技術分野
酸化物半導体を用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋
酸化物半導体にチャネル形成領域を設ける薄膜トランジスタは、アモルファスシリコンを
用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度が得られている。
このような酸化物半導体を用いてガラス基板、プラスチック基板等に薄膜トランジスタを
形成し、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネセンスディスプレイ又は電子ペーパー等の
表示装置への応用が期待されている。
アクティブマトリクス型の表示装置においては、回路を構成する薄膜トランジスタの電気
特性が重要であり、この電気特性が表示装置の性能を左右する。特に、薄膜トランジスタ
の電気特性のうち、しきい値電圧（Ｖｔｈ）が重要である。電界効果移動度が高くともし
きい値電圧値が高い、或いはしきい値電圧値がマイナスであると、回路として制御するこ
とが困難である。しきい値電圧値が高く、しきい値電圧の絶対値が大きい薄膜トランジス
タの場合には、駆動電圧が低い状態ではＴＦＴとしてのスイッチング機能を果たすことが
できず、負荷となる恐れがある。また、しきい値電圧がマイナスであると、ゲート電圧が
０Ｖでもソース電極とドレイン電極の間に電流が流れる、所謂ノーマリーオンとなりやす
い。
ｎチャネル型の薄膜トランジスタの場合、ゲート電圧に正の電圧を印加してはじめてチャ
ネルが形成されて、ドレイン電流が流れ出すトランジスタが望ましい。駆動電圧を高くし
ないとチャネルが形成されないトランジスタや、負の電圧状態でもチャネルが形成されて
ドレイン電流が流れるトランジスタは、回路に用いる薄膜トランジスタとしては不向きで
ある。
また、半導体装置において回路を構成するトランジスタの特性変動幅（変化量）が大きい
場合、そのしきい値電圧の変動に起因する動作不良が発生する恐れがある。
特に、液晶表示装置においては、個々の素子間での変動幅が大きい場合、そのしきい値電
圧の変動に起因する表示むらなどの動作不良が発生する恐れがある。
発光素子を有する表示装置においても、画素電極に一定の電流が流れるように配置された
ＴＦＴ（駆動回路または画素に配置される発光素子に電流を供給するＴＦＴ）のオン電流
（Ｉ
ｏｎ）のバラツキが大きい場合、表示画面において輝度のバラツキなどの動作不良が
発生する恐れがある。
そこで、本発明の一形態は、長期間安定して動作する薄膜トランジスタ及びそれを用いた
半導体装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋
本明細書で開示する本発明の一態様は、絶縁表面を有する基板上に、ゲート電極層を有し
、ゲート電極層上にゲート絶縁層を有し、ゲート絶縁層上に酸化物半導体層を有し、酸化
物半導体層上に、ソース電極層及びドレイン電極層を有し、ゲート絶縁層、酸化物半導体
層、ソース電極層及びドレイン電極層上に酸化物半導体層の一部と接する絶縁層を有する
ことを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
しきい値の変動幅が小さく、長期間安定した電気特性を有する薄膜トランジスタを作製し
、提供することができる。よって、電気特性が良好で信頼性のよい薄膜トランジスタを有
する半導体装置を提供することができる。
この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]
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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋
【図1】半導体装置の作製工程を説明する図。
【図2】半導体装置を説明する図。
【図3】半導体装置を説明する図。
【図4】酸化物半導体層中の水素濃度を示す図。
【図5】酸化物半導体層中のＨＯイオン強度及びＨ２Ｏイオン強度を示す図。
【図6】酸化物半導体から水分子が脱離する機構を解析した結果を示す図。
【図7】半導体装置のブロック図を説明する図。
【図8】信号線駆動回路の回路図およびタイミングチャート。
【図9】シフトレジスタの構成を示す回路図。
【図10】シフトレジスタの回路図およびタイミングチャート。
【図11】半導体装置を説明する図。
【図12】半導体装置を説明する図。
【図13】半導体装置を説明する図。
【図14】半導体装置の画素等価回路を説明する図。
【図15】半導体装置を説明する図。
【図16】半導体装置を説明する図。
【図17】半導体装置を説明する図。
【図18】半導体装置を説明する図。
【図19】半導体装置を説明する図。
【図20】半導体装置の構成を示す回路図。
【図21】半導体装置を説明する図。
【図22】半導体装置を説明する図。
【図23】半導体装置を説明する図。
【図24】半導体装置の構成を示す回路図。
【図25】電子書籍の例を示す図。
【図26】テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す図。
【図27】遊技機の例を示す図。
【図28】携帯型のコンピュータ及び携帯電話機の例を示す図。
【図29】Ｖｔｈの定義を示す図。
【図30】実施例１の薄膜トランジスタのＢＴ試験結果を示す図。
【図31】従来の薄膜トランジスタのＢＴ試験結果を示す図。
１０ パルス出力回路
１１ 配線
１２ 配線
１３ 配線
１４ 配線
１５ 配線
２１ 入力端子
２２ 入力端子
２３ 入力端子
２４ 入力端子
２５ 入力端子
２６ 出力端子
２７ 出力端子
２８ 薄膜トランジスタ
３１ トランジスタ
３２ トランジスタ
３３ トランジスタ
３４ トランジスタ
３５ トランジスタ
３６ トランジスタ
３７ トランジスタ
３８ トランジスタ
３９ トランジスタ
４０ トランジスタ
４１ トランジスタ
４２ トランジスタ
４３ トランジスタ
５１ 電源線
５２ 電源線
５３ 電源線
６１ 期間
６２ 期間
１００ 基板
１０１ ゲート電極層
１０２ ゲート絶縁層
１０３ 酸化物半導体層
１０７ 絶縁層
１１０ チャネル保護層
１３０ 酸化物半導体層
１５０ 薄膜トランジスタ
１６０ 薄膜トランジスタ
１７０ 薄膜トランジスタ
１８０ 薄膜トランジスタ
３１１ 初期特性
３１２ ＋ＢＴ
３２１ 初期特性
３２２ −ＢＴ
３３１ 初期特性
３３２ ＋ＢＴ
３４１ 初期特性
３４２ −ＢＴ
４００ ガラス基板
４０１ 酸化窒化絶縁層
４０２ Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体層
４０３ 分析方向
４０７ 保護絶縁層
４１１ 酸素イオン強度プロファイル
４１２ 水素濃度プロファイル
４１３ 水素濃度プロファイル
４６０ 薄膜トランジスタ
４６１ 薄膜トランジスタ
４８１ 薄膜トランジスタ
５０１ 曲線
５０４ 接線
５０５ ゲート電圧軸切片
５８０ 基板
５８１ 薄膜トランジスタ
５８３ 絶縁層
５８５ 絶縁層
５８７ 電極層
５８８ 電極層
５８９ 球形粒子
５９４ キャビティ
５９５ 充填材
５９６ 基板
６００ 基板
６０１ 対向基板
６０２ ゲート配線
６０３ ゲート配線
６０４ 容量配線
６０５ 容量配線
６０６ ゲート絶縁層
６１６ 配線
６１７ 容量配線
６１８ 配線
６１９ 配線
６２０ 絶縁層
６２２ 絶縁層
６２３ コンタクトホール
６２４ 画素電極
６２５ スリット
６２６ 画素電極
６２７ コンタクトホール
６２８ ＴＦＴ
６２９ ＴＦＴ
６３０ 保持容量部
６３１ 保持容量部
６３６ 着色層
６３７ 平坦化層
６４０ 対向電極
６４１ スリット
６４４ 突起
６４６ 配向膜
６４８ 配向膜
６５０ 液晶層
６５１ 液晶素子
６５２ 液晶素子
６９０ 容量配線
７０１ ＯＨ基
７０２ ＯＨ基
７０５ Ｏ分子
７１０ Ｏ分子
７１１ エネルギー
７１２ エネルギー
７１３ エネルギー
７１４ エネルギー
２６００ ＴＦＴ基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 画素部
２６０４ 表示素子
２６０５ 着色層
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１０ 冷陰極管
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 拡散板
２７００ 電子書籍
２７０１ 筐体
２７０３ 筐体
２７０５ 表示部
２７０７ 表示部
２７１１ 軸部
２７２１ 電源
２７２３ 操作キー
２７２５ スピーカ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ 薄膜トランジスタ
４０１１ 薄膜トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電層
４０２０ 絶縁層
４０２１ 絶縁層
４０３０ 画素電極層
４０３１ 対向電極層
４０３２ 絶縁層
４０４０ 導電層
４５０１ 基板
４５０２ 画素部
４５０５ シール材
４５０６ 基板
４５０７ 充填材
４５０９ 薄膜トランジスタ
４５１０ 薄膜トランジスタ
４５１１ 発光素子
４５１２ 電界発光層
４５１３ 電極層
４５１５ 接続端子電極
４５１６ 端子電極
４５１７ 電極層
４５１９ 異方性導電層
４５２０ 隔壁
４５４０ 導電層
４５４１ 絶縁層
４５４３ 保護絶縁層
４５４４ 絶縁層
５３００ 基板
５３０１ 画素部
５３０２ 走査線駆動回路
５３０３ 走査線駆動回路
５３０４ 信号線駆動回路
５３０５ タイミング制御回路
５６０１ シフトレジスタ
５６０２ スイッチング回路
５６０３ 薄膜トランジスタ
５６０４ 配線
５６０５ 配線
６４００ 画素
６４０１ スイッチング用トランジスタ
６４０２ 駆動用トランジスタ
６４０３ 容量素子
６４０４ 発光素子
６４０５ 信号線
６４０６ 走査線
６４０７ 電源線
６４０８ 共通電極
７００１ ＴＦＴ
７００２ 発光素子
７００３ 陰極
７００４ ＥＬ層
７００５ 陽極
７００８ 陰極
７００９ 隔壁
７０１１ ＴＦＴ
７０１２ 発光素子
７０１３ 陰極
７０１４ ＥＬ層
７０１５ 陽極
７０１６ 遮蔽膜
７０１７ 導電層
７０１９ 隔壁
７０２１ ＴＦＴ
７０２２ 発光素子
７０２３ 陰極
７０２４ ＥＬ層
７０２５ 陽極
７０２６ 陽極
７０２７ 導電層
７０２９ 隔壁
７０３０ ドレイン電極層
７０３１ 酸化物絶縁層
７０３３ カラーフィルタ層
７０３４ オーバーコート層
７０３５ 保護絶縁層
７０４０ ドレイン電極層
７０４１ 酸化物絶縁層
７０４３ カラーフィルタ層
７０４４ オーバーコート層
７０４５ 保護絶縁層
７０５０ ドレイン電極層
７０５１ 酸化物絶縁層
７０５３ 平坦化絶縁層
７０５５ 絶縁層
９２０１ 表示部
９２０２ 表示ボタン
９２０３ 操作スイッチ
９２０５ 調節部
９２０６ カメラ部
９２０７ スピーカ
９２０８ マイク
９３０１ 上部筐体
９３０２ 下部筐体
９３０３ 表示部
９３０４ キーボード
９３０５ 外部接続ポート
９３０６ ポインティングデバイス
９３０７ 表示部
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部
９８８１ 筐体
９８８２ 表示部
９８８３ 表示部
９８８４ スピーカ部
９８８５ 操作キー
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
９８９０ ＬＥＤランプ
９８９１ 筐体
９８９３ 連結部
９９００ スロットマシン
９９０１ 筐体
９９０３ 表示部
１０５ａ ソース電極層
１０５ｂ ドレイン電極層
４５０３ａ 信号線駆動回路
４５０４ａ 走査線駆動回路
４５１８ａ ＦＰＣ
５９０ａ 黒色領域
５９０ｂ 白色領域
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