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公開番号2025176096
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2025144461,2023203698
出願日2025-09-01,2013-10-23
発明の名称表示装置
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H10D 30/67 20250101AFI20251126BHJP()
要約【課題】酸化物半導体膜の欠陥を低減し、電気特性を向上させ、かつ、信頼性を向上させる酸化物半導体を有する半導体装置、表示装置及び発光装置を提供する。
【解決手段】トランジスタ50は、基板11上に形成されるゲート電極15、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜17、ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる多層膜20及び多層膜に接する一対の電極21、22を有する。また、ゲート絶縁膜、多層膜及び一対の電極上には、酸化物絶縁膜23、24及び窒化物絶縁膜25で構成される保護膜26が形成される。多層膜は、酸化物半導体膜18及びIn若しくはGaを含む酸化物膜19を有し、酸化物絶縁膜23は、酸素を透過する酸化物絶縁膜であり、酸化物絶縁膜24は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の画素を有し、
前記複数の画素はそれぞれ、トランジスタと、液晶素子と、を有する表示装置であって、
第１の導電膜と、
前記第１の導電膜の上方に位置する領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上方に位置する領域を有する多層膜と、
前記多層膜の上方に位置する領域を有する第２の導電膜及び第３の導電膜と、
前記第２の導電膜の上方に位置する領域と前記第３の導電膜の上方に位置する領域と、を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上方に位置する領域を有する第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜の上方に位置する領域を有する第４の導電膜と、
前記第４の導電膜の上方に位置する領域を有する第４の絶縁膜と、
前記第４の絶縁膜の上方に位置する領域を有する第５の導電膜と、
前記第５の導電膜の上方に位置する領域を有する第５の絶縁膜と、
前記第５の絶縁膜の上方に位置する領域を有する液晶層と、を有し、
前記第１の導電膜は、前記トランジスタのゲート電極としての機能と、走査線としての機能と、を有し、
前記第１の絶縁膜は、前記トランジスタのゲート絶縁膜としての機能を有し、
前記多層膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記多層膜は、酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜の上方に位置する領域を有する酸化物膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、ＩｎとＧａとＺｎとをｘ２：ｙ２：ｚ２の原子数比で有し、
前記酸化物膜は、ＩｎとＧａとＺｎとをｘ１：ｙ１：ｚ１の原子数比で有し、
ｙ１／ｘ１は、ｙ２／ｘ２よりも大きく、
前記第２の導電膜は、前記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の機能と、信号線としての機能と、を有し、
前記第３の導電膜は、前記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の機能を有し、
前記第２の絶縁膜は、酸化物絶縁膜と窒化物絶縁膜とを有し、
前記第３の絶縁膜は、有機樹脂膜を有し、
前記第４の導電膜は、前記液晶素子の共通電極としての機能を有し、
前記第５の導電膜は、前記液晶素子の画素電極としての機能を有し、
前記第５の絶縁膜は、配向膜としての機能を有し、
前記第２の絶縁膜は、第１の開口を有し、
前記第３の絶縁膜は、第２の開口を有し、
前記第４の導電膜は、第３の開口を有し、
前記第４の絶縁膜は、第４の開口を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の開口と前記第２の開口と前記第３の開口と前記第４の開口とが重なる領域で、前記第３の導電膜と接する領域を有し、
前記画素の断面視において、前記第４の絶縁膜は、前記第３の絶縁膜の側面と接する領域と、前記第２の絶縁膜と接する領域と、前記第３の導電膜と接する領域と、を有し、
前記画素の平面視において、前記第３の開口は、前記第１の開口の全体と重なりを有し、前記第２の開口の全体と重なりを有し、且つ、前記第４の開口の全体と重なりを有する表示装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
複数の画素を有し、
前記複数の画素はそれぞれ、トランジスタと、液晶素子と、を有する表示装置であって、
第１の導電膜と、
前記第１の導電膜の上方に位置する領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上方に位置する領域を有する多層膜と、
前記多層膜の上方に位置する領域を有する第２の導電膜及び第３の導電膜と、
前記第２の導電膜の上方に位置する領域と前記第３の導電膜の上方に位置する領域と、を有する第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜の上方に位置する領域を有する第３の絶縁膜と、
前記第３の絶縁膜の上方に位置する領域を有する第４の導電膜と、
前記第４の導電膜の上方に位置する領域を有する第４の絶縁膜と、
前記第４の絶縁膜の上方に位置する領域を有する第５の導電膜と、
前記第５の導電膜の上方に位置する領域を有する第５の絶縁膜と、
前記第５の絶縁膜の上方に位置する領域を有する液晶層と、を有し、
前記第１の導電膜は、前記トランジスタのゲート電極としての機能と、走査線としての機能と、を有し、
前記第１の絶縁膜は、前記トランジスタのゲート絶縁膜としての機能を有し、
前記多層膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記多層膜は、酸化物半導体膜と、前記酸化物半導体膜の上方に位置する領域を有する酸化物膜と、を有し、
前記酸化物半導体膜は、ＩｎとＧａとＺｎとをｘ２：ｙ２：ｚ２の原子数比で有し、
前記酸化物膜は、ＩｎとＧａとＺｎとをｘ１：ｙ１：ｚ１の原子数比で有し、
ｙ１／ｘ１は、ｙ２／ｘ２よりも大きく、
前記第２の導電膜は、前記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の機能と、信号線としての機能と、を有し、
前記第３の導電膜は、前記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の機能を有し、
前記第２の絶縁膜は、酸化物絶縁膜と窒化物絶縁膜とを有し、
前記第３の絶縁膜は、有機樹脂膜を有し、
前記第４の導電膜は、前記液晶素子の共通電極としての機能を有し、
前記第５の導電膜は、前記液晶素子の画素電極としての機能を有し、
前記第５の絶縁膜は、配向膜としての機能を有し、
前記第２の絶縁膜は、第１の開口を有し、
前記第３の絶縁膜は、第２の開口を有し、
前記第４の導電膜は、第３の開口を有し、
前記第４の絶縁膜は、第４の開口を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の開口と前記第２の開口と前記第３の開口と前記第４の開口とが重なる領域で、前記第３の導電膜と接する領域を有し、
前記画素の断面視において、前記第４の絶縁膜は、前記第３の絶縁膜の側面と接する領域と、前記第２の絶縁膜と接する領域と、前記第３の導電膜と接する領域と、を有し、
前記画素の平面視において、前記第５の導電膜は複数のスリットを有し、
前記画素の平面視において、前記スリットは、前記第３の開口と重なり有さず、
前記画素の平面視において、前記第３の開口は、前記第１の開口の全体と重なりを有し、前記第２の開口の全体と重なりを有し、且つ、前記第４の開口の全体と重なりを有する表示装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
ｙ１／ｘ１は、ｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きい、表示装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２において、
ｙ１／ｘ１は、ｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きい、表示装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシ
ン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特
に、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆動方法
、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば、酸化物半導体を有する
半導体装置、表示装置、または、発光装置に関する。特に、本発明は、例えば、トランジ
スタを有する半導体装置及びその作製方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイの多くに用いら
れているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリ
コンまたは多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリ
コン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。
【０００３】
近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用い
る技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物
半導体とよぶことにする。
【０００４】
例えば、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物を用いたト
ランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる
技術が開示されている（特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
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】
【０００６】
酸化物半導体膜を用いたトランジスタにおいて、酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損量
が多いことは、トランジスタの電気特性の不良に繋がると共に、経時変化やストレス試験
（例えば、ＢＴ（Ｂｉａｓ－Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）において、トラン
ジスタの電気特性、代表的にはしきい値電圧の変動量が増大することの原因となる。
【０００７】
そこで、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半導体装置などにおいて、酸化物
半導体膜の欠陥を低減することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、酸化物半
導体膜を用いた半導体装置などにおいて、電気特性を向上させることを課題の一とする。
または、本発明の一態様は、酸化物半導体膜を用いた半導体装置などにおいて、信頼性を
向上させることを課題の一とする。または、本発明の一態様は、オフ電流の低い半導体装
置などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低い半導体
装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、目の疲労を軽減する
ことが可能な表示装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は、透
明な半導体膜を用いた半導体装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一
態様は、新規な半導体装置などを提供することを課題とする。または、本発明の一態様は
、優れた特性を有する半導体装置などを提供することを課題とする。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。なお、本発明の一態様は、これらの課
題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、
請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記
載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、基板上に形成されるゲート電極、ゲート電極を覆うゲート絶縁膜、
ゲート絶縁膜を介してゲート電極と重なる多層膜、及び多層膜に接する一対の電極を有す
るトランジスタと、該トランジスタを覆う第１の酸化物絶縁膜及び該第１の酸化物絶縁膜
上に形成される第２の酸化物絶縁膜とを備える半導体装置であって、多層膜は、酸化物半
導体膜及びＩｎ若しくはＧａを含む酸化物膜を有し、第１の酸化物絶縁膜は、酸素を透過
する酸化物絶縁膜であり、第２の酸化物絶縁膜は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多
くの酸素を含む酸化物絶縁膜であり、トランジスタは、バイアス温度ストレス試験によっ
てしきい値電圧が変動しない、またはプラス方向若しくはマイナス方向に変動する特性を
有し、マイナス方向若しくはプラス方向への変動量が１．０Ｖ以下、好ましくは０．５Ｖ
以下であることを特徴とする。
【０００９】
なお、酸化物半導体膜は、Ｉｎ若しくはＧａを含むことが好ましい。
【００１０】
また、Ｉｎ若しくはＧａを含む酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギー準位が、酸化物半
導体膜の伝導帯の下端のエネルギー準位よりも真空準位に近い。さらには、Ｉｎ若しくは
Ｇａを含む酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜の伝導帯の下端
のエネルギー準位との差は０．０５ｅＶ以上２ｅＶ以下であることが好ましい。なお、真
空準位と伝導帯下端のエネルギー差を電子親和力ともいうため、Ｉｎ若しくはＧａを含む
酸化物膜の電子親和力が、酸化物半導体膜の電子親和力より小さく、その差が０．０５ｅ
Ｖ以上２ｅＶ以下であることが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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