氧化物半导体膜及其制造方法_4

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或叠层形成。另外,作为基底绝缘膜202,优选使用包含过剩氧的绝缘膜。基底绝缘 膜202的厚度例如大于或等于20nm且小于或等于lOOOnm,优选大于或等于50nm且小于或 等于lOOOnm,更优选大于或等于100nm且小于或等于lOOOnm,进一步优选大于或等于200nm 且小于或等于lOOOnm。
[0162] 基底绝缘膜202例如可以为包括作为第一层的氮化硅膜和作为第二层的氧化硅 膜的叠层。此外,也可以使用氧氮化硅膜代替氧化硅膜。另外,也可以使用氮氧化硅膜代替 氮化硅膜。作为氧化硅膜,优选使用缺陷密度低的氧化硅膜。具体而言,使用如下氧化硅膜, 该氧化娃膜在ESR中的来源于g值为2. 001的信号的自旋密度为小于或等于3X 1017spins/ cm3,优选小于或等于5X 1016spins/cm3。作为氮化娃膜,使用氢及氨的释放量少的氮化娃 膜。氢及氨的释放量可以利用热脱附谱分析法(TDS:thermal desorption spectroscopy) 测定。另外,作为氮化硅膜,使用不使氢、水以及氧透过或几乎不使其透过的氮化硅膜。
[0163] 或者,基底绝缘膜202也可以为包括作为第一层的氮化硅膜、作为第二层的第一 氧化硅膜以及作为第三层的第二氧化硅膜的叠层。在此情况下,第一氧化硅膜和/或第二 氧化硅膜也可以为氧氮化硅膜。另外,也可以使用氮氧化硅膜代替氮化硅膜。作为第一氧 化硅膜,优选使用缺陷密度低的氧化硅膜。具体而言,使用如下氧化硅膜,该氧化硅膜在ESR 中的来源于g值为2. 001的信号的自旋密度为小于或等于3X 1017spins/cm3,优选小于或等 于5X1016spins/cm3。作为第二氧化硅膜,使用包含过剩氧的氧化硅膜。作为氮化硅膜,使 用氢及氨的释放量少的氮化硅膜。另外,作为氮化硅膜,使用不使氢、水以及氧透过或几乎 不使其透过的氮化硅膜。
[0164] 源电极216a及漏电极216b例如也可以使用包含铝、钛、铬、钴、镍、铜、钇、锆、钼、 钌、银、钽或钨的导电膜的单层或叠层形成。
[0165] 栅极绝缘膜212例如也可以使用包含氧化铝、氧化镁、氧化娃、氧氮化娃、氮氧化 硅、氮化硅、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕、氧化铪或氧化钽的绝缘膜的 单层或叠层形成。作为栅极绝缘膜212,优选使用包含过剩氧的绝缘膜。栅极绝缘膜212的 厚度(等效氧化物厚度)例如为大于或等于lnm且小于或等于500nm,优选大于或等于3nm 且小于或等于300nm,更优选大于或等于5nm且小于或等于100nm,进一步优选大于或等于 5nm且小于或等于50nm〇
[0166] 栅极绝缘膜212例如也可以为包括作为第一层的氮化硅膜和作为第二层的氧化 硅膜的叠层。此外,也可以使用氧氮化硅膜代替氧化硅膜。另外,也可以使用氮氧化硅膜 代替氮化硅膜。作为氧化硅膜,优选使用缺陷密度低的氧化硅膜。具体而言,使用如下 氧化娃膜,该氧化娃膜在ESR中的来源于g值为2. 001的信号的自旋密度为小于或等于 3 X 1017spins/cm3,优选小于或等于5 X 1016spins/cm3。作为氧化娃膜,优选使用包含过剩氧 的氧化硅膜。作为氮化硅膜,使用氢及氨的释放量少的氮化硅膜。氢及氨的释放量可以利 用TDS测定。
[0167] 栅电极204例如也可以使用包含铝、钛、铬、钴、镍、铜、钇、锆、钼、钌、银、钽或钨的 导电膜的单层或叠层形成。
[0168] 保护绝缘膜218使用包含氧化娃、氧氮化娃、氧化锗、氧化纪、氧化错、氧化镧、氧 化钕、氧化铪或氧化钽的绝缘膜的单层或叠层形成。另外,作为保护绝缘膜218,优选使用包 含过剩氧的绝缘膜。阻挡氧的绝缘膜也可以用作保护绝缘膜218。保护绝缘膜218的厚度 例如大于或等于20nm且小于或等于lOOOnrn,优选大于或等于50nm且小于或等于lOOOnrn, 更优选大于或等于l〇〇nm且小于或等于lOOOnrn,进一步优选大于或等于200nm且小于或等 于 lOOOnm。
[0169] 布线226a及226b例如也可以使用包含铝、钛、铬、钴、镍、铜、钇、锆、钼、钌、银、钽 或钨的导电膜的单层或叠层形成。
[0170] 对衬底200没有特别的限制。例如,玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底或蓝宝石衬底 也可以用作衬底200。此外,硅或碳化硅等的单晶半导体衬底或多晶半导体衬底、硅锗等的 化合物半导体衬底、绝缘体上娃片(SOI :silicon on insulator)衬底等也可以用作衬底 200。此外,在其上设置有半导体元件的上述任何衬底也可以用作衬底200。
[0171] 柔性衬底也可以用作衬底200。作为在柔性衬底上设置晶体管的方法,有如下方 法,该方法中,在没有柔性的衬底上形成晶体管,然后将该晶体管剥离并转置到柔性衬底的 衬底200上。在此情况下,剥离层优选设置在没有柔性的衬底和晶体管之间。
[0172] 〈晶体管结构2> 接着,将说明底栅顶接触型晶体管的例子。
[0173] 图19A至19C是晶体管的俯视图及截面图。图19A是晶体管的俯视图。图19B是 沿着图19A中的点划线B1-B2的截面图。图19C是沿着图19A中的点划线B3-B4的截面图。
[0174] 图19B及19C中的晶体管包括衬底300上的栅电极304 ;栅电极304上的栅极绝 缘膜312 ;栅极绝缘膜312上的氧化物半导体膜306 ;以及氧化物半导体膜306上的源电极 316a及漏电极316b。该晶体管优选还包括源电极316a、漏电极316b、栅极绝缘膜312及氧 化物半导体膜306上的保护绝缘膜318 ;保护绝缘膜318上的布线326a及布线326b。另外, 保护绝缘膜318具有到达源电极316a及漏电极316b的开口。布线326a及布线326b通过 该开口接触于源电极316a及漏电极316b。另外,晶体管也可以在衬底300与栅电极304之 间具有基底绝缘膜。
[0175] 图18A至18C所示的晶体管的记载可以适用于图19A至19C所示的晶体管的一部 分。
[0176] 例如,衬底200的记载可以适用于衬底300。氧化物半导体膜206的记载可以适用 于氧化物半导体膜306。源电极216a及漏电极216b的记载可以适用于源电极316a及漏电 极316b。栅极绝缘膜212的记载可以适用于栅极绝缘膜312。栅电极204的记载可以适用 于栅电极304。布线226a及布线226b的记载可以适用于布线326a及布线326b。
[0177] 另外,如图19A所示,在俯视图中栅电极304被设置为氧化物半导体膜306的边缘 位于栅电极304的边缘的内侧。该结构可以抑制因光从栅电极304 -侧入射而在氧化物半 导体膜306中产生载流子。换言之,栅电极304被用作遮光膜。注意,氧化物半导体膜306 也可以设置为延伸到栅电极304的外侧。
[0178] 图19A至19C所示的保护绝缘膜318例如使用包含氧化硅或氧氮化硅的绝缘膜的 单层或叠层形成。另外,保护绝缘膜318优选使用包含过剩氧的绝缘膜形成。保护绝缘膜 318的厚度例如大于或等于20nm且小于或等于lOOOnm,优选大于或等于50nm且小于或等 于lOOOnrn,更优选大于或等于100nm且小于或等于lOOOnrn,进一步优选大于或等于200nm 且小于或等于l〇〇〇nm。
[0179] 保护绝缘膜318例如也可以为包括作为第一层的氧化硅膜以及作为第二层的氮 化硅膜的叠层。此外,也可以使用氧氮化硅膜代替氧化硅膜。另外,也可以使用氮氧化硅 膜代替氮化硅膜。作为氧化硅膜,优选使用缺陷密度低的氧化硅膜。具体而言,使用如 下氧化娃膜,该氧化娃膜在ESR中的来源于g值为2. 001的信号的自旋密度小于或等于 3 X 1017spins/cm3,优选小于或等于5 X 1016spins/cm3。作为氮化娃膜,使用氢及氨的释放量 少的氮化硅膜。氢及氨的释放量可以利用TDS测定。另外,作为氮化硅膜,使用不使氢、水 以及氧透过或几乎不使其透过的氮化硅膜。
[0180] 或者,保护绝缘膜318例如也可以为包括作为第一层的第一氧化硅膜、作为第二 层的第二氧化硅膜以及作为第三层的氮化硅膜的叠层。在此情况下,第一氧化硅膜和/或 第二氧化硅膜也可以为氧氮化硅膜。另外,也可以使用氮氧化硅膜代替氮化硅膜。作为第一 氧化硅膜,优选使用缺陷密度低的氧化硅膜。具体而言,使用如下氧化硅膜,该氧化硅膜在 ESR中的来源于g值为2. 001的信号的自旋密度小于或等于3X 1017spins/cm3,优选小于或 等于5X1016spins/cm3。作为第二氧化硅膜,使用包含过剩氧的氧化硅膜。作为氮化硅膜, 使用氢及氨的释放量少的氮化硅膜。另外,作为氮化硅膜,使用不使氢、水以及氧透过或几 乎不使其透过的氮化硅膜。
[0181] 上述晶体管可以用于各种用途(例如,显示装置、存储器、CPU)。
[0182] 〈显示装置〉 以下说明包括上述晶体管的显示装置。
[0183] 作为设置在显示装置中的显示元件,可以使用液晶元件(也称为液晶显示元件)、 发光元件(也称为发光显示元件)等。发光元件在其范畴内包括其亮度由电流或电压控制 的元件,具体而言,包括无机电致发光(EL:electro luminescence)元件、有机EL元件等。 此外,如电子墨水、电泳元件等由于电作用而改变对比度的显示媒体可以用作显示元件。下 面说明包括EL元件的显示装置及包括液晶元件的显示装置作为显示装置的例子。
[0184] 另外,下面所说明的显示装置在其范畴内包括密封有显示元件的面板以及在该面 板上安装有控制器等1C的模块。
[0185] 下面所说明的显示装置是指图像显示器件或光源(包括照明装置)。该显示装置 包括下述任何模块:安装有如FPC或TCP等连接器的模块;在TCP的端部上设置有印刷线路 板的模块;或者通过C0G方式将集成电路(1C)直接安装在显示元件的模块。
[0186] 〈EL显示装置〉 首先,将说明包括EL元件的显示装置(也称为EL显示装置)。
[0187] 图20A示出用于EL显示装置中的像素的电路图的例子。
[0188] 注意,在本说明书等中,有时即使不指定与有源元件(例如,晶体管、二极管)、无 源元件(例如,电容器、电阻器)等的所有端子连接的位置,所属技术领域的普通技术人员 也能够构成发明的一个方式。就是说,即使未指定连接位置,发明的一个方式也可以是明确 的。此外,在本说明书等中记载有连接位置的情况下,有时可判断为不指定连接位置的发明 的一个方式记载于本说明书等中。尤其是,在有可能与端子连接的位置的数量是复数的情 况下,不一定必须要指定与该端子连接的位置。因此,有时通过仅指定与有源元件(例如, 晶体管、二极管)、无源元件(例如,电容器、电阻器)等的一部分端子连接的位置就能够构 成发明的一个方式。
[0189] 注意,在本说明书等中,当至少指定电路的连接位置时,所属技术领域的普通技术 人员有可能能够指定发明。或者,当至少特定电路功能时,所属技术领域的普通技术人员有 可能能够指定发明。也就是说,当电路功能被指定时,发明的一个方式可以是明确的。此外, 可判断为在本说明书等中记载有其功能被指定的发明的一个方式。因此,当指定电路的连 接位置时,即使不指定其功能,该电路也被公开作为发明的一个方式,从而可以构成发明的 一个方式。或者,当指定电路的功能时,即使不指定其连接位置,该电路也被公开作为发明 的一个方式,从而可以构成发明的一个方式。
[0190] 图20A所示的EL显示装置包括开关元件743、晶体管741、电容器742以及发光元 件 719〇
[0191] 另外,图20A等分别示出电路结构的例子;所以,可以追加设置晶体管。另一方面, 在图20A中的各节点上,也可以不追加设置晶体管、开关、无源元件等。
[0192] 晶体管741的栅极与开关元件743的一个端子及电容器742的一个端子电连接。 晶体管741的源极与电容器742的另一个端子及发光元件719的一个端子电连接。电源电 位VDD供应给晶体管741的漏极。开关元件743的另一个端子与信号线744电连接。恒电 位供应给发光元件719的另一个端子。恒电位是接地电位GND或者低于接地电位GND的电 位。
[0193] 上述晶体管用作晶体管741。该晶体管具有稳定的电特性。因此,可以提供显示品 质尚的EL显不装置。
[0194] 晶体管优选用作开关元件743,该晶体管可以减小像素的面积,由此可以获得分辨 度高的EL显示装置。上述晶体管也可以用作开关元件743 ;由此,开关元件743可以以与 晶体管741同一工序形成,这实现EL显示装置的生产率的提高。
[0195] 图20B是EL显示装置的俯视图。EL显示装置包括衬底300、衬底700、密封材料 734、驱动电路735、驱动电路736、像素737以及FPC732。密封材料734设置在衬底300与 衬底700之间,包围像素737、驱动电路735以及驱动电路736。驱动电路735及/或驱动 电路736也可以设置在密封材料734的外侧。
[0196] 图20C是沿着图20B中的点划线M-N的一部分的EL显示装置的截面图。FPC732 通过端子731与布线733a连接。布线733a也可以使用与晶体管741的栅电极同样的导电 膜形成。
[0197] 图20C示出晶体管741及电容器742设置在同一平面上的例子。通过这种结构,电 容器742可以设置在与晶体管741的栅电极、栅极绝缘膜及源(漏)电极同一平面上。如 此,通过晶体管741及电容器742设置在同一平面上,可以实现EL显示装置的制造工序的 缩短以及生产率的提高。
[0198] 图20C示出图19A至19C所示的晶体管应用于晶体管741的例子。
[0199] 图19A至19C所示的晶体管是阈值电压的变化小的晶体管。因此,该晶体管适合 于因阈值电压的微小变化也产生灰度级的偏差的EL显示装置。
[0200] 绝缘膜720设置在晶体管741及电容器742上。在此,到达晶体管741的源电极 的开口设置在绝缘膜720中。
[0201] 电极781设置在绝缘膜720上。电极781经由设置在绝缘膜720中的开口与晶体 管741的源电极接触。
[0202] 在电极781上,设置有包含到达电极781的开口的隔壁784。在隔壁784上,设置 有通过设置在隔壁784中的开口而与电极781接触的发光层782。电极783设置在发光层 782上。电极781、发光层782和电极783相重叠的区域成为发光元件719。
[0203] 〈液晶显示装置〉 接着,说明包括液晶元件的显示装置(也称为液晶显示装置)。
[0204] 图21A是示出液晶显示装置的像素的结构例子的电路图。图21A所示的像素750 包括晶体管751、电容器752、在一对电极之间的空间填充有液晶的元件(也称为液晶元 件)753。
[0205] 晶体管751的源极和漏极中的一个与信号线755电连接,晶体管751的栅极与扫 描线754电连接。
[0206] 电容器752的一个电极与晶体管751的源极和漏极中的另一个电连接,电容器752 的另一个电极与被供应公共电位的布线电连接。
[0207] 液晶元件753的一个电极与晶体管751的源极和漏极中的另一个电连接,液晶元 件753的另一个电极与被供应公共电位的布线电连接。此外,供应给与上述电容器752的 另一个电极电连接的布线的公共电位也可以不同于供应给与上述液晶元件753的另一个 电极电连接布线的公共电位。
[0208] 液晶显示装置的俯视图与EL显示装置的俯视图大致相同。沿着图20B中的点划 线M-N的一部分的液晶显示装置的截面图显示在图21B中。在图21B中,FPC732经由端子 731与布线733a连接。布线733a也可以使用与晶体管751的栅电极同样的导电膜形成。
[0209] 图21B示出晶体管751及电容器752设置在相同平面上的例子。通过这种结构,电 容器752可以制造在与晶体管751的栅电极、栅极绝缘膜及源(漏)电极相同平面上。通 过将晶体管751及电容器752设置在相同平面上,可以实现液晶显示装置的制造工序的缩 短以及生广率的提尚。
[0210] 上述晶体管可以应用于晶体管751。图21A示出将具有与图19A至19C所示的晶 体管相同的结构的晶体管应用于晶体管751的例子。
[0211] 晶体管751的关态电流可为极小值。因此,保持在电容器752中的电荷不容易泄 漏,可以在长期间保持施加到液晶元件753的电压。因此,在显示动作少的动态图像、静态 图像的期间中晶体管751可以保持关闭状态,所以在该期间中可以抑制用于晶体管751的 工作的电力;由此可以提供耗电量低的液晶显示装置。
[0212] 绝缘膜721设置在晶体管751及电容器752上。在此,到达晶体管751的漏电极 的开口设置在绝缘膜721中。
[0213] 电极791设置在绝缘膜721上。电极791通过设置在绝缘膜721中的开口与晶体 管751的漏电极接触。
[0214] 用作取向膜的绝缘膜792设置在电极791上。液晶层793设置在绝缘膜792上。 用作取向膜的绝缘膜794设置在液晶层793上。隔离物795设置在绝缘膜794上。电极 796设置在隔离物795及绝缘膜794上。衬底79
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