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公開番号2024166287
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024154519,2023080572
出願日2024-09-09,2009-10-27
発明の名称半導体装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01L 29/786 20060101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】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で構成された駆動回
路を有する表示装置において、回路が占める面積を大きくすることなく、薄膜トランジス
タのしきい値電圧のシフトを低減し、且つ薄膜トランジスタをオフにした際にソースとド
レインの間を流れる電流を低減する。
【解決手段】複数のインバータ回路及び複数のスイッチを有し、インバータ回路は、第1
の酸化物半導体膜を有する第1の薄膜トランジスタと、第2の酸化物半導体膜を有する第
2のトランジスタと、を有し、第1の薄膜トランジスタ及び第2の薄膜トランジスタは、
エンハンスメント型であり、第1の酸化物半導体膜及び第2の酸化物半導体膜上に接して
OH基を有する酸化珪素膜が設けられ、酸化珪素膜上に接して窒化珪素膜が設ける。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
第１の導電膜と、
第２の導電膜と、
第３の導電膜と、
前記第１乃至第３の導電膜の上方の絶縁膜と、
前記絶縁膜の上方の第１の酸化物半導体膜と、
前記絶縁膜の上方の第２の酸化物半導体膜と、
前記絶縁膜の上方の第３の酸化物半導体膜と、
前記絶縁膜の上方の第４の酸化物半導体膜と、
前記絶縁膜の上方の第４の導電膜と、
前記絶縁膜の上方の第５の導電膜と、
前記絶縁膜の上方の第６の導電膜と、
前記絶縁膜の上方の第７の導電膜と、を有し、
前記第１の導電膜は、第１のトランジスタのゲート電極として機能する領域を有し、
前記第２の導電膜は、第２のトランジスタのゲート電極として機能する領域と第３のトランジスタのゲート電極として機能する領域とを有し、
前記第３の導電膜は、第４のトランジスタのゲート電極として機能する領域を有し、
前記第１の酸化物半導体膜は、前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第２の酸化物半導体膜は、前記第２のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、前記第３のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第４の酸化物半導体膜は、前記第４のトランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記第４の導電膜は、前記第１の酸化物半導体膜の表面と接する領域を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の酸化物半導体膜の表面と接する領域と前記第２の酸化物半導体膜の表面と接する領域とを有し、
前記第６の導電膜は、前記第３の酸化物半導体膜の表面と接する領域と前記第４の酸化物半導体膜の表面と接する領域とを有し、
前記第７の導電膜は、前記第４の酸化物半導体膜の表面と接する領域を有し、
前記絶縁膜は、第１の開口と第２の開口とを有し、
前記第４の導電膜は、前記絶縁膜が有する前記第１の開口に設けられた領域を有し、
前記第４の導電膜は、前記第１の導電膜の表面と接する領域を有し、
前記第７の導電膜は、前記絶縁膜が有する前記第２の開口に設けられた領域を有し、
前記第７の導電膜は、前記第３の導電膜の表面と接する領域を有する、半導体装置。
前記第１のトランジスタのチャネル長方向は、第１の方向に沿う方向であり、
前記第２のトランジスタのチャネル長方向は、前記第１の方向に沿う方向であり、
前記第３のトランジスタのチャネル長方向は、前記第１の方向に沿う方向であり、
前記第４のトランジスタのチャネル長方向は、前記第１の方向に沿う方向である、半導体装置。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第４の導電膜は、前記第１のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域と前記第２のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域とを有し、
前記第６の導電膜は、前記第３のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域と前記第４のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の一方として機能する領域とを有し、
前記第７の導電膜は、前記第４のトランジスタのソース電極又はドレイン電極の他方として機能する領域を有する、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記絶縁膜は、前記第１のトランジスタのゲート絶縁膜として機能する領域と、前記第２のトランジスタのゲート絶縁膜として機能する領域と、前記第３のトランジスタのゲート絶縁膜として機能する領域と、前記第４のトランジスタのゲート絶縁膜として機能する領域と、を有する、半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
酸化珪素膜と、
前記酸化珪素膜の上面と接する窒化珪素膜と、を有し、
前記酸化珪素膜は、前記第１の酸化物半導体膜の上面と接する領域と前記第２の酸化物半導体膜の上面と接する領域と前記第３の酸化物半導体膜の上面と接する領域と前記第４の酸化物半導体膜の上面と接する領域とを有する、半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１の酸化物半導体膜は、インジウム、ガリウム及び亜鉛を有し、
前記第２の酸化物半導体膜は、インジウム、ガリウム及び亜鉛を有し、
前記第３の酸化物半導体膜は、インジウム、ガリウム及び亜鉛を有し、
前記第４の酸化物半導体膜は、インジウム、ガリウム及び亜鉛を有する、半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体を用いる駆動回路及びその作製方法、当該駆動回路を具備する表
示装置、及び当該表示装置を具備する電子機器に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等の平板に形成される薄膜トランジスタは
、アモルファスシリコン、多結晶シリコンによって作製されている。アモルファスシリコ
ンを用いた薄膜トランジスタは、電界効果移動度が低いもののガラス基板の大面積化に対
応することができ、一方、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタは電界効果移動度が
高いものの、レーザアニール等の結晶化工程が必要であり、ガラス基板の大面積化には必
ずしも適応しないといった特性を有している。
【０００３】
これに対し、酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイ
スに応用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体として酸化亜鉛、Ｉｎ－Ｇａ
－Ｚｎ－Ｏ系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、画像表示装置のスイッチ
ング素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－１２３８６１号公報
特開２００７－９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。酸化物半導体膜はス
パッタ法などによって３００℃以下の温度で膜形成が可能であり、酸化物半導体を用いた
薄膜トランジスタは、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタよりも製造工程が簡単で
ある。
【０００６】
このような酸化物半導体を用いてガラス基板上、プラスチック基板上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
等への応用が期待されている。
【０００７】
表示装置の高精細化に伴い、画素数が増加し、ゲート線数、及びソース線数が増加する。
ゲート線数、及びソース線数が増加すると、それらを駆動するための駆動回路を有するＩ
Ｃチップをボンディング等により実装することが困難となり、製造コストが増大するとい
う問題がある。そのため駆動回路は、ガラス基板上、プラスチック基板上等に単極性の薄
膜トランジスタで形成することが好ましい。しかしながら、アモルファスシリコンを用い
て構成された単極性の駆動回路では、薄膜トランジスタの劣化に伴うしきい値電圧のシフ
トの問題がある。また、ポリシリコンを用いて構成された単極性の駆動回路では、しきい
値電圧のばらつきが顕著になってしまう問題がある。そのため、アモルファスシリコンを
用いた単極性の駆動回路及びポリシリコンを用いた単極性の駆動回路では、しきい値電圧
のシフトまたはしきい値電圧のばらつきの補正回路を構築することにより、回路が占める
面積が増大してしまう。
【０００８】
一方、酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタによって単極性の駆動回路を構成する場合
、アモルファスシリコン及びポリシリコンを用いた薄膜トランジスタほど、しきい値電圧
のシフトまたはしきい値電圧のばらつきの問題は顕著ではないものの、酸化物半導体が経
時的に劣化することによる、しきい値電圧のばらつきの問題は残る。こういった諸問題を
解決することは、表示装置での映像の質を高めること、または駆動回路の動作の安定性の
向上させることにも重要である。また一方で酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタでは
、消費電力を低減するために、薄膜トランジスタをオフにした際に流れる電流を小さくす
ることが望まれる。
【０００９】
そこで本発明の一態様は、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で
構成された駆動回路を有する表示装置において、回路が占める面積を大きくすることなく
、酸化物半導体が経時的に劣化することによる薄膜トランジスタのしきい値電圧のシフト
を低減し、且つ薄膜トランジスタをオフにした際にソースとドレインの間を流れる電流（
以下、オフ電流ともいう）を低減することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様としては、複数のインバータ回路及び複数のスイッチを有し、前記インバ
ータ回路は、第１の酸化物半導体膜を有し、ゲート端子及び第１端子が高電源電位を供給
する配線に接続された第１の薄膜トランジスタと、第２の酸化物半導体膜を有し、前記第
１の薄膜トランジスタの第２端子が第１端子に接続され、第２端子が低電源電位を供給す
る配線に接続され、ゲート端子に入力信号が供給される第２のトランジスタと、を有し、
前記第１の薄膜トランジスタ及び前記第２の薄膜トランジスタは、エンハンスメント型で
あり、前記第１の酸化物半導体膜及び前記第２の酸化物半導体膜上に接してＯＨ基を有す
る酸化珪素膜が設けられ、前記酸化珪素膜上に接して窒化珪素膜が設けられている表示装
置の駆動回路である。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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