(57)【要約】【課題】酸化物半導体をチャネルとして用いる半導体装置において、外部から侵入する水素及び水の侵入を防止することができる構造の半導体装置を実現すること。【解決手段】半導体装置は、ゲート電極と、前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上の酸化物絶縁層と、を有し、前記酸化物絶縁層は、第１の領域、第２の領域、及び欠陥領域を含み、前記第１の領域は、前記酸化物半導体層に接し、前記欠陥領域は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられ、前記欠陥領域の酸化物の欠陥量は、前記第１の領域の酸化物及び前記第２の領域の酸化物の欠陥量よりも大きい。【選択図】図１
2020150173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の酸化物絶縁層と、を有し、
前記酸化物絶縁層は、第１の領域、第２の領域、及び欠陥領域を含み、
前記第１の領域は、前記酸化物半導体層に接し、
前記欠陥領域は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられ、
前記欠陥領域の酸化物の欠陥量は、前記第１の領域の酸化物及び前記第２の領域の酸化物の欠陥量よりも大きい半導体装置。
【請求項２】
さらに、前記酸化物絶縁層の上に窒化物絶縁層を有し、
前記第２の領域は前記窒化物絶縁層に接する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記酸化物絶縁層は、酸化シリコンを含む請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記欠陥領域の酸化物は、シリコン（Ｓｉ）のダングリングボンドを含む請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記欠陥領域の酸化物は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、１５族元素の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、１８族元素のヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、Ｒｎ（ラドン）のいずれか一つ又は複数の元素を含む請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記元素の濃度は１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記欠陥領域の酸化物に含まれる前記元素の濃度は、前記第１の領域の酸化物及び前記第２の領域の酸化物の前記元素の濃度よりも大きい請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記欠陥領域の酸化物の水素の濃度は、１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記欠陥領域の酸化物の水素の濃度は、前記第１の領域の酸化物及び前記第２の領域の酸化物の水素の濃度よりも大きい請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１０】
ＸＰＳ測定において、前記欠陥領域におけるシリコン原子の２ｐ内殻準位の結合エネルギーのピークのシフト量は、１ｅＶ以上である請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１１】
ＸＰＳ測定において、前記欠陥領域におけるシリコン原子の２ｐ内殻準位の結合エネルギーのピークのシフト量は、前記第１の領域及び前記第２の領域におけるシリコン原子の２ｐ内殻準位の結合エネルギーのピークのシフト量よりも大きい請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記欠陥領域は、前記酸化物絶縁層の表面から前記酸化物絶縁層の膜厚の２分の１以内に位置する請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項１３】
ゲート電極と、
前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層上の酸化物絶縁層と、を有し、
前記酸化物絶縁層は、第１の領域及び欠陥領域を含み、
前記第１の領域は、前記酸化物半導体層に接し、
前記欠陥領域は、前記第１の領域の上に設けられ、
前記欠陥領域のアルゴンの濃度は、前記第１の領域のアルゴンの濃度よりも大きい半導体装置。
【請求項１４】
前記酸化物絶縁層は、さらに第２の領域を含み、
前記欠陥領域は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられ、
前記欠陥領域のアルゴンの濃度は、前記第２の領域のアルゴンの濃度よりも大きい請求項１３記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記第２の領域の水素の濃度は、前記第１の領域の水素の濃度よりも大きく、
前記欠陥領域の水素の濃度は、前記第２の領域の水素の濃度よりも大きい請求項１４記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態の一つは、半導体装置及びその作製方法に関する。特に、本発明の実施形態の一つは、酸化物半導体をチャネルに用いる半導体装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、及び単結晶シリコンに替わり、酸化物半導体をチャネルに用いる半導体装置の開発が進められている（例えば、特許文献１）。酸化物半導体をチャネルに用いる半導体装置は、アモルファスシリコンをチャネルに用いる半導体装置と同様に、単純な構造かつ低温プロセスで半導体装置を作製することができ、アモルファスシリコンをチャネルに用いる半導体装置よりも高い移動度を有することが知られている。また、酸化物半導体をチャネルに用いる半導体装置は、オフ電流が非常に低いことが知られている。
【０００３】
さらに、半導体装置の電気特性を安定させるため、酸化物半導体層に接する絶縁層にハロゲン元素を添加し、酸化物半導体層に含まれる水素及び水などの不純物を排除する技術が開示されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９７７０８
【特許文献２】特開２０１１−１０９０７８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素及び水によって形成された酸化物半導体層の酸素欠陥は電気特性を変動させる要因となり得る。そのため、経時的な電気特性の変動を抑制するためには、酸化物半導体層以外（外部）からの水素及び水の侵入を防止する必要がある。
【０００６】
本発明は、電気特性及び長期的な信頼性に優れた半導体装置及びその作製方法を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、ゲート電極と、前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上の酸化物絶縁層と、を有し、前記酸化物絶縁層は、第１の領域、第２の領域、及び欠陥領域を含み、前記第１の領域は、前記酸化物半導体層に接し、前記欠陥領域は、前記第１の領域と前記第２の領域との間に設けられ、前記欠陥領域の酸化物の欠陥量は、前記第１の領域の酸化物及び前記第２の領域の酸化物の欠陥量よりも大きい。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、ゲート電極と、前記ゲート電極上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上の酸化物絶縁層と、を有し、前記酸化物絶縁層は、第１の領域及び欠陥領域を含み、前記第１の領域は、前記酸化物半導体層に接し、  前記欠陥領域は、前記第１の領域の上に設けられ、前記欠陥領域のアルゴンの濃度は、前記第１の領域のアルゴンの濃度よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態に係るイオン注入のシミュレーションの結果である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態に係るイオン注入のシミュレーションの結果である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態に係るイオン注入のシミュレーションの結果である。
【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の欠陥領域の結合状態を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概要を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る表示装置の概要を示す平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る表示装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素回路を示す回路図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る表示装置の断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素電極及び共通電極の平面図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る表示装置の画素回路を示す回路図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る表示装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者が、発明の主旨を保ちつつ適宜変更することによって容易に想到し得るものについても、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合がある。しかし、図示された形状はあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【００１１】
本発明の各実施の形態において、基板から酸化物半導体層に向かう方向を上又は上方という。逆に、酸化物半導体層から基板に向かう方向を下又は下方という。このように、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、基板と酸化物半導体層との上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。また、以下の説明で、例えば基板上の酸化物半導体層という表現は、上記のように基板と酸化物半導体層との上下関係を説明しているに過ぎず、基板と酸化物半導体層との間に他の部材が配置されていてもよい。また、上方又は下方は、複数の層が積層された構造における積層順を意味するものであり、半導体装置の上方の画素電極と表現する場合、平面視において半導体装置と画素電極とが重ならない位置関係であってもよい。一方、半導体装置の鉛直上方の画素電極と表現する場合は、平面視において半導体装置と画素電極とが重なる位置関係を意味する。
【００１２】
「表示装置」とは、電気光学層を用いて映像を表示する構造体を指す。例えば、表示装置という用語は、電気光学層を含む表示パネルを指す場合もあり、又は表示セルに対して他の光学部材（例えば、偏光部材、バックライト、タッチパネル等）を装着した構造体を指す場合もある。ここで、「電気光学層」には、技術的な矛盾が生じない限り、液晶層、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）層、エレクトロクロミック（ＥＣ）層、電気泳動層が含まれ得る。したがって、後述する実施形態について、表示装置として、液晶層を含む液晶表示装置、及び有機ＥＬ層を含む有機ＥＬ表示装置を例示して説明するが、本実施形態における構造は、上述した他の電気光学層を含む表示装置へ適用することができる。
【００１３】
本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣのいずれかを含む」、「αはＡ，Ｂ及びＣからなる群から選択される一つを含む」、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ〜Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。
【００１４】
以下に示す実施形態の半導体装置は、表示装置に用いられるトランジスタの他に、例えば、マイクロプロセッサ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：ＭＰＵ）などの集積回路（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＩＣ）、又はメモリ回路に用いられてもよい。なお、以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。
【００１５】
〈第１実施形態〉
図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法について説明する。
【００１６】
［半導体装置１０の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置１０の概要を示す断面図である。半導体装置１０はボトムゲート型（逆スタガ型）の半導体装置である。
【００１７】
図１に示すように、半導体装置１０は基板１００の上方に設けられ、ゲート電極１１０、ゲート絶縁層１２０、酸化物半導体層１３０、ソース電極１４１、ドレイン電極１４３、酸化物絶縁層１５０を有する。また、酸化物絶縁層１５０は第１の領域１５１、第２の領域１５２、及び欠陥領域１６０を有する。なお、ソース電極１４１及びドレイン電極１４３を特に区別しない場合には、これらの電極を電極１４０という場合がある。
【００１８】
基板１００の上に、ゲート電極１１０、ゲート絶縁層１２０、酸化物半導体層１３０が順に設けられる。電極１４０は、ゲート絶縁層１２０及び酸化物半導体層１３０の上に設けられる。図１では、電極１４０が酸化物半導体層１３０の上面及び側面と接する構成を例示したが、電極１４０は、少なくとも酸化物半導体層１３０の一部と接していればよい。また、電極１４０が酸化物半導体層１３０の側面と接する構成であっても、電極１４０は、酸化物半導体層１３０の側面の全てと接する必要はなく、酸化物半導体層１３０の側面の一部と接していればよい。酸化物絶縁層１５０は、酸化物半導体層１３０及び電極１４０を覆うように設けられ、欠陥領域１６０を有する。
【００１９】
欠陥領域１６０は酸化物半導体層１３０から離れた領域に設けられる。すなわち、欠陥領域１６０は、酸化物半導体層１３０に接する第１の領域１５１と酸化物絶縁層１５０の表面（酸化物半導体層１３０と接する面と反対の面）近傍の第２の領域１５２との間に設けられる。また、欠陥領域１６０は、酸化物絶縁層１５０の表面から酸化物絶縁層１５０の膜厚の２分の１以内の位置に設けられることが好ましく、３分の１以内の位置に設けられることがより好ましい。
【００２０】
欠陥領域１６０の酸化物の欠陥量は、第１の領域１５１の酸化物及び第２の領域１５２の酸化物の各々の欠陥量よりも大きい。ここで、「欠陥量」とは、欠陥に由来する又は欠陥から派生する物理量であって、対比可能な物理量をいう。なお、欠陥領域１６０及び欠陥量については、後述の［欠陥領域１６０の評価］で詳細に説明する。
【００２１】
図１では、チャネル長方向（ソース電極１４１からドレイン電極１４３へ電流が流れる方向）において、酸化物半導体層１３０の長さはゲート電極１１０の長さよりも小さいが、酸化物半導体層１３０の長さがゲート電極１１０の長さよりも大きくてもよい。また、図１では、符号が付された各層が１つの層で構成される場合を例示したが、各層が積層構造であってもよい。例えば、酸化物絶縁層１５０が第１酸化物及び第２酸化物の積層構造からなる場合、第１酸化物又は第２酸化物のいずれか一方に欠陥領域１６０を設けることができる。さらに、第１酸化物、第２酸化物、及び第３酸化物の積層構造からなる酸化物絶縁層１５０の場合、第１酸化物を第１の領域１５１、第２の酸化物を欠陥領域１６０、及び第３酸化物を第２の領域１５２となるように、欠陥領域１６０を設けることもできる。
【００２２】
上記の構成はあくまで一実施形態に過ぎず、本発明は上記の構成に限定されない。
【００２３】
［各部材の材質］
基板１００として、ポリイミド基板、アクリル基板、シロキサン基板、またはフッ素樹脂基板などの樹脂を含み、可撓性を有するフレキシブル基板を用いることができる。基板１００の耐熱性を向上させるために、上記の樹脂に不純物を導入してもよい。基板１００が透明である必要はない場合は、基板１００の透明度が低下する不純物を用いることができる。一方、基板１００が可撓性を有する必要がない場合は、基板１００としてガラス基板、石英基板、及びサファイア基板など、透光性を有し、可撓性を有しない剛性基板を用いることができる。表示装置ではない集積回路に半導体装置１０が用いられる場合は、基板１００としてシリコン基板、炭化シリコン基板、化合物半導体基板などの半導体基板や、ステンレス基板などの導電性基板など、透光性を有さない基板を用いることができる。また、基板１００として、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜が成膜された基板を用いることもできる。
【００２４】
ゲート電極１１０及び電極１４０として、一般的な金属材料を用いることができる。金属材料としては、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ビスマス（Ｂｉ）、及びこれらの合金又は化合物を用いることができる。また、これらの金属材料を積層してゲート電極１１０及び電極１４０とすることもできる。
【００２５】
ゲート絶縁層１２０として、一般的な絶縁性材料を用いることができる。絶縁性材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）、窒化シリコン（ＳｉＮx）、窒化酸化シリコン（ＳｉＮxＯy）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＯxＮy）、窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮxＯy）、窒化アルミニウム（ＡｌＮx）などの無機絶縁体を用いることができる。ここで、ＳｉＯxＮy及びＡｌＯxＮyは、酸素（Ｏ）よりも少ない量の窒素（Ｎ）を含有するシリコン化合物及びアルミニウム化合物である。また、ＳｉＮxＯy及びＡｌＮxＯyは、窒素よりも少ない量の酸素を含有するシリコン化合物及びアルミニウム化合物である。また、ゲート絶縁層１２０として、上記のような無機絶縁材料だけでなく、有機絶縁材料を用いることもできる。有機絶縁材料として、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、シロキサン樹脂などを用いることができる。ゲート絶縁層１２０として、無機絶縁層材料及び有機絶縁材料が各々単独で用いられてもよく、これらが積層されてもよい。
【００２６】
酸化物半導体層１３０として、半導体の特性を有する酸化金属を用いることができる。例えば、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素（Ｏ）を含む酸化物半導体を用いることができる。特に、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ：Ｏ＝１：１：１：４の組成比を有する酸化物半導体を用いることができる。ただし、本実施形態で使用されるＩｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む酸化物半導体は上記の組成に限定されるものではなく、上記とは異なる組成の酸化物半導体を用いることもできる。例えば、移動度を向上させるためにＩｎの比率を上記より大きくしてもよい。また、バンドギャップを大きくし、光照射による影響を小さくするためにＧａの比率を上記より大きくしてもよい。
【００２７】
Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む酸化物半導体に他の元素が添加されていてもよく、例えば、Ａｌ、Ｓｎなどの金属元素が添加されていてもよい。上記の酸化物半導体以外にも酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化バナジウム（ＶＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、Ｉｎ及びＧａを含む酸化物半導体（ＩＧＯ）、Ｉｎ及びＺｎを含む酸化物半導体（ＩＺＯ）、Ｉｎ、Ｓｎ及びＺｎを含む酸化物半導体（ＩＴＺＯ）、Ｉｎ、Ａｌ及びＺｎを含む酸化物半導体（ＩＡＺＯ）並びにＩｎ及びＷを含む酸化物半導体などを酸化物半導体層１３０として用いることができる。なお、酸化物半導体層１３０はアモルファスであってもよく、結晶性であってもよい。また、酸化物半導体層１３０はアモルファスと結晶の混相であってもよい。
【００２８】
酸化物絶縁層１５０として、ゲート絶縁層に用いられる絶縁性材料のうちの酸化物を用いることができる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化窒化シリコン（ＳｉＯxＮy）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化窒化アルミニウム（ＡｌＯxＮy）などの無機絶縁体を用いることができる。なお、欠陥領域１６０を形成する前においては、酸化物絶縁層１５０は一般的な酸化物よりも酸素の組成比が大きいことが好ましい。例えば、ゲート絶縁層１２０と酸化物絶縁層１５０とが同じ組成の酸化物である場合でも、欠陥領域１６０を形成する前の酸化物絶縁層１５０の酸素の組成比は、ゲート絶縁層１２０の酸化物の酸素の組成比よりも大きいことが好ましい。
【００２９】
［半導体装置１０の製造方法］
図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【００３０】
半導体装置１０のゲート電極１１０から酸化物絶縁層１５０までの構造体、すなわち、欠陥領域１６０を除く構造体は、一般的なボトムゲート型の半導体装置の製造方法と同様の方法で作製することができる。すなわち、各層は、熱ＣＶＤ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、プラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やスパッタリングを用いて成膜し、フォトリソグラフィー法を用いて所望のパターンに形成することができる。なお、半導体装置１０の電気特性を向上させるためには、酸化物半導体層１３０に対して熱処理を行うことが非常に有効である。そのため、酸化物半導体層１３０又は酸化物絶縁層１５０のパターンの形成の前後で熱処理を行うことが好ましい。熱処理は、大気、ドライエア雰囲気又は窒素雰囲気の下で行うことができる。また、熱処理の温度は２００℃以上６００℃以下、好ましくは、３５０℃以上４５０℃以下である。
【００３１】
欠陥領域１６０は、イオン注入、成膜、プラズマ処理など、様々な方法を用いて形成することができる。
【００３２】
（イオン注入による欠陥領域１６０の形成）
図２Ａの矢印１７０で示すように、酸化物絶縁層１５０にイオンを注入し、酸化物絶縁層１５０の所望の位置に欠陥領域１６０を形成する。酸化物半導体層１３０の近傍にまでイオンを注入すると、酸化物半導体層１３０にもイオンが注入され、酸化物半導体層１３０の中に酸素欠損が生成されやすくなる。一方、欠陥領域１６０が酸化物半導体層１３０に近いと、酸化物半導体層１３０が欠陥領域１６０に含まれるイオンの影響を受けやすくなる。そのため、欠陥領域１６０は、酸化物半導体層１３０から離れた第１の領域１５１の上方に形成する。
【００３３】
欠陥領域の位置や欠陥量は、イオン注入のプロセスパラメータ（イオン種、ドーズ量、加速エネルギー、プラズマ電力など）を調整することで制御することができる。
【００３４】
注入するイオン種として、例えば、１３族元素のホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、タリウム（Ｔｌ）、１５族元素の窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、１８族元素のヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、Ｒｎ（ラドン）を用いることができる。１３族元素及び１５族元素は、酸化物絶縁層１５０中に酸素欠陥だけでなく、シリコンのダングリングボンドも形成することができる。中でも、シリコンの不純物元素として一般的に用いられるホウ素やリンは、容易にイオン注入を行うことができる。そのため、１３族元素及び１５族元素のイオン種としては、それぞれホウ素及びリンを用いることが好ましい。一方、１８族元素は、イオン注入によって酸化物絶縁層１５０中に酸素欠陥を形成することができるが、１８族元素自体は不活性であるため注入されたイオンが悪影響を与えることはない。中でも、アルゴンはコストが安いため、１８族元素のイオン種としてアルゴンを用いることが好ましい。
【００３５】
イオンのドーズ量が少ないと、酸化物絶縁層１５０の中に十分な欠陥を形成することができない。一方、イオンのドーズ量が多いと、酸化物半導体層１３０の中にもイオンが注入され、酸化物半導体層１３０の中に酸素欠陥を形成してしまう。そのため、イオンのドーズ量は、例えば、１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下が好ましく、より好ましくは１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以上１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下である。注入するイオンの深さを調整したい場合は加速電圧を調整すればよい。加速電圧は酸化物絶縁層１５０の膜厚やイオン種によって異なるが、例えば、５ｋｅＶ以上５０ｋｅＶ以下である。
【００３６】
酸化物絶縁層１５０Ａの中の一部に欠陥領域１６０Ａを形成する場合は、図２Ｂで示すように、予めマスクとなるレジスト層１８０Ａを形成した後でイオン注入を行う。レジスト層１８０Ａが形成されていない、すなわち、酸化物絶縁層１５０Ａが露出された部分から選択的にイオンを注入することができるため、酸化物絶縁層１５０Ａの一部に欠陥領域１６０Ａを形成することができる。
【００３７】
（成膜による欠陥領域１６０の形成）
上記のイオン注入による欠陥領域１６０の形成方法の他に、酸化物絶縁層１５０の酸化物を成膜する際、成膜の途中で成膜条件を変更することにより、酸化物絶縁層１５０の中に欠陥領域１６０を形成することができる。すなわち、一般的な酸化物の成膜条件で第１の領域１５１を成膜した後、欠陥の多い酸化物の成膜条件で欠陥領域１６０を成膜し、再び酸化物の一般的な成膜条件で第２の領域１５２を成膜する。このように、成膜条件を変更しながら酸化物を成膜することで、欠陥領域１６０を含む酸化物絶縁層１５０を形成することができる。
【００３８】
ＣＶＤで酸化物を成膜する場合、電力、圧力、反応ガスの種類及び流量比などを調整して、欠陥の多い酸化物を成膜することができる。ＣＶＤの場合では、化学反応が不完全となるような成膜条件を採用することで、酸化物の欠陥を多くすることができる。例えば、一酸化二窒素ガス（Ｎ2Ｏ）よりもシランガス（ＳｉＨ4）の流量を多い成膜条件でプラズマＣＶＤを行うと、欠陥領域１６０として欠陥の多い酸化シリコン膜を成膜することができる。また、成膜温度を３００℃以下、好ましくは２５０℃以下で成膜することでも欠陥の多い酸化シリコン膜を成膜することができる。
【００３９】
また、スパッタリングで酸化物を成膜する場合、電力、圧力、スパッタガスの種類及び流量、ターゲットの種類、ターゲット−基板間の距離などを調整して、欠陥の多い酸化物を成膜することができる。例えば、シリコンターゲットを用い、欠陥領域１６０以外（例えば、第１の領域１５１及び第２の領域１５２）の酸化物の成膜条件よりも酸素流量の少ない成膜条件でスパッタリングを行うと、欠陥領域１６０として欠陥の多い酸化シリコン膜を成膜することができる。また、成膜温度を２００℃以下、特に好ましくは室温で成膜することでも欠陥の多い酸化シリコン膜を成膜することができる。さらに、欠陥の多い酸化シリコン膜の成膜においては、圧力を高く、電力を低くすることが効果的である。
【００４０】
欠陥領域１６０を成膜で形成する場合、酸化物半導体層１３０の中に欠陥が形成されにくい。また、第１の領域１５１に不純物が含まれないため、酸化物半導体層１３０は不純物の影響を受けにくい。
【００４１】
（プラズマ処理による欠陥領域１６０の形成）
プラズマ処理は、酸化物の表面近傍の組成を調整することができるため、酸化物絶縁層１５０の酸化物の成膜後、酸化物に対してプラズマ処理を行うことにより、酸化物の表面近傍に欠陥領域１６０を形成することができる。また、プラズマ処理を行った後、さらに酸化物を成膜することができる。すなわち、一般的な酸化物の成膜条件で第１の領域を成膜した後、プラズマ処理を行って第１の領域の表面近傍に欠陥領域１６０を形成し、再び酸化物の一般的な成膜条件で第２の領域１５２を成膜する。このように、二回の酸化物の成膜の間にプラズマ処理工程を挟むことで、欠陥領域１６０を含む酸化物絶縁層１５０を形成することができる。なお、プラズマ処理を行った後の第２の領域１５２の成膜は省略してもよい。
【００４２】
プラズマ処理は、例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）などのガスを用いることができるが、特に、窒素が好ましい。これらのガスは単独で用いてもよく、複数のガスを組み合わせて用いてもよい。なお、欠陥領域１６０には、プラズマ処理で用いたガスが不純物として残留する場合がある。そのため、欠陥領域１６０の不純物の濃度は、第１の領域１５１及び第２の領域１５２の各々の不純物の濃度よりも大きい場合がある。
【００４３】
プラズマ処理で欠陥領域１６０の形成する場合、酸化物半導体層１３０の中に欠陥が形成されにくい。また、第１の領域１５１に不純物が含まれないため、酸化物半導体層１３０は不純物の影響を受けにくい。
【００４４】
［欠陥領域１６０の評価］
イオン注入の場合、注入されたイオンの濃度が高い領域で多くの欠陥が生成されるが、酸化物絶縁層１５０に一定量以上のイオンが含まれる領域では熱処理を行っても欠陥は完全には修復しない。そのため、注入されたイオンの濃度を測定することによって欠陥領域１６０の位置を特定することができる。
【００４５】
図３に、膜厚３００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜へのイオン注入のシミュレーションの結果を示す。ドーズ量を１×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ2と固定し、イオン種をホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、及びアルゴン（Ａｒ）と変えて計算した結果を、それぞれ図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示す。図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの横軸はイオンの注入の深さであり、縦軸はイオンの濃度である。酸化シリコン膜の表面は０ｎｍであるため、プロファイルのピークの深さが３００ｎｍに近い程イオンが酸化シリコン膜の深くまで注入されることになる。また、図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃの各々は複数のプロファイルを有するが、各々のプロファイルは加速電圧が異っている。加速電圧は、イオン種がホウ素の場合は１０ｋｅＶから５０ｋｅＶであり、イオン種がリン又はアルゴンの場合は１０ｋｅＶから９０ｋｅＶである。
【００４６】
図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃに示されるように、いずれのイオン種も、深さ方向の一定の位置でイオンの濃度のピーク（極大）を有する。また、加速電圧を高くするにつれて、イオンの濃度のピークは、より深い方向へとシフトする。また、イオン種の質量数がホウ素、リン、アルゴンと大きくなるにつれて、大きな加速電圧を必要とする。そのため、イオン種によって加速電圧を最適化することで、イオンの濃度のピーク位置を所定の位置に調整することができる。なお、イオン種がホウ素及びリンの場合は、加速電圧を高くすると、ピークにおけるイオンの濃度が低下するとともに、イオンが注入される領域が広がる。また、イオンが注入される領域の広がりは、ホウ素に比べて、リン及びアルゴンの方が小さい。すなわち、イオン種の質量数が大きい方がイオン注入の領域を制御しやすいといえる。
【００４７】
イオンの濃度の高い領域は欠陥の多い領域である。そのため、イオンの濃度のピークを含む領域を欠陥領域１６０として特定することができる。なお、欠陥領域のイオンの濃度は、例えば、１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上、好ましくは１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上である。イオンの濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の場合には、生成された欠陥が修復されにくい。そのため、イオンの濃度が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の領域を欠陥領域１６０として特定することができる。
【００４８】
また、イオンの濃度のピークが１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上でない場合であっても、ピークに比べて２桁以上イオンの濃度が低い領域がある場合には、ピークを含み、ピークのイオンの濃度から１桁小さいイオンの濃度を有する領域を欠陥領域１６０として特定してもよい。
【００４９】
また、イオン注入後のイオンは、イオンの濃度が大きい領域よりもイオンの濃度が小さい領域の方が拡散しやすい。そのため、欠陥領域１６０と欠陥領域１６０以外の領域（例えば、第１の領域１５１及び第２の領域１５２）とを比較すると、イオンの拡散は、欠陥領域１６０よりも第１の領域１５１及び第２の領域１５２の方が大きい。このイオンの拡散の違いにより、深さ方向におけるイオンの濃度のプロファイルは、ピーク以外にもこぶ又は変曲点が現れる場合がある。したがって、イオンの濃度だけでなく、こぶ又は変曲点を用いて、欠陥領域１６０と、第１の領域及び第２の領域を区別してもよい。
【００５０】
酸化物絶縁層１５０に含まれるイオンの濃度は、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）で測定することができる。前述したように、イオン注入の場合は、酸化物絶縁層１５０の中の欠陥量はイオンの濃度に対応した値であるため、欠陥量を比較する場合はイオンの濃度を比較すればよい。
【００５１】
一方、欠陥領域１６０の欠陥の状態に着目すると、イオンの濃度の比較以外でも欠陥領域１６０を特定することができる。
【００５２】
はじめに、酸化物絶縁層１５０が酸化シリコン（ＳｉＯ2）である場合の欠陥領域１６０の原子の結合状態について、図４を用いて説明する。なお、図４は、酸化シリコンの結合状態の一例であって、これに限定されない。
【００５３】
組成式ＳｉＯ2で表される酸化シリコンは、図４（Ａ）に示すように、１個のシリコン原子に４個の酸素原子が結合している。一方、１個の酸素原子には２個のシリコン原子が結合している。酸化シリコンにイオンが注入されると、注入されたイオンの影響によって酸化シリコンの原子配列に乱れが生じる。さらに、注入されたイオンが有するエネルギーが大きい場合は、シリコン原子と酸素原子の結合（Ｓｉ−Ｏ結合）が切断される。その結果、シリコン原子にはダングリングボンドが生成される。図４（Ｂ）は、シリコン原子と結合していた酸素原子が脱離し、２個のシリコン原子の各々に１個のダングリングボンドが生成されたものである。酸化シリコン中のシリコン原子のダングリングボンドは、欠陥と呼ばれ、Ｓｉ−Ｏ結合のシリコン原子とは結合状態が異なる。そのため、シリコン原子の結合状態を測定することができれば、欠陥領域１６０の位置を特定することができる。
【００５４】
一方、シリコン原子のダングリングボンドは反応性が高く、水素及び水が存在すると、図４（Ｃ）に示すように、シリコン原子のダングリングボンドは水素原子と結合する。また、図４（Ｄ）に示すように、シリコン原子のダングリングボンドは水酸基と結合することもある。水素原子や水酸基と結合したシリコン原子は、Ｓｉ−Ｏ結合のシリコン原子とは結合状態が異なる。さらに、欠陥領域１６０は、図４（Ｅ）で示すように、シリコン原子のダングリングボンド同士が結合したものも存在する（Ｓｉ−Ｓｉ結合）。Ｓｉ−Ｓｉ結合は、Ｓｉ−Ｏ結合とは原子間距離が異なり、Ｓｉ−Ｏ結合のシリコン原子とは結合状態が異なる。そのため、ダングリングボンドを有するシリコン原子だけでなく、Ｓｉ−Ｏ結合以外の結合状態のシリコン原子も欠陥とみなすことができる。
【００５５】
したがって、注入されたイオンの濃度を測定するだけでなく、シリコン原子の結合状態を測定することでも欠陥領域１６０を特定することができる。シリコン原子の結合状態は、例えば、Ｘ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＸＰＳ）又は電子スピン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＳＲ）で測定することができる。
【００５６】
ここでは、欠陥領域１６０の測定方法の一例として、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）の欠陥量をＸＰＳで求める方法について説明する。前述したように、４個の酸素原子が結合したシリコン原子と、それ以外の欠陥を有するシリコン原子とは結合状態が異なるが、結合状態の違いはシリコン原子の２ｐ内殻準位の結合エネルギーの違いに反映される。そのため、ＸＰＳでシリコン原子の２ｐ内殻準位の結合エネルギーを測定することで、酸化物絶縁層１５０の欠陥が多い領域を特定することができる。
【００５７】
ＳｉＯ2の場合、ＸＰＳのＸ線光源としてはＡｌＫα線又はＭｇＫα線を用いることができる。また、ＳｉＯ2の場合、４個の酸素原子と結合したシリコン原子（Ｓｉ4+：数字は結合する酸素原子の数を意味する）の結合エネルギーが最も大きい。そのため、光電子スペクトルにおける最も高結合エネルギー側のピークはＳｉ4+に対応するものである。一方、シリコン原子に結合する酸素原子の数が減るにつれてシリコン原子の結合エネルギーは小さくなる。そのため、欠陥を有するシリコン原子（Ｓｉ3+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+，Ｓｉ0）の数が増えると、光電子スペクトルのピークは低結合エネルギー側にシフトする。すなわち、Ｓｉ4+に対応するピークを基準とし、Ｓｉ3+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+，Ｓｉ0に対応するピークのシフト量が大きければ欠陥を有するシリコン原子が多いといえる。したがって、ＸＰＳの場合、光電子スペクトルのピークのシフト量から欠陥領域１６０を特定することができる。例えば、光電子スペクトルのピークのシフト量が１ｅＶ以上であれば欠陥領域１６０と特定することができる。
【００５８】
なお、欠陥領域１６０の欠陥量は光電子スペクトルのピークのシフト量に対応した値であるため、欠陥量を比較する場合は光電子スペクトルのピークのシフト量を比較すればよい。
【００５９】
Ｓｉ4+，Ｓｉ3+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+，Ｓｉ0に対応するピークが複数現れるようであれば、各々のピークの強度を欠陥量として比較することもできる。また、ブロードなピークである場合には、Ｓｉ4+，Ｓｉ3+，Ｓｉ2+，Ｓｉ+，Ｓｉ0に対応するピークとして分離し、それらのピークの強度を欠陥量として比較することもできる。ピーク強度の比較においては、半値幅や積分量を用いることができる。を欠陥量として比較することもできる。
【００６０】
酸化シリコン膜の膜厚方向で欠陥量を比較する場合には、アルゴン（Ａｒ）で酸化シリコン膜の表面をスパッタリングしながらＸＰＳ測定を行うことで、酸化シリコン膜の膜厚方向における結合エネルギーのプロファイルを取得することができる。
【００６１】
一方、図４（Ｃ）及び（Ｄ）に着目すると、欠陥のあるシリコン原子には水素原子又は水酸基が結合している。そのため、欠陥領域１６０では水素の濃度が高くなるため、酸化物絶縁層１５０の水素の濃度を測定することで欠陥領域１６０の位置を特定することができる。水素の濃度は、イオンの濃度と同様に、例えば、ＳＩＭＳで測定することができる。例えば、水素の濃度が１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上、好ましくは５×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の領域を欠陥領域１６０として特定することができる。
【００６２】
さらに、欠陥領域１６０は水素及び水を捕縛するため、欠陥領域１６０の水素の濃度は、第１の領域１５１及び第２の領域１５２の各々の水素の濃度よりも大きい。一方、外部からの水素及び水は第２の領域１５２を通って欠陥領域１６０で捕縛される。そのため、第２の領域１５２の水素の濃度は、第１の領域１５１の水素の濃度よりも大きい場合がある。
【００６３】
欠陥領域１６０における欠陥量は、前述したように、他の領域と対比できる物理量であればよい。ＳＩＭＳ測定の場合では、イオンの濃度や水素の濃度が欠陥量に対応する。欠陥領域１６０では、他の領域（第１の領域１５１及び第２の領域１５２）に比べてイオンの濃度や水素濃度が高くなるため、欠陥量が大きいといえる。また、ＸＰＳ測定の場合では、ピークのシフト量、強度、積分量、又は半値幅が欠陥量に対応する。したがって、他の領域と比較して、ピークの強度が大きい領域、シフト量が大きい領域、又は半値幅が大きい領域を、欠陥領域１６０といえる。さらに、ＥＳＲ測定の場合では、ｇ値のシフト量又はスピン密度が欠陥量に対応する。したがって、他の領域と比較して、ｇ値のシフト量が大きい領域、スピン密度が大きい領域を、欠陥領域１６０といえる。
【００６４】
なお、欠陥量を比較する場合は、測定できる全ての物理量で比較する必要はなく、一つの測定方法から求められる一つの物理量を比較して欠陥量の大小を評価すればよい。
【００６５】
本実施形態の半導体装置１０は、外部から侵入する水素及び水を欠陥領域１６０で捕縛することができるため、酸化物半導体層１３０にまで水素及び水が拡散することを防止することができる。そのため、半導体装置１０の電気特性は短期的だけでなく、長期的にも安定する。
【００６６】
〈第２実施形態〉
図５及び図６を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置について説明する。
【００６７】
［半導体装置２０の構成］
図５は、本発明の一実施形態に係る半導体装置２０の構成の概要を示す断面図である。図５に示す半導体装置２０の構成は、図１に示す半導体装置１０と類似するが、半導体装置２０の酸化物絶縁層２５０よりも上方の構造が半導体装置１０の酸化物絶縁層１５０よりも上方の構造と相違する。ここでは、図５に示す半導体装置２０の構成のうち、図１に示す半導体装置１０と同様の構成については説明を省略し、半導体装置１０との相違点について説明する。
【００６８】
図５に示すように、半導体装置２０は基板２００の上方に設けられ、ゲート電極２１０、ゲート絶縁層２２０、酸化物半導体層２３０、ソース電極２４１、ドレイン電極２４３、酸化物絶縁層２５０、窒化物絶縁層２７０、ソース配線２８１、ドレイン配線２８３を有する。また、酸化物絶縁層２５０中は第１の領域２５１、第２の領域２５２、欠陥領域２６０を有する。なお、ソース電極２４１及びドレイン電極２４３を特に区別しない場合には、これらの電極を電極２４０という場合がある。さらに、ソース配線２８１及びドレイン配線２８３を特に区別しない場合には、これらの配線を配線２８０という場合がある。
【００６９】
窒化物絶縁層２７０は酸化物絶縁層２５０の上に設けられる。また、酸化物絶縁層２５０及び窒化物絶縁層２７０に設けられる開口を介して電極２４０と接続する配線２８０が設けられる。
【００７０】
窒化物絶縁層２７０として、ゲート絶縁層に用いられる絶縁性材料のうちの窒化物を用いることができる。例えば、窒化シリコン（ＳｉＮx）、窒化酸化シリコン（ＳｉＮxＯy）、窒化酸化アルミニウム（ＡｌＮxＯy）、窒化アルミニウム（ＡｌＮx）などの無機絶縁体を用いることができる。また、配線２８０は、ゲート電極１１０及び電極１４０と同様の材料を用いることができる。
【００７１】
酸化物絶縁層２５０及び窒化物絶縁層２７０は別のチャンバーで形成してもよいが、一つのチャンバーの中で反応ガスの種類を切り替えて酸化物絶縁層２５０及び窒化物絶縁層２７０を連続して形成することもできる。例えば、ＣＶＤで酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を形成する場合、チャンバーの中の反応ガスを一酸化二窒素ガス（Ｎ2Ｏ）からアンモニアガス（ＮＨ3）に切り替えることで、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜を連続して形成することができる。なお、欠陥領域２６０は、酸化シリコン膜の成膜の途中で、例えば、シランガス（ＳｉＨ4）の流量を増加させることにより、酸化シリコン膜中に形成することができる。
【００７２】
欠陥領域２６０を、プラズマ処理によって形成する場合、一つのチャンバーの中で反応ガスの種類を切り替えて第２の領域２５２に対応する酸化物及び窒化物絶縁層２７０を連続して形成することもできる。
【００７３】
図６は、半導体装置２０の概要を示す平面図である。図６に示すように、酸化物半導体層２３０はゲート電極２１０の内側に設けられる。換言すると、酸化物半導体層２３０のパターンの外縁は、ゲート電極２１０のパターンの外縁によって囲まれる。また、電極２４０は酸化物半導体層２３０を横切る。換言すると、電極２４０は酸化物半導体層２３０と交差する。なお、図６では、チャネル長方向における酸化物半導体層２３０の側面と電極２４０は接しないが、両者が接する構造とすることもできる。
【００７４】
窒化物絶縁層２７０をＣＶＤで成膜する場合、窒素の原料ガスとしてアンモニアガス（ＮＨ3）を用いることが多い。そのため、一般的には、窒化物絶縁層は酸化物絶縁層よりも水素（Ｈ）を多く含む。酸化物絶縁層２５０の上に窒化物絶縁層２７０を設ける場合、窒化物絶縁層２７０が外部からの水の侵入は防止できるものの、窒化物絶縁層２７０に含まれる水素が酸化物絶縁層２５０に拡散する。特に、酸化物絶縁層２５０が酸化シリコン（ＳｉＯx）の場合、酸化シリコンの中の水素の拡散係数は非常に大きいため、窒化物絶縁層２７０の形成後の工程によっては、窒化物絶縁層２７０に含まれる水素が酸化物絶縁層２５０を通過して酸化物半導体層２３０にまで拡散する。その結果、酸化物半導体層２３０には酸素欠陥が生成され、半導体装置２０の電気特性が変動する。また、半導体装置２０を使用する際も、窒化物絶縁層２７０から酸化物半導体層２３０に水素が供給され続けるため、経時的にも半導体装置２０の電気特性が変動する。
【００７５】
一方、本実施形態では酸化物絶縁層２５０の中に欠陥領域２６０を設ける。窒化物絶縁層２７０を設けた場合でも、外部から侵入する水素及び水を欠陥領域２６０で捕縛することができるため、酸化物半導体層２３０にまで水素及び水が拡散することを防止することができる。そのため、半導体装置２０の電気特性は短期的だけでなく、長期的にも安定する。
【００７６】
〈第３実施形態〉
図７を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置について説明する。
【００７７】
［半導体装置３０の構成］
図７は、本発明の一実施形態に係る半導体装置３０の構成の概要を示す断面図である。半導体装置３０は、半導体装置１０と同様のボトムゲート型の半導体装置であるが、欠陥領域３３０が、酸化物絶縁層３６０ではなくゲート絶縁層３２０に形成される点において半導体装置１０と相違する。そのため、以下の半導体装置３０の説明において、半導体装置１０と同様の特徴については説明を省略し、主に半導体装置１０との相違点であるゲート絶縁層３２０及び欠陥領域３３０について説明する。
【００７８】
ゲート絶縁層３２０として、第１実施形態のゲート絶縁層１２０で用いられる絶縁性材料のうちの酸化物を用いることができる。また、欠陥領域３３０を形成する前のゲート絶縁層３２０は、化学量論組成に近い酸化物であることが好ましい。
【００７９】
欠陥領域３３０は酸化物半導体層３４０から離れた位置に設けられる。すなわち、欠陥領域３３０は、酸化物半導体層３４０に接する第１の領域３２１とゲート電極３１０に接する第２の領域３２２との間に設けられる。また、欠陥領域３３０は、ゲート絶縁層３２０と酸化物半導体層３４０とが接する面からゲート絶縁層３２０の膜厚の２分の１以上離れた位置に設けられることが好ましく、３分の２以上離れた位置に設けられることがより好ましい。さらに、欠陥領域３３０の欠陥量は、第１の領域３２１及び第２の領域３２２の欠陥量よりも大きい。
【００８０】
ゲート絶縁層３２０は積層構造であってもよい。例えば、ゲート絶縁層３２０は窒化物と酸化物の積層構造とすることができる。窒化物と酸化物の積層構造の場合、積層構造は窒化物の上に酸化物を設け、酸化物が酸化物半導体層３４０と接する構造とする。この場合、酸化物に欠陥領域３３０を形成するが、酸化物半導体層３４０から離れた位置で水素及び水を捕縛することができるようにするため、欠陥領域３３０は窒化物に近い位置に設けられる。欠陥領域３３０は、酸化物と酸化物半導体層３４０とが接する面から酸化物の膜厚の２分の１以上離れた位置に設けられることが好ましく、３分の２以上離れた位置に設けられることがより好ましい。
【００８１】
本実施形態の半導体装置３０は、基板３００から侵入する水素及び水を欠陥領域３３０で捕縛することができるため、酸化物半導体層３４０にまで水素及び水が拡散することを防止することができる。特に、ゲート絶縁層３２０に窒化物を設ける場合において、窒化物に含まれる水素及び水の酸化物半導体層３４０への拡散を防止することができる。そのため、半導体装置３０の電気特性は短期的だけでなく、長期的にも安定する。
【００８２】
〈第４実施形態〉
図８を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置について説明する。
【００８３】
［半導体装置４０の構成］
図８は、本発明の一実施形態に係る半導体装置４０の構成の概要を示す断面図である。半導体装置４０はトップゲート型の半導体装置である。
【００８４】
図８に示すように、半導体装置４０は基板４００の上方に設けられ、酸化物半導体層４１０、ゲート絶縁層４２０、ゲート電極４３０、酸化物絶縁層４４０、ソース電極４６１、ドレイン電極４６３を有する。また、酸化物絶縁層４４０は第１の領域４４１、第２の領域４４２及び欠陥領域４５０を有する。なお、ソース電極４６１及びドレイン電極４６３を特に区別しない場合には、これらの電極を４６０という場合がある。
【００８５】
基板４００の上に、酸化物半導体層４１０、ゲート絶縁層４２０、ゲート電極４３０が順に設けられる。電極４６０は、酸化物半導体層４１０の上に設けられる。図８では電極４６０が酸化物半導体層４１０の上面と接する構成を例示したが、電極４６０は、少なくとも酸化物半導体層４１０の一部と接していればよい。また、電極４６０が酸化物半導体層４１０の側面と接する場合であっても、電極４６０は、酸化物半導体層４１０の側面の全てと接する必要はなく、側面の一部と接していればよい。酸化物絶縁層４４０は、ゲート電極４３０を覆うように設けられ、欠陥領域４５０を有する。さらに、ゲート絶縁層４２０及び酸化物絶縁層４４０に設けられる開口を介して酸化物半導体層４１０と電極４６０とが接続する。
【００８６】
欠陥領域４５０は、酸化物半導体層４１０から離れた領域に設けられる。すなわち、欠陥領域４５０は、ゲート電極４３０と接する第１の領域４４１と酸化物絶縁層４４０の表面（ゲート電極４３０と接する面と反対の面）近傍の第２の領域４４２との間に設けられる。また、欠陥領域４５０は、酸化物絶縁層４４０の表面から酸化物絶縁層４４０の膜厚の２分の１以内の位置に設けられることが好ましく、３分の１以内の位置に設けられることがより好ましい。さらに、欠陥領域４５０の欠陥量は、第１の領域４４１及び第２の領域４４２の欠陥量よりも大きい。
【００８７】
半導体装置４０の各層の素材、及び作製方法については、半導体装置１０とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。なお、酸化物半導体層４１０は、後述する酸化物半導体層５１０と同様にソース領域及びドレイン領域を有していてもよい。
【００８８】
なお、図８では電極４６０が酸化物半導体層４１０と直接接続する構成を例示したが、酸化物半導体層４１０と電極４６０との間の接触抵抗が高くなる場合には、酸化物半導体層４１０と電極４６０との間にさらに金属層を設けることもできる。金属層は酸化物半導体層４１０の上面のみに設けてもよく酸化物半導体層４１０の上面及び側面に設けてもよい。また、図８では電極４６０がゲート絶縁層４２０の開口を介して酸化物半導体層４１０と接する構造を示したが、電極４６０がゲート絶縁層４２０の開口を介さずに酸化物半導体層４１０と接する構造であってもよい。
【００８９】
さらに、酸化物絶縁層４４０の上に窒化物を設けることもできる。窒化物は、酸化物絶縁層４４０の上に設けてあればよく、電極４６０の下に設けてもよく、電極４６０の上に設けてもよい。窒化物を電極４６０の下に設ける場合には、酸化物絶縁層４４０及び窒化物に設けられる開口を介して酸化物半導体層４１０に接続する電極４６０が設けられる。
【００９０】
本実施形態の半導体装置４０は、外部から侵入する水素及び水を欠陥領域４５０で捕縛することができるため、酸化物半導体層４１０にまで水素及び水が拡散することを防止することができる。特に、酸化物絶縁層４４０の上に窒化物を設ける場合において、窒化物に含まれる水素及び水の拡散を防止することができる。そのため、半導体装置４０の電気特性は短期的だけでなく、長期的にも安定する。
【００９１】
〈第５実施形態〉
図９を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置について説明する。
【００９２】
［半導体装置５０の構成］
図９は、本発明の一実施形態に係る半導体装置５０の構成の概要を示す断面図である。半導体装置５０は、半導体装置４０と同様のトップゲート型の半導体装置であるが、保護絶縁層５５０が酸化物に限定されない点、また、欠陥領域５３０が保護絶縁層５５０ではなく、ゲート絶縁層５２０に形成される点において半導体装置４０と相違する。そのため、以下の半導体装置５０の説明において、半導体装置４０と同様の特徴については説明を省略し、主に半導体装置４０との相違点である酸化物半導体層５１０、ゲート絶縁層５２０、欠陥領域５３０及び保護絶縁層５５０について説明する。
【００９３】
酸化物半導体層５１０は、ソース領域５１１、チャネル領域５１２及びドレイン領域５１３を含む。ソース領域５１１及びドレイン領域５１３は、それぞれソース電極５６１及びドレイン電極５６３と接続される。また、ソース領域５１１及びドレイン領域５１３の導電率は、チャネル領域５１２の導電率よりも高い。酸化物半導体層５１０の酸化物半導体に不純物を添加し、又は酸素欠陥を形成することによって、ソース領域５１１及びドレイン領域５１３の導電率を高くすることができる。例えば、ゲート電極５４０を形成した後に、ゲート電極５４０をマスクとして、ゲート絶縁層５２０を介して酸化物半導体層５１０に不純物を添加する。不純物の添加はイオン注入で行われることが好ましいが、これに限定されない。不純物としては、水素（Ｈ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、又はアルゴン（Ａｒ）であるが、これらに限定されない。
【００９４】
ゲート絶縁層５２０として、第１実施形態のゲート絶縁層１２０で用いられる絶縁性材料のうちの酸化物を用いることができる。また、欠陥領域５３０を形成する前のゲート絶縁層３２０は、化学量論組成に近い酸化物であることが好ましい。
【００９５】
欠陥領域５３０は酸化物半導体層５１０から離れた位置に設けられる。すなわち、欠陥領域５３０は、酸化物半導体層５１０に接する第１の領域５３１とゲート電極５４０に接する第２の領域５３２との間に設けられる。また、欠陥領域５３０は、ゲート絶縁層５２０と酸化物半導体層５１０とが接する面からゲート絶縁層５２０の膜厚の２分の１以上離れた位置に設けられることが好ましく、３分の２以上離れた位置に設けられることがより好ましい。さらに、欠陥領域５３０の欠陥量は、第１の領域５３１及び第２の領域５３２の欠陥量よりも大きい。
【００９６】
欠陥領域５３０は半導体装置４０と同様の方法で形成することができるが、ゲート電極５４０を形成した後で、ゲート絶縁層５２０の中に欠陥領域５３０が形成されることが好ましい。この場合、欠陥領域５３０の形成の際にゲート電極５４０がマスクとして機能するため、ゲート絶縁層５２０におけるチャネル領域５１２とゲート電極５４０との間の領域には欠陥領域５３０が形成されない。そのため、ゲート絶縁層５２０の耐圧性が損なわれることがなく、耐圧性に優れた半導体装置５０となる。
【００９７】
ゲート絶縁層５２０は積層構造であってもよい。例えば、ゲート絶縁層５２０は酸化物と窒化物の積層構造とすることができる。ゲート絶縁層５２０が酸化物と窒化物の積層構造の場合、酸化物の上に窒化物が設けられ、酸化物が酸化物半導体層５１０と接する構造とする。この場合、酸化物に欠陥領域５３０を形成するが、酸化物半導体層５１０から離れた位置で水素及び水を捕縛することができるようにするため、欠陥領域５３０は窒化物に近い位置に設けられる。欠陥領域５３０は、酸化物と酸化物半導体層５１０とが接する面から酸化物の膜厚の２分の１以上離れた位置に設けられることが好ましく、３分の２以上離れた位置に設けられることがより好ましい。
【００９８】
保護絶縁層５５０は酸化物半導体層５１０と接しないため、あらゆる絶縁性材料を用いることができる。すなわち、保護絶縁層５５０の材料としては、酸化物又は窒化物のような無機絶縁材料、もしくはポリイミド樹脂又はアクリル樹脂のような有機絶縁材料を用いることができる。また、保護絶縁層５５０として、無機絶縁層材料及び有機絶縁材料が各々単独で用いられていてもよく、これらが積層されていてもよい。
【００９９】
本実施形態の半導体装置５０は、外部から侵入する水素及び水を欠陥領域５３０で捕縛することができるため、酸化物半導体層５１０にまで水素及び水が拡散することを防止することができる。特に、ゲート絶縁層５２０に接する保護絶縁層５５０に窒化物が含まれる場合、欠陥領域５３０が窒化物に含まれる水素及び水をを捕縛し、水素及び水の拡散を防止することができる。また、酸化物半導体層５１０の中にソース領域５１１及びドレイン領域５１３が設けられる場合、ソース領域５１１及びドレイン領域５１３の中に水素及び水が侵入すると、ソース領域５１１及びドレイン領域５１３が拡がるとともに、チャネル領域５１２が狭くなる。その結果、半導体装置５０のチャネル長は実質的に小さくなるため、半導体装置５０の電気特性は変化することになる。しかし、本実施形態のように、ソース領域５１１及びドレイン領域５１３と重畳するゲート絶縁層５２０の中に欠陥領域５３０を形成することで、ソース領域５１１及びドレイン領域５１３への水素及び水の侵入を防止することができる。そのため、チャネル長が小さくなることによる半導体装置５０の電気特性の変化を抑制することができる。したがって、半導体装置５０の電気特性は短期的だけでなく、長期的にも安定する。
【０１００】
〈第６実施形態〉
図１０〜図１４を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置を用いた表示装置について説明する。なお、以下に示す実施形態では、上記の第１実施形態〜第５実施形態で説明した半導体装置を液晶表示装置の回路に適用した構成ついて説明する。
【０１０１】
［表示装置２０Ｂの概要］
図１０は、本発明の一実施形態に係る表示装置の概要を示す平面図である。図１０に示すように、表示装置２０Ｂは、アレイ基板３００Ｂ、シール部４００Ｂ、対向基板５００Ｂ、フレキシブルプリント回路基板６００Ｂ（ＦＰＣ６００Ｂ）、及びＩＣチップ７００Ｂを有する。アレイ基板３００Ｂ及び対向基板５００Ｂはシール部４００Ｂによって貼り合わせられる。シール部４００Ｂに囲まれた液晶領域２２Ｂには、複数の画素回路３１０Ｂがマトリクス状に配置される。液晶領域２２Ｂは、後述する液晶素子４１０Ｂと平面視において重なる領域である。
【０１０２】
シール部４００Ｂと平面視において重なるシール領域２４Ｂは、液晶領域２２Ｂの周囲の領域である。ＦＰＣ６００Ｂは端子領域２６Ｂに設けられる。端子領域２６Ｂはアレイ基板３００Ｂが対向基板５００Ｂから露出された領域であり、シール領域２４Ｂの外側に設けられる。なお、シール領域２４Ｂの外側とは、シール部４００Ｂが設けられた領域及びシール部４００Ｂによって囲まれた領域の外側を意味する。ＩＣチップ７００ＢはＦＰＣ６００Ｂ上に設けられる。ＩＣチップ７００Ｂは各画素回路３１０Ｂを駆動させるための信号を供給する。
【０１０３】
［表示装置２０Ｂの回路構成］
図１１は、本発明の一実施形態に係る表示装置の回路構成を示すブロック図である。図１１に示すように、画素回路３１０Ｂが配置された液晶領域２２ＢのＤ１方向（列方向）に隣接する位置にはソースドライバ回路３２０Ｂが設けられており、液晶領域２２ＢのＤ２方向（行方向）に隣接する位置にはゲートドライバ回路３３０Ｂが設けられている。ソースドライバ回路３２０Ｂ及びゲートドライバ回路３３０Ｂは、上記のシール領域２４Ｂに設けられる。ただし、ソースドライバ回路３２０Ｂ及びゲートドライバ回路３３０Ｂが設けられる領域はシール領域２４Ｂに限定されず、画素回路３１０Ｂが設けられた領域の外側であれば、どの領域でもよい。
【０１０４】
ソースドライバ回路３２０Ｂからソース配線３２１ＢがＤ１方向に延びており、Ｄ１方向に配列された複数の画素回路３１０Ｂに接続される。ゲートドライバ回路３３０Ｂからゲート配線３３１ＢがＤ２方向に延びており、Ｄ２方向に配列された複数の画素回路３１０Ｂに接続される。
【０１０５】
端子領域２６Ｂには端子部３３３Ｂが設けられている。端子部３３３Ｂとソースドライバ回路３２０Ｂとは接続配線３４１Ｂで接続される。同様に、端子部３３３Ｂとゲートドライバ回路３３０Ｂとは接続配線３４１Ｂで接続される。ＦＰＣ６００Ｂが端子部３３３Ｂに接続されることで、ＦＰＣ６００Ｂが接続された外部機器と表示装置２０Ｂとが接続され、外部機器からの信号によって表示装置２０Ｂに設けられた各画素回路３１０Ｂが駆動する。
【０１０６】
第１実施形態〜第４実施形態に示す半導体装置は、画素回路３１０Ｂ、ソースドライバ回路３２０Ｂ、及びゲートドライバ回路３３０Ｂに含まれるトランジスタに適用される。
【０１０７】
［表示装置２０Ｂの画素回路３１０Ｂ］
図１２は、本発明の一実施形態に係る表示装置の画素回路を示す回路図である。図１２に示すように、画素回路３１０Ｂはトランジスタ８００Ｂ、保持容量８９０Ｂ、及び液晶素子４１０Ｂなどの素子を含む。トランジスタ８００Ｂはゲート電極２１０Ｂ、ソース電極２４１Ｂ、及びドレイン電極２４３Ｂを有する。ゲート電極２１０Ｂはゲート配線３３１Ｂに接続される。ソース電極２４１Ｂはソース配線３２１Ｂに接続される。ドレイン電極２４３Ｂは保持容量８９０Ｂ及び液晶素子４１０Ｂに接続される。第１実施形態〜第４実施形態に示す半導体装置は、図１２に示すトランジスタに適用される。なお、本実施形態では、説明の便宜上、２４１Ｂをソース電極といい、２４３Ｂをドレイン電極というが、各々の電極のソースとしての機能とドレインとしての機能とが入れ替わってもよい。
【０１０８】
［表示装置２０Ｂの断面構造］
図１３は、本発明の一実施形態に係る表示装置の断面図である。図１３に示すように、ボトムゲート型のトランジスタ８００Ｂを画素回路３１０Ｂに用いる表示装置である。
【０１０９】
トランジスタ８００Ｂは、基板２００Ｂに形成されたトランジスタであり、絶縁層２０１Ｂを下地層とするトランジスタである。絶縁層２０１Ｂの上に、ゲート電極２１０Ｂ、ゲート絶縁層２２０Ｂ、酸化物半導体層２３０Ｂが順に設けられる。酸化物半導体層２３０Ｂのパターンの一方の端部にはソース電極２４１Ｂが設けられ、他方の端部にはドレイン電極２４３Ｂが設けられる。ソース電極２４１Ｂ及びドレイン電極２４３Ｂは、各々の酸化物半導体層２３０Ｂの上面及び側面において、酸化物半導体層２３０Ｂに接続される。
【０１１０】
酸化物半導体層２３０Ｂ、ソース電極２４１Ｂ、及びドレイン電極２４３Ｂの上に、酸化物絶縁層２５０Ｂ及び窒化物絶縁層２７０Ｂが設けられる。酸化物絶縁層２５０Ｂ及び窒化物絶縁層２７０Ｂには開口が設けられ、ソース配線２８１Ｂ及びドレイン配線２８３Ｂが設けられる。酸化物絶縁層２５０Ｂには欠陥領域２６０Ｂが形成される。
【０１１１】
ソース配線２８１Ｂ及びドレイン配線２８３Ｂの上に絶縁層２９０Ｂが設けられる。絶縁層２９０Ｂはトランジスタ８００Ｂの凹凸を平坦化できる膜であることが好ましく、例えば、アクリル樹脂やポリイミド樹脂などの有機絶縁材料を用いることができる。絶縁層２９０Ｂの上に、複数の画素に共通して設けられる共通電極８１０Ｂが設けられる。共通電極８１０Ｂの上に絶縁層８２０Ｂが設けられる。絶縁層２９０Ｂ、８２０Ｂには開口が設けられ、画素電極８３０Ｂが設けられる。画素電極８７０Ｂはドレイン配線２８３Ｂに接続される。
【０１１２】
図１４は、本発明の一実施形態に係る表示装置の画素電極及び共通電極の平面図である。図１４に示すように、共通電極８１０Ｂは、平面視において画素電極８３０Ｂと重なる重畳領域と、画素電極８３０Ｂと重ならない非重畳領域とを有する。画素電極８３０Ｂ又は共通電極８１０Ｂに電圧を印加し、画素電極８３０Ｂと共通電極８１０Ｂとの間に電位差を生じると、重畳領域の画素電極８３０Ｂから非重畳領域の共通電極８１０Ｂに向かって横電界が形成される。この横電界によって液晶素子８４０Ｂに含まれる液晶分子が動作することで、液晶素子８４０Ｂがシャッターとして機能する。画素電極８３０Ｂと共通電極８１０Ｂとの間の電位差を調整することにより、バックライトからの光の透過率を制御して画素の階調を決定することができる。
【０１１３】
上記の構造において、トランジスタ８００Ｂとして、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図５〜図９の半導体装置を適用することができる。
【０１１４】
〈第７実施形態〉
図１５及び図１６を用いて、本発明の一実施形態に係る半導体装置を用いた表示装置について説明する。本実施形態では、上記の第１実施形態〜第５実施形態で説明した半導体装置を有機ＥＬ表示装置の回路に適用した構成ついて説明する。なお、表示装置２０Ｃの概要及び回路構成は図１０及び図１１に示すものと同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１１５】
［表示装置２０Ｃの画素回路３１０Ｃ］
図１５は、本発明の一実施形態に係る表示装置の画素回路を示す回路図である。図１５に示すように、画素回路３１０Ｃは駆動トランジスタ９６０Ｃ、選択トランジスタ９７０Ｃ、保持容量９８０Ｃ、及び発光素子ＤＯなどの素子を含む。選択トランジスタ９７０Ｃのソース電極は信号線９７１Ｃに接続され、選択トランジスタ９７０Ｃのゲート電極はゲート線９７３Ｃに接続される。駆動トランジスタ９６０Ｃのソース電極はアノード電源線９６１Ｃに接続され、駆動トランジスタ９６０Ｃのドレイン電極は発光素子ＤＯの一端に接続される。発光素子ＤＯの他端はカソード電源線９６３Ｃに接続される。駆動トランジスタ９６０Ｃのゲート電極は選択トランジスタ９７０Ｃのドレイン電極に接続される。保持容量９８０Ｃは駆動トランジスタ９６０Ｃのゲート電極及びドレイン電極に接続される。信号線９７１Ｃには、発光素子ＤＯの発光強度を決める階調信号が供給される。ゲート線９７３Ｃには、上記の階調信号を書き込む画素行を選択する信号が供給される。
【０１１６】
［表示装置２０Ｃの断面構造］
図１６は、本発明の一実施形態に係る表示装置の断面図である。図１６に示す表示装置２０Ｃの構成は、図１３に示す表示装置２０Ｂと類似するが、表示装置２０Ｃの絶縁層２９０Ｃよりも上方の構造が表示装置２０Ｂの絶縁層２９０Ｂよりも上方の構造と相違する。ここでは、図１６に示す表示装置２０Ｃの構成のうち、図１３に示す表示装置２０Ｂと同様の構成については説明を省略し、表示装置２０Ｂとの相違点について説明する。
【０１１７】
図１６に示すように、表示装置２０Ｃは、絶縁層２９０Ｃの上方に第１電極（画素電極）８３０Ｃ、発光層８５０Ｃ、及び第２電極８６０Ｃを有する。第１電極８３０Ｃは絶縁層２９０Ｃの上に設けられる。第１電極８３０Ｃの上に絶縁層８４０Ｃが設けられる。絶縁層８４０Ｃには発光領域となる開口が設けられる。つまり、絶縁層８４０Ｃは画素を画定する。開口によって露出した第１電極８３０Ｃの上に発光層８５０Ｃ及び第２電極８６０Ｃが設けられる。第１電極８３０Ｃ及び発光層８５０Ｃは、各画素に対して個別に設けられる。一方、第２電極８６０Ｃは、複数の画素に共通して設けられる。
【０１１８】
第１電極８３０Ｃ及び第２電極８６０Ｃは、酸化インジウム−スズ（ＩＴＯ）や酸化インジウム−酸化亜鉛（ＩＺＯ）などの透明導電材料を用いれば透明電極とすることができ、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの金属材料を用いれば非透明電極とすることができる。なお、金属材料を１〜１０ｎｍ程度の膜厚とした金属薄膜も透明電極として用いることもできる。この場合、金属薄膜のみでは抵抗が高くなることから、抵抗を下げることができる金属薄膜と透明導電材料の積層構造を透明電極とすることが好ましい。
【０１１９】
図１６において、第１電極を透明電極、第２電極を非透明電極とすることにより、発光層８５０Ｃからの光は基板２００Ｃへ射出される（ボトムエミッション）。一方、第１電極を非透明電極、第２電極を透明電極とすることにより、発光層８５０Ｃからの光は基板２００Ｃとは反対側へ射出される（トップエミッション）。また、第１電極及び第２電極をともに透明電極とすれば、発光層８５０Ｃからの光は両面に射出されるとともに、各層に透明な材料を選択することで透明な表示装置２０Ｃを作製することもできる。
【０１２０】
発光層８５０Ｃは、各画素ごとに、赤色発光、緑色発光、青色発光の素子を設けてもよく、全ての画素に共通して白色発光の素子を設けてもよい。なお、発光層８５０Ｃに白色発光の素子を設ける場合は、発光層８５０Ｃからの光が射出される側に、各画素に対応して赤色、緑色、青色のカラーフィルターを設けることでフルカラーを表示することができる。
【０１２１】
第６実施形態及び第７実施形態では、第１実施形態〜第５実施形態で説明した半導体装置を液晶表示装置及び有機ＥＬ表示装置に適用した構成について例示したが、これらの表示装置以外の表示装置(例えば、有機ＥＬ表示装置以外の自発光型表示装置又は電子ペーパ型表示装置)に当該半導体装置を適用してもよい。また、中小型の表示装置から大型の表示装置まで、特に限定することなく上記半導体装置の適用が可能である。
【０１２２】
本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
【０１２３】
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【０１２４】
１０、２０：半導体装置、  ２０Ｂ：表示装置、  ２２Ｂ：液晶領域、  ２４Ｂ：シール領域、  ２６Ｂ：端子領域、  ３０、４０、５０：半導体装置、１００：基板、  １１０：ゲート電極、  １２０：ゲート絶縁層、  １３０：酸化物半導体層、  １４０：電極、  １４１：ソース電極、  １４３：ドレイン電極、  １５０：酸化物絶縁層、  １５１：  第１の領域、  １５２：第２の領域、  １６０：欠陥領域、  １７０：矢印、  １８０：レジスト層、  ２００：基板、  ２０１Ｂ：絶縁層、  ２１０：ゲート電極、  ２２０：ゲート絶縁層、  ２３０：酸化物半導体層、  ２４０：電極、２４１：ソース電極、  ２４３、２４３Ｂ：ドレイン電極、  ２５０、２５０Ｂ：酸化物絶縁層、  ２５１：第１の領域、  ２５２：第２の領域、  ２６０、２６０Ｂ：欠陥領域、  ２７０、２７０Ｂ：窒化物絶縁層、  ２８０：配線、２８１、２８１Ｂ：ソース配線、  ２８３、２８３Ｂ：ドレイン配線、  ２９０Ｂ、２９０Ｃ：絶縁層、  ３００：基板、  ３００Ｂ：アレイ基板、  ３１０：ゲート電極、３１０Ｂ、３１０Ｃ：画素回路、  ３２０：ゲート絶縁層、  ３２０Ｂ：ソースドライバ回路、  ３２１：第１の領域、  ３２１Ｂ：ソース配線、  ３２２：第２の領域、  ３３０：欠陥領域、  ３３０Ｂ：ゲートドライバ回路、  ３３１Ｂ：ゲート配線、  ３３３Ｂ：端子部、  ３４０：酸化物半導体層、  ３４１Ｂ：接続配線、  ３６０：酸化物絶縁層、  ４００：基板、  ４００Ｂ：シール部、  ４１０：酸化物半導体層、  ４１０Ｂ：液晶素子、  ４２０：ゲート絶縁層、  ４３０：ゲート電極、  ４４０：酸化物絶縁層、  ４４１：第１の領域、  ４４２：第２の領域、  ４５０：欠陥領域、  ４６０：電極、  ４６１：ソース電極、  ４６３：ドレイン電極、  ５００Ｂ：対向基板、  ５１０：酸化物半導体層、  ５１１：ソース領域５１１、  ５１２：チャネル領域、  ５１３：ドレイン領域、  ５２０：ゲート絶縁層、  欠陥領域：５３０、  ５４０：ゲート電極、  ５５０：保護絶縁層、  ５６１：ソース電極、  ５６３：ドレイン電極、  ６００Ｂ：フレキシブルプリント回路基板、  ７００Ｂ：チップ、  ８００Ｂ：トランジスタ、  ８１０Ｂ：共通電極、  ８２０Ｂ：絶縁層、  ８３０Ｂ：画素電極、  ８３０Ｃ：第１電極、  ８４０Ｂ：液晶素子、  ８４０Ｃ：絶縁層、  ８５０Ｃ：発光層、  ８６０Ｃ：第２電極、  ８７０Ｂ：画素電極、  ８９０Ｂ：保持容量、  ９６０Ｃ：駆動トランジスタ、  ９６１Ｃ：アノード電源線、  ９６３Ｃ：カソード電源線、  ９７０Ｃ：選択トランジスタ、９７１Ｃ：信号線、  ９７３Ｃ：ゲート線、  ９８０Ｃ：保持容量
【図１】
2020150173.tif 000003
【図２Ａ】
2020150173.tif 000004
【図２Ｂ】
2020150173.tif 000005
【図３Ａ】
2020150173.tif 000006
【図３Ｂ】
2020150173.tif 000007
【図３Ｃ】
2020150173.tif 000008
【図４】
2020150173.tif 000009
【図５】
2020150173.tif 000010
【図６】
2020150173.tif 000011
【図７】
2020150173.tif 000012
【図８】
2020150173.tif 000013
【図９】
2020150173.tif 000014
【図１０】
2020150173.tif 000015
【図１１】
2020150173.tif 000016
【図１２】
2020150173.tif 000017
【図１３】
2020150173.tif 000018
【図１４】
2020150173.tif 000019
【図１５】
2020150173.tif 000020
【図１６】
2020150173.tif 000021