側面と接する領域を有する。絶縁層116は開口部141において絶縁層110の側面及び層105の側面に沿って設けられるため、サイドウォールまたは側壁絶縁層と呼ぶことができる。また、絶縁層116は、開口部141において、導電層112の上面の一部と接する領域を有する。層108は、開口部141において導電層112の上面の一部、及び絶縁層116の側面と接する領域を有する。絶縁層116は導電層103及び層105と、層108との間に位置し、導電層103と層108は絶縁層116によって互いに電気的に絶縁される。
The
トランジスタ100Fにおいて、層108は、絶縁層106を介して導電層104と重なり、かつ、絶縁層116を介して導電層103と重なる領域を有する。言い換えると、層108は、絶縁層106を介して導電層104と、絶縁層116を介して導電層103と、に挟まれる領域を有する。
In
トランジスタ100Fにおいて、導電層104はゲート電極(第1のゲート電極ともいえる)として機能する。絶縁層106の一部は、ゲート絶縁層(第1のゲート絶縁層ともいえる)として機能する。また、導電層103は、バックゲート電極(第2のゲート電極ともいえる)として機能する。絶縁層116は、バックゲート絶縁層(第2のゲート絶縁層ともいえる)として機能する。
In the
トランジスタ100Fにバックゲート電極を設けることで、層108のバックゲート電極側(バックチャネル側)の電位が固定され、Id−Vd特性における飽和性を高めることができる。また、層108のバックチャネル側の電位が固定されることで、しきい値電圧がシフトすることを抑制できる。したがって、カットオフ電流が小さいトランジスタとすることができ、消費電力の小さい半導体装置とすることができる。
By providing a backgate electrode in the
絶縁層116は、絶縁層106に用いることができる材料を用いることができる。層108に金属酸化物を用いる場合、絶縁層116を構成する膜のうち、少なくとも層108と接する膜には、前述の酸化物及び酸化窒化物のいずれかを用いることが好ましい。絶縁層116は、絶縁層110と接する領域を有する。絶縁層116は、特に絶縁層110bと接する領域を有することが好ましい。半導体装置の作製工程中に加わる熱により絶縁層110bから放出された酸素が、絶縁層116に供給される。さらに、絶縁層116から酸素が放出されることで、層108に酸素を供給することができる。絶縁層110bから絶縁層116を介して層108、特にチャネル形成領域に酸素を供給することで酸素欠損(VO)及びVOHを低減できる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタ100Fとすることができる。
The insulating
層108に金属酸化物を用いる場合、層108となる金属酸化物膜を、酸素を含む雰囲気で形成することが好ましい。これにより、絶縁層116に酸素を供給することができる。そして、後の工程で絶縁層116から層108に酸素が供給され、層108中の酸素欠損(VO)及びVOHを低減できる。
In the case where a metal oxide is used for the
層105は、導電層103と絶縁層110との間、及び導電層103と絶縁層116との間に位置する。層105は、導電層103の上面及び側面と接する領域を有する。層105の導電性は特に限定されない。層105は、バリア膜として機能するすることが好ましい。層105がバリア膜として機能することにより、絶縁層110bに含まれる酸素によって導電層103が酸化され、電気抵抗が高くなることを抑制できる。また、絶縁層110bから絶縁層116に供給される酸素の量が増えることにより、層108のチャネル形成領域へ供給される酸素の量を増やすことができる。したがって、チャネル形成領域の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。
The
バリア膜として用いることができる材料は、前述の通りである。層105は、導電層103に含まれる成分を有することがより好ましい。層105に酸化物を用いる場合、層105は、導電層103に含まれる元素と、酸素と、を有することが好ましい。層105に窒化物を用いる場合、層105は、導電層103に含まれる元素と、窒素と、を有することが好ましい。導電層103にアルミニウムを用いる場合、層105は、アルミニウムと、酸素と、を有することが好ましい。例えば、導電層103にアルミニウムを用い、層105に酸化アルミニウムを用いることができる。
The materials that can be used as the barrier film are as described above. It is more preferable that the
層105に酸化物を用いる場合、導電層103または導電層103となる膜を酸化させることにより、層105を形成することができる。層105に窒化物を用いる場合、導電層103または導電層103となる膜を窒化させることにより、層105を形成することができる。なお、導電層103と層105の境界の境界が不明瞭である場合があるため、図14A等ではこれらの境界を破線で示している。
When an oxide is used for
導電層103を酸化させる処理(以下、酸化処理とも記す)、または窒化させる処理(以下、窒化処理とも記す)は、例えば、プラズマ処理を用いることができる。酸化処理の際の雰囲気は、酸素を含むことが好ましい。当該雰囲気として、例えば、酸素(O2)、一酸化二窒素(N2O)、二酸化窒素(NO2)、一酸化炭素、及び二酸化炭素の一以上を含む雰囲気を好適に用いることができる。窒化処理の際の雰囲気は、窒素を含むことが好ましい。当該雰囲気として、窒素(N2)を含む雰囲気を好適に用いることができる。 The treatment for oxidizing the conductive layer 103 (hereinafter also referred to as an oxidation treatment) or the treatment for nitriding the conductive layer 103 (hereinafter also referred to as a nitridation treatment) can be, for example, a plasma treatment. The atmosphere used for the oxidation treatment preferably contains oxygen. For example, an atmosphere containing one or more of oxygen (O 2 ), nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon monoxide, and carbon dioxide can be preferably used as the atmosphere. The atmosphere used for the nitridation treatment preferably contains nitrogen. For example, an atmosphere containing nitrogen (N 2 ) can be preferably used as the atmosphere.
例えば、導電層103となる層を形成した後であって、絶縁層110bとなる膜を形成する前に、導電層103に対して酸化処理または窒化処理を行うことにより導電層103となる層の表面に酸化物または窒化物を形成する。さらに、開口部141を形成した後であって、絶縁層116を形成する前に、導電層103に対して酸化処理または窒化処理を行うことにより、導電層103の開口部141側の面に酸化物または窒化物を形成する。これにより、導電層103の上面及び側面に層105を形成することができる。
For example, after forming the layer that will become the
図14Aでは、トランジスタ100Fのチャネル長L100を破線の両矢印で示している。チャネル長L100は、断面視における絶縁層116と層108が接する領域の長さに相当する。絶縁層116が導電層103、層105及び絶縁層110の側面に設けられる場合、チャネル長L100は、導電層103、層105及び絶縁層110の厚さの和、並びに絶縁層110の開口部141側の側面と絶縁層110の被形成面(ここでは、導電層112の上面)とのなす角の角度θ100で決まる。したがって、トランジスタの作製に用いる露光装置の露光の最小寸法よりも短いチャネル長を有するトランジスタ100Fとすることができる。
14A, the channel length L100 of the
導電層103が、導電層112と電気的に接続される構成とすることができる。例えば、絶縁層110aの導電層112と重なる領域に開口部を設け、当該開口部を覆うように導電層103を設けることにより、導電層103と導電層112が接する構成とすることができる。導電層112と導電層103が電気的に接続されることにより、ソース電極及びドレイン電極の一方と、バックゲート電極を同電位にすることができる。例えば、導電層112がソース電極として機能する場合、トランジスタ100Fのしきい値電圧がシフトすることを抑制できる。また、トランジスタ100Fの信頼性を高めることができる。なお、絶縁層110aを設けず、導電層112の上面に接して導電層103を形成することもできる。
The
導電層103が、導電層104と電気的に接続される構成とすることができる。例えば、絶縁層110b、絶縁層110c及び絶縁層106の導電層103と重なる領域に開口部を設け、当該開口部を覆うように導電層104を設けることにより、導電層103と導電層104が接する構成とすることができる。ゲート電極として機能する導電層104と、バックゲート電極として機能する導電層103が電気的に接続されることにより、バックゲート電極とゲート電極を同電位にすることができ、トランジスタ100Fのオン電流を大きくすることができる。
The
なお、トランジスタ100Fが導電層103を有することにより、絶縁層110の上面の凹凸が大きくなる場合がある。絶縁層110の上面の凹凸が大きい場合、絶縁層110上面に接して設けられる層108の凹凸も大きくなることにより、領域108Dbに供給される不純物元素の量の均一性が低くなり、領域108Dbの電気抵抗の均一性が低くなってしまう恐れがある。したがって、絶縁層110の上面はより平坦であることが好ましい。例えば、絶縁層110または絶縁層110となる絶縁膜を形成した後であって、層108または層108となる膜を形成する前に平坦化処理を行い、絶縁層110または絶縁層110となる絶縁膜の上面を平坦にすることが好ましい。平坦化処理として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いた処理(CMP処理ともいう)、及びエッチングを用いた処理(エッチバック処理ともいう)が挙げられる。または、絶縁層110に有機絶縁層を用いることにより、絶縁層110の上面をより平坦にすることができる。有機絶縁層に用いることができる材料については前述の記載を参照できる。
Note that the
トランジスタ200Fは、絶縁層110aと絶縁層110bとの間に、導電層203及び層205を有する。絶縁層110a上に導電層203が設けられ、導電層203の上面及び側面に層205が設けられる。絶縁層110、層205及び導電層203は、導電層212aに達する開口部141を有する。絶縁層216は、開口部241において絶縁層110の側面及び層205の側面と接する領域を有し、開口部243において導電層212bの側面と接する領域を有する。導電層203は、導電層103と同じ工程で形成できる。層205は、層105と同じ工程で形成できる。絶縁層216は、絶縁層116と同じ工程で形成できる。導電層203、層205及び絶縁層216については、導電層103、層105及び絶縁層116に係る記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。
トランジスタ200Fにおいて、導電層204はゲート電極(第1のゲート電極ともいえる)として機能する。絶縁層106の一部は、ゲート絶縁層(第1のゲート絶縁層ともいえる)として機能する。また、導電層203は、バックゲート電極(第2のゲート電極ともいえる)として機能する。絶縁層216は、バックゲート絶縁層(第2のゲート絶縁層ともいえる)として機能する。トランジスタ200Fにバックゲート電極を設けることで、Id−Vd特性における飽和性を高めることができる。また、しきい値電圧がシフトすることを抑制できる。したがって、カットオフ電流が小さいトランジスタとすることができ、消費電力の小さい半導体装置とすることができる。
In the
図13B等ではトランジスタ100F及びトランジスタ200Fがそれぞれ、バックゲート電極を有する構成を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。半導体装置が、バックゲート電極を有するトランジスタと、バックゲート電極を有さないトランジスタと、を有する構成とすることができる。例えば、トランジスタ100Fが導電層103及び層105を有し、トランジスタ200Fが導電層203及び層205を有さない構成とすることができる。このとき、トランジスタ200Fは、絶縁層216を有する構成とすることができる。または、絶縁層216を設けず、層208が絶縁層110の側面と接する領域を有する構成とすることもできる。
13B and the like show a structure in which the
図14Aに示すように、絶縁層116の上面の高さが、絶縁層110の上面の高さと一致または概略一致する構成とすることができる。図14Bに示すように、絶縁層216の上面の高さが、導電層212bの上面の高さと一致または概略一致する構成とすることができる。例えば、開口部141、開口部241及び開口部243を覆うように絶縁層116及び絶縁層216となる膜を設け、当該膜の一部を除去し、絶縁層110の上面、導電層112の上面、導電層212aの上面及び導電層212bの上面を露出させることにより、絶縁層116及び絶縁層216を形成することができる。絶縁層116及び絶縁層216の形成には、例えば、異方性エッチングを好適に用いることができる。
As shown in FIG. 14A, the height of the upper surface of the insulating
絶縁層116の上面の高さが絶縁層110の上面の高さと異なる構成を、図15A及び図15Bに示す。図15Aは、絶縁層116の上面の高さが絶縁層110cの上面の高さより低く、絶縁層110bの上面の高さより高い構成を示している。また、図15Bに示すように、絶縁層116の上面の高さが絶縁層110bの上面の高さより低く、層105の上面の高さより高い構成とすることもできる。絶縁層110bと層108が接することにより、絶縁層110bから層108に酸素を供給することができる。絶縁層116は、少なくとも層105の開口部141側の側面全体と接することが好ましい。
15A and 15B show a configuration in which the height of the upper surface of insulating
絶縁層216の上面の高さが導電層212bの上面の高さと異なる構成を、図15C乃至図15Eに示す。図15Cは、絶縁層216の上面の高さが導電層212bの上面の高さより低く、絶縁層110cの上面の高さより高い構成を示している。層208が導電層212bの側面とも接する構成とすることにより、層208と導電層212bとの接触面積が大きくなるため、トランジスタ200Fのソース領域及びドレイン領域の他方の電気抵抗を低くすることができる。また、図15Dは、絶縁層216の上面の高さが絶縁層110cの上面の高さより低く、絶縁層110bの上面の高さより高い構成を示している。図15Eに示すように、絶縁層216の上面の高さが絶縁層110bの上面の高さより低く、層205の上面の高さより高い構成とすることもできる。絶縁層110bと層208が接することにより、絶縁層110bから層208に酸素を供給することができる。絶縁層216は、少なくとも層205の開口部241側の側面全体と接することが好ましい。
15C to 15E show configurations in which the height of the upper surface of the insulating
図13B等では絶縁層110bを単層構造で示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層110bを2層以上の積層構造とすることができる。
Insulating
本発明の一態様である半導体装置10Gの断面図を、図16Aに示す。半導体装置10Gの上面図は、図13Aを参照できる。図16Aは、図13Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図である。
FIG. 16A shows a cross-sectional view of a
半導体装置10Gは、トランジスタ100Gと、トランジスタ200Gと、絶縁層110と、を有する。半導体装置10Gは、絶縁層110bが絶縁層110b_1と、絶縁層110b_1上の絶縁層110b_2と、絶縁層110b_2上の絶縁層110b_3と、を有する点で、図13B等に示す半導体装置10Fと主に異なる。トランジスタ100G及びトランジスタ200Gについては、トランジスタ100及びトランジスタ200に係る記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。
The
絶縁層110b_1、絶縁層110b_2及び絶縁層110b_3はそれぞれ、絶縁層110で挙げた材料を用いることができる。
The insulating layer 110b_1, the insulating layer 110b_2, and the insulating layer 110b_3 can each be made of the materials listed for the insulating
絶縁層110b_1は、層105と層205との間の凹部を充填するように、絶縁層110a上に設けられる。絶縁層110b_1は、層105の側面、層205の側面及び絶縁層110aの上面に接する領域を有する。絶縁層110b_1は、少なくとも層105の開口部141に面しない側の側面、及び層205の開口部241に面しない側の側面を覆うことが好ましい。絶縁層110b_1は、導電層103及び層105に起因する凹凸を小さくし、絶縁層110の上面をより平坦にする機能を有する。また、絶縁層110b_1を設けることにより、導電層112及び導電層212aに起因する凹凸も小さくすることができる。なお、本明細書等において、絶縁層110b_1を、平坦化層と記す場合がある。絶縁層110b_1は、有機絶縁層を好適に用いることができる。例えば、絶縁層110b_1は、アクリル樹脂またはポリイミド樹脂を好適に用いることができる。
The insulating layer 110b_1 is provided on the insulating
絶縁層110の上面をより平坦にすることにより、絶縁層110上に位置する領域108Db及び領域208Dbが平坦となり、領域108Db及び領域208Dbに供給される第1の元素の量の均一性を高めることができる。これにより、領域108Db及び領域208Dbの電気抵抗の均一性を高めることができる。
By making the top surface of the insulating
絶縁層110b_1上に、絶縁層110b_2が設けられる。絶縁層110b_2は、絶縁層110b_1の上面、層105の上面、層205の上面、絶縁層116の側面、及び絶縁層216の側面と接する領域を有する。
Insulating layer 110b_2 is provided on insulating layer 110b_1. Insulating layer 110b_2 has an area in contact with the upper surface of insulating layer 110b_1, the upper surface of
絶縁層110b_2は、絶縁層110b_1に含まれる不純物が絶縁層110b_3側に拡散することを抑制するバリア膜として機能する。絶縁層110b_2は、絶縁層110a及び絶縁層110cで挙げた材料を好適に用いることができる。例えば、絶縁層110b_2は、窒化シリコンまたは酸化アルミニウムを好適に用いることができる。
The insulating layer 110b_2 functions as a barrier film that prevents impurities contained in the insulating layer 110b_1 from diffusing toward the insulating layer 110b_3. The insulating layer 110b_2 can be made of any of the materials listed for the insulating
絶縁層110b_2上に、絶縁層110b_3が設けられる。絶縁層110b_3は、絶縁層110b_2の上面、絶縁層116の側面、及び絶縁層216の側面と接する領域を有する。
Insulating layer 110b_3 is provided on insulating layer 110b_2. Insulating layer 110b_3 has an area in contact with the upper surface of insulating layer 110b_2, the side surface of insulating
絶縁層110b_3は、無機絶縁層を好適に用いることができる。絶縁層110b_3は、絶縁層110bで挙げた材料を好適に用いることができる。絶縁層110b_3は酸素を有することが好ましく、前述の酸化物及び酸化窒化物のいずれか一つまたは複数を用いることが好ましい。絶縁層110b_3は、シリコンと、酸素と、を有することが好ましい。例えば、絶縁層110b_3は、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンの一方または双方を好適に用いることができる。
The insulating layer 110b_3 can be preferably an inorganic insulating layer. The insulating layer 110b_3 can be preferably made of any of the materials listed for the insulating
絶縁層110b_3は、絶縁層116と接する領域、及び絶縁層216と接する領域を有することが好ましい。これにより、絶縁層110b_3から絶縁層116を介して層108に、絶縁層216を介して層208に酸素を供給することができる。
The insulating layer 110b_3 preferably has a region in contact with the insulating
図16Aでは、絶縁層110b_3の上面の高さが、層105の上面の高さ及び層205の上面の高さと一致する構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。絶縁層110b_3の上面の高さが、層105の上面の高さ及び層205の上面の高さと異なる構成とすることができる。
In FIG. 16A, the height of the top surface of the insulating layer 110b_3 is the same as the height of the top surface of the
図16Bに示すように、絶縁層110b_2の上面の高さが、層105の上面の高さ及び層205の上面の高さより高い構成とすることができる。または、図16Cに示すように、絶縁層110b_2の上面の高さが、層105の上面の高さ及び層205の上面の高さより低い構成とすることができる。
As shown in FIG. 16B, the height of the upper surface of insulating layer 110b_2 can be higher than the height of the upper surface of
なお、図16A乃至図16Cで示した絶縁層110bの構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of the insulating
図14A及び図14Bに示すトランジスタ100F及びトランジスタ200Fと異なる構成例を、図17A及び図17Bに示す。図17Aに示すトランジスタ100Hは、絶縁層110aが導電層112と絶縁層116との間にも設けられる点で、トランジスタ100Fと主に異なる。図17Bに示すトランジスタ200Hは、絶縁層110aが導電層212aと絶縁層216との間にも設けられる点で、トランジスタ100Fと主に異なる。
FIGS. 17A and 17B show examples of configurations different from those of
絶縁層116と導電層112との間に絶縁層110aを設けることにより、絶縁層116と導電層112が接しないため、絶縁層116から導電層112に酸素が供給されることにより導電層112が酸化され、導電層112の電気抵抗が高くなることを抑制できる。同様に、絶縁層216と導電層212aとの間に絶縁層110aを設けることにより、絶縁層216と導電層212aが接しないため、絶縁層216から導電層212aに酸素が供給されることにより導電層212aが酸化され、導電層212aの電気抵抗が高くなることを抑制できる。
By providing the insulating
例えば、導電層112上に、絶縁層110aとなる第1の絶縁膜、及び導電層103となる導電層を形成する。導電層103となる導電層の表面に層105となる層を形成し、絶縁層110bとなる第2の絶縁膜、及び絶縁層110cとなる第3の絶縁膜を形成する。導電層103となる導電層、層105となる層、第2の絶縁膜、及び第3の絶縁膜の一部を除去し、開口部141となる開口部を形成することにより、導電層103、絶縁層110b、及び絶縁層110cが形成される。導電層103の当該開口部側の面にも層105を形成する。開口部141となる開口部を覆うように、絶縁層116となる第4の絶縁層を形成する。第4の絶縁層の一部を除去し、絶縁層110cの上面及び導電層112の上面を露出させることにより、開口部141及び絶縁層116を形成することができる。導電層203、層205及び開口部241についても同様に形成できる。ここで、開口部141となる開口部を形成する際に、当該開口部における第1の絶縁膜の厚さが薄くなる場合がある。これにより、図17Aに示すように、絶縁層110aの絶縁層116と接する領域の厚さは、絶縁層110aの導電層103と接する領域の厚さより薄くなる場合がある。同様に、図17Bに示すように、絶縁層110aの絶縁層216と接する領域の厚さは、絶縁層110aの導電層203と接する領域の厚さより薄くなる場合がある。
For example, a first insulating film that will become insulating
なお、構成例1−5で示した導電層103、絶縁層116、導電層203及び絶縁層216の構成は、他の構成例にも適用できる。また、導電層103、層105、絶縁層116、導電層203、層205及び絶縁層216の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configurations of the
<構成例2>
本発明の一態様の半導体装置の回路図を、図18A乃至図18Eに示す。図19A乃至図21Bに、本発明の一態様の半導体装置の上面図及び断面図を示す。以下では、本発明の一態様の半導体装置が有するトランジスタとして、主にトランジスタ100及びトランジスタ200を例に挙げて説明する。本発明の一態様の半導体装置はこれに限られず、前述のトランジスタ100乃至トランジスタ100H、及びトランジスタ200乃至トランジスタ200Hのいずれか一または複数を有する構成とすることができる。
<Configuration Example 2>
18A to 18E are circuit diagrams of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. FIGS. 19A to 21B are top views and cross-sectional views of the semiconductor device of one embodiment of the present invention. In the following,
本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタを少なくとも2つ有し、1つのトランジスタのゲート、ソースまたはドレインのいずれかが、他の1つのトランジスタのゲート、ソースまたはドレインのいずれかと電気的に接続される。または、本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタと、容量素子と、を有し、トランジスタのゲート、ソースまたはドレインのいずれかが、容量素子の一方の端子と電気的に接続される。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention has at least two transistors, and one of the gate, source, or drain of the transistor is electrically connected to the gate, source, or drain of the other transistor. Alternatively, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention has a transistor and a capacitor, and one of the gate, source, or drain of the transistor is electrically connected to one terminal of the capacitor.
本発明の一態様の半導体装置は、表示装置に適用することができる。表示装置は、トランジスタと、表示素子と、を有する。トランジスタのソースまたはドレインは、表示素子が有する画素電極と電気的に接続される。 The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be applied to a display device. The display device includes a transistor and a display element. The source or drain of the transistor is electrically connected to a pixel electrode of the display element.
〔構成例2−1〕
本発明の一態様である半導体装置20の回路図を、図18Aに示す。本発明の一態様である半導体装置20の上面図を、図19Aに示す。図19Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を、図19Bに示す。図19Aに示す一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図は、図1Cを参照できる。また、図19Aに示す一点鎖線B5−B6における切断面の断面図は、図1Cに示す一点鎖線B1−B2の断面図を参照でき、一点鎖線B7−B8における切断面の断面図は、図1Cに示す一点鎖線B3−B4の断面図を参照できる。
[Configuration Example 2-1]
FIG. 18A illustrates a circuit diagram of a
半導体装置20は、トランジスタ100と、トランジスタ100sと、トランジスタ200と、トランジスタ200sと、絶縁層110と、を有する。半導体装置20は、基板102上に設けられる。トランジスタ100及びトランジスタ200については、前述の記載を参照できる。
The
トランジスタ100sは、導電層104Aと、絶縁層106と、層108と、導電層112Aと、を有する。トランジスタ100sは、トランジスタ100と同様の構成を有する。導電層104Aは導電層104に相当し、導電層112Aは導電層112に相当する。層108は、トランジスタ100とトランジスタ100sで共有される。
トランジスタ100sにおいて、導電層104Aはゲート電極として機能し、絶縁層106はゲート絶縁層として機能する。トランジスタ100sにおいて、導電層112Aはソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、領域108Dbはソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。トランジスタ100sにおいて、層108の導電層112Aと接する領域はソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、絶縁層110bと接する領域はチャネル形成領域として機能する。層108は、導電層112Aの上面と接する領域のうち、導電層112Aの上面と導電層104Aの下面との間に位置する領域に、領域108Dcを有する。領域108Dcは、不純物元素として第1の元素を有する。領域108Dcは、トランジスタ100sのソース領域及びドレイン領域の一方として機能する。領域108Dcについては、領域108Daに係る記載を参照できる。
In the
層108は、領域108Daと、領域108Dbと、領域108Dcと、トランジスタ100のチャネル形成領域と、トランジスタ100sのチャネル形成領域と、を有する。領域108Dbは、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方として機能するとともに、トランジスタ100sのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。トランジスタ100とトランジスタ100sとで領域108Dbが共有されることにより、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方と、トランジスタ100sのソース電極及びドレイン電極の他方が電気的に接続される。半導体装置20において、領域108Dbは、トランジスタ100とトランジスタ100sとを電気的に接続する。また、トランジスタ100とトランジスタ100sで層108を共有することにより、半導体装置20の占有面積を縮小することができる。
The
トランジスタ200sは、導電層204Aと、絶縁層106と、層208Aと、導電層212aAと、導電層212bと、を有する。トランジスタ200sは、トランジスタ200と同様の構成を有する。導電層204Aは導電層204に相当し、層208Aは層208に相当し、導電層212aAは導電層212aに相当する。導電層212bは、トランジスタ200とトランジスタ200sで共有される。
トランジスタ200sにおいて、導電層204Aはゲート電極として機能し、絶縁層106はゲート絶縁層として機能する。トランジスタ200sにおいて、導電層212aAはソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、導電層212bはソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。トランジスタ200sにおいて、層208Aの導電層212aAと接する領域はソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、導電層212bと接する領域はソース領域及びドレイン領域の他方として機能し、絶縁層110bと接する領域はチャネル形成領域として機能する。層208は、導電層212aAの上面と接する領域のうち、導電層212aAの上面と導電層204Aの下面との間に位置する領域に、領域208Dcを有し、導電層212bの上面と接する領域に、領域208Ddを有する。領域208Dc及び領域208Ddはそれぞれ、不純物元素として第1の元素を有する。領域208Dcは、トランジスタ200sのソース領域及びドレイン領域の一方として機能し、領域208Ddは、トランジスタ200sのソース領域及びドレイン領域の他方として機能する。領域208Dc及び領域208Ddについては、領域208Da及び領域208Dbに係る記載を参照できる。
In the
導電層212bは、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極の他方として機能するとともに、トランジスタ200sのソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。トランジスタ200とトランジスタ200sとで導電層212bが共有されることにより、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極の他方と、トランジスタ200sのソース電極及びドレイン電極の他方が電気的に接続される。半導体装置20において、導電層212bは、トランジスタ200とトランジスタ200sとを電気的に接続する。また、トランジスタ200とトランジスタ200sで導電層212bを共有することにより、半導体装置20の占有面積を縮小することができる。
The
前述したように、層108に用いる材料によっては、領域108Dbの電気抵抗よりも導電層212bの電気抵抗が低くなる場合がある。ソース電極及びドレイン電極の他方が配線として機能するとき、当該配線の長さが長く、当該配線に求められる配線抵抗が比較的低い場合は、導電層212bを有するトランジスタ200を好適に用いることができる。トランジスタ200を用いることにより、高速に動作する半導体装置とすることができる。一方、当該配線の長さが短く、当該配線に求められる配線抵抗が比較的高い場合は、トランジスタ100を好適に用いることができる。トランジスタ100を用いることにより、占有面積の小さい半導体装置とすることができる。
As described above, depending on the material used for
図19A及び図19Bに示すように、トランジスタ200とトランジスタ200sとの間の距離が、トランジスタ100とトランジスタ100sとの間の距離より長い構成とすることができる。なお、本発明の一態様はこれに限られず、トランジスタ100とトランジスタ100sとの間の距離が、トランジスタ200とトランジスタ200sとの間の距離と同じ、または、トランジスタ200とトランジスタ200sとの間の距離よりが長い構成とすることができる。
19A and 19B, the distance between
基板102上に導電層112、導電層112A、導電層212a及び導電層212aAが設けられる。導電層112、導電層112A、導電層212a及び導電層212aAは、同じ工程で形成することができる。例えば、導電層112、導電層112A、導電層212a及び導電層212aAとなる膜を形成し、当該膜を加工することにより、導電層112、導電層112A、導電層212a及び導電層212aAを形成できる。または、これらの一部を異なる工程で形成することもできる。
The
導電層112、導電層112A、導電層212a及び導電層212aA上に絶縁層110が設けられる。絶縁層110は、導電層112に達する開口部141と、導電層112Aに達する開口部141Aと、導電層212aに達する開口部241と、導電層212aAに達する開口部241Aと、を有する。開口部141、開口部141A、開口部241及び開口部241Aは、同じ工程で形成することができる。または、これらの一部を異なる工程で形成することもできる。
An insulating
絶縁層110上に導電層212bが設けられる。導電層212bは、絶縁層110を介して、導電層212aと重なる領域、及び導電層212aAと重なる領域を有する。絶縁層110は、導電層212aと導電層212bに挟持される領域、及び導電層212aAと導電層212bに挟持される領域を有するともいえる。
The
導電層212bは、導電層212aに達する開口部243、及び導電層212aAに達する開口部243Aを有する。開口部243は開口部241と重なる領域に設けられ、開口部243Aは開口部241Aと重なる領域に設けられる。開口部243及び開口部243Aは、同じ工程で形成することができる。または、これらの一部を異なる工程で形成することもできる。
The
開口部141及び開口部141Aを覆うように層108が設けられ、開口部241及び開口部243を覆うように層208が設けられ、開口部241A及び開口部243Aを覆うように層208Aが設けられる。層108、層208及び層208Aは、同じ工程で形成することができる。または、これらの一部を異なる工程で形成することもできる。
層108は、開口部141において、導電層112の上面と接する領域、及び絶縁層110の側面と接する領域を有する。また、層108は、開口部141Aにおいて、導電層112Aの上面と接する領域、及び絶縁層110の側面と接する領域を有する。層208は、開口部241において導電層212aの上面と接する領域、及び絶縁層110の側面と接する領域を有し、開口部243において導電層212b側面と接する領域を有する。層208Aは、開口部241Aにおいて導電層212aAの上面と接する領域、及び絶縁層110の側面と接する領域を有し、開口部243Aにおいて導電層212bの側面と接する領域を有する。
The
層208及び層208Aはそれぞれ、導電層212bの上面と接する領域を有することが好ましい。層208bが導電層212bの側面だけでなく上面とも接することにより、層208bと導電層212bの接触面積が大きくなり、層208bと導電層212bの接触抵抗を低くすることができる。層208及び導電層212bについても同様である。
It is preferable that each of
層108、層208、層208A、導電層212b及び絶縁層110上に、絶縁層106が設けられる。
An insulating
第1の元素は、絶縁層106を介して、層108、層208及び層208Aに供給されることが好ましい。例えば、絶縁層106を形成した後であって、導電層104、導電層104A、導電層204及び導電層204Aを形成する前に、絶縁層106を介して、第1の元素を層108、層208及び層208Aに供給することができる。これにより、層108において領域108Da、領域108Db及び領域108Dcに優先的に第1の元素を供給することができ、層208において領域208Da及び領域208Dbに優先的に第1の元素を供給することができ、層208Aにおいて領域208Dc及び領域208Ddに優先的に第1の元素を供給することができる。
The first element is preferably supplied to
絶縁層106上に、導電層104、導電層104A、導電層204及び導電層204Aが設けられる。
導電層104は、開口部141において、絶縁層106を介して層108と重なる領域を有する。導電層104Aは、開口部141Aにおいて、絶縁層106を介して層108と重なる領域を有する。導電層204は、開口部241において、絶縁層106を介して層208と重なる領域を有する。導電層204Aは、開口部241Aにおいて、絶縁層106を介して層208Aと重なる領域を有する。導電層104、導電層104A、導電層204及び導電層204Aは、同じ工程で形成することができる。または、これらの一部を異なる工程で形成することもできる。
The
図18A、図19A及び図19Bでは、トランジスタ100及びトランジスタ100sと、トランジスタ200及びトランジスタ200sとの間の電気的な接続を示していないが、これらが電気的に接続される構成とすることもできる。
Although Figures 18A, 19A, and 19B do not show electrical connections between
なお、構成例2−1で示したトランジスタ100及びトランジスタ100sの構成、並びにトランジスタ200及びトランジスタ200sの構成は、他の構成例にも適用できる。
Note that the configurations of
以下では、前述の構成例2−1と一部の構成が異なる構成例について、説明する。なお、以下では、前述の構成例2−1と重複する部分は説明を省略する場合がある。また、以下で示す図面において、前述の構成例2−1と同様の機能を有する部分についてはハッチングパターンを同じくし、符号を付さない場合もある。 Below, a configuration example having some different configuration from the above-mentioned configuration example 2-1 will be described. Note that below, explanations of parts that overlap with the above-mentioned configuration example 2-1 may be omitted. Also, in the drawings shown below, parts that have the same function as the above-mentioned configuration example 2-1 may be marked with the same hatching pattern and may not be assigned reference numerals.
〔構成例2−2〕
本発明の一態様である半導体装置20Aの回路図を、図18Bに示す。本発明の一態様である半導体装置20Aの上面図を、図20Aに示す。図20Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を、図20Bに示す。図20Aに示す一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図は、図1Cを参照できる。
[Configuration Example 2-2]
A circuit diagram of a
半導体装置20Aは、トランジスタ100と、トランジスタ200と、絶縁層110と、を有する。半導体装置20Aは、基板102上に設けられる。トランジスタ100のソース及びドレインの他方は、トランジスタ200のソース及びドレインの他方と電気的に接続される。
The
トランジスタ100が有する層108は、絶縁層110上において、トランジスタ200が有する導電層212bと接する部分を有する。つまり、領域108Dbは、導電層212bと接する部分を有する。領域108Dbが導電層212bの側面だけでなく上面とも接する構成とすることが好ましい。これにより、領域108Dbと導電層212bとの接触面積が大きくなり、領域108Dbと導電層212bの接触抵抗を低くすることができる。層108の一部の端部は、導電層212b上に位置する。
The
領域108Dbと導電層212bが接することにより、トランジスタ100のソース及びドレインの他方と、トランジスタ200のソース及びドレインの他方が電気的に接続される。領域108Dbと導電層212bが接することにより、領域108Dbと導電層212bを電気的に接続する導電層を別途設ける必要が無いため、半導体装置20Aの占有面積を縮小することができる。
By contacting region 108Db with
なお、構成例2−2で示した層108及び導電層212bの構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of
〔構成例2−3〕
本発明の一態様である半導体装置20Bの上面図を、図21Aに示す。図21Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を図21Bに示す。図21Aに示す一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図は、図1Cを参照できる。半導体装置20Bの回路図は、図18Bを参照できる。
[Configuration Example 2-3]
FIG 21A shows a top view of a
半導体装置20Bは、トランジスタ100と、トランジスタ200と、絶縁層110と、導電層193と、を有する。半導体装置20Bは、基板102上に設けられる。
The
トランジスタ100のソース及びドレインの他方は、導電層193を介して、トランジスタ200のソース及びドレインの他方と電気的に接続される。導電層193は、トランジスタとトランジスタ200を電気的に接続する配線として機能する。
The other of the source and drain of
絶縁層106は、領域108Dbに達する開口部145、及び導電層212bに達する開口部145Aを有する。絶縁層106上に、導電層104、導電層204及び導電層193が設けられる。導電層193は、開口部145及び開口部145Aを覆うように設けられる。導電層193は、開口部145において領域108Dbと接する領域を有し、開口部145Aにおいて導電層212bと接する領域を有する。導電層193は、開口部145において領域108Dbと電気的に接続され、開口部145Aにおいて導電層212bと電気的に接続される。つまり、領域108Dbは、導電層193を介して導電層212bと電気的に接続される。
The insulating
導電層193は、例えば、導電層104及び導電層204と同じ工程で形成することができる。なお、導電層193を、導電層104及び導電層204と異なる工程で形成することもできる。例えば、導電層104及び導電層204上に絶縁層195を形成した後に、絶縁層106及び絶縁層195に開口部145及び開口部145Aを形成し、開口部145及び開口部145Aを覆うように導電層193を形成することができる。
The
ここで、配線に金属または合金を用いる場合、酸化物導電体を用いる場合より当該配線の電気抵抗を低くできる場合がある。トランジスタ100とトランジスタ200間の距離が長く、トランジスタ100とトランジスタ200を電気的に接続する配線に求められる配線抵抗が比較的低い場合は、当該配線として機能する導電層193に金属または合金を好適に用いることができる。
Here, when a metal or an alloy is used for the wiring, the electrical resistance of the wiring can be made lower than when an oxide conductor is used. When the distance between the
トランジスタ100とトランジスタ200間の距離が短く、トランジスタ100とトランジスタ200を電気的に接続する配線に求められる配線抵抗が比較的高い場合は、図20B等に示すように、導電層193を設けない構成とすることができる。トランジスタ100の領域108Dbとトランジスタ200の導電層212bが接することにより、トランジスタ100のソース及びドレインの他方が、トランジスタ200のソース及びドレインの他方と電気的に接続される構成とすることができる。
When the distance between
トランジスタ100とトランジスタ200間の電気的な接続方法は、層108に用いる材料、及びトランジスタ100とトランジスタ200を電気的に接続する配線に求められる配線抵抗に応じて決めることができる。
The method of electrical connection between
開口部145及び開口部145Aの上面形状は特に限定されない。開口部145及び開口部145Aの上面形状は、開口部141、開口部241及び開口部243に適用できる形状とすることができる。例えば、図21Aに示すように、開口部145及び開口部145Aの上面形状をそれぞれ、角が丸い四角形とすることができる。なお、図21Aでは、開口部145及び開口部145Aの上面形状が、開口部141、開口部241及び開口部243の上面形状と異なる構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。開口部145及び開口部145Aの上面形状が、開口部141、開口部241及び開口部243の上面形状と同じとすることができる。
The top surface shapes of the
なお、構成例2−3で示した層108、導電層212b及び導電層193の構成は、他の構成例にも適用できる。
Note that the configurations of
〔構成例2−4〕
本発明の一態様である半導体装置20Cの回路図を、図18Cに示す。半導体装置20Cの上面図を、図22Aに示す。図22Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を図22Bに示し、一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図を図22Cに示す。
[Configuration Example 2-4]
A circuit diagram of a
半導体装置20Cは、トランジスタ100と、トランジスタ200と、絶縁層110と、を有する。半導体装置20Cは、基板102上に設けられる。トランジスタ100のソース及びドレインの一方は、トランジスタ200のソース及びドレインの一方と電気的に接続される。
The
図22A乃至図22Cに示すトランジスタ200は、図1B等に示す導電層212aに代わり、導電層112を有する。導電層112は、トランジスタ100とトランジスタ200で共有される。
The
導電層112は、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の一方として機能するとともに、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極の一方として機能する。トランジスタ100とトランジスタ200とで導電層112が共有されることにより、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の一方と、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極の一方が電気的に接続される。半導体装置20Cにおいて、導電層112は、トランジスタ100とトランジスタ200とを電気的に接続する。また、トランジスタ100とトランジスタ200で導電層112を共有することにより、半導体装置20Cの占有面積を縮小することができる。
The
なお、構成例2−4で示した導電層112の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of the
〔構成例2−5〕
本発明の一態様である半導体装置20Dの回路図を、図18Dに示す。半導体装置20Dの上面図を、図23Aに示す。図23Aに示す一点鎖線A1−A2における切断面の断面図を図23Bに示す。図23Aに示す一点鎖線B1−B2及び一点鎖線B3−B4における切断面の断面図は、図1Cを参照できる。
[Configuration Example 2-5]
A circuit diagram of a
半導体装置20Dは、トランジスタ100と、トランジスタ200と、絶縁層110と、を有する。半導体装置20Dは、基板102上に設けられる。
The
絶縁層106は、領域108Dbに達する開口部145Bを有する。導電層204は、開口部145Bを覆うように設けられる。導電層204は、開口部145Bにおいて領域108Dbと接する領域を有する。導電層204は、開口部145Bにおいて領域108Dbと電気的に接続される。
The insulating
領域108Dbと導電層204が接することにより、領域108Dbと導電層204を電気的に接続する導電層を別途設ける必要が無いため、半導体装置20Dの占有面積を縮小することができる。
By contacting region 108Db with
ここでは、トランジスタ100のソース電極及びドレイン電極の他方が、トランジスタ200のゲート電極と電気的に接続される構成を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。図18Eに示すように、トランジスタ200のソース電極及びドレイン電極の他方が、トランジスタ100のゲート電極と電気的に接続される構成とすることができる。例えば、絶縁層106に導電層212bに達する開口部を設け、当該開口部を覆うように導電層104を形成することができる。当該開口部において導電層212bと導電層104とが接することにより、これらを電気的に接続することができる。
Here, a structure in which the other of the source electrode and drain electrode of the
なお、構成例2−5で示した層108及び導電層204の構成は、他の構成例にも適用できる。
The configuration of
なお、ここでは複数のトランジスタを有する半導体装置の構成について説明したが、本発明の一態様はこれに限られない。本発明の一態様である半導体装置は、表示装置に好適に用いることができる。本発明の一態様である表示装置において、前述のトランジスタが有する領域108Dbが、表示素子が有する画素電極と接する構成とすることができる。表示装置の構成については、実施の形態3で詳細を説明する。
Note that although the structure of a semiconductor device having a plurality of transistors has been described here, one embodiment of the present invention is not limited thereto. The semiconductor device which is one embodiment of the present invention can be suitably used for a display device. In the display device which is one embodiment of the present invention, the region 108Db of the transistor can be in contact with a pixel electrode of a display element. The structure of the display device will be described in detail in
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。 This embodiment can be combined with other embodiments as appropriate. In addition, in this specification, when multiple configuration examples are shown in one embodiment, the configuration examples can be combined as appropriate.
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の作製方法について、図24A乃至図27Bを用いて説明する。なお、各要素の材料及び形成方法について、先に実施の形態1で説明した部分と同様の部分については説明を省略することがある。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a manufacturing method of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 24A to Fig. 27B. Note that with regard to materials and formation methods of elements, description of the same parts as those described in
半導体装置を構成する薄膜(例えば、絶縁膜及び導電膜)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、ALD法等を用いて形成することができる。CVD法には、PECVD法、及び、熱CVD法などがある。また、熱CVD法のひとつに、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法がある。 Thin films (e.g., insulating films and conductive films) that make up semiconductor devices can be formed using methods such as sputtering, chemical vapor deposition (CVD), vacuum deposition, pulsed laser deposition (PLD), and ALD. CVD methods include PECVD and thermal CVD. One type of thermal CVD method is metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
半導体装置を構成する薄膜(例えば、絶縁膜及び導電膜)は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ法、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、またはナイフコート等の湿式の成膜方法により形成することができる。 The thin films (e.g., insulating films and conductive films) that make up semiconductor devices can be formed by wet film formation methods such as spin coating, dipping, spray coating, inkjet, dispensing, screen printing, offset printing, doctor knife method, slit coating, roll coating, curtain coating, or knife coating.
半導体装置を構成する薄膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いることができる。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工することができる。また、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を直接形成することができる。 When processing the thin film that constitutes the semiconductor device, a photolithography method or the like can be used. Alternatively, the thin film can be processed using a nanoimprint method, a sandblasting method, a lift-off method, or the like. Also, island-shaped thin films can be directly formed using a film formation method that uses a shielding mask such as a metal mask.
フォトリソグラフィ法として、代表的には以下の2つの方法がある。1つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう1つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。 There are two typical photolithography methods. One is to form a resist mask on the thin film to be processed, process the thin film by etching or other methods, and then remove the resist mask. The other is to form a photosensitive thin film, and then expose and develop it to process the thin film into the desired shape.
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線、KrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行うこともできる。また、露光に用いる光として、極端紫外(EUV:Extreme Ultra−violet)光、またはX線を用いることができる。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。 In photolithography, the light used for exposure can be, for example, i-line (wavelength 365 nm), g-line (wavelength 436 nm), h-line (wavelength 405 nm), or a mixture of these. In addition, ultraviolet light, KrF laser light, ArF laser light, etc. can also be used. Exposure can also be performed by immersion exposure technology. Extreme ultraviolet (EUV) light or X-rays can also be used as the light used for exposure. Electron beams can also be used instead of the light used for exposure. Extreme ultraviolet light, X-rays, or electron beams are preferable because they enable extremely fine processing. When exposure is performed by scanning a beam such as an electron beam, a photomask is not required.
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、及びサンドブラスト法の一または複数を用いることができる。 To etch the thin film, one or more of the following methods can be used: dry etching, wet etching, and sandblasting.
ここでは、図9A乃至図9Cに示す半導体装置10Dの作製方法の一例を、図24A乃至図27Bを用いて説明する。図24A乃至図27Bには、図9Aに示す一点鎖線A1−A2間の断面図を示す。
Here, an example of a method for manufacturing the
まず、基板102上に、絶縁層109を形成する。絶縁層109の形成は、スパッタリング法またはPECVD法を好適に用いることができる。
First, an insulating
続いて、絶縁層109上に、導電膜を形成し、当該導電膜を加工して導電層112及び導電層212aを形成する(図24A)。当該導電膜の形成は、スパッタリング法を好適に用いることができる。
Next, a conductive film is formed on the insulating
続いて、導電層112及び導電層212a上に、絶縁層110aとなる絶縁膜110af、及び絶縁層110bとなる絶縁膜110bfを形成する(図24B)。
Next, an insulating film 110af that will become the insulating
絶縁膜110af及び絶縁膜110bfの形成は、スパッタリング法またはPECVD法を好適に用いることができる。絶縁膜110afを形成した後、絶縁膜110afの表面を大気に曝すことなく絶縁膜110bfを形成することが好ましい。これにより、絶縁膜110afの表面に大気由来の不純物が付着することを抑制できる。当該不純物として、例えば、水、及び有機物が挙げられる。例えば、絶縁膜110afを形成した後、同じ装置で連続して絶縁膜110bfを形成することが好ましい。 The insulating films 110af and 110bf can be preferably formed by sputtering or PECVD. After forming the insulating film 110af, it is preferable to form the insulating film 110bf without exposing the surface of the insulating film 110af to the atmosphere. This makes it possible to prevent impurities from the atmosphere from adhering to the surface of the insulating film 110af. Examples of such impurities include water and organic matter. For example, it is preferable to form the insulating film 110bf continuously in the same device after forming the insulating film 110af.
絶縁膜110af及び絶縁膜110bfの形成時の基板温度はそれぞれ、180℃以上450℃以下が好ましく、さらには200℃以上450℃以下が好ましく、さらには250℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上400℃以下が好ましく、さらには350℃以上400℃以下が好ましい。絶縁膜110af及び絶縁膜110bfの形成時の基板温度を前述の範囲とすることで、自身から放出される不純物(例えば、水及び水素)の量を少なくすることができ、不純物が層108及び層208に拡散することを抑制することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。
The substrate temperature during the formation of the insulating film 110af and the insulating film 110bf is preferably 180°C or higher and 450°C or lower, more preferably 200°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 250°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 300°C or higher and 450°C or lower, even more preferably 300°C or higher and 400°C or lower, even more preferably 350°C or higher and 400°C or lower. By setting the substrate temperature during the formation of the insulating film 110af and the insulating film 110bf within the above-mentioned range, the amount of impurities (e.g., water and hydrogen) released from the insulating film 110af and the insulating film 110bf can be reduced, and the diffusion of impurities into the
なお、絶縁膜110af及び絶縁膜110bfは層108及び層208より先に形成されるため、絶縁膜110af及び絶縁膜110bfの形成時に加わる熱によって層108及び層208から酸素が脱離することを懸念する必要はない。
In addition, since the insulating films 110af and 110bf are formed before the
絶縁膜110af及び絶縁膜110bfを形成した後に、加熱処理を行うことができる。加熱処理を行うことにより、絶縁膜110afの膜中、並びに絶縁膜110bfの膜中及び表面から不純物(例えば、水及び水素)を脱離させることができる。 After the insulating films 110af and 110bf are formed, a heat treatment can be performed. By performing the heat treatment, impurities (e.g., water and hydrogen) can be removed from the insulating film 110af and from the insulating film 110bf and its surface.
絶縁膜110bfを形成した後、絶縁膜110bfに酸素を供給することができる。酸素の供給方法として、例えば、イオン注入法またはプラズマ処理を用いることができる。絶縁膜110bfに対するイオン注入法またはプラズマ処理により、酸素ラジカル、酸素原子、酸素原子イオン、または酸素分子イオンを供給することができる。プラズマ処理として、酸素ガスを高周波電力によってプラズマ化させる装置を好適に用いることができる。ガスを高周波電力によってプラズマ化させる装置として、例えば、PECVD装置、プラズマエッチング装置及びプラズマアッシング装置が挙げられる。イオン注入法またはプラズマ処理は、酸素を含む雰囲気で行うことが好ましい。当該雰囲気として、例えば、酸素(O2)、一酸化二窒素(N2O)、二酸化窒素(NO2)、一酸化炭素、及び二酸化炭素の一以上を含む雰囲気を好適に用いることができる。また、酸素を含む雰囲気で高周波の電磁波を照射し、酸素プラズマを発生させることにより、酸素を供給することもできる。例えば、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理を行うことにより、酸素を供給することができる。また、絶縁膜110bf上に酸素の脱離を抑制する膜を形成した後、該膜を介して絶縁膜110bfに酸素を供給することもできる。該膜は、酸素を供給した後に除去することが好ましい。上述の酸素の脱離を抑制する膜として、インジウム、亜鉛、ガリウム、スズ、アルミニウム、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、及びタングステンの1以上を有する導電膜あるいは半導体膜を用いることができる。 After the insulating film 110bf is formed, oxygen can be supplied to the insulating film 110bf. For example, ion implantation or plasma treatment can be used as a method for supplying oxygen. Oxygen radicals, oxygen atoms, oxygen atomic ions, or oxygen molecular ions can be supplied by ion implantation or plasma treatment of the insulating film 110bf. For the plasma treatment, an apparatus that converts oxygen gas into plasma by high-frequency power can be preferably used. For example, a PECVD apparatus, a plasma etching apparatus, and a plasma ashing apparatus can be used as an apparatus that converts gas into plasma by high-frequency power. The ion implantation or plasma treatment is preferably performed in an atmosphere containing oxygen. For example, an atmosphere containing one or more of oxygen (O 2 ), nitrous oxide (N 2 O), nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon monoxide, and carbon dioxide can be preferably used as the atmosphere. In addition, oxygen can be supplied by irradiating high-frequency electromagnetic waves in an atmosphere containing oxygen to generate oxygen plasma. For example, oxygen can be supplied by performing microwave treatment in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, a film that suppresses oxygen desorption can be formed over the insulating film 110bf, and then oxygen can be supplied to the insulating film 110bf through the film. The film is preferably removed after oxygen is supplied. As the film that suppresses oxygen desorption, a conductive film or a semiconductor film containing one or more of indium, zinc, gallium, tin, aluminum, chromium, tantalum, titanium, molybdenum, nickel, iron, cobalt, and tungsten can be used.
本明細書等において、マイクロ波とは周波数が300MHz以上300GHz以下の電磁波を指す。マイクロ波として、代表的には周波数が2.45GHzの電磁波が挙げられる。また、マイクロ波処理とは、例えばマイクロ波を用いて高密度プラズマを発生させる電源を有する装置を用いた処理を指す。また、マイクロ波処理は、マイクロ波励起高密度プラズマ処理ということもできる。 In this specification, microwaves refer to electromagnetic waves with a frequency of 300 MHz or more and 300 GHz or less. A representative example of microwaves is electromagnetic waves with a frequency of 2.45 GHz. Microwave processing refers to processing using a device with a power source that generates high-density plasma using microwaves, for example. Microwave processing can also be called microwave-excited high-density plasma processing.
なお、絶縁膜110bfを形成した後、絶縁膜110bfの表面を大気に曝すことなくプラズマ処理を行うことにより酸素を供給できる。例えば、絶縁膜110bfの形成にPECVD装置を用いる場合、当該PECVD装置で当該プラズマ処理を行うことが好ましい。これにより、生産性を高めることができる。具体的には、PECVD装置で絶縁膜110bfを形成した後に、連続してN2Oプラズマ処理を行うことができる。 Note that oxygen can be supplied by performing a plasma treatment without exposing the surface of the insulating film 110bf to the air after the insulating film 110bf is formed. For example, when a PECVD apparatus is used to form the insulating film 110bf, it is preferable to perform the plasma treatment in the PECVD apparatus. This can increase productivity. Specifically, after the insulating film 110bf is formed in the PECVD apparatus, an N 2 O plasma treatment can be performed continuously.
絶縁膜110bf上に、膜137を形成することが好ましい(図24C)。膜137は、酸素を含むことが好ましい。膜137を形成することで、絶縁膜110bfに酸素を供給することができる。
It is preferable to form a
膜137の導電性は問わない。膜137として、絶縁膜、半導体膜、及び導電膜の少なくとも一種を用いることができる。膜137として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムアルミネート、インジウム酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、またはシリコンを含有したインジウムスズ酸化物(ITSO)を用いることができる。
The conductivity of the
膜137として、層108及び層208と同一の元素を一以上含む酸化物材料を用いることが好ましい。特に、層108及び層208に適用可能な金属酸化物を用いることが好ましい。また、膜137に、層108および層208と同じ材料を用いることで、膜137の形成に用いる装置と、層108及び層208となる膜を形成する装置とを共通にできるため、生産性を高め、製造コストを低くすることができる。
As
膜137の形成時に、成膜装置の処理室内に導入する成膜ガスの酸素流量比、または処理室内の酸素分圧が高いほど、絶縁膜110bf中に供給される酸素の量を増やすことができる。酸素流量比または酸素分圧は、例えば50%以上100%以下、好ましくは65%以上100%以下、より好ましくは80%以上100%以下、さらに好ましくは90%以上100%以下とする。特に、酸素流量比を100%とし、酸素分圧を100%にできるだけ近づけることが好ましい。
When forming
酸素を含む雰囲気で膜137を形成することにより、膜137の形成時に、絶縁膜110bfへ酸素を供給するとともに、絶縁膜110bfから酸素が脱離することを防ぐことができる。その結果、絶縁膜110bfに多くの酸素を閉じ込めることができる。そして、後の加熱処理によって、層108及び層208に多くの酸素を供給することができる。その結果、層108及び層208中の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができ、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。
By forming the
膜137を形成した後、加熱処理を行うことができる。膜137を形成した後に加熱処理を行うことで、膜137から絶縁膜110bfに効果的に酸素を供給することができる。
After the
加熱処理の温度は、150℃以上、200℃以上、230℃以上、または250℃以上であって、基板の歪み点未満、450℃以下、400℃以下、350℃以下、または300℃以下が好ましい。加熱処理は、貴ガス、窒素または酸素の一以上を含む雰囲気で行うことができる。窒素を含む雰囲気、または酸素を含む雰囲気として、乾燥空気(CDA:Clean Dry Air)を用いることができる。なお、当該雰囲気における水素、水などの含有量が極力少ないことが好ましい。当該雰囲気として、露点が−60℃以下、好ましくは−100℃以下の高純度ガスを用いることが好ましい。水素、水などの含有量が極力少ない雰囲気を用いることで、絶縁膜110af及び絶縁膜110bfに水素、水などが取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。加熱処理は、オーブン、急速加熱(RTA:Rapid Thermal Annealing)装置等を用いることができる。RTA装置を用いることで、加熱処理時間を短縮できる。 The temperature of the heat treatment is preferably 150°C or more, 200°C or more, 230°C or more, or 250°C or more, and is less than the distortion point of the substrate, 450°C or less, 400°C or less, 350°C or less, or 300°C or less. The heat treatment can be performed in an atmosphere containing one or more of a noble gas, nitrogen, or oxygen. As the atmosphere containing nitrogen or the atmosphere containing oxygen, dry air (CDA: Clean Dry Air) can be used. Note that it is preferable that the content of hydrogen, water, and the like in the atmosphere is as small as possible. As the atmosphere, it is preferable to use a high-purity gas with a dew point of -60°C or less, preferably -100°C or less. By using an atmosphere containing as little hydrogen, water, and the like as possible, it is possible to prevent hydrogen, water, and the like from being taken into the insulating film 110af and the insulating film 110bf as much as possible. For the heat treatment, an oven, a rapid heating (RTA: Rapid Thermal Annealing) device, and the like can be used. Using an RTA device can shorten the heating process time.
膜137を形成した後、または前述の加熱処理の後に、さらに、膜137を介して絶縁膜110bfに酸素を供給することができる。酸素の供給方法については、前述の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。
After forming
続いて、膜137を除去する。膜137の除去方法に特に限定は無いが、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。ウェットエッチング法を用いることで、膜137の除去の際に、絶縁膜110bfがエッチングされることを抑制できる。これにより、絶縁膜110bfの厚さが薄くなることを抑制でき、絶縁層110bの厚さを均一にすることができる。
Next,
膜137を除去した後に、さらに絶縁膜110bfに酸素を供給することができる。酸素の供給方法については、前述の記載を参照できる。例えば、図24Dに示すように、絶縁膜110bf上に膜139を形成し、膜139を介して絶縁膜110bfに酸素を供給することができる。当該処理として、酸素を含む雰囲気におけるプラズマ処理を用いることができる。図24Dは、絶縁膜110bfへ酸素が供給される様子を矢印で模式的に示している。
After removing
膜139は、導電膜または半導体膜を用いることが好ましい。膜139は、金属酸化物膜、金属膜または合金膜を用いることができる。膜139として金属酸化物を用い、酸素を含む雰囲気下でスパッタリング法等により形成すると、膜139の形成時においても絶縁膜110bfに酸素を供給できるため好ましい。
The
酸素は膜139を介して絶縁膜110bfに供給されるため、膜139の厚さは薄いことが好ましい。具体的には、膜139の厚さは、1nm以上20nm以下が好ましく、さらには2nm以上15nm以下が好ましく、さらには3nm以上10nm以下が好ましい。代表的には5nm程度とすることができる。
Since oxygen is supplied to the insulating film 110bf through the
膜139の形成時の基板温度は、350℃以下が好ましく、さらには340℃以下が好ましく、さらには330℃以下が好ましく、さらには300℃以下が好ましい。これにより、絶縁膜110bfに供給される酸素の量を多くすることができる。
The substrate temperature during the formation of
膜139を設けることにより、酸素を供給する際に一対の電極間にバイアス電圧が印加されると、イオン化した酸素をひきつけやすくなる。したがって、絶縁膜110bfに供給される酸素の量を多くすることができる。
By providing
酸素を供給する処理装置として、ドライエッチング装置、アッシング装置、またはPECVD装置を好適に用いることができる。特に、アッシング装置を用いることが好ましい。処理装置が有する一対の電極間にバイアス電圧を印加する場合、そのバイアス電圧を例えば10V以上1kV以下とすることができる。または、バイアスの電力密度を例えば1W/cm2以上5W/cm2以下とすることができる。 As the processing apparatus for supplying oxygen, a dry etching apparatus, an ashing apparatus, or a PECVD apparatus can be suitably used. In particular, it is preferable to use an ashing apparatus. When a bias voltage is applied between a pair of electrodes of the processing apparatus, the bias voltage can be, for example, 10 V or more and 1 kV or less. Alternatively, the power density of the bias can be, for example, 1 W/cm 2 or more and 5 W/cm 2 or less.
続いて、膜139を除去する(図24E)。膜139の除去は、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。
Next,
絶縁層110bとなる絶縁膜110bfに酸素を供給することにより、絶縁層110bに含まれる酸素の量が多くなり、絶縁層110bから層108及び層208に供給される酸素の量を多くすることができ、チャネル長が短いトランジスタ100及びトランジスタ200においても良好な電気特性を示すことができる。
By supplying oxygen to the insulating film 110bf, which becomes the
続いて、絶縁膜110bf上に、絶縁層110cとなる絶縁膜110cf、及び絶縁層110eとなる絶縁膜110efを形成する(図25A)。絶縁膜110cf及び絶縁膜110efの形成は、絶縁膜110af及び絶縁層109の形成に係る記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。
Next, insulating film 110cf, which will become insulating
続いて、絶縁膜110ef上に、導電層212bとなる導電膜212fを形成する(図25B)。導電膜212fの形成は、スパッタリング法を好適に用いることができる。
Next, a
続いて、導電膜212fを加工し、導電層212Bを形成する(図25C)。導電層212Bは導電層212aと重なる領域を有し、後に導電層212bとなる。導電層212Bの形成は、例えば、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。
Then, the
続いて、絶縁膜110ef及び導電層212B上に、レジストマスク185を形成する(図25D)。レジストマスク185は、開口部181及び開口部183を有する。開口部181は、開口部141が形成される領域に設けられる。開口部183は、開口部241及び開口部243が形成される領域に設けられる。
Subsequently, a resist
続いて、レジストマスク185をマスクに導電層212Bの一部を除去し、開口部243を有する導電層212bを形成する。導電層212bの形成は、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。
Then, a part of the
続いて、レジストマスク185をマスクに絶縁膜110af、絶縁膜110bf、絶縁膜110cf及び絶縁膜110efの一部を除去し、開口部141及び開口部241を有する絶縁層110を形成する(図26A)。絶縁層110の形成は、ドライエッチング法を好適に用いることができる。開口部141の形成により導電層112の一部が露出し、開口部241の形成により導電層212aの一部が露出する。
Then, using the resist
開口部141、開口部241及び開口部243の形成に同じレジストマスク(ここでは、レジストマスク185)を用いることにより、生産性を高めることができる。なお、開口部141の形成と、開口部241及び開口部243の形成とに、異なるレジストマスクを用いることもできる。少なくとも開口部241の形成と開口部243の形成とに、同じレジストマスクを用いることが好ましい。これにより、開口部241及び開口部243の上面形状を一致、または概略一致させることができる。
By using the same resist mask (here, resist mask 185) to form
続いて、レジストマスク185を除去する(図26A)。レジストマスク185の除去は、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方または双方を用いることができる。
Then, the resist
なお、ここでは開口部141、開口部241及び開口部243の形成にレジストマスクを用いる例を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。開口部141、開口部241及び開口部243の形成に、ハードマスクを用いることもできる。
Note that although an example of using a resist mask to form the
続いて、開口部141、開口部241及び開口部243を覆うように、層108及び層208となる膜108fを形成する(図26B)。膜108fは、絶縁層110の上面及び側面、導電層112の上面、導電層212aの上面、並びに導電層212bの上面及び側面に接して設けられる。
Next, film 108f, which will become
膜108fは、金属酸化物ターゲットを用いたスパッタリング法により形成することが好ましい。または、膜108fは、ALD法により形成することが好ましい。ALD法は被覆性が高いため、開口部141、開口部241及び開口部243を覆って設けられる膜108fの形成に、好適に用いることができる。ALD法を用いることにより、絶縁層110の側面にも被覆性高く膜108fを形成することができる。また、ALD法は成膜速度を制御しやすいため、厚さが薄い膜を歩留り良く形成できる。したがって、膜108fの厚さが薄い場合はALD法を好適に用いることができる。ALD法として、熱ALD法またはPEALD法を用いることができる。また、膜108fの形成に、PECVD法を用いることもできる。なお、膜108fに金属酸化物を用いる場合、膜108fは金属酸化物膜ということができる。
The film 108f is preferably formed by a sputtering method using a metal oxide target. Alternatively, the film 108f is preferably formed by an ALD method. Since the ALD method has high coverage, it can be suitably used to form the film 108f that covers the
膜108fは、可能な限り欠陥の少ない緻密な膜とすることが好ましい。また、膜108fは、可能な限り水素元素を含む不純物が低減され、高純度の膜であることが好ましい。特に、膜108fとして、結晶性を有する金属酸化物膜を用いることが好ましい。 It is preferable that film 108f is a dense film with as few defects as possible. It is also preferable that film 108f is a high-purity film with as few impurities, including hydrogen, as possible reduced. In particular, it is preferable to use a crystalline metal oxide film as film 108f.
金属酸化物膜を形成する際に、酸素ガスを用いることが好ましい。酸素ガスを用いることで、絶縁層110中に好適に酸素を供給することができる。例えば、絶縁層110bに酸化物または酸化窒化物を用いる場合、絶縁層110b中に好適に酸素を供給することができる。
When forming the metal oxide film, it is preferable to use oxygen gas. By using oxygen gas, oxygen can be suitably supplied to the insulating
絶縁層110bに酸素を供給することにより、後の工程で層108及び層208に酸素が供給され、層108及び層208中の酸素欠損(VO)及びVOHを低減できる。
By supplying oxygen to the insulating
金属酸化物膜の形成に、酸素ガスと、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、キセノンガスなど)と、を混合させて用いることができる。なお、金属酸化物膜を形成する際の酸素流量比または酸素分圧が高いほど、金属酸化物膜の結晶性を高めることができ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。一方、酸素流量比または酸素分圧が低いほど、結晶性が低く、電気伝導性の高い金属酸化物膜とすることができ、オン電流が大きいトランジスタとすることができる。 To form a metal oxide film, a mixture of oxygen gas and an inert gas (e.g., helium gas, argon gas, xenon gas, etc.) can be used. Note that the higher the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure when forming the metal oxide film, the higher the crystallinity of the metal oxide film can be, and a highly reliable transistor can be realized. On the other hand, the lower the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure, the lower the crystallinity and the higher the electrical conductivity of the metal oxide film can be, and the larger the on-current of the transistor can be.
ここで、酸素流量比または酸素分圧が高いと金属酸化物膜が多結晶構造となる場合がある。多結晶構造の金属酸化物膜の場合、結晶粒界が再結合中心となり、キャリアが捕獲されることにより、トランジスタのオン電流が小さくなってしまう場合がある。したがって、金属酸化物膜が多結晶構造とならないよう、それぞれの酸素流量比または酸素分圧を調整することが好ましい。金属酸化物膜の組成によって多結晶構造へのなりやすさが異なるため、金属酸化物膜の組成に応じて酸素流量比または酸素分圧を調整することが好ましい。 Here, if the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure is high, the metal oxide film may become polycrystalline. In the case of a polycrystalline metal oxide film, the grain boundaries become the recombination center, and carriers may be captured, resulting in a small on-current of the transistor. Therefore, it is preferable to adjust the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure so that the metal oxide film does not become polycrystalline. Since the ease with which the metal oxide film becomes polycrystalline differs depending on the composition of the metal oxide film, it is preferable to adjust the oxygen flow ratio or oxygen partial pressure according to the composition of the metal oxide film.
金属酸化物膜を形成する際の基板温度が高いほど、結晶性が高く、緻密な金属酸化物膜とすることができる。これにより、信頼性の高いトランジスタとすることができる。一方、基板温度が低いほど、結晶性が低く、電気伝導性の高い金属酸化物膜とすることができる。これにより、オン電流が大きいトランジスタとすることができる。 The higher the substrate temperature when forming the metal oxide film, the higher the crystallinity and the denser the metal oxide film can be. This allows for a highly reliable transistor. On the other hand, the lower the substrate temperature, the lower the crystallinity and the higher the electrical conductivity of the metal oxide film can be. This allows for a transistor with a large on-state current.
金属酸化物膜の形成時の基板温度は、室温以上250℃以下が好ましく、室温以上200℃以下がより好ましく、室温以上140℃以下がさらに好ましい。例えば、基板温度を、室温以上140℃以下とすると、生産性が高くなり好ましい。また、基板温度を室温とする、または基板を加熱しない状態で、金属酸化物膜を形成することにより、結晶性を低くすることができる。 The substrate temperature during the formation of the metal oxide film is preferably from room temperature to 250°C, more preferably from room temperature to 200°C, and even more preferably from room temperature to 140°C. For example, a substrate temperature of from room temperature to 140°C is preferable because it increases productivity. In addition, by forming the metal oxide film at room temperature or without heating the substrate, the crystallinity can be reduced.
なお、基板温度が高いと金属酸化物膜が多結晶構造となる場合がある。金属酸化物膜に用いる材料の組成に応じて、基板温度を異ならせることが好ましい。 Note that if the substrate temperature is too high, the metal oxide film may have a polycrystalline structure. It is preferable to vary the substrate temperature depending on the composition of the material used for the metal oxide film.
金属酸化物膜は、例えば、構成する金属元素を含むプリカーサと、酸化剤と、を用いてALD法により形成することができる。 The metal oxide film can be formed, for example, by the ALD method using a precursor containing the constituent metal elements and an oxidizing agent.
例えば、In−Ga−Zn酸化物を形成する場合には、インジウムを含むプリカーサ、ガリウムを含むプリカーサ、及び亜鉛を含むプリカーサの、3つのプリカーサを用いることができる。または、インジウムを含むプリカーサと、ガリウム及び亜鉛を含むプリカーサの2つのプリカーサを用いることもできる。 For example, when forming an In-Ga-Zn oxide, three precursors can be used: a precursor containing indium, a precursor containing gallium, and a precursor containing zinc. Or, two precursors can be used: a precursor containing indium, and a precursor containing gallium and zinc.
インジウムを含むプリカーサとして、例えば、トリエチルインジウム、トリメチルインジウム、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン酸)インジウム、シクロペンタジエニルインジウム、塩化インジウム(III)、(3−(ジメチルアミノ)プロピル)ジメチルインジウム、及び[1,1,1−トリメチル−N−(トリメチルシリル)アミド]−インジウムが挙げられる。 Examples of precursors containing indium include triethylindium, trimethylindium, tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)indium, cyclopentadienylindium, indium(III) chloride, (3-(dimethylamino)propyl)dimethylindium, and [1,1,1-trimethyl-N-(trimethylsilyl)amide]-indium.
ガリウムを含むプリカーサとして、例えば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、三塩化ガリウム、トリス(ジメチルアミド)ガリウム(III)、ガリウム(III)アセチルアセトナート、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン酸)ガリウム、ジメチルクロロガリウム、及びジエチルクロロガリウムが挙げられる。 Examples of precursors containing gallium include trimethylgallium, triethylgallium, gallium trichloride, tris(dimethylamido)gallium(III), gallium(III) acetylacetonate, tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate)gallium, dimethylchlorogallium, and diethylchlorogallium.
アルミニウムを含むプリカーサとして、例えば、塩化アルミニウム、及びトリメチルアルミニウムが挙げられる。 Examples of aluminum-containing precursors include aluminum chloride and trimethylaluminum.
スズを含むプリカーサとして、例えば、塩化スズ(IV)、及びテトラキス(ジメチルアミド)スズが挙げられる。 Examples of precursors containing tin include tin(IV) chloride and tetrakis(dimethylamido)tin.
亜鉛を含むプリカーサとして、例えば、ジメチル亜鉛、ジエチル亜鉛、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン酸)亜鉛、及び塩化亜鉛が挙げられる。 Examples of zinc-containing precursors include dimethylzinc, diethylzinc, zinc bis(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), and zinc chloride.
酸化剤として、例えば、オゾン、酸素、及び水が挙げられる。 Oxidizing agents include, for example, ozone, oxygen, and water.
得られる膜の組成を制御する方法として、原料ガスの種類、原料ガスの流量比、原料ガスを流す時間、及び原料ガスを流す順番の一または複数を調整することが挙げられる。これらを調整することにより、金属酸化物膜の組成を制御することができる。また、これらを調整することで、組成が連続して変化する金属酸化物膜を形成することもできる。 Methods for controlling the composition of the resulting film include adjusting one or more of the type of raw material gas, the flow ratio of the raw material gas, the time for which the raw material gas is flowed, and the order in which the raw material gas is flowed. By adjusting these, it is possible to control the composition of the metal oxide film. Furthermore, by adjusting these, it is also possible to form a metal oxide film whose composition changes continuously.
金属酸化物膜を成膜する前に、絶縁層110の表面に吸着した不純物(例えば、水、水素及び有機物)を脱離させるための処理、及び絶縁層110中に酸素を供給する処理のうち、少なくとも一方を行うことが好ましい。例えば、減圧雰囲気にて70℃以上200℃以下の温度で加熱処理を行うことができる。または、酸素を含む雰囲気におけるプラズマ処理を行うことができる。または、一酸化二窒素(N2O)などの酸化性気体を含む雰囲気におけるプラズマ処理により、絶縁層110に酸素を供給することができる。一酸化二窒素ガスを含むプラズマ処理を行うと、絶縁層110の表面の有機物を好適に除去しつつ、酸素を供給することができる。このような処理の後、絶縁層110の表面を大気に暴露することなく、連続して金属酸化物膜を成膜することが好ましい。
Before forming the metal oxide film, it is preferable to perform at least one of a treatment for removing impurities (e.g., water, hydrogen, and organic substances) adsorbed on the surface of the insulating
層108及び層208を積層構造とする場合、先に形成する金属酸化物膜を成膜した後に、その表面を大気に曝すことなく連続して、次の金属酸化物膜を成膜することが好ましい。 When layers 108 and 208 have a laminated structure, it is preferable to deposit the next metal oxide film in succession after depositing the first metal oxide film without exposing the surface to the atmosphere.
層108及び層208をそれぞれ積層構造とする場合には、層108及び層208を構成する全ての層を同じ成膜方法(例えば、スパッタリング法またはALD法)で形成することができる。または、層によって異なる成膜方法を用いることもできる。例えば、層108及び層208をそれぞれ第1の金属酸化物層と、第1の金属酸化物層上の第2の金属酸化物層との2層構造とする場合、第1の金属酸化物層をスパッタリング法で成膜し、第2の金属酸化物層をALD法で成膜することができる。
When layers 108 and 208 each have a laminated structure, all
続いて、膜108fを島状に加工し、層108及び層208を形成する(図26C)。
Next, film 108f is processed into islands to form
層108及び層208の形成は、ウェットエッチング法を好適に用いることができる。このとき、層208と重ならない領域の導電層212bの一部がエッチングされ、薄くなる場合がある。同様に、層108、層208及び導電層212bのいずれとも重ならない領域の絶縁層110の一部がエッチングされ、厚さが薄くなる場合がある。例えば、絶縁層110の層108、層208及び導電層212bのいずれとも重ならない領域において、絶縁層110eの一部がエッチングにより消失し、絶縁層110eに凹部が形成される場合もある。なお、膜108fのエッチングにおいて、絶縁層110eに選択比の高い材料を用いることで、絶縁層110eの厚さが薄くなることを抑制できる。
The
膜108fの成膜後、または膜108fを層108及び層208に加工した後に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理により、膜108fまたは層108及び層208中に含まれる、または表面に吸着した不純物(例えば、水素及び水)を除去することができる。また、加熱処理により、膜108fまたは層108及び層208の膜質が向上する(例えば、欠陥が低減する、または結晶性が向上する)場合がある。
After the film 108f is formed or after the film 108f is processed into the
加熱処理により、絶縁層110bから膜108f、または層108及び層208に酸素を供給することもできる。このとき、層108及び層208に加工する前に加熱処理を行うことがより好ましい。加熱処理については、前述の記載を参照できるため、詳細な説明は省略する。
By the heat treatment, oxygen can be supplied from the insulating
なお、当該加熱処理は不要であれば行わなくてもよい。また、ここでは加熱処理は行わず、後の工程で行われる加熱処理と兼ねることもできる。また、後の熱が加わる処理(例えば成膜工程)が、当該加熱処理を兼ねられる場合もある。 Note that this heat treatment does not have to be performed if it is not necessary. Also, instead of performing the heat treatment here, it is possible to combine this with a heat treatment performed in a later process. Also, a later process in which heat is applied (e.g., a film formation process) may also serve as this heat treatment.
膜108fの成膜後、または膜108fを層108及び層208に加工した後に、膜108f、または層108及び層208に酸素を供給することができる。これにより、膜108f、または層108及び層208中の酸素欠損(VO)及びVOHを低減できる。酸素の供給方法については、前述の記載を参照できる。例えば、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理を行うことができる。また、基板を加熱しながら酸素を供給することにより、膜108fまたは層108及び層208の結晶性を高めるとともに、膜108fまたは層108及び層208中に含まれる、または表面に吸着した不純物(例えば、水素及び水)を除去することもできる。加熱の際の基板温度は、室温(例えば25℃)より高く600℃以下が好ましく、さらには100℃以上600℃以下が好ましく、さらには300℃以上450℃以下が好ましい。また、基板温度は100℃以上700℃以下が好ましく、さらには300℃以上450℃以下が好ましい。これにより、膜108f、または層108及び層208の結晶性をより高めることができる。なお、酸素を供給する処理に伴い基板温度が高くなる場合は、当該処理により、結晶性を高め、不純物を除去できることもある。
After the film 108f is formed or after the film 108f is processed into the
続いて、層108、層208、導電層212b、及び絶縁層110を覆って、絶縁層106を形成する(図26D)。絶縁層106の形成は、例えば、PECVD法、スパッタリング法またはALD法を好適に用いることができる。
Then, insulating
層108及び層208に酸化物半導体を用いる場合、絶縁層106は、酸素が拡散することを抑制するバリア膜として機能することが好ましい。絶縁層106が酸素の拡散を抑制することにより、層108及び層208から酸素が脱離することが抑制され、層108及び層208に酸素欠損(VO)が増加することを抑制できる。また、層108及び層208が有する酸素が絶縁層106を介して導電層104及び導電層204へ拡散することが抑制され、導電層104及び導電層204が酸化されることを抑制できる。その結果、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。
In the case where an oxide semiconductor is used for the
ゲート絶縁層として機能する絶縁層106の形成時の温度を高くすることにより、欠陥の少ない絶縁層とすることができる。しかしながら、絶縁層106の形成時の温度が高いと層108及び層208から酸素が脱離し、層108及び層208中の酸素欠損(VO)及びVOHが増加してしまう場合がある。絶縁層106の形成時の基板温度は、180℃以上450℃以下が好ましく、さらには200℃以上450℃以下が好ましく、さらには250℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上450℃以下が好ましく、さらには300℃以上400℃以下が好ましい。絶縁層106の形成時の基板温度を前述の範囲とすることで、絶縁層106の欠陥を少なくするとともに、層108及び層208から酸素が脱離することを抑制できる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。
By increasing the temperature during the formation of the insulating
絶縁層106を形成する前に、層108及び層208の表面に対してプラズマ処理を行うことができる。当該プラズマ処理により、層108及び層208の表面に吸着する水などの不純物を低減することができる。そのため、層108及び層208と絶縁層106との界面における不純物を低減でき、信頼性の高いトランジスタを実現できる。特に、層108及び層208の形成から、絶縁層106の形成までの間に層108及び層208の表面が大気に曝される場合に好適である。プラズマ処理は、例えば、酸素、オゾン、窒素、一酸化二窒素、アルゴンなどの雰囲気で行うことができる。また、プラズマ処理と絶縁層106の成膜とは、大気に曝すことなく連続して行われることが好ましい。
Before the insulating
絶縁層106を形成した後に、絶縁層106に酸素を供給することができる。酸素の供給方法については、前述の記載を参照できる。例えば、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理を行うことができる。絶縁層106に供給された酸素は、さらに層108及び層208に供給され、層108及び層208の酸素欠損(VO)及びVOHを低減することができる。したがって、良好な電気特性を示し、かつ信頼性の高いトランジスタとすることができる。また、基板を加熱しながら酸素を供給することにより、絶縁層106中に含まれる、または表面に吸着した不純物(例えば、水素及び水)を除去するとともに、絶縁層106中の欠陥が低減することもできる。トランジスタ100及びトランジスタ200のゲート絶縁層として機能する絶縁層106の欠陥が低減することにより、良好な電気特性を示すトランジスタ100及びトランジスタ200とすることができる。加熱の際の基板温度については、前述の加熱処理に係る記載を参照できる。なお、酸素を供給する処理に伴い基板温度が高くなる場合は、当該処理により、不純物を除去し、欠陥を低減できることもある。
After the insulating
続いて、層108及び層208に不純物元素187を供給する(図27A)。不純物元素187として、前述の第1の元素を好適に用いることができる。不純物元素187の供給により、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbが形成される。
Next,
不純物元素187は、基板102の上面に対して垂直または概略垂直な方向から供給されることが好ましい。さらに、不純物元素187は、絶縁層106を介して、層108及び層208に供給されることが好ましい。このとき、絶縁層106にも不純物元素187が供給される。また、絶縁層110にも不純物元素187が供給される場合がある。特に、絶縁層110の層108、層208及び導電層212bのいずれとも重ならない領域にも不純物元素187が供給される場合がある。絶縁層110の当該領域において、絶縁層106に近い位置ほど不純物元素187の濃度が高くなる。例えば、絶縁層110aにおける不純物元素187の濃度と比較して、絶縁層110eにおける不純物元素187の濃度が高くなる。
The
不純物元素187に用いることができる元素は、前述の通りである。不純物元素187として、ホウ素またはリンを用いることがより好ましい。不純物元素187として、酸素と結合して安定になる元素を用いることで、電気抵抗が低い状態で安定した領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbを実現できる。
The elements that can be used for the
不純物元素(具体的には、第1の元素)の供給には、イオン注入法を好適に用いることができる。原料ガスをイオン化し、当該イオンを質量分離して供給するイオン注入法を用いることで、供給される不純物元素の純度を高めることができる。また、イオン注入装置は、LTPSトランジスタなどのSiトランジスタの製造にも用いられるため、既存のLTPS製造ラインの装置を流用することができ、新たな設備投資を必要としないため好ましい。これにより、半導体装置の製造に係る、初期の設備投資費用を安くすることができる。 Ion implantation is preferably used to supply the impurity element (specifically, the first element). By using ion implantation, which ionizes the raw material gas and supplies the ions after mass separation, the purity of the supplied impurity element can be increased. In addition, since ion implantation equipment is also used in the manufacture of Si transistors such as LTPS transistors, it is preferable because equipment from existing LTPS manufacturing lines can be reused and no new capital investment is required. This makes it possible to reduce the initial capital investment costs associated with the manufacture of semiconductor devices.
不純物元素187として水素も供給する場合、質量分離せずに供給することができる。これにより、生産性を高めることができる。不純物元素187として、第1の元素と、水素と、の双方を用いることが好ましく、ホウ素またはリンと、水素と、の双方を用いることがさらに好ましい。不純物元素187として、酸素と結合して安定になる元素と、水素と、の双方を用いることで、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を低くしやすく、かつ、電気抵抗が低い状態を安定して維持できる。
When hydrogen is also supplied as the
不純物元素187の供給は、不純物元素187の種類、絶縁層106、層108及び層208それぞれの組成、膜密度、及び厚さなどを考慮して、加速エネルギー及びドーズ量などの条件を設定することで制御することができる。領域108Mと比較して、領域108Da及び領域108Dbにおける不純物元素187の濃度が高く、領域208Mと比較して、領域208Da及び領域208Dbにおける不純物元素187の濃度が高くなるように、条件を設定することが好ましい。これにより、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbに、最適な量の不純物元素187を供給することができる。
The supply of the
不純物元素187の原料ガスとして、前述の不純物元素187を含むガスを用いることができる。ホウ素を供給する場合、代表的にはB2H6ガス、BF3ガスなどを用いることができる。また、リンを供給する場合には、代表的にはPH3ガスを用いることができる。また、これらの原料ガスを水素または貴ガスで希釈した混合ガスを用いることができる。
A gas containing the above-mentioned
その他、原料ガスとして、CH4、N2、NH3、AlH3、AlCl3、SiH4、Si2H6、F2、HF、H2、(C5H5)2Mg、及び貴ガス等を用いることができる。また、不純物元素187の供給に用いる原料は気体に限られず、固体または液体を加熱して気化させて用いることもできる。
Other examples of the source gas that can be used include CH4 , N2 , NH3 , AlH3 , AlCl3 , SiH4 , Si2H6 , F2 , HF, H2 , ( C5H5 ) 2Mg , and noble gases. The source material used to supply the
例えば、ホウ素及び水素を含むガスを用いて、不純物元素187として、ホウ素と水素を供給することが好ましい。この場合、質量分離せずに不純物元素187を供給でき、かつ、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗を低くすることが容易となるため、半導体装置の生産性及び特性の向上を図ることができ、好ましい。
For example, it is preferable to use a gas containing boron and hydrogen to supply boron and hydrogen as the
なお、不純物元素187の供給方法に限定は無く、例えばプラズマ処理、または、加熱による熱拡散を利用した処理などを用いることもできる。プラズマ処理法の場合、供給する不純物元素187を含むガス雰囲気にてプラズマを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、不純物元素187を供給することができる。上記プラズマを発生させる装置として、ドライエッチング装置、アッシング装置、プラズマCVD装置、高密度プラズマCVD装置等を用いることができる。
The method of supplying the
本発明の一態様では、絶縁層106を介して不純物元素187を層108及び層208に供給する。これにより、不純物元素187の供給の際に層108及び層208の結晶性が低下することを抑制できる。そのため、結晶性の低下により電気抵抗が増大することを抑制できる。
In one embodiment of the present invention, the
不純物元素187の供給後に、絶縁層106を成膜すると、絶縁層106の成膜室内が汚染される恐れがある。このことからも、絶縁層106を成膜した後に、不純物元素187を供給することが好ましい。
If the insulating
一方、層108及び層208に直接、不純物元素187を供給したのち、層108及び層208上に絶縁層106を成膜することもできる。これにより、絶縁層106が不純物元素187の供給によるダメージを受けることを抑制できる。
On the other hand, the
不純物元素187の供給工程は、基板102を加熱しながら行うことが好ましい。これにより、層108及び層208において、不純物元素187が供給される際に加わるダメージを、修復することができる。つまり、層108及び層208に対して、不純物元素187の供給と、当該供給に伴い加わるダメージの修復と、を並行して行うことができる。また、絶縁層106における、不純物元素187が供給される際に加わるダメージの修復も図ることができる。なお、本発明の一態様はこれに限定されず、不純物元素187の供給工程は、基板102を加熱せずに行うことができる。
The supplying step of the
不純物元素187の供給工程における基板温度は、150℃以上基板の歪み点未満が好ましく、さらには200℃以上500℃以下が好ましく、さらには200℃以上450℃以下が好ましく、さらには250℃以上400℃以下が好ましく、さらには250℃以上350℃以下、または、300℃以上400℃以下が好ましく、さらには300℃以上350℃以下が好ましい。
The substrate temperature during the supply process of the
不純物元素187を供給した後に、加熱処理を行うことができる。当該加熱処理を行うことで、不純物元素187の供給工程で層108、層208及び絶縁層106が受けたダメージを修復することができる。なお、当該加熱処理の温度が高すぎると、領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbそれぞれの電気抵抗、領域108Daと導電層112との接触抵抗、領域208Daと導電層212aとの接触抵抗、並びに領域208Dbと導電層212bとの接触抵抗が高くなる恐れがある。したがって、不純物元素187を供給後の加熱処理の温度は、150℃以上基板の歪み点未満が好ましく、さらには200℃以上500℃以下が好ましく、さらには200℃以上450℃以下が好ましく、さらには250℃以上400℃以下が好ましく、さらには250℃以上350℃以下、または、300℃以上400℃以下が好ましく、さらには300℃以上350℃以下が好ましい。
After supplying the
不純物元素187として酸素と結合して安定になる元素を用いることで、熱が加わる工程において不純物元素187が脱離することを抑制できる。したがって、不純物元素187を供給した後、熱が加わる工程を経ても領域108Da、領域108Db、領域208Da及び領域208Dbの電気抵抗が低く保つことができる。
By using an element that becomes stable when bonded with oxygen as the
続いて、絶縁層106上に導電膜を形成し、当該導電膜を加工することにより導電層104及び導電層204を形成する(図27B)。当該導電膜の形成は、例えば、スパッタリング法、熱CVD法(MOCVD法を含む)、またはALD法を好適に用いることができる。
Next, a conductive film is formed on the insulating
続いて、絶縁層195を形成する(図9A)。絶縁層195の形成は、PECVD法を好適に用いることができる。
Next, insulating
以上の工程により、本発明の一態様の半導体装置10Dを作製することができる。
By the above steps, a
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図28乃至図39を用いて説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a display device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施の形態の表示装置は、解像度の高い表示装置または大型の表示装置とすることができる。したがって、本実施の形態の表示装置は、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、及び、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、及び、音響再生装置の表示部に用いることができる。 The display device of this embodiment can be a high-resolution display device or a large display device. Therefore, the display device of this embodiment can be used in electronic devices with relatively large screens, such as television devices, desktop or notebook computers, computer monitors, digital signage, and large game machines such as pachinko machines, as well as in the display units of digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, personal digital assistants, and audio playback devices.
本実施の形態の表示装置は、高精細な表示装置とすることができる。したがって、本実施の形態の表示装置は、例えば、腕時計型、及びブレスレット型の情報端末機(ウェアラブル機器)の表示部、並びに、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)などのVR向け機器、及び、メガネ型のAR向け機器などの頭部に装着可能なウェアラブル機器の表示部に用いることができる。 The display device of this embodiment can be a high-definition display device. Therefore, the display device of this embodiment can be used, for example, in the display section of wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices), as well as in the display section of wearable devices that can be worn on the head, such as VR devices such as head-mounted displays (HMDs) and glasses-type AR devices.
本発明の一態様の半導体装置は、表示装置、または、当該表示装置を有するモジュールに用いることができる。当該表示装置を有するモジュールとして、当該表示装置にフレキシブルプリント回路基板(Flexible printed circuit、以下、FPCと記す)もしくはTCP(Tape Carrier Package)等のコネクタが取り付けられたモジュール、COG(Chip On Glass)方式もしくはCOF(Chip On Film)方式等により集積回路(IC)が実装されたモジュール等が挙げられる。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used in a display device or a module having the display device. Examples of the module having the display device include a module in which a connector such as a flexible printed circuit (hereinafter, referred to as FPC) or a TCP (Tape Carrier Package) is attached to the display device, and a module in which an integrated circuit (IC) is mounted by a COG (chip on glass) method, a COF (chip on film) method, or the like.
本実施の形態の表示装置はタッチパネルとしての機能を有していてもよい。例えば、表示装置には、指などの被検知体の近接または接触を検知できる様々な検知素子(センサ素子ともいえる)を適用することができる。 The display device of this embodiment may have a function as a touch panel. For example, various detection elements (also called sensor elements) that can detect the proximity or contact of a detectable object such as a finger can be applied to the display device.
センサの方式として、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、及び、感圧方式が挙げられる。 Sensor types include, for example, capacitive type, resistive film type, surface acoustic wave type, infrared type, optical type, and pressure sensitive type.
静電容量方式として、例えば、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式がある。また、投影型静電容量方式として、例えば、自己容量方式、相互容量方式がある。相互容量方式を用いると、同時多点検出が可能となるため好ましい。 Examples of the capacitance type include the surface capacitance type and the projected capacitance type. Examples of the projected capacitance type include the self-capacitance type and the mutual capacitance type. The mutual capacitance type is preferable because it allows simultaneous multi-point detection.
タッチパネルとして、例えば、アウトセル型、オンセル型、及び、インセル型が挙げられる。なお、インセル型のタッチパネルは、表示素子(表示デバイスともいう)を支持する基板と対向基板のうち一方または双方に、検知素子を構成する電極が設けられた構成をいう。 Examples of touch panels include out-cell, on-cell, and in-cell types. Note that an in-cell touch panel is one in which electrodes constituting a sensing element are provided on one or both of the substrate supporting the display element (also called a display device) and the opposing substrate.
<表示装置の構成例1>
図28Aに、表示装置50Aの斜視図を示す。
<Configuration Example 1 of Display Device>
FIG. 28A shows a perspective view of a
表示装置50Aは、基板152と基板151とが貼り合わされた構成を有する。図28Aでは、基板152を破線で示している。
表示装置50Aは、表示部162、接続部140、回路部164、導電層165等を有する。図28Aでは、表示装置50AにIC173及びFPC172が実装されている例を示している。そのため、図28Aに示す構成は、表示装置50Aと、ICと、FPCと、を有する表示モジュールということもできる。
The
接続部140は、表示部162の外側に設けられる。接続部140は、表示部162の一辺または複数の辺に沿って設けることができる。接続部140は、単数であっても複数であってもよい。図28Aでは、表示部162の四辺を囲むように接続部140が設けられている例を示す。接続部140では、表示素子の共通電極と、導電層とが電気的に接続されており、共通電極に電位を供給することができる。
The
回路部164は、例えば走査線駆動回路(ゲートドライバともいう)を有する。また、回路部164は、走査線駆動回路及び信号線駆動回路(ソースドライバともいう)の双方を有していてもよい。
The
導電層165は、表示部162及び回路部164に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、FPC172を介して外部から導電層165に入力される、またはIC173から導電層165に入力される。
The
図28Aでは、COG方式またはCOF方式等により、基板151にIC173が設けられている例を示す。IC173には、例えば、走査線駆動回路及び信号線駆動回路のうち一方または双方を有するICを適用できる。なお、表示装置50A及び表示モジュールは、ICを設けない構成としてもよい。また、ICを、COF方式等により、FPCに実装してもよい。
FIG. 28A shows an example in which an
本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示装置50Aの表示部162及び回路部164の一方または双方に適用することができる。
The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used, for example, as one or both of the
例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示装置の画素回路に適用する場合、画素回路の占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。また、例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示装置の駆動回路(例えば、ゲート線駆動回路及びソース線駆動回路の一方または双方)に適用する場合、駆動回路の占有面積を縮小することができ、狭額縁の表示装置とすることができる。また、本発明の一態様の半導体装置は、電気特性が良好であるため、表示装置に用いることで表示装置の信頼性を高めることができる。 For example, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a pixel circuit of a display device, the area occupied by the pixel circuit can be reduced, and a high-definition display device can be obtained. Furthermore, when the semiconductor device of one embodiment of the present invention is applied to a driver circuit of a display device (e.g., one or both of a gate line driver circuit and a source line driver circuit), the area occupied by the driver circuit can be reduced, and a display device with a narrow frame can be obtained. Furthermore, since the semiconductor device of one embodiment of the present invention has good electrical characteristics, the reliability of the display device can be improved by using it in a display device.
表示部162は、表示装置50Aにおける画像を表示する領域であり、周期的に配列された複数の画素210を有する。図28Aには、1つの画素210の拡大図を示している。
The
本実施の形態の表示装置における画素の配列に特に限定はなく、様々な方法を適用することができる。画素の配列として、例えば、ストライプ配列、Sストライプ配列、マトリクス配列、デルタ配列、ベイヤー配列、及びペンタイル配列が挙げられる。 There are no particular limitations on the pixel arrangement in the display device of this embodiment, and various methods can be applied. Examples of pixel arrangements include a stripe arrangement, an S-stripe arrangement, a matrix arrangement, a delta arrangement, a Bayer arrangement, and a Pentile arrangement.
図28Aに示す画素210は、赤色の光を呈する画素230R、緑色の光を呈する画素230G、及び、青色の光を呈する画素230Bを有する。画素230R、画素230G、および画素230Bで1つの画素210を構成することで、フルカラー表示を実現できる。画素230R、画素230G、及び画素230Bはそれぞれ副画素として機能する。また、図28Aに示す表示装置50Aでは、副画素として機能する画素230をストライプ配列で配置する例を示している。1つの画素210を構成する副画素の数は3つに限られず、4つ以上としてもよい。例えば、R、G、B、白色(W)の光を呈する4つの副画素を有してもよい。または、R、G、B、Yの4色の光を呈する4つの副画素を有してもよい。
The
画素230R、画素230G、及び画素230Bはそれぞれ、表示素子と、当該表示素子の駆動を制御する回路と、を有する。
表示素子として、様々な素子を用いることができ、例えば、液晶素子(液晶デバイスともいう)及び発光素子が挙げられる。その他、シャッター方式または光干渉方式のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、または電子粉流体(登録商標)方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。また、光源と、量子ドット材料による色変換技術と、を用いたQLED(Quantum−dot LED)を用いてもよい。 Various elements can be used as display elements, including liquid crystal elements (also called liquid crystal devices) and light-emitting elements. Other elements that can be used include shutter-type or optical interference-type MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) elements, display elements that use microcapsules, electrophoresis, electrowetting, or electronic liquid powder (registered trademark) methods, etc. Also usable are QLEDs (Quantum-dot LEDs) that use a light source and color conversion technology using quantum dot materials.
液晶素子を用いた表示装置として、例えば、透過型の液晶表示装置、反射型の液晶表示装置、及び、半透過型の液晶表示装置が挙げられる。 Display devices using liquid crystal elements include, for example, transmissive liquid crystal display devices, reflective liquid crystal display devices, and semi-transmissive liquid crystal display devices.
液晶素子を用いた表示装置に用いることができるモードとして、例えば、垂直配向(VA:Vertical Alignment)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、TN(Twisted Nematic)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、及び、ゲストホストモードが挙げられる。VAモードとして、例えば、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、及び、ASV(Advanced Super View)モードが挙げられる。 Modes that can be used in displays using liquid crystal elements include, for example, vertical alignment (VA) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode, IPS (In-Plane Switching) mode, TN (Twisted Nematic) mode, and ASM (Axially Symmetrically aligned Micro-cell) mode. Examples of the VA mode include the MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, the PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, and the ASV (Advanced Super View) mode.
液晶素子に用いることができる液晶材料として、例えば、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、高分子ネットワーク型液晶(PNLC:Polymer Network Liquid Crystal)、強誘電性液晶、及び、反強誘電性液晶が挙げられる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相、ブルー相などを示す。また、液晶材料として、ポジ型の液晶及びネガ型の液晶のどちらを用いてもよく、適用するモードまたは設計に応じて選択できる。 Liquid crystal materials that can be used in liquid crystal elements include, for example, thermotropic liquid crystal, low molecular weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal (PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal), polymer network liquid crystal (PNLC: Polymer Network Liquid Crystal), ferroelectric liquid crystal, and antiferroelectric liquid crystal. Depending on the conditions, these liquid crystal materials can exhibit cholesteric phase, smectic phase, cubic phase, chiral nematic phase, isotropic phase, blue phase, etc. In addition, either positive type liquid crystal or negative type liquid crystal can be used as the liquid crystal material, and can be selected according to the mode or design to be applied.
発光素子として、例えば、LED(Light Emitting Diode)、OLED(Organic LED)、半導体レーザなどの、自発光型の発光素子が挙げられる。LEDとして、例えば、ミニLED、マイクロLEDなどを用いることができる。 Light-emitting elements include, for example, self-emitting light-emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diodes), OLEDs (Organic LEDs), and semiconductor lasers. LEDs can also include, for example, mini LEDs and micro LEDs.
発光素子が有する発光物質として、例えば、蛍光を発する物質(蛍光材料)、燐光を発する物質(燐光材料)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料)、及び、無機化合物(量子ドット材料等)が挙げられる。 Light-emitting materials that light-emitting elements have include, for example, materials that emit fluorescence (fluorescent materials), materials that emit phosphorescence (phosphorescent materials), materials that exhibit thermally activated delayed fluorescence (thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials), and inorganic compounds (quantum dot materials, etc.).
発光素子の発光色は、赤外、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄、または白などとすることができる。また、発光素子にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度を高めることができる。 The light-emitting element can emit light of infrared, red, green, blue, cyan, magenta, yellow, or white. The color purity can be increased by providing the light-emitting element with a microcavity structure.
発光素子が有する一対の電極のうち、一方の電極は陽極として機能し、他方の電極は陰極として機能する。 Of the pair of electrodes that the light-emitting element has, one electrode functions as an anode and the other electrode functions as a cathode.
なお、本発明の一態様の表示装置は、発光素子が形成されている基板とは反対方向に光を射出する上面射出型(トップエミッション型)、発光素子が形成されている基板側に光を射出する下面射出型(ボトムエミッション型)、両面に光を射出する両面射出型(デュアルエミッション型)のいずれであってもよい。 Note that the display device of one embodiment of the present invention may be a top-emission type that emits light in a direction opposite to the substrate on which the light-emitting elements are formed, a bottom-emission type that emits light toward the substrate on which the light-emitting elements are formed, or a dual-emission type that emits light on both sides.
図28Bは、表示装置50Aを説明するブロック図である。表示装置50Aは、表示部162、及び回路部164を有する。表示部162は、周期的に配列された複数の画素230(画素230[1,1]乃至画素230[m,n]、m及びnはそれぞれ独立に2以上の整数)を有する。回路部164は、第1駆動回路部231、および第2駆動回路部232を有する。
FIG. 28B is a block diagram illustrating the
第1駆動回路部231に含まれる回路は、例えば、走査線駆動回路として機能する。第2駆動回路部232に含まれる回路は、例えば信号線駆動回路として機能する。なお、表示部162を挟んで第1駆動回路部231と向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。表示部162を挟んで第2駆動回路部232と向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。
The circuit included in the first
回路部164には、シフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、インバータ回路、ラッチ回路、アナログスイッチ回路、デマルチプレクサ回路、及び論理回路の様々な回路を用いることができる。回路部164には、トランジスタおよび容量素子等を用いることができる。回路部164が有するトランジスタを、画素230が有するトランジスタと同じ工程で形成してもよい。
The
表示装置50Aは、各々が平行または概略平行に配設され、且つ、第1駆動回路部231に含まれる回路によって電位が制御される配線236と、各々が平行または概略平行に配設され、且つ、第2駆動回路部232に含まれる回路によって電位が制御される配線238と、を有する。なお、図28Bでは、画素230に配線236と配線238が接続している例を示している。ただし、配線236と配線238は一例であり、画素230と接続する配線は、配線236と配線238に限らない。
本発明の一態様である半導体装置は、サブミクロンサイズのチャネル長を有し、オン電流が大きい縦型トランジスタ(VFET)を有する。トランジスタのチャネル形成領域には酸化物半導体(OS)を好適に用いることができ、オフ電流が小さいトランジスタとすることができる。本発明の一態様である半導体装置は、表示部162及び回路部164の一方または双方に好適に用いることができる。また、本発明の一態様である半導体装置を表示部162及び回路部164の双方に用いる、つまり表示装置が有するトランジスタの全てをOSトランジスタとすることもできる。このように表示装置が有するトランジスタの全てをOSトランジスタとすることで、製造コストを低く抑えることができるといった効果を奏する。
The semiconductor device of one embodiment of the present invention has a vertical transistor (VFET) that has a channel length of submicron size and a large on-state current. An oxide semiconductor (OS) can be preferably used for a channel formation region of the transistor, and the transistor can have a small off-state current. The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be preferably used for one or both of the
<画素回路の構成例>
画素230の構成例を、図29Aに示す。画素230は、画素回路51および発光デバイス61を有する。
<Example of pixel circuit configuration>
29A shows an example of the configuration of the
画素回路51は、トランジスタ52A、トランジスタ52B、および容量素子53を有する。画素回路51は、2つのトランジスタと1つの容量素子を有する2Tr1C型の画素回路である。なお、本発明の一態様の表示装置に適用できる画素回路は、特に限定されない。
The
発光デバイス61のアノードは、トランジスタ52Bのソース及びドレインの一方、及び容量素子53の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ52Bのソース及びドレインの他方は、配線ANOと電気的に接続される。トランジスタ52Bのゲートは、トランジスタ52Aのソース及びドレインの一方、及び容量素子53の他方の電極と電気的に接続される。トランジスタ52Aのソース及びドレインの他方は、配線SLと電気的に接続される。トランジスタ52Aのゲートは、配線GLと電気的に接続される。発光デバイス61のカソードは、配線VCOMと電気的に接続される。
The anode of the light-emitting
配線GLは配線236に相当し、配線SLは配線238に相当する。配線VCOMは、発光デバイス61に電流を供給するための電位を与える配線である。トランジスタ52Aは、配線GLの電位に基づいて、配線SLとトランジスタ52Bのゲート間の導通状態または非導通状態を制御する機能を有する。例えば、配線ANOにはVDDが供給され、配線VCOMにはVSSが供給される。
The wiring GL corresponds to the
トランジスタ52Aは、画素230の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。トランジスタ52Bは、発光デバイス61に流れる電流量を制御する駆動トランジスタとして機能する。容量素子53は、トランジスタ52Bのゲート電位を保持する機能を有する。発光デバイス61が射出する光の強度は、トランジスタ52Bのゲートに供給される画像信号に応じて制御される。
画素回路51に、前述の半導体装置を用いることができる。これにより、画素回路51の占有面積を縮小することができ、高精細の表示装置とすることができる。また、トランジスタと当該トランジスタと電気的に接続される素子(例えば、トランジスタ及び容量素子)または配線との距離が短い場合、当該トランジスタとして、トランジスタ100乃至トランジスタ100Hの一種を好適に用いることができる。これにより、精細度をより高めることができる。一方、トランジスタと当該トランジスタと電気的に接続される素子または配線との距離が長い場合は、当該トランジスタとして、トランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種を好適に用いることができる。これにより、高速に動作する表示装置とすることができる。
The above-mentioned semiconductor device can be used for the
選択トランジスタとして機能するトランジスタ52Aに、チャネル長が短く、オン電流の大きいトランジスタ100乃至トランジスタ100H、及びトランジスタ200乃至トランジスタ200Hのいずれかを用いることにより、高速に動作する表示装置とすることができる。駆動トランジスタとして機能するトランジスタ52Bは飽和性が高いことがより好ましい。例えば、トランジスタ52Bに、バックゲート電極を有するトランジスタ100F、トランジスタ100H、トランジスタ200F及びトランジスタ200Hのいずれかを好適に用いることができる。なお、トランジスタ52Bに、バックゲート電極を有さないトランジスタを用いることもできる。
A display device that operates at high speed can be obtained by using any one of the
複数のトランジスタ及び容量素子を画素回路に用いることにより、高性能の表示装置とすることができる。本発明の一態様である半導体装置を適用することにより、トランジスタ及び容量素子の数が多くなっても占有面積を小さくすることができ、高性能かつ高精細な表示装置とすることができる。例えば、精細度が300ppi以上、500ppi以上、1000ppi以上、2000ppi以上、または3000ppi以上の表示装置を実現できる。 By using a plurality of transistors and capacitors in a pixel circuit, a high-performance display device can be obtained. By applying a semiconductor device that is one embodiment of the present invention, the area occupied can be reduced even if the number of transistors and capacitors is increased, and a high-performance and high-resolution display device can be obtained. For example, a display device with a resolution of 300 ppi or more, 500 ppi or more, 1000 ppi or more, 2000 ppi or more, or 3000 ppi or more can be realized.
本発明の一態様の半導体装置は占有面積を小さくできるため、ボトムエミッション構造の表示装置において画素の開口率を高めることができる。例えば、開口率が50%以上、55%以上、または60%以上の表示装置を実現できる。 The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can reduce the area occupied by the device, and therefore can increase the aperture ratio of pixels in a display device having a bottom emission structure. For example, a display device having an aperture ratio of 50% or more, 55% or more, or 60% or more can be realized.
なお、本明細書等において、開口率とは、画素の面積に対する光が射出する領域の面積の比率を指す。 In this specification, the aperture ratio refers to the ratio of the area of the region through which light is emitted to the area of the pixel.
図29Aに示す画素230と異なる構成例を、図29Bに示す。画素230は、画素回路51A及び発光デバイス61を有する。
FIG. 29B shows an example of a configuration different from that of
画素回路51Aは、トランジスタ52Cを有する点で、図29Aに示す画素回路51と主に異なる。画素回路51Aは、トランジスタ52A、トランジスタ52B、トランジスタ52C、及び容量素子53を有する。画素回路51Aは、3つのトランジスタと1つの容量素子を有する3Tr1C型の画素回路である。
トランジスタ52Cのソース及びドレインの一方は、トランジスタ52Bのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ52Cのソース及びドレインの他方は、配線V0と電気的に接続される。例えば、配線V0には基準電位が供給される。トランジスタ52Cのゲートは、配線GLと電気的に接続される。
One of the source and drain of
トランジスタ52Cは、配線GLの電位に基づいて、トランジスタ52Bのソース電極及びドレイン電極の一方と配線V0間の導通状態または非導通状態を制御する機能を有する。トランジスタ52Cを介して与えられる配線V0の基準電位によって、トランジスタ52Bのゲート−ソース間電位のばらつきを抑制できる。
配線V0を用いて、画素パラメータの設定に用いることのできる電流値を取得できる。具体的には、配線V0は、トランジスタ52Bに流れる電流、または発光デバイス61に流れる電流を、外部に出力するためのモニタ線として機能させることができる。配線V0に出力された電流は、ソースフォロア回路により電圧に変換され、外部に出力することができる。または、ADコンバータによりデジタル信号に変換され、外部に出力することができる。
The wiring V0 can be used to obtain a current value that can be used to set pixel parameters. Specifically, the wiring V0 can function as a monitor line for outputting the current flowing through the
画素回路51に含まれるトランジスタの一部または全部にバックゲートを設けることができる。図29Cに示す画素回路51Bは、図29Aに示す画素回路51のトランジスタ52Bがバックゲートを有し、当該バックゲートがトランジスタ52Bのソース及びドレインの一方と電気的に接続される構成を示している。図29Dに示す画素回路51Cは、図29Bに示す画素回路51Aのトランジスタ52Bがバックゲートを有し、当該バックゲートがトランジスタ52Bのソース及びドレインの一方と電気的に接続される構成を示している。これにより、信頼性を高めることができる。なお、トランジスタ52Bのバックゲートが、トランジスタ52Bのゲートと電気的に接続される構成とすることもできる。これにより、トランジスタ52Bのオン電流を大きくすることができる。
A backgate can be provided for some or all of the transistors included in the
前述の画素230と異なる構成例を、図30Aに示す。画素230は、画素回路51Dおよび発光デバイス61を有する。
FIG. 30A shows an example of a configuration different from the
画素回路51Dは、トランジスタM11、トランジスタM12、トランジスタM13、トランジスタM14、トランジスタM15、トランジスタM16、容量素子C11、及び容量素子C12を有する。画素回路51Dは、6つのトランジスタと2つの容量素子を有する6Tr2C型の画素回路である。
発光デバイス61のアノードは、トランジスタM15のソース及びドレインの一方と電気的に接続される。発光デバイス61のカソードは、配線VCOMと電気的に接続される。トランジスタM15のソース及びドレインの他方は、トランジスタM12のソース及びドレインの一方、トランジスタM13のソース及びドレインの一方、トランジスタM16のソース及びドレインの一方、容量素子C11の一方の電極、及び容量素子C12の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタM12のゲートは、トランジスタM11のソース及びドレインの一方、トランジスタM13のソース及びドレインの他方、及び容量素子C11の他方の電極と電気的に接続される。トランジスタM12のバックゲートは、トランジスタM14のソース及びドレインの一方、及び容量素子C12の他方の電極と電気的に接続される。
The anode of the light-emitting
トランジスタM11のソース及びドレインの他方は、配線SLと電気的に接続される。トランジスタM12のソース及びドレインの他方は、配線ANOと電気的に接続される。トランジスタM14のソース及びドレインの他方は、配線V0と電気的に接続される。トランジスタM16のソース及びドレインの他方は、配線V1と電気的に接続される。例えば、配線V1には定電位が供給される。トランジスタM11のゲート、及びトランジスタM16のゲートは、配線GL1と電気的に接続される。トランジスタM13のゲート、及びトランジスタM14のゲートは、配線GL2と電気的に接続される。トランジスタM15のゲートは、配線GL3と電気的に接続される。 The other of the source and drain of transistor M11 is electrically connected to wiring SL. The other of the source and drain of transistor M12 is electrically connected to wiring ANO. The other of the source and drain of transistor M14 is electrically connected to wiring V0. The other of the source and drain of transistor M16 is electrically connected to wiring V1. For example, a constant potential is supplied to wiring V1. The gate of transistor M11 and the gate of transistor M16 are electrically connected to wiring GL1. The gate of transistor M13 and the gate of transistor M14 are electrically connected to wiring GL2. The gate of transistor M15 is electrically connected to wiring GL3.
トランジスタM11は、トランジスタM12のゲートと配線SLの間の導通状態または非導通状態を制御する選択トランジスタとして機能する。トランジスタM12は、発光デバイス61に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。トランジスタM14は、トランジスタM12のバックゲートに配線V0の電位を供給する機能を有する。トランジスタM12のバックゲートに定電位を供給することにより、しきい値電圧を制御することができる。容量素子C11は、トランジスタM12のゲート電位を保持する機能を有する。容量素子C12は、トランジスタM12のバックゲート電位を保持する機能を有する。画素回路51Dは、トランジスタM12のしきい値電圧をバックゲートによって補正する、いわゆるしきい値電圧の内部補正機能を有する。具体的には、容量素子C12に、トランジスタM12のしきい値電圧が0Vになるようなバックゲート電位を保持させる。これにより、トランジスタのしきい値電圧のばらつき及び経時劣化によらず、トランジスタM12のしきい値電圧を0Vまたその近傍と一定に補正することが可能である。
The transistor M11 functions as a selection transistor that controls the conductive state or non-conductive state between the gate of the transistor M12 and the wiring SL. The transistor M12 functions as a drive transistor that controls the current flowing through the light-emitting
前述の画素230と異なる構成例を、図30Bに示す。画素230は、画素回路51E及び液晶デバイス62を有する。
FIG. 30B shows an example of a configuration different from that of the
画素回路51Eは、トランジスタ52A及び容量素子53を有する。トランジスタ52Aのソース及びドレインの一方は配線SLと電気的に接続され、トランジスタ52Aのゲートは配線GLと電気的に接続される。トランジスタ52Aのソース及びドレインの他方は、容量素子53の一方の端子および液晶デバイス62と電気的に接続される。容量素子53の他方の端子は配線VCOMと電気的に接続される。
The
図30Cに示す画素回路51Fのように、トランジスタ52Aがバックゲートを有する構成とすることもできる。図30Cでは、トランジスタ52Aのバックゲートがゲートと電気的に接続される構成を示している。
As in
図31Aに、表示装置50Aの、FPC172を含む領域の一部、回路部164の一部、表示部162の一部、接続部140の一部、及び、端部を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
FIG. 31A shows an example of a cross section of the
図31Aに示す表示装置50Aは、基板151と基板152の間に、トランジスタ207D、トランジスタ205R、トランジスタ205G、トランジスタ207G、トランジスタ207B、発光素子130R、発光素子130G、発光素子130B等を有する。発光素子130Rは、赤色の光を呈する画素230Rが有する表示素子であり、発光素子130Gは、緑色の光を呈する画素230Gが有する表示素子であり、発光素子130Bは、青色の光を呈する画素230Bが有する表示素子である。
The
表示装置50Aには、SBS構造が適用されている。SBS構造は、発光素子ごとに材料及び構成を最適化することができるため、材料及び構成の選択の幅が広がり、輝度の向上及び信頼性の向上を図ることが容易となる。
The
表示装置50Aは、トップエミッション型である。トップエミッション型は、トランジスタ等を発光素子の発光領域と重ねて配置できるため、ボトムエミッション型に比べて画素の開口率を高めることができる。
The
トランジスタ207D、トランジスタ205R、トランジスタ205G、トランジスタ207G、及びトランジスタ207Bは、いずれも基板151上に形成されている。これらのトランジスタは、一部の工程を共通にして作製することができる。
トランジスタ207D、トランジスタ205R、トランジスタ205G、トランジスタ207G、及びトランジスタ207Bのいずれか一以上に、前述のトランジスタ100乃至トランジスタ100H、及びトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を適用することができる。図31Aは、トランジスタ205R及びトランジスタ205Gに、前述のトランジスタ100を適用し、トランジスタ207D、トランジスタ207G及びトランジスタ207Bに、前述のトランジスタ200を適用した構成例を示している。
One or more of the
表示部162に、前述のトランジスタ100乃至トランジスタ100H、及びトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を用いることで、高精細な表示装置とすることができる。表示装置が高精細になるほど画素1つあたりの面積が小さくなるため、トランジスタ100乃至トランジスタ100Hの一種または複数種を好適に用いることができる。また、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方が配線として機能し、当該配線に求められる配線抵抗が比較的低い場合は、当該トランジスタとしてトランジスタ200乃至トランジスタ200Hのいずれかを好適に用いることができる。これにより、高速に動作する表示装置とすることができる。
A high-definition display device can be obtained by using one or more of the above-mentioned
回路部164に、前述のトランジスタ100乃至トランジスタ100H、及びトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を用いることにより、占有面積を縮小することができ、狭額縁の表示装置とすることができる。また、チャネル長の短いトランジスタを用いることにより、高速に動作する表示装置とすることができる。表示部162と比較して、回路部164ではトランジスタと当該トランジスタと電気的に接続される素子(例えば、トランジスタ及び容量素子)または配線との距離が長くなる場合がある。したがって、導電層212bを有するトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を好適に用いることができる。これにより、高速に動作する表示装置とすることができる。
By using one or more of the above-mentioned
なお、本実施の形態の表示装置が有するトランジスタは、本発明の一態様の半導体装置が有するトランジスタのみに限定されない。例えば、本発明の一態様の半導体装置が有するトランジスタと、他の構造のトランジスタと、を組み合わせて有することができる。本実施の形態の表示装置は、例えば、プレナー型のトランジスタ、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタのいずれか一以上を有する構成とすることもできる。本実施の形態の表示装置が有するトランジスタは、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれとしてもよい。または、チャネル形成領域を有する層の上下にゲートが設けられていてもよい。 Note that the transistors included in the display device of this embodiment are not limited to only the transistors included in the semiconductor device of one embodiment of the present invention. For example, the display device of this embodiment may have a combination of a transistor included in the semiconductor device of one embodiment of the present invention and a transistor having another structure. The display device of this embodiment may have, for example, one or more of a planar transistor, a staggered transistor, and an inverted staggered transistor. The transistors included in the display device of this embodiment may be either a top-gate type or a bottom-gate type. Alternatively, gates may be provided above and below a layer having a channel formation region.
トランジスタ207D、トランジスタ205R、トランジスタ205G、トランジスタ207G、及びトランジスタ207Bには、OSトランジスタを好適に用いることができる。
本実施の形態の表示装置は、Siトランジスタを有する構成とすることもできる。 The display device of this embodiment can also be configured to include Si transistors.
画素回路に含まれる発光素子の発光輝度を高くする場合、発光素子に流す電流量を大きくする必要がある。そのためには、画素回路に含まれている駆動トランジスタのソース−ドレイン間電圧を高くする必要がある。OSトランジスタは、Siトランジスタと比較して、ソース−ドレイン間において耐圧が高いため、OSトランジスタのソース−ドレイン間には高い電圧を印加することができる。したがって、画素回路に含まれる駆動トランジスタをOSトランジスタとすることで、発光素子に流れる電流量を大きくし、発光素子の発光輝度を高くすることができる。 To increase the emission luminance of a light-emitting element included in a pixel circuit, it is necessary to increase the amount of current flowing through the light-emitting element. To achieve this, it is necessary to increase the source-drain voltage of a drive transistor included in the pixel circuit. Compared to Si transistors, OS transistors have a higher source-drain withstand voltage, so a high voltage can be applied between the source and drain of an OS transistor. Therefore, by using an OS transistor as the drive transistor included in a pixel circuit, it is possible to increase the amount of current flowing through the light-emitting element and increase the emission luminance of the light-emitting element.
トランジスタが飽和領域で動作する場合において、OSトランジスタは、Siトランジスタよりも、ゲート−ソース間電圧の変化に対して、ソース−ドレイン間電流の変化を小さくすることができる。このため、画素回路に含まれる駆動トランジスタとしてOSトランジスタを適用することによって、ゲート−ソース間電圧の変化によって、ソース−ドレイン間に流れる電流を細かく定めることができるため、発光素子に流れる電流量を制御することができる。このため、画素回路における階調数を多くすることができる。 When a transistor operates in the saturation region, an OS transistor can reduce the change in source-drain current in response to a change in gate-source voltage compared to a Si transistor. Therefore, by using an OS transistor as a driving transistor included in a pixel circuit, the current flowing between the source and drain can be precisely determined by changing the gate-source voltage, and the amount of current flowing to the light-emitting element can be controlled. This makes it possible to increase the number of gray levels in the pixel circuit.
トランジスタが飽和領域で動作するときに流れる電流の飽和性において、OSトランジスタは、ソース−ドレイン間電圧が徐々に高くなった場合においても、Siトランジスタよりも安定した電流(飽和電流)を流すことができる。そのため、OSトランジスタを駆動トランジスタとして用いることで、例えば、発光素子の電流−電圧特性にばらつきが生じた場合においても、発光素子に安定した電流を流すことができる。つまり、OSトランジスタは、飽和領域で動作する場合において、ソース−ドレイン間電圧を変化させても、ソース−ドレイン間電流がほぼ変化しないため、発光素子の発光輝度を安定させることができる。 In terms of the saturation of the current that flows when a transistor operates in the saturation region, an OS transistor can pass a more stable current (saturation current) than a Si transistor, even when the source-drain voltage gradually increases. Therefore, by using an OS transistor as a driving transistor, a stable current can be passed to the light-emitting element, for example, even when there is variation in the current-voltage characteristics of the light-emitting element. In other words, when an OS transistor operates in the saturation region, the source-drain current hardly changes even when the source-drain voltage is changed, so the light emission luminance of the light-emitting element can be stabilized.
回路部164が有するトランジスタと、表示部162が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路部164が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、2種類以上あってもよい。同様に、表示部162が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、2種類以上あってもよい。
The transistors in the
表示部162が有するトランジスタの全てをOSトランジスタとしてもよく、表示部162が有するトランジスタの全てをSiトランジスタとしてもよく、表示部162が有するトランジスタの一部をOSトランジスタとし、残りをSiトランジスタとしてもよい。
All of the transistors in the
例えば、表示部162にLTPSトランジスタとOSトランジスタとの双方を用いることで、消費電力が低く、駆動能力の高い表示装置を実現することができる。また、LTPSトランジスタと、OSトランジスタとを、組み合わせる構成をLTPOと呼称する場合がある。なお、より好適な例として、配線間の導通、非導通を制御するためのスイッチとして機能するトランジスタ等にOSトランジスタを適用し、電流を制御するトランジスタ等にLTPSトランジスタを適用する構成が挙げられる。
For example, by using both LTPS transistors and OS transistors in the
例えば、表示部162が有するトランジスタの一は、発光素子に流れる電流を制御するためのトランジスタとして機能し、駆動トランジスタとも呼ぶことができる。駆動トランジスタのソース及びドレインの一方は、発光素子の画素電極と電気的に接続される。当該駆動トランジスタには、LTPSトランジスタを用いることが好ましい。これにより、画素回路において発光素子に流れる電流を大きくできる。
For example, one of the transistors in the
一方、表示部162が有するトランジスタの他の一は、画素の選択、非選択を制御するためのスイッチとして機能し、選択トランジスタとも呼ぶことができる。選択トランジスタのゲートはゲート線と電気的に接続され、ソース及びドレインの一方は、ソース線(信号線)と電気的に接続される。選択トランジスタには、OSトランジスタを適用することが好ましい。これにより、フレーム周波数を著しく低く(例えば1fps以下)しても、画素の階調を維持することができるため、静止画を表示する際にドライバを停止することで、消費電力を低減することができる。
On the other hand, the other one of the transistors in the
トランジスタ207D、トランジスタ205R、トランジスタ205G、トランジスタ207G、及びトランジスタ207Bを覆うように、絶縁層195が設けられ、絶縁層195上に絶縁層235が設けられている。絶縁層195は、前述の記載を参照できる。
An insulating
絶縁層235上に、発光素子130R、130G、130Bが設けられている。
発光素子130Rは、絶縁層235上の画素電極111Rと、画素電極111R上のEL層113Rと、EL層113R上の共通電極115と、を有する。図31Aに示す発光素子130Rは、赤色の光(R)を発する。EL層113Rは、赤色の光を発する発光層を有する。
The light-emitting
発光素子130Gは、絶縁層235上の画素電極111Gと、画素電極111G上のEL層113Gと、EL層113G上の共通電極115と、を有する。図31Aに示す発光素子130Gは、緑色の光(G)を発する。EL層113Gは、緑色の光を発する発光層を有する。
The light-emitting
発光素子130Bは、絶縁層235上の画素電極111Bと、画素電極111B上のEL層113Bと、EL層113B上の共通電極115と、を有する。図31Aに示す発光素子130Bは、青色の光(B)を発する。EL層113Bは、青色の光を発する発光層を有する。
The light-emitting
絶縁層235は、トランジスタ207D、トランジスタ205R、トランジスタ205G、トランジスタ207G、及びトランジスタ207Bに起因する凹凸を小さくし、発光素子130R、130G、130Bの被形成面をより平坦にする機能を有する。なお、本明細書等において、絶縁層235を、平坦化層と記す場合がある。
The insulating
絶縁層235は、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。絶縁層235を、有機絶縁膜と、無機絶縁膜との積層構造にすることができる。絶縁層235を、有機絶縁膜と、当該有機絶縁膜上の無機絶縁膜との積層構造にすることが好ましい。これにより、無機絶縁膜は、発光素子130R、130G、130Bを形成する際のエッチング保護層として機能することができる。具体的には、画素電極111の形成時に絶縁層235の一部がエッチングされ、絶縁層235に凹部が形成されることを抑制することができる。または、絶縁層235には、画素電極111の形成時に、凹部が設けられる構成とすることもできる。
The insulating
なお、画素電極111R、画素電極111G及び画素電極111Bをまとめて画素電極111と記す場合がある。
Note that
図31Aでは、EL層113R、EL層113G、及びEL層113Bを全て同じ厚さで示すが、これに限られない。EL層113R、EL層113G、及びEL層113Bのそれぞれの厚さが異なる構成とすることもできる。例えば、EL層113R、EL層113G、及びEL層113Bは、それぞれの発する光が強まる光路長となるように、厚さを設定することが好ましい。これにより、マイクロキャビティ構造を実現し、各発光素子から射出される光の色純度を高めることができる。 In FIG. 31A, EL layers 113R, 113G, and EL layers 113B are all shown to have the same thickness, but this is not limited to the above. EL layers 113R, 113G, and EL layers 113B may each have a different thickness. For example, it is preferable to set the thickness of EL layers 113R, 113G, and EL layers 113B so that the optical path length is such that the light emitted by each layer is intensified. This makes it possible to realize a microcavity structure and increase the color purity of the light emitted from each light-emitting element.
画素電極111Rは、絶縁層106、絶縁層195、及び絶縁層235に設けられた開口部において、トランジスタ205Rが有する層108の領域108Dbと接する領域を有し、領域108Dbと電気的に接続されている。同様に、画素電極111Gは、トランジスタ205Gが有する領域108Dbと電気的に接続され、画素電極111Bは、トランジスタ205B(図示しない)が有する領域108Dbと電気的に接続されている。
画素電極111R、画素電極111G、及び画素電極111Bのそれぞれの端部は、絶縁層237によって覆われている。絶縁層237は、隔壁として機能する。絶縁層237は、無機絶縁材料及び有機絶縁材料の一方または双方を用いて、単層構造または積層構造で設けることができる。絶縁層237には、例えば、絶縁層195に用いることができる材料及び絶縁層235に用いることができる材料を適用できる。絶縁層237により、画素電極と共通電極とを電気的に絶縁することができる。また、絶縁層237により、隣接する発光素子同士を電気的に絶縁することができる。
The ends of the
絶縁層237は、少なくとも表示部162に設けられる。絶縁層237は、表示部162だけでなく、接続部140及び回路部164に設けられていてもよい。また、絶縁層237は、表示装置50Aの端部にまで設けられていてもよい。
The insulating
共通電極115は、発光素子130R、発光素子130G、及び発光素子130Bに共通して設けられる一続きの膜である。複数の発光素子が共通して有する共通電極115は、接続部140に設けられた導電層123と電気的に接続される。導電層123には、画素電極111R、画素電極111G、及び画素電極111Bと同じ材料及び同じ工程で形成された導電層を用いることが好ましい。
The
本発明の一態様の表示装置において、画素電極と共通電極のうち、光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。 In a display device according to one embodiment of the present invention, a conductive film that transmits visible light is used for the pixel electrode and the common electrode, which is the electrode from which light is extracted. It is preferable to use a conductive film that reflects visible light for the electrode from which light is not extracted.
光を取り出さない側の電極にも可視光を透過する導電膜を用いてもよい。この場合、反射層と、EL層との間に当該電極を配置することが好ましい。つまり、EL層の発光は、当該反射層によって反射されて、表示装置から取り出されてもよい。 A conductive film that transmits visible light may also be used for the electrode on the side from which light is not extracted. In this case, it is preferable to place the electrode between the reflective layer and the EL layer. In other words, the light emitted from the EL layer may be reflected by the reflective layer and extracted from the display device.
発光素子の一対の電極を形成する材料として、金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを適宜用いることができる。当該材料として、具体的には、アルミニウム、マグネシウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、インジウム、スズ、モリブデン、タンタル、タングステン、パラジウム、金、白金、銀、イットリウム、ネオジムなどの金属、及びこれらを適宜組み合わせて含む合金が挙げられる。また、当該材料として、インジウムスズ酸化物(In−Sn酸化物、ITOともいう)、In−Si−Sn酸化物(ITSOともいう)、インジウム亜鉛酸化物(In−Zn酸化物)、及びIn−W−Zn酸化物などを挙げることができる。また、当該材料として、アルミニウム、ニッケル、及びランタンの合金(Al−Ni−La)等のアルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)、並びに、銀とマグネシウムの合金、及び、銀とパラジウムと銅の合金(Ag−Pd−Cu、APCとも記す)等の銀を含む合金が挙げられる。その他、当該材料として、上記例示のない元素周期表の第1族または第2族に属する元素(例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、ストロンチウム)、ユウロピウム、イッテルビウムなどの希土類金属及びこれらを適宜組み合わせて含む合金、グラフェン等が挙げられる。
As a material for forming a pair of electrodes of a light-emitting element, metals, alloys, electrically conductive compounds, and mixtures thereof can be appropriately used. Specific examples of the material include metals such as aluminum, magnesium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, gallium, zinc, indium, tin, molybdenum, tantalum, tungsten, palladium, gold, platinum, silver, yttrium, and neodymium, and alloys containing these in appropriate combinations. In addition, examples of the material include indium tin oxide (In-Sn oxide, also called ITO), In-Si-Sn oxide (also called ITSO), indium zinc oxide (In-Zn oxide), and In-W-Zn oxide. In addition, examples of the material include alloys containing aluminum (aluminum alloys), such as an alloy of aluminum, nickel, and lanthanum (Al-Ni-La), and alloys containing silver, such as an alloy of silver and magnesium, and an alloy of silver, palladium, and copper (Ag-Pd-Cu, also called APC). Other examples of such materials include elements belonging to
発光素子には、微小光共振器(マイクロキャビティ)構造が適用されていることが好ましい。したがって、発光素子が有する一対の電極の一方は、可視光に対する透過性及び反射性を有する電極(半透過・半反射電極)であることが好ましく、他方は、可視光に対する反射性を有する電極(反射電極)であることが好ましい。発光素子がマイクロキャビティ構造を有することで、発光層から得られる発光を両電極間で共振させ、発光素子から射出される光を強めることができる。 The light-emitting element preferably has a micro-optical resonator (microcavity) structure. Therefore, one of the pair of electrodes of the light-emitting element is preferably an electrode that is transparent and reflective to visible light (semi-transparent and semi-reflective electrode), and the other is preferably an electrode that is reflective to visible light (reflective electrode). By having the light-emitting element have a microcavity structure, the light emitted from the light-emitting layer can be resonated between both electrodes, thereby intensifying the light emitted from the light-emitting element.
透明電極の光の透過率は、40%以上とする。例えば、発光素子の透明電極には、可視光(波長400nm以上750nm未満の光)の透過率が40%以上である電極を用いることが好ましい。半透過・半反射電極の可視光の反射率は、10%以上95%以下、好ましくは30%以上80%以下とする。反射電極の可視光の反射率は、40%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下とする。また、これらの電極の電気抵抗率は、1×10−2Ωcm以下が好ましい。 The light transmittance of the transparent electrode is 40% or more. For example, it is preferable to use an electrode having a visible light (light having a wavelength of 400 nm or more and less than 750 nm) transmittance of 40% or more for the transparent electrode of the light emitting element. The visible light reflectance of the semi-transmissive/semi-reflective electrode is 10% or more and 95% or less, preferably 30% or more and 80% or less. The visible light reflectance of the reflective electrode is 40% or more and 100% or less, preferably 70% or more and 100% or less. In addition, the electrical resistivity of these electrodes is preferably 1×10 −2 Ω cm or less.
EL層113R、EL層113G、及びEL層113Bは、それぞれ、島状に設けられている。図31Aでは、隣り合うEL層113Rの端部とEL層113Gの端部とが重なっており、隣り合うEL層113Gの端部とEL層113Bの端部とが重なっており、隣り合うEL層113Rの端部とEL層113Bの端部とが重なっている。ファインメタルマスクを用いて島状のEL層を成膜する場合、図31Aに示すように、隣り合うEL層の端部同士が重なることがあるが、これに限られない。つまり、隣り合うEL層同士は重ならず、互いに離隔されていてもよい。また、表示装置において、隣り合うEL層同士が重なっている部分と、隣り合うEL層同士が重ならず離隔されている部分と、の双方が存在してもよい。
EL層113R、EL層113G、及びEL層113Bはそれぞれ、少なくとも発光層を有する。発光層は、1種または複数種の発光物質を有する。発光物質として、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、または赤色などの発光色を呈する物質を適宜用いる。また、発光物質として、近赤外光を発する物質を用いることもできる。
発光物質として、蛍光材料、燐光材料、TADF材料、及び量子ドット材料などが挙げられる。 Light-emitting materials include fluorescent materials, phosphorescent materials, TADF materials, and quantum dot materials.
発光層は、発光物質(ゲスト材料)に加えて、1種または複数種の有機化合物(ホスト材料、アシスト材料等)を有していてもよい。1種または複数種の有機化合物として、正孔輸送性の高い物質(正孔輸送性材料)及び電子輸送性の高い物質(電子輸送性材料)の一方または双方を用いることができる。また、1種または複数種の有機化合物として、バイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)、またはTADF材料を用いてもよい。 The light-emitting layer may have one or more organic compounds (host material, assist material, etc.) in addition to the light-emitting substance (guest material). As the one or more organic compounds, one or both of a substance with high hole transport properties (hole transport material) and a substance with high electron transport properties (electron transport material) can be used. Furthermore, as the one or more organic compounds, a bipolar substance (a substance with high electron transport properties and hole transport properties) or a TADF material may be used.
発光層は、例えば、燐光材料と、励起錯体を形成しやすい組み合わせである正孔輸送性材料及び電子輸送性材料と、を有することが好ましい。このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質(燐光材料)へのエネルギー移動であるExTET(Exciplex−Triplet Energy Transfer)を用いた発光を効率よく得ることができる。発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光を得ることができる。この構成により、発光素子の高効率、低電圧駆動、長寿命を同時に実現できる。 The light-emitting layer preferably contains, for example, a phosphorescent material and a hole-transporting material and an electron-transporting material, which are a combination that easily forms an exciplex. With this configuration, light emission can be efficiently obtained using ExTET (Exciplex-Triple Energy Transfer), which is the energy transfer from the exciplex to the light-emitting material (phosphorescent material). By selecting a combination that forms an exciplex that emits light that overlaps with the wavelength of the lowest energy absorption band of the light-emitting material, the energy transfer becomes smooth and light emission can be efficiently obtained. With this configuration, it is possible to simultaneously achieve high efficiency, low voltage operation, and long life for the light-emitting element.
EL層は、発光層の他に、正孔注入性の高い物質を含む層(正孔注入層)、正孔輸送性材料を含む層(正孔輸送層)、電子ブロック性の高い物質を含む層(電子ブロック層)、電子注入性の高い物質を含む層(電子注入層)、電子輸送性材料を含む層(電子輸送層)、及び、正孔ブロック性の高い物質を含む層(正孔ブロック層)のうち一つまたは複数を有することができる。その他、EL層は、バイポーラ性の物質及びTADF材料の一方または双方を含んでいてもよい。 In addition to the light-emitting layer, the EL layer may have one or more of a layer containing a substance with high hole injection properties (hole injection layer), a layer containing a hole transport material (hole transport layer), a layer containing a substance with high electron blocking properties (electron blocking layer), a layer containing a substance with high electron injection properties (electron injection layer), a layer containing an electron transport material (electron transport layer), and a layer containing a substance with high hole blocking properties (hole blocking layer). In addition, the EL layer may contain one or both of a bipolar substance and a TADF material.
発光素子には低分子化合物及び高分子化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。発光素子を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。 Either low molecular weight compounds or high molecular weight compounds can be used for the light emitting element, and it may contain inorganic compounds. The layers constituting the light emitting element can be formed by a deposition method (including vacuum deposition), a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, etc.
発光素子には、シングル構造(発光ユニットを1つだけ有する構造)を適用してもよく、タンデム構造(発光ユニットを複数有する構造)を適用してもよい。発光ユニットは、少なくとも1層の発光層を有する。タンデム構造は、複数の発光ユニットが電荷発生層を介して直列に接続された構成である。電荷発生層は、一対の電極間に電圧を印加したときに、2つの発光ユニットの一方に電子を注入し、他方に正孔を注入する機能を有する。タンデム構造とすることで、高輝度発光が可能な発光素子とすることができる。また、タンデム構造は、シングル構造と比べて、同じ輝度を得るために必要な電流を小さくすることができるため、信頼性を高めることができる。なお、タンデム構造をスタック構造と呼ぶことができる。 The light-emitting element may have a single structure (a structure having only one light-emitting unit) or a tandem structure (a structure having multiple light-emitting units). The light-emitting unit has at least one light-emitting layer. The tandem structure is a structure in which multiple light-emitting units are connected in series via a charge-generating layer. When a voltage is applied between a pair of electrodes, the charge-generating layer has the function of injecting electrons into one of the two light-emitting units and injecting holes into the other. The tandem structure makes it possible to obtain a light-emitting element capable of emitting light with high brightness. Furthermore, the tandem structure can reduce the current required to obtain the same brightness compared to a single structure, thereby improving reliability. The tandem structure can also be called a stack structure.
図31Aにおいて、タンデム構造の発光素子を用いる場合、EL層113Rは、赤色の光を発する発光ユニットを複数有する構造であり、EL層113Gは、緑色の光を発する発光ユニットを複数有する構造であり、EL層113Bは、青色の光を発する発光ユニットを複数有する構造であると好ましい。
In FIG. 31A, when a light-emitting element with a tandem structure is used, it is preferable that
発光素子130R、130G、130B上には保護層131が設けられている。保護層131と基板152は接着層142を介して接着されている。基板152には、遮光層117が設けられている。発光素子の封止には、例えば、固体封止構造または中空封止構造が適用できる。図31Aでは、基板152と基板151との間の空間が、接着層142で充填されており、固体封止構造が適用されている。または、当該空間を不活性ガス(窒素またはアルゴンなど)で充填し、中空封止構造を適用してもよい。このとき、接着層142は、発光素子と重ならないように設けられていてもよい。また、当該空間を、枠状に設けられた接着層142とは異なる樹脂で充填してもよい。
A
保護層131は、少なくとも表示部162に設けられており、表示部162全体を覆うように設けられていることが好ましい。保護層131は、表示部162だけでなく、接続部140及び回路部164を覆うように設けられていることが好ましい。また、保護層131は、表示装置50Aの端部にまで設けられていることが好ましい。一方で、接続部197には、FPC172と導電層166とを電気的に接続させるため、保護層131が設けられていない部分が生じる。
The
発光素子130R、130G、130B上に保護層131を設けることで、発光素子の信頼性を高めることができる。
By providing a
保護層131は単層構造または2層以上の積層構造とすることもできる。また、保護層131の導電性は問わない。保護層131として、絶縁膜、半導体膜、及び、導電膜の少なくとも一種を用いることができる。
The
保護層131が無機膜を有することで、共通電極115の酸化を防止する、発光素子に不純物(水分及び酸素等)が入り込むことを抑制する、等、発光素子の劣化を抑制し、表示装置の信頼性を高めることができる。
The
保護層131には無機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜を用いることができる材料として、例えば、酸化物、窒化物、酸化窒化物、及び窒化酸化物が挙げられる。これらの無機絶縁膜の具体例は、前述の通りである。特に、保護層131は、窒化物または窒化酸化物を有することが好ましく、窒化物を有することがより好ましい。
An inorganic insulating film can be used for the
保護層131には、ITO、In−Zn酸化物、Ga−Zn酸化物、Al−Zn酸化物、またはIGZO等を含む無機膜を用いることもできる。当該無機膜は、高抵抗であることが好ましく、具体的には、共通電極115よりも高抵抗であることが好ましい。当該無機膜は、さらに窒素を含んでいてもよい。
The
発光素子の発光を、保護層131を介して取り出す場合、保護層131は、可視光に対する透過性が高いことが好ましい。例えば、ITO、IGZO、及び、酸化アルミニウムは、それぞれ、可視光に対する透過性が高い無機材料であるため、好ましい。
When the light emitted from the light-emitting element is extracted through the
保護層131として、例えば、酸化アルミニウム膜と、酸化アルミニウム膜上の窒化シリコン膜と、の積層構造、または、酸化アルミニウム膜と、酸化アルミニウム膜上のIGZO膜と、の積層構造を用いることができる。当該積層構造を用いることで、不純物(水及び酸素等)がEL層側に入り込むことを抑制できる。
The
さらに、保護層131は、有機膜を有していてもよい。例えば、保護層131は、有機膜と無機膜の双方を有していてもよい。保護層131に用いることができる有機膜として、例えば、絶縁層235に用いることができる有機絶縁膜などが挙げられる。
Furthermore, the
基板151の、基板152が重ならない領域には、接続部197が設けられている。接続部197では、導電層165が、導電層166及び接続層242を介してFPC172と電気的に接続されている。導電層165は、導電層212bと同じ導電膜を加工して得られた導電層である例を示す。導電層166は、画素電極111R、111G、111Bと同一の導電膜を加工して得られた導電層である例を示す。接続部197の上面では、導電層166が露出している。これにより、接続部197とFPC172とを接続層242を介して電気的に接続することができる。
A
表示装置50Aは、トップエミッション型である。発光素子が発する光は、基板152側に射出される。基板152には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。画素電極111R、111G、111Bは可視光を反射する材料を含み、対向電極(共通電極115)は可視光を透過する材料を含む。
The
基板152の基板151側の面には、遮光層117を設けることが好ましい。遮光層117は、隣り合う発光素子の間、接続部140、及び、回路部164などに設けることができる。
It is preferable to provide a light-
基板152の基板151側の面、または、保護層131上に、カラーフィルタなどの着色層を設けてもよい。発光素子に重ねてカラーフィルタを設けると、画素から射出される光の色純度を高めることができる。
A colored layer such as a color filter may be provided on the surface of
着色層は特定の波長域の光を選択的に透過し、他の波長域の光を吸収する有色層である。例えば、赤色の波長域の光を透過する赤色(R)のカラーフィルタ、緑色の波長域の光を透過する緑色(G)のカラーフィルタ、青色の波長域の光を透過する青色(B)のカラーフィルタなどを用いることができる。各着色層には、金属材料、樹脂材料、顔料、染料のうち一つまたは複数を用いることができる。着色層は、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。 The colored layers are colored layers that selectively transmit light in a specific wavelength range and absorb light in other wavelength ranges. For example, a red (R) color filter that transmits light in the red wavelength range, a green (G) color filter that transmits light in the green wavelength range, and a blue (B) color filter that transmits light in the blue wavelength range can be used. For each colored layer, one or more of metal materials, resin materials, pigments, and dyes can be used. The colored layers are formed at the desired positions by printing, inkjet, etching using photolithography, or the like.
基板152の外側(基板151とは反対側の面)には各種光学部材を配置することができる。光学部材として、例えば、偏光板、位相差板、光拡散層(拡散フィルムなど)、反射防止層、及び集光フィルムが挙げられる。また、基板152の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜、衝撃吸収層等の表面保護層を配置してもよい。例えば、表面保護層として、ガラス層またはシリカ層(SiOx層)を設けることで、表面汚染及び傷の発生を抑制することができ、好ましい。また、表面保護層として、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)、酸化アルミニウム(AlOx)、ポリエステル系材料、またはポリカーボネート系材料などを用いてもよい。なお、表面保護層には、可視光に対する透過率が高い材料を用いることが好ましい。また、表面保護層には、硬度が高い材料を用いることが好ましい。
Various optical members can be arranged on the outside of the substrate 152 (the surface opposite to the substrate 151). Examples of optical members include a polarizing plate, a retardation plate, a light diffusion layer (such as a diffusion film), an anti-reflection layer, and a light collecting film. In addition, a surface protection layer such as an antistatic film that suppresses the adhesion of dust, a water-repellent film that makes it difficult for dirt to adhere, a hard coat film that suppresses the occurrence of scratches due to use, and an impact absorbing layer may be arranged on the outside of the
基板151及び基板152として、それぞれ、ガラス、石英、セラミックス、サファイア、樹脂、金属、合金、半導体などを用いることができる。発光素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。基板151及び基板152に可撓性を有する材料を用いると、表示装置の可撓性を高め、フレキシブルディスプレイを実現することができる。また、基板151及び基板152の少なくとも一方として偏光板を用いてもよい。
The
基板151及び基板152として、それぞれ、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン、アラミド等)、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ABS樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板151及び基板152の少なくとも一方に、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
The
なお、表示装置に円偏光板を重ねる場合、表示装置が有する基板には、光学等方性の高い基板を用いることが好ましい。光学等方性が高い基板は、複屈折が小さい(複屈折量が小さい、ともいえる)。光学等方性が高いフィルムとして、トリアセチルセルロース(TAC、セルローストリアセテートともいう)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、シクロオレフィンコポリマー(COC)フィルム、及びアクリルフィルム等が挙げられる。 When a circular polarizing plate is laminated on a display device, it is preferable to use a substrate with high optical isotropy as the substrate of the display device. A substrate with high optical isotropy has low birefringence (it can also be said that the amount of birefringence is small). Examples of films with high optical isotropy include triacetyl cellulose (TAC, also known as cellulose triacetate) film, cycloolefin polymer (COP) film, cycloolefin copolymer (COC) film, and acrylic film.
接着層142として、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラール)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
As the
接続層242として、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
As the
<表示装置の構成例2>
図31Bに、表示装置50Bの表示部162の断面の一例を示す。表示装置50Bは、各色の副画素に、共通のEL層113を有する発光素子と、着色層(カラーフィルタなど)と、が用いられている点で、表示装置50Aと主に異なる。図31Bに示す構成は、図31Aに示す、FPC172を含む領域、回路部164、表示部162の基板151から絶縁層235までの積層構造、接続部140、及び、端部の構成と、組み合わせることができる。なお、以降の表示装置の説明では、先に説明した表示装置と同様の部分については説明を省略することがある。
<Configuration Example 2 of Display Device>
FIG. 31B shows an example of a cross section of the
図31Bに示す表示装置50Bは、発光素子130R、130G、130B、赤色の光を透過する着色層132R、緑色の光を透過する着色層132G、及び、青色の光を透過する着色層132B等を有する。
The
発光素子130Rは、画素電極111Rと、画素電極111R上のEL層113と、EL層113上の共通電極115と、を有する。発光素子130Rの発光は、着色層132Rを介して表示装置50Bの外部に赤色の光として取り出される。
The light-emitting
発光素子130Gは、画素電極111Gと、画素電極111G上のEL層113と、EL層113上の共通電極115と、を有する。発光素子130Gの発光は、着色層132Gを介して表示装置50Bの外部に緑色の光として取り出される。
The light-emitting
発光素子130Bは、画素電極111Bと、画素電極111B上のEL層113と、EL層113上の共通電極115と、を有する。発光素子130Bの発光は、着色層132Bを介して表示装置50Bの外部に青色の光として取り出される。
The light-emitting
発光素子130R、130G、130Bは、EL層113と、共通電極115と、をそれぞれ共有して有する。各色の副画素に共通のEL層113を設ける構成は、各色の副画素にそれぞれ異なるEL層を設ける構成に比べて、作製工程数の削減が可能である。
Each of the light-emitting
例えば、図31Bに示す発光素子130R、130G、130Bは、白色の光を発する。発光素子130R、130G、130Bが発する白色の光が、着色層132R、132G、132Bを透過することで、所望の色の光を得ることができる。
For example, the light-emitting
白色の光を発する発光素子は、2つ以上の発光層を含むことが好ましい。2つの発光層を用いて白色発光を得る場合、2つの発光層の発光色が補色の関係となるような発光層を選択することができる。例えば、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する構成を得ることができる。また、3つ以上の発光層を用いて白色発光を得る場合、3つ以上の発光層の発光色が合わさることで、発光素子全体として白色発光する構成とすることができる。 A light-emitting element that emits white light preferably includes two or more light-emitting layers. When two light-emitting layers are used to obtain white light emission, light-emitting layers can be selected such that the emission colors of the two light-emitting layers are complementary to each other. For example, by making the emission color of the first light-emitting layer and the emission color of the second light-emitting layer complementary to each other, a configuration can be obtained in which the light-emitting element as a whole emits white light. In addition, when three or more light-emitting layers are used to obtain white light emission, the emission colors of the three or more light-emitting layers can be combined to obtain a configuration in which the light-emitting element as a whole emits white light.
EL層113は、例えば、青色の光を発する発光物質を有する発光層、及び、青色よりも長波長の可視光を発する発光物質を有する発光層を有することが好ましい。EL層113は、例えば、黄色の光を発する発光層、及び、青色の光を発する発光層を有することが好ましい。または、EL層113は、例えば、赤色の光を発する発光層、緑色の光を発する発光層、及び、青色の光を発する発光層を有することが好ましい。
The
白色の光を発する発光素子には、タンデム構造を用いることが好ましい。具体的には、黄色の光を発する発光ユニットと、青色の光を発する発光ユニットとを有する2段タンデム構造、赤色と緑色の光を発する発光ユニットと、青色の光を発する発光ユニットとを有する2段タンデム構造、青色の光を発する発光ユニットと、黄色、黄緑色、または緑色の光を発する発光ユニットと、青色の光を発する発光ユニットとをこの順で有する3段タンデム構造、または、青色の光を発する発光ユニットと、黄色、黄緑色、または緑色の光と、赤色の光とを発する発光ユニットと、青色の光を発する発光ユニットと、をこの順で有する3段タンデム構造などを適用することができる。例えば、発光ユニットの積層数と色の順番として、陽極側から、B、Yの2段構造、Bと発光ユニットXとの2段構造、B、Y、Bの3段構造、B、X、Bの3段構造が挙げられ、発光ユニットXにおける発光層の積層数と色の順番として、陽極側から、R、Yの2層構造、R、Gの2層構造、G、Rの2層構造、G、R、Gの3層構造、または、R、G、Rの3層構造などとすることができる。また、2つの発光層の間に他の層が設けられていてもよい。 For light-emitting elements that emit white light, it is preferable to use a tandem structure. Specifically, a two-stage tandem structure having a light-emitting unit that emits yellow light and a light-emitting unit that emits blue light, a two-stage tandem structure having a light-emitting unit that emits red and green light and a light-emitting unit that emits blue light, a three-stage tandem structure having, in this order, a light-emitting unit that emits blue light, a light-emitting unit that emits yellow, yellow-green or green light, and a light-emitting unit that emits blue light, or a three-stage tandem structure having, in this order, a light-emitting unit that emits blue light, a light-emitting unit that emits yellow, yellow-green or green light, and red light, and a light-emitting unit that emits blue light, etc. can be applied. For example, the number of layers and the order of colors of the light-emitting units can be, from the anode side, a two-layer structure of B and light-emitting unit X, a three-layer structure of B, Y, and B, or a three-layer structure of B, X, and B. The number of layers and the order of colors of the light-emitting layers in light-emitting unit X can be, from the anode side, a two-layer structure of R and Y, a two-layer structure of R and G, a two-layer structure of G and R, a three-layer structure of G, R, and G, or a three-layer structure of R, G, and R. In addition, another layer may be provided between the two light-emitting layers.
なお、マイクロキャビティ構造を適用することで、白色の光を発する構成の発光素子は、赤色、緑色、または青色などの特定の波長の光が強められて発光する場合もある。 In addition, by applying a microcavity structure, a light-emitting element configured to emit white light may emit light of a specific wavelength, such as red, green, or blue, with the light being enhanced.
または、例えば、図31Bに示す発光素子130R、130G、130Bは、青色の光を発する。このとき、EL層113は、青色の光を発する発光層を1層以上有する。青色の光を呈する画素230Bにおいては、発光素子130Bが発する青色の光を取り出すことができる。また、赤色の光を呈する画素230R及び緑色の光を呈する画素230Gにおいては、発光素子130Rまたは発光素子130Gと、基板152との間に、色変換層を設けることで、発光素子130Rまたは発光素子130Gが発する青色の光をより長波長の光に変換し、赤色または緑色の光を取り出すことができる。さらに、発光素子130R上には、色変換層と基板152との間に着色層132Rを設け、発光素子130G上には、色変換層と基板152との間に着色層132Gを設けることが好ましい。発光素子が発する光の一部は、色変換層で変換されずにそのまま透過してしまうことがある。色変換層を透過した光を、着色層を介して取り出すことで、所望の色の光以外を着色層で吸収し、副画素が呈する光の色純度を高めることができる。
Or, for example, the light-emitting
<表示装置の構成例3>
図32に示す表示装置50Cは、ボトムエミッション型の表示装置である点で、表示装置50Bと主に相違する。
<Configuration Example 3 of Display Device>
A
発光素子が発する光は、基板151側に射出される。基板151には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。一方、基板152に用いる材料の透光性は問わない。
Light emitted by the light-emitting element is emitted toward the
基板151とトランジスタとの間には、遮光層117を形成することが好ましい。図32では、基板151上に遮光層117が設けられ、遮光層117上に絶縁層153が設けられ、絶縁層153上にトランジスタ207D、トランジスタ205R(図示しない)、トランジスタ205G、トランジスタ207G、及びトランジスタ207Bなどが設けられている例を示す。また、絶縁層195上に、着色層132R、及び着色層132Gが設けられ、着色層132R、及び着色層132G上に絶縁層195が設けられている。
It is preferable to form a light-
着色層132Rと重なる発光素子130Rは、画素電極111Rと、EL層113と、共通電極115と、を有する。
The light-emitting
着色層132Gと重なる発光素子130Gは、画素電極111Gと、EL層113と、共通電極115と、を有する。
The light-emitting
着色層132Bと重なる発光素子130Bは、画素電極111Bと、EL層113と、共通電極115と、を有する。
The light-emitting
画素電極111R、111G、111Bには、それぞれ、可視光に対する透過性が高い材料を用いる。共通電極115には可視光を反射する材料を用いることが好ましい。ボトムエミッション型の表示装置では、共通電極115に電気抵抗率の低い金属等を用いることができるため、共通電極115の電気抵抗に起因する電圧降下が生じることを抑制でき、高い表示品位を実現できる。
The
本発明の一態様のトランジスタは微細化が可能であり、占有面積を小さくできるため、ボトムエミッション構造の表示装置において、画素の開口率を高めること、または、画素のサイズを小さくすることができる。 The transistor of one embodiment of the present invention can be miniaturized and its occupation area can be reduced, so that in a display device with a bottom emission structure, the pixel aperture ratio can be increased or the pixel size can be reduced.
<表示装置の構成例4>
図33Aに示す表示装置50Dは、受光素子130Sを有する点で、表示装置50Aと主に相違する。
<Configuration Example 4 of Display Device>
A
表示装置50Dは、画素に、発光素子と受光素子を有する。表示装置50Dにおいて、発光素子として有機EL素子を用い、受光素子として有機フォトダイオードを用いることが好ましい。有機EL素子及び有機フォトダイオードは、同一基板上に形成することができる。したがって、有機EL素子を用いた表示装置に有機フォトダイオードを内蔵することができる。
画素に、発光素子及び受光素子を有する表示装置50Dでは、画素が受光機能を有するため、画像を表示しながら、対象物の接触または近接を検出することができる。したがって、表示部162は、画像表示機能に加えて、撮像機能及びセンシング機能の一方または双方を有する。例えば、表示装置50Dが有する副画素全てで画像を表示するだけでなく、一部の副画素は、光源としての光を呈し、他の一部の副画素で光検出を行い、残りの副画素で画像を表示することもできる。
In
したがって、表示装置50Dと別に受光部及び光源を設けなくてもよく、電子機器の部品点数を削減することができる。例えば、電子機器に設けられる生体認証装置、またはスクロールなどを行うための静電容量方式のタッチパネルなどを別途設ける必要がない。したがって、表示装置50Dを用いることで、製造コストが低減された電子機器を提供することができる。
Therefore, there is no need to provide a light receiving unit and a light source separate from the
受光素子をイメージセンサに用いる場合、表示装置50Dは、受光素子を用いて、画像を撮像することができる。例えば、イメージセンサを用いて、指紋、掌紋、虹彩、脈形状(静脈形状、動脈形状を含む)、または顔などを用いた個人認証のための撮像を行うことができる。
When the light receiving element is used as an image sensor, the
受光素子は、タッチセンサ(ダイレクトタッチセンサともいう)または非接触センサ(ホバーセンサ、ホバータッチセンサ、タッチレスセンサともいう)などに用いることができる。タッチセンサは、表示装置と、対象物(指、手、またはペンなど)とが、直接接することで、対象物を検出できる。また、非接触センサは、対象物が表示装置に接触しなくても、当該対象物を検出することができる。 The light receiving element can be used as a touch sensor (also called a direct touch sensor) or a non-contact sensor (also called a hover sensor, hover touch sensor, or touchless sensor). A touch sensor can detect an object (such as a finger, hand, or pen) when the display device and the object are in direct contact with each other. A non-contact sensor can detect an object even if the object does not come into contact with the display device.
受光素子130Sは、絶縁層235上の画素電極111Sと、画素電極111S上の機能層113Sと、機能層113S上の共通電極115と、を有する。機能層113Sには、表示装置50Dの外部から光Linが入射する。
The light receiving element 130S has a pixel electrode 111S on an insulating
画素電極111Sは、絶縁層106、絶縁層195、及び絶縁層235に設けられた開口部において、トランジスタ205Sが有する層108の領域108Dbと接し、領域108Dbと電気的に接続されている。
The pixel electrode 111S contacts the region 108Db of the
画素電極111Sの端部は、絶縁層237によって覆われている。
The ends of the pixel electrode 111S are covered by an insulating
共通電極115は、受光素子130S、発光素子130R(図示しない)、発光素子130G、及び、発光素子130Bに共通して設けられる一続きの膜である。発光素子と受光素子とが共通して有する共通電極115は、接続部140に設けられた導電層123と電気的に接続される。
The
機能層113Sは、少なくとも活性層(光電変換層ともいう)を有する。活性層は、半導体を含む。当該半導体として、シリコンなどの無機半導体、及び、有機化合物を含む有機半導体が挙げられる。本実施の形態では、活性層が有する半導体として、有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光層と、活性層と、を同じ方法(例えば、真空蒸着法)で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
The
機能層113Sは、活性層以外の層として、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、またはバイポーラ性の物質等を含む層をさらに有していてもよい。また、上記に限られず、正孔注入性の高い物質、正孔ブロック材料、電子注入性の高い物質、または電子ブロック材料などを含む層をさらに有していてもよい。機能層113Sには、例えば、上述の発光素子に用いることができる材料を用いることができる。
The
受光素子には低分子化合物及び高分子化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。受光素子を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。 The light receiving element can be made of either a low molecular weight compound or a high molecular weight compound, and may contain an inorganic compound. The layers that make up the light receiving element can be formed by a deposition method (including vacuum deposition), a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, etc.
図33B及び図33Cに示す表示装置50Dは、基板151と基板152との間に、受光素子を有する層353、回路層355、及び、発光素子を有する層357を有する。
The
層353は、例えば、受光素子130Sを有する。層357は、例えば、発光素子130R、130G、130Bを有する。
回路層355は、受光素子を駆動する回路、及び、発光素子を駆動する回路を有する。回路層355は、例えば、トランジスタ205R、トランジスタ205G、及びトランジスタ205Bを有する。その他、回路層355には、スイッチ、容量、抵抗、配線、及び端子などのうち一つまたは複数を設けることができる。
図33Bは、受光素子130Sをタッチセンサに用いる例である。図33Bに示すように、層357において発光素子が発した光を、表示装置50Dに接触した指352が反射することで、層353における受光素子がその反射光を検出する。これにより、表示装置50Dに指352が接触したことを検出することができる。
Figure 33B shows an example in which light receiving element 130S is used as a touch sensor. As shown in Figure 33B, light emitted by a light emitting element in
図33Cは、受光素子130Sを非接触センサに用いる例である。図33Cに示すように、層357において発光素子が発した光を、表示装置50Dに近接している(つまり、接触していない)指352が反射することで、層353における受光素子がその反射光を検出する。
Figure 33C shows an example in which the light receiving element 130S is used as a non-contact sensor. As shown in Figure 33C, light emitted by a light emitting element in
<表示装置の構成例5>
図34Aに示す表示装置50Eは、MML(メタルマスクレス)構造が適用された表示装置の一例である。つまり、表示装置50Eは、ファインメタルマスクを用いずに作製された発光素子を有する。なお、基板151から絶縁層235までの積層構造、及び保護層131から基板152までの積層構造は、表示装置50Aと同様のため、説明を省略する。
<Configuration Example 5 of Display Device>
The
図34Aにおいて、絶縁層235上に、発光素子130R、130G、130Bが設けられている。
In FIG. 34A, light-emitting
発光素子130Rは、絶縁層235上の導電層124Rと、導電層124R上の導電層126Rと、導電層126R上の層133Rと、層133R上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。図34Aに示す発光素子130Rは、赤色の光(R)を発する。層133Rは、赤色の光を発する発光層を有する。発光素子130Rにおいて、層133R、及び、共通層114をまとめてEL層と呼ぶことができる。また、導電層124R及び導電層126Rのうち一方または双方を画素電極と呼ぶことができる。
The light-emitting
発光素子130Gは、絶縁層235上の導電層124Gと、導電層124G上の導電層126Gと、導電層126G上の層133Gと、層133G上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。図34Aに示す発光素子130Gは、緑色の光(G)を発する。層133Gは、緑色の光を発する発光層を有する。発光素子130Gにおいて、層133G、及び、共通層114をまとめてEL層と呼ぶことができる。また、導電層124G及び導電層126Gのうち一方または双方を画素電極と呼ぶことができる。
The light-emitting
発光素子130Bは、絶縁層235上の導電層124Bと、導電層124B上の導電層126Bと、導電層126B上の層133Bと、層133B上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。図34Aに示す発光素子130Bは、青色の光(B)を発する。層133Bは、青色の光を発する発光層を有する。発光素子130Bにおいて、層133B、及び、共通層114をまとめてEL層と呼ぶことができる。また、導電層124B及び導電層126Bのうち一方または双方を画素電極と呼ぶことができる。
The light-emitting
本明細書等では、発光素子が有するEL層のうち、発光素子ごとに島状に設けられた層を層133B、層133G、または層133Rと示し、複数の発光素子が共有して有する層を共通層114と示す。なお、本明細書等において、共通層114を含めず、層133R、層133G、及び層133Bを指して、島状のEL層、島状に形成されたEL層などと呼ぶ場合もある。
In this specification, among the EL layers of the light-emitting elements, layers provided in an island shape for each light-emitting element are indicated as
層133R、層133G、及び層133Bは、互いに離隔されている。EL層を発光素子ごとに島状に設けることで、隣接する発光素子間のリーク電流を抑制することができる。これにより、クロストークに起因した意図しない発光を防ぐことができ、コントラストの極めて高い表示装置を実現できる。
なお、図34Aでは、層133R、133G、133Bを全て同じ厚さで示すが、これに限られない。層133R、133G、133Bのそれぞれの厚さは異なっていてもよい。
Note that in FIG. 34A, layers 133R, 133G, and 133B are all shown to have the same thickness, but this is not limited to this.
導電層124Rは、絶縁層106、絶縁層195、及び絶縁層235に設けられた開口部において、トランジスタ205Rが有する層108の領域108Dbと接し、領域108Dbと電気的に接続されている。同様に、導電層124Gは、トランジスタ205Gが有する領域108Dbと電気的に接続され、導電層124Bは、トランジスタ205Bが有する領域108Dbと電気的に接続されている。
The
導電層124R、124G、124Bは、絶縁層235に設けられた開口部を覆うように形成される。導電層124R、124G、124Bの凹部には、それぞれ、層128が埋め込まれている。
The
層128は、導電層124R、124G、124Bの凹部を平坦化する機能を有する。導電層124R、124G、124B及び層128上には、導電層124R、124G、124Bと電気的に接続される導電層126R、126G、126Bが設けられている。したがって、導電層124R、124G、124Bの凹部と重なる領域も発光領域として使用でき、画素の開口率を高めることができる。導電層124R及び導電層126Rに反射電極として機能する導電層を用いることが好ましい。
層128は、絶縁層であってもよく、導電層であってもよい。層128には、各種無機絶縁材料、有機絶縁材料、及び導電材料を適宜用いることができる。特に、層128は、絶縁材料を用いて形成されることが好ましく、有機絶縁材料を用いて形成されることが特に好ましい。層128には、例えば前述の絶縁層237に用いることができる有機絶縁材料を適用することができる。
図34Aでは、層128の上面が平坦部を有する例を示すが、層128の形状は、特に限定されない。層128の上面は、凸曲面、凹曲面、及び平面の少なくとも一つを有することができる。
FIG. 34A shows an example in which the top surface of
層128の上面の高さと、導電層124Rの上面の高さとは一致または概略一致していてもよく、互いに異なっていてもよい。例えば、層128の上面の高さは、導電層124Rの上面の高さより低くてもよく、高くてもよい。
The height of the top surface of
導電層126Rの端部は、導電層124Rの端部と揃っていてもよく、導電層124Rの端部の側面を覆っていてもよい。導電層124R及び導電層126Rのそれぞれの端部は、テーパ形状を有することが好ましい。具体的には、導電層124R及び導電層126Rのそれぞれの端部はテーパ角が0度より大きく90度未満のテーパ形状を有することが好ましい。画素電極の端部がテーパ形状を有する場合、画素電極の側面に沿って設けられる層133Rは、傾斜部を有する。画素電極の側面をテーパ形状とすることで、画素電極の側面に沿って設けられるEL層の被覆性を良好にすることができる。
The end of the
導電層124G、126G、及び、導電層124B、126Bについては、導電層124R、126Rと同様であるため詳細な説明は省略する。
The
導電層126Rの上面及び側面は、層133Rによって覆われている。同様に、導電層126Gの上面及び側面は、層133Gによって覆われており、導電層126Bの上面及び側面は、層133Bによって覆われている。したがって、導電層126R、126G、126Bが設けられている領域全体を、発光素子130R、130G、130Bの発光領域として用いることができるため、画素の開口率を高めることができる。
The upper and side surfaces of
層133R、層133G、及び層133Bそれぞれの上面の一部及び側面は、絶縁層125、127によって覆われている。層133R、層133G、層133B、及び、絶縁層125、127上に、共通層114が設けられ、共通層114上に共通電極115が設けられている。共通層114及び共通電極115は、それぞれ、複数の発光素子に共通して設けられるひと続きの膜である。
A portion of the top surface and the side surfaces of
図34Aにおいて、導電層126Rと層133Rとの間には、図31A等に示す絶縁層237が設けられていない。つまり、表示装置50Eには、画素電極に接し、かつ、画素電極の上面端部を覆う絶縁層(隔壁、バンク、スペーサなどともいう)が設けられていない。そのため、隣り合う発光素子の間隔を極めて狭くすることができる。したがって、高精細、または、高解像度の表示装置とすることができる。また、当該絶縁層を形成するためのマスク(例えば、フォトマスク)も不要となり、表示装置の製造コストを削減することができる。
In FIG. 34A, the insulating
前述の通り、層133R、層133G、及び層133Bは、それぞれ、発光層を有する。層133R、層133G、及び層133Bは、それぞれ、発光層と、発光層上のキャリア輸送層(電子輸送層または正孔輸送層)と、を有することが好ましい。または、層133R、層133G、及び層133Bは、それぞれ、発光層と、発光層上のキャリアブロック層(正孔ブロック層または電子ブロック層)と、を有することが好ましい。または、層133R、層133G、及び層133Bは、それぞれ、発光層と、発光層上のキャリアブロック層と、キャリアブロック層上のキャリア輸送層と、を有することが好ましい。層133R、層133G、及び層133Bの表面は、表示装置の作製工程中に露出するため、キャリア輸送層及びキャリアブロック層の一方または双方を発光層上に設けることで、発光層が最表面に露出することを抑制し、発光層が受けるダメージを低減することができる。これにより、発光素子の信頼性を高めることができる。
As described above, each of the
共通層114は、例えば電子注入層、または正孔注入層を有する。または、共通層114は、電子輸送層と電子注入層とを積層して有していてもよく、正孔輸送層と正孔注入層とを積層して有していてもよい。共通層114は、発光素子130R、130G、130Bで共有されている。
The
層133R、層133G、及び層133Bのそれぞれの側面は、絶縁層125によって覆われている。絶縁層127は、絶縁層125を介して、層133R、層133G、及び層133Bのそれぞれの側面を覆っている。
The sides of
層133R、層133G、及び層133Bの側面(さらには、上面の一部)が、絶縁層125及び絶縁層127の少なくとも一方によって覆われていることで、共通層114(または共通電極115)が、画素電極、及び、層133R、133G、133Bの側面と接することを抑制し、発光素子のショートを抑制することができる。これにより、発光素子の信頼性を高めることができる。
The side surfaces (and even parts of the top surfaces) of
絶縁層125は、層133R、層133G、及び層133Bのそれぞれの側面と接することが好ましい。絶縁層125が層133R、層133G、及び層133Bと接する構成とすることで、層133R、層133G、及び層133Bの膜剥がれを防止でき、発光素子の信頼性を高めることができる。
It is preferable that the insulating
絶縁層127は、絶縁層125の凹部を充填するように、絶縁層125上に設けられる。絶縁層127は、絶縁層125の側面の少なくとも一部を覆うことが好ましい。
The insulating
絶縁層125及び絶縁層127を設けることで、隣り合う島状の層の間を埋めることができるため、島状の層上に設ける層(例えばキャリア注入層、及び共通電極など)の被形成面の高低差の大きな凹凸を低減し、より平坦にすることができる。したがって、キャリア注入層及び共通電極などの被覆性を高めることができる。
By providing insulating
共通層114及び共通電極115は、層133R、層133G、層133B、絶縁層125、及び絶縁層127上に設けられる。絶縁層125及び絶縁層127を設ける前の段階では、画素電極及び島状のEL層が設けられる領域と、画素電極及び島状のEL層が設けられない領域(発光素子間の領域)と、に起因する段差が生じている。本発明の一態様の表示装置は、絶縁層125及び絶縁層127を有することで当該段差を平坦化させることができ、共通層114及び共通電極115の被覆性を向上させることができる。したがって、段切れによる接続不良を抑制することができる。また、段差によって共通電極115が局所的に薄膜化して電気抵抗が上昇することを抑制することができる。
The
絶縁層127の上面はより平坦性の高い形状を有することが好ましい。絶縁層127の上面は、平面、凸曲面、及び、凹曲面のうち、少なくとも一つを有していてもよい。例えば、絶縁層127の上面は、曲率半径の大きい凸曲面形状を有することが好ましい。
It is preferable that the upper surface of the insulating
絶縁層125には無機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜に用いることができる材料として、例えば、酸化物、窒化物、酸化窒化物、及び窒化酸化物が挙げられる。これらの無機絶縁膜の具体例は、前述の通りである。絶縁層125は単層構造であってもよく積層構造であってもよい。例えば、絶縁層125は、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、及び酸化シリコンの一以上を好適に用いることができる。特にALD法により形成した酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、または酸化シリコン膜等を絶縁層125に適用することで、ピンホールが少なく、EL層を保護する機能に優れた絶縁層125を形成することができる。
An inorganic insulating film can be used for the insulating
絶縁層125の形成は、スパッタリング法、CVD法(例えば、PECVD法)、PLD法またはALD法を用いることができる。ALD法を用いることにより、絶縁層125の被覆性を高めることができる。また、PECVD法を用いることにより、生産性を高めることができる。
The insulating
絶縁層125は、水及び酸素の少なくとも一方に対するバリア絶縁層としての機能を有することが好ましい。絶縁層125は、水及び酸素の少なくとも一方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁層125は、水及び酸素の少なくとも一方を捕獲、または固着する(ゲッタリングともいう)機能を有することが好ましい。
The insulating
絶縁層125が、バリア絶縁層としての機能を有することで、外部から各発光素子に拡散しうる不純物(代表的には、水及び酸素の少なくとも一方)の侵入を抑制することが可能な構成となる。当該構成とすることで、信頼性の高い発光素子、さらには、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
The insulating
絶縁層125は、不純物濃度が低いことが好ましい。これにより、絶縁層125からEL層に不純物が混入し、EL層が劣化することを抑制することができる。また、絶縁層125において、不純物濃度を低くすることで、水及び酸素の少なくとも一方に対するバリア性を高めることができる。例えば、絶縁層125は、水素濃度及び炭素濃度の一方、好ましくは双方が十分に低いことが望ましい。
The insulating
絶縁層125上に設けられる絶縁層127は、隣接する発光素子間に形成された絶縁層125の高低差の大きな凹凸を平坦化する機能を有する。換言すると、絶縁層127を有することで共通電極115を形成する面の平坦性を向上させる効果を奏する。
The insulating
絶縁層127として、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。有機材料として、感光性の樹脂を用いることが好ましく、例えば、アクリル樹脂を含む感光性の樹脂組成物を用いることが好ましい。なお、本明細書などにおいて、アクリル樹脂とは、ポリメタクリル酸エステル、またはメタクリル樹脂だけを指すものではなく、広義のアクリル系ポリマー全体を指す場合がある。
As the insulating
絶縁層127として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等を用いてもよい。また、絶縁層127として、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、またはアルコール可溶性のポリアミド樹脂等の有機材料を用いてもよい。また、感光性の樹脂としてフォトレジストを用いてもよい。感光性の樹脂として、ポジ型の材料及びネガ型の材料のどちらを用いてもよい。
The insulating
絶縁層127には可視光を吸収する材料を用いてもよい。絶縁層127が発光素子からの発光を吸収することで、発光素子から絶縁層127を介して隣接する発光素子に光が漏れること(迷光)を抑制することができる。これにより、表示装置の表示品位を高めることができる。また、表示装置に偏光板を用いなくても、表示品位を高めることができるため、表示装置の軽量化及び薄型化を図ることができる。
The insulating
可視光を吸収する材料として、黒色などの顔料を含む材料、染料を含む材料、光吸収性を有する樹脂材料(例えばポリイミドなど)、及び、カラーフィルタに用いることのできる樹脂材料(カラーフィルタ材料)が挙げられる。特に、2色、または3色以上のカラーフィルタ材料を積層または混合した樹脂材料を用いると、可視光の遮蔽効果を高めることができるため好ましい。特に3色以上のカラーフィルタ材料を混合させることで、黒色または黒色近傍の樹脂層とすることが可能となる。 Materials that absorb visible light include materials containing pigments such as black, materials containing dyes, resin materials with light absorbing properties (such as polyimide), and resin materials that can be used in color filters (color filter materials). In particular, it is preferable to use a resin material in which two or more colors of color filter materials are laminated or mixed, as this can enhance the visible light blocking effect. In particular, by mixing three or more colors of color filter materials, it is possible to create a resin layer that is black or close to black.
<表示装置の構成例6>
図34Bに、表示装置50Fの表示部162の断面の一例を示す。表示装置50Fは、各色の副画素に、着色層(カラーフィルタなど)が設けられる点で、表示装置50Eと主に異なる。図34Bに示す構成は、図34Aに示す、FPC172を含む領域、回路部164、表示部162の基板151から絶縁層235までの積層構造、接続部140、及び、端部の構成と、組み合わせることができる。
<Configuration Example 6 of Display Device>
Fig. 34B shows an example of a cross section of the
図34Bに示す表示装置50Fは、発光素子130R、130G、130B、赤色の光を透過する着色層132R、緑色の光を透過する着色層132G、及び、青色の光を透過する着色層132B等を有する。
The display device 50F shown in FIG. 34B has
発光素子130Rの発光は、着色層132Rを介して表示装置50Fの外部に赤色の光として取り出される。同様に、発光素子130Gの発光は、着色層132Gを介して表示装置50Fの外部に緑色の光として取り出される。発光素子130Bの発光は、着色層132Bを介して表示装置50Fの外部に青色の光として取り出される。
The light emitted by the light-emitting
発光素子130R、130G、130Bは、それぞれ、層133を有する。これら3つの層133は、同じ材料を用いて、同じ工程で形成される。また、これら3つの層133は、互いに離隔されている。EL層を発光素子ごとに島状に設けることで、隣接する発光素子間のリーク電流を抑制することができる。これにより、クロストークに起因した意図しない発光を防ぐことができ、コントラストの極めて高い表示装置を実現できる。
Each of the light-emitting
例えば、図34Bに示す発光素子130R、130G、130Bは、白色の光を発する。発光素子130R、130G、130Bが発する白色の光が、着色層132R、132G、132Bを透過することで、所望の色の光を得ることができる。
For example, the
または、例えば、図34Bに示す発光素子130R、130G、130Bは、青色の光を発する。このとき、層133は、青色の光を発する発光層を1層以上有する。青色の光を呈する画素230Bにおいては、発光素子130Bが発する青色の光を取り出すことができる。また、赤色の光を呈する画素230R及び緑色の光を呈する画素230Gにおいては、発光素子130Rまたは発光素子130Gと、基板152との間に、色変換層を設けることで、発光素子130Rまたは発光素子130Gが発する青色の光をより長波長の光に変換し、赤色または緑色の光を取り出すことができる。さらに、発光素子130R上には、色変換層と基板152との間に着色層132Rを設け、発光素子130G上には、色変換層と基板152との間に着色層132Gを設けることが好ましい。色変換層を透過した光を、着色層を介して取り出すことで、所望の色の光以外を着色層で吸収し、副画素が呈する光の色純度を高めることができる。
Or, for example, the light-emitting
<表示装置の構成例7>
図35に示す表示装置50Gは、ボトムエミッション型の表示装置である点で、表示装置50Fと主に相違する。
<Display Device Configuration Example 7>
A
発光素子が発する光は、基板151側に射出される。基板151には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。一方、基板152に用いる材料の透光性は問わない。
Light emitted by the light-emitting element is emitted toward the
基板151とトランジスタとの間には、遮光層117を形成することが好ましい。図35では、基板151上に遮光層117が設けられ、遮光層117上に絶縁層153が設けられ、絶縁層153上にトランジスタ207D、トランジスタ205R(図示しない)、トランジスタ205G、及びトランジスタ205Bなどが設けられている例を示す。また、絶縁層195上に、着色層132R、着色層132G、及び着色層132Bが設けられ、着色層132R、着色層132G、及び着色層132B上に絶縁層235が設けられている。
It is preferable to form a light-
着色層132Rと重なる発光素子130Rは、導電層124Rと、導電層126Rと、層133と、共通層114と、共通電極115と、を有する。
The light-emitting
着色層132Gと重なる発光素子130Gは、導電層124Gと、導電層126Gと、層133と、共通層114と、共通電極115と、を有する。
The light-emitting
着色層132Bと重なる発光素子130Bは、導電層124Bと、導電層126Bと、層133と、共通層114と、共通電極115と、を有する。
The light-emitting
導電層124R、124G、124B、126R、126G、126Bには、それぞれ、可視光に対する透過性が高い材料を用いる。共通電極115には可視光を反射する材料を用いることが好ましい。ボトムエミッション型の表示装置では、共通電極115に電気抵抗率の低い金属等を用いることができるため、共通電極115の電気抵抗に起因する電圧降下が生じることを抑制でき、高い表示品位を実現できる。
The
本発明の一態様のトランジスタは微細化が可能であり、占有面積を小さくできるため、ボトムエミッション構造の表示装置において、画素の開口率を高めること、または、画素のサイズを小さくすることができる。 The transistor of one embodiment of the present invention can be miniaturized and its occupation area can be reduced, so that in a display device with a bottom emission structure, the pixel aperture ratio can be increased or the pixel size can be reduced.
<表示装置の構成例8>
図36に示す表示装置50Hは、VAモードの液晶表示装置である。
<Configuration Example 8 of Display Device>
A
基板151と基板152とは、接着層144によって貼り合わされている。また、基板151、基板152、及び接着層144に囲まれた領域に、液晶262が封止されている。基板152の外側の面には偏光板260aが位置し、基板151の外側の面には、偏光板260bが位置している。また、図示しないが、偏光板260aよりも外側、または偏光板260bよりも外側に、バックライトを設けることができる。
基板151には、トランジスタ207D、205R、205G、接続部197、スペーサ224などが設けられている。トランジスタ207Dは、回路部164に設けられるトランジスタであり、トランジスタ205R、205Gは、表示部162に設けられるトランジスタである。回路部164及び表示部162が有するトランジスタとして、トランジスタ100乃至トランジスタ100H、及びトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を用いることができる。
基板152には、着色層132R、132G、遮光層117、絶縁層225、導電層263などが設けられている。導電層263は、液晶素子60の共通電極として機能する。
The
前述の通り、本実施の形態では、トランジスタ207D、205R、205Gに、OSトランジスタを用いる例を示す。トランジスタ207D、205R、205Gには、本発明の一態様のトランジスタを用いることができる。つまり、表示装置50Hは、表示部162及び回路部164の双方に、本発明の一態様のトランジスタを有する。表示部162に本発明の一態様のトランジスタを用いることで、画素サイズを縮小でき、高精細化を図ることができる。また、回路部164に本発明の一態様のトランジスタを用いることで、回路部164の占有面積を小さくでき、狭額縁化を図ることができる。本発明の一態様のトランジスタについては、先の実施の形態の記載を参照できる。
As described above, in this embodiment, an example in which OS transistors are used as the
表示部162に、前述のトランジスタ100乃至トランジスタ100Hの一種または複数種を好適に用いることができる。回路部164に、前述のトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を好適に用いることができる。図36は、トランジスタ205R及びトランジスタ205Gにトランジスタ100を適用し、トランジスタ207Dにトランジスタ200を適用した構成例を示している。トランジスタ205R、205Gが有する領域108Dbは、液晶素子60の画素電極として機能する。表示部162にトランジスタ100を用いることにより、トランジスタに起因する凹凸が小さくなり、液晶262の配向状態を均一にすることができる。また、表示部162と比較して、回路部164ではトランジスタと当該トランジスタと電気的に接続される素子(例えば、トランジスタ及び容量素子)または配線との距離が長くなる場合がある。したがって、回路部164にトランジスタ200を用いることにより、高速に動作する表示装置とすることができる。なお、表示部162にトランジスタ200乃至トランジスタ200Hの一種または複数種を用い、回路部164にトランジスタ100乃至トランジスタ100Hの一種または複数種を用いることもできる。
The
表示部162が有する副画素は、トランジスタと、液晶素子60と、着色層と、を有する。例えば、赤色の光を呈する副画素は、トランジスタ205Rと、液晶素子60と、赤色の光を透過する着色層132Rと、を有する。また、緑色の光を呈する副画素は、トランジスタ205Gと、液晶素子60と、緑色の光を透過する着色層132Gと、を有する。図示しないが、青色の光を呈する副画素は、同様に、トランジスタと、液晶素子60と、青色の光を透過する着色層と、を有する。
The subpixels of the
液晶素子60は、領域108Dbと、導電層263と、これらの間に挟持される液晶262とを有する。
The
基板151上には、導電層112と同一面上に位置する導電層264が設けられている。導電層264は、絶縁層110を介して領域108Dbと重なる部分を有する。領域108Dbと導電層264と、これらの間の絶縁層110により、保持容量が形成されている。なお、領域108Dbと導電層264との間には絶縁層が一以上あることが好ましく、絶縁層110のうちいずれか一または二がエッチングにより除去されていてもよい。
A
基板152側において、着色層132R、132G、遮光層117を覆って絶縁層225が設けられている。絶縁層225は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層225により、導電層263の表面を概略平坦にできるため、液晶262の配向状態を均一にできる。
On the
なお、導電層263、及び絶縁層195等において、液晶262と接する面には、液晶262の配向を制御するための配向膜が設けられていてもよい(図38における配向膜265を参照)。
In addition, an orientation film for controlling the orientation of the
領域108Db及び導電層263は可視光を透過する。つまり、透過型の液晶装置とすることができる。例えばバックライトを基板152側に配置した場合、偏光板260aにより偏光されたバックライトからの光は、基板152、導電層263、液晶262、領域108Db、及び基板151を透過し偏光板260bに達する。このとき、領域108Db及び導電層263の間に与える電圧によって液晶262の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板260bを介して射出される光の強度を制御することができる。また入射される光は着色層によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は例えば赤色を呈する光となる。
The region 108Db and the
ここで、偏光板260bとして直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板として、例えば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。偏光板260bに円偏光板を用いることで、外光反射を抑制することができる。
Here, a linear polarizing plate may be used as
なお、偏光板260bとして円偏光板を用いた場合、偏光板260aにも円偏光板を用いてもよいし、通常の直線偏光板を用いることもできる。偏光板260a、偏光板260bに適用する偏光板の種類に応じて、液晶素子60に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストを実現することができる。
When a circular polarizer is used as
導電層263は、接続部140において、基板151側に設けられた導電層166bと接続体223により電気的に接続されている。導電層166bは、絶縁層110に設けられた開口部において、導電層165bと接続されている。これにより、基板151側に配置されるFPCまたはICから導電層263に電位または信号を供給することができる。図36に示す構成では、導電層165bは、導電層112及び導電層212aと同じ材料を用いて、同じ工程で形成される例を示し、導電層166bは、導電層212bと同じ材料を用いて、同じ工程で形成される例を示す。
The
接続体223として、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子として、樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルまたは金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。またニッケルをさらに金で被覆するなど、2種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また接続体223として弾性変形、または塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子は図36に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで接続体223と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗が低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制できる。接続体223は接着層144に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着層144に接続体223を分散させることが好ましい。
As the
基板151の端部に近い領域には、接続部197が設けられている。接続部197では、導電層166aが接続層242を介してFPC172と電気的に接続されている。導電層166aは、絶縁層110に設けられた開口部を介して、導電層165aと接続されている。図36に示す構成では、導電層165aは、導電層212aと同じ材料を用いて、同じ工程で形成される例を示し、導電層166aは、導電層212bと同じ材料を用いて、同じ工程で形成される例を示す。
A
<表示装置の構成例9>
図37に示す表示装置50Iは、FFSモードの液晶表示装置である。表示装置50Iは、主に、液晶素子60の構成が表示装置50Hとは異なる。
<Configuration Example 9 of Display Device>
37 is a liquid crystal display device in the FFS mode. The display device 50I differs from the
トランジスタ205Rの層108が有する領域108Dbは、トランジスタのソース電極及びドレイン電極の他方として機能するとともに、液晶素子60の画素電極として機能する。トランジスタ上に絶縁層195が設けられ、絶縁層195上に、液晶素子60の共通電極として機能する導電層263が設けられる。また、導電層263上に、絶縁層261が設けられている。
A region 108Db of the
導電層263は、平面視において櫛歯状の形状、またはスリットが設けられた形状を有する。また、導電層263は領域108Dbと重ねて配置されている。また着色層と重なる領域において、領域108Db上に導電層263が配置されていない部分を有する。
The
領域108Dbと導電層263とが絶縁層106及び絶縁層195を介して積層されることで、容量が形成される。そのため容量素子を別途形成する必要がなく、画素の開口率を高めることができる。
A capacitance is formed by stacking region 108Db and
なお、液晶素子60において、領域108Dbと導電層263との双方を、櫛歯状の上面形状としてもよい。一方で、表示装置50Iに示すように、液晶素子60において、領域108Dbと導電層263のうち、一方のみを櫛歯状の上面形状とすることで、領域108Dbと導電層263とが部分的に重なる構成となる。これにより、領域108Dbと導電層263との間の容量を保持容量として用いることができ、容量素子を別途設ける必要がなく、表示装置の開口率を高めることができる。
In the
なお、図38に示すように、導電層263及び絶縁層225の液晶262側の面に、配向膜265を設けることができる。
As shown in FIG. 38, an
<表示装置の作製方法例>
以下では、MML(メタルマスクレス)構造が適用された表示装置の作製方法について図39を用いて説明する。ここでは、ファインメタルマスクを用いずに発光素子を作製する工程について詳述する。図39には、各工程における、表示部162が有する3つの発光素子と接続部140との断面図を示す。
<Example of a method for manufacturing a display device>
A method for manufacturing a display device to which the MML (metal maskless) structure is applied will be described below with reference to Fig. 39. Here, a process for manufacturing a light-emitting element without using a fine metal mask will be described in detail. Fig. 39 shows cross-sectional views of three light-emitting elements and a
発光素子の作製には、蒸着法などの真空プロセス、及び、スピンコート法、インクジェット法などの溶液プロセスを用いることができる。蒸着法として、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンビーム蒸着法、分子線蒸着法、真空蒸着法などの物理蒸着法(PVD法)、及び、化学蒸着法(CVD法)等が挙げられる。特にEL層に含まれる機能層(正孔注入層、正孔輸送層、正孔ブロック層、発光層、電子ブロック層、電子輸送層、電子注入層、電荷発生層など)については、蒸着法(真空蒸着法等)、塗布法(ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等)、印刷法(インクジェット法、スクリーン(孔版印刷)法、オフセット(平版印刷)法、フレキソ(凸版印刷)法、グラビア法、または、マイクロコンタクト法等)などの方法により形成することができる。 Light-emitting elements can be fabricated using vacuum processes such as deposition, and solution processes such as spin coating and inkjet printing. Examples of deposition methods include physical deposition (PVD) methods such as sputtering, ion plating, ion beam deposition, molecular beam deposition, and vacuum deposition, and chemical deposition (CVD). In particular, the functional layers included in the EL layer (hole injection layer, hole transport layer, hole blocking layer, light-emitting layer, electron blocking layer, electron transport layer, electron injection layer, charge generation layer, etc.) can be formed by deposition (vacuum deposition, etc.), coating methods (dip coating, die coating, bar coating, spin coating, spray coating, etc.), printing methods (inkjet, screen (screen printing), offset (lithographic printing), flexo (letterpress), gravure, microcontact, etc.), etc.
以下で説明する表示装置の作製方法で作製される島状の層(発光層を含む層)は、ファインメタルマスクを用いて形成されるのではなく、発光層を一面に成膜した後、フォトリソグラフィ法を用いて加工することで形成される。したがって、これまで実現が困難であった高精細な表示装置または高開口率の表示装置を実現することができる。さらに、発光層を各色で作り分けることができるため、極めて鮮やかでコントラストが高く、表示品位の高い表示装置を実現できる。また、発光層上に犠牲層を設けることで、表示装置の作製工程中に発光層が受けるダメージを低減し、発光素子の信頼性を高めることができる。 The island-like layer (layer including the light-emitting layer) produced by the method for producing a display device described below is not formed using a fine metal mask, but is formed by depositing the light-emitting layer over one surface and then processing it using photolithography. This makes it possible to realize a high-definition display device or a display device with a high aperture ratio, which has been difficult to achieve until now. Furthermore, since the light-emitting layers can be produced separately for each color, it is possible to realize a display device that is extremely vivid, has high contrast, and has high display quality. Furthermore, by providing a sacrificial layer on the light-emitting layer, damage to the light-emitting layer during the production process of the display device can be reduced, and the reliability of the light-emitting element can be increased.
例えば、表示装置が、青色の光を発する発光素子、緑色の光を発する発光素子、及び赤色の光を発する発光素子の3種類で構成される場合、発光層の成膜、及び、フォトリソグラフィによる加工を3回繰り返すことで、3種類の島状の発光層を形成することができる。 For example, if a display device is composed of three types of light-emitting elements, one that emits blue light, one that emits green light, and one that emits red light, three types of island-shaped light-emitting layers can be formed by repeating the deposition of the light-emitting layer and processing by photolithography three times.
まず、トランジスタ205R、205G、205B等(図示しない)が設けられた基板151上に、画素電極111R、111G、111B、及び導電層123を形成する。(図39A)。
First,
画素電極となる導電膜の形成には、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法を用いることができる。当該導電膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成した後、当該導電膜を加工することにより、画素電極111R、111G、111B、及び導電層123を形成することができる。当該導電膜の加工には、ウェットエッチング法及びドライエッチング法の一方または双方を用いることができる。
The conductive film that becomes the pixel electrodes can be formed by, for example, sputtering or vacuum deposition. After forming a resist mask on the conductive film by a photolithography process, the conductive film can be processed to form
続いて、後に層133Bとなる膜133Bfを、画素電極111R、111G、111B上に形成する(図39A)。膜133Bf(後の層133B)は、青色の光を発する発光層を含む。
Next, a film 133Bf, which will later become
なお、本実施の形態では、まず、青色の光を発する発光素子が有する島状のEL層を形成した後、他の色の光を発する発光素子が有する島状のEL層を形成する例を示す。 In this embodiment, an example is shown in which an island-shaped EL layer of a light-emitting element that emits blue light is first formed, and then an island-shaped EL layer of a light-emitting element that emits light of another color is formed.
島状のEL層を形成する工程において、形成順が2番目以降の色の発光素子における画素電極は、先の工程によりダメージを受けることがある。これにより、2番目以降に形成した色の発光素子の駆動電圧は高くなることがある。 In the process of forming the island-shaped EL layer, the pixel electrodes of the light-emitting elements of the colors formed second or later may be damaged by the previous process. This may result in the driving voltage of the light-emitting elements of the colors formed second or later being higher.
そこで、本発明の一態様の表示装置を作製する際には、最も短波長の光を発する発光素子(例えば、青色の発光素子)の島状のEL層から作製することが好ましい。例えば、島状のEL層の作製順を、青色、緑色、赤色の順、または、青色、赤色、緑色の順にすることが好ましい。 Therefore, when manufacturing a display device according to one embodiment of the present invention, it is preferable to start with an island-shaped EL layer of a light-emitting element that emits light with the shortest wavelength (e.g., a blue light-emitting element). For example, it is preferable to manufacture the island-shaped EL layers in the order of blue, green, and red, or blue, red, and green.
これにより、青色の発光素子において画素電極とEL層の界面の状態を良好に保ち、青色の発光素子の駆動電圧が高くなることを抑制できる。また、青色の発光素子の寿命を長くし、信頼性を高めることができる。なお、赤色及び緑色の発光素子は、青色の発光素子に比べて、駆動電圧の上昇等の影響が小さいため、表示装置全体として、駆動電圧を低くでき、信頼性を高くすることができる。 As a result, the state of the interface between the pixel electrode and the EL layer in the blue light-emitting element can be kept good, and the drive voltage of the blue light-emitting element can be prevented from increasing. It also extends the life of the blue light-emitting element and improves its reliability. Furthermore, since the red and green light-emitting elements are less affected by increases in drive voltage compared to the blue light-emitting element, the drive voltage can be reduced and the reliability can be improved for the entire display device.
なお、島状のEL層の作製順は上記に限定されず、例えば、赤色、緑色、青色の順としてもよい。 The order in which the island-shaped EL layers are fabricated is not limited to the above, and may be, for example, red, green, and blue.
図39Aに示すように、導電層123上には、膜133Bfを形成していない。例えば、エリアマスクを用いることで、膜133Bfを所望の領域にのみ成膜することができる。エリアマスクを用いた成膜工程と、レジストマスクを用いた加工工程と、を採用することで、比較的簡単なプロセスにて発光素子を作製することができる。
As shown in FIG. 39A, film 133Bf is not formed on
膜133Bfに含まれる化合物の耐熱温度は、それぞれ、100℃以上180℃以下であることが好ましく、120℃以上180℃以下が好ましく、140℃以上180℃以下がより好ましい。これにより、発光素子の信頼性を高めることができる。また、表示装置の作製工程においてかけられる温度の上限を高めることができる。したがって、表示装置に用いる材料及び形成方法の選択の幅を広げることができ、歩留まりの向上及び信頼性の向上が可能となる。 The heat resistance temperature of the compounds contained in film 133Bf is preferably 100°C or higher and 180°C or lower, more preferably 120°C or higher and 180°C or lower, and more preferably 140°C or higher and 180°C or lower. This can improve the reliability of the light-emitting element. In addition, the upper limit of the temperature that can be applied in the manufacturing process of the display device can be increased. This can therefore broaden the range of choices for materials and formation methods used in the display device, improving yield and reliability.
耐熱温度として、例えば、ガラス転移点、軟化点、融点、熱分解温度、及び、5%重量減少温度のうちいずれかの温度、好ましくはこれらのうち最も低い温度とすることができる。 The heat resistance temperature can be, for example, any one of the glass transition point, softening point, melting point, thermal decomposition temperature, and 5% weight loss temperature, preferably the lowest temperature among these.
膜133Bfは、例えば、蒸着法、具体的には真空蒸着法により形成することができる。また、膜133Bfは、転写法、印刷法、インクジェット法、または塗布法等の方法で形成してもよい。 The film 133Bf can be formed, for example, by a deposition method, specifically a vacuum deposition method. The film 133Bf may also be formed by a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, or other methods.
続いて、膜133Bf上、及び導電層123上に、犠牲層118Bを形成する(図39A)。犠牲層118Bとなる膜上にフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成した後、当該膜を加工することにより、犠牲層118Bを形成することができる。
Subsequently, a
膜133Bf上に犠牲層118Bを設けることで、表示装置の作製工程中に膜133Bfが受けるダメージを低減し、発光素子の信頼性を高めることができる。
By providing a
犠牲層118Bは、画素電極111R、111G、111Bのそれぞれの端部を覆うように設けることが好ましい。これにより、後の工程で形成される層133Bの端部は、画素電極111Bの端部よりも外側に位置することとなる。画素電極111Bの上面全体を発光領域として用いることが可能となるため、画素の開口率を高くすることができる。また、層133Bの端部は、層133B形成後の工程で、ダメージを受ける可能性があるため、画素電極111Bの端部よりも外側に位置する、つまり、発光領域として用いないことが好ましい。これにより、発光素子の特性のばらつきを抑制することができ、信頼性を高めることができる。
The
層133Bが画素電極111Bの上面及び側面を覆うことにより、層133B形成後の各工程を、画素電極111Bが露出していない状態で行うことができる。画素電極111Bの端部が露出していると、エッチング工程などにおいて腐食が生じる場合がある。画素電極111Bの腐食を抑制することで、発光素子の歩留まり及び特性を向上させることができる。
By covering the top and side surfaces of
犠牲層118Bを、導電層123と重なる位置にも設けることが好ましい。これにより、導電層123が表示装置の作製工程中にダメージを受けることを抑制できる。
It is preferable to provide the
犠牲層118Bには、膜133Bfの加工条件に対する耐性の高い膜、具体的には、膜133Bfとのエッチングの選択比が大きい膜を用いる。
For the
犠牲層118Bは、膜133Bfに含まれる各化合物の耐熱温度よりも低い温度で形成する。犠牲層118Bを形成する際の基板温度は、それぞれ、代表的には、200℃以下、好ましくは150℃以下、より好ましくは120℃以下、より好ましくは100℃以下、さらに好ましくは80℃以下である。
The
膜133Bfに含まれる化合物の耐熱温度が高いと、犠牲層118Bの成膜温度を高くでき好ましい。例えば、犠牲層118Bを形成する際の基板温度を100℃以上、120℃以上、または140℃以上とすることもできる。無機絶縁膜は、成膜温度が高いほど緻密でバリア性の高い膜とすることができる。したがって、このような温度で犠牲層を成膜することで、膜133Bfが受けるダメージをより低減でき、発光素子の信頼性を高めることができる。
If the heat resistance temperature of the compound contained in film 133Bf is high, the deposition temperature of
なお、膜133Bf上に形成する他の各層(例えば絶縁膜125f)の成膜温度についても、上記と同様のことがいえる。
The same can be said about the deposition temperature of each of the other layers (e.g., insulating
犠牲層118Bの形成には、例えば、スパッタリング法、ALD法(熱ALD法、PEALD法を含む)、CVD法、真空蒸着法を用いることができる。また、前述の湿式の成膜方法を用いて形成してもよい。
The
犠牲層118B(犠牲層118Bが積層構造の場合は、膜133Bfに接して設けられる層)は、膜133Bfへのダメージが少ない形成方法を用いて形成されることが好ましい。例えば、スパッタリング法よりも、ALD法または真空蒸着法を用いることが好ましい。
The
犠牲層118Bは、ウェットエッチング法またはドライエッチング法により加工することができる。犠牲層118Bの加工は、異方性エッチングにより行うことが好ましい。
The
ウェットエッチング法を用いることで、ドライエッチング法を用いる場合に比べて、犠牲層118Bの加工時に、膜133Bfに加わるダメージを低減することができる。ウェットエッチング法を用いる場合、例えば、現像液、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液、希フッ酸、シュウ酸、リン酸、酢酸、硝酸、またはこれらの2以上を含む混合溶液等を用いることが好ましい。また、ウェットエッチング法を用いる場合、水、リン酸、希フッ酸、及び硝酸を含む混酸系薬液を用いてもよい。なお、ウェットエッチング処理に用いる薬液は、アルカリ性であってもよく、酸性であってもよい。
By using the wet etching method, damage to the film 133Bf during processing of the
犠牲層118Bとして、例えば、金属膜、合金膜、金属酸化物膜、半導体膜、無機絶縁膜、及び、有機絶縁膜のうち一種または複数種を用いることができる。
The
犠牲層118Bには、例えば、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、チタン、アルミニウム、イットリウム、ジルコニウム、及びタンタル等の金属材料、または該金属材料を含む合金材料を用いることができる。
The
犠牲層118Bには、In−Ga−Zn酸化物、酸化インジウム、In−Zn酸化物、In−Sn酸化物、インジウムチタン酸化物(In−Ti酸化物)、インジウムスズ亜鉛酸化物(In−Sn−Zn酸化物)、インジウムチタン亜鉛酸化物(In−Ti−Zn酸化物)、インジウムガリウムスズ亜鉛酸化物(In−Ga−Sn−Zn酸化物)、シリコンを含むインジウムスズ酸化物等の金属酸化物を用いることができる。
The
なお、上記ガリウムに代えて元素M(Mは、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種)を用いてもよい。 In addition, element M (wherein M is one or more elements selected from aluminum, silicon, boron, yttrium, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium) may be used in place of the above gallium.
例えば、半導体の製造プロセスと親和性の高い材料として、シリコンまたはゲルマニウムなどの半導体材料を用いることができる。または、上記半導体材料の酸化物または窒化物を用いることができる。または、炭素などの非金属材料、またはその化合物を用いることができる。または、チタン、タンタル、タングステン、クロム、アルミニウムなどの金属、またはこれらの一以上を含む合金が挙げられる。または、酸化チタンもしくは酸化クロムなどの上記金属を含む酸化物、または窒化チタン、窒化クロム、もしくは窒化タンタルなどの窒化物を用いることができる。 For example, semiconductor materials such as silicon or germanium can be used as materials that have high compatibility with semiconductor manufacturing processes. Alternatively, oxides or nitrides of the above semiconductor materials can be used. Alternatively, non-metallic materials such as carbon, or compounds thereof can be used. Alternatively, metals such as titanium, tantalum, tungsten, chromium, and aluminum, or alloys containing one or more of these, can be used. Alternatively, oxides containing the above metals, such as titanium oxide or chromium oxide, or nitrides such as titanium nitride, chromium nitride, or tantalum nitride can be used.
犠牲層118Bとして、保護層131に用いることができる無機絶縁膜を用いることができる。特に、酸化物は、窒化物に比べて膜133Bfとの密着性が高く好ましい。例えば、犠牲層118Bには、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、及び酸化シリコンの一以上を好適に用いることができる。犠牲層118Bとして、例えば、ALD法を用いて、酸化アルミニウム膜を形成することができる。ALD法を用いることで、下地(特に膜133Bf)へのダメージを低減できるため好ましい。
As the
例えば、犠牲層118Bとして、ALD法を用いて形成した無機絶縁膜(例えば、酸化アルミニウム膜)と、スパッタリング法を用いて形成した無機膜(例えば、In−Ga−Zn酸化物膜、シリコン膜、またはタングステン膜)と、の積層構造を用いることができる。
For example, the
なお、犠牲層118Bと、後に形成する絶縁層125との双方に、同じ無機絶縁膜を用いることができる。例えば、犠牲層118Bと絶縁層125との双方に、ALD法を用いて形成した酸化アルミニウム膜を用いることができる。ここで、犠牲層118Bと、絶縁層125とで、同じ成膜条件を適用してもよく、互いに異なる成膜条件を適用してもよい。例えば、犠牲層118Bを、絶縁層125と同様の条件で成膜することで、犠牲層118Bを、水及び酸素の少なくとも一方に対するバリア性の高い絶縁層とすることができる。一方で、犠牲層118Bは後の工程で大部分または全部を除去する層であるため、加工が容易であることが好ましい。そのため、犠牲層118Bは、絶縁層125と比べて、成膜時の基板温度が低い条件で成膜することが好ましい。
The same inorganic insulating film can be used for both the
犠牲層118Bに、有機材料を用いてもよい。例えば、有機材料として、少なくとも膜133Bfの最上部に位置する膜に対して化学的に安定な溶媒に溶解しうる材料を用いてもよい。特に、水またはアルコールに溶解する材料を好適に用いることができる。このような材料の成膜の際には、水またはアルコール等の溶媒に溶解させた状態で、湿式の成膜方法で塗布した後に、溶媒を蒸発させるための加熱処理を行うことが好ましい。このとき、減圧雰囲気下での加熱処理を行うことで、低温且つ短時間で溶媒を除去できるため、膜133Bfへの熱的なダメージを低減することができ、好ましい。
An organic material may be used for the
犠牲層118Bには、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、アルコール可溶性のポリアミド樹脂、または、パーフルオロポリマーなどのフッ素樹脂等の樹脂を用いてもよい。
The
例えば、犠牲層118Bとして、蒸着法または上記湿式の成膜方法のいずれかを用いて形成した有機膜(例えば、PVA膜)と、スパッタリング法を用いて形成した無機膜(例えば、窒化シリコン膜)と、の積層構造を用いることができる。
For example, the
なお、本発明の一態様の表示装置には、犠牲膜の一部が犠牲層として残存する場合がある。 In addition, in a display device according to one embodiment of the present invention, a portion of the sacrificial film may remain as a sacrificial layer.
続いて、犠牲層118Bをハードマスクに用いて、膜133Bfを加工して、層133Bを形成する(図39B)。
Then, the film 133Bf is processed using the
これにより、図39Bに示すように、画素電極111B上に、層133B、及び、犠牲層118Bの積層構造が残存する。また、画素電極111R及び画素電極111Gは露出する。また、接続部140に相当する領域では、導電層123上に犠牲層118Bが残存する。
As a result, as shown in FIG. 39B, a laminated structure of
膜133Bfの加工は、異方性エッチングにより行うことが好ましい。特に、異方性のドライエッチングが好ましい。または、ウェットエッチングを用いてもよい。 The film 133Bf is preferably processed by anisotropic etching. In particular, anisotropic dry etching is preferable. Alternatively, wet etching may be used.
その後、膜133Bfの形成工程、犠牲層118Bの形成工程、及び、層133Bの形成工程と同様の工程を、少なくとも発光物質を変えて、2回繰り返すことで、画素電極111R上に、層133R、及び、犠牲層118Rの積層構造を形成し、画素電極111G上に、層133G、及び、犠牲層118Gの積層構造を形成する(図39C)。具体的には、層133Rは、赤色の光を発する発光層を含むように形成し、層133Gは、緑色の光を発する発光層を含むように形成する。犠牲層118R、118Gには、犠牲層118Bに用いることができる材料を適用することができ、いずれも同じ材料を用いてもよく、互いに異なる材料を用いてもよい。
Then, the process of forming film 133Bf, the process of forming
なお、層133B、層133G、層133Rの側面は、それぞれ、被形成面に対して垂直または概略垂直であることが好ましい。例えば、被形成面と、これらの側面との成す角度を、60度以上90度以下とすることが好ましい。
It is preferable that the side surfaces of
上記のように、フォトリソグラフィ法を用いて形成した層133B、層133G、及び層133Rのうち隣接する2つの間の距離は、8μm以下、5μm以下、3μm以下、2μm以下、または、1μm以下にまで狭めることができる。ここで、当該距離とは、例えば、層133B、層133G、及び層133Rのうち、隣接する2つの対向する端部の間の距離で規定することができる。このように、島状のEL層の間の距離を狭めることで、高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を提供することができる。
As described above, the distance between two adjacent layers of
続いて、画素電極、層133B、層133G、層133R、犠牲層118B、犠牲層118G、及び犠牲層118Rを覆うように、後に絶縁層125となる絶縁膜125fを形成し、絶縁膜125f上に絶縁層127を形成する(図39D)。
Then, insulating
絶縁膜125fとして、3nm以上、5nm以上、または、10nm以上、かつ、200nm以下、150nm以下、100nm以下、または、50nm以下の厚さの絶縁膜を形成することが好ましい。
It is preferable to form the insulating
絶縁膜125fは、例えば、ALD法を用いて形成することが好ましい。ALD法を用いることで、成膜ダメージを小さくすることができ、また、被覆性の高い膜を成膜可能なため好ましい。絶縁膜125fとして、例えば、ALD法を用いて、酸化アルミニウム膜を形成することが好ましい。
The insulating
そのほか、絶縁膜125fは、ALD法よりも成膜速度が速いスパッタリング法、CVD法、または、PECVD法を用いて形成してもよい。これにより、信頼性の高い表示装置を生産性高く作製することができる。
In addition, the insulating
絶縁層127となる絶縁膜は、例えば、アクリル樹脂を含む感光性の樹脂組成物を用いて、前述の湿式の成膜方法(例えばスピンコート)で形成することが好ましい。成膜後には、加熱処理(プリベークともいう)を行うことで、当該絶縁膜中に含まれる溶媒を除去することが好ましい。続いて、可視光線または紫外線を当該絶縁膜の一部に照射し、絶縁膜の一部を感光させる。続いて、現像を行って、絶縁膜の露光させた領域を除去する。続いて、加熱処理(ポストベークともいう)を行う。これにより、図39Dに示す絶縁層127を形成できる。なお、絶縁層127の形状は図39Dに示す形状に限定されない。例えば、絶縁層127の上面は、凸曲面、凹曲面、及び平面のうち一つまたは複数を有することができる。また、絶縁層127は、絶縁層125、犠牲層118B、犠牲層118G、及び、犠牲層118Rのうち少なくとも一つの端部の側面を覆っていてもよい。
The insulating film that becomes the
続いて、図39Eに示すように、絶縁層127をマスクとして、エッチング処理を行って、絶縁膜125f、及び、犠牲層118B、118G、118Rの一部を除去する。これにより、犠牲層118B、118G、118Rそれぞれに開口部が形成され、層133B、層133G、層133R、及び導電層123の上面が露出する。なお、絶縁層127及び絶縁層125と重なる位置に犠牲層118B、118G、118Rの一部が残存することがある(犠牲層119B、犠牲層119G及び犠牲層119R参照)。
Next, as shown in FIG. 39E, an etching process is performed using the insulating
エッチング処理は、ドライエッチングまたはウェットエッチングによって行うことができる。なお、絶縁膜125fを、犠牲層118B、118G、118Rと同様の材料を用いて成膜していた場合、エッチング処理を一括で行うことができるため、好ましい。
The etching process can be performed by dry etching or wet etching. If the insulating
上記のように、絶縁層127、絶縁層125、犠牲層118B、犠牲層118G、及び、犠牲層118Rを設けることにより、各発光素子間において、共通層114及び共通電極115に、分断された箇所に起因する接続不良、及び局所的に厚さが薄い箇所に起因する電気抵抗の上昇が発生することを抑制できる。これにより、本発明の一態様の表示装置は、表示品位を向上させることができる。
As described above, by providing insulating
続いて、絶縁層127、層133B、層133G、及び、層133R上に、共通層114、共通電極115をこの順で形成する(図39F)。
Next, the
共通層114は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
The
共通電極115の形成には、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法を用いることができる。または、蒸着法で形成した膜と、スパッタリング法で形成した膜を積層させてもよい。
The
以上のように、本発明の一態様の表示装置の作製方法では、島状の層133B、島状の層133G、及び島状の層133Rは、ファインメタルマスクを用いて形成されるのではなく、膜を一面に成膜し、当該膜を加工することで形成されるため、島状の層を均一の厚さで形成することができる。そして、高精細な表示装置または高開口率の表示装置を実現することができる。また、精細度または開口率が高く、副画素間の距離が極めて短くても、隣接する副画素において、層133B、層133G、及び、層133Rが互いに接することを抑制できる。したがって、副画素間にリーク電流が発生することを抑制することができる。これにより、クロストークに起因した意図しない発光を防ぐことができ、コントラストの極めて高い表示装置を実現できる。
As described above, in the manufacturing method of the display device according to one embodiment of the present invention, the island-shaped
隣り合う島状のEL層の間に、端部にテーパ形状を有する絶縁層127を設けることで、共通電極115の形成時に段切れが生じることを抑制し、また、共通電極115に局所的に厚さが薄い箇所が形成されることを防ぐことができる。これにより、共通層114及び共通電極115において、分断された箇所に起因する接続不良、及び局所的に厚さが薄い箇所に起因する電気抵抗の上昇が発生することを抑制できる。したがって、本発明の一態様の表示装置は、高精細化と高い表示品位の両立が可能となる。
By providing an insulating
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be combined with other embodiments as appropriate.
(実施の形態4)
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40乃至図42を用いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, electronic devices of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態様の表示装置は、高精細化及び高解像度化が容易である。したがって、様々な電子機器の表示部に用いることができる。 The electronic device of this embodiment has a display device of one embodiment of the present invention in a display portion. The display device of one embodiment of the present invention can easily achieve high definition and high resolution. Therefore, it can be used in the display portion of various electronic devices.
本発明の一態様の半導体装置は、電子機器の表示部以外に適用することもできる。例えば、電子機器の制御部等に、本発明の一態様の半導体装置を用いることで、低消費電力化が可能となり好ましい。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to parts other than the display part of an electronic device. For example, by using the semiconductor device of one embodiment of the present invention in a control part of an electronic device, it is possible to reduce power consumption, which is preferable.
電子機器として、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。 Electronic devices include, for example, electronic devices with relatively large screens such as television sets, desktop or notebook computers, computer monitors, digital signage, large game machines such as pachinko machines, as well as digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, personal digital assistants, and audio playback devices.
特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器として、例えば、腕時計型及びブレスレット型の情報端末機(ウェアラブル機器)、並びに、ヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、メガネ型のAR向け機器、及び、MR向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。 In particular, the display device of one embodiment of the present invention can be used favorably in electronic devices having a relatively small display area because it is possible to increase the resolution. Examples of such electronic devices include wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices), as well as wearable devices that can be worn on the head, such as VR devices such as head-mounted displays, glasses-type AR devices, and MR devices.
本発明の一態様の表示装置は、HD(画素数1280×720)、FHD(画素数1920×1080)、WQHD(画素数2560×1440)、WQXGA(画素数2560×1600)、4K(画素数3840×2160)、8K(画素数7680×4320)といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に4K、8K、またはそれ以上の解像度とすることが好ましい。また、本発明の一態様の表示装置における画素密度(精細度)は、100ppi以上が好ましく、300ppi以上が好ましく、500ppi以上がより好ましく、1000ppi以上がより好ましく、2000ppi以上がより好ましく、3000ppi以上がより好ましく、5000ppi以上がより好ましく、7000ppi以上がさらに好ましい。このように高い解像度及び高い精細度の一方または双方を有する表示装置を用いることで、臨場感及び奥行き感などをより高めることが可能となる。また、本発明の一態様の表示装置の画面比率(アスペクト比)については、特に限定はない。例えば、表示装置は、1:1(正方形)、4:3、16:9、16:10など様々な画面比率に対応することができる。 The display device of one embodiment of the present invention preferably has an extremely high resolution such as HD (1280 x 720 pixels), FHD (1920 x 1080 pixels), WQHD (2560 x 1440 pixels), WQXGA (2560 x 1600 pixels), 4K (3840 x 2160 pixels), or 8K (7680 x 4320 pixels). In particular, a resolution of 4K, 8K, or higher is preferable. Furthermore, the pixel density (resolution) of the display device of one embodiment of the present invention is preferably 100 ppi or more, preferably 300 ppi or more, more preferably 500 ppi or more, more preferably 1000 ppi or more, more preferably 2000 ppi or more, more preferably 3000 ppi or more, more preferably 5000 ppi or more, and even more preferably 7000 ppi or more. By using a display device having either or both of high resolution and high definition, it is possible to further enhance the sense of realism and depth. In addition, there is no particular limitation on the screen ratio (aspect ratio) of the display device of one embodiment of the present invention. For example, the display device can support various screen ratios such as 1:1 (square), 4:3, 16:9, and 16:10.
本実施の形態の電子機器は、センサ(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、においまたは赤外線を検知、検出、または測定する機能を含むもの)を有する構成とすることができる。 The electronic device of this embodiment can be configured to have a sensor (including the function of sensing, detecting, or measuring force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substances, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light).
本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。 The electronic device of this embodiment can have various functions. For example, it can have a function to display various information (still images, videos, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, etc., a function to execute various software (programs), a wireless communication function, a function to read out programs or data recorded on a recording medium, etc.
図40A乃至図40Dを用いて、頭部に装着可能なウェアラブル機器の一例を説明する。これらウェアラブル機器は、ARのコンテンツを表示する機能、VRのコンテンツを表示する機能、SRのコンテンツを表示する機能、MRのコンテンツを表示する機能のうち少なくとも一つを有する。電子機器が、AR、VR、SR、及びMRなどの少なくとも一つのコンテンツを表示する機能を有することで、使用者の没入感を高めることが可能となる。 An example of a wearable device that can be worn on the head is described below using Figures 40A to 40D. These wearable devices have at least one of the following functions: a function to display AR content, a function to display VR content, a function to display SR content, and a function to display MR content. By having an electronic device have the function to display at least one of AR, VR, SR, and MR content, it is possible to enhance the user's sense of immersion.
図40Aに示す電子機器700A、及び、図40Bに示す電子機器700Bは、それぞれ、一対の表示パネル751と、一対の筐体721と、通信部(図示しない)と、一対の装着部723と、制御部(図示しない)と、撮像部(図示しない)と、一対の光学部材753と、フレーム757と、一対の鼻パッド758と、を有する。
表示パネル751には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器とすることができる。
A display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the
電子機器700A、及び、電子機器700Bは、それぞれ、光学部材753の表示領域756に、表示パネル751で表示した画像を投影することができる。光学部材753は透光性を有するため、使用者は光学部材753を通して視認される透過像に重ねて、表示領域に表示された画像を見ることができる。したがって、電子機器700A、及び、電子機器700Bは、それぞれ、AR表示が可能な電子機器である。
電子機器700A、及び、電子機器700Bには、撮像部として、前方を撮像するカメラを設けることができる。また、電子機器700A、及び、電子機器700Bは、それぞれ、ジャイロセンサなどの加速度センサを備えることで、使用者の頭部の向きを検知して、その向きに応じた画像を表示領域756に表示することもできる。
通信部は無線通信機を有し、当該無線通信機により映像信号等を供給することができる。なお、無線通信機に代えて、または無線通信機に加えて、映像信号及び電源電位が供給されるケーブルを接続可能なコネクタを備えていてもよい。 The communication unit has a wireless communication device, and can supply video signals and the like via the wireless communication device. Note that instead of or in addition to the wireless communication device, a connector can be provided to which a cable through which a video signal and power supply potential can be connected.
電子機器700A、及び、電子機器700Bには、バッテリ(図示しない)が設けられており、無線及び有線の一方または双方によって充電することができる。
筐体721には、タッチセンサモジュールが設けられていてもよい。タッチセンサモジュールは、筐体721の外側の面がタッチされることを検出する機能を有する。タッチセンサモジュールにより、使用者のタップ操作またはスライド操作などを検出し、様々な処理を実行することができる。例えば、タップ操作によって動画の一時停止または再開などの処理を実行でき、スライド操作により、早送りまたは早戻しの処理を実行できる。また、2つの筐体721のそれぞれにタッチセンサモジュールを設けることで、操作の幅を広げることができる。
The
タッチセンサモジュールとして、様々なタッチセンサを適用することができる。例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式、光学方式等、種々の方式を採用することができる。特に、静電容量方式または光学方式のセンサを、タッチセンサモジュールに適用することが好ましい。 Various types of touch sensors can be used as the touch sensor module. For example, various types can be adopted, such as the capacitance type, resistive film type, infrared type, electromagnetic induction type, surface acoustic wave type, and optical type. In particular, it is preferable to use a capacitance type or optical type sensor in the touch sensor module.
光学方式のタッチセンサを用いる場合には、受光素子として、光電変換素子を用いることができる。光電変換素子の活性層には、無機半導体及び有機半導体の一方または双方を用いることができる。 When using an optical touch sensor, a photoelectric conversion element can be used as the light receiving element. The active layer of the photoelectric conversion element can be made of either or both of an inorganic semiconductor and an organic semiconductor.
図40Cに示す電子機器800A、及び、図40Dに示す電子機器800Bは、それぞれ、一対の表示部820と、筐体821と、通信部822と、一対の装着部823と、制御部824と、一対の撮像部825と、一対のレンズ832と、を有する。なお、図40Dでは表示部820、通信部822及び撮像部825を省略している。
表示部820には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器とすることができる。これにより、使用者に高い没入感を感じさせることができる。
A display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the
表示部820は、筐体821の内部の、レンズ832を通して視認できる位置に設けられる。また、一対の表示部820に異なる画像を表示させることで、視差を用いた3次元表示を行うこともできる。
The
電子機器800A、及び、電子機器800Bは、それぞれ、VR向けの電子機器ということができる。電子機器800Aまたは電子機器800Bを装着した使用者は、レンズ832を通して、表示部820に表示される画像を視認することができる。
The
電子機器800A、及び、電子機器800Bは、それぞれ、レンズ832及び表示部820が、使用者の目の位置に応じて最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ましい。また、レンズ832と表示部820との距離を変えることで、ピントを調整する機構を有していることが好ましい。
装着部823により、使用者は電子機器800Aまたは電子機器800Bを頭部に装着することができる。なお、図40Cなどにおいては、メガネのつる(テンプルともいう)のような形状として例示しているがこれに限定されない。装着部823は、使用者が装着できる形状を有し、例えば、ヘルメット型またはバンド型の形状とすることができる。
The
撮像部825は、外部の情報を取得する機能を有する。撮像部825が取得したデータは、表示部820に出力することができる。撮像部825には、イメージセンサを用いることができる。また、望遠、広角などの複数の画角に対応可能なように複数のカメラを設けてもよい。
The
なお、ここでは撮像部825を有する例を示したが、対象物の距離を測定することのできる測距センサ(以下、検知部とも呼ぶ)を設けることができる。すなわち、撮像部825は、検知部の一態様である。検知部として、例えばイメージセンサ、または、ライダー(LIDAR:Light Detection and Ranging)などの距離画像センサを用いることができる。カメラによって得られた画像と、距離画像センサによって得られた画像とを用いることにより、より多くの情報を取得し、より高精度のジェスチャー操作を可能とすることができる。
Note that although an example having an
電子機器800Aは、骨伝導イヤフォンとして機能する振動機構を有してもよい。例えば、表示部820、筐体821、及び装着部823のいずれか一または複数に、当該振動機構を有する構成を適用することができる。これにより、別途、ヘッドフォン、イヤフォン、またはスピーカなどの音響機器を必要とせず、電子機器800Aを装着しただけで映像と音声を楽しむことができる。
The
電子機器800A、及び、電子機器800Bは、それぞれ、入力端子を有してもよい。入力端子には映像出力機器等からの映像信号、及び、電子機器内に設けられるバッテリを充電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。
Each of
本発明の一態様の電子機器は、イヤフォン750と無線通信を行う機能を有してもよい。イヤフォン750は、通信部(図示しない)を有し、無線通信機能を有する。イヤフォン750は、無線通信機能により、電子機器から情報(例えば音声データ)を受信することができる。例えば、図40Aに示す電子機器700Aは、無線通信機能によって、イヤフォン750に情報を送信する機能を有する。また、例えば、図40Cに示す電子機器800Aは、無線通信機能によって、イヤフォン750に情報を送信する機能を有する。
The electronic device of one embodiment of the present invention may have a function of wireless communication with the
電子機器がイヤフォン部を有してもよい。図40Bに示す電子機器700Bは、イヤフォン部727を有する。例えば、イヤフォン部727と制御部とは、互いに有線接続されている構成とすることができる。イヤフォン部727と制御部とをつなぐ配線の一部は、筐体721または装着部723の内部に配置されていてもよい。
The electronic device may have an earphone unit. The
同様に、図40Dに示す電子機器800Bは、イヤフォン部827を有する。例えば、イヤフォン部827と制御部824とは、互いに有線接続されている構成とすることができる。イヤフォン部827と制御部824とをつなぐ配線の一部は、筐体821または装着部823の内部に配置されていてもよい。また、イヤフォン部827と装着部823とがマグネットを有してもよい。これにより、イヤフォン部827を装着部823に磁力によって固定することができ、収納が容易となり好ましい。
Similarly,
なお、電子機器は、イヤフォンまたはヘッドフォンなどを接続することができる音声出力端子を有してもよい。また、電子機器は、音声入力端子及び音声入力機構の一方または双方を有してもよい。音声入力機構として、例えば、マイクなどの集音装置を用いることができる。電子機器が音声入力機構を有することで、電子機器に、いわゆるヘッドセットとしての機能を付与してもよい。 The electronic device may have an audio output terminal to which earphones or headphones can be connected. The electronic device may also have one or both of an audio input terminal and an audio input mechanism. For example, a sound collection device such as a microphone can be used as the audio input mechanism. By having the audio input mechanism, the electronic device may be endowed with the functionality of a so-called headset.
このように、本発明の一態様の電子機器は、メガネ型(電子機器700A、及び、電子機器700Bなど)と、ゴーグル型(電子機器800A、及び、電子機器800Bなど)と、のどちらも好適である。
As such, electronic devices according to one embodiment of the present invention are suitable for both glasses-type devices (such as
本発明の一態様の電子機器は、有線または無線によって、イヤフォンに情報を送信することができる。 The electronic device of one embodiment of the present invention can transmit information to the earphones via wire or wirelessly.
図41Aに示す電子機器6500は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
The
電子機器6500は、筐体6501、表示部6502、電源ボタン6503、ボタン6504、スピーカ6505、マイク6506、カメラ6507、及び光源6508を有する。表示部6502はタッチパネル機能を備える。
The
表示部6502に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
The display device of one embodiment of the present invention can be applied to the
図41Bは、筐体6501のマイク6506側の端部を含む断面概略図である。
FIG. 41B is a schematic cross-sectional view including the end of the
筐体6501の表示面側には透光性を有する保護部材6510が設けられ、筐体6501と保護部材6510に囲まれた空間内に、表示パネル6511、光学部材6512、タッチセンサパネル6513、プリント基板6517、バッテリ6518等が配置されている。
A translucent
保護部材6510には、表示パネル6511、光学部材6512、及びタッチセンサパネル6513が接着層(図示しない)により固定されている。
The
表示部6502よりも外側の領域において、表示パネル6511の一部が折り返されており、当該折り返された部分にFPC6515が接続されている。FPC6515には、IC6516が実装されている。FPC6515は、プリント基板6517に設けられた端子に接続されている。
A part of the
表示パネル6511には本発明の一態様の表示装置を適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル6511が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ6518を搭載することもできる。また、表示パネル6511の一部を折り返して、画素部の裏側にFPC6515との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
The display device of one embodiment of the present invention can be applied to the
図41Cにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。
Figure 41C shows an example of a television device. In the television device 7100, a
表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
A display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the
図41Cに示すテレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチ、及び、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることでテレビジョン装置7100を操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有してもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される映像を操作することができる。
The television device 7100 shown in FIG. 41C can be operated using operation switches provided on the
なお、テレビジョン装置7100は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、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、あるいは受信者間など)の情報通信を行うことも可能である。 The television device 7100 is configured to include a receiver and a modem. The receiver can receive general television broadcasts. In addition, by connecting to a wired or wireless communication network via the modem, it is also possible to carry out one-way (from sender to receiver) or two-way (between sender and receiver, or between receivers, etc.) information communication.
図41Dに、ノート型コンピュータの一例を示す。ノート型コンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組み込まれている。
Figure 41D shows an example of a notebook computer. The
表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
A display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the
図41E及び図41Fに、デジタルサイネージの一例を示す。 Figures 41E and 41F show an example of digital signage.
図41Eに示すデジタルサイネージ7300は、筐体7301、表示部7000、及びスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
The
図41Fは円柱状の柱7401に取り付けられたデジタルサイネージ7400である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7000を有する。
FIG. 41F shows digital signage 7400 attached to a
図41E及び図41Fにおいて、表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
In Figures 41E and 41F, a display device according to one embodiment of the present invention can be applied to the
表示部7000が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部7000が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
The larger the
表示部7000にタッチパネルを適用することで、表示部7000に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
By applying a touch panel to the
図41E及び図41Fに示すように、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400は、使用者が所持するスマートフォン等の情報端末機7311または情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7000に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の画面に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を操作することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。
As shown in Figures 41E and 41F, it is preferable that the
デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400に、情報端末機7311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数の使用者が同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
The
図42A乃至図42Gに示す電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(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、においまたは赤外線を検知、検出、または測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有する。
The electronic device shown in Figures 42A to 42G has a
図42A乃至図42Gにおいて、表示部9001に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
In Figures 42A to 42G, a display device of one embodiment of the present invention can be applied to the
図42A乃至図42Gに示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、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、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有してもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画または動画を撮影し、記録媒体(外部またはカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有してもよい。 The electronic devices shown in Figures 42A to 42G have various functions. For example, they can have a function to display various information (still images, videos, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, etc., a function to control processing by various software (programs), a wireless communication function, a function to read and process programs or data recorded on a recording medium, etc. Note that the functions of the electronic devices are not limited to these, and they can have various functions. The electronic devices may have multiple display units. In addition, the electronic devices may have a function to provide a camera or the like, capture still images or videos, and store them on a recording medium (external or built into the camera), a function to display the captured images on the display unit, etc.
図42A乃至図42Gに示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。 The details of the electronic devices shown in Figures 42A to 42G are described below.
図42Aは、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を設けてもよい。また、携帯情報端末9101は、文字及び画像情報をその複数の面に表示することができる。図42Aでは3つのアイコン9050を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面に表示することもできる。情報9051の例として、電子メール、SNS、電話などの着信の通知、電子メールまたはSNSなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、及び電波強度が挙げられる。または、情報9051が表示されている位置にはアイコン9050などを表示してもよい。
FIG. 42A is a perspective view showing a
図42Bは、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、携帯情報端末9102の上方から観察できる位置に表示された情報9053を確認することもできる。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
Figure 42B is a perspective view showing a
図42Cは、タブレット端末9103を示す斜視図である。タブレット端末9103は、一例として、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲーム等の種々のアプリケーションの実行が可能である。タブレット端末9103は、筐体9000の正面に表示部9001、カメラ9002、マイクロフォン9008、スピーカ9003を有し、筐体9000の側面には操作用のボタンとしての操作キー9005、底面には接続端子9006を有する。
FIG. 42C is a perspective view showing a
図42Dは、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。携帯情報端末9200は、例えばスマートウォッチ(登録商標)として用いることができる。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うこと、及び、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
FIG. 42D is a perspective view showing a wristwatch-type mobile information terminal 9200. The mobile information terminal 9200 can be used, for example, as a smart watch (registered trademark). The display surface of the
図42E乃至図42Gは、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図である。また、図42Eは携帯情報端末9201を展開した状態、図42Gは折り畳んだ状態、図42Fは図42Eと図42Gの一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9201が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。例えば、表示部9001は、曲率半径0.1mm以上150mm以下で曲げることができる。
FIGS. 42E to 42G are perspective views showing a foldable mobile information terminal 9201. FIG. 42E is a perspective view of the mobile information terminal 9201 in an unfolded state, FIG. 42G is a perspective view of the mobile information terminal 9201 in a folded state, and FIG. 42F is a perspective view of a state in the middle of changing from one of FIG. 42E and FIG. 42G to the other. The mobile information terminal 9201 is highly portable when folded, and is highly viewable due to a seamless, wide display area when unfolded. The
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be combined with other embodiments as appropriate.
ANO:配線、C11:容量素子、C12:容量素子、GL:配線、M11:トランジスタ、M12:トランジスタ、M13:トランジスタ、M14:トランジスタ、M15:トランジスタ、M16:トランジスタ、SL:配線、VCOM:配線、10:半導体装置、10A:半導体装置、10B:半導体装置、10C:半導体装置、10D:半導体装置、10E:半導体装置、10F:半導体装置、10G:半導体装置、20:半導体装置、20A:半導体装置、20B:半導体装置、20C:半導体装置、20D:半導体装置、50A:表示装置、50B:表示装置、50C:表示装置、50D:表示装置、50E:表示装置、50F:表示装置、50G:表示装置、50H:表示装置、50I:表示装置、51:画素回路、51A:画素回路、51B:画素回路、51C:画素回路、51D:画素回路、51E:画素回路、51F:画素回路、52A:トランジスタ、52B:トランジスタ、52C:トランジスタ、53:容量素子、60:液晶素子、61:発光デバイス、62:液晶デバイス、100:トランジスタ、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、100E:トランジスタ、100F:トランジスタ、100G:トランジスタ、100H:トランジスタ、100s:トランジスタ、102:基板、103:導電層、104:導電層、104A:導電層、105:層、106:絶縁層、106a:絶縁層、106b:絶縁層、108:層、108a:層、108b:層、108c:層、108Da:領域、108Db:領域、108Dc:領域、108f:膜、108M:領域、109:絶縁層、110:絶縁層、110a:絶縁層、110af:絶縁膜、110b:絶縁層、110b_1:絶縁層、110b_2:絶縁層、110b_3:絶縁層、110bf:絶縁膜、110c:絶縁層、110cf:絶縁膜、110d:絶縁層、110e:絶縁層、110ef:絶縁膜、111:画素電極、111B:画素電極、111G:画素電極、111R:画素電極、111S:画素電極、112:導電層、112_1:導電層、112_2:導電層、112_3:導電層、112A:導電層、113:EL層、113B:EL層、113G:EL層、113R:EL層、113S:機能層、114:共通層、115:共通電極、116:絶縁層、117:遮光層、118B:犠牲層、118G:犠牲層、118R:犠牲層、119B:犠牲層、119G:犠牲層、123:導電層、124B:導電層、124G:導電層、124R:導電層、125:絶縁層、125f:絶縁膜、126B:導電層、126G:導電層、126R:導電層、127:絶縁層、128:層、130B:発光素子、130G:発光素子、130R:発光素子、130S:受光素子、131:保護層、132B:着色層、132G:着色層、132R:着色層、133:層、133B:層、133Bf:膜、133G:層、133R:層、137:膜、139:膜、140:接続部、141:開口部、141A:開口部、142:接着層、144:接着層、145:開口部、145A:開口部、145B:開口部、151:基板、152:基板、153:絶縁層、162:表示部、164:回路部、165:導電層、165a:導電層、165b:導電層、166:導電層、166a:導電層、166b:導電層、172:FPC、173:IC、181:開口部、183:開口部、185:レジストマスク、187:不純物元素、193:導電層、195:絶縁層、197:接続部、200:トランジスタ、200A:トランジスタ、200B:トランジスタ、200C:トランジスタ、200D:トランジスタ、200E:トランジスタ、200F:トランジスタ、200G:トランジスタ、200H:トランジスタ、200s:トランジスタ、203:導電層、204:導電層、204A:導電層、205:層、205B:トランジスタ、205G:トランジスタ、205R:トランジスタ、205S:トランジスタ、207B:トランジスタ、207D:トランジスタ、207G:トランジスタ、208:層、208A:層、208a:層、208b:層、208c:層、208Da:領域、208Db:領域、208Dc:領域、208Dd:領域、208M:領域、210:画素、212a:導電層、212a_1:導電層、212a_2:導電層、212a_3:導電層、212aA:導電層、212B:導電層、212b:導電層、212f:導電膜、216:絶縁層、223:接続体、224:スペーサ、225:絶縁層、230[1,1]:画素、230[m,n]:画素、230:画素、230B:画素、230G:画素、230R:画素、231:第1駆動回路部、232:第2駆動回路部、235:絶縁層、236:配線、237:絶縁層、238:配線、241:開口部、241A:開口部、242:接続層、243:開口部、243A:開口部、260a:偏光板、260b:偏光板、261:絶縁層、262:液晶、263:導電層、264:導電層、265:配向膜、352:指、353:層、355:回路層、357:層、700A:電子機器、700B:電子機器、721:筐体、723:装着部、727:イヤフォン部、750:イヤフォン、751:表示パネル、753:光学部材、756:表示領域、757:フレーム、758:鼻パッド、800A:電子機器、800B:電子機器、820:表示部、821:筐体、822:通信部、823:装着部、824:制御部、825:撮像部、827:イヤフォン部、832:レンズ、6500:電子機器、6501:筐体、6502:表示部、6503:電源ボタン、6504:ボタン、6505:スピーカ、6506:マイク、6507:カメラ、6508:光源、6510:保護部材、6511:表示パネル、6512:光学部材、6513:タッチセンサパネル、6515:FPC、6516:IC、6517:プリント基板、6518:バッテリ、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、9000:筐体、9001:表示部、9002:カメラ、9003:スピーカ、9005:操作キー、9006:接続端子、9007:センサ、9008:マイクロフォン、9050:アイコン、9051:情報、9052:情報、9053:情報、9054:情報、9055:ヒンジ、9101:携帯情報端末、9102:携帯情報端末、9103:タブレット端末、9200:携帯情報端末、9201:携帯情報端末 ANO: wiring, C11: capacitive element, C12: capacitive element, GL: wiring, M11: transistor, M12: transistor, M13: transistor, M14: transistor, M15: transistor, M16: transistor, SL: wiring, VCOM: wiring, 10: semiconductor device, 10A: semiconductor device, 10B: semiconductor device, 10C: semiconductor device, 10D: semiconductor device, 10E: semiconductor device, 10F: semiconductor device, 10G: semiconductor device, 20: semiconductor device, 20A: semiconductor device, 20B: semiconductor device, 20C: semiconductor device, 20D: semiconductor device, 50A: display device, 50B: display device, 50C: display device, 50D: display device, 50E: display device, 50F: display device, 50G: display device, 50H: display device, 50I: display device, 51: pixel circuit, 51A: pixel circuit, 51B: pixel circuit, 51C: pixel circuit, 51D: pixel circuit , 51E: pixel circuit, 51F: pixel circuit, 52A: transistor, 52B: transistor, 52C: transistor, 53: capacitance element, 60: liquid crystal element, 61: light emitting device, 62: liquid crystal device, 100: transistor, 100A: transistor, 100B: transistor, 100C: transistor, 100D: transistor, 100E: transistor, 100F: transistor, 100G: transistor , 100H: transistor, 100s: transistor, 102: substrate, 103: conductive layer, 104: conductive layer, 104A: conductive layer, 105: layer, 106: insulating layer, 106a: insulating layer, 106b: insulating layer, 108: layer, 108a: layer, 108b: layer, 108c: layer, 108Da: region, 108Db: region, 108Dc: region, 108f: film, 108M: region, 109: insulating layer, 110: insulating layer, 110a: insulating layer , 110af: insulating film, 110b: insulating layer, 110b_1: insulating layer, 110b_2: insulating layer, 110b_3: insulating layer, 110bf: insulating film, 110c: insulating layer, 110cf: insulating film, 110d: insulating layer, 110e: insulating layer, 110ef: insulating film, 111: pixel electrode, 111B: pixel electrode, 111G: pixel electrode, 111R: pixel electrode, 111S: pixel electrode, 112: conductive layer, 112_1: conductive layer, 112_2 : conductive layer, 112_3: conductive layer, 112A: conductive layer, 113: EL layer, 113B: EL layer, 113G: EL layer, 113R: EL layer, 113S: functional layer, 114: common layer, 115: common electrode, 116: insulating layer, 117: light shielding layer, 118B: sacrificial layer, 118G: sacrificial layer, 118R: sacrificial layer, 119B: sacrificial layer, 119G: sacrificial layer, 123: conductive layer, 124B: conductive layer, 124G: conductive layer, 124R: conductive layer, 1 25: insulating layer, 125f: insulating film, 126B: conductive layer, 126G: conductive layer, 126R: conductive layer, 127: insulating layer, 128: layer, 130B: light-emitting element, 130G: light-emitting element, 130R: light-emitting element, 130S: light-receiving element, 131: protective layer, 132B: colored layer, 132G: colored layer, 132R: colored layer, 133: layer, 133B: layer, 133Bf: film, 133G: layer, 133R: layer, 137: film, 139: film, 140 : Connection portion, 141: Opening, 141A: Opening, 142: Adhesive layer, 144: Adhesive layer, 145: Opening, 145A: Opening, 145B: Opening, 151: Substrate, 152: Substrate, 153: Insulating layer, 162: Display portion, 164: Circuit portion, 165: Conductive layer, 165a: Conductive layer, 165b: Conductive layer, 166: Conductive layer, 166a: Conductive layer, 166b: Conductive layer, 172: FPC, 173: IC, 181: Opening, 183: Opening opening, 185: resist mask, 187: impurity element, 193: conductive layer, 195: insulating layer, 197: connection portion, 200: transistor, 200A: transistor, 200B: transistor, 200C: transistor, 200D: transistor, 200E: transistor, 200F: transistor, 200G: transistor, 200H: transistor, 200s: transistor, 203: conductive layer, 204: conductive layer, 204A: conductive layer, 205: layer, 205B: transistor, 205G: transistor, 205R: transistor, 205S: transistor, 207B: transistor, 207D: transistor, 207G: transistor, 208: layer, 208A: layer, 208a: layer, 208b: layer, 208c: layer, 208Da: region, 208Db: region, 208Dc: region, 208Dd: region, 208M: region, 210 : pixel, 212a: conductive layer, 212a_1: conductive layer, 212a_2: conductive layer, 212a_3: conductive layer, 212aA: conductive layer, 212B: conductive layer, 212b: conductive layer, 212f: conductive film, 216: insulating layer, 223: connector, 224: spacer, 225: insulating layer, 230[1,1]: pixel, 230[m,n]: pixel, 230: pixel, 230B: pixel, 230G: pixel, 230R: pixel, 231: first drive circuit unit , 232: second driving circuit section, 235: insulating layer, 236: wiring, 237: insulating layer, 238: wiring, 241: opening, 241A: opening, 242: connection layer, 243: opening, 243A: opening, 260a: polarizing plate, 260b: polarizing plate, 261: insulating layer, 262: liquid crystal, 263: conductive layer, 264: conductive layer, 265: alignment film, 352: finger, 353: layer, 355: circuit layer, 357: layer, 700A: electronic device, 700B : Electronic device, 721: Housing, 723: Mounting section, 727: Earphone section, 750: Earphone, 751: Display panel, 753: Optical member, 756: Display area, 757: Frame, 758: Nose pad, 800A: Electronic device, 800B: Electronic device, 820: Display section, 821: Housing, 822: Communication section, 823: Mounting section, 824: Control section, 825: Imaging section, 827: Earphone section, 832: Lens, 6500: Electronic device device, 6501: housing, 6502: display unit, 6503: power button, 6504: button, 6505: speaker, 6506: microphone, 6507: camera, 6508: light source, 6510: protective member, 6511: display panel, 6512: optical member, 6513: touch sensor panel, 6515: FPC, 6516: IC, 6517: printed circuit board, 6518: battery, 7000: display unit, 7100: television device , 7101: housing, 7103: stand, 7111: remote control device, 7200: notebook computer, 7211: housing, 7212: keyboard, 7213: pointing device, 7214: external connection port, 7300: digital signage, 7301: housing, 7303: speaker, 7311: information terminal device, 7400: digital signage, 7401: pillar, 7411: information terminal device, 9000: housing, 9001: Display unit, 9002: Camera, 9003: Speaker, 9005: Operation keys, 9006: Connection terminal, 9007: Sensor, 9008: Microphone, 9050: Icon, 9051: Information, 9052: Information, 9053: Information, 9054: Information, 9055: Hinge, 9101: Portable information terminal, 9102: Portable information terminal, 9103: Tablet terminal, 9200: Portable information terminal, 9201: Portable information terminal
Claims (7)
前記第1のトランジスタは、第1の導電層と、第1の金属酸化物層と、ゲート絶縁層と、第1のゲート電極と、を有し、
前記第2のトランジスタは、第2の導電層と、第3の導電層と、第2の金属酸化物層と、前記ゲート絶縁層と、第2のゲート電極と、を有し、
前記第1の絶縁層は、前記第1の導電層及び前記第2の導電層上に位置し、
前記第3の導電層は、前記第1の絶縁層を介して前記第2の導電層と重なる領域を有し、
前記第1の絶縁層は、前記第1の導電層に達する第1の開口部を有し、
前記第1の絶縁層及び前記第3の導電層は、前記第2の導電層に達する第2の開口部を有し、
前記第1の金属酸化物層は、前記第1の開口部において前記第1の導電層の上面と接する第1の領域と、前記第1の開口部において前記第1の絶縁層の側面と接する第2の領域と、前記第1の絶縁層の上面と接する第3の領域と、を有し、
前記第3の領域は、前記第2の領域と接し、
前記第2の金属酸化物層は、前記第2の開口部において前記第2の導電層の上面と接する第4の領域と、前記第2の開口部において前記第1の絶縁層の側面と接する第5の領域と、前記第2の開口部において前記第3の導電層の側面と接する第6の領域と、を有し、
前記第1の領域、前記第3の領域及び前記第4の領域はそれぞれ、第1の元素を有し、
前記第1の元素は、ホウ素またはリンであり、
前記ゲート絶縁層は、前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層上に位置し、かつ前記第1の金属酸化物層及び前記第2の金属酸化物層と接し、
前記第1のゲート電極は、前記第1の開口部において、前記ゲート絶縁層を介して前記第1の金属酸化物層と重なる領域を有し、
前記第2のゲート電極は、前記第2の開口部において、前記ゲート絶縁層を介して前記第2の金属酸化物層と重なる領域を有する、半導体装置。 a first transistor, a second transistor, and a first insulating layer;
the first transistor has a first conductive layer, a first metal oxide layer, a gate insulating layer, and a first gate electrode;
the second transistor includes a second conductive layer, a third conductive layer, a second metal oxide layer, the gate insulating layer, and a second gate electrode;
the first insulating layer overlies the first conductive layer and the second conductive layer;
the third conductive layer has a region overlapping with the second conductive layer via the first insulating layer;
the first insulating layer has a first opening reaching the first conductive layer;
the first insulating layer and the third conductive layer have a second opening reaching the second conductive layer;
the first metal oxide layer has a first region in contact with an upper surface of the first conductive layer at the first opening, a second region in contact with a side surface of the first insulating layer at the first opening, and a third region in contact with an upper surface of the first insulating layer;
the third region is in contact with the second region,
the second metal oxide layer has a fourth region in contact with an upper surface of the second conductive layer in the second opening, a fifth region in contact with a side surface of the first insulating layer in the second opening, and a sixth region in contact with a side surface of the third conductive layer in the second opening;
the first region, the third region, and the fourth region each have a first element;
the first element is boron or phosphorus;
the gate insulating layer is located on the first metal oxide layer and the second metal oxide layer and is in contact with the first metal oxide layer and the second metal oxide layer;
the first gate electrode has a region overlapping the first metal oxide layer through the gate insulating layer in the first opening,
the second gate electrode has a region overlapping with the second metal oxide layer through the gate insulating layer in the second opening.
前記第1の領域は、前記第2の領域よりも前記第1の元素の濃度が高い部分を有し、
前記第3の領域は、前記第2の領域よりも前記第1の元素の濃度が高い部分を有し、
前記第4の領域は、前記第5の領域よりも前記第1の元素の濃度が高い部分を有する、半導体装置。 In claim 1,
the first region has a portion having a higher concentration of the first element than the second region;
the third region has a portion having a higher concentration of the first element than the second region,
The fourth region has a portion having a higher concentration of the first element than the fifth region.
前記第2の金属酸化物層は、前記第3の導電層の上面と接する第7の領域を有し、
前記第7の領域は、前記第1の元素を有し、
前記第7の領域は、前記第5の領域よりも前記第1の元素の濃度が高い部分を有する、半導体装置。 In claim 1,
the second metal oxide layer has a seventh region in contact with a top surface of the third conductive layer;
the seventh region has the first element;
The seventh region has a portion having a higher concentration of the first element than the fifth region.
前記ゲート絶縁層は、前記第1の元素を有する、半導体装置。 In claim 1,
The gate insulating layer comprises the first element.
前記第1の開口部における前記第1の絶縁層の側面と、前記第1の導電層の上面のなす角度は、65度以上90度以下である、半導体装置。 In claim 1,
a side surface of the first insulating layer in the first opening and a top surface of the first conductive layer form an angle of 65 degrees or more and 90 degrees or less.
前記第1の絶縁層は、第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有し、
前記第2の絶縁層は、シリコンと、酸素と、を有し、
前記第3の絶縁層は、シリコンと、窒素と、を有する半導体装置。 In any one of claims 1 to 5,
the first insulating layer includes a second insulating layer and a third insulating layer on the second insulating layer;
the second insulating layer comprises silicon and oxygen;
The third insulating layer comprises silicon and nitrogen.
前記第1の絶縁層は、第2の絶縁層と、前記第2の絶縁層上の第3の絶縁層と、を有し、
前記第2の絶縁層は、シリコンと、酸素と、を有し、
前記第3の絶縁層は、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方と、酸素と、を有する半導体装置。 In any one of claims 1 to 5,
the first insulating layer includes a second insulating layer and a third insulating layer on the second insulating layer;
the second insulating layer comprises silicon and oxygen;
The third insulating layer comprises one or both of aluminum and hafnium, and oxygen.
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