KR20240161471A - Semiconductor devices and their manufacturing methods - Google Patents

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KR20240161471A
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Abstract

본 발명은 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여하는 것을 과제로 한다. 또한, 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터가 뛰어난 전기 특성을 부여한다. 또한, 이 트랜지스터를 가지는 신뢰성의 높은 반도체 장치를 제공한다.
산화물 반도체막 및 산화물막이 적층된 다층막과, 게이트 전극과 게이트 절연막을 가지는 트랜지스터에 대해, 다층막은 게이트 절연막을 사이에 끼우고 상기 게이트 전극과 중첩하여 형성되고, 다층막은 산화물 반도체막의 하면과 산화물 반도체막의 측면 사이의 제 1 각도, 및, 산화물막의 하면과 산화물막의 측면 사이의 제 2 각도를 가지는 형상이고, 제 1 각도는 제 2 각도보다 작고, 또한 예각으로 한다. 또한, 이 트랜지스터를 이용함으로써 반도체 장치를 제작한다.
The present invention aims to provide stable electrical characteristics to a transistor using an oxide semiconductor film. Furthermore, a transistor using an oxide semiconductor film provides excellent electrical characteristics. Furthermore, a highly reliable semiconductor device having this transistor is provided.
For a transistor having a multilayer film in which an oxide semiconductor film and an oxide film are laminated, and a gate electrode and a gate insulating film, the multilayer film is formed by overlapping the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween, and the multilayer film has a shape having a first angle between a lower surface of the oxide semiconductor film and a side surface of the oxide semiconductor film, and a second angle between the lower surface of the oxide film and the side surface of the oxide film, the first angle being smaller than the second angle and being an acute angle. In addition, a semiconductor device is manufactured by using this transistor.

Description

반도체 장치 및 그 제조방법{Semiconductor devices and their manufacturing methods} Semiconductor devices and their manufacturing methods

본 발명은 반도체 장치 및 그 제작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

또한 본 명세서 안에서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 말하고, 전기 광학 장치, 반도체 회로 및 전자 기기 등은 모두 반도체 장치이다.In addition, in this specification, a semiconductor device refers to a device in general that can function by utilizing semiconductor characteristics, and electro-optical devices, semiconductor circuits, and electronic devices are all semiconductor devices.

절연 표면을 가지는 기판 위에 형성된 반도체막을 이용하여, 트랜지스터를 구성하는 기술이 주목받고 있다. 이 트랜지스터는 집적 회로나 표시 장치와 같은 반도체 장치에 넓게 응용되고 있다. 트랜지스터에 적용할 수 있는 반도체막으로서 실리콘막이 알려져 있다.The technology of constructing a transistor using a semiconductor film formed on a substrate having an insulating surface is attracting attention. This transistor is widely used in semiconductor devices such as integrated circuits and display devices. A silicon film is known as a semiconductor film that can be applied to a transistor.

트랜지스터의 반도체막에 이용되는 실리콘막은 용도에 따라 비정질 실리콘막과 다결정 실리콘막이 나누어 사용되고 있다. 예를 들면, 대형의 표시 장치를 구성하는 트랜지스터에 적용하는 경우, 대면적 기판으로의 성막 기술이 확립되어 있는 비정질 실리콘막을 이용하면 매우 적합하다. 한편, 구동 회로를 일체(一體) 형성한 고기능의 표시 장치를 구성하는 트랜지스터에 적용하는 경우, 높은 전계 효과 이동도를 가지는 트랜지스터를 제작할 수 있는 다결정 실리콘막을 이용하면 매우 적합하다. 다결정 실리콘막은 비정질 실리콘막에 대해 고온에서의 열처리, 또는 레이저 광처리를 행함으로써 형성하는 방법이 알려져 있다.The silicon film used in the semiconductor film of the transistor is divided into amorphous silicon film and polycrystalline silicon film depending on the purpose. For example, in the case of application to a transistor constituting a large display device, it is very suitable to use an amorphous silicon film for which a film formation technology for a large-area substrate has been established. On the other hand, in the case of application to a transistor constituting a high-function display device in which a driving circuit is integrally formed, it is very suitable to use a polycrystalline silicon film that can produce a transistor having a high field-effect mobility. A method of forming a polycrystalline silicon film by performing a high-temperature heat treatment or laser light treatment on an amorphous silicon film is known.

또한, 최근에는 산화물 반도체막이 주목받고 있다. 예를 들면, 캐리어 밀도가 1018/cm3 미만인 인듐, 갈륨 및 아연을 포함하는 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터가 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).In addition, oxide semiconductor films have recently attracted attention. For example, a transistor using an oxide semiconductor film containing indium, gallium, and zinc having a carrier density of less than 10 18 /cm 3 has been disclosed (see Patent Document 1).

산화물 반도체막은 스퍼터링법을 이용하여 성막할 수 있기 때문에, 대형의 표시 장치를 구성하는 트랜지스터에 적용할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터는 높은 전계 효과 이동도를 가지기 때문에, 구동 회로를 일체 형성한 고기능의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한, 비정질 실리콘막을 이용한 트랜지스터의 생산 설비의 일부를 개량해 이용할 수 있기 때문에, 설비 투자를 줄일 수 있는 장점도 있다.Since the oxide semiconductor film can be formed using the sputtering method, it can be applied to transistors that constitute large display devices. In addition, since the transistor using the oxide semiconductor film has high field-effect mobility, it is possible to realize a high-function display device that forms an integrated driving circuit. In addition, since it is possible to improve and utilize part of the production equipment for transistors using amorphous silicon films, there is also an advantage of reducing equipment investment.

그런데, 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터는 오프 상태에서 리크 전류(오프 전류라고도 함.)가 매우 작다고 알려져 있다. 예를 들면, 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터의 낮은 리크 특성을 응용한 저소비 전력의 CPU 등이 개시되어 있다(특허문헌 2 참조).However, it is known that transistors using oxide semiconductor films have very small leakage currents (also called off-state currents) in the off state. For example, a low-power CPU that utilizes the low leakage characteristics of transistors using oxide semiconductor films has been disclosed (see Patent Document 2).

일본국 특개 2006-165528호 공보Japanese Special Publication No. 2006-165528 미국 특허 출원 공개 제 2012/0032730호 명세서Specification of United States Patent Application Publication No. 2012/0032730

산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터는 산화물 반도체막 안에 생기는 결함, 및 산화물 반도체막에 접하는 절연막과의 계면에 생기는 결함에 의해, 트랜지스터의 전기 특성이 불량이 된다. 또한, 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터의 응용이 넓어짐에 따라, 신뢰성의 요구가 다양화되고 있다.Transistors using oxide semiconductor films have poor electrical characteristics due to defects occurring within the oxide semiconductor film and defects occurring at the interface with the insulating film in contact with the oxide semiconductor film. In addition, as the application of transistors using oxide semiconductor films expands, the requirements for reliability are diversifying.

따라서, 본 발명의 일 형태는 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여하는 것을 과제의 하나로 한다. 또한, 본 발명의 일 형태는 산화물 반도체막을 이용한 트랜지스터에 뛰어난 전기 특성을 부여하는 것을 과제의 하나로 한다. 또한, 이 트랜지스터를 가지는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다.Accordingly, one aspect of the present invention has as its object the task of imparting stable electrical characteristics to a transistor using an oxide semiconductor film. Furthermore, one aspect of the present invention has as its object the task of imparting excellent electrical characteristics to a transistor using an oxide semiconductor film. Furthermore, one aspect of the present invention has as its object the task of providing a highly reliable semiconductor device having this transistor.

본 발명의 일 형태는 산화물 반도체막 및 산화물막이 적층된 다층막과 게이트 전극과 게이트 절연막을 가지고, 다층막은 게이트 절연막을 사이에 끼우고 상기 게이트 전극과 중첩하여 형성되어 있고, 다층막은 산화물 반도체막의 하면과 산화물 반도체막의 측면 사이의 제 1 각도, 및 산화물막의 하면과 산화물막의 측면 사이의 제 2 각도를 가지는 형상이며, 제 1 각도는 제 2 각도보다 작고, 또한 예각인 것을 특징으로 하는 반도체 장치이다.One embodiment of the present invention is a semiconductor device having a multilayer film in which an oxide semiconductor film and an oxide film are laminated, a gate electrode, and a gate insulating film, wherein the multilayer film is formed to overlap the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween, and the multilayer film has a shape having a first angle between a lower surface of the oxide semiconductor film and a side surface of the oxide semiconductor film, and a second angle between the lower surface of the oxide film and the side surface of the oxide film, and the first angle is smaller than the second angle and is an acute angle.

상기 반도체 장치에서, 다층막은 산화물 반도체막의 상단과 상기 산화물막의 하단이 거의 일치하고 있다. 또한, 다층막은 산화물 반도체막의 위에 산화물막이 적층되어 있어도 좋고, 산화물 반도체막의 상하에 산화물막이 적층되어 있어도 좋다.In the above semiconductor device, the multilayer film has an upper portion of the oxide semiconductor film and a lower portion of the oxide film that are almost aligned. In addition, the multilayer film may have an oxide film laminated on top of the oxide semiconductor film, or may have oxide films laminated above and below the oxide semiconductor film.

상기 반도체 장치에서, 제 1 각도 및 제 2 각도는 10°이상 90°미만이 바람직하다.In the above semiconductor device, the first angle and the second angle are preferably 10° or more and less than 90°.

상기 반도체 장치에서, 산화물막은 산화물 반도체막과 공통의 원소를 포함하고, 또한 산화물 반도체막보다 전도대 하단의 에너지가 진공 준위에 가까운 것이 바람직하다. 예를 들면, 산화물 반도체막 및 산화물막은 In-M-Zn 산화물(M은 Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Nd)이고, 산화물막은 산화물 반도체막보다 M에 대한 In의 원자수비가 작은 것이 바람직하다.In the semiconductor device, it is preferable that the oxide film contains elements common to the oxide semiconductor film, and furthermore, that the energy of the lower end of the conduction band is closer to the vacuum level than that of the oxide semiconductor film. For example, the oxide semiconductor film and the oxide film are In-M-Zn oxide (M is Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, or Nd), and it is preferable that the oxide film has a lower atomic ratio of In to M than that of the oxide semiconductor film.

상기 반도체 장치에서, 산화물막은 비정질이고, 산화물 반도체막은 결정질이며, 산화물 반도체막에 포함되는 결정부의 c축은 산화물 반도체막의 표면의 법선 벡터에 평행인 것이 바람직하다.In the above semiconductor device, it is preferable that the oxide film is amorphous, the oxide semiconductor film is crystalline, and the c-axis of the crystal part included in the oxide semiconductor film is parallel to the normal vector of the surface of the oxide semiconductor film.

상기 반도체 장치에서, 소스 전극 및 드레인 전극은 다층막에 접하여 형성되어 있고, 다층막의 소스 전극 및 드레인 전극과 접하는 계면 근방의 영역에는, 저저항 영역이 형성되어 있다.In the above semiconductor device, the source electrode and the drain electrode are formed in contact with the multilayer film, and a low-resistance region is formed in a region near the interface where the source electrode and the drain electrode of the multilayer film are in contact.

또한, 상기 반도체 장치는 산화물막과 동일한 조성 또는 다른 조성을 가지는 산화물막이 소스 전극 및 드레인 전극과 다층막과의 상면에 접하여 형성되어 있어도 좋다.In addition, the semiconductor device may have an oxide film having the same composition as or a different composition from the oxide film formed on the upper surface of the source electrode and the drain electrode and the multilayer film.

본 발명의 일 형태에 의해, 산화물막 및 산화물 반도체막을 포함하는 다층막을 이용함으로써, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, stable electrical characteristics can be imparted to a transistor by using a multilayer film including an oxide film and an oxide semiconductor film.

또한, 이 다층막의 형상을, 적어도 제 1 각도와, 이 제 1 각도보다 큰 제 2 각도를 가지는 테이퍼(taper) 형상으로 함으로써, 채널 영역이 되는 산화물 반도체막과 소스 전극 및 드레인 전극과의 접촉 면적을 증대시킬 수 있고, 트랜지스터의 온 전류를 증대시킬 수 있다.In addition, by forming the shape of the multilayer film into a tapered shape having at least a first angle and a second angle greater than the first angle, the contact area between the oxide semiconductor film, which becomes the channel region, and the source electrode and the drain electrode can be increased, and the on-state current of the transistor can be increased.

또한, 본 발명의 일 형태에 의해, 상기 트랜지스터를 가지는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다.In addition, by one embodiment of the present invention, a highly reliable semiconductor device having the transistor can be provided.

도 1은 트랜지스터를 설명하는 상면도 및 단면도.
도 2는 트랜지스터를 설명하는 단면도.
도 3은 다층막의 밴드 구조를 설명하는 도면.
도 4는 다층막의 밴드 구조를 설명하는 도면.
도 5는 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 6은 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 7은 트랜지스터를 설명하는 상면도 및 단면도.
도 8은 트랜지스터를 설명하는 상면도 및 단면도.
도 9는 트랜지스터를 설명하는 단면도.
도 10은 다층막의 밴드 구조를 설명하는 도면.
도 11은 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 12는 트랜지스터의 제작 방법을 설명하는 단면도.
도 13은 트랜지스터를 설명하는 상면도 및 단면도.
도 14는 트랜지스터를 설명하는 상면도 및 단면도.
도 15는 EL 표시 장치의 일례를 나타내는 회로도.
도 16은 EL 표시 장치의 일례를 나타내는 상면도 및 단면도.
도 17은 EL 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도.
도 18은 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 회로도.
도 19는 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 단면도.
도 20은 반도체 장치의 일례를 나타내는 블럭도.
도 21은 반도체 장치의 일례를 나타내는 단면도.
도 22는 CPU의 일례를 나타내는 블럭도.
도 23은 전자 기기의 일례를 나타내는 도면.
도 24는 에칭액과 에칭 속도와의 관계를 설명하는 도면.
도 25는 STEM상을 설명하는 도면.
도 26은 STEM상을 설명하는 도면.
도 27은 STEM상을 설명하는 도면.
도 28은 STEM상을 설명하는 도면.
도 29는 STEM상을 설명하는 도면.
도 30은 STEM상을 설명하는 도면.
도 31은 다층막의 구조를 설명하는 도면.
도 32는 다층막의 구조를 설명하는 도면.
Figure 1 is a top view and cross-sectional view illustrating a transistor.
Figure 2 is a cross-sectional diagram illustrating a transistor.
Figure 3 is a drawing explaining the band structure of a multilayer film.
Figure 4 is a drawing explaining the band structure of a multilayer film.
Figure 5 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a transistor.
Figure 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a transistor.
Figure 7 is a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor.
Figure 8 is a top view and a cross-sectional view illustrating a transistor.
Figure 9 is a cross-sectional diagram illustrating a transistor.
Figure 10 is a drawing explaining the band structure of a multilayer film.
Figure 11 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a transistor.
Figure 12 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a transistor.
Figure 13 is a top view and cross-sectional view illustrating a transistor.
Figure 14 is a top view and cross-sectional view illustrating a transistor.
Fig. 15 is a circuit diagram showing an example of an EL display device.
Fig. 16 is a top view and a cross-sectional view showing an example of an EL display device.
Fig. 17 is a cross-sectional view showing an example of an EL display device.
Fig. 18 is a circuit diagram showing an example of a liquid crystal display device.
Fig. 19 is a cross-sectional view showing an example of a liquid crystal display device.
Fig. 20 is a block diagram showing an example of a semiconductor device.
Fig. 21 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device.
Figure 22 is a block diagram showing an example of a CPU.
Fig. 23 is a drawing showing an example of an electronic device.
Figure 24 is a drawing explaining the relationship between etching solution and etching rate.
Figure 25 is a drawing explaining the STEM image.
Figure 26 is a drawing explaining the STEM image.
Figure 27 is a drawing explaining the STEM image.
Figure 28 is a drawing explaining the STEM image.
Figure 29 is a drawing explaining the STEM image.
Figure 30 is a drawing explaining the STEM award.
Figure 31 is a drawing explaining the structure of a multilayer film.
Figure 32 is a drawing explaining the structure of a multilayer film.

이하에서는, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 이용해 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되지 않고, 그 형태 및 상세한 사항을 여러가지로 변경할 수 있는 것은 당업자이면 용이하게 이해된다. 또한, 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용으로 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한, 도면을 이용해 발명의 구성을 설명할 때에, 같은 것을 가리키는 부호는 다른 도면간이라도 공통하여 이용한다. 또한, 같은 것을 가리킬 때에는 해치 패턴을 같이 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail using drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that the form and details can be changed in various ways. In addition, the present invention is not interpreted as being limited to the description of the embodiments shown below. In addition, when explaining the configuration of the invention using drawings, symbols indicating the same elements are used in common even among different drawings. In addition, when indicating the same elements, the hatch pattern is the same and there are cases where no symbols are specifically attached.

제 1, 제 2로서 붙여지는 서수사는 편의상 이용하는 것이고, 공정순 또는 적층순을 나타내는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서 발명을 특정하기 위한 사항으로서 고유의 명칭을 나타내는 것은 아니다.The ordinal numbers 1 and 2 are used for convenience and do not indicate the order of the process or the order of stacking. In addition, they do not indicate a unique name as a matter for specifying the invention in this specification.

또한, 전압은 어떤 전위와 기준의 전위(예를 들면 접지 전위(GND) 또는 소스 전위)와의 전위차를 나타내는 경우가 많다. 따라서, 전압을 전위라고 바꾸어 말할 수 있다.Also, voltage often represents the difference in potential between a certain potential and a reference potential (e.g., ground potential (GND) or source potential). Therefore, voltage can be rephrased as potential.

또한, 「전기적으로 접속한다」라고 표현되는 경우에도, 현실의 회로에 있어서는, 물리적인 접속 부분이 없고, 배선이 연장되어 있을 뿐인 경우도 있다.Also, even when it is expressed as "electrically connected," in real circuits, there are cases where there is no physical connection and only extended wiring.

또한, 소스 및 드레인의 기능은 회로 동작에서 전류의 방향이 변화하는 경우 등에는 바뀌는 경우가 있다. 이에 따라, 본 명세서에서는, 소스 및 드레인의 용어는 바꾸어 이용할 수 있는 것으로 한다.In addition, the functions of the source and drain may change, for example, when the direction of the current changes in circuit operation. Accordingly, in this specification, the terms source and drain may be used interchangeably.

본 명세서에서, 「평행」이란, 2개의 직선이 -10°이상 10°이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 따라서, -5°이상 5°이하의 경우도 포함된다. 또한, 「수직」이란, 2개의 직선이 80°이상 100°이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 따라서, 85°이상 95°이하의 경우도 포함된다.In this specification, "parallel" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10° or more and 10° or less. Therefore, a case of -5° or more and 5° or less is also included. In addition, "perpendicular" means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, a case of 85° or more and 95° or less is also included.

또한, 본 명세서에서, 결정이 삼방정(三方晶) 또는 능면체정(菱面體晶)인 경우, 육방정(六方晶)계로서 나타낸다.Additionally, in this specification, if the crystal is a trigonal crystal or a rhombohedral crystal, it is expressed as a hexagonal crystal system.

또한, 본 명세서 등에서, 각 실시형태 및 각 실시예에 기재되어 있는 구성 및 내용은 적절히 조합할 수 있다.In addition, in this specification and the like, the configurations and contents described in each embodiment and each example can be appropriately combined.

(실시형태 1)(Embodiment 1)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태인 트랜지스터에 대해 설명한다.In this embodiment, a transistor, which is one form of the present invention, is described.

1-1. 트랜지스터 구조(1)1-1. Transistor structure (1)

도 1에, BGTC 구조인 트랜지스터의 상면도 및 단면도를 도시한다. 도 1(A)은 트랜지스터의 상면도를 도시한다. 도 1(A)에서, 일점 쇄선 A1-A2에 대응하는 단면도를 도 1(B)에 도시한다. 또한, 도 1(A)에서, 일점 쇄선 A3-A4에 대응하는 단면도를 도 1(C)에 도시한다. 또한 도 1(A)에서, 도면의 명료화를 위해 이 트랜지스터의 구성 요소의 일부(게이트 절연막, 및 보호 절연막 등)를 생략하고 있다.In Fig. 1, a top view and a cross-sectional view of a transistor having a BGTC structure are shown. Fig. 1(A) shows a top view of the transistor. In Fig. 1(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A1-A2 is shown in Fig. 1(B). In addition, in Fig. 1(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A3-A4 is shown in Fig. 1(C). In addition, in Fig. 1(A), some of the components of the transistor (such as a gate insulating film and a protective insulating film) are omitted for clarity of the drawing.

본 실시형태에서는, 보텀(bottom) 게이트형 트랜지스터에 대해 설명한다. 여기에서는, 보텀 게이트형 트랜지스터의 일종인 보텀 게이트 톱 콘택트 구조(BGTC 구조)의 트랜지스터에 대해 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1(B)에 나타내는 트랜지스터는 기판(100) 위에 형성된 게이트 전극(104)과, 게이트 전극(104) 위에 형성된 게이트 절연막(112)과, 게이트 절연막(112) 위에 형성된 산화물 반도체막(106a), 및 산화물 반도체막(106a) 위에 형성된 산화물막(106b)을 포함하는 다층막(106)과, 게이트 절연막(112) 및 다층막(106) 위에 형성된 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과, 다층막(106), 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b) 위에 형성된 보호 절연막(118)을 가진다.In this embodiment, a bottom-gate type transistor is described. Here, a transistor having a bottom-gate top contact structure (BGTC structure), which is a type of bottom-gate type transistor, is described using FIG. 1. The transistor shown in FIG. 1(B) has a multilayer film (106) including a gate electrode (104) formed on a substrate (100), a gate insulating film (112) formed on the gate electrode (104), an oxide semiconductor film (106a) formed on the gate insulating film (112), and an oxide film (106b) formed on the oxide semiconductor film (106a), a source electrode (116a) and a drain electrode (116b) formed on the gate insulating film (112) and the multilayer film (106), and a protective insulating film (118) formed on the multilayer film (106), the source electrode (116a), and the drain electrode (116b).

또한, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)에 이용하는 도전막의 종류에 따라서는, 다층막 (106)의 일부로부터 산소를 빼앗거나 또는 혼합층을 형성해, 다층막(106) 안에 저저항 영역(106c) 및 저저항 영역(106d)을 형성하는 경우가 있다. 저저항 영역(106c) 및 저저항 영역(106d)은 도 1(B)에서, 다층막(106) 안의 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과 접하는 계면 근방의 영역(다층막(106)의 파선과 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)의 사이의 영역)이 된다. 저저항 영역(106c) 및 저저항 영역(106d)의 일부 또는 전부는 소스 영역 및 드레인 영역으로서 기능한다.In addition, depending on the type of conductive film used for the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), there are cases where oxygen is taken from a part of the multilayer film (106) or a mixed layer is formed to form a low-resistance region (106c) and a low-resistance region (106d) within the multilayer film (106). In Fig. 1(B), the low-resistance region (106c) and the low-resistance region (106d) are regions near the interface where the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) are in contact with each other within the multilayer film (106) (regions between the broken lines of the multilayer film (106) and the source electrode (116a) and the drain electrode (116b)). Part or all of the low-resistance region (106c) and the low-resistance region (106d) function as the source region and the drain region.

도 1(A)에서, 게이트 전극(104)과 중첩하는 영역에서, 소스 전극(116a)과 드레인 전극(116b)과의 간격을 채널 길이라고 한다. 다만, 트랜지스터가 소스 영역 및 드레인 영역을 포함하는 경우, 게이트 전극(104)과 중첩하는 영역에서, 저저항 영역(106c)과 저저항 영역(106d)과의 간격을 채널 길이라고 해도 좋다.In Fig. 1(A), the distance between the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) in the region overlapping with the gate electrode (104) is referred to as the channel length. However, when the transistor includes a source region and a drain region, the distance between the low-resistance region (106c) and the low-resistance region (106d) in the region overlapping with the gate electrode (104) may also be referred to as the channel length.

또한, 채널 형성 영역이란, 다층막(106)에서, 게이트 전극(104)과 중첩하거나, 또는 소스 전극 (116a)과 드레인 전극(116b) 사이에 끼워지는 영역을 말한다(도 1(B) 참조). 또한, 채널 영역이란, 채널 형성 영역에서, 전류가 주로 흐르는 영역을 말한다. 여기에서는, 채널 영역은 채널 형성 영역 안의 산화물 반도체막(106a)의 일부분이다.In addition, the channel formation region refers to a region in the multilayer film (106) that overlaps with the gate electrode (104) or is sandwiched between the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) (see Fig. 1(B)). In addition, the channel region refers to a region in the channel formation region through which current mainly flows. Here, the channel region is a part of the oxide semiconductor film (106a) within the channel formation region.

또한, 게이트 전극(104)은 도 1(A)에 도시한 것처럼, 상면 형상에서 다층막(106)이 안쪽에 포함되도록 형성된다. 이렇게 함으로써, 기판(100)측으로부터 광이 입사했을 때에, 다층막 (106) 안에서 광에 의해 캐리어가 생성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 게이트 전극(104)은 차광막으로서의 기능을 가진다. 단, 게이트 전극(104)의 외측까지 다층막(106)이 형성되어 있어도 좋다.In addition, the gate electrode (104) is formed so that the multilayer film (106) is included on the inside in the top surface shape, as shown in Fig. 1(A). By doing so, when light is incident from the substrate (100) side, it is possible to suppress the generation of carriers by light within the multilayer film (106). That is, the gate electrode (104) has a function as a light-shielding film. However, the multilayer film (106) may be formed up to the outside of the gate electrode (104).

산화물 반도체막(106a)의 하면이란, 산화물 반도체막(106a)의 기판(100)측의 면, 또는 산화물 반도체막(106a)의 게이트 절연막(112)에 접하는 면에 상당한다. 산화물막(106b)의 하면이란, 산화물막(106b)의 기판(100)측의 면, 또는 산화물막(106b)의 산화물 반도체막(106a)과의 경계면에 상당한다. 또한, 다층막(106)의 적층 구조는 STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)를 이용해 관찰함으로써, 그 경계를 확인할 수 있다. 그러나, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)에 이용하는 재료에 따라서는, 이 경계를 명확하게 확인할 수 없는 경우가 있다.The lower surface of the oxide semiconductor film (106a) corresponds to the surface of the oxide semiconductor film (106a) on the substrate (100) side, or the surface of the oxide semiconductor film (106a) that contacts the gate insulating film (112). The lower surface of the oxide film (106b) corresponds to the surface of the oxide film (106b) on the substrate (100) side, or the boundary surface of the oxide film (106b) with the oxide semiconductor film (106a). In addition, the boundary of the stacked structure of the multilayer film (106) can be confirmed by observing it using STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy). However, depending on the materials used for the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), there are cases where this boundary cannot be clearly confirmed.

1-1-1. 다층막에 대해1-1-1. About multilayer films

이하에서는, 다층막(106)과 다층막(106)을 구성하는 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)에 대해서, 도 1 및 도 2를 이용해 설명한다.Below, the multilayer film (106) and the oxide semiconductor film (106a) and oxide film (106b) constituting the multilayer film (106) will be described using FIG. 1 and FIG. 2.

도 2는 도 1(B)의 파선으로 둘러싸인 영역의 확대도이다.Figure 2 is an enlarged view of the area surrounded by the dashed line in Figure 1(B).

다층막(106)에서, 적어도 산화물 반도체막(106a)은 테이퍼 형상을 가진다. 바람직하게는, 산화물막(106b)도 테이퍼 형상을 가진다. 또한, 산화물 반도체막(106a)의 테이퍼 형상과 산화물막(106b)의 테이퍼 형상이 다르다.In the multilayer film (106), at least the oxide semiconductor film (106a) has a tapered shape. Preferably, the oxide film (106b) also has a tapered shape. In addition, the tapered shape of the oxide semiconductor film (106a) is different from the tapered shape of the oxide film (106b).

구체적으로는, 산화물 반도체막(106a)에서, 산화물 반도체막(106a)의 하면과 산화물 반도체막(106a)의 측면 사이의 각도를 제 1 각도(θ1)로 하고, 산화물막(106b)에서, 산화물막(106b)의 하면과 산화물막(106b)의 측면 사이의 각도를 제 2 각도(θ2)로 한 경우, 제 1 각도(θ1)는 예각으로 하고, 제 2 각도(θ2)는 예각, 또는 수직으로 할 수 있다.Specifically, in the oxide semiconductor film (106a), when the angle between the lower surface of the oxide semiconductor film (106a) and the side surface of the oxide semiconductor film (106a) is set as the first angle (θ1), and in the oxide film (106b), when the angle between the lower surface of the oxide film (106b) and the side surface of the oxide film (106b) is set as the second angle (θ2), the first angle (θ1) can be an acute angle, and the second angle (θ2) can be an acute angle or a vertical angle.

특히, 제 1 각도(θ1) 및 제 2 각도(θ2)는 모두 예각이고, 제 1 각도(θ1) 쪽이 제 2 각도(θ2)보다 작은 것이 바람직하다.In particular, both the first angle (θ1) and the second angle (θ2) are acute angles, and it is preferable that the first angle (θ1) is smaller than the second angle (θ2).

또한, 제 1 각도(θ1)는 10°이상 90°미만이고, 30°이상 70°이하인 것이 바람직하다. 제 2 각도(θ2)는 10°이상 90°미만으로 하고, 30°이상 70°이하로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first angle (θ1) is 10° or more and less than 90°, and 30° or more and 70° or less. It is preferable that the second angle (θ2) is 10° or more and less than 90°, and 30° or more and 70° or less.

이와 같이, 다층막(106)을, 다른 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상으로 함으로써 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다. 다층막(106)에 대해, 일정한 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상에 비해, 다른 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상으로 함으로써, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과의 접촉 면적을 확대할 수 있다. 따라서, 다층막(106)과, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과의 접촉 저항이 저감하여, 트랜지스터의 온(on) 전류를 증대시킬 수 있다.In this way, by forming the multilayer film (106) into a tapered shape having a different taper angle, the following effects can be obtained. For the multilayer film (106), by forming it into a tapered shape having a different taper angle compared to a tapered shape having a constant taper angle, the contact area with the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) can be expanded. Accordingly, the contact resistance between the multilayer film (106) and the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) is reduced, so that the on current of the transistor can be increased.

또한, 제 2 각도(θ2)를 제 1 각도(θ1)보다 크게 함으로써, 산화물막(106b)과 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과의 접촉 면적을 작게 할 수 있고, 산화물막(106b)에 형성되는 저저항 영역을 작게 할 수 있다. 이에 의해, 산화물막(106b)의 저저항화를 억제하고 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)의 사이에서 리크 패스(leak path)의 발생을 억제하면서, 채널 영역으로서 기능하는 산화물 반도체막(106a)에 효과적으로 저저항 영역을 형성할 수 있고, 트랜지스터의 온 전류의 증대와, 트랜지스터의 오프 전류의 저감을 양립시킬 수 있다.In addition, by making the second angle (θ2) larger than the first angle (θ1), the contact area between the oxide film (106b) and the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) can be reduced, and the low-resistance region formed in the oxide film (106b) can be reduced. As a result, while suppressing the low resistance of the oxide film (106b) and suppressing the occurrence of a leak path between the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), a low-resistance region can be effectively formed in the oxide semiconductor film (106a) functioning as a channel region, and both an increase in the on-current of the transistor and a decrease in the off-current of the transistor can be achieved.

또한, 산화물 반도체막(106a)의 상단은 산화물막(106b)의 하단과 거의 일치하고 있다(도 2 참조). 즉, 다층막(106)에는, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)으로 형성되는 큰 단차(113)를 가지지 않는다(도 31(A), 도 31(B) 참조). 그 때문에, 다층막(106) 위에 형성되는 막(예를 들면, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)에 가공되는 도전막)의 단이 끊어지는 것을 억제할 수 있고, 전기 특성이 양호한 트랜지스터를 제작할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(106a)의 상단과 산화물막(106b)의 하단이 거의 일치하고 있다는 것은 산화물막(106b)의 하단과 산화물 반도체막(106a)의 상단과의 거리(L1)가 30㎚ 이하, 바람직하게는 10㎚ 이하인 것을 말한다(도 31(A), 도 31(B) 참조).In addition, the upper end of the oxide semiconductor film (106a) almost coincides with the lower end of the oxide film (106b) (see FIG. 2). That is, the multilayer film (106) does not have a large step (113) formed by the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) (see FIG. 31(A) and FIG. 31(B)). Therefore, it is possible to suppress the breakup of the end of the film formed on the multilayer film (106) (for example, the conductive film processed into the source electrode (116a) and the drain electrode (116b)), and it is possible to manufacture a transistor having good electrical characteristics. In addition, the fact that the upper part of the oxide semiconductor film (106a) and the lower part of the oxide semiconductor film (106b) almost coincide with each other means that the distance (L1) between the lower part of the oxide film (106b) and the upper part of the oxide semiconductor film (106a) is 30 nm or less, preferably 10 nm or less (see FIG. 31(A) and FIG. 31(B)).

상기 테이퍼 형상은 다층막(106)을 에칭으로 형성할 때에, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)의 에칭 속도가 다른 것을 이용함으로써 형성할 수 있다. 특히, 상기 테이퍼 형상은 산화물 반도체막(106a)의 에칭 속도를, 산화물막(106b)의 에칭 속도보다 늦게 함으로써 형성할 수 있다.The above-mentioned tapered shape can be formed by utilizing the fact that the etching rates of the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) are different when forming the multilayer film (106) by etching. In particular, the above-mentioned tapered shape can be formed by making the etching rate of the oxide semiconductor film (106a) slower than the etching rate of the oxide film (106b).

상기 테이퍼 형상은 예를 들면, 부식액(etchant)으로서 인산을 포함하는 용액을 이용한 습식 에칭에 의해 형성할 수 있다.The above tapered shape can be formed, for example, by wet etching using a solution containing phosphoric acid as an etchant.

다층막(106)을 습식 에칭에 의해 형성하는 것의 이점으로서는, 이하를 들 수 있다. 예를 들면, 다층막(106)으로 가공되는 산화물 반도체막 및 산화물막에 핀홀 등의 결함을 가지고 있는 경우, 건식 에칭에 의해 이 산화물 반도체막 및 이 산화물막을 가공하면, 이 핀홀을 통해서, 이 산화물 반도체막 및 이 산화물막 아래에 형성되어 있는 절연막(게이트 절연막 등)도 에칭하는 경우가 있다. 이것에 의해, 이 절연막에, 이 절연막 아래에 형성되어 있는 전극(게이트 전극 등)에 이르는 개구가 형성되게 되는 경우가 있다. 이러한 상황 하에서 트랜지스터를 제작하면, 이 전극과 다층막(106) 위에 형성되는 전극(소스 전극 및 드레인 전극 등)으로 쇼트 하는 등, 특성 불량의 트랜지스터가 제작되는 경우가 있다. 즉, 건식 에칭에 의해 다층막(106)을 형성하면, 트랜지스터의 수율이 저하되는 것으로 이어진다. 따라서, 다층막(106)을 습식 에칭에 의해 형성함으로써, 전기 특성이 양호한 트랜지스터를 생산성 높게 제작할 수 있다.The advantages of forming the multilayer film (106) by wet etching include the following. For example, if the oxide semiconductor film and oxide film processed into the multilayer film (106) have defects such as pinholes, when the oxide semiconductor film and oxide film are processed by dry etching, the insulating film (such as a gate insulating film) formed under the oxide semiconductor film and oxide film may also be etched through the pinholes. As a result, an opening may be formed in the insulating film that leads to the electrode (such as a gate electrode) formed under the insulating film. When a transistor is manufactured under such circumstances, there are cases where a transistor with poor characteristics is manufactured, such as a short circuit between the electrode and the electrode (such as a source electrode and a drain electrode) formed on the multilayer film (106). In other words, forming the multilayer film (106) by dry etching leads to a decrease in the yield of the transistor. Therefore, by forming a multilayer film (106) by wet etching, a transistor with good electrical characteristics can be manufactured with high productivity.

또한, 습식 에칭의 에칭 속도는 부식액의 농도, 및 부식액의 온도 등에 따라 변화하기 때문에, 산화물 반도체막(106a)의 에칭 속도가 산화물막(106b)의 에칭 속도보다 늦어지도록 적절히 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 제 2 각도(θ2)를 제 1 각도(θ1)보다 크게 함으로써, 이 습식 에칭에서, 부식액에 노출되는 면적을 가능한 한 작게 할 수 있다. 또한, 제 2 각도(θ2)를 제 1 각도(θ1)보다 크게 함으로써, 부식액에 의한 오염이나 결함의 생성에 의해, 산화물막(106b)에 형성되는 저저항 영역을 작게 할 수 있다.In addition, since the etching speed of wet etching varies depending on the concentration of the corrosive solution, the temperature of the corrosive solution, etc., it is preferable to appropriately adjust the etching speed of the oxide semiconductor film (106a) to be slower than the etching speed of the oxide film (106b). In addition, by making the second angle (θ2) larger than the first angle (θ1), the area exposed to the corrosive solution in this wet etching can be made as small as possible. In addition, by making the second angle (θ2) larger than the first angle (θ1), the low-resistance region formed in the oxide film (106b) due to contamination by the corrosive solution or the creation of defects can be made small.

예를 들면, 상기 부식액으로서 85% 정도로 조정된 인산 수용액, 또는 인산(72%)과 질산(2%)과 초산(9.8%)을 혼합한 혼합 용액(혼산 알루미늄액이라고도 함.)을 들 수 있다. 또한, 부식액의 온도는 20℃∼35℃ 정도의 실온 또는 상온이 바람직하다. 또한, 부식액은 상기 이외의 것이어도 좋다.For example, a phosphoric acid aqueous solution adjusted to about 85% as the above-mentioned etchant, or a mixed solution (also called mixed aluminum acid solution) of phosphoric acid (72%), nitric acid (2%), and acetic acid (9.8%) can be mentioned. In addition, the temperature of the etchant is preferably room temperature or ambient temperature of about 20℃ to 35℃. In addition, the etchant may be a solution other than the above-mentioned.

산화물 반도체막(106a)은 적어도 인듐을 포함하는 산화물 반도체막이다. 예를 들면, 인듐 외에 아연을 포함하고 있어도 좋다. 또한, 산화물 반도체막(106a)은 인듐에 더하여, 원소 M(M은 Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Nd)을 포함하면 바람직하다.The oxide semiconductor film (106a) is an oxide semiconductor film that contains at least indium. For example, it may contain zinc in addition to indium. In addition, it is preferable that the oxide semiconductor film (106a) contains, in addition to indium, an element M (M is Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, or Nd).

산화물막(106b)은 산화물 반도체막(106a)을 구성하는 원소 일종 이상으로 구성되고, 전도대 하단의 에너지가 산화물 반도체막(106a)보다 0.05eV 이상, 0.07eV 이상, 0.1eV 이상 또는 0.15eV 이상, 또 2eV 이하, 1eV 이하, 0.5eV 이하 또는 0.4eV 이하 진공 준위에 가까운 산화물막이다. 이 때, 게이트 전극(104)에 전계를 인가하면, 다층막(106) 중, 전도대 하단의 에너지가 낮은 산화물 반도체막(106a)에 채널이 형성된다. 즉, 산화물 반도체막(106a)과 보호 절연막(118)과의 사이에 산화물막(106b)을 가짐으로써, 트랜지스터의 채널을 보호 절연막(118)과 접하지 않는 산화물 반도체막(106a)에 형성할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(106a)을 구성하는 원소 일종 이상으로 산화물막(106b)이 구성되기 때문에, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에서, 계면 산란이 일어나기 어렵다. 따라서, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에서, 캐리어의 움직임이 저해되지 않기 때문에, 트랜지스터의 전계 효과 이동도가 높아진다. 또한, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에 계면 준위를 형성하기 어렵다. 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에 계면 준위가 있으면, 이 계면을 채널로 한 문턱 전압이 다른 제 2 트랜지스터가 형성되고, 트랜지스터의 외관상의 문턱 전압이 변동하는 경우가 있다. 따라서, 산화물막(106b)을 형성함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압 등의 전기 특성의 편차를 저감할 수 있다.The oxide film (106b) is composed of one or more elements constituting the oxide semiconductor film (106a), and is an oxide film close to a vacuum level whose energy at the bottom of the conduction band is 0.05 eV or higher, 0.07 eV or higher, 0.1 eV or higher, or 0.15 eV or higher, or 2 eV or lower, 1 eV or lower, 0.5 eV or lower, or 0.4 eV or lower than that of the oxide semiconductor film (106a). At this time, when an electric field is applied to the gate electrode (104), a channel is formed in the oxide semiconductor film (106a) among the multilayer films (106) having a lower energy at the bottom of the conduction band. That is, by having the oxide film (106b) between the oxide semiconductor film (106a) and the protective insulating film (118), the channel of the transistor can be formed in the oxide semiconductor film (106a) that is not in contact with the protective insulating film (118). In addition, since the oxide film (106b) is composed of one or more elements constituting the oxide semiconductor film (106a), it is difficult for interfacial scattering to occur between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b). Therefore, since the movement of carriers is not impeded between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), the field effect mobility of the transistor is increased. In addition, it is difficult to form an interfacial state between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b). If an interfacial state exists between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), a second transistor having a different threshold voltage using this interface as a channel is formed, and there are cases where the apparent threshold voltage of the transistor fluctuates. Therefore, by forming the oxide film (106b), it is possible to reduce variation in electrical characteristics such as the threshold voltage of the transistor.

산화물막(106b)은 예를 들면, Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, Nd 또는 Hf(특히 Al 또는 Ga)를 산화물 반도체막(106a)보다 높은 원자수비로 포함하는 산화물막으로 하면 좋다. 구체적으로는, 산화물막(106b)으로서 산화물 반도체막(106a)보다 위에서 서술한 원소를 1.5배 이상, 바람직하게는 2배 이상, 더욱 바람직하게는 3배 이상 높은 원자수비로 포함하는 산화물막을 이용한다. 위에서 서술한 원소는 산소와 강하게 결합하기 때문에, 산소 결손이 산화물막에 생기는 것을 억제하는 기능을 가진다. 즉, 산화물막(106b)은 산화물 반도체막(106a)보다 산소 결손이 발생하기 어려운 산화물막이다.The oxide film (106b) may be an oxide film containing, for example, Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, Nd or Hf (particularly Al or Ga) at a higher atomic ratio than the oxide semiconductor film (106a). Specifically, an oxide film containing the above-described elements at a higher atomic ratio of 1.5 times or more, preferably 2 times or more, and more preferably 3 times or more than the oxide semiconductor film (106a) is used as the oxide film (106b). Since the above-described elements strongly bind to oxygen, they have a function of suppressing the occurrence of oxygen vacancies in the oxide film. In other words, the oxide film (106b) is an oxide film in which oxygen vacancies are less likely to occur than the oxide semiconductor film (106a).

예를 들면, 산화물 반도체막(106a)이 In-M-Zn 산화물이고, 산화물막(106b)도 In-M-Zn 산화물로 할 때, 산화물막(106b)을 In:M:Zn=x2:y2:z2[원자수비], 산화물 반도체막(106a)을 In:M:Zn=x1:y1:z1[원자수비]로 하면, y1/x1가 y2/x2보다 커지는 산화물막(106b) 및 산화물 반도체막(106a)을 선택한다. 또한, 원소 M은 In보다 산소와의 결합력이 강한 금속 원소이고, 예를 들면 Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, 또는 Nd(특히 Al 또는 Ga) 등을 들 수 있다. 바람직하게는, y1/x1가 y2/x2보다 1.5배 이상 커지는 산화물막(106b) 및 산화물 반도체막(106a)을 선택한다. 더욱 바람직하게는, y1/x1가 y2/x2보다 2배 이상 커지는 산화물막(106b) 및 산화물 반도체막(106a)을 선택한다. 보다 바람직하게는, y1/x1가 y2/x2보다 3배 이상 커지는 산화물막(106b) 및 산화물 반도체막(106a)을 선택한다. 이 때, 산화물막(106b)에서, y2가 x2 이상이면 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있기 때문에 바람직하다. 단, y2가 x2의 3배 이상이 되면, 트랜지스터의 전계 효과 이동도가 저하되기 때문에, y2는 x2의 3배 미만이면 바람직하다.For example, when the oxide semiconductor film (106a) is an In-M-Zn oxide and the oxide film (106b) is also an In-M-Zn oxide, and when the oxide film (106b) has an In:M:Zn=x 2 :y 2 :z 2 [atomic ratio] and the oxide semiconductor film (106a) has an In:M:Zn=x 1 :y 1 :z 1 [atomic ratio], the oxide film (106b) and the oxide semiconductor film (106a) in which y 1 /x 1 becomes larger than y 2 /x 2 are selected. In addition, the element M is a metal element having a stronger bonding force with oxygen than In, and examples thereof include Al, Ga, Ge, Y, Zr, Sn, La, Ce, or Nd (especially Al or Ga). Preferably, an oxide film (106b) and an oxide semiconductor film (106a) in which y 1 /x 1 becomes 1.5 times or more larger than y 2 /x 2 are selected. More preferably, an oxide film (106b) and an oxide semiconductor film (106a) in which y 1 /x 1 becomes 2 times or more larger than y 2 /x 2 are selected. More preferably, an oxide film (106b) and an oxide semiconductor film (106a) in which y 1 / x 1 becomes 3 times or more larger than y 2 /x 2 are selected. At this time, in the oxide film (106b), it is preferable that y 2 be x 2 or more because this can provide stable electrical characteristics to the transistor. However, if y 2 is 3 times or more larger than x 2 , the field effect mobility of the transistor deteriorates, so it is preferable that y 2 be less than 3 times x 2 .

또한, 산화물막(106b)이 치밀하면, 트랜지스터 제작 공정에 이용되는 플라즈마 등에 의해 대미지가 들어가기 어렵고, 안정된 전기 특성의 트랜지스터로 할 수 있기 때문에 바람직하다.In addition, if the oxide film (106b) is dense, it is difficult for it to be damaged by plasma or the like used in the transistor manufacturing process, and it is preferable because it can be made into a transistor with stable electrical characteristics.

산화물막(106b)의 두께는 3㎚ 이상 100㎚ 이하, 바람직하게는 3㎚ 이상 50㎚ 이하로 한다. 또한, 산화물 반도체막(106a)의 두께는 3㎚ 이상 200㎚ 이하, 바람직하게는 3㎚ 이상 100㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 3㎚ 이상 50㎚ 이하로 한다.The thickness of the oxide film (106b) is 3 nm or more and 100 nm or less, preferably 3 nm or more and 50 nm or less. In addition, the thickness of the oxide semiconductor film (106a) is 3 nm or more and 200 nm or less, preferably 3 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 3 nm or more and 50 nm or less.

이하에서는, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)의 실리콘 농도에 대해 설명한다. 또한, 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체막(106a) 안의 불순물 농도를 저감하고, 산화물 반도체막을 진성 또는 실질적으로 진성으로 하는 것이 유효하다. 구체적으로는, 산화물 반도체막의 캐리어 밀도는 1×1017/cm3 미만, 1×1015/cm3 미만, 또는 1×1013/cm3 미만으로 하면 좋다. 또한, 산화물 반도체막에서, 주성분 이외(1원자% 미만)의 경(輕)원소, 반금속 원소, 금속 원소 등은 불순물이 된다. 예를 들면, 수소, 질소, 탄소, 실리콘, 게르마늄, 티탄 및 하프늄은 산화물 반도체막 안에서 불순물이 된다. 산화물 반도체막 안의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접하는 게이트 절연막(112) 및 산화물막(106b) 안의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다.Hereinafter, the silicon concentration of the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) will be described. In addition, in order to stabilize the electrical characteristics of the transistor, it is effective to reduce the impurity concentration in the oxide semiconductor film (106a) and make the oxide semiconductor film intrinsic or substantially intrinsic. Specifically, the carrier density of the oxide semiconductor film may be less than 1×10 17 /cm 3 , less than 1×10 15 /cm 3 , or less than 1×10 13 /cm 3 . In addition, in the oxide semiconductor film, light elements, semimetal elements, metal elements, etc. other than the main component (less than 1 atomic%) become impurities. For example, hydrogen, nitrogen, carbon, silicon, germanium, titanium, and hafnium become impurities in the oxide semiconductor film. In order to reduce the impurity concentration in the oxide semiconductor film, it is preferable to also reduce the impurity concentrations in the adjacent gate insulating film (112) and the oxide film (106b).

예를 들면, 산화물 반도체막(106a)에 실리콘이 포함되는 경우, 불순물 준위를 형성한다. 특히, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에 실리콘이 있으면, 이 불순물 준위가 트랩이 된다. 그 때문에, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에서 실리콘 농도를 1×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 2×1018atoms/cm3 미만으로 한다.For example, when silicon is included in the oxide semiconductor film (106a), an impurity level is formed. In particular, when silicon exists between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), this impurity level becomes a trap. Therefore, the silicon concentration between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) is set to less than 1×10 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , and more preferably less than 2×10 18 atoms/cm 3 .

또한, 산화물 반도체막(106a) 안에서 수소 및 질소는 도너 준위를 형성하여, 캐리어 밀도를 증대시키게 된다. 산화물 반도체막(106a)의 수소 농도는 2차 이온 질량분석법(SIMS : Secondary Ion Mass Spectrometry)에서, 2×1020atoms/cm3 이하, 바람직하게는 5×1019atoms/cm3 이하, 보다 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하로 한다. 또한, 질소 농도는 SIMS에서, 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 보다 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.In addition, hydrogen and nitrogen form donor levels in the oxide semiconductor film (106a), thereby increasing the carrier density. The hydrogen concentration of the oxide semiconductor film (106a) is set to 2×10 20 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 19 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, and even more preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less in secondary ion mass spectrometry (SIMS). In addition, the nitrogen concentration is set to less than 5×10 19 atoms/cm 3 in SIMS, preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 18 atoms/cm 3 or less, and even more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.

또한, 산화물 반도체막(106a)의 수소 농도 및 질소 농도를 저감하기 위해서, 산화물막(106b)의 수소 농도 및 질소 농도를 저감하면 바람직하다. 산화물막(106b)의 수소 농도는 SIMS에서, 2×1020atoms/cm3 이하, 바람직하게는 5×1019atoms/cm3 이하, 보다 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하로 한다. 또한, 질소 농도는 SIMS에서, 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 보다 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.In addition, in order to reduce the hydrogen concentration and nitrogen concentration of the oxide semiconductor film (106a), it is preferable to reduce the hydrogen concentration and nitrogen concentration of the oxide film (106b). The hydrogen concentration of the oxide film (106b) is set to 2×10 20 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 19 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, and even more preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less in SIMS. In addition, the nitrogen concentration is set to less than 5×10 19 atoms/cm 3 in SIMS, preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 18 atoms/cm 3 or less, and even more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.

산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)은 비정질 또는 결정질이다. 이 결정질로서는, 다결정 구조, 단결정 구조, 미결정 구조 등을 들 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)은 결정립이 비정질 영역에 분산된 혼합 구조여도 좋다. 또한, 미결정 구조란, 각 결정립의 면방위가 랜덤이고, 미결정 구조 또는 혼합 구조에 포함되는 결정립의 입경은 0.1㎚ 이상 10㎚ 이하, 바람직하게는 1㎚ 이상 10㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎚ 이상 4㎚ 이하이다.The oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) are amorphous or crystalline. Examples of the crystalline structure include a polycrystalline structure, a single crystal structure, and a microcrystalline structure. In addition, the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) may have a mixed structure in which crystal grains are dispersed in an amorphous region. In addition, the microcrystalline structure means that the plane orientation of each crystal grain is random, and the grain size of the crystal grains included in the microcrystalline structure or the mixed structure is 0.1 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 10 nm or less, and more preferably 2 nm or more and 4 nm or less.

산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)에 대해, 바람직하게는, 산화물 반도체막(106a)은 결정질로 하고, 산화물막(106b)은 비정질 또는 결정질로 한다. 채널이 형성되는 산화물 반도체막(106a)이 결정질인 것에 의해, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다. 또한, 결정질의 산화물 반도체막(106a)은 바람직하게는 CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)로 한다.Regarding the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), preferably, the oxide semiconductor film (106a) is crystalline and the oxide film (106b) is amorphous or crystalline. Since the oxide semiconductor film (106a) in which the channel is formed is crystalline, stable electrical characteristics can be provided to the transistor. In addition, the crystalline oxide semiconductor film (106a) is preferably CAAC-OS (C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor).

또한, 산화물 반도체막(106a)은 비정질의 막의 위에 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 비정질의 절연막의 면 위, 또는 비정질의 반도체막의 면 위 등을 들 수 있다. 뒤에서 서술하는 성막 방법을 이용함으로써 비정질의 막의 위에 CAAC-OS인 산화물 반도체막(106a)을 형성할 수 있다.In addition, it is preferable that the oxide semiconductor film (106a) be formed on an amorphous film. For example, on the surface of an amorphous insulating film, or on the surface of an amorphous semiconductor film, etc. By using the film formation method described below, the oxide semiconductor film (106a) which is a CAAC-OS can be formed on the amorphous film.

CAAC-OS막은 복수의 결정부를 가지는 산화물 반도체막의 1개이며, 대부분의 결정부는 한 변이 100㎚ 미만의 입방체 내에 들어가는 크기이다. 따라서, CAAC-OS막에 포함되는 결정부는 한 변이 10㎚ 미만, 5㎚ 미만 또는 3㎚ 미만의 입방체 내에 들어가는 크기의 경우도 포함된다. CAAC-OS막은 결함 준위 밀도가 낮다고 하는 특징이 있다. 이하, CAAC-OS막에 대해 상세한 설명을 행한다.A CAAC-OS film is a type of oxide semiconductor film having multiple crystal portions, and most of the crystal portions are sized to fit within a cube with a side of less than 100 nm. Therefore, crystal portions included in the CAAC-OS film also include cases where they fit within a cube with a side of less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm. The CAAC-OS film has the characteristic of having a low defect state density. Hereinafter, the CAAC-OS film will be described in detail.

CAAC-OS막을 TEM에 의해 관찰하면, 결정부끼리의 명확한 경계, 즉 결정립계(그레인 바운더리라고도 함.)를 확인할 수 없다. 그 때문에, CAAC-OS막은 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 말할 수 있다.When a CAAC-OS film is observed by TEM, a clear boundary between crystal parts, that is, a grain boundary (also called a grain boundary) cannot be confirmed. Therefore, it can be said that a CAAC-OS film is unlikely to experience a decrease in electron mobility due to grain boundaries.

CAAC-OS막을, 시료면과 대략 평행한 방향에서 TEM에 의해 관찰(단면 TEM 관찰)하면, 결정부에서, 금속 원자가 층상으로 배열하고 있는 것을 확인할 수 있다. 금속 원자의 각층은 CAAC-OS막을 형성하는 면(피형성면이라고도 함.) 또는 상면의 요철을 반영한 형상이고, CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면과 평행하게 배열된다.When a CAAC-OS film is observed by TEM in a direction roughly parallel to the sample plane (cross-sectional TEM observation), it can be confirmed that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape that reflects the unevenness of the plane forming the CAAC-OS film (also called the formation plane) or the upper surface, and is arranged parallel to the formation plane or the upper surface of the CAAC-OS film.

한편, CAAC-OS막을, 시료면과 개략 수직인 방향에서 TEM에 의해 관찰(평면 TEM 관찰)하면, 결정부에서, 금속 원자가 삼각 형상 또는 육각 형상으로 배열하고 있는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 다른 결정부 사이에서, 금속 원자의 배열에 규칙성은 보이지 않는다.Meanwhile, when the CAAC-OS film is observed by TEM in a direction roughly perpendicular to the sample plane (planar TEM observation), it can be confirmed that the metal atoms are arranged in a triangular or hexagonal shape in the crystal parts. However, there is no regularity in the arrangement of the metal atoms between different crystal parts.

단면 TEM 관찰 및 평면 TEM 관찰로부터, CAAC-OS막의 결정부는 배향성을 가지고 있는 것을 알 수 있다.From cross-sectional TEM observation and planar TEM observation, it can be seen that the crystal part of the CAAC-OS film has an orientation.

CAAC-OS막에 대해, X선 회절(XRD : X-Ray Diffraction) 장치를 이용하여 구조 해석을 행하면, 예를 들면 InGaZnO4의 결정을 가지는 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 회절각(2θ)이 31°근방에 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는, InGaZnO4의 결정의 (009)면에 귀속되기 때문에, CAAC-OS막의 결정이 c축 배향성을 가지고, c축이 피형성면 또는 상면에 개략 수직인 방향을 향하고 있는 것을 확인할 수 있다.When a structural analysis of a CAAC-OS film is performed using an X-ray diffraction (XRD) device, for example, in the out-of-plane analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal, a peak may appear at a diffraction angle (2θ) of around 31°. Since this peak is assigned to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, it can be confirmed that the crystal of the CAAC-OS film has a c-axis orientation, and that the c-axis is directed in a direction approximately perpendicular to the formation plane or the upper surface.

한편, CAAC-OS막에 대해, c축에 대략 수직인 방향에서 X선을 입사시키는 in-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 56°근방에 피크가 나타나는 경우가 있다. 이 피크는 InGaZnO4의 결정의 (110)면에 귀속된다. InGaZnO4의 단결정 산화물 반도체막이면, 2θ를 56°근방에 고정하고, 시료면의 법선 벡터를 축(φ축)으로서 시료를 회전시키면서 분석(φ스캔)을 행하면, (110)면과 등가인 결정면에 귀속되는 피크가 6개 관찰된다. 이것에 대해, CAAC-OS막의 경우는 2θ를 56°근방에 고정해 φ스캔 한 경우에서도, 명료한 피크가 나타나지 않는다.Meanwhile, in the analysis by the in-plane method in which X-rays are incident in a direction approximately perpendicular to the c-axis for the CAAC-OS film, a peak may appear at around 2θ of 56°. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , when 2θ is fixed at around 56° and the sample is rotated with the normal vector of the sample plane as the axis (φ-axis) while performing analysis (φ-scan), six peaks attributed to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. In contrast, in the case of the CAAC-OS film, no clear peak appears even when φ-scan is performed while fixing 2θ at around 56°.

이상으로부터, CAAC-OS막에서는, 다른 결정부 간에서는 a축 및 b축의 배향은 불규칙하지만, c축 배향성을 가지고, 또한 c축이 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향을 향하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 앞에서 서술한 단면 TEM 관찰로 확인된 층상으로 배열된 금속 원자의 각층은 결정의 ab면에 평행한 면이다.From the above, it can be seen that in the CAAC-OS film, the orientations of the a-axis and b-axis are irregular between different crystal parts, but it has a c-axis orientation, and further, the c-axis points in a direction parallel to the normal vector of the formation plane or the upper surface. Therefore, each layer of the metal atoms arranged in a layered manner confirmed by the cross-sectional TEM observation described above is a plane parallel to the ab-plane of the crystal.

또한, 결정부는 CAAC-OS막을 성막했을 때, 또는 가열 처리 등의 결정화 처리를 행했을 때에 형성된다. 위에서 서술한 것처럼, 결정의 c축은 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터에 평행한 방향으로 배향한다. 따라서, 예를 들면, CAAC-OS막의 형상을 에칭 등에 의해 변화시킨 경우, 결정의 c축이 CAAC-OS막의 피형성면 또는 상면의 법선 벡터와 평행이 되지 않는 경우도 있다.In addition, the crystal portion is formed when the CAAC-OS film is deposited or when a crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the formation plane or the upper surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the formation plane or the upper surface of the CAAC-OS film.

또한, CAAC-OS막 안의 결정화도가 균일하지 않아도 좋다. 예를 들면, CAAC-OS막의 결정부가 CAAC-OS막의 상면 근방으로부터의 결정 성장에 의해 형성되는 경우, 상면 근방의 영역은 피형성면 근방의 영역보다 결정화도가 높아지는 경우가 있다. 또한, CAAC-OS막에 불순물을 첨가하는 경우, 불순물이 첨가된 영역의 결정화도가 변화하고, 부분적으로 결정화도가 다른 영역이 형성되는 경우도 있다.In addition, the crystallinity within the CAAC-OS film need not be uniform. For example, when the crystal part of the CAAC-OS film is formed by crystal growth from near the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface may have a higher crystallinity than the region near the formation surface. In addition, when an impurity is added to the CAAC-OS film, the crystallinity of the region to which the impurity is added may change, and a region having a different crystallinity may be formed partially.

또한, InGaZnO4의 결정을 가지는 CAAC-OS막의 out-of-plane법에 의한 해석에서는, 2θ가 31°근방의 피크 외에, 2θ가 36°근방에도 피크가 나타나는 경우가 있다. 2θ가 36°근방의 피크는 CAAC-OS막 안의 일부에, c축 배향성을 가지지 않는 결정이 포함되는 것을 나타내고 있다. CAAC-OS막은 2θ가 31°근방에 피크를 나타내고, 2θ가 36°근방에 피크를 나타내지 않는 것이 바람직하다.In addition, in the analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal by the out-of-plane method, in addition to the peak at around 2θ of 31°, there are cases where a peak appears at around 2θ of 36°. The peak at around 2θ of 36° indicates that some parts of the CAAC-OS film contain crystals that do not have c-axis alignment. It is preferable that the CAAC-OS film exhibit a peak at around 2θ of 31° and not exhibit a peak at around 2θ of 36°.

CAAC-OS를 이용한 트랜지스터는 가시광이나 자외광의 조사에 의한 전기 특성의 변동이 작다. 따라서, 이 트랜지스터는 안정된 전기 특성을 가진다.Transistors using CAAC-OS have small fluctuations in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light. Therefore, these transistors have stable electrical characteristics.

또한, 산화물 반도체막(106a)에 실리콘 및 탄소가 높은 농도로 포함됨으로써, 산화물 반도체막(106a)의 결정성을 저하시키는 경우가 있다. 산화물 반도체막(106a)의 결정성을 저하시키지 않기 위해서는, 산화물 반도체막(106a)의 실리콘 농도를 1×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 2×1018atoms/cm3 미만으로 하면 좋다. 또한, 산화물 반도체막(106a)의 결정성을 저하시키지 않기 위해서는, 산화물 반도체막(106a)의 탄소 농도를 1×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 2×1018atoms/cm3 미만으로 하면 좋다.In addition, since silicon and carbon are included in a high concentration in the oxide semiconductor film (106a), there are cases where the crystallinity of the oxide semiconductor film (106a) is lowered. In order not to lower the crystallinity of the oxide semiconductor film (106a), the silicon concentration of the oxide semiconductor film (106a) is preferably less than 1×10 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , more preferably less than 2×10 18 atoms/cm 3 . In addition, in order not to lower the crystallinity of the oxide semiconductor film (106a), the carbon concentration of the oxide semiconductor film (106a) is preferably less than 1×10 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , more preferably less than 2×10 18 atoms/cm 3 .

이와 같이, 채널이 형성되는 산화물 반도체막(106a)이 높은 결정성을 가지고, 또는 불순물이나 결함 등에 기인하는 준위가 적은 경우, 다층막(106)을 이용한 트랜지스터는 안정된 전기 특성을 가진다.In this way, when the oxide semiconductor film (106a) in which the channel is formed has high crystallinity or has few levels caused by impurities or defects, a transistor using the multilayer film (106) has stable electrical characteristics.

이하에서는, 다층막(106) 안의 국재 준위에 대해 설명한다. 다층막(106) 안의 국재 준위를 저감함으로써, 다층막(106)을 이용한 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다. 다층막(106)의 국재 준위는 일정 광전류 측정법(CPM : Constant Photocurrent Method)에 의해 평가할 수 있다.Hereinafter, the local state level within the multilayer film (106) will be described. By reducing the local state level within the multilayer film (106), stable electrical characteristics can be provided to a transistor using the multilayer film (106). The local state level of the multilayer film (106) can be evaluated by the constant photocurrent measurement method (CPM: Constant Photocurrent Method).

트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여하기 위해서는, 다층막(106) 안의 CPM 측정으로 얻을 수 있는 국재 준위에 의한 흡수 계수를, 1×10-3cm-1 미만, 바람직하게는 3×10-4cm-1 미만으로 하면 좋다. 또한, 다층막(106) 안의 CPM 측정으로 얻을 수 있는 국재 준위에 의한 흡수 계수를 1×10-3cm-1 미만, 바람직하게는 3×10-4cm-1 미만으로 함으로써, 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 높일 수 있다. 또한, 다층막(106) 안의 CPM 측정으로 얻을 수 있는 국재 준위에 의한 흡수 계수를 1×10-3cm-1 미만, 바람직하게는 3×10-4cm-1 미만으로 하기 위해서는, 산화물 반도체막(106a) 안에서 국재 준위를 형성하는 원소인 실리콘, 게르마늄, 탄소, 하프늄, 티탄 등의 농도를 2×1018atoms/cm3 미만, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 미만으로 하면 좋다.In order to provide stable electrical characteristics to the transistor, it is preferable that the absorption coefficient due to the local level obtained by the CPM measurement within the multilayer film (106) be less than 1×10 -3 cm -1 , preferably less than 3×10 -4 cm -1 . In addition, by setting the absorption coefficient due to the local level obtained by the CPM measurement within the multilayer film (106) to less than 1×10 -3 cm -1 , preferably less than 3×10 -4 cm -1 , the field effect mobility of the transistor can be increased. In addition, in order to make the absorption coefficient by the local level that can be obtained by the CPM measurement in the multilayer film (106) less than 1×10 -3 cm -1 , preferably less than 3×10 -4 cm -1 , the concentration of elements forming the local level in the oxide semiconductor film (106a), such as silicon, germanium, carbon, hafnium, and titanium, is preferably made less than 2×10 18 atoms/cm 3 , preferably less than 2×10 17 atoms/cm 3 .

또한, CPM 측정에서는, 시료인 다층막(106)에 접하여 형성된 전극 및 전극 간에 전압을 인가한 상태에서 광전류값이 일정해지도록 단자 간의 시료면에 조사하는 광량을 조정하여, 조사광량으로부터 흡수 계수를 도출하는 것을 각 파장에서 행하는 것이다. CPM 측정에서, 시료에 결함이 있을 때, 결함이 존재하는 준위에 따른 에너지(파장으로부터 환산)에서의 흡수 계수가 증가한다. 이 흡수 계수의 증가분에 정수를 곱함으로써, 시료의 결함 밀도를 도출할 수 있다.In addition, in the CPM measurement, the amount of light irradiated on the sample surface between the terminals is adjusted so that the photocurrent value becomes constant while applying voltage between the electrodes formed in contact with the multilayer film (106) as the sample, and the absorption coefficient is derived from the amount of irradiated light at each wavelength. In the CPM measurement, when there is a defect in the sample, the absorption coefficient increases in energy (converted from wavelength) according to the level at which the defect exists. By multiplying the increase in this absorption coefficient by an integer, the defect density of the sample can be derived.

CPM 측정으로 얻어진 국재 준위는 불순물이나 결함에 기인하는 준위라고 생각된다. 즉, CPM 측정으로 얻어진 국재 준위에 의한 흡수 계수가 작은 다층막(106)을 이용한 트랜지스터는 안정된 전기 특성을 가지는 것을 알 수 있다.It is thought that the local level obtained by CPM measurement is a level caused by impurities or defects. That is, it can be seen that a transistor using a multilayer film (106) having a small absorption coefficient by the local level obtained by CPM measurement has stable electrical characteristics.

이하에서는, 다층막(106)의 밴드 구조에 대해, 도 3을 이용해 설명한다.Below, the band structure of the multilayer film (106) is explained using Fig. 3.

예로서 산화물 반도체막(106a)으로서 에너지 갭이 3.15eV인 In-Ga-Zn 산화물을 이용하고, 산화물막(106b)으로서 에너지 갭이 3.5eV인 In-Ga-Zn 산화물로 한다. 에너지 갭은 분광 엘립소미터(spectroscopic ellipsometer)(HORIBA JOBIN YVON사 UT-300)를 이용하여 측정했다.As an example, In-Ga-Zn oxide having an energy gap of 3.15 eV is used as the oxide semiconductor film (106a), and In-Ga-Zn oxide having an energy gap of 3.5 eV is used as the oxide film (106b). The energy gaps were measured using a spectroscopic ellipsometer (UT-300, manufactured by HORIBA JOBIN YVON).

산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)의 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지 차(이온화 포텐셜이라고도 함.)는 각각 8eV 및 8.2eV 였다. 또한, 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지차는 자외선 광전자 분광 분석(UPS : Ultra violet Photoelectron Spectroscopy) 장치(PHI사 VersaProbe)를 이용해 측정했다.The energy differences (also called ionization potentials) between the vacuum level and the top of the valence band of the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) were 8 eV and 8.2 eV, respectively. In addition, the energy differences between the vacuum level and the top of the valence band were measured using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) device (PHI VersaProbe).

따라서, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)의 진공 준위와 전도대 하단의 에너지 차(전자 친화력이라고도 함.)는 각각 4.85eV 및 4.7eV 였다.Therefore, the energy difference (also called electron affinity) between the vacuum level and the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) was 4.85 eV and 4.7 eV, respectively.

도 3에, 다층막(106)의 밴드 구조의 일부를 모식적으로 도시한다. 도 3은 도 2의 일점 쇄선 A5-A6에 대응하는 밴드 구조이다. 구체적으로는, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)의 각각에 산화 실리콘막(게이트 절연막(112) 및 보호 절연막(118))을 접하여 형성한 경우에 대해 설명한다. 여기서, EcI1는 산화 실리콘막의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcS1는 산화물 반도체막(106a)의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcS2는 산화물막(106b)의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcI2는 산화 실리콘막의 전도대 하단의 에너지를 나타낸다.In Fig. 3, a part of the band structure of the multilayer film (106) is schematically illustrated. Fig. 3 is a band structure corresponding to the dashed-dotted line A5-A6 of Fig. 2. Specifically, a case will be described where an oxide semiconductor film (106a) and an oxide film (106b) are each formed by contacting a silicon oxide film (gate insulating film (112) and a protective insulating film (118)). Here, EcI1 represents the energy of the bottom of the conduction band of the silicon oxide film, EcS1 represents the energy of the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor film (106a), EcS2 represents the energy of the bottom of the conduction band of the oxide film (106b), and EcI2 represents the energy of the bottom of the conduction band of the silicon oxide film.

도 3에 도시한 것처럼, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)에서, 전도대 하단의 에너지는 장벽이 없고 서서히 변화한다. 바꿔 말하면, 연속적으로 변화한다고도 할 수 있다. 이것은, 산화물막(106b)은 산화물 반도체막(106a)과 공통의 원소를 포함하고, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b) 사이에서, 산소가 서로 이동함으로써 혼합층이 형성되기 때문이라고 할 수 있다.As illustrated in Fig. 3, in the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), the energy at the bottom of the conduction band changes gradually without a barrier. In other words, it can be said that it changes continuously. This can be said to be because the oxide film (106b) contains elements common to the oxide semiconductor film (106a), and a mixed layer is formed between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) as oxygen moves to each other.

도 3에 의해, 다층막(106)의 산화물 반도체막(106a)이 웰(well)이 되고, 다층막(106)을 이용한 트랜지스터에서, 채널 영역이 산화물 반도체막(106a)에 형성되는 것을 알 수 있다. 또한, 다층막(106)은 전도대 하단의 에너지가 연속적으로 변화하고 있기 때문에, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)이 연속 접합하고 있다고도 할 수 있다.By Fig. 3, it can be seen that the oxide semiconductor film (106a) of the multilayer film (106) becomes a well, and in a transistor using the multilayer film (106), a channel region is formed in the oxide semiconductor film (106a). In addition, since the energy at the bottom of the conduction band of the multilayer film (106) is continuously changing, it can also be said that the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) are continuously connected.

또한, 도 4에 도시한 것처럼, 산화물막(106b)과 보호 절연막(118)과의 계면 근방에는, 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위가 형성될 수 있지만, 산화물막(106b)이 형성됨으로써, 산화물 반도체막(106a)과 이 트랩 준위를 멀리할 수 있다. 단, EcS1과 EcS2와의 에너지 차가 작은 경우, 산화물 반도체막(106a)의 전자가 이 에너지차를 넘어 트랩 준위에 이르는 경우가 있다. 트랩 준위에 전자가 포획됨으로써, 절연막 계면에 마이너스의 고정 전하가 발생하고, 트랜지스터의 문턱 전압은 플러스 방향으로 시프트하게 된다.In addition, as illustrated in Fig. 4, a trap level due to an impurity or defect may be formed near the interface between the oxide film (106b) and the protective insulating film (118), but by forming the oxide film (106b), the oxide semiconductor film (106a) can be separated from this trap level. However, when the energy difference between EcS1 and EcS2 is small, there are cases where electrons in the oxide semiconductor film (106a) exceed this energy difference and reach the trap level. By capturing electrons at the trap level, negative fixed charges are generated at the insulating film interface, and the threshold voltage of the transistor shifts in the positive direction.

따라서, EcS1과 EcS2와의 에너지 차를 0.1eV 이상, 바람직하게는 0.15eV 이상으로 하면, 트랜지스터의 문턱 전압의 변동이 저감되고, 안정된 전기 특성이 되기 때문에 바람직하다.Therefore, it is desirable to make the energy difference between EcS1 and EcS2 0.1 eV or more, preferably 0.15 eV or more, because this reduces fluctuations in the threshold voltage of the transistor and stabilizes electrical characteristics.

1-1-2. 소스 전극 및 드레인 전극1-1-2. Source electrode and drain electrode

소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)은 알루미늄, 티탄, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브덴, 루테늄, 은, 탄탈 및 텅스텐을 일종 이상 포함하는 도전막을, 단층으로, 또는 적층으로 이용할 수 있다. 바람직하게는, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)은 구리를 포함하는 층을 가지는 다층막으로 한다. 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)으로서 구리를 포함하는 층을 가지는 다층막을 이용함으로써, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과 동일층에서 배선을 형성하는 경우, 배선 저항을 낮게 할 수 있다. 또한, 소스 전극(116a)과 드레인 전극(116b)은 동일 조성이어도 좋고, 다른 조성이어도 좋다.The source electrode (116a) and the drain electrode (116b) can use a conductive film containing one or more kinds of aluminum, titanium, chromium, cobalt, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, ruthenium, silver, tantalum, and tungsten, as a single layer or as a laminate. Preferably, the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) are formed as a multilayer film having a layer containing copper. By using a multilayer film having a layer containing copper as the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), when forming wiring in the same layer as the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), the wiring resistance can be reduced. In addition, the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) may have the same composition or different compositions.

그런데, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)으로서 구리를 포함하는 층을 가지는 다층막을 이용하는 경우, 구리의 영향에 의해, 산화물막(106b)과 보호 절연막(118)과의 계면에 도 4에 도시한 것과 같은 트랩 준위를 형성하는 경우가 있다. 이 경우도, 산화물막(106b)을 가짐으로써, 이 트랩 준위에 전자가 포획되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여하고, 또한 배선 저항을 낮게 할 수 있게 된다.However, in the case where a multilayer film having a layer containing copper is used as the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), there are cases where a trap level as shown in Fig. 4 is formed at the interface between the oxide film (106b) and the protective insulating film (118) due to the influence of copper. In this case as well, by having the oxide film (106b), it is possible to suppress electrons from being captured at this trap level. Accordingly, it is possible to provide the transistor with stable electrical characteristics and also to reduce the wiring resistance.

1-1-3. 보호 절연막1-1-3. Protective insulation film

보호 절연막(118)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄 및 산화 탄탈을 일종 이상 포함하는 절연막을, 단층으로, 또는 적층으로 이용하면 좋다.The protective insulating film (118) may be formed as a single layer or in a laminated manner and may include one or more of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide.

보호 절연막(118)은 예를 들면, 첫번째 층을 산화 실리콘막으로 하고, 두번째 층을 질화 실리콘막으로 한 다층막으로 하면 좋다. 이 경우, 산화 실리콘막은 산화 질화 실리콘막으로 해도 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 질화 산화 실리콘막으로 해도 좋다. 산화 실리콘막은 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 이용하면 바람직하다. 구체적으로는, 전자 스핀 공명(ESR : Electron Spin Resonance)에서 g값이 2.001의 신호에 유래하는 스핀의 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 이용한다. 질화 실리콘막은 수소 가스 및 암모니아 가스의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 이용한다. 수소 가스, 암모니아 가스의 방출량은 승온 이탈 가스(TDS : Thermal Desorption Spectroscopy) 분석으로 측정하면 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 수소, 물 및 산소를 투과하지 않는, 또는 거의 투과하지 않는 질화 실리콘막을 이용한다.The protective insulating film (118) may be a multilayer film, for example, in which the first layer is a silicon oxide film and the second layer is a silicon nitride film. In this case, the silicon oxide film may be a silicon oxynitride film. Furthermore, the silicon nitride film may be a silicon nitride oxide film. It is preferable to use a silicon oxide film having a small defect density as the silicon oxide film. Specifically, a silicon oxide film having a spin density derived from a signal having a g value of 2.001 in electron spin resonance (ESR) of 3×10 17 spins/cm 3 or less, preferably 5×10 16 spins/cm 3 or less, is used. The silicon nitride film uses a silicon nitride film having a small amount of hydrogen gas and ammonia gas released. The amount of hydrogen gas and ammonia gas released may be measured by thermal desorption spectroscopy (TDS) analysis. In addition, a silicon nitride film is used that is impermeable or nearly impermeable to hydrogen, water, and oxygen.

또한, 보호 절연막(118)은 예를 들면, 첫번째 층을 제 1 산화 실리콘막(118a)으로 하고, 두번째 층을 제 2 산화 실리콘막(118b)으로 하고, 세번째 층을 질화 실리콘막(118c)으로 한 다층막으로 하면 좋다(도 1(D) 참조). 이 경우, 제 1 산화 실리콘막(118a) 및 제 2 산화 실리콘막(118b)의 한쪽 또는 양쪽은 산화 질화 실리콘막으로 해도 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 질화 산화 실리콘막으로 해도 좋다. 제 1 산화 실리콘막(118a)은 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 이용하면 바람직하다. 구체적으로는, ESR에서 g값이 2.001의 신호에 유래하는 스핀의 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 이용한다. 제 2 산화 실리콘막(118b)은 과잉 산소를 포함하는 산화 실리콘막을 이용한다. 질화 실리콘막(118c)은 수소 가스 및 암모니아 가스의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 이용한다. 또한, 질화 실리콘막은 수소, 물 및 산소를 투과하지 않거나, 또는 거의 투과하지 않는 질화 실리콘막을 이용한다.In addition, the protective insulating film (118) may be a multilayer film, for example, in which the first layer is a first silicon oxide film (118a), the second layer is a second silicon oxide film (118b), and the third layer is a silicon nitride film (118c) (see Fig. 1(D)). In this case, one or both of the first silicon oxide film (118a) and the second silicon oxide film (118b) may be silicon oxynitride films. In addition, the silicon nitride film may be a silicon nitride oxide film. It is preferable to use a silicon oxide film having a small defect density as the first silicon oxide film (118a). Specifically, a silicon oxide film having a spin density derived from a signal having a g value of 2.001 in ESR is used, of 3×10 17 spins/cm 3 or less, preferably 5×10 16 spins/cm 3 or less. The second silicon oxide film (118b) uses a silicon oxide film containing excess oxygen. The silicon nitride film (118c) uses a silicon nitride film that emits little hydrogen gas and ammonia gas. In addition, the silicon nitride film uses a silicon nitride film that does not permeate hydrogen, water, and oxygen, or that hardly permeates hydrogen, water, and oxygen.

과잉 산소를 포함하는 산화 실리콘막이란, 가열 처리 등에 의해 산소를 방출할 수 있는 산화 실리콘막을 말한다. 또, 과잉 산소를 포함하는 절연막은 가열 처리에 의해 산소를 방출하는 기능을 가지는 절연막이다.A silicon oxide film containing excess oxygen refers to a silicon oxide film that can release oxygen through heat treatment, etc. In addition, an insulating film containing excess oxygen is an insulating film that has the function of releasing oxygen through heat treatment.

과잉 산소를 포함하는 절연막은 산화물 반도체막(106a) 안의 산소 결손을 저감할 수 있다. 산화물 반도체막(106a) 안에서 산소 결손은 결함 준위를 형성하고, 그 일부가 도너 준위가 된다. 따라서, 산화물 반도체막(106a) 안의 산소 결손(특히 채널 영역의 산소 결손)을 저감함으로써, 산화물 반도체막(106a)(특히 채널 영역)의 캐리어 밀도를 저감할 수 있고, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.An insulating film containing excess oxygen can reduce oxygen vacancies in the oxide semiconductor film (106a). Oxygen vacancies in the oxide semiconductor film (106a) form defect levels, some of which become donor levels. Therefore, by reducing oxygen vacancies in the oxide semiconductor film (106a) (particularly oxygen vacancies in the channel region), the carrier density of the oxide semiconductor film (106a) (particularly in the channel region) can be reduced, and stable electrical characteristics can be provided to the transistor.

여기서, 가열 처리에 의해 산소를 방출하는 막은 TDS 분석에 의해, 1×1018atoms/cm3 이상, 1×1019atoms/cm3 이상 또는 1×1020atoms/cm3 이상의 산소(산소 원자수로 환산)를 방출하는 경우도 있다.Here, the film that releases oxygen by heat treatment may release oxygen (converted to the number of oxygen atoms) of 1×10 18 atoms/cm 3 or more, 1×10 19 atoms/cm 3 or more, or 1×10 20 atoms/cm 3 or more, as measured by TDS analysis.

또한, 가열 처리에 의해 산소를 방출하는 막은 과산화 라디칼을 포함하는 경우도 있다. 구체적으로는, 과산화 라디칼에 기인하는 스핀 밀도가 5×1017spins/cm3 이상인 것을 말한다. 또한, 과산화 라디칼을 포함한 막은 ESR에서, g값이 2.01 근방에 비대칭의 신호를 가지는 경우도 있다.In addition, a film that releases oxygen by heat treatment may contain peroxide radicals. Specifically, it refers to a film having a spin density of 5×10 17 spins/cm 3 or more due to peroxide radicals. In addition, a film containing peroxide radicals may have an asymmetric signal in the ESR at a g value of around 2.01.

또한, 과잉 산소를 포함하는 절연막은 산소가 과잉인 산화 실리콘(SiOX (X>2))이어도 좋다. 산소가 과잉인 산화 실리콘(SiOX (X>2))은 실리콘 원자수의 2배보다 많은 산소 원자를 단위 체적 당 포함하는 것이다. 단위 체적 당의 실리콘 원자수 및 산소 원자수는 러더퍼드 후방 산란 분광법(RBS : Rutherford Backscattering Spectrometry)에 의해 측정된 값이다.In addition, the insulating film containing excess oxygen may be oxygen-excess silicon oxide (SiO X (X>2)). Oxygen-excess silicon oxide (SiO X (X>2)) contains oxygen atoms more than twice the number of silicon atoms per unit volume. The number of silicon atoms and the number of oxygen atoms per unit volume are values measured by Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS).

1-1-4. 게이트 절연막1-1-4. Gate Insulator

게이트 절연막(112)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄 및 산화 탄탈을 일종 이상 포함하는 절연막을, 단층으로, 또는 적층으로 이용하면 좋다.The gate insulating film (112) may be formed as a single layer or in a laminated manner using an insulating film containing one or more of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide.

게이트 절연막은 예를 들면, 첫번째 층을 질화 실리콘막으로 하고, 두번째 층을 산화 실리콘막으로 한 다층막으로 하면 좋다. 이 경우, 산화 실리콘막은 산화 질화 실리콘막으로 해도 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 질화 산화 실리콘막으로 해도 좋다. 산화 실리콘막은 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 이용하면 바람직하다. 구체적으로는 ESR에서 g값이 2.001의 신호에 유래하는 스핀의 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 이용한다. 산화 실리콘막은 과잉 산소를 포함하는 산화 실리콘막을 이용하면 바람직하다. 질화 실리콘막은 수소 가스 및 암모니아 가스의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 이용한다. 수소 가스, 암모니아 가스의 방출량은 TDS 분석으로 측정하면 좋다.The gate insulating film may be a multilayer film, for example, in which the first layer is a silicon nitride film and the second layer is a silicon oxide film. In this case, the silicon oxide film may be a silicon oxynitride film. Furthermore, the silicon nitride film may be a silicon nitride oxide film. It is preferable to use a silicon oxide film having a small defect density as the silicon oxide film. Specifically, a silicon oxide film having a spin density derived from a signal having a g value of 2.001 in ESR of 3×10 17 spins/cm 3 or less, preferably 5×10 16 spins/cm 3 or less, is used. It is preferable to use a silicon oxide film containing excess oxygen as the silicon oxide film. The silicon nitride film uses a silicon nitride film that emits little hydrogen gas and ammonia gas. The emission amounts of hydrogen gas and ammonia gas can be measured by TDS analysis.

게이트 절연막(112) 및 보호 절연막(118)의 적어도 한쪽이 과잉 산소를 포함하는 절연막을 포함하는 경우, 산화물 반도체막(106a)의 산소 결손이 저감되고, 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.When at least one of the gate insulating film (112) and the protective insulating film (118) includes an insulating film containing excess oxygen, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film (106a) are reduced, and stable electrical characteristics can be provided to the transistor.

1-1-5. 게이트 전극1-1-5. Gate electrode

게이트 전극(104)은 알루미늄, 티탄, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브덴, 루테늄, 은, 탄탈 및 텅스텐을 일종 이상 포함하는 도전막을, 단층으로, 또는 적층으로 이용하면 좋다.The gate electrode (104) may be formed using a conductive film containing one or more of aluminum, titanium, chromium, cobalt, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, ruthenium, silver, tantalum, and tungsten, either as a single layer or in a laminated form.

1-1-6. 기판1-1-6. Substrate

기판(100)에 큰 제한은 없다. 예를 들면, 유리 기판, 세라믹 기판, 석영 기판, 사파이어 기판 등을, 기판(100)으로서 이용해도 좋다. 또한, 실리콘이나 탄화 실리콘 등의 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 게르마늄 등의 화합물 반도체 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판 등을 적용할 수도 있고, 이러한 기판 위에 반도체 소자가 형성된 것을, 기판(100)으로서 이용해도 좋다.There is no major limitation on the substrate (100). For example, a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, etc. may be used as the substrate (100). In addition, a single crystal semiconductor substrate such as silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI (Silicon On Insulator) substrate, etc. may be applied, and a substrate on which a semiconductor element is formed may be used as the substrate (100).

또한, 기판(100)으로서, 제 5 세대(1000㎜×1200㎜ 또는 1300㎜×1500㎜), 제 6 세대(1500㎜×1800㎜), 제 7 세대(1870㎜×2200㎜), 제 8세대(2200㎜×2500㎜), 제 9세대(2400㎜×2800㎜), 제 10세대(2880㎜×3130㎜) 등의 대형 유리 기판을 이용하는 경우, 반도체 장치의 제작 공정에서의 가열 처리 등으로 발생하는 기판(100)의 축소에 의해, 미세한 가공이 곤란해지는 경우 있다. 그 때문에, 위에서 서술한 것과 같은 대형 유리 기판을 기판(100)으로서 이용하는 경우, 가열 처리에 의한 축소가 작은 것을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 기판(100)으로서 400℃, 바람직하게는 450℃, 더욱 바람직하게는 500℃의 온도로 1시간 가열 처리를 행한 후의 축소량이 10ppm 이하, 바람직하게는 5ppm 이하, 더욱 바람직하게는 3ppm 이하인 대형 유리 기판을 이용하면 좋다.In addition, when a large glass substrate such as a 5th generation (1000 mm x 1200 mm or 1300 mm x 1500 mm), 6th generation (1500 mm x 1800 mm), 7th generation (1870 mm x 2200 mm), 8th generation (2200 mm x 2500 mm), 9th generation (2400 mm x 2800 mm), or 10th generation (2880 mm x 3130 mm) is used as the substrate (100), fine processing may become difficult due to shrinkage of the substrate (100) caused by heat treatment, etc. in the manufacturing process of the semiconductor device. Therefore, when a large glass substrate such as the one described above is used as the substrate (100), it is preferable to use one whose shrinkage due to heat treatment is small. For example, it is preferable to use a large glass substrate (100) having a shrinkage of 10 ppm or less, preferably 5 ppm or less, more preferably 3 ppm or less after heat treatment at a temperature of 400°C, preferably 450°C, more preferably 500°C for 1 hour.

또한, 기판(100)으로서 가요성 기판을 이용해도 괜찮다. 또한, 가요성 기판 위에 트랜지스터를 형성하는 방법으로서는, 비가요성의 기판 위에 트랜지스터를 제작한 후, 트랜지스터를 박리하고, 가요성 기판인 기판(100)에 전치하는 방법도 있다. 그 경우에는, 비가요성 기판과 트랜지스터와의 사이에 박리층을 형성하면 좋다.In addition, it is also acceptable to use a flexible substrate as the substrate (100). In addition, as a method of forming a transistor on a flexible substrate, there is also a method of manufacturing a transistor on a non-flexible substrate, then peeling off the transistor and transferring it to the substrate (100), which is a flexible substrate. In that case, it is preferable to form a peeling layer between the non-flexible substrate and the transistor.

이상과 같이 하여 구성된 트랜지스터는 산화물 반도체막(106a)에 채널이 형성됨으로써, 안정된 전기 특성을 가지고, 높은 전계 효과 이동도를 가진다. 또한, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)에 구리를 포함하는 층을 가지는 다층막을 이용해도, 안정된 전기 특성을 얻을 수 있다.The transistor configured as described above has stable electrical characteristics and high field-effect mobility because a channel is formed in the oxide semiconductor film (106a). In addition, even if a multilayer film having a layer containing copper is used for the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), stable electrical characteristics can be obtained.

1-2. 트랜지스터 구조(1)의 제작 방법1-2. Manufacturing method of transistor structure (1)

여기서, 트랜지스터의 제작 방법에 대해 도 5 및 도 6을 이용해 설명한다.Here, the method of manufacturing a transistor is explained using Figs. 5 and 6.

우선은, 기판(100)을 준비한다.First, prepare the substrate (100).

다음에, 게이트 전극(104)이 되는 도전막을 성막한다. 게이트 전극(104)이 되는 도전막은 게이트 전극(104)으로서 나타낸 도전막을 스퍼터링법, 화학 기상 성장(CVD : Chemical Vapor Deposition)법, 분자선 에피택시(MBE : Molecular Beam Epitaxy)법, 원자층 퇴적(ALD : Atomic Layer Deposition)법 또는 펄스 레이저 퇴적(PLD : Pulse Laser Deposition)법을 이용하여 성막하면 좋다.Next, a conductive film to be the gate electrode (104) is formed. The conductive film to be the gate electrode (104) may be formed by using a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, an atomic layer deposition (ALD) method, or a pulse laser deposition (PLD) method, as indicated by the gate electrode (104).

다음에, 게이트 전극(104)이 되는 도전막의 일부를 에칭하고, 게이트 전극(104)을 형성한다(도 5(A) 참조).Next, a portion of the conductive film that becomes the gate electrode (104) is etched, and the gate electrode (104) is formed (see Fig. 5(A)).

다음에, 게이트 절연막(112)을 성막한다(도 5(B) 참조). 게이트 절연막(112)은 게이트 절연막(112)으로서 상기 열거한 절연막을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법 또는 PLD법을 이용하여 성막하면 좋다.Next, a gate insulating film (112) is formed (see Fig. 5(B)). The gate insulating film (112) may be formed using any of the insulating films listed above, such as a sputtering method, a CVD method, an MBE method, an ALD method, or a PLD method.

다음에, 산화물 반도체막(106a)으로 가공되는 산화물 반도체막(126a)을 성막한다(도 5(C) 참조). 산화물 반도체막(126a)은 산화물 반도체막(106a)으로서 상기 열거한 산화물 반도체막을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법 또는 PLD법을 이용하여 성막하면 좋다.Next, an oxide semiconductor film (126a) processed into an oxide semiconductor film (106a) is formed (see Fig. 5(C)). The oxide semiconductor film (126a) may be formed as an oxide semiconductor film (106a) using a sputtering method, a CVD method, an MBE method, an ALD method, or a PLD method.

다음에, 산화물막(106b)으로 가공되는 산화물막(126b)을 성막한다. 산화물막(126b)은 산화물막(106b)으로서 상기 열거한 산화물막을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법 또는 PLD법을 이용하여 성막하면 좋다.Next, an oxide film (126b) processed into an oxide film (106b) is formed. The oxide film (126b) may be formed as an oxide film (106b) using the above-listed oxide films by sputtering, CVD, MBE, ALD or PLD.

스퍼터링법으로 산화물 반도체막(126a) 및 산화물막(126b)을 형성하는 경우, 플라즈마를 발생시키기 위한 전원 장치는 RF 전원 장치, AC 전원 장치, DC 전원 장치 등을 적절히 이용할 수 있다.When forming an oxide semiconductor film (126a) and an oxide film (126b) by a sputtering method, a power supply for generating plasma can be appropriately used, such as an RF power supply, an AC power supply, or a DC power supply.

스퍼터링 가스는 희가스(대표적으로는 아르곤) 분위기, 산소 분위기, 희가스 및 산소의 혼합 가스를 적절히 이용한다. 또한, 희가스 및 산소의 혼합 가스의 경우, 희가스에 대해서 산소의 가스비(比)를 높이는 것이 바람직하다.Sputtering gas is appropriately used in a noble gas (typically argon) atmosphere, an oxygen atmosphere, or a mixture of noble gas and oxygen. In addition, in the case of a mixture of noble gas and oxygen, it is desirable to increase the gas ratio of oxygen to the noble gas.

또한, 타겟은 산화물 반도체막(126a) 및 산화물막(126b)의 조성에 맞추어, 적절히 선택하면 좋다.In addition, the target may be appropriately selected according to the composition of the oxide semiconductor film (126a) and the oxide film (126b).

스퍼터링법을 이용하는 경우, 적어도 산화물 반도체막(126a)을, 이하와 같이 하여 형성함으로써 CAAC-OS를 형성할 수 있다. 구체적으로는, 기판 온도를 150℃ 이상 500℃ 이하, 바람직하게는 150℃ 이상 450℃ 이하, 더욱 바람직하게는 200℃ 이상 350℃ 이하로서 가열하면서 산화물 반도체막(126a)을 형성한다. 또한, 산화물막(126b)에 대해서도 이와 같이 가열하면서 형성해도 좋다.When using a sputtering method, CAAC-OS can be formed by forming at least an oxide semiconductor film (126a) as follows. Specifically, the oxide semiconductor film (126a) is formed while heating the substrate at a temperature of 150° C. or higher and 500° C. or lower, preferably 150° C. or higher and 450° C. or lower, and more preferably 200° C. or higher and 350° C. or lower. In addition, the oxide film (126b) may also be formed while heating in the same manner.

또한, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)을 연속 접합하기 위해서는, 산화물 반도체막(126a) 및 산화물막(126b)을, 대기에 노출시키지 않고 연속으로 성막하는 것이 바람직하다. 또한, 산화물 반도체막(126a) 및 산화물막(126b)은 각 층의 사이에 불순물이 들어오는 것을 억제할 수 있다.In addition, in order to continuously bond the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b), it is preferable to continuously form the oxide semiconductor film (126a) and the oxide film (126b) without exposing them to the atmosphere. In addition, the oxide semiconductor film (126a) and the oxide film (126b) can suppress impurities from entering between each layer.

구체적으로는, 연속 접합을 형성하기 위해서는, 로드락(load lock)실을 갖춘 멀티 체임버(chamber) 방식의 성막 장치(스퍼터링 장치)를 이용하여 각 막을 대기에 노출시키지 않고 연속하여 적층하는 것이 바람직하다. 스퍼터링 장치에서의 각 체임버는 산화물 반도체막에 있어서 불순물이 되는 물 등을 가능한 한 제거하기 위하여 크라이오 펌프와 같은 흡착식의 진공 배기 펌프를 이용하여 고진공 배기(1×10-4Pa∼5×10-7Pa 정도까지)하는 것이 바람직하다. 또는, 터보 분자 펌프와 콜드 트랩을 조합하여 배기계로부터 체임버 안에 기체가 역류하지 않도록 해 두는 것이 바람직하다.Specifically, in order to form a continuous bond, it is preferable to continuously laminate each film without exposing it to the atmosphere by using a multi-chamber type film forming device (sputtering device) equipped with a load lock room. It is preferable to perform high-vacuum evacuation (about 1×10 -4 Pa to 5×10 -7 Pa) of each chamber in the sputtering device using an adsorption-type vacuum exhaust pump such as a cryopump in order to remove water and the like, which are impurities in the oxide semiconductor film, as much as possible. Alternatively, it is preferable to combine a turbo molecular pump and a cold trap to prevent gas from flowing back into the chamber from the exhaust system.

불순물 및 캐리어 밀도가 저감된 산화물 반도체막을 얻기 위해서는, 체임버 안을 고진공 배기할 뿐만 아니라 스퍼터링 가스의 고순도화도 필요하다. 스퍼터링 가스로서 이용하는 산소 가스나 아르곤 가스는 노점이 -40℃ 이하, 바람직하게는 -80℃ 이하, 더욱 바람직하게는 -100℃ 이하에까지 고순도화된 가스를 이용함으로써 산화물 반도체막에 수분 등이 받아들여지는 것을 가능한 한 막을 수 있다.In order to obtain an oxide semiconductor film with reduced impurity and carrier density, not only is the chamber evacuated to a high vacuum, but also the sputtering gas needs to be highly purified. The oxygen gas or argon gas used as the sputtering gas can be purified to a dew point of -40°C or lower, preferably -80°C or lower, and more preferably -100°C or lower, thereby preventing moisture and the like from being taken in by the oxide semiconductor film as much as possible.

또한 스퍼터링법에 의해 산화물막(126b)을 성막하는 경우, 성막시에 발생하는 파티클수의 저감의 관점으로부터, 인듐을 포함하는 타겟을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 갈륨의 원자수비가 비교적 작은 산화물 타겟을 이용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 인듐을 포함하는 타겟을 이용함으로써, 타겟의 도전율을 높일 수 있고, DC 방전 및 AC 방전이 용이해져, 대면적의 기판에 대응하기 쉬워지기 때문이다. 이에 따라, 반도체 장치의 생산성을 높일 수 있다.In addition, when forming an oxide film (126b) by sputtering, it is preferable to use a target containing indium from the viewpoint of reducing the number of particles generated during film formation. In addition, it is preferable to use an oxide target having a relatively small atomic ratio of gallium. This is because by using a target containing indium, the conductivity of the target can be increased, and DC discharge and AC discharge become easy, making it easy to respond to a large-area substrate. Accordingly, the productivity of semiconductor devices can be increased.

또한, 산화물 반도체막(126a) 및 산화물막(126b)을 형성한 후에, 산소 분위기, 또는 질소 및 산소 분위기에서, 플라즈마 처리를 행해도 좋다. 이에 따라, 적어도 산화물 반도체막(126a)의 산소 결손을 저감할 수 있다.In addition, after forming the oxide semiconductor film (126a) and the oxide film (126b), plasma treatment may be performed in an oxygen atmosphere or a nitrogen and oxygen atmosphere. Accordingly, at least the oxygen vacancy of the oxide semiconductor film (126a) can be reduced.

다음에, 산화물 반도체막(126a) 위 및 산화물막(126b) 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 이 레지스트 마스크를 이용하여 산화물 반도체막(126a) 및 산화물막(126b)의 일부를 에칭하고, 산화물 반도체막(106a) 및 산화물막(106b)을 포함하는 다층막(106)을 형성한다(도 6(A) 참조). 이 에칭은 상기와 같이 습식 에칭으로 한다. 이 습식 에칭을 행함으로써, 다층막(106)을, 다른 2개의 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상으로 할 수 있다.Next, a resist mask is formed over the oxide semiconductor film (126a) and the oxide film (126b), and a part of the oxide semiconductor film (126a) and the oxide film (126b) is etched using the resist mask, thereby forming a multilayer film (106) including the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) (see Fig. 6(A)). This etching is performed by wet etching as described above. By performing this wet etching, the multilayer film (106) can be made into a tapered shape having two different taper angles.

다음에, 제 1 가열 처리를 행하면 바람직하다. 제 1 가열 처리는 250℃ 이상 650℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이상 500℃ 이하로 행하면 좋다. 제 1 가열 처리의 분위기는 불활성 가스 분위기, 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상 혹은 10% 이상 포함하는 분위기, 또는 감압 상태에서 행한다. 또는, 제 1 가열 처리의 분위기는 불활성 가스 분위기에서 가열 처리한 후에, 이탈한 산소를 보충하기 위해서 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상 또는 10% 이상 포함하는 분위기에서 가열 처리를 행해도 좋다. 제 1 가열 처리에 의해, 산화물 반도체막(106a)의 결정성을 높이고, 또한 게이트 절연막(112) 및 다층막(106)으로부터 물, 수소, 질소, 및 탄소 등의 불순물을 제거할 수 있다.Next, it is preferable to perform the first heat treatment. The first heat treatment may be performed at 250°C or more and 650°C or less, preferably 300°C or more and 500°C or less. The atmosphere of the first heat treatment may be an inert gas atmosphere, an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas, or a reduced pressure state. Alternatively, the atmosphere of the first heat treatment may be an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas in order to replenish the released oxygen after the heat treatment in an inert gas atmosphere. By the first heat treatment, the crystallinity of the oxide semiconductor film (106a) can be increased, and impurities such as water, hydrogen, nitrogen, and carbon can be removed from the gate insulating film (112) and the multilayer film (106).

또한, 제 1 가열 처리는 다층막(106)을 형성하는 에칭 공정의 전후의 적어도 한쪽에서 행할 수 있다.Additionally, the first heat treatment can be performed on at least one side before or after the etching process for forming the multilayer film (106).

다음에, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)이 되는 도전막을 성막한다. 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)이 되는 도전막은 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)으로서 나타낸 도전막을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법 또는 PLD법을 이용해 성막하면 좋다.Next, conductive films that become the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) are formed. The conductive films that become the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) may be formed by using the sputtering method, the CVD method, the MBE method, the ALD method, or the PLD method, as indicated by the conductive films for the source electrode (116a) and the drain electrode (116b).

예를 들면, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)이 되는 도전막으로서 텅스텐층과 텅스텐층 위에 형성된 구리층을 포함하는 다층막을 성막하면 좋다.For example, it is preferable to form a multilayer film including a tungsten layer and a copper layer formed on the tungsten layer as a conductive film to be the source electrode (116a) and the drain electrode (116b).

다음에, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)이 되는 도전막의 일부를 에칭하고, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)을 형성한다(도 6(B) 참조). 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)이 되는 도전막으로서, 텅스텐층과 텅스텐층 위에 형성된 구리층을 포함하는 다층막을 이용한 경우, 동일한 포토 마스크를 이용하여 이 다층막을 에칭할 수 있다. 텅스텐층 및 구리층을 한 번에 에칭해도, 산화물 반도체막(106a) 위에 산화물막(106b)이 형성됨으로써, 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 사이에서 구리 농도를 1×1019atoms/cm3 미만, 2×1018atoms/cm3 미만, 또는 2×1017atoms/cm3 미만으로 할 수 있기 때문에, 구리에 의한 트랜지스터의 전기 특성의 열화가 일어나지 않는다. 그 때문에, 공정의 자유도가 높아지고, 트랜지스터의 생산성을 높일 수 있다.Next, a part of the conductive film that becomes the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) is etched, and the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) are formed (see Fig. 6(B)). When a multilayer film including a tungsten layer and a copper layer formed on the tungsten layer is used as the conductive film that becomes the source electrode (116a) and the drain electrode (116b), the multilayer film can be etched using the same photomask. Even if the tungsten layer and the copper layer are etched at the same time, since an oxide film (106b) is formed on the oxide semiconductor film (106a), the copper concentration between the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) can be set to less than 1×10 19 atoms/cm 3 , less than 2×10 18 atoms/cm 3 , or less than 2×10 17 atoms/cm 3 , so that the electrical characteristics of the transistor are not deteriorated by copper. Therefore, the degree of freedom of the process is increased, and the productivity of the transistor can be improved.

다음에, 제 2 가열 처리를 행하면 바람직하다. 제 2 가열 처리는 제 1 가열 처리의 기재를 참조하여 실시하면 좋다. 제 2 가열 처리에 의해, 다층막(106)으로부터 수소나 물 등의 불순물을 제거할 수 있다. 수소는 다층막(106) 안에서 특히 이동하기 쉽기 때문에, 제 2 가열 처리에 의해 저감해 두면 트랜지스터에 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다. 또한, 물도 수소를 포함한 화합물이기 때문에, 산화물 반도체막(106a) 안에서 불순물이 될 수 있다.Next, it is preferable to perform a second heat treatment. The second heat treatment may be performed with reference to the description of the first heat treatment. By the second heat treatment, impurities such as hydrogen and water can be removed from the multilayer film (106). Since hydrogen is particularly easy to move within the multilayer film (106), if it is reduced by the second heat treatment, stable electrical characteristics can be imparted to the transistor. In addition, since water is also a compound containing hydrogen, it can become an impurity within the oxide semiconductor film (106a).

또한, 제 2 가열 처리에 의해, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과 접하는 다층막(106)에 저저항 영역(106c) 및 저저항 영역(106d)을 형성할 수 있다.In addition, by the second heat treatment, a low-resistance region (106c) and a low-resistance region (106d) can be formed in the multilayer film (106) in contact with the source electrode (116a) and the drain electrode (116b).

이상과 같이, 다층막(106)을 형성함으로써, 산화물 반도체막(106a)의 결정성을 높게 할 수 있고, 또한 산화물 반도체막(106a), 산화물막(106b), 및 산화물 반도체막(106a)과 산화물막(106b)과의 계면에서의 불순물 농도를 저감할 수 있다.As described above, by forming a multilayer film (106), the crystallinity of the oxide semiconductor film (106a) can be increased, and the impurity concentration at the interface between the oxide semiconductor film (106a), the oxide film (106b), and the oxide semiconductor film (106a) and the oxide film (106b) can be reduced.

다음에, 보호 절연막(118)을 성막한다(도 1(B) 참조). 보호 절연막(118)은 보호 절연막(118)으로서 상기 열거한 절연막을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법 또는 PLD법을 이용하여 성막하면 좋다.Next, a protective insulating film (118) is formed (see Fig. 1(B)). The protective insulating film (118) may be formed using any of the insulating films listed above, such as a sputtering method, a CVD method, an MBE method, an ALD method, or a PLD method.

여기서, 보호 절연막(118)을 도 1(D)에 도시하는 것과 같은 3층 구조로 하는 경우에 대해 설명한다. 우선, 제 1 산화 실리콘막(118a)을 성막한다. 다음에, 제 2 산화 실리콘막(118b)을 성막한다. 다음에, 제 2 산화 실리콘막(118b)에 산소 이온을 첨가하는 처리를 행해도 좋다. 산소 이온을 첨가하는 처리는 이온 도핑 장치 또는 플라즈마 처리 장치를 이용하면 좋다. 이온 도핑 장치로서, 질량 분리 기능을 가지는 이온 도핑 장치를 이용해도 좋다. 산소 이온의 원료로서 16O2 혹은 18O2 등의 산소 가스, 아산화 질소 가스 또는 오존 가스 등을 이용하면 좋다. 다음에, 질화 실리콘막(118c)을 성막함으로써, 보호 절연막(118)을 형성하면 좋다.Here, a description will be given of a case where the protective insulating film (118) has a three-layer structure as illustrated in Fig. 1(D). First, a first silicon oxide film (118a) is formed. Next, a second silicon oxide film (118b) is formed. Next, a treatment for adding oxygen ions to the second silicon oxide film (118b) may be performed. The treatment for adding oxygen ions may be performed using an ion doping device or a plasma treatment device. As the ion doping device, an ion doping device having a mass separation function may be used. As a raw material for the oxygen ions, oxygen gas such as 16 O 2 or 18 O 2 , nitrous oxide gas, ozone gas, or the like may be used. Next, a silicon nitride film (118c) may be formed to form the protective insulating film (118).

제 1 산화 실리콘막(118a)은 CVD법의 일종인 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면 바람직하다. 구체적으로는, 기판 온도를 180℃ 이상 400℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 370℃ 이하로 하고, 실리콘을 포함하는 퇴적성 가스 및 산화성 가스를 이용하여 압력 20Pa 이상 250Pa 이하, 바람직하게는 40Pa 이상 200Pa 이하로 하여, 전극에 고주파 전력을 공급함으로써 성막하면 좋다. 또한, 실리콘을 포함하는 퇴적성 가스의 대표예로서는, 실란, 다이실란, 트라이실란, 불화 실란, 등이 있다. 산화성 가스로서는, 산소, 오존, 아산화 질소, 이산화질소 등이 있다.It is preferable that the first silicon oxide film (118a) be formed by a plasma CVD method, which is a type of CVD method. Specifically, the substrate temperature is set to 180°C or more and 400°C or less, preferably 200°C or more and 370°C or less, and a deposition gas and an oxidizing gas containing silicon are used at a pressure of 20 Pa or more and 250 Pa or less, preferably 40 Pa or more and 200 Pa or less, thereby supplying high-frequency power to the electrodes to form the film. In addition, representative examples of the deposition gas containing silicon include silane, disilane, trisilane, silane fluoride, etc. Examples of the oxidizing gas include oxygen, ozone, nitrous oxide, nitrogen dioxide, etc.

또한, 실리콘을 포함한 퇴적성 가스에 대한 산화성 가스의 유량을 100배 이상으로 함으로써, 제 1 산화 실리콘막(118a) 안의 수소 함유량을 저감하고, 또한 댕글링 본드(dangling bonds)를 저감할 수 있다.In addition, by increasing the flow rate of the oxidizing gas to 100 times or more for the sedimentary gas including silicon, the hydrogen content in the first silicon oxide film (118a) can be reduced, and dangling bonds can also be reduced.

이상과 같이 하여, 결함 밀도가 작은 제 1 산화 실리콘막(118a)을 성막한다. 즉, 제 1 산화 실리콘막(118a)은 ESR에서 g값이 2.001의 신호에 유래하는 스핀의 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 또는 5×1016spins/cm3 이하로 할 수 있다.In this manner, a first silicon oxide film (118a) having a low defect density is formed. That is, the first silicon oxide film (118a) can have a spin density derived from a signal having a g value of 2.001 in ESR of 3×10 17 spins/cm 3 or less, or 5×10 16 spins/cm 3 or less.

제 2 산화 실리콘막(118b)은, 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면 바람직하다. 구체적으로는, 기판 온도를 160℃ 이상 350℃ 이하, 바람직하게는 180℃ 이상 260℃ 이하로 하고, 실리콘을 포함하는 퇴적성 가스 및 산화성 가스를 이용하여 압력 100Pa 이상 250Pa 이하, 바람직하게는 100Pa 이상 200Pa 이하로 하여, 전극에 0.17W/cm2 이상 0.5W/cm2 이하, 바람직하게는 0.25W/cm2 이상 0.35W/cm2 이하의 고주파 전력을 공급함으로써 성막하면 좋다.The second silicon oxide film (118b) is preferably formed by a plasma CVD method. Specifically, the film is formed by setting the substrate temperature to 160°C or more and 350°C or less, preferably 180°C or more and 260° C or less, using a deposition gas and an oxidizing gas containing silicon at a pressure of 100 Pa or more and 250 Pa or less, preferably 100 Pa or more and 200 Pa or less, and supplying high-frequency power of 0.17 W/cm 2 or more and 0.5 W/cm 2 or less, preferably 0.25 W/cm 2 or more and 0.35 W/cm 2 or less to the electrode.

위에서 설명한 방법에 의해, 플라즈마 안에서의 가스의 분해 효율이 높아지고, 산소 라디칼이 증가하고, 가스의 산화가 진행되기 때문에, 과잉 산소를 포함하는 제 2 산화 실리콘막(118b)을 성막할 수 있다.By the method described above, the decomposition efficiency of gas in the plasma is increased, oxygen radicals increase, and oxidation of gas progresses, so that a second silicon oxide film (118b) containing excess oxygen can be formed.

질화 실리콘막(118c)은 플라즈마 CVD법에 의해 성막하면 바람직하다. 구체적으로는, 기판 온도를 180℃ 이상 400℃ 이하, 바람직하게는 200℃ 이상 370℃ 이하로 하고, 실리콘을 포함하는 퇴적성 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스를 이용하여 압력 20Pa 이상 250Pa 이하, 바람직하게는 40Pa 이상 200Pa이하로 하여, 고주파 전력을 공급함으로써 성막하면 좋다.The silicon nitride film (118c) is preferably formed by a plasma CVD method. Specifically, the film is formed by supplying high-frequency power while setting the substrate temperature to 180°C or higher and 400°C or lower, preferably 200°C or higher and 370°C or lower, using a deposition gas containing silicon, nitrogen gas, and ammonia gas at a pressure of 20 Pa or higher and 250 Pa or lower, preferably 40 Pa or higher and 200 Pa or lower.

또한, 질소 가스는 암모니아 가스의 유량의 5배 이상 50배 이하, 바람직하게는 10배 이상 50배 이하로 한다. 또한, 암모니아 가스를 이용함으로써, 실리콘을 포함하는 퇴적성 가스 및 질소 가스의 분해를 촉진할 수 있다. 이것은 암모니아 가스가 플라즈마 에너지 및 열에너지에 의해 해리(解離)하고, 해리함으로써 발생하는 에너지가 실리콘을 포함하는 퇴적성 가스의 결합, 및 질소 가스의 결합의 분해에 기여하기 때문이다.In addition, the amount of nitrogen gas is 5 to 50 times greater than the amount of ammonia gas, preferably 10 to 50 times greater than the amount of ammonia gas. In addition, by using ammonia gas, the decomposition of the sedimentary gas containing silicon and the nitrogen gas can be promoted. This is because the ammonia gas dissociates by plasma energy and thermal energy, and the energy generated by the dissociation contributes to the decomposition of the bonds of the sedimentary gas containing silicon and the bonds of the nitrogen gas.

따라서, 위에서 설명한 방법에 의해, 수소 가스 및 암모니아 가스의 방출량이 적은 질화 실리콘막(118c)을 성막할 수 있다. 또, 수소의 함유량이 적기 때문에, 치밀해지고, 수소, 물 및 산소를 투과하지 않거나, 또는 거의 투과하지 않는 질화 실리콘막(118c)으로 할 수 있다.Therefore, by the method described above, a silicon nitride film (118c) with a small amount of hydrogen gas and ammonia gas emissions can be formed. In addition, since the hydrogen content is small, a silicon nitride film (118c) that becomes dense and does not permeate or hardly permeate hydrogen, water, and oxygen can be formed.

다음에, 제 3 가열 처리를 행하면 바람직하다. 제 3 가열 처리는 제 1 가열 처리의 기재를 참조하여 행하면 좋다. 제 3 가열 처리에 의해, 게이트 절연막(112) 또는/및 보호 절연막(118)으로부터 과잉 산소가 방출되고, 다층막(106)의 산소 결손을 저감할 수 있다. 또한, 다층막(106) 안에서는, 산소 결손이 인접하는 산소 원자를 포획해 나감으로써, 외관상 이동한다.Next, it is preferable to perform a third heat treatment. The third heat treatment may be performed with reference to the description of the first heat treatment. By the third heat treatment, excess oxygen is released from the gate insulating film (112) or/and the protective insulating film (118), and oxygen vacancies in the multilayer film (106) can be reduced. In addition, within the multilayer film (106), oxygen vacancies apparently move by capturing adjacent oxygen atoms.

이상과 같이 해서, 도 1에 도시한 BGTC 구조의 트랜지스터를 제작할 수 있다.In this manner, a transistor having the BGTC structure shown in Fig. 1 can be manufactured.

1-3. 트랜지스터 구조(2)1-3. Transistor structure (2)

여기에서는, 도 1에 도시한 트랜지스터의 변형예인 트랜지스터에 대해 도 7을 이용하여 설명한다.Here, a transistor which is a modified example of the transistor illustrated in Fig. 1 is explained using Fig. 7.

도 7에, 이 변형예인 트랜지스터의 상면도 및 단면도를 도시한다. 도 7(A)은 트랜지스터의 상면도를 도시한다. 도 7(A)에서, 일점 쇄선 A1-A2에 대응하는 단면도를 도 7(B)에 도시한다. 또한, 도 7(A)에서, 일점 쇄선 A3-A4에 대응하는 단면도를 도 7(C)에 도시한다. 또한, 도 7(A)에서, 도면의 명료화를 위해 이 트랜지스터의 구성 요소의 일부(게이트 절연막, 및 보호 절연막 등)를 생략하였다.In Fig. 7, a top view and a cross-sectional view of a transistor of this modified example are shown. Fig. 7(A) shows a top view of the transistor. In Fig. 7(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A1-A2 is shown in Fig. 7(B). In addition, in Fig. 7(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A3-A4 is shown in Fig. 7(C). In addition, in Fig. 7(A), some of the components of the transistor (such as a gate insulating film and a protective insulating film) are omitted for clarity of the drawing.

도 7에 도시하는 트랜지스터는 도 1에 도시하는 트랜지스터와 비교하여, 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)의 상면, 및 다층막(106)의 상면에 산화물막(107)이 접하여 형성되어 있는 점에서 다르다.The transistor illustrated in Fig. 7 differs from the transistor illustrated in Fig. 1 in that an oxide film (107) is formed in contact with the upper surfaces of the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) and the upper surface of the multilayer film (106).

산화물막(117)은 다층막(106)의 산화물막(106b)에 적용할 수 있는 산화물막을 이용할 수 있고, 산화물막(106b)에 적용할 수 있는 방법을 이용하여 성막할 수 있다. 또한, 도 7에 도시하는 트랜지스터의 그 외의 구성 요소는 도 1에 도시하는 트랜지스터와 같고, 상기를 적절히 참조할 수 있다.The oxide film (117) can utilize an oxide film applicable to the oxide film (106b) of the multilayer film (106), and can be formed using a method applicable to the oxide film (106b). In addition, other components of the transistor illustrated in Fig. 7 are the same as those of the transistor illustrated in Fig. 1, and reference can be made thereto as appropriate.

도 7에 도시하는 트랜지스터의 구조는 산화물 반도체막(106a)과 보호 절연막(118)과의 사이에 산화물막(106b) 및 산화물막(107)이 형성되는 구조이기 때문에, 보호 절연막(118)과의 계면 근방에 형성되는 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위를, 산화물 반도체막(106a)으로부터 더욱 멀리할 수 있다. 즉, EcS1와 EcS2와의 에너지차가 작은 경우에도, 산화물 반도체막(106a)의 전자가 이 에너지차를 넘어 트랩 준위에 이르는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 도 7에 도시하는 트랜지스터는 트랜지스터의 문턱 전압의 변동이 더욱 저감된, 안정된 전기 특성을 가지는 트랜지스터이다.Since the structure of the transistor illustrated in Fig. 7 is a structure in which an oxide film (106b) and an oxide film (107) are formed between an oxide semiconductor film (106a) and a protective insulating film (118), a trap level caused by an impurity or defect formed near the interface with the protective insulating film (118) can be further moved away from the oxide semiconductor film (106a). That is, even when the energy difference between EcS1 and EcS2 is small, electrons in the oxide semiconductor film (106a) can be suppressed from reaching the trap level beyond this energy difference. Therefore, the transistor illustrated in Fig. 7 is a transistor having stable electrical characteristics with further reduced fluctuations in the threshold voltage of the transistor.

또한, 도 7에 도시하는 트랜지스터의 제작 방법은 도 1에 도시한 트랜지스터의 기재를 적절히 참조할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the transistor illustrated in Fig. 7 can appropriately refer to the description of the transistor illustrated in Fig. 1.

이상에 의해, 도 1 및 도 7에 도시한 트랜지스터는 다층막(106)의 산화물 반도체막(106a)(특히 채널 영역)에서, 불순물 및 캐리어 밀도가 저감되어 있으므로 안정된 전기 특성을 가진다.As described above, the transistors illustrated in FIG. 1 and FIG. 7 have stable electrical characteristics because the impurity and carrier density are reduced in the oxide semiconductor film (106a) (particularly in the channel region) of the multilayer film (106).

(실시형태 2)(Embodiment 2)

본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태로서, 실시형태 1의 구조와는 일부 다른 트랜지스터에 대해 설명한다.In this embodiment, as one form of the present invention, a transistor having a structure that is somewhat different from that of Embodiment 1 is described.

2-1. 트랜지스터 구조(3)2-1. Transistor structure (3)

본 실시형태에서는, 탑 게이트형 트랜지스터에 대해 설명한다. 여기에서는, 탑 게이트형 트랜지스터의 일종인 탑 게이트 탑 콘택트 구조(TGTC 구조)의 트랜지스터에 대해 도 8을 이용해 설명한다.In this embodiment, a top gate type transistor is described. Here, a transistor having a top gate top contact structure (TGTC structure), which is a type of top gate type transistor, is described using Fig. 8.

도 8에, TGTC 구조인 트랜지스터의 상면도 및 단면도를 도시한다. 도 8(A)은 트랜지스터의 상면도를 도시한다. 도 8(A)에서, 일점 쇄선 B1-B2에 대응하는 단면도를 도 8(B)에 도시한다. 또한, 도 8(A)에서, 일점 쇄선 B3-B4에 대응하는 단면도를 도 8(C)에 도시한다.In Fig. 8, a top view and a cross-sectional view of a transistor having a TGTC structure are shown. Fig. 8(A) shows a top view of the transistor. In Fig. 8(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B1-B2 is shown in Fig. 8(B). In addition, in Fig. 8(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B3-B4 is shown in Fig. 8(C).

도 8(B)에 도시하는 트랜지스터는 기판(200) 위에 형성된 하지 절연막(202)과 하지 절연막(202) 위에 형성된 산화물막(206c), 산화물막(206c) 위에 형성된 산화물 반도체막(206a), 산화물 반도체막(206a) 위에 형성된 산화물막(206b)을 포함하는 다층막(206)과, 하지 절연막(202) 및 다층막(206) 위에 형성된 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과, 다층막(206), 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b) 위에 형성된 게이트 절연막(212)과, 게이트 절연막(212) 위에 형성된 게이트 전극(204)과, 게이트 절연막(212) 및 게이트 전극(204) 위에 형성된 보호 절연막(218)을 가진다. 또한, 트랜지스터는 하지 절연막(202) 및 보호 절연막(218)의 한쪽 또는 양쪽은 가지고 있지 않아도 좋다.The transistor illustrated in Fig. 8(B) has a multilayer film (206) including a base insulating film (202) formed on a substrate (200), an oxide film (206c) formed on the base insulating film (202), an oxide semiconductor film (206a) formed on the oxide film (206c), and an oxide film (206b) formed on the oxide semiconductor film (206a), a source electrode (216a) and a drain electrode (216b) formed on the base insulating film (202) and the multilayer film (206), a gate insulating film (212) formed on the multilayer film (206), the source electrode (216a) and the drain electrode (216b), a gate electrode (204) formed on the gate insulating film (212), and a protective insulating film (218) formed on the gate insulating film (212) and the gate electrode (204). Additionally, the transistor may not have one or both of the insulating film (202) and the protective insulating film (218).

또한, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)에 이용하는 도전막의 종류에 따라서는, 다층막 (206)의 일부로부터 산소를 빼앗거나, 또는 혼합층을 형성하여, 다층막(206) 안에 저저항 영역(206d) 및 저저항 영역(206e)을 형성하는 경우가 있다. 저저항 영역(206d) 및 저저항 영역(206e)은 도 8(B)에서, 다층막(206) 안의 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과 접하는 계면 근방의 영역(다층막(206)의 파선과 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)의 사이의 영역)이 된다. 저저항 영역(206d) 및 저저항 영역(206e)의 일부 또는 전부는 소스 영역 및 드레인 영역으로서 기능한다.In addition, depending on the type of conductive film used for the source electrode (216a) and the drain electrode (216b), there are cases where oxygen is taken from a part of the multilayer film (206) or a mixed layer is formed to form a low-resistance region (206d) and a low-resistance region (206e) within the multilayer film (206). In Fig. 8(B), the low-resistance region (206d) and the low-resistance region (206e) are regions near the interface where the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) are in contact with the multilayer film (206) (regions between the broken line of the multilayer film (206) and the source electrode (216a) and the drain electrode (216b)). Part or all of the low-resistance region (206d) and the low-resistance region (206e) function as the source region and the drain region.

도 8(A)에서, 게이트 전극(204)과 중첩하는 영역에서, 소스 전극(216a)과 드레인 전극(216b)과의 간격을 채널 길이라고 한다. 단, 트랜지스터가 소스 영역 및 드레인 영역을 포함하는 경우, 게이트 전극(204)과 중첩하는 영역에서, 소스 영역과 드레인 영역과의 간격을 채널 길이라고 해도 좋다.In Fig. 8(A), the spacing between the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) in the region overlapping with the gate electrode (204) is referred to as the channel length. However, when the transistor includes a source region and a drain region, the spacing between the source region and the drain region in the region overlapping with the gate electrode (204) may also be referred to as the channel length.

또한, 채널 형성 영역이란, 다층막(206)에서, 게이트 전극(204)과 중첩하고, 또한 소스 전극(216a)과 드레인 전극(216b)에 끼워지는 영역을 말한다. 또한, 채널 영역이란, 채널 형성 영역에서, 전류가 주로 흐르는 영역을 말한다. 여기에서는, 채널 영역은 채널 형성 영역 안의 산화물 반도체막(206a)의 일부분이다.In addition, the channel formation region refers to a region in the multilayer film (206) that overlaps the gate electrode (204) and is also sandwiched between the source electrode (216a) and the drain electrode (216b). In addition, the channel region refers to a region in the channel formation region where current mainly flows. Here, the channel region is a part of the oxide semiconductor film (206a) within the channel formation region.

2-1-1. 다층막에 대해2-1-1. About multilayer films

다층막(206)은 산화물 반도체막(206a)의 상하에 산화물막(206b)과 산화물막(206c)이 적층된 구조이다. 산화물 반도체막(206a)의 하면이란, 산화물 반도체막(206a)의 기판(200)측의 면, 또는 산화물막(206c)과의 경계면에 상당한다. 산화물막(206b)의 하면이란, 산화물막(206b)의 기판(200)측의 면, 또는 산화물 반도체막(206a)과의 경계면에 상당한다. 산화물막(206c)의 하면이란, 산화물막(206c)의 기판(200)측의 면, 또는 산화물막(206c)의 게이트 절연막(112)에 접하는 면에 상당한다. 또한, 다층막(206)의 적층 구조는 STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)을 이용하여 관찰함으로써, 그 경계를 확인할 수 있다. 그러나, 산화물 반도체막(206a), 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)에 이용하는 재료에 따라서는, 이 경계를 명확하게 확인할 수 없는 경우가 있다.The multilayer film (206) has a structure in which an oxide film (206b) and an oxide film (206c) are laminated on top and bottom of an oxide semiconductor film (206a). The lower surface of the oxide semiconductor film (206a) corresponds to the surface of the oxide semiconductor film (206a) on the substrate (200) side, or the boundary surface with the oxide film (206c). The lower surface of the oxide film (206b) corresponds to the surface of the oxide film (206b) on the substrate (200) side, or the boundary surface with the oxide semiconductor film (206a). The lower surface of the oxide film (206c) corresponds to the surface of the oxide film (206c) on the substrate (200) side, or the surface of the oxide film (206c) that contacts the gate insulating film (112). In addition, the laminated structure of the multilayer film (206) can be confirmed by observing it using STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy). However, depending on the materials used for the oxide semiconductor film (206a), oxide film (206b), and oxide film (206c), there are cases where this boundary cannot be clearly identified.

산화물 반도체막(206a)은 실시형태 1의 산화물 반도체막(106a)에 적용할 수 있는 산화물 반도체막을 이용할 수 있다. 산화물막(206b)은 실시형태 1의 산화물막(106b)에 적용할 수 있는 산화물막을 이용할 수 있다. 산화물막(206c)은 실시형태 1의 산화물막(106b)에 적용할 수 있는 산화물막을 이용할 수 있다.The oxide semiconductor film (206a) can use an oxide semiconductor film applicable to the oxide semiconductor film (106a) of embodiment 1. The oxide film (206b) can use an oxide film applicable to the oxide film (106b) of embodiment 1. The oxide film (206c) can use an oxide film applicable to the oxide film (106b) of embodiment 1.

다층막(206)에서, 적어도 산화물 반도체막(206a)은 테이퍼 형상을 가진다. 바람직하게는, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)도 테이퍼 형상을 가진다. 또한, 적어도 산화물 반도체막(206a)의 테이퍼 형상은 산화물막(206b)의 테이퍼 형상 및 산화물막(206c)의 테이퍼 형상과 다른 것이 바람직하다. 산화물막(206b)과 산화물막(206c)의 테이퍼 형상은 같아도, 차이가 나도 좋다.In the multilayer film (206), at least the oxide semiconductor film (206a) has a tapered shape. Preferably, the oxide film (206b) and the oxide film (206c) also have tapered shapes. In addition, it is preferable that at least the tapered shape of the oxide semiconductor film (206a) is different from the tapered shape of the oxide film (206b) and the tapered shape of the oxide film (206c). The tapered shapes of the oxide film (206b) and the oxide film (206c) may be the same or different.

구체적으로는, 산화물 반도체막(206a)에서 산화물 반도체막(206a)의 하면과 산화물 반도체막(206a)의 측면 사이의 각도를 제 1 각도(θ1)로 하고, 산화물막(206b)에서 산화물막(206b)의 하면과 산화물막(206b)의 측면 사이의 각도를 제 2 각도(θ2)로 하고, 산화물막(206c)에서 산화물막(206c)의 하면과 산화물막(206c)의 측면 사이의 각도를 제 3 각도(θ3)로 했을 경우, 제1 각도(θ1)는 예각으로 하고, 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)는 예각, 또는 수직으로 할 수 있다.Specifically, in the case where the angle between the lower surface of the oxide semiconductor film (206a) and the side surface of the oxide semiconductor film (206a) is set as the first angle (θ1), in the case where the angle between the lower surface of the oxide film (206b) and the side surface of the oxide film (206b) is set as the second angle (θ2), and in the case where the angle between the lower surface of the oxide film (206c) and the side surface of the oxide film (206c) is set as the third angle (θ3), the first angle (θ1) can be set as an acute angle, and the second angle (θ2) and the third angle (θ3) can be set as acute angles or vertical angles.

특히, 제 1 각도(θ1), 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)는 모두 예각이고, 적어도 제 1 각도(θ1)는 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)보다 작은 것이 바람직하다(도 9 참조).In particular, the first angle (θ1), the second angle (θ2), and the third angle (θ3) are all acute angles, and it is preferable that at least the first angle (θ1) is smaller than the second angle (θ2) and the third angle (θ3) (see FIG. 9).

또한, 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)는 같은 각도여도 좋고, 서로 다른 각도여도 좋다. 예를 들면, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)을 같은 종류의 산화물막으로 함으로써, 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)를 같은 각도로 할 수 있다.In addition, the second angle (θ2) and the third angle (θ3) may be the same angle or may be different angles. For example, by making the oxide film (206b) and the oxide film (206c) the same type of oxide film, the second angle (θ2) and the third angle (θ3) can be the same angle.

또한, 제 1 각도(θ1)는 10°이상 90°미만이고, 30°이상 70°이하인 것이 바람직하다. 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)는 10°이상 90°미만으로 하고, 30°이상 70°이하로 하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the first angle (θ1) is 10° or more and less than 90°, and 30° or more and 70° or less. It is preferable that the second angle (θ2) and the third angle (θ3) are 10° or more and less than 90°, and 30° or more and 70° or less.

이와 같이, 다층막(206)을, 다른 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상으로 함으로써 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다. 다층막(206)에 대해, 일정한 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상에 비해, 다른 테이퍼각을 가지는 테이퍼 형상으로 함으로써, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과의 접촉 면적을 확대시킬 수 있다. 따라서, 다층막(206)과, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과의 접촉 저항이 저감하고, 트랜지스터의 온 전류를 증대시킬 수 있다.In this way, by forming the multilayer film (206) into a tapered shape having a different taper angle, the following effects can be obtained. For the multilayer film (206), by forming it into a tapered shape having a different taper angle compared to a tapered shape having a constant taper angle, the contact area with the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) can be expanded. Accordingly, the contact resistance between the multilayer film (206) and the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) is reduced, and the on-state current of the transistor can be increased.

또한, 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)를 제 1 각도(θ1)보다 크게 함으로써, 산화물막(206b), 산화물막(206c)과 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과의 접촉 면적을 작게 할 수 있고, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)에 형성되는 저저항 영역을 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)의 한쪽 또는 양쪽의 저저항화를 억제하고 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)의 사이에서의 리크 패스의 발생을 억제하면서, 채널 영역으로서 기능하는 산화물 반도체막(206a)에 효과적으로 저저항 영역을 형성할 수 있고, 트랜지스터의 온 전류의 증대와, 트랜지스터의 오프 전류의 저감을 양립시킬 수 있다.In addition, by making the second angle (θ2) and the third angle (θ3) larger than the first angle (θ1), the contact area between the oxide film (206b), the oxide film (206c) and the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) can be reduced, and the low-resistance region formed in the oxide film (206b) and the oxide film (206c) can be reduced. As a result, while suppressing the low resistance of one or both of the oxide film (206b) and the oxide film (206c) and suppressing the occurrence of a leak path between the source electrode (216a) and the drain electrode (216b), it is possible to effectively form a low-resistance region in the oxide semiconductor film (206a) that functions as a channel region, thereby achieving both an increase in the on-current of the transistor and a decrease in the off-current of the transistor.

또한, 산화물 반도체막(206a)의 상단 및 산화물막(206b)의 하단, 및 산화물막(206c)의 상단 및 산화물 반도체막(206a)의 하단은 대략 일치하고 있다(도 9 참조). 즉, 다층막(206)에는, 산화물 반도체막(206a), 산화물막(206b), 및 산화물막(206c)중 2개 이상의 막으로 형성되는 큰 단차 (213) 및 큰 단차(214)를 가지지 않는다(도 32(A), 도 32(B) 참조). 그 때문에, 다층막(206) 위에 형성되는 막(예를 들면, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)으로 가공되는 도전막)의 단이 끊어지는 것을 억제할 수 있고, 전기 특성이 양호한 트랜지스터를 제작할 수 있다. 또한, 산화물 반도체막(206a)의 상단 및 산화물막(206b)의 하단, 및 산화물막(206c)의 상단 및 산화물 반도체막(206a)의 하단은 거의 일치하고 있다는 것은 산화물막(206b)의 하단의 산화물 반도체막(206a)의 상단으로부터의 거리(L1), 산화물막(206c)의 상단의 산화물 반도체막(206a)의 하단으로부터의 거리(L2)가 30㎚ 이하, 바람직하게는 10㎚ 이하인 것을 말한다(도 32(A), 도 32(B) 참조).In addition, the upper part of the oxide semiconductor film (206a) and the lower part of the oxide film (206b), and the upper part of the oxide film (206c) and the lower part of the oxide semiconductor film (206a) are approximately aligned (see Fig. 9). That is, the multilayer film (206) does not have a large step (213) and a large step (214) formed by two or more films among the oxide semiconductor film (206a), the oxide film (206b), and the oxide film (206c) (see Figs. 32(A) and 32(B)). Therefore, it is possible to suppress the disconnection of the ends of films formed on the multilayer film (206) (for example, conductive films processed into the source electrode (216a) and the drain electrode (216b)), and it is possible to manufacture a transistor having good electrical characteristics. In addition, the fact that the upper part of the oxide semiconductor film (206a) and the lower part of the oxide film (206b), and the upper part of the oxide film (206c) and the lower part of the oxide semiconductor film (206a) are almost aligned means that the distance (L1) from the upper part of the oxide semiconductor film (206a) at the lower part of the oxide film (206b) and the distance (L2) from the lower part of the oxide semiconductor film (206a) at the upper part of the oxide film (206c) are 30 nm or less, preferably 10 nm or less (see FIG. 32(A) and FIG. 32(B)).

상기 테이퍼 형상은 다층막(206)을 에칭으로 형성할 때에, 각각의 막의 에칭 속도가 다른 것을 이용함으로써 형성할 수 있다. 특히, 상기 테이퍼 형상은 산화물 반도체막(206a)의 에칭 속도를, 산화물막(206b)의 에칭 속도 및 산화물막(206c)의 에칭 속도보다 늦게 함으로써 형성할 수 있다.The above tapered shape can be formed by utilizing the fact that the etching rates of each film are different when forming the multilayer film (206) by etching. In particular, the above tapered shape can be formed by making the etching rate of the oxide semiconductor film (206a) slower than the etching rate of the oxide film (206b) and the etching rate of the oxide film (206c).

제 2 각도(θ2)를 제 3 각도(θ3)보다 작게 하는 경우는 산화물막(206b)의 에칭 속도를 산화물막(206c)의 에칭 속도보다 늦게 하면 좋다. 또한, 제 2 각도(θ2)를 제 3 각도(θ3)보다 크게 하는 경우는 산화물막(206b)의 에칭 속도를 산화물막(206c)의 에칭 속도보다 빠르게 하면 좋다.When the second angle (θ2) is smaller than the third angle (θ3), it is preferable to make the etching speed of the oxide film (206b) slower than the etching speed of the oxide film (206c). Also, when the second angle (θ2) is larger than the third angle (θ3), it is preferable to make the etching speed of the oxide film (206b) faster than the etching speed of the oxide film (206c).

상기 테이퍼 형상은 실시형태 1과 마찬가지로, 부식액으로서 인산을 포함하는 용액을 이용한 습식 에칭에 의해 형성할 수 있다. 또한, 이 습식 에칭의 상세한 사항은 실시형태 1을 참조할 수 있다. 또한, 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)를 제 1 각도(θ1)보다 크게 함으로써, 이 습식 에칭에서, 부식액에 노출되는 면적을 가능한 한 작게 할 수 있다. 또한, 제 2 각도(θ2) 및 제 3 각도(θ3)를 제 1 각도(θ1)보다 크게 함으로써, 부식액에 의한 오염이나 결함의 생성에 의해, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)에 형성되는 저저항 영역을 작게 할 수 있다.The above-mentioned tapered shape can be formed by wet etching using a solution containing phosphoric acid as a corrosive liquid, similarly to Embodiment 1. In addition, details of this wet etching can be referred to Embodiment 1. In addition, by making the second angle (θ2) and the third angle (θ3) larger than the first angle (θ1), the area exposed to the corrosive liquid in this wet etching can be made as small as possible. In addition, by making the second angle (θ2) and the third angle (θ3) larger than the first angle (θ1), the low-resistance region formed in the oxide film (206b) and the oxide film (206c) due to contamination by the corrosive liquid or generation of defects can be made small.

다층막(206)을 습식 에칭에 의해 형성함으로써, 실시형태 1에서 기재한 것처럼, 트랜지스터의 수율의 저하를 억제하고, 전기 특성이 양호한 트랜지스터를 생산성 높게 제작할 수 있다.By forming a multilayer film (206) by wet etching, as described in embodiment 1, it is possible to suppress a decrease in the yield of the transistor and produce a transistor with good electrical characteristics with high productivity.

이하에서는, 다층막(206)의 밴드 구조에 대해, 도 10을 이용하여 설명한다.Below, the band structure of the multilayer film (206) is explained using Fig. 10.

예로서, 산화물 반도체막(206a)으로서 에너지 갭이 3.15eV인 In-Ga-Zn 산화물을 이용하고, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)으로서 에너지 갭이 3.5eV인 In-Ga-Zn 산화물로 한다. 에너지 갭은 분광 엘립소미터(HORIBA JOBIN YVON사 UT-300)를 이용하여 측정했다.As an example, In-Ga-Zn oxide having an energy gap of 3.15 eV is used as the oxide semiconductor film (206a), and In-Ga-Zn oxide having an energy gap of 3.5 eV is used as the oxide film (206b) and the oxide film (206c). The energy gap was measured using a spectroscopic ellipsometer (UT-300, manufactured by HORIBA JOBIN YVON).

산화물 반도체막(206a)의 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지차(이온화 포텐셜이라고도 함.)는 8eV였다. 또한, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)의 이온화 포텐셜은 8.2eV였다. 또한, 진공 준위와 가전자대 상단의 에너지차는 자외선 광전자 분광 분석(UPS : Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy) 장치(PHI사 VersaProbe)를 이용하여 측정했다.The energy difference (also called ionization potential) between the vacuum level and the top of the valence band of the oxide semiconductor film (206a) was 8 eV. In addition, the ionization potentials of the oxide film (206b) and the oxide film (206c) were 8.2 eV. In addition, the energy difference between the vacuum level and the top of the valence band was measured using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) device (PHI VersaProbe).

따라서, 산화물 반도체막(206a)의 진공 준위와 전도대 하단의 에너지(전자 친화력이라고도 함.)는 4.85eV였다. 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)의 전자 친화력은 4.7eV였다.Therefore, the energy of the vacuum level and the bottom of the conduction band (also called electron affinity) of the oxide semiconductor film (206a) was 4.85 eV. The electron affinities of the oxide film (206b) and the oxide film (206c) were 4.7 eV.

도 10(A)에, 다층막(206)의 밴드 구조의 일부를 모식적으로 도시한다. 도 10(A)에서는, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)의 각각에 산화 실리콘막(하지 절연막(202) 및 게이트 절연막(212))을 접하여 형성한 경우에 대해 설명한다. 여기서, EcI1은 산화 실리콘막의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcS1은 산화물 반도체막(206a)의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcS2는 산화물막(206b)의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcS3은 산화물막(206c)의 전도대 하단의 에너지를 나타내고, EcI2는 산화 실리콘막의 전도대 하단의 에너지를 나타낸다.In Fig. 10(A), a part of the band structure of the multilayer film (206) is schematically illustrated. In Fig. 10(A), a case is described where a silicon oxide film (the base insulating film (202) and the gate insulating film (212)) is formed by contacting each of the oxide film (206b) and the oxide film (206c). Here, EcI1 represents the energy of the bottom of the conduction band of the silicon oxide film, EcS1 represents the energy of the bottom of the conduction band of the oxide semiconductor film (206a), EcS2 represents the energy of the bottom of the conduction band of the oxide film (206b), EcS3 represents the energy of the bottom of the conduction band of the oxide film (206c), and EcI2 represents the energy of the bottom of the conduction band of the silicon oxide film.

도 10(A)에 도시한 것처럼, 산화물 반도체막(206a), 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)에서, 전도대 하단의 에너지는 장벽이 없고 서서히 변화한다. 바꿔 말하면, 연속적으로 변화한다고도 할 수 있다. 이것은 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)은 산화물 반도체막(206a)과 공통의 원소를 포함하고, 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206b) 사이와, 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206c) 사이에서, 산소가 서로 이동함으로써 혼합층이 형성되기 때문이라고 할 수 있다.As illustrated in Fig. 10(A), in the oxide semiconductor film (206a), the oxide film (206b), and the oxide film (206c), the energy at the bottom of the conduction band changes gradually without a barrier. In other words, it can be said that it changes continuously. This can be said to be because the oxide film (206b) and the oxide film (206c) contain elements in common with the oxide semiconductor film (206a), and a mixed layer is formed as oxygen moves between the oxide semiconductor film (206a) and the oxide film (206b), and between the oxide semiconductor film (206a) and the oxide film (206c).

도 10(A)에 의해, 다층막(206)의 산화물 반도체막(206a)이 웰(well)이 되고, 다층막(206)을 이용한 트랜지스터에서, 채널 영역이 산화물 반도체막(206a)에 형성되는 것을 알 수 있다. 또한, 다층막(206)은 전도대 하단의 에너지가 연속적으로 변화하고 있기 때문에, 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206b)과 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206c)이 연속 접합하고 있다고도 할 수 있다.By Fig. 10(A), it can be seen that the oxide semiconductor film (206a) of the multilayer film (206) becomes a well, and in the transistor using the multilayer film (206), a channel region is formed in the oxide semiconductor film (206a). In addition, since the energy at the bottom of the conduction band of the multilayer film (206) is continuously changing, it can also be said that the oxide semiconductor film (206a) and the oxide film (206b) and the oxide semiconductor film (206a) and the oxide film (206c) are continuously connected.

또한, 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)을 각각 전도대 하단의 에너지가 다른 산화물막으로 함으로써, 다층막(206)의 밴드 구조를 이 전도대 하단의 에너지의 대소 관계에 따라 변화시킬 수 있다.In addition, by making the oxide film (206b) and the oxide film (206c) into oxide films having different energies at the bottom of the conduction band, the band structure of the multilayer film (206) can be changed according to the relationship between the magnitudes of the energies at the bottom of the conduction band.

산화물막(206c)으로서 산화물막(206b)의 전도대 하단의 에너지보다 큰 산화물을 이용함으로써, 도 10(B)에 도시하는 밴드 구조를 가지는 다층막(206)을 형성할 수 있다.By using an oxide film (206c) that has an energy higher than the lower end of the conduction band of the oxide film (206b), a multilayer film (206) having the band structure shown in Fig. 10(B) can be formed.

산화물막(206b)으로서 산화물막(206c)의 전도대 하단의 에너지보다 작은 산화물을 이용함으로써, 도 10(C)에 도시하는 밴드 구조를 가지는 다층막(206)을 형성할 수 있다.By using an oxide film (206b) that has an energy lower than the lower end of the conduction band of the oxide film (206c), a multilayer film (206) having the band structure shown in Fig. 10(C) can be formed.

또한, 도 10(B) 및 도 10(C)에 도시하는 밴드 구조를 가지는 다층막(206)에서, 채널 영역은 산화물 반도체막(206a)에 형성된다.Additionally, in the multilayer film (206) having the band structure shown in FIG. 10(B) and FIG. 10(C), the channel region is formed in the oxide semiconductor film (206a).

또한, 산화물막(206b)과 게이트 절연막(212)과의 계면 근방에는, 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위가 형성될 수 있지만, 산화물막(206b)이 형성됨으로써, 산화물 반도체막(206a)과 이 트랩 준위를 멀리할 수 있다. 단, EcS1과 EcS2와의 에너지차가 작은 경우, 산화물 반도체막(206a)의 전자가 이 에너지차를 넘어 트랩 준위에 이르는 경우가 있다. 트랩 준위에 전자가 포획됨으로써, 절연막 계면에 마이너스의 고정 전하가 발생하고, 트랜지스터의 문턱 전압은 플러스 방향으로 시프트하게 된다.In addition, a trap level due to an impurity or defect may be formed near the interface between the oxide film (206b) and the gate insulating film (212), but by forming the oxide film (206b), the oxide semiconductor film (206a) can be separated from this trap level. However, when the energy difference between EcS1 and EcS2 is small, there are cases where electrons in the oxide semiconductor film (206a) exceed this energy difference and reach the trap level. By capturing electrons at the trap level, negative fixed charges are generated at the insulating film interface, and the threshold voltage of the transistor shifts in the positive direction.

또한, 산화물막(206c)과 하지 절연막(202)과의 계면 근방에는, 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위가 형성 될 수 있지만, 산화물 반도체막(206a)과 이 트랩 준위를 멀리할 수 있다. 단, EcS1과 EcS3과의 에너지차가 작은 경우, 산화물 반도체막(206a)의 전자가 이 에너지차를 넘어 트랩 준위에 이르는 경우가 있다. 트랩 준위에 전자가 포획됨으로써, 절연막 계면에 마이너스의 고정 전하가 발생하고, 트랜지스터의 문턱 전압은 플러스 방향으로 시프트하게 된다.In addition, a trap level due to an impurity or defect may be formed near the interface between the oxide film (206c) and the base insulating film (202), but the oxide semiconductor film (206a) can be distant from this trap level. However, when the energy difference between EcS1 and EcS3 is small, there are cases where electrons in the oxide semiconductor film (206a) exceed this energy difference and reach the trap level. When electrons are captured at the trap level, a negative fixed charge is generated at the insulating film interface, and the threshold voltage of the transistor shifts in the positive direction.

따라서, EcS1과 EcS2와의 에너지차, 및 EcS1과 EcS3과의 에너지차를, 각각 0.1eV 이상, 바람직하게는 0.15eV 이상으로 하면, 트랜지스터의 문턱 전압의 변동이 저감되고 안정된 전기 특성이 되기 때문에, 바람직하다.Therefore, it is preferable that the energy difference between EcS1 and EcS2 and the energy difference between EcS1 and EcS3 be 0.1 eV or more, preferably 0.15 eV or more, because this reduces fluctuations in the threshold voltage of the transistor and stabilizes the electrical characteristics.

2-1-2. 그 외의 구성에 대해2-1-2. About other configurations

기판(200)은 기판(100)에 대한 기재를 참조할 수 있다. 또한, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)은 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)에 대한 기재를 참조할 수 있다. 또한, 게이트 절연막(212)은 게이트 절연막(112)에 대한 기재를 참조할 수 있다. 또한, 게이트 전극(204)은 게이트 전극(104)에 대한 기재를 참조할 수 있다. 또한, 보호 절연막(218)은 보호 절연막(118)에 대한 기재를 참조할 수 있다.The substrate (200) may refer to the description for the substrate (100). In addition, the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) may refer to the description for the source electrode (116a) and the drain electrode (116b). In addition, the gate insulating film (212) may refer to the description for the gate insulating film (112). In addition, the gate electrode (204) may refer to the description for the gate electrode (104). In addition, the protective insulating film (218) may refer to the description for the protective insulating film (118).

또한, 도 8(A)에서, 다층막(206)은 상면 형상에서 게이트 전극(204)보다 외측까지 형성되어 있지만, 상방으로부터의 광에 의해 다층막(206) 안에서 캐리어가 생성되는 것을 억제하기 위해, 게이트 전극(204)의 폭을 다층막(206)의 폭보다 크게 형성해도 좋다.In addition, in Fig. 8(A), the multilayer film (206) is formed to the outside from the gate electrode (204) in the top surface shape, but in order to suppress the generation of carriers within the multilayer film (206) by light from above, the width of the gate electrode (204) may be formed to be larger than the width of the multilayer film (206).

하지 절연막(202)은 산화 알루미늄, 산화 마그네슘, 산화 실리콘, 산화 질화 실리콘, 질화 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 갈륨, 산화 게르마늄, 산화 이트륨, 산화 지르코늄, 산화 란탄, 산화 네오디뮴, 산화 하프늄 및 산화 탄탈을 일종 이상 포함하는 절연막을, 단층으로, 또는 적층으로 이용할 수 있다.The insulating film (202) may be an insulating film containing one or more of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide, and may be used as a single layer or in a laminated form.

하지 절연막(202)은 예를 들면, 첫번째 층을 질화 실리콘막으로 하고, 두번째 층을 산화 실리콘막으로 한 적층 구조로 해도 좋다. 이 경우, 산화 실리콘막은 산화 질화 실리콘막으로 해도 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 질화 산화 실리콘막으로 해도 좋다. 산화 실리콘막은 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 이용하면 바람직하다. 구체적으로는, ESR에서 g값이 2.001의 신호에 유래하는 스핀의 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 이용한다. 질화 실리콘막은 수소 및 암모니아의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 이용한다. 수소, 암모니아의 방출량은 TDS 분석으로 측정하면 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 수소, 물 및 산소를 투과하지 않거나, 또는 거의 투과하지 않는 질화 실리콘막을 이용한다.The insulating film (202) may have a laminated structure in which, for example, the first layer is a silicon nitride film and the second layer is a silicon oxide film. In this case, the silicon oxide film may be a silicon nitride oxide film. In addition, the silicon nitride film may be a silicon nitride oxide film. It is preferable to use a silicon oxide film having a small defect density as the silicon oxide film. Specifically, a silicon oxide film having a spin density derived from a signal having a g value of 2.001 in ESR of 3×10 17 spins/cm 3 or less, preferably 5×10 16 spins/cm 3 or less, is used. The silicon nitride film uses a silicon nitride film having a small amount of hydrogen and ammonia released. The amount of hydrogen and ammonia released can be measured by TDS analysis. In addition, the silicon nitride film uses a silicon nitride film that does not transmit, or hardly transmits, hydrogen, water, and oxygen.

또한, 하지 절연막(202)은 예를 들면, 첫번째 층을 제 1 질화 실리콘막으로 하고, 두번째 층을 제 1 산화 실리콘막으로 하고, 세번째 층을 제 2 산화 실리콘막으로 한 적층 구조로 해도 좋다. 이 경우, 제 1 산화 실리콘막 또는/및 제 2 산화 실리콘막은 산화 질화 실리콘막으로 해도 좋다. 또한, 질화 실리콘막은 질화 산화 실리콘막으로 해도 좋다. 제 1 산화 실리콘막은 결함 밀도가 작은 산화 실리콘막을 이용하면 바람직하다. 구체적으로는, ESR에서 g값이 2.001의 신호에 유래하는 스핀의 밀도가 3×1017spins/cm3 이하, 바람직하게는 5×1016spins/cm3 이하인 산화 실리콘막을 이용한다. 제 2 산화 실리콘막은 과잉 산소를 포함하는 산화 실리콘막을 이용한다. 질화 실리콘막은 수소 및 암모니아의 방출량이 적은 질화 실리콘막을 이용한다. 또한, 질화 실리콘막은 수소, 물 및 산소를 투과하지 않거나, 또는 거의 투과하지 않는 질화 실리콘막을 이용한다.In addition, the insulating film (202) may have a laminated structure in which, for example, the first layer is a first silicon nitride film, the second layer is a first silicon oxide film, and the third layer is a second silicon oxide film. In this case, the first silicon oxide film and/or the second silicon oxide film may be a silicon oxynitride film. In addition, the silicon nitride film may be a silicon oxynitride film. It is preferable that the first silicon oxide film use a silicon oxide film having a small defect density. Specifically, a silicon oxide film having a spin density derived from a signal having a g value of 2.001 in ESR is used of 3×10 17 spins/cm 3 or less, preferably 5×10 16 spins/cm 3 or less. The second silicon oxide film uses a silicon oxide film containing excess oxygen. The silicon nitride film uses a silicon nitride film having a small amount of hydrogen and ammonia released. In addition, a silicon nitride film is used that is impermeable to hydrogen, water, and oxygen, or is substantially impermeable to them.

게이트 절연막(212) 및 하지 절연막(202)의 한쪽 또는 양쪽이 과잉 산소를 포함하는 절연막을 가지는 경우, 산화물 반도체막(206a)의 산소 결손을 저감할 수 있다.When one or both of the gate insulating film (212) and the base insulating film (202) have insulating films containing excess oxygen, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film (206a) can be reduced.

이상에 의해, 본 실시형태에 나타내는 트랜지스터는 다층막(206)의 산화물 반도체막(206a)(특히 채널 영역)의 불순물 및 캐리어 밀도가 저감되어 있음으로써, 안정된 전기 특성을 가지고, 높은 전계 효과 이동도를 가진다.As described above, the transistor shown in the present embodiment has stable electrical characteristics and high field-effect mobility because the impurity and carrier density of the oxide semiconductor film (206a) (particularly, the channel region) of the multilayer film (206) is reduced.

2-2. 트랜지스터 구조(3)의 제작 방법2-2. Manufacturing method of transistor structure (3)

여기서, 트랜지스터의 제작 방법에 대해 도 11 및 도 12를 이용하여 설명한다.Here, the method of manufacturing a transistor is explained using Figs. 11 and 12.

우선은, 기판(200)을 준비한다.First, prepare the substrate (200).

기판(200) 위에 하지 절연막(202)을 형성한다. 하지 절연막(202)은 상기 열거한 절연막을 스퍼터링법, CVD법, MBE법, ALD법 또는 PLD법을 이용하여 성막하면 좋다.A base insulating film (202) is formed on the substrate (200). The base insulating film (202) may be formed using the above-listed insulating films by sputtering, CVD, MBE, ALD or PLD.

다음에, 산화물막(206c)으로 가공되는 산화물막(226c)을 성막한다. 산화물막(206c)의 성막 방법은 실시형태 1의 산화물막(106b)에 대한 기재를 참조할 수 있다. 또한, 산화물막(206c)은 CAAC-OS 또는 비정질이 되도록 성막한다. 산화물막(206c)이 CAAC-OS 또는 비정질이면, 산화물 반도체막(206a)이 되는 산화물 반도체막(226a)이 CAAC-OS가 되기 쉽다.Next, an oxide film (226c) processed into an oxide film (206c) is formed. The method for forming the oxide film (206c) can refer to the description of the oxide film (106b) of Embodiment 1. In addition, the oxide film (206c) is formed so as to be CAAC-OS or amorphous. If the oxide film (206c) is CAAC-OS or amorphous, the oxide semiconductor film (226a) that becomes the oxide semiconductor film (206a) is likely to be CAAC-OS.

다음에, 산화물 반도체막(206a)으로 가공되는 산화물 반도체막(226a)을 성막한다. 산화물 반도체막(226a)의 성막 방법은 실시형태 1의 산화물 반도체막(106a)에 대한 기재를 참조할 수 있다.Next, an oxide semiconductor film (226a) processed into an oxide semiconductor film (206a) is formed. The method for forming the oxide semiconductor film (226a) can refer to the description of the oxide semiconductor film (106a) of Embodiment 1.

다음에, 산화물막(206b)으로 가공되는 산화물막(226b)을 성막한다. 산화물막(226b)의 성막 방법은, 실시형태 1의 산화물막(106b)에 대한 기재를 참조할 수 있다(도 11(A) 참조).Next, an oxide film (226b) processed into an oxide film (206b) is formed. For the method for forming the oxide film (226b), reference can be made to the description of the oxide film (106b) of embodiment 1 (see Fig. 11(A)).

실시형태 1에서 기재한 것처럼, 산화물막(206c), 산화물 반도체막(206a), 및 산화물막(206b)을 연속 접합시키기 위해서, 산화물막(226c), 산화물 반도체막(226a), 및 산화물막(226b)은 각 막을 대기에 노출시키지 않고 연속하여 적층하는 것이 바람직하다.As described in Embodiment 1, in order to continuously bond the oxide film (206c), the oxide semiconductor film (206a), and the oxide film (206b), it is preferable that the oxide film (226c), the oxide semiconductor film (226a), and the oxide film (226b) be continuously laminated without exposing each film to the atmosphere.

다음에, 산화물막(226c), 산화물 반도체막(226a), 및 산화물막(226b)의 일부를 에칭하고, 산화물막(206c), 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206b)을 포함하는 다층막(206)을 형성한다(도 11(B) 참조). 또한, 이 에칭은 상기를 참조할 수 있다.Next, a portion of the oxide film (226c), the oxide semiconductor film (226a), and the oxide film (226b) is etched, and a multilayer film (206) including the oxide film (206c), the oxide semiconductor film (206a), and the oxide film (206b) is formed (see Fig. 11(B)). In addition, this etching can be referred to above.

다음에, 제 1 가열 처리를 행하면 바람직하다. 제 1 가열 처리는 250℃ 이상 650℃ 이하, 바람직하게는 300℃ 이상 500℃ 이하로 행하면 좋다. 제 1 가열 처리의 분위기는 불활성 가스 분위기, 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상 혹은 10% 이상 포함하는 분위기, 또는 감압 상태에서 행한다. 또는, 제 1 가열 처리의 분위기는, 불활성 가스 분위기로 가열 처리한 후에, 이탈한 산소를 보충하기 위해서 산화성 가스를 10ppm 이상, 1% 이상 또는 10% 이상 포함하는 분위기로 가열 처리를 행해도 좋다. 제 1 가열 처리에 의해, 산화물 반도체막(226a)의 결정성을 높이고, 또한 하지 절연막(202), 다층막(206)으로부터 물, 수소, 질소, 및 탄소 등의 불순물을 제거할 수 있다.Next, it is preferable to perform the first heat treatment. The first heat treatment may be performed at 250°C or more and 650°C or less, preferably 300°C or more and 500°C or less. The atmosphere of the first heat treatment may be an inert gas atmosphere, an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas, or a reduced pressure state. Alternatively, the atmosphere of the first heat treatment may be an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas in order to replenish the oxygen that has escaped after the heat treatment in an inert gas atmosphere. By the first heat treatment, the crystallinity of the oxide semiconductor film (226a) can be increased, and impurities such as water, hydrogen, nitrogen, and carbon can be removed from the base insulating film (202) and the multilayer film (206).

또한, 제 1 가열 처리는 다층막(206)을 형성하는 에칭 공정의 전후의 적어도 한쪽에서 행할 수 있다.Additionally, the first heat treatment can be performed on at least one side before or after the etching process for forming the multilayer film (206).

다음에, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)이 되는 도전막을 성막한다. 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)이 되는 도전막의 성막 방법은 실시형태 1의 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)에 대한 기재를 참조할 수 있다.Next, conductive films that become the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) are formed. For the method of forming the conductive films that become the source electrode (216a) and the drain electrode (216b), reference can be made to the description of the source electrode (116a) and the drain electrode (116b) of Embodiment 1.

다음에, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)이 되는 도전막의 일부를 에칭하고, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)을 형성한다(도 11(C) 참조).Next, a portion of the conductive film that becomes the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) is etched, and the source electrode (216a) and the drain electrode (216b) are formed (see Fig. 11(C)).

다음에, 제 2 가열 처리를 행하면 바람직하다. 제 2 가열 처리는 제 1 가열 처리의 기재를 참조하여 행하면 좋다. 제 2 가열 처리에 의해, 다층막(206)으로부터 물, 수소, 질소, 및 탄소 등의 불순물을 제거할 수 있다.Next, it is preferable to perform a second heat treatment. The second heat treatment may be performed with reference to the description of the first heat treatment. By the second heat treatment, impurities such as water, hydrogen, nitrogen, and carbon can be removed from the multilayer film (206).

또한, 제 2 가열 처리에 의해, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과 접하는 다층막(206)에 저저항 영역(206d) 및 저저항 영역(206e)을 형성할 수 있다.In addition, by the second heat treatment, a low-resistance region (206d) and a low-resistance region (206e) can be formed in the multilayer film (206) in contact with the source electrode (216a) and the drain electrode (216b).

다음에, 게이트 절연막(212)을 성막한다(도 12(A) 참조). 게이트 절연막(212)의 성막 방법은 실시형태 1의 게이트 절연막(112)에 대한 기재를 참조한다.Next, a gate insulating film (212) is formed (see Fig. 12(A)). The method for forming the gate insulating film (212) refers to the description of the gate insulating film (112) of Embodiment 1.

다음에, 게이트 전극(204)이 되는 도전막을 성막한다. 다음에, 게이트 전극(204)이 되는 도전막의 일부를 에칭하고, 게이트 전극(204)을 형성한다(도 12(B) 참조). 게이트 전극(204)의 성막 방법 및 에칭 공정은 실시형태 1의 게이트 전극(104)에 대한 기재를 참조할 수 있다.Next, a conductive film to become the gate electrode (204) is formed. Next, a part of the conductive film to become the gate electrode (204) is etched, and the gate electrode (204) is formed (see Fig. 12(B)). The method for forming the gate electrode (204) and the etching process can refer to the description of the gate electrode (104) of Embodiment 1.

다음에, 보호 절연막(218)을 성막한다(도 8(B) 참조). 보호 절연막(218)의 성막 방법은 보호 절연막(118)에 대한 기재를 참조한다.Next, a protective insulating film (218) is formed (see Fig. 8(B)). The method for forming the protective insulating film (218) refers to the description of the protective insulating film (118).

이상과 같이 하여, 도 8에 도시하는 트랜지스터를 제작할 수 있다.In this manner, the transistor shown in Fig. 8 can be manufactured.

2-3. 트랜지스터 구조(4)2-3. Transistor structure (4)

여기에서는, 도 8에 도시한 트랜지스터의 변형예인 트랜지스터에 대해 도 13을 이용하여 설명한다.Here, a transistor which is a modified example of the transistor illustrated in Fig. 8 is explained using Fig. 13.

도 13에, 이 변형예인 트랜지스터의 상면도 및 단면도를 도시한다. 도 13(A)은 트랜지스터의 상면도를 도시한다. 도 13(A)에서, 일점 쇄선 B1-B2에 대응하는 단면도를 도 13(B)에 도시한다. 또한, 도 13(A)에서, 일점 쇄선 B3-B4에 대응하는 단면도를 도 13(C)에 도시한다. 또한, 도 13(A)에서, 도면의 명료화를 위해 이 트랜지스터의 구성 요소의 일부(게이트 절연막, 및 보호 절연막 등)를 생략하였다.In Fig. 13, a top view and a cross-sectional view of a transistor of this modified example are shown. Fig. 13(A) shows a top view of the transistor. In Fig. 13(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B1-B2 is shown in Fig. 13(B). In addition, in Fig. 13(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B3-B4 is shown in Fig. 13(C). In addition, in Fig. 13(A), some of the components of the transistor (such as a gate insulating film and a protective insulating film) are omitted for clarity of the drawing.

도 13에 도시하는 트랜지스터는 도 8에 도시한 트랜지스터와 비교해, 다층막(206)에서 산화물막(206c)을 가지지 않는 점에서 다르다. 즉, 도 13에 나타내는 트랜지스터에서의 다층막(206)은 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206b)이다. 또한, 도 13에 도시하는 트랜지스터의 그 외의 구성 요소는 도 8에 도시하는 트랜지스터와 같고, 상기를 적절히 참조할 수 있다.The transistor illustrated in Fig. 13 is different from the transistor illustrated in Fig. 8 in that it does not have an oxide film (206c) in the multilayer film (206). That is, the multilayer film (206) in the transistor illustrated in Fig. 13 is an oxide semiconductor film (206a) and an oxide film (206b). In addition, other components of the transistor illustrated in Fig. 13 are the same as those of the transistor illustrated in Fig. 8, and reference can be made thereto as appropriate.

도 13에 도시하는 트랜지스터는 산화물막(206b)과 게이트 절연막(212)과의 계면 근방에는, 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위가 형성될 수 있지만, 산화물막(206b)이 형성됨으로써, 산화물 반도체막(206a)과 이 트랩 준위를 멀리할 수 있다. 따라서, 도 13에 도시하는 트랜지스터는 트랜지스터의 문턱 전압의 변동이 저감된, 안정적인 전기 특성을 가지는 트랜지스터이다.In the transistor illustrated in Fig. 13, a trap level due to an impurity or defect may be formed near the interface between the oxide film (206b) and the gate insulating film (212), but by forming the oxide film (206b), the oxide semiconductor film (206a) and this trap level can be distanced. Therefore, the transistor illustrated in Fig. 13 is a transistor having stable electrical characteristics with reduced fluctuations in the threshold voltage of the transistor.

또한, 도 13에 도시하는 트랜지스터의 제작 방법은 실시형태 1 및 도 8에 나타낸 트랜지스터의 기재를 적절히 참조할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the transistor illustrated in Fig. 13 can appropriately refer to the description of the transistor illustrated in Embodiment 1 and Fig. 8.

2-4. 트랜지스터 구조(5)2-4. Transistor structure (5)

여기에서는, 도 8에 나타낸 트랜지스터의 변형예인 트랜지스터에 대해 도 14를 이용하여 설명한다.Here, a transistor which is a modified example of the transistor shown in Fig. 8 is explained using Fig. 14.

도 14에, 이 변형예인 트랜지스터의 상면도 및 단면도를 도시한다. 도 14(A)는 트랜지스터의 상면도를 도시한다. 도 14(A)에서, 일점 쇄선 B1-B2에 대응하는 단면도를 도 14(B)에 도시한다. 또한, 도 14(A)에서, 일점 쇄선 B3-B4에 대응하는 단면도를 도 14(C)에 도시한다. 또한 도 14(A)에서, 도면의 명료화를 위해 이 트랜지스터의 구성 요소의 일부(게이트 절연막, 및 보호 절연막 등)를 생략하였다.In Fig. 14, a top view and a cross-sectional view of a transistor of this modified example are shown. Fig. 14(A) shows a top view of the transistor. In Fig. 14(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B1-B2 is shown in Fig. 14(B). In addition, in Fig. 14(A), a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B3-B4 is shown in Fig. 14(C). In addition, in Fig. 14(A), some of the components of the transistor (such as a gate insulating film and a protective insulating film) are omitted for clarity of the drawing.

도 14에 도시하는 트랜지스터는 도 8에 도시한 트랜지스터와 비교하여, 다층막(206)에서 산화물막(206b)을 가지고 있지 않은 점에서 다르다. 즉, 도 14에 도시하는 트랜지스터에서의 다층막(206)은 산화물막(206c) 및 산화물 반도체막(206a)이다. 또한, 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)의 상면, 및 다층막(206)의 상면에 산화물막(207)이 접하여 형성되어 있는 점에서 다르다.The transistor illustrated in Fig. 14 is different from the transistor illustrated in Fig. 8 in that it does not have an oxide film (206b) in the multilayer film (206). That is, the multilayer film (206) in the transistor illustrated in Fig. 14 is an oxide film (206c) and an oxide semiconductor film (206a). In addition, it is different in that an oxide film (207) is formed in contact with the upper surfaces of the source electrode (216a) and the drain electrode (216b), and the upper surface of the multilayer film (206).

산화물막(207)은 실시예 1의 다층막(106)의 산화물막(106b)에 적용할 수 있는 산화물막을 이용할 수 있고, 산화물막(106b)에 적용할 수 있는 방법을 이용하여 성막할 수 있다. 또한, 도 14에 도시하는 트랜지스터의 그 외의 구성 요소는 도 8에 도시하는 트랜지스터와 같고, 상기를 적절히 참조할 수 있다.The oxide film (207) can utilize an oxide film applicable to the oxide film (106b) of the multilayer film (106) of Example 1, and can be formed using a method applicable to the oxide film (106b). In addition, other components of the transistor illustrated in Fig. 14 are the same as those of the transistor illustrated in Fig. 8, and reference can be made thereto as appropriate.

도 14에 도시하는 트랜지스터의 구조는 산화물 반도체막(206a)과 게이트 절연막(212) 사이에 산화물막(207)이 형성되는 구조이기 때문에, 산화물막(207)과 게이트 절연막(212)과의 계면 근방에 형성되는 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위를, 산화물 반도체막(106a)으로부터 멀리할 수 있다. 따라서, 도 14에 도시하는 트랜지스터는 트랜지스터의 문턱 전압의 변동이 저감된, 안정적인 전기 특성을 가지는 트랜지스터이다.Since the structure of the transistor illustrated in Fig. 14 is a structure in which an oxide film (207) is formed between an oxide semiconductor film (206a) and a gate insulating film (212), trap levels caused by impurities or defects formed near the interface between the oxide film (207) and the gate insulating film (212) can be kept away from the oxide semiconductor film (106a). Therefore, the transistor illustrated in Fig. 14 is a transistor having stable electrical characteristics with reduced fluctuations in the threshold voltage of the transistor.

또한, 도 14에 도시하는 트랜지스터의 제작 방법은 실시형태 1 및 도 8에 나타낸 트랜지스터의 기재를 적절히 참조할 수 있다.In addition, the method for manufacturing the transistor illustrated in Fig. 14 can appropriately refer to the description of the transistor illustrated in Embodiment 1 and Fig. 8.

2-5. 그 외의 트랜지스터 구조2-5. Other transistor structures

예를 들면, 도 8에 도시한 트랜지스터에서, 소스 전극(212a) 및 드레인 전극(212b)의 상면, 및 다층막(206)의 상면과 게이트 절연막(212)과의 사이에, 도 14에 도시한 트랜지스터의 산화물막(207)을 형성한 구조의 트랜지스터도 본 발명의 일 형태에 포함된다.For example, in the transistor illustrated in Fig. 8, a transistor having a structure in which an oxide film (207) of the transistor illustrated in Fig. 14 is formed between the upper surface of the source electrode (212a) and the drain electrode (212b), and the upper surface of the multilayer film (206) and the gate insulating film (212) is also included in one embodiment of the present invention.

이러한 구조의 트랜지스터로 함으로써, 산화물 반도체막(206a)과 게이트 절연막(212) 사이에 산화물막(206b) 및 산화물막(207)이 형성되는 구조로 할 수 있기 때문에, 산화물막(207)과 게이트 절연막(212)과의 계면 근방에 형성되는 불순물이나 결함에 기인한 트랩 준위를, 산화물 반도체막(206a)으로부터 보다 멀리할 수 있다. 즉, EcS1과 EcS2와의 에너지차가 작은 경우에도, 산화물 반도체막(206a)의 전자가 이 에너지차를 넘어 트랩 준위에 이르는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 트랜지스터의 문턱 전압의 변동이 더욱 저감된, 안정적인 전기 특성을 가지는 트랜지스터를 얻을 수 있다.By forming a transistor with this structure, since the oxide film (206b) and the oxide film (207) can be formed between the oxide semiconductor film (206a) and the gate insulating film (212), the trap level caused by the impurity or defect formed near the interface between the oxide film (207) and the gate insulating film (212) can be moved further away from the oxide semiconductor film (206a). That is, even when the energy difference between EcS1 and EcS2 is small, the electrons of the oxide semiconductor film (206a) can be suppressed from reaching the trap level beyond this energy difference. Therefore, a transistor having stable electrical characteristics and further reduced fluctuation in the threshold voltage of the transistor can be obtained.

또한, 실시형태 1에서 설명한 보텀 게이트 구조의 트랜지스터의 다층막(106)을, 산화물 반도체막(206a), 산화물막(206b) 및 산화물막(206c)을 가지는 다층막(206)으로 대체한 트랜지스터도 본 발명의 일 형태에 포함된다.In addition, a transistor in which the multilayer film (106) of the bottom gate structure transistor described in Embodiment 1 is replaced with a multilayer film (206) having an oxide semiconductor film (206a), an oxide film (206b), and an oxide film (206c) is also included in one embodiment of the present invention.

이상에 의해, 도 8, 도 13 및 도 14에 도시한 트랜지스터는 다층막(106), 다층막(206)의 산화물 반도체막(106a), 산화물 반도체막(206a)(특히 채널 영역)에서, 불순물 및 캐리어 밀도가 저감되어 있기 때문에 안정된 전기 특성을 가진다.By the above, the transistors illustrated in FIG. 8, FIG. 13, and FIG. 14 have stable electrical characteristics because the impurity and carrier density are reduced in the oxide semiconductor film (106) and the oxide semiconductor film (206a) (particularly in the channel region) of the multilayer film (106), the multilayer film (206).

(실시형태 3)(Embodiment 3)

본 실시형태에서는, 상기 실시형태에서 기재한 트랜지스터를 이용한 반도체 장치에 대해 설명한다.In this embodiment, a semiconductor device using the transistor described in the above embodiment is described.

3-1. 표시 장치3-1. Display device

여기에서는, 상기 실시형태에서 기재한 트랜지스터를 이용한 반도체 장치의 하나인 표시 장치에 대해 설명한다.Here, a display device, which is one of the semiconductor devices using the transistor described in the above embodiment, is described.

표시 장치에 형성되는 표시 소자로서는 액정 소자(액정 표시 소자라고도 함.), 발광 소자(발광 표시 소자라고도 함.) 등을 이용할 수 있다. 발광 소자는 전류 또는 전압에 의해 휘도가 제어되는 소자를 그 범주에 포함하고 있고, 구체적으로는 무기 EL(Electro Luminescence), 유기 EL 등을 포함한다. 또한, 전자 잉크 등, 전기적 작용에 의해 콘트라스트(contrast)가 변화하는 표시 매체도 표시 소자로서 적용할 수 있다. 이하에서는, 표시 장치의 일례로서 EL 소자를 이용한 표시 장치 및 액정 소자를 이용한 표시 장치에 대해 설명한다.As display elements formed in the display device, liquid crystal elements (also called liquid crystal display elements), light-emitting elements (also called light-emitting display elements), etc. can be used. Light-emitting elements include elements whose brightness is controlled by current or voltage in their category, and specifically include inorganic EL (Electro Luminescence), organic EL, etc. In addition, display media whose contrast changes by electrical action, such as electronic ink, can also be applied as display elements. Hereinafter, as examples of display devices, a display device using an EL element and a display device using a liquid crystal element will be described.

또한, 이하에 나타내는 표시 장치는 표시 소자가 밀봉된 상태에 있는 패널과 이 패널에 컨트롤러를 포함하는 IC 등을 실장한 상태에 있는 모듈을 포함한다.In addition, the display device shown below includes a panel in which the display element is sealed and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel.

또한, 이하에 나타내는 표시 장치는 화상 표시 디바이스, 또는 광원(조명 장치 포함함)을 가리킨다. 또, 커넥터(connector), 예를 들면 FPC, TCP가 장착된 모듈, TCP의 끝에 프린트 배선판이 형성된 모듈 또는 표시 소자에 COG 방식에 의해 IC(집적 회로)가 직접 실장된 모듈도 모두 표시 장치에 포함하는 것으로 한다.In addition, the display device shown below refers to an image display device or a light source (including a lighting device). In addition, a module equipped with a connector, such as an FPC or TCP, a module in which a printed wiring board is formed at the end of the TCP, or a module in which an IC (integrated circuit) is directly mounted on a display element by the COG method are all included in the display device.

또한, 이하에 나타내는 표시 장치는 접촉 또는 비접촉에 의한 센싱에 의해 행해지는 입력 수단을 형성할 수 있다(도시하지 않음). 예를 들면, 접촉에 의한 센싱에 의해 행해지는 입력 수단으로서는, 저항막 방식, 정전 용량 방식, 적외선 방식, 전자 유도 방식, 표면 탄성파 방식 등, 여러 가지의 방식의 터치 센서를 이용할 수 있다. 또한, 비접촉에 의한 센싱에 의해 행해지는 입력 수단으로서는 적외선 카메라 등을 이용함으로써 실시할 수 있다.In addition, the display device shown below can form an input means that is performed by contact or non-contact sensing (not shown). For example, as an input means that is performed by contact sensing, various types of touch sensors such as a resistive film method, an electrostatic capacitance method, an infrared method, an electromagnetic induction method, a surface acoustic wave method, etc. can be used. In addition, as an input means that is performed by non-contact sensing, it can be implemented by using an infrared camera or the like.

이 입력 수단은 이하에 나타내는 표시 장치 위에 별도 형성된, 이른바 온-셀(on-cell) 방식으로서 형성해도 좋고, 이하에 나타내는 표시 장치와 일체로서 형성된, 이른바 인-셀(in-cell) 방식으로서 형성해도 좋다.This input means may be formed separately on the display device shown below, in the so-called on-cell manner, or may be formed integrally with the display device shown below, in the so-called in-cell manner.

3-1-1. EL 표시 장치3-1-1. EL display device

여기에서는, EL 소자를 이용한 표시 장치(EL 표시 장치라고도 함.)에 대해 설명한다.Here, we describe a display device using an EL element (also called an EL display device).

도 15는 EL 표시 장치의 화소의 회로도의 일례이다.Fig. 15 is an example of a circuit diagram of a pixel of an EL display device.

도 15에 도시하는 EL 표시 장치는 스위치 소자(743)와 트랜지스터(741)와 캐패시터(742)와 발광 소자(719)를 가진다.The EL display device illustrated in Fig. 15 has a switching element (743), a transistor (741), a capacitor (742), and a light-emitting element (719).

트랜지스터(741)의 게이트는 스위치 소자(743)의 일단 및 캐패시터(742)의 일단과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(741)의 소스는 발광 소자(719)의 일단과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(741)의 드레인은 캐패시터(742)의 다른 단과 전기적으로 접속되고, 전원 전위(VDD)가 주어진다. 스위치 소자(743)의 다른 단은 신호선(744)과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(719)의 다른 단은 정전위가 주어진다. 또한, 정전위는 접지 전위(GND) 또는 그것보다 작은 전위로 한다.The gate of the transistor (741) is electrically connected to one end of the switch element (743) and one end of the capacitor (742). The source of the transistor (741) is electrically connected to one end of the light-emitting element (719). The drain of the transistor (741) is electrically connected to the other end of the capacitor (742), and a power supply potential (VDD) is provided. The other end of the switch element (743) is electrically connected to the signal line (744). The other end of the light-emitting element (719) is provided with a positive potential. In addition, the positive potential is set to a ground potential (GND) or a potential lower than that.

또한, 트랜지스터(741)는 상기 실시형태에 기재한 트랜지스터를 이용한다. 이 트랜지스터는 안정된 전기 특성을 가진다. 그 때문에, 표시 품위가 높은 EL 표시 장치로 할 수 있다.In addition, the transistor (741) uses the transistor described in the above embodiment. This transistor has stable electrical characteristics. Therefore, it can be made into an EL display device with high display quality.

스위치 소자(743)로서는, 트랜지스터를 이용하면 바람직하다. 트랜지스터를 이용함으로써, 화소의 면적을 작게 할 수 있고, 해상도가 높은 EL 표시 장치로 할 수 있다. 또한, 스위치 소자(743)로서 상기 실시형태에 기재한 트랜지스터를 이용해도 좋다. 스위치 소자(743)로서 이 트랜지스터를 이용함으로써, 트랜지스터(741)와 동일 공정에 의해 스위치 소자(743)를 제작할 수 있고, EL 표시 장치의 생산성을 높일 수 있다.As the switching element (743), it is preferable to use a transistor. By using a transistor, the pixel area can be made small, and an EL display device with high resolution can be made. In addition, the transistor described in the above embodiment may be used as the switching element (743). By using this transistor as the switching element (743), the switching element (743) can be manufactured by the same process as the transistor (741), and the productivity of the EL display device can be increased.

도 16(A)은 EL 표시 장치의 상면도이다. EL 표시 장치는 기판(100)과 기판(700)과, 실링재(734)와, 구동 회로(735)와, 구동 회로(736)와, 화소(737)와, FPC(732)를 가진다. 실링재(734)는 화소(737), 구동 회로(735) 및 구동 회로(736)를 둘러싸도록 기판(100)과 기판(700)과의 사이에 형성된다. 또한, 구동 회로(735) 및 구동 회로(736)의 한쪽 또는 양쪽을 실링재(734)의 외측에 형성해도 좋다.Fig. 16(A) is a top view of an EL display device. The EL display device has a substrate (100), a substrate (700), a sealant (734), a driving circuit (735), a driving circuit (736), a pixel (737), and an FPC (732). The sealant (734) is formed between the substrate (100) and the substrate (700) so as to surround the pixel (737), the driving circuit (735), and the driving circuit (736). In addition, one or both of the driving circuit (735) and the driving circuit (736) may be formed on the outside of the sealant (734).

도 16(B)은 도 16(A)의 일점 쇄선 M-N에 대응하는 EL 표시 장치의 단면도이다. FPC(732)는 단자(731)를 통하여 배선(733a)과 접속된다. 또한, 배선(733a)은 게이트 전극(104)과 동일층이다.Fig. 16(B) is a cross-sectional view of an EL display device corresponding to the dashed-dotted line M-N of Fig. 16(A). The FPC (732) is connected to a wiring (733a) via a terminal (731). In addition, the wiring (733a) is on the same layer as the gate electrode (104).

또한, 도 16(B)은 트랜지스터(741)와 캐패시터(742)가 동일 평면에 형성된 예를 도시한다. 이러한 구조로 함으로써, 캐패시터(742)를 트랜지스터(741)의 게이트 전극, 게이트 절연막 및 소스 전극(드레인 전극)과 동일 평면에 형성할 수 있다. 이와 같이, 트랜지스터(741)와 캐패시터(742)를 동일 평면에 형성함으로써, EL 표시 장치의 제작 공정을 단축화하고, 생산성을 높일 수 있다.In addition, Fig. 16(B) shows an example in which the transistor (741) and the capacitor (742) are formed on the same plane. By forming the structure in this way, the capacitor (742) can be formed on the same plane as the gate electrode, the gate insulating film, and the source electrode (drain electrode) of the transistor (741). In this way, by forming the transistor (741) and the capacitor (742) on the same plane, the manufacturing process of the EL display device can be shortened and the productivity can be increased.

도 16(B)에서는, 트랜지스터(741)로서 도 1에 도시한 트랜지스터를 적용한 예를 도시한다. 그 때문에, 트랜지스터(741)의 각 구성 중, 이하에서 특별히 설명하지 않는 것에 대해서는, 도 1에 대한 기재를 참조한다.In Fig. 16(B), an example is shown in which the transistor illustrated in Fig. 1 is applied as a transistor (741). Therefore, for each configuration of the transistor (741) that is not specifically described below, refer to the description of Fig. 1.

트랜지스터(741) 및 캐패시터(742) 위에는 절연막(720)이 형성된다.An insulating film (720) is formed over the transistor (741) and capacitor (742).

여기서, 절연막(720) 및 보호 절연막(118)에는 트랜지스터(741)의 소스 전극(116a)에 이르는 개구부가 형성된다.Here, an opening is formed in the insulating film (720) and the protective insulating film (118) that leads to the source electrode (116a) of the transistor (741).

절연막(720) 위에는 전극(781)이 형성된다. 전극(781)은 절연막(720) 및 보호 절연막(118)에 형성된 개구부를 통하여 트랜지스터(741)의 소스 전극(116a)과 접한다.An electrode (781) is formed on the insulating film (720). The electrode (781) comes into contact with the source electrode (116a) of the transistor (741) through an opening formed in the insulating film (720) and the protective insulating film (118).

전극(781) 위에는 전극(781)에 이르는 개구부를 가지는 격벽(784)이 형성된다.A partition (784) having an opening leading to the electrode (781) is formed above the electrode (781).

격벽(784) 위에는 격벽(784)에 형성된 개구부를 통해 전극(781)과 접하는 발광층(782)이 형성된다.On the partition wall (784), a light-emitting layer (782) is formed that comes into contact with the electrode (781) through an opening formed in the partition wall (784).

발광층(782) 위에는 전극(783)이 형성된다.An electrode (783) is formed on the light-emitting layer (782).

전극(781), 발광층(782) 및 전극(783)이 중첩하는 영역이 발광 소자(719)가 된다.The area where the electrode (781), the light-emitting layer (782), and the electrode (783) overlap becomes the light-emitting element (719).

또한, 절연막(720)은 보호 절연막(118)의 기재를 참조한다. 또는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 수지막을 이용해도 상관없다.In addition, the insulating film (720) refers to the description of the protective insulating film (118). Alternatively, a resin film such as polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, or silicone resin may be used.

발광층(782)은 한층으로 한정되지 않고, 복수종의 발광층 등을 적층하여 형성해도 좋다. 예를 들면, 도 16(C)에 도시하는 것과 같은 구조로 하면 좋다. 도 16(C)은 중간층(785a), 발광층(786a), 중간층(785b), 발광층(786b), 중간층(785c), 발광층(786c) 및 중간층(785d)의 차례로 적층한 구조이다. 이 때, 발광층(786a), 발광층(786b) 및 발광층(786c)에 적절한 발광색의 발광층을 이용하면 연색성이 높거나, 또는 발광 효율이 높은 발광 소자(719)를 형성할 수 있다.The light-emitting layer (782) is not limited to a single layer, and may be formed by laminating multiple types of light-emitting layers. For example, a structure as illustrated in Fig. 16(C) may be used. Fig. 16(C) shows a structure in which an intermediate layer (785a), a light-emitting layer (786a), an intermediate layer (785b), a light-emitting layer (786b), an intermediate layer (785c), a light-emitting layer (786c), and an intermediate layer (785d) are sequentially laminated. At this time, if a light-emitting layer having an appropriate light-emitting color is used for the light-emitting layer (786a), the light-emitting layer (786b), and the light-emitting layer (786c), a light-emitting element (719) having high color rendering properties or high light-emitting efficiency can be formed.

발광층을 복수종 적층하여 형성함으로써, 백색광을 얻어도 좋다. 도 16(B)에는 도시하지 않지만, 착색층을 통하여 백색광을 취출하는 구조로 해도 좋다.By forming a plurality of light-emitting layers by laminating them, white light can be obtained. Although not shown in Fig. 16(B), a structure that extracts white light through a coloring layer may also be used.

여기에서는 발광층을 3층 및 중간층을 4층 형성한 구조를 나타내고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 적절히 발광층의 수 및 중간층의 수를 변경할 수 있다. 예를 들면, 중간층(785a), 발광층(786a), 중간층(785b), 발광층(786b) 및 중간층(785c)만으로 구성할 수도 있다. 또한, 중간층(785a), 발광층(786a), 중간층(785b), 발광층(786b), 발광층(786c) 및 중간층(785d)으로 구성하고, 중간층(785c)을 생략한 구조로 해도 좋다.Here, a structure is shown in which the light-emitting layer is formed in three layers and the intermediate layer is formed in four layers, but this is not limited thereto, and the number of light-emitting layers and the number of intermediate layers can be appropriately changed. For example, it can be configured with only the intermediate layer (785a), the light-emitting layer (786a), the intermediate layer (785b), the light-emitting layer (786b), and the intermediate layer (785c). In addition, it is also possible to have a structure in which the intermediate layer (785a), the light-emitting layer (786a), the intermediate layer (785b), the light-emitting layer (786b), the light-emitting layer (786c), and the intermediate layer (785d) are configured, and the intermediate layer (785c) is omitted.

또한, 중간층은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층 및 전자 주입층 등을 적층 구조로 이용할 수 있다. 또한, 중간층은 이러한 층을 모두 갖추지 않아도 좋다. 이러한 층은 적절히 선택하여 형성하면 좋다. 또한, 같은 기능을 가지는 층을 중복하여 형성해도 좋다. 또한, 중간층으로서 캐리어 발생층 외, 전자 릴레이층 등을 적절히 더해도 좋다.In addition, the intermediate layer may utilize a layered structure of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. In addition, the intermediate layer does not have to have all of these layers. These layers may be formed by appropriately selecting them. In addition, layers having the same function may be formed in duplicate. In addition to the carrier generation layer, an electron relay layer, etc. may be appropriately added as the intermediate layer.

전극(781)은 가시광 투과성을 가지는 도전막을 이용하면 좋다. 가시광 투과성을 가진다는 것은 가시광 영역(예를 들면 400㎚∼800㎚의 파장 범위)에서의 평균 투과율이 70% 이상, 특히 80% 이상인 것을 말한다.It is preferable for the electrode (781) to use a conductive film having visible light transparency. Having visible light transparency means that the average transmittance in the visible light range (e.g., wavelength range of 400 nm to 800 nm) is 70% or more, particularly 80% or more.

전극(781)으로서는, 예를 들면, In-Zn-W 산화물막, In-Sn 산화물막, In-Zn 산화물막, 산화 인듐막, 산화 아연막 및 산화 주석막 등의 산화물막을 이용하면 좋다. 또한, 위에서 서술한 산화물막은 Al, Ga, Sb, F 등이 미량 첨가되어도 좋다. 또한, 광을 투과하는 정도의 금속 박막(바람직하게는, 5㎚∼30㎚ 정도)을 이용할 수도 있다. 예를 들면 5㎚의 막 두께를 가지는 Ag막, Mg막 또는 Ag-Mg 합금막을 이용해도 좋다.As the electrode (781), for example, an oxide film such as an In-Zn-W oxide film, an In-Sn oxide film, an In-Zn oxide film, an indium oxide film, a zinc oxide film, and a tin oxide film may be used. In addition, the oxide film described above may have trace amounts of Al, Ga, Sb, F, etc. added to it. In addition, a metal thin film (preferably about 5 nm to 30 nm) that transmits light may be used. For example, an Ag film, a Mg film, or an Ag-Mg alloy film having a film thickness of 5 nm may be used.

또는, 전극(781)은 가시광을 효율적으로 반사하는 막이 바람직하다. 전극(781)은 예를 들면, 리튬, 알루미늄, 티탄, 마그네슘, 란탄, 은, 실리콘 또는 니켈을 포함한 막을 이용하면 좋다.Alternatively, the electrode (781) is preferably a film that efficiently reflects visible light. The electrode (781) may be a film including, for example, lithium, aluminum, titanium, magnesium, lanthanum, silver, silicon, or nickel.

전극(783)은 전극(781)으로서 나타낸 막으로부터 선택하여 이용할 수 있다. 단, 전극(781)이 가시광 투과성을 가지는 경우는, 전극(783)이 가시광을 효율적으로 반사하면 바람직하다. 또한, 전극(781)이 가시광을 효율적으로 반사하는 경우는, 전극(783)이 가시광 투과성을 가지면 바람직하다.Electrode (783) can be selected and used from the film shown as electrode (781). However, in the case where electrode (781) has visible light transparency, it is preferable that electrode (783) efficiently reflects visible light. In addition, in the case where electrode (781) efficiently reflects visible light, it is preferable that electrode (783) has visible light transparency.

또한, 전극(781) 및 전극(783)을 도 16(B)에 도시하는 구조로 형성하고 있지만, 전극(781)과 전극(783)을 서로 바꿔도 좋다. 애노드(anode)로서 기능하는 전극에는, 일 함수가 큰 도전막을 이용하는 것이 바람직하고, 캐소드(cathode)로서 기능하는 전극에는 일 함수가 작은 도전막을 이용하는 것이 바람직하다. 단, 애노드와 접해 캐리어 발생층을 형성하는 경우에는, 일 함수를 고려하지 않고 여러가지 도전막을 양극으로 이용할 수 있다.In addition, although the electrode (781) and the electrode (783) are formed in the structure illustrated in Fig. 16(B), the electrode (781) and the electrode (783) may be interchanged. For the electrode functioning as the anode, it is preferable to use a conductive film having a large work function, and for the electrode functioning as the cathode, it is preferable to use a conductive film having a small work function. However, when forming a carrier generation layer by contacting the anode, various conductive films can be used as the anode without considering the work function.

격벽(784)은 보호 절연막(118)의 기재를 참조한다. 또는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 수지막을 이용해도 상관없다.The bulkhead (784) refers to the description of the protective insulating film (118). Alternatively, a resin film such as polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, or silicone resin may be used.

또한, 표시 장치에서, 블랙 매트릭스(차광막), 편광 부재, 위상차 부재, 반사 방지 부재 등의 광학 부재(광학 기판) 등은 적절히 형성된다. 예를 들면, 편광 기판 및 위상차 기판에 의한 원편광을 이용해도 좋다.In addition, in the display device, optical members (optical substrates) such as a black matrix (shielding film), a polarizing member, a phase difference member, an anti-reflection member, etc. are appropriately formed. For example, circular polarization by a polarizing substrate and a phase difference substrate may be utilized.

발광 소자(719)와 접속하는 트랜지스터(741)는 안정된 전기 특성을 가진다. 그 때문에, 표시 품위가 높은 EL 표시 장치를 제공할 수 있다.The transistor (741) connected to the light-emitting element (719) has stable electrical characteristics. Therefore, an EL display device with high display quality can be provided.

도 17(A) 및 도 17(B)은 도 16(B)과 일부가 다른 EL 표시 장치의 단면도의 일례이다. 구체적으로는, FPC(732)와 접속하는 배선이 다르다. 도 17(A)에서는, 단자(731)를 통하여 FPC(732)와 배선(733b)이 접속하고 있다. 배선(733b)은 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과 동일층이다. 도 17(B)에서는, 단자(731)를 통하여 FPC(732)와 배선(733c)이 접속하고 있다. 배선(733 c)은 전극(781)과 동일층이다.Fig. 17(A) and Fig. 17(B) are examples of cross-sectional views of an EL display device that are partially different from Fig. 16(B). Specifically, the wiring connected to the FPC (732) is different. In Fig. 17(A), the FPC (732) and the wiring (733b) are connected via the terminal (731). The wiring (733b) is on the same layer as the source electrode (116a) and the drain electrode (116b). In Fig. 17(B), the FPC (732) and the wiring (733c) are connected via the terminal (731). The wiring (733c) is on the same layer as the electrode (781).

3-1-2. 액정 표시 장치3-1-2. Liquid crystal display device

다음에, 액정 소자를 이용한 표시 장치(액정표시 장치라고도 함.)에 대해 설명한다.Next, we will explain a display device using a liquid crystal element (also called a liquid crystal display device).

도 18은 액정 표시 장치의 화소의 구성예를 도시하는 회로도이다. 도 18에 도시하는 화소(750)는 트랜지스터(751)와, 캐패시터(752)와, 한쌍의 전극간에 액정이 충전된 소자(이하 액정 소자라고도 함)(753)를 가진다.Fig. 18 is a circuit diagram showing an example of a pixel configuration of a liquid crystal display device. The pixel (750) shown in Fig. 18 has a transistor (751), a capacitor (752), and an element (hereinafter also referred to as a liquid crystal element) (753) in which liquid crystal is charged between a pair of electrodes.

트랜지스터(751)에서는, 소스 및 드레인의 한쪽이 신호선(755)에 전기적으로 접속되고, 게이트가 주사선(754)에 전기적으로 접속되어 있다.In the transistor (751), one side of the source and drain is electrically connected to the signal line (755), and the gate is electrically connected to the scan line (754).

캐패시터(752)에서는, 한쪽의 전극이 트랜지스터(751)의 소스 및 드레인의 다른 한쪽에 전기적으로 접속되고, 다른 한쪽의 전극이 공통 전위를 공급하는 배선에 전기적으로 접속되어 있다.In the capacitor (752), one electrode is electrically connected to the other of the source and drain of the transistor (751), and the other electrode is electrically connected to a wiring that supplies a common potential.

액정 소자(753)에서는, 한쪽의 전극이 트랜지스터(751)의 소스 및 드레인의 다른 한쪽에 전기적으로 접속되고, 다른 한쪽의 전극이 공통 전위를 공급하는 배선에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 위에서 서술한 캐패시터(752)의 다른 한쪽의 전극이 전기적으로 접속하는 배선에 주어지는 공통 전위와, 액정 소자(753)의 다른 한쪽의 전극에 주어지는 공통 전위가 다른 전위여도 좋다.In the liquid crystal element (753), one electrode is electrically connected to the other side of the source and drain of the transistor (751), and the other electrode is electrically connected to a wiring that supplies a common potential. In addition, the common potential given to the wiring to which the other electrode of the capacitor (752) described above is electrically connected and the common potential given to the other electrode of the liquid crystal element (753) may be different potentials.

또한, 액정 표시 장치도, 상면도는 EL 표시 장치와 대략 같다. 도 16(A)의 일점 쇄선 M-N에 대응하는 액정 표시 장치의 단면도를 도 19(A)에 도시한다. 도 19(A)에서, FPC(732)는 단자(731)를 통하여 배선(733a)과 접속된다. 또한, 배선(733a)은 게이트 전극(104)과 동일층이다.Also, the liquid crystal display device has a top view that is roughly the same as the EL display device. A cross-sectional view of the liquid crystal display device corresponding to the dashed-dotted line M-N in Fig. 16(A) is shown in Fig. 19(A). In Fig. 19(A), the FPC (732) is connected to the wiring (733a) via the terminal (731). Also, the wiring (733a) is on the same layer as the gate electrode (104).

도 19(A)에는, 트랜지스터(751)와 캐패시터(752)가 동일 평면에 형성된 예를 도시한다. 이러한 구조로 함으로써, 캐패시터(752)를 트랜지스터(751)의 게이트 전극, 게이트 절연막 및 소스 전극(드레인 전극)과 동일 평면에 제작할 수 있다. 이와 같이, 트랜지스터(751)와 캐패시터(752)를 동일 평면에 형성함으로써, 액정 표시 장치의 제작 공정을 단축화하고, 생산성을 높일 수 있다.Fig. 19(A) shows an example in which a transistor (751) and a capacitor (752) are formed on the same plane. By forming the structure in this way, the capacitor (752) can be manufactured on the same plane as the gate electrode, gate insulating film, and source electrode (drain electrode) of the transistor (751). In this way, by forming the transistor (751) and the capacitor (752) on the same plane, the manufacturing process of the liquid crystal display device can be shortened and productivity can be increased.

트랜지스터(751)로서는, 위에서 서술한 트랜지스터를 적용할 수 있다. 도 19(A)에서는, 도 1에 도시한 트랜지스터를 적용한 예를 도시한다. 그 때문에, 트랜지스터(751)의 각 구성 중, 이하에서 특히 설명하지 않는 것에 대해서는, 도 1에 대한 기재를 참조한다.As the transistor (751), the transistor described above can be applied. Fig. 19(A) shows an example in which the transistor illustrated in Fig. 1 is applied. Therefore, for each configuration of the transistor (751) that is not specifically described below, refer to the description of Fig. 1.

또한, 트랜지스터(751)는 오프 전류가 매우 작은 트랜지스터로 할 수 있다. 따라서, 캐패시터(752)에 보유된 전하가 리크하기 어렵고, 장기간에 걸쳐 액정 소자(753)에 인가되는 전압을 유지할 수 있다. 그 때문에, 움직임이 적은 동영상이나 정지 화면을 표시할 때에, 트랜지스터(751)를 오프 상태로 함으로써, 트랜지스터(751)의 동작을 위한 전력이 불필요해지고, 소비 전력이 작은 액정 표시 장치로 할 수 있다.In addition, the transistor (751) can be a transistor having a very small off-state current. Therefore, the charge held in the capacitor (752) is unlikely to leak, and the voltage applied to the liquid crystal element (753) can be maintained for a long period of time. Therefore, when displaying a moving picture or still image with little movement, by turning the transistor (751) off, power for the operation of the transistor (751) becomes unnecessary, and a liquid crystal display device with low power consumption can be achieved.

액정 표시 장치에 형성되는 캐패시터(752)의 크기는 화소부에 배치되는 트랜지스터(751)의 리크 전류 등을 고려하여, 소정의 기간 동안 전하를 보유할 수 있도록 설정된다. 트랜지스터(751)를 이용함으로써, 각 화소에서의 액정 용량에 대해 1/3 이하, 바람직하게는 1/5 이하의 용량의 크기를 가지는 캐패시터를 형성하면 충분하기 때문에, 화소에서의 개구율을 높일 수 있다.The size of the capacitor (752) formed in the liquid crystal display device is set so that it can hold a charge for a predetermined period of time, taking into consideration the leakage current of the transistor (751) arranged in the pixel portion, etc. By using the transistor (751), it is sufficient to form a capacitor having a size of 1/3 or less, preferably 1/5 or less, of the liquid crystal capacity in each pixel, so that the aperture ratio in the pixel can be increased.

트랜지스터(751) 및 캐패시터(752) 위에는 절연막(721)이 형성된다.An insulating film (721) is formed over the transistor (751) and capacitor (752).

여기서, 절연막(721) 및 보호 절연막(118)에는 트랜지스터(751)의 드레인 전극(116b)에 이르는 개구부가 형성된다.Here, an opening is formed in the insulating film (721) and the protective insulating film (118) that reaches the drain electrode (116b) of the transistor (751).

절연막(721) 위에는 전극(791)이 형성된다. 전극(791)은 절연막(721) 및 보호 절연막(118)에 형성된 개구부를 통하여 트랜지스터(751)의 드레인 전극(116b)과 접한다.An electrode (791) is formed on the insulating film (721). The electrode (791) comes into contact with the drain electrode (116b) of the transistor (751) through an opening formed in the insulating film (721) and the protective insulating film (118).

전극(791) 위에는 배향막으로서 기능하는 절연막(792)이 형성된다.An insulating film (792) that functions as an alignment film is formed on the electrode (791).

절연막(792) 위에는 액정층(793)이 형성된다.A liquid crystal layer (793) is formed on the insulating film (792).

액정층(793) 위에는 배향막으로서 기능하는 절연막(794)이 형성된다.An insulating film (794) that functions as an alignment film is formed on the liquid crystal layer (793).

절연막(794) 위에는 스페이서(795)가 형성된다.A spacer (795) is formed on the insulating film (794).

스페이서(795) 및 절연막(794) 위에는 전극(796)이 형성된다.An electrode (796) is formed on the spacer (795) and the insulating film (794).

전극(796) 위에는 기판(797)이 형성된다.A substrate (797) is formed on the electrode (796).

또한, 절연막(721)은 보호 절연막(118)의 기재를 참조한다. 또는, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 등의 수지막을 이용해도 상관없다.In addition, the insulating film (721) refers to the description of the protective insulating film (118). Alternatively, a resin film such as polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, or silicone resin may be used.

액정층(793)은 서모트로픽(thermotropic) 액정, 저분자 액정, 고분자 액정, 고분자 분산형 액정, 강유전성 액정, 반강유전성 액정 등을 이용하면 좋다. 이러한 액정은 조건에 따라, 콜레스테릭(cholesteric)상, 스메틱(smectic)상, 큐빅상, 키랄 네마틱(chiral nematic)상, 등방상 등을 나타낸다.The liquid crystal layer (793) may be formed using a thermotropic liquid crystal, a low-molecular liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer-dispersed liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, etc. Depending on the conditions, these liquid crystals exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc.

또한, 액정층(793)으로서 블루(blue)상을 나타내는 액정을 이용해도 좋다. 그 경우, 배향막으로서 기능하는 절연막(792) 및 절연막(794)을 형성하지 않는 구성으로 하면 좋다.In addition, a liquid crystal that exhibits a blue phase may be used as the liquid crystal layer (793). In that case, it is preferable to use a configuration in which the insulating film (792) and the insulating film (794) that function as the alignment film are not formed.

전극(791)은 가시광 투과성을 가지는 도전막을 이용하면 좋다.It is preferable to use a conductive film having visible light transparency as the electrode (791).

액정 표시 장치가 투과형인 경우, 전극(791)으로서는, 예를 들면, In-Zn-W 산화물막, In-Sn 산화물막, In-Zn 산화물막, 산화 인듐막, 산화 아연막 및 산화 주석막 등의 산화물막을 이용하면 좋다. 또한, 앞에서 서술한 산화물막은 Al, Ga, Sb, F 등이 미량 첨가되어도 좋다. 또한, 광을 투과하는 정도의 금속 박막(바람직하게는, 5㎚∼30㎚ 정도)을 이용할 수도 있다.When the liquid crystal display device is a transmissive type, as the electrode (791), an oxide film such as an In-Zn-W oxide film, an In-Sn oxide film, an In-Zn oxide film, an indium oxide film, a zinc oxide film, and a tin oxide film may be used, for example. In addition, the oxide film described above may have trace amounts of Al, Ga, Sb, F, etc. added to it. In addition, a metal thin film (preferably, about 5 nm to 30 nm) that transmits light may be used.

액정 표시 장치가 반사형인 경우, 전극(791)은 가시광을 효율적으로 반사하는 막이 바람직하다. 전극(791)은 예를 들면, 알루미늄, 티탄, 크롬, 구리, 몰리브덴, 은, 탄탈 또는 텅스텐을 포함하는 막을 이용하면 좋다.If the liquid crystal display device is a reflective type, the electrode (791) is preferably a film that efficiently reflects visible light. The electrode (791) may be a film containing, for example, aluminum, titanium, chromium, copper, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten.

액정 표시 장치가 투과형인 경우, 전극(796)은 전극(791)으로서 나타낸 가시광 투과성을 가지는 도전막으로부터 선택하여 이용할 수 있다. 한편, 액정 표시 장치가 반사형인 경우, 전극(791)이 가시광 투과성을 가지는 경우는, 전극(796)이 가시광을 효율적으로 반사하면 바람직하다. 또한, 전극(791)이 가시광을 효율 좋게 반사하는 경우는, 전극(796)이 가시광 투과성을 가지면 바람직하다.In the case where the liquid crystal display device is a transmissive type, the electrode (796) can be selected and used from a conductive film having visible light transparency, as indicated by the electrode (791). On the other hand, in the case where the liquid crystal display device is a reflective type, if the electrode (791) has visible light transparency, it is preferable that the electrode (796) efficiently reflects visible light. In addition, in the case where the electrode (791) efficiently reflects visible light, it is preferable that the electrode (796) has visible light transparency.

또한, 전극(791) 및 전극(796)을 도 19(A)에 도시하는 구조로 형성하고 있지만, 전극(791)과 전극(796)을 서로 바꿔도 좋다.In addition, although the electrode (791) and the electrode (796) are formed in the structure shown in Fig. 19(A), the electrode (791) and the electrode (796) may be interchanged.

절연막(792) 및 절연막(794)은 유기 화합물 또는 무기 화합물로부터 선택하여 이용하면 좋다.It is preferable to use an insulating film (792) and an insulating film (794) selected from organic compounds or inorganic compounds.

스페이서(795)는 유기 화합물 또는 무기 화합물로부터 선택하여 이용하면 좋다. 또한, 스페이서(795)의 형상은 기둥 모양, 구 모양 등 여러가지로 취할 수 있다.The spacer (795) may be selected and used from organic compounds or inorganic compounds. In addition, the shape of the spacer (795) may be taken in various forms, such as a columnar shape or a spherical shape.

전극(791), 절연막(792), 액정층(793), 절연막(794) 및 전극(796)이 중첩하는 영역이 액정 소자(753)가 된다.The area where the electrode (791), the insulating film (792), the liquid crystal layer (793), the insulating film (794), and the electrode (796) overlap becomes the liquid crystal element (753).

기판(797)은 유리, 수지 또는 금속 등을 이용하면 좋다. 기판(797)은 가요성을 가져도 좋다.The substrate (797) may be made of glass, resin, metal, or the like. The substrate (797) may be flexible.

도 19(B) 및 도 19(C)는 도 19(A)와 일부가 다른 액정 표시 장치의 단면도의 일례이다. 구체적으로는, FPC(732)와 접속하는 배선이 다르다. 도 19(B)에서는, 단자(731)를 통하여 FPC(732)와 배선(733b)이 접속하고 있다. 배선(733b)은 소스 전극(116a) 및 드레인 전극(116b)과 동일층이다. 도 19(C)에서는, 단자(731)를 통하여 FPC(732)와 배선(733c)이 접속하고 있다. 배선(733c)은 전극(791)과 동일층이다.Fig. 19(B) and Fig. 19(C) are examples of cross-sectional views of a liquid crystal display device that are partially different from Fig. 19(A). Specifically, the wiring connecting to the FPC (732) is different. In Fig. 19(B), the FPC (732) and the wiring (733b) are connected via the terminal (731). The wiring (733b) is on the same layer as the source electrode (116a) and the drain electrode (116b). In Fig. 19(C), the FPC (732) and the wiring (733c) are connected via the terminal (731). The wiring (733c) is on the same layer as the electrode (791).

액정 소자(753)와 접속하는 트랜지스터(751)는 안정된 전기 특성을 가진다. 그 때문에, 표시 품위가 높은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 트랜지스터(751)는 오프 전류를 매우 작게 할 수 있기 때문에, 소비 전력이 작은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.The transistor (751) connected to the liquid crystal element (753) has stable electrical characteristics. Therefore, a liquid crystal display device with high display quality can be provided. In addition, since the transistor (751) can make the off current very small, a liquid crystal display device with low power consumption can be provided.

액정 표시 장치에서, 동작 모드는 적절히 선택할 수 있다. 예를 들면, 기판에 대해서 직교로 전압을 인가하는 세로 전계 방식, 기판에 대해서 평행으로 전압을 인가하는 가로 전계 방식이 있다. 구체적으로는, TN 모드, VA 모드, MVA 모드, PVA 모드, ASM 모드, TBA 모드, OCB 모드, FLC 모드, AFLC 모드, 또는 FFS 모드 등을 들 수 있다.In the liquid crystal display, the operating mode can be appropriately selected. For example, there is a vertical field mode in which voltage is applied orthogonally to the substrate, and a horizontal field mode in which voltage is applied parallel to the substrate. Specifically, TN mode, VA mode, MVA mode, PVA mode, ASM mode, TBA mode, OCB mode, FLC mode, AFLC mode, or FFS mode can be mentioned.

액정 표시 장치에서, 블랙 매트릭스(차광층), 편광 부재, 위상차 부재, 반사 방지 부재 등의 광학 부재(광학 기판) 등은 적절히 형성된다. 예를 들면, 편광 기판 및 위상차 기판에 의한 원편광을 이용해도 좋다. 또한, 광원으로서 백 라이트, 사이드 라이트 등을 이용해도 좋다.In the liquid crystal display device, optical members (optical substrates) such as a black matrix (shielding layer), polarizing member, phase difference member, anti-reflection member, etc. are appropriately formed. For example, circular polarization by a polarizing substrate and a phase difference substrate may be used. In addition, a backlight, a side light, etc. may be used as a light source.

또한, 백 라이트로서 복수의 발광 다이오드(LED)를 이용하여, 시간 분할 표시 방식(field-sequential driving method, 필드 순차 구동 방식)을 행할 수도 있다. 필드 순차 구동 방식을 적용함으로써, 착색층을 이용하지 않고, 컬러 표시를 행할 수 있다.In addition, a time-division display method (field-sequential driving method) can be performed by using multiple light-emitting diodes (LEDs) as backlights. By applying the field-sequential driving method, color display can be performed without using a coloring layer.

위에서 서술한 것처럼, 화소부에서의 표시 방식은 프로그래시브 방식(progressive method)이나 인터레이스 방식(interlace method) 등을 이용한다. 또한, 컬러 표시할 때에 화소로 제어하는 색요소로서는, RGB(R은 빨강, G는 초록, B는 파랑을 나타냄)의 3색으로 한정되지 않는다. 예를 들면, RGBW(W는 흰색을 나타냄), 또는 RGB에, 노랑, 청록, 진홍 등을 1색 이상 추가한 것이 있다. 또한, 색요소의 도트마다 그 표시 영역의 크기가 상이하여도 좋다. 단, 본 발명은 컬러 표시의 액정 표시 장치로 한정되는 것은 아니고, 흑백 표시의 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.As described above, the display method in the pixel portion uses a progressive method or an interlace method, etc. In addition, the color elements controlled by the pixels when displaying colors are not limited to the three colors of RGB (R represents red, G represents green, and B represents blue). For example, there is RGBW (W represents white), or one or more colors such as yellow, cyan, and magenta added to RGB. In addition, the size of the display area for each dot of the color element may be different. However, the present invention is not limited to a liquid crystal display device for color display, and can be applied to a liquid crystal display device for black and white display.

3-2. 마이크로 컴퓨터3-2. Microcomputer

위에서 서술한 트랜지스터는 다양한 전자 기기에 탑재되는 마이크로 컴퓨터에 적용할 수 있다.The transistor described above can be applied to microcomputers mounted in various electronic devices.

이하에서는, 마이크로 컴퓨터를 탑재한 전자 기기의 예로서 화재 경보기의 구성 및 동작에 대해, 도 20, 도 21, 도 22 및 도 23(A)을 이용하여 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of a fire alarm as an example of an electronic device equipped with a microcomputer will be described using FIGS. 20, 21, 22, and 23(A).

또한, 본 명세서 안에서, 화재 경보기란, 화재의 발생을 급보하는 장치 전반을 나타내는 것이고, 예를 들면, 주택용 화재 경보기나, 자동 화재 알림 설비나, 이 자동 화재 알림 설비에 이용되는 화재 감지기 등도 화재 경보기에 포함되는 것으로 한다.In addition, in this specification, a fire alarm refers to a device that immediately reports the occurrence of a fire, and for example, a fire alarm for a home, an automatic fire notification device, or a fire detector used in the automatic fire notification device are also included in the fire alarm.

도 20에 도시하는 경보 장치는 마이크로 컴퓨터(500)를 적어도 가진다. 여기서, 마이크로 컴퓨터(500)는 경보 장치의 내부에 형성되어 있다. 마이크로 컴퓨터(500)는 고전위 전원선(VDD)과 전기적으로 접속된 파워 게이트 컨트롤러(503)와, 고전위 전원선(VDD) 및 파워 게이트 컨트롤러(503)와 전기적으로 접속된 파워 게이트(504)와, 파워 게이트(504)와 전기적으로 접속된 CPU(Central Processing Unit)(505)와, 파워 게이트(504) 및 CPU(505)와 전기적으로 접속된 검출부(509)가 형성된다. 또한, CPU(505)에는, 휘발성 기억부(506)와 불휘발성 기억부(507)가 포함된다.The alarm device illustrated in Fig. 20 has at least a microcomputer (500). Here, the microcomputer (500) is formed inside the alarm device. The microcomputer (500) is formed with a power gate controller (503) electrically connected to a high-potential power line (VDD), a power gate (504) electrically connected to the high-potential power line (VDD) and the power gate controller (503), a CPU (Central Processing Unit) (505) electrically connected to the power gate (504), and a detection unit (509) electrically connected to the power gate (504) and the CPU (505). In addition, the CPU (505) includes a volatile memory unit (506) and a nonvolatile memory unit (507).

또한, CPU(505)는 인터페이스(508)를 통하여 버스 라인(502)과 전기적으로 접속되어 있다. 인터페이스(508)도 CPU(505)와 마찬가지로 파워 게이트(504)와 전기적으로 접속되어 있다. 인터페이스(508)의 버스 규격으로서는, 예를 들면, I2C 버스 등을 이용할 수 있다. 또한, 경보 장치에는 인터페이스(508)를 통하여 파워 게이트(504)와 전기적으로 접속되는 발광 소자(530)가 형성된다.In addition, the CPU (505) is electrically connected to the bus line (502) via the interface (508). The interface (508) is also electrically connected to the power gate (504) like the CPU (505). As a bus standard of the interface (508), for example, an I 2 C bus can be used. In addition, a light-emitting element (530) electrically connected to the power gate (504) via the interface (508) is formed in the alarm device.

발광 소자(530)는 지향성이 강한 광을 방출하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 유기 EL 소자, 무기 EL 소자, LED 등을 이용할 수 있다.It is preferable that the light-emitting element (530) emits light with strong directionality, and for example, an organic EL element, an inorganic EL element, an LED, etc. can be used.

파워 게이트 컨트롤러(503)은 타이머를 가지고, 이 타이머에 따라 파워 게이트(504)를 제어한다. 파워 게이트(504)는, 파워 게이트 컨트롤러(503)의 제어에 따라, CPU(505), 검출부(509) 및 인터페이스(508)에 고전위 전원선(VDD)으로부터 공급되는 전원을 공급 또는 차단한다. 여기서, 파워 게이트(504)로서는, 예를 들면, 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 이용할 수 있다.The power gate controller (503) has a timer and controls the power gate (504) according to the timer. The power gate (504) supplies or cuts off power supplied from a high-potential power line (VDD) to the CPU (505), the detection unit (509), and the interface (508) according to the control of the power gate controller (503). Here, as the power gate (504), a switching element such as a transistor can be used, for example.

이와 같은 파워 게이트 컨트롤러(503) 및 파워 게이트(504)를 이용함으로써, 광량을 측정하는 기간에 검출부(509), CPU(505) 및 인터페이스(508)로의 전원 공급을 행하고, 측정 기간의 사이에는 검출부(509), CPU(505) 및 인터페이스(508)로의 전원 공급을 차단할 수 있다. 이와 같이 경보 장치를 동작시킴으로써, 상기의 각 구성에 상시 전원 공급을 행하는 경우보다 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.By using the power gate controller (503) and power gate (504) as described above, power can be supplied to the detection unit (509), CPU (505), and interface (508) during the period of measuring the amount of light, and power supply to the detection unit (509), CPU (505), and interface (508) can be cut off between the measurement periods. By operating the alarm device in this way, power consumption can be reduced compared to the case where power is constantly supplied to each of the above components.

또한, 파워 게이트(504)로서 트랜지스터를 이용하는 경우, 불휘발성 기억부(507)에 이용되는, 오프 전류가 매우 낮은 트랜지스터, 예를 들면 상기 실시형태에 기재한 트랜지스터를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 트랜지스터를 이용함으로써, 파워 게이트(504)로 전원을 차단할 때에 리크 전류를 저감하고, 소비 전력의 저감을 도모할 수 있다.In addition, when using a transistor as a power gate (504), it is preferable to use a transistor having a very low off-state current, such as the transistor described in the above embodiment, used in the nonvolatile memory (507). By using such a transistor, when power is cut off by the power gate (504), the leakage current can be reduced, and power consumption can be reduced.

경보 장치에 직류 전원(501)을 형성하고, 직류 전원(501)으로부터 고전위 전원선(VDD)에 전원을 공급해도 좋다. 직류 전원(501)의 고전위측의 전극은 고전위 전원선(VDD)과 전기적으로 접속되고, 직류 전원(501)의 저전위측의 전극은 저전위 전원선(VSS)과 전기적으로 접속된다. 저전위 전원선(VSS)은 마이크로 컴퓨터(500)에 전기적으로 접속된다. 여기서, 고전위 전원선(VDD)은 고전위(H)가 주어지고 있다. 또한, 저전위 전원선(VSS)은 예를 들면 접지 전위(GND)등의 저전위(L)가 주어지고 있다.A DC power supply (501) may be formed in the alarm device, and power may be supplied from the DC power supply (501) to a high-potential power line (VDD). An electrode on the high-potential side of the DC power supply (501) is electrically connected to the high-potential power line (VDD), and an electrode on the low-potential side of the DC power supply (501) is electrically connected to a low-potential power line (VSS). The low-potential power line (VSS) is electrically connected to a microcomputer (500). Here, the high-potential power line (VDD) is given a high potential (H). In addition, the low-potential power line (VSS) is given a low potential (L), such as a ground potential (GND).

직류 전원(501)으로서 전지를 이용하는 경우는, 예를 들면, 고전위 전원선(VDD)과 전기적으로 접속된 전극과, 저전위 전원선(VSS)에 전기적으로 접속된 전극과, 이 전지를 보유할 수 있는 하우징을 가지는 전지 케이스를 하우징에 형성하는 구성으로 하면 좋다. 또한, 경보 장치는 반드시 직류 전원(501)을 형성하지 않아도 좋고, 예를 들면, 이 경보 장치의 외부에 형성된 교류 전원으로부터 배선을 통하여 전원을 공급하는 구성으로 해도 좋다.In the case where a battery is used as a DC power source (501), for example, a battery case having an electrode electrically connected to a high-potential power line (VDD), an electrode electrically connected to a low-potential power line (VSS), and a housing capable of holding the battery may be formed in a housing. In addition, the alarm device does not necessarily have to form a DC power source (501), and for example, a configuration may be used in which power is supplied through wiring from an AC power source formed outside the alarm device.

또한, 상기 전지로서 2차 전지, 예를 들면, 리튬 이온 2차 전지(리튬 이온 축전지, 리튬 이온 배터리, 또는 리튬 이온 배터리라고도 부름.)를 이용할 수도 있다. 또한, 이 2차 전지를 충전할 수 있도록 태양 전지를 형성하는 것이 바람직하다.In addition, a secondary battery, for example, a lithium ion secondary battery (also called a lithium ion accumulator, a lithium ion battery, or a lithium ion battery) may be used as the battery. In addition, it is preferable to form a solar cell so as to be able to charge the secondary battery.

검출부(509)는 비정상적으로 관계되는 물리량을 계측하여 계측값을 CPU(505)에 송신한다. 비정상적으로 관계되는 물리량은 경보 장치의 용도에 따라 다르고, 화재 경보기로서 기능하는 경보 장치에서는, 화재와 관련되는 물리량을 계측한다. 따라서, 검출부(509)에는, 화재와 관계되는 물리량으로서 광량을 계측하여, 연기의 존재를 감지한다.The detection unit (509) measures an abnormally related physical quantity and transmits the measured value to the CPU (505). The abnormally related physical quantity varies depending on the purpose of the alarm device, and in an alarm device that functions as a fire alarm, a physical quantity related to fire is measured. Accordingly, the detection unit (509) measures the amount of light as a physical quantity related to fire and detects the presence of smoke.

검출부(509)는 파워 게이트(504)와 전기적으로 접속된 광센서(511)와, 파워 게이트(504)와 전기적으로 접속된 앰프(512)와, 파워 게이트(504) 및 CPU(505)와 전기적으로 접속된 AD 컨버터(513)를 가진다. 발광 소자(530), 광센서(511), 앰프(512) 및 AD 컨버터(513)는 파워 게이트(504)가 검출부(509)에 전원을 공급했을 때에 동작한다.The detection unit (509) has a light sensor (511) electrically connected to the power gate (504), an amplifier (512) electrically connected to the power gate (504), and an AD converter (513) electrically connected to the power gate (504) and the CPU (505). The light emitting element (530), the light sensor (511), the amplifier (512), and the AD converter (513) operate when the power gate (504) supplies power to the detection unit (509).

도 21에 경보 장치의 단면의 일부를 도시한다. p형의 반도체 기판(401)에 소자 분리 영역(403)을 가지고, 게이트 절연막(407) 및 게이트 전극(409), n형의 불순물 영역(411a), n형의 불순물 영역(411b)을 가지는 n형의 트랜지스터(519)가 형성되어 있다. n형의 트랜지스터(519)는 단결정 실리콘 등의 반도체를 이용하여 형성되어 있고, 고속 동작이 가능하다. 따라서, 고속의 액세스가 가능한 CPU의 휘발성 기억부를 형성할 수 있다. 또한, n형의 트랜지스터(519) 위에는, 절연막(415) 및 절연막(417)이 형성된다.A part of a cross-section of an alarm device is illustrated in Fig. 21. An n-type transistor (519) having an element isolation region (403) on a p-type semiconductor substrate (401), a gate insulating film (407), a gate electrode (409), an n-type impurity region (411a), and an n-type impurity region (411b) is formed. The n-type transistor (519) is formed using a semiconductor such as single crystal silicon, and is capable of high-speed operation. Therefore, a volatile memory section of a CPU capable of high-speed access can be formed. In addition, an insulating film (415) and an insulating film (417) are formed over the n-type transistor (519).

또한, 절연막(415) 및 절연막(417)의 일부를 선택적으로 에칭한 개구부에 콘택트 플러그(419a) 및 콘택트 플러그(419b)를 형성하고, 절연막(417) 및 콘택트 플러그(419a) 및 콘택트 플러그(419b) 위에 홈부를 가지는 절연막(421)을 형성하고 있다. 또한, 절연막(421)의 홈부에 배선(423a) 및 배선(423b)을 형성한다. 또한, 절연막(421), 배선(423a) 및 배선(423b) 위에 스퍼터링법, CVD법 등에 의해 절연막(420)을 형성하고, 이 절연막(420) 위에, 홈부를 가지는 절연막(422)을 형성한다. 절연막(422)의 홈부에 전극(424)을 형성한다. 전극(424)은 제 2 트랜지스터(517)의 백 게이트 전극으로서 기능하는 전극이다. 이와 같은 전극(424)을 형성함으로써, 제 2 트랜지스터(517)의 문턱 전압의 제어를 행할 수 있다.In addition, a contact plug (419a) and a contact plug (419b) are formed in an opening portion by selectively etching a portion of an insulating film (415) and an insulating film (417), and an insulating film (421) having a groove portion is formed on the insulating film (417) and the contact plug (419a) and the contact plug (419b). In addition, a wiring (423a) and a wiring (423b) are formed in the groove portion of the insulating film (421). In addition, an insulating film (420) is formed on the insulating film (421), the wiring (423a) and the wiring (423b) by a sputtering method, a CVD method, or the like, and an insulating film (422) having a groove portion is formed on the insulating film (420). An electrode (424) is formed in the groove portion of the insulating film (422). Electrode (424) is an electrode that functions as a back gate electrode of the second transistor (517). By forming such electrode (424), the threshold voltage of the second transistor (517) can be controlled.

또한, 절연막(422) 및 전극(424) 위에, 스퍼터링법, CVD법 등에 의해, 절연막(425)을 형성하고 있다.Additionally, an insulating film (425) is formed on the insulating film (422) and the electrode (424) by a sputtering method, a CVD method, or the like.

절연막(425) 위에는, 제 2 트랜지스터(517)와 광전 변환 소자(514)가 형성된다. 제 2 트랜지스터(517)는 산화물 반도체막(206a) 및 산화물막(206b)을 포함하는 다층막(206)과, 다층막(206) 위에 접하는 소스 전극(216a), 드레인 전극(216b)과, 게이트 절연막(212)과, 게이트 전극(204)과, 보호 절연막(218)을 포함한다. 또한, 광전 변환 소자(514)와 제 2 트랜지스터(517)를 덮는 절연막(445)이 형성되고, 절연막(445) 위에 드레인 전극(216b)에 접하여 배선(449)을 가진다. 배선(449)은 제 2 트랜지스터(517)의 드레인 전극과 n형의 트랜지스터(519)의 게이트 전극(409)을 전기적으로 접속하는 노드로서 기능한다.On the insulating film (425), a second transistor (517) and a photoelectric conversion element (514) are formed. The second transistor (517) includes a multilayer film (206) including an oxide semiconductor film (206a) and an oxide film (206b), a source electrode (216a), a drain electrode (216b) in contact with the multilayer film (206), a gate insulating film (212), a gate electrode (204), and a protective insulating film (218). In addition, an insulating film (445) covering the photoelectric conversion element (514) and the second transistor (517) is formed, and a wiring (449) is formed in contact with the drain electrode (216b) on the insulating film (445). Wiring (449) functions as a node that electrically connects the drain electrode of the second transistor (517) and the gate electrode (409) of the n-type transistor (519).

광센서(511)는 광전 변환 소자(514)와, 용량 소자와, 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터(517)와 제 3 트랜지스터와 n형의 트랜지스터(519)를 포함한다. 여기서 광전 변환 소자(514)로서는, 예를 들면, 포토 다이오드 등을 이용할 수 있다.The light sensor (511) includes a photoelectric conversion element (514), a capacitive element, a first transistor, a second transistor (517), a third transistor, and an n-type transistor (519). Here, as the photoelectric conversion element (514), a photodiode or the like can be used, for example.

광전 변환 소자(514)의 단자의 한쪽은 저전위 전원선(VSS)과 전기적으로 접속되고, 단자의 다른 한쪽은 제 2 트랜지스터(517)의 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽에 전기적으로 접속된다. 제 2 트랜지스터(517)의 게이트 전극은 전하 축적 제어 신호(Tx)가 주어지고, 소스 전극 및 드레인 전극의 다른 한쪽은 용량 소자의 한쌍의 전극의 한쪽과, 제 1 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽과, n형의 트랜지스터(519)의 게이트 전극과 전기적으로 접속된다(이하, 이 노드를 노드(FD)라고 부르는 경우가 있음). 용량 소자의 한쌍의 전극의 다른 한쪽은 저전위 전원선(VSS)과 전기적으로 접속된다. 제 1 트랜지스터의 게이트 전극은 리셋 신호(Res)가 주어지고, 소스 전극 및 드레인 전극의 다른 한쪽은 고전위 전원선(VDD)과 전기적으로 접속된다. n형의 트랜지스터(519)의 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽은 제 3 트랜지스터의 소스 전극 및 드레인 전극의 한쪽과, 앰프(512)와 전기적으로 접속된다. 또한, n형의 트랜지스터(519)의 소스 전극 및 드레인 전극의 다른 한쪽은 고전위 전원선(VDD)과 전기적으로 접속된다. 제 3 트랜지스터의 게이트 전극은 바이어스 신호(Bias)가 주어지고, 소스 전극 및 드레인 전극의 다른 한쪽은 저전위 전원선(VSS)과 전기적으로 접속된다.One end of a terminal of a photoelectric conversion element (514) is electrically connected to a low-potential power line (VSS), and the other end of the terminal is electrically connected to one end of a source electrode and a drain electrode of a second transistor (517). A charge accumulation control signal (Tx) is supplied to a gate electrode of the second transistor (517), and the other end of the source electrode and the drain electrode is electrically connected to one end of a pair of electrodes of a capacitor element, one end of the source electrode and the drain electrode of the first transistor, and the gate electrode of an n-type transistor (519) (hereinafter, this node may be referred to as a node (FD)). The other end of the pair of electrodes of the capacitor element is electrically connected to a low-potential power line (VSS). A reset signal (Res) is supplied to a gate electrode of the first transistor, and the other end of the source electrode and the drain electrode is electrically connected to a high-potential power line (VDD). One side of the source electrode and the drain electrode of the n-type transistor (519) is electrically connected to one side of the source electrode and the drain electrode of the third transistor and to the amplifier (512). In addition, the other side of the source electrode and the drain electrode of the n-type transistor (519) is electrically connected to a high-potential power line (VDD). A bias signal (Bias) is supplied to the gate electrode of the third transistor, and the other side of the source electrode and the drain electrode is electrically connected to a low-potential power line (VSS).

또한, 용량 소자는 반드시 형성하지 않아도 좋고, 예를 들면, n형의 트랜지스터(519) 등의 기생 용량이 충분히 큰 경우, 용량 소자를 형성하지 않는 구성으로 해도 좋다.In addition, it is not necessary to form a capacitive element, and for example, in the case where the parasitic capacitance of an n-type transistor (519) or the like is sufficiently large, a configuration in which a capacitive element is not formed may be used.

또한, 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터(517)에, 오프 전류가 매우 낮은 트랜지스터를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 오프 전류가 매우 낮은 트랜지스터로서는, 위에서 서술한 산화물 반도체막을 포함하는 다층막을 이용한 트랜지스터를 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써 노드(FD)의 전위를 장시간 보유할 수 있게 된다.In addition, it is preferable to use transistors having a very low off-state current for the first transistor and the second transistor (517). In addition, as a transistor having a very low off-state current, it is preferable to use a transistor using a multilayer film including the oxide semiconductor film described above. By using such a configuration, it is possible to maintain the potential of the node (FD) for a long period of time.

또한, 도 21에 도시하는 구성은 제 2 트랜지스터(517)와 전기적으로 접속하고, 절연막(425) 위에 광전 변환 소자(514)가 형성되어 있다.In addition, the configuration illustrated in Fig. 21 is electrically connected to a second transistor (517), and a photoelectric conversion element (514) is formed on an insulating film (425).

광전 변환 소자(514)는 절연막(425) 위에 형성된 반도체막(260)과 반도체막(260) 위에 접하여 형성된 제 2 트랜지스터(517)의 소스 전극(216a), 전극(216c)을 가진다. 소스 전극(216a)은 제 2 트랜지스터(517)의 소스 전극 또는 드레인 전극으로서 기능하는 전극이며, 광전 변환 소자(514)와 제 2 트랜지스터(517)를 전기적으로 접속하고 있다.The photoelectric conversion element (514) has a semiconductor film (260) formed on an insulating film (425) and a source electrode (216a) and an electrode (216c) of a second transistor (517) formed in contact with the semiconductor film (260). The source electrode (216a) is an electrode that functions as a source electrode or drain electrode of the second transistor (517) and electrically connects the photoelectric conversion element (514) and the second transistor (517).

반도체막(260), 제 2 트랜지스터(517)의 소스 전극(216a) 및 전극(216c) 위에는, 게이트 절연막(212), 보호 절연막(218) 및 절연막(445)이 형성되어 있다. 또한, 절연막(445) 위에 배선(456)이 형성되어 있고, 게이트 절연막(212), 보호 절연막(218) 및 절연막(445)에 형성된 개구를 통하여 전극(216c)과 접한다.A gate insulating film (212), a protective insulating film (218), and an insulating film (445) are formed on the semiconductor film (260), the source electrode (216a) and the electrode (216c) of the second transistor (517). In addition, a wiring (456) is formed on the insulating film (445), and is in contact with the electrode (216c) through an opening formed in the gate insulating film (212), the protective insulating film (218), and the insulating film (445).

전극(216c)은 제 2 트랜지스터(517)의 소스 전극(216a) 및 드레인 전극(216b)과 배선(456)은 배선(449)과 같은 공정에서 형성할 수 있다.The electrode (216c) can be formed in the same process as the source electrode (216a) and drain electrode (216b) of the second transistor (517) and the wiring (456) can be formed in the same process as the wiring (449).

반도체막(260)으로서는, 광전 변환을 행할 수 있는 반도체막을 형성하면 좋고, 예를 들면, 실리콘이나 게르마늄 등을 이용할 수 있다. 반도체막(260)에 실리콘을 이용한 경우는 가시광을 검지하는 광센서로서 기능한다. 또, 실리콘과 게르마늄에서는 흡수할 수 있는 전자파의 파장이 다르기 때문에, 반도체막(260)에 게르마늄을 이용하는 구성으로 하면, 적외선을 검지하는 센서로서 이용할 수 있다.As the semiconductor film (260), it is preferable to form a semiconductor film capable of performing photoelectric conversion, and for example, silicon or germanium can be used. If silicon is used for the semiconductor film (260), it functions as a light sensor that detects visible light. In addition, since the wavelengths of electromagnetic waves that can be absorbed by silicon and germanium are different, if germanium is used for the semiconductor film (260), it can be used as a sensor that detects infrared rays.

이상과 같이, 마이크로 컴퓨터(500)에, 광센서(511)를 포함하는 검출부(509)를 내장하여 형성할 수 있기 때문에, 부품 수를 삭감하고, 경보 장치의 하우징을 축소할 수 있다.As described above, since the detection unit (509) including the light sensor (511) can be built into the microcomputer (500), the number of parts can be reduced and the housing of the alarm device can be reduced.

위에서 서술한 IC 칩을 포함하는 화재 경보기에는, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 복수의 회로를 조합하고, 그것들을 1개의 IC 칩에 탑재한 CPU(505)가 이용된다.In a fire alarm including the IC chip described above, a CPU (505) is used that combines multiple circuits using the transistors described above and mounts them on a single IC chip.

3-3. CPU3-3. CPU

도 22는 위에서 서술한 트랜지스터를 적어도 일부에 이용한 CPU의 구체적인 구성을 나타내는 블럭도이다.Figure 22 is a block diagram showing a specific configuration of a CPU that uses at least some of the transistors described above.

도 22(A)에 도시하는 CPU는 기판(1190) 위에, ALU(1191)(ALU : Arithmetic logic unit, 논리 연산 회로), ALU 컨트롤러(1192), 인스트럭션(instruction) 디코더(1193), 인터럽트 컨트롤러(1194), 타이밍 컨트롤러(1195), 레지스터(1196), 레지스터 컨트롤러(1197), 버스 인터페이스(1198)(Bus I/F), 고쳐쓸 수 있는 ROM(1199), 및 ROM 인터페이스(1189)(ROM I/F)를 가지고 있다. 기판(1190)은 반도체 기판, SOI 기판, 유리 기판 등을 이용한다. ROM(1199) 및 ROM 인터페이스(1189)는 다른 칩에 형성해도 좋다. 물론, 도 22(A)에 도시하는 CPU는 그 구성을 간략화하여 도시한 일례에 지나지 않고, 실제의 CPU는 그 용도에 따라 다종 다양한 구성을 가지고 있다.The CPU illustrated in Fig. 22(A) has, on a substrate (1190), an ALU (1191) (ALU: Arithmetic logic unit, logic operation circuit), an ALU controller (1192), an instruction decoder (1193), an interrupt controller (1194), a timing controller (1195), a register (1196), a register controller (1197), a bus interface (1198) (Bus I/F), a rewritable ROM (1199), and a ROM interface (1189) (ROM I/F). The substrate (1190) uses a semiconductor substrate, an SOI substrate, a glass substrate, or the like. The ROM (1199) and the ROM interface (1189) may be formed on different chips. Of course, the CPU illustrated in Fig. 22(A) is merely an example that illustrates the configuration in a simplified manner, and an actual CPU has various configurations depending on its purpose.

버스 인터페이스(1198)를 통하여 CPU에 입력된 명령은, 인스트럭션 디코더(1193)에 입력되고, 디코드된 후, ALU 컨트롤러(1192), 인터럽트 컨트롤러(1194), 레지스터 컨트롤러(1197), 타이밍 컨트롤러(1195)에 입력된다.A command input to the CPU through the bus interface (1198) is input to the instruction decoder (1193), decoded, and then input to the ALU controller (1192), interrupt controller (1194), register controller (1197), and timing controller (1195).

ALU 컨트롤러(1192), 인터럽트 컨트롤러(1194), 레지스터 컨트롤러(1197), 타이밍 컨트롤러(1195)는 디코드된 명령에 기초하여, 각종 제어를 행한다. 구체적으로 ALU 컨트롤러(1192)는 ALU(1191)의 동작을 제어하기 위한 신호를 생성한다. 또한, 인터럽트 컨트롤러(1194)는 CPU의 프로그램 실행 중에, 외부의 입출력 장치나, 주변 회로로부터의 인터럽트 요구를, 그 우선도나 마스크 상태로부터 판단하여 처리한다. 레지스터 컨트롤러(1197)는 레지스터(1196)의 어드레스를 생성하고, CPU 상태에 따라 레지스터(1196)의 판독이나 기입을 행한다.The ALU controller (1192), the interrupt controller (1194), the register controller (1197), and the timing controller (1195) perform various controls based on the decoded instructions. Specifically, the ALU controller (1192) generates a signal for controlling the operation of the ALU (1191). In addition, the interrupt controller (1194) judges and processes an interrupt request from an external input/output device or a peripheral circuit based on its priority or mask status during program execution of the CPU. The register controller (1197) generates an address of the register (1196) and reads or writes the register (1196) according to the CPU status.

또한, 타이밍 컨트롤러(1195)는 ALU(1191), ALU 컨트롤러(1192), 인스트럭션 디코더(1193), 인터럽트 컨트롤러(1194), 및 레지스터 컨트롤러(1197)의 동작의 타이밍을 제어하는 신호를 생성한다. 예를 들면 타이밍 컨트롤러(1195)는 기준 클록 신호(CLK1)를 바탕으로, 내부 클록 신호(CLK2)를 생성하는 내부 클록 생성부를 갖추고 있고, 내부 클록 신호(CLK2)를 상기 각종 회로에 공급한다.In addition, the timing controller (1195) generates signals that control the timing of operations of the ALU (1191), the ALU controller (1192), the instruction decoder (1193), the interrupt controller (1194), and the register controller (1197). For example, the timing controller (1195) has an internal clock generation unit that generates an internal clock signal (CLK2) based on a reference clock signal (CLK1), and supplies the internal clock signal (CLK2) to the various circuits described above.

도 22(A)에 도시하는 CPU에서는, 레지스터(1196)에, 메모리 셀이 형성되어 있다. 레지스터(1196)의 메모리 셀로서, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용할 수 있다.In the CPU shown in Fig. 22(A), a memory cell is formed in a register (1196). The transistor described above can be used as the memory cell of the register (1196).

도 22(A)에 도시하는 CPU에서, 레지스터 컨트롤러(1197)는 ALU(1191)로부터의 지시에 따라, 레지스터(1196)에서의 보유 동작의 선택을 행한다. 즉, 레지스터(1196)가 가지는 메모리 셀에서, 플립 플롭에 의한 데이터의 보유를 행할지, 용량 소자에 의한 데이터의 보유를 행할지를 선택한다. 플립 플롭에 의한 데이터의 보유가 선택된 경우, 레지스터(1196) 안의 메모리 셀로의 전원 전압의 공급이 행해진다. 용량 소자에서의 데이터의 보유가 선택된 경우, 용량 소자로의 데이터의 고쳐쓰기가 행해지고, 레지스터(1196) 안의 메모리 셀로의 전원 전압의 공급을 정지할 수 있다.In the CPU shown in Fig. 22(A), the register controller (1197) selects a retention operation in the register (1196) according to an instruction from the ALU (1191). That is, it selects whether to retain data by a flip-flop or by a capacitive element in the memory cell that the register (1196) has. If retention of data by a flip-flop is selected, power voltage is supplied to the memory cell in the register (1196). If retention of data in the capacitive element is selected, data is rewritten to the capacitive element, and the supply of power voltage to the memory cell in the register (1196) can be stopped.

전원 정지에 관해서는, 도 22(B) 또는 도 22(C)에 도시한 것처럼, 메모리 셀군과, 전원 전위(VDD) 또는 전원 전위(VSS)가 주어지고 있는 노드 간에, 스위칭 소자를 형성함으로써 행할 수 있다. 이하에 도 22(B) 및 도 22(C)의 회로의 설명을 행한다.As for power outage, it can be performed by forming a switching element between the memory cell group and the node to which the power potential (VDD) or the power potential (VSS) is supplied, as shown in Fig. 22(B) or Fig. 22(C). The circuits of Fig. 22(B) and Fig. 22(C) are described below.

도 22(B) 및 도 22(C)는 메모리 셀로의 전원 전위의 공급을 제어하는 스위칭 소자에, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 기억 장치이다.Figures 22(B) and 22(C) are memory devices using the transistor described above as a switching element that controls the supply of power potential to the memory cell.

도 22(B)에 도시하는 기억 장치는 스위칭 소자(1141)와 메모리 셀(1142)을 복수 가지는 메모리 셀군(1143)을 가지고 있다. 구체적으로, 각 메모리 셀(1142)에는, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용할 수 있다. 메모리 셀군(1143)이 가지는 각 메모리 셀(1142)에는, 스위칭 소자(1141)를 통하여, 하이 레벨의 전원 전위(VDD)가 공급되고 있다. 또한, 메모리 셀군(1143)이 가지는 각 메모리 셀(1142)에는, 신호(IN)의 전위와 로우 레벨의 전원 전위(VSS)의 전위가 주어지고 있다.The memory device illustrated in Fig. 22(B) has a memory cell group (1143) having a plurality of switching elements (1141) and memory cells (1142). Specifically, the transistor described above can be used for each memory cell (1142). A high-level power supply potential (VDD) is supplied to each memory cell (1142) included in the memory cell group (1143) through the switching element (1141). In addition, a signal (IN) potential and a low-level power supply potential (VSS) potential are provided to each memory cell (1142) included in the memory cell group (1143).

도 22(B)에서는, 스위칭 소자(1141)로서, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용하고 있고, 이 트랜지스터는 그 게이트 전극층에 주어지는 신호(SigA)에 의해 스위칭이 제어된다.In Fig. 22(B), the transistor described above is used as a switching element (1141), and the switching of this transistor is controlled by a signal (SigA) given to its gate electrode layer.

또한, 도 22(B)에서는, 스위칭 소자(1141)가 트랜지스터를 1개만 가지는 구성을 도시하고 있지만, 특별히 한정되지 않고, 트랜지스터를 복수 가지고 있어도 좋다. 스위칭 소자(1141)가 스위칭 소자로서 기능하는 트랜지스터를 복수 가지고 있는 경우, 상기 복수의 트랜지스터는 병렬로 접속되어 있어도 좋고, 직렬로 접속되고 있어도 좋고, 직렬과 병렬이 조합되어 접속되어 있어도 좋다.In addition, in Fig. 22(B), a configuration in which the switching element (1141) has only one transistor is illustrated, but it is not particularly limited and may have multiple transistors. When the switching element (1141) has multiple transistors that function as switching elements, the multiple transistors may be connected in parallel, in series, or in a combination of series and parallel.

또한, 도 22(B)에서는, 스위칭 소자(1141)에 의해, 메모리 셀군(1143)이 가지는 각 메모리 셀(1142)로의, 하이 레벨의 전원 전위(VDD)의 공급이 제어되고 있지만, 스위칭 소자(1141)에 의해, 로우 레벨의 전원 전위(VSS)의 공급이 제어되고 있어도 좋다.In addition, in Fig. 22(B), the supply of a high-level power supply potential (VDD) to each memory cell (1142) of a memory cell group (1143) is controlled by the switching element (1141), but the supply of a low-level power supply potential (VSS) may be controlled by the switching element (1141).

또한, 도 22(C)에는, 메모리 셀군(1143)이 가지는 각 메모리 셀(1142)에, 스위칭 소자(1141)를 통하여, 로우 레벨의 전원 전위(VSS)가 공급되고 있는 기억 장치의 일례를 도시한다. 스위칭 소자(1141)에 의해, 메모리 셀군(1143)이 가지는 각 메모리 셀(1142)로의 로우 레벨의 전원 전위(VSS)의 공급을 제어할 수 있다.In addition, Fig. 22(C) illustrates an example of a memory device in which a low-level power supply potential (VSS) is supplied to each memory cell (1142) of a memory cell group (1143) through a switching element (1141). The supply of a low-level power supply potential (VSS) to each memory cell (1142) of a memory cell group (1143) can be controlled by the switching element (1141).

메모리 셀군과 전원 전위(VDD) 또는 전원 전위(VSS)가 주어지고 있는 노드 간에, 스위칭 소자를 형성하고, 일시적으로 CPU의 동작을 정지하고, 전원 전압의 공급을 정지한 경우에서도 데이터를 보유할 수 있고, 소비 전력의 저감을 행할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면, 퍼스널 컴퓨터의 유저가 키보드 등의 입력 장치로의 정보의 입력을 정지하고 있는 동안에도, CPU의 동작을 정지할 수 있고, 그것에 의해 소비 전력을 저감할 수 있다.By forming a switching element between a memory cell group and a node to which a power potential (VDD) or a power potential (VSS) is supplied, the operation of the CPU can be temporarily stopped, and data can be retained even when the supply of the power voltage is stopped, and power consumption can be reduced. Specifically, for example, even while a user of a personal computer stops inputting information with an input device such as a keyboard, the operation of the CPU can be stopped, and power consumption can be reduced.

여기에서는, CPU를 예로 들어 설명했지만, DSP(Digital Signal Processor), 커스텀 LSI, FPGA(Field Progra㎜able Gate Array) 등의 LSI에도 응용할 수 있다.Here, the CPU is used as an example, but it can also be applied to LSIs such as DSP (Digital Signal Processor), custom LSI, and FPGA (Field Programmable Gate Array).

3-4. 설치예3-4. Installation example

도 23(A)에서, 경보 장치(8100)는 주택용 화재 경보기이고, 검출부와 마이크로 컴퓨터(8101)를 가지고 있다. 마이크로 컴퓨터(8101)에는, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 CPU가 포함된다.In Fig. 23(A), the alarm device (8100) is a residential fire alarm and has a detection unit and a microcomputer (8101). The microcomputer (8101) includes a CPU using the transistor described above.

도 23(A)에서, 실내기(8200) 및 실외기(8204)를 가지는 에어컨디셔너에는, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 CPU가 포함된다. 구체적으로, 실내기(8200)는 하우징(8201), 송풍구(8202), CPU(8203) 등을 가진다. 도 23(A)에서, CPU(8203)가 실내기(8200)에 형성되어 있는 경우를 예시하고 있지만, CPU(8203)는 실외기(8204)에 형성되어 있어도 좋다. 또는, 실내기(8200)와 실외기(8204)의 양쪽에, CPU(8203)가 형성되어 있어도 좋다. 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 CPU가 포함됨으로써, 에어컨디셔너의 전력을 절약할 수 있다.In Fig. 23(A), an air conditioner having an indoor unit (8200) and an outdoor unit (8204) includes a CPU using the transistor described above. Specifically, the indoor unit (8200) has a housing (8201), an air vent (8202), a CPU (8203), etc. In Fig. 23(A), the case where the CPU (8203) is formed in the indoor unit (8200) is exemplified, but the CPU (8203) may be formed in the outdoor unit (8204). Alternatively, the CPU (8203) may be formed on both the indoor unit (8200) and the outdoor unit (8204). By including the CPU using the transistor described above, the power of the air conditioner can be saved.

도 23(A)에서, 전기 냉동 냉장고(8300)에는, 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 CPU가 포함된다. 구체적으로, 전기 냉동 냉장고(8300)는 하우징(8301), 냉장실용 문(8302), 냉동실용 문(8303), CPU(8304) 등을 가진다. 도 23(A)에서는, CPU(8304)가 하우징(8301)의 내부에 형성되어 있다. 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 CPU가 포함됨으로써, 전기 냉동 냉장고(8300)의 전력을 절약할 수 있다.In Fig. 23(A), the electric refrigerator-freezer (8300) includes a CPU using the transistor described above. Specifically, the electric refrigerator-freezer (8300) has a housing (8301), a refrigerator door (8302), a freezer door (8303), a CPU (8304), etc. In Fig. 23(A), the CPU (8304) is formed inside the housing (8301). By including the CPU using the transistor described above, the power of the electric refrigerator-freezer (8300) can be saved.

도 23(B) 및 도 23(C)에서, 전기 자동차의 예를 도시한다. 전기 자동차(9700)에는, 2차 전지(9701)가 탑재되어 있다. 2차 전지(9701)의 전력은 제어 회로(9702)에 의해 출력이 조정되고, 구동 장치(9703)에 공급된다. 제어 회로(9702)는 도시하지 않은 ROM, RAM, CPU 등을 가지는 처리 장치(9704)에 의해 제어된다. 위에서 서술한 트랜지스터를 이용한 CPU가 포함됨으로써, 전기 자동차(9700)의 전력을 절약할 수 있다.In Fig. 23(B) and Fig. 23(C), an example of an electric vehicle is shown. An electric vehicle (9700) is equipped with a secondary battery (9701). The power of the secondary battery (9701) is controlled by a control circuit (9702) and supplied to a driving device (9703). The control circuit (9702) is controlled by a processing device (9704) having a ROM, RAM, CPU, etc. (not shown). By including a CPU using the transistor described above, the power of the electric vehicle (9700) can be saved.

구동 장치(9703)는 직류 전동기 혹은 교류 전동기 단체(單體), 또는 전동기와 내연 기관을 조합하여 구성된다. 처리 장치(9704)는 전기 자동차(9700)의 운전자의 조작 정보(가속, 감속, 정지 등)나 주행할 때의 정보(오르막길이나 내리막길 등의 정보, 구동 바퀴에 걸리는 부하 정보 등)의 입력 정보에 기초하여, 제어 회로(9702)에 제어 신호를 출력한다. 제어 회로(9702)는 처리 장치(9704)의 제어 신호에 의해, 2차 전지(9701)로부터 공급되는 전기 에너지를 조정하고 구동 장치(9703)의 출력을 제어한다. 교류 전동기를 탑재하고 있는 경우는, 도시하지 않았지만, 직류를 교류로 변환하는 인버터도 내장된다.The driving device (9703) is configured by a DC motor or an AC motor unit, or a combination of a motor and an internal combustion engine. The processing device (9704) outputs a control signal to the control circuit (9702) based on input information such as the driver's operation information (acceleration, deceleration, stop, etc.) of the electric vehicle (9700) or information during driving (information on uphill or downhill roads, information on the load applied to the driving wheels, etc.). The control circuit (9702) adjusts the electric energy supplied from the secondary battery (9701) and controls the output of the driving device (9703) by the control signal of the processing device (9704). In the case where an AC motor is mounted, an inverter that converts DC to AC is also built in, although not shown.

[실시예 1][Example 1]

본 실시예에서는, 산화물 반도체막을 습식 에칭했을 때의 에칭 속도와, 산화물 반도체막의 측면의 형상에 대해, 도 24 내지 도 30을 이용하여 설명한다.In this embodiment, the etching speed when an oxide semiconductor film is wet etched and the shape of the side surface of the oxide semiconductor film are explained using FIGS. 24 to 30.

처음에, 산화물 반도체막 및 에칭액 각각의 종류와 에칭 속도에 대해, 설명한다.First, the types and etching rates of oxide semiconductor films and etching solutions, respectively, are explained.

이하에, 시료 1 및 시료 2의 제작 방법에 대해 설명한다.Below, the manufacturing methods of Sample 1 and Sample 2 are described.

유리 기판 위에 산화물 반도체막을 성막했다. 시료 1, In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 두께 100㎚의 In-Ga-Zn 산화물막을 유리 기판 위에 가진다. 시료 2는 In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여 형성된 두께 100㎚의 In-Ga-Zn 산화물막을 유리 기판 위에 가진다.An oxide semiconductor film was deposited on a glass substrate. Sample 1 has an In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 100 nm formed on a glass substrate using a sputtering target of a metal oxide having In:Ga:Zn = 1:1:1 (atomic ratio). Sample 2 has an In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 100 nm formed on a glass substrate using a sputtering target of a metal oxide having In:Ga:Zn = 1:3:2 (atomic ratio).

시료 1에서의 In-Ga-Zn 산화물막의 성막 조건으로서, 스퍼터링 타겟을 In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)의 타겟으로 하고, 유량 50sccm의 아르곤 및 유량 50sccm의 산소를 스퍼터링 가스로서 스퍼터링 장치의 반응실 안에 공급하고, 반응실 안의 압력을 0.6Pa로 제어하고, 5kW의 직류 전력을 공급하는 조건을 이용했다. 또한, In-Ga-Zn 산화물막을 형성할 때의 기판 온도를 170℃로 했다.As the conditions for forming the In-Ga-Zn oxide film in Sample 1, the sputtering target was set to an In:Ga:Zn = 1:1:1 (atomic ratio) target, argon at a flow rate of 50 sccm and oxygen at a flow rate of 50 sccm were supplied as sputtering gases into the reaction chamber of the sputtering device, the pressure inside the reaction chamber was controlled to 0.6 Pa, and a direct current power of 5 kW was supplied. In addition, the substrate temperature when forming the In-Ga-Zn oxide film was set to 170°C.

시료 2에서의 In-Ga-Zn 산화물막의 성막 조건으로서, 스퍼터링 타겟을 In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)의 타겟으로 하고, 스퍼터링 가스로서 90sccm의 Ar와 10sccm의 산소를 스퍼터링 장치의 반응실 안에 공급하고, 반응실 안의 압력을 0.3Pa로 제어하고, 5kW의 직류 전력을 공급하는 조건을 이용했다. 또한, In-Ga-Zn 산화물막을 형성할 때의 기판 온도를 100℃로 했다.As the conditions for forming the In-Ga-Zn oxide film in Sample 2, the sputtering target was set to an In:Ga:Zn=1:3:2 (atomic ratio) target, 90 sccm of Ar and 10 sccm of oxygen were supplied as sputtering gases into the reaction chamber of the sputtering device, the pressure inside the reaction chamber was controlled to 0.3 Pa, and 5 kW of DC power was supplied. In addition, the substrate temperature when forming the In-Ga-Zn oxide film was set to 100°C.

다음에, 시료 1 및 시료 2에 형성되는 In-Ga-Zn 산화물막을 습식 에칭했다. 이 습식 에칭 공정에서, 제 1 에칭액 내지 제 3 에칭액의 하나를 이용했다. 제 1 에칭액으로서 25℃의 85 중량% 인산을 이용했다. 제 2 에칭액으로서, 60℃의 옥살산계 수용액(예를 들면, 관동 화학(Kanto Chemical Co., Inc.) 제 ITO-07N(5중량% 이하의 옥살산을 함유하는 수용액))을 이용했다. 제 3 에칭액으로서 30℃의 인산계 수용액(예를 들면, 화광 순약 공업 주식회사(Wako Pure Chemical Industries) 제의 혼산 알루미늄액(72중량%의 인산, 2중량%의 질산, 및 9.8중량%의 초산을 함유하는 수용액))을 이용했다.Next, the In-Ga-Zn oxide films formed on Samples 1 and 2 were wet-etched. In this wet-etching process, one of the first to third etching solutions was used. As the first etching solution, 85 wt% phosphoric acid at 25°C was used. As the second etching solution, an oxalic acid-based aqueous solution at 60°C (for example, ITO-07N (aqueous solution containing 5 wt% or less oxalic acid) manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) was used. As the third etching solution, a phosphoric acid-based aqueous solution at 30°C (for example, a mixed-acid aluminum solution manufactured by Wako Pure Chemical Industries (aqueous solution containing 72 wt% phosphoric acid, 2 wt% nitric acid, and 9.8 wt% acetic acid)) was used.

다음에, 시료 1및 시료 2에서의 각 에칭액과, 에칭 속도와의 관계를 도 24에 도시한다.Next, the relationship between each etching solution and the etching rate in Sample 1 and Sample 2 is shown in Figure 24.

도 24에 도시한 것처럼, 스퍼터링 타겟으로서 In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)을 이용해 형성된 In-Ga-Zn 산화물막(In-Ga-Zn-O(111)으로 나타냄.)을 가지는 시료 1은 제 2 에칭액인 옥살산계 수용액을 이용한 에칭에서, 에칭 속도가 빠른 것을 알 수 있다.As illustrated in Fig. 24, sample 1 having an In-Ga-Zn oxide film (represented as In-Ga-Zn-O(111)) formed using In:Ga:Zn = 1:1:1 (atomic ratio) as a sputtering target can be seen to have a fast etching rate in etching using an oxalic acid aqueous solution as the second etchant.

한편, 스퍼터링 타겟으로서 In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)를 이용하여 형성된 In-Ga-Zn 산화물막(In-Ga-Zn-O(132)으로 나타냄.)을 가지는 시료 2는 모든 에칭액에서, 에칭 속도가 같은 정도인 것을 알 수 있다.Meanwhile, sample 2 having an In-Ga-Zn oxide film (represented as In-Ga-Zn-O(132)) formed using In:Ga:Zn=1:3:2 (atomic ratio) as a sputtering target can be seen to have an etching rate of the same degree in all etchants.

다음에, 제 1 에칭액 내지 제 3 에칭액의 하나를 이용하여 적층 구조의 산화물 반도체막을 에칭했을 때의, 산화물 반도체막의 측면의 형상에 대해 설명한다.Next, the shape of the side surface of the oxide semiconductor film when the oxide semiconductor film having a laminated structure is etched using one of the first to third etching solutions will be described.

이하에, 시료 3 및 시료 4의 제작 방법에 대해 설명한다. 또한, 시료 3 및 시료 4는 제 1 In-Ga-Zn 산화물막 및 제 2 In-Ga-Zn 산화물막이 적층된 2층 구조이다.Below, the manufacturing method of Samples 3 and 4 is described. In addition, Samples 3 and 4 have a two-layer structure in which a first In-Ga-Zn oxide film and a second In-Ga-Zn oxide film are laminated.

유리 기판 위에 적층 구조의 산화물 반도체막을 성막했다. 처음에, 유리 기판 위에, In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 35㎚의 제 1 In-Ga-Zn 산화물막을 성막했다. 다음에, In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 20㎚의 제 2 In-Ga-Zn 산화물막을 성막했다.A laminated oxide semiconductor film was deposited on a glass substrate. First, a first In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 35 nm was deposited on a glass substrate using a sputtering target of a metal oxide having an atomic ratio of In:Ga:Zn = 1:1:1. Next, a second In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 20 nm was deposited using a sputtering target of a metal oxide having an atomic ratio of In:Ga:Zn = 1:3:2.

또한, 제 1 In-Ga-Zn 산화물막은 시료 1의 In-Ga-Zn 산화물막과 같은 성막 조건을 이용하여 성막된 막이다. 또한, 제 2 In-Ga-Zn 산화물막은 시료 2의 In-Ga-Zn 산화물막과 같은 성막 조건을 이용하여 성막된 막이다.In addition, the first In-Ga-Zn oxide film is a film formed using the same film formation conditions as the In-Ga-Zn oxide film of sample 1. In addition, the second In-Ga-Zn oxide film is a film formed using the same film formation conditions as the In-Ga-Zn oxide film of sample 2.

다음에, 적층 구조의 산화물 반도체막을 에칭했다. 시료 3은 에칭액으로서 제 1 에칭액인 25℃의 85중량% 인산을 이용했다. 시료 4는 에칭액으로서 제 3 에칭액인 30℃의 인산계 수용액을 이용했다.Next, the oxide semiconductor film of the laminated structure was etched. Sample 3 used 85 wt% phosphoric acid at 25°C as the first etchant. Sample 4 used 30°C phosphoric acid aqueous solution as the third etchant.

다음에, 시료 5의 제작 방법에 대해 설명한다. 또한, 시료 5는 제 1 In-Ga-Zn 산화물막 내지 제 3 In-Ga-Zn 산화물막이 적층된 3층 구조이다.Next, the manufacturing method of sample 5 is described. In addition, sample 5 has a three-layer structure in which the first In-Ga-Zn oxide film to the third In-Ga-Zn oxide film are laminated.

유리 기판 위에, CVD법에 의해 질화 실리콘막 및 산화 질화 실리콘막을 성막했다. 다음에, 산화 질화 실리콘막 위에 적층 구조의 산화물 반도체막을 성막했다. 다음에, 산화 질화 실리콘막 위에, In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 5㎚의 제 1 In-Ga-Zn 산화물막을 성막했다. 다음에, In:Ga:Zn=3:1:2(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 20㎚의 제 2 In-Ga-Zn 산화물막을 성막했다. 다음에, In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 20㎚의 제 3 In-Ga-Zn 산화물막을 성막했다. 다음에, 제 3 In-Ga-Zn 산화물막 위에 CVD법에 의해 산화 질화 실리콘막을 성막했다.On a glass substrate, a silicon nitride film and a silicon oxynitride film were deposited by the CVD method. Next, a laminated oxide semiconductor film was deposited on the silicon oxynitride film. Next, a first In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 5 nm was deposited on the silicon oxynitride film using a sputtering target of a metal oxide having an In:Ga:Zn ratio of 1:3:2 (atomic ratio). Next, a second In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 20 nm was deposited using a sputtering target of a metal oxide having an In:Ga:Zn ratio of 3:1:2 (atomic ratio). Next, a third In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 20 nm was deposited using a sputtering target of a metal oxide having an In:Ga:Zn ratio of 1:1:1 (atomic ratio). Next, a silicon oxynitride film was deposited on the third In-Ga-Zn oxide film using the CVD method.

또한, 시료 5에서의 제 1 In-Ga-Zn 산화물막은 스퍼터링 타겟을 In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)의 타겟으로 하고, 스퍼터링 가스로서 90sccm의 Ar과 10sccm의 산소를 스퍼터링 장치의 반응실 안에 공급하고, 반응실 안의 압력을 0.6Pa로 제어하고, 5kW의 직류 전력을 공급하는 조건을 이용하여 형성했다. 제 2 In-Ga-Zn 산화물막은 스퍼터링 타겟을 In:Ga:Zn=3:1:2(원자수비)의 타겟으로 하고, 스퍼터링 가스로서 50sccm의 Ar와 50sccm의 산소를 스퍼터링 장치의 반응실 안에 공급하고, 반응실 안의 압력을 0.6Pa로 제어하고, 5kW의 직류 전력을 공급하는 조건을 이용하여 형성했다. 제 3 In-Ga-Zn 산화물막은 스퍼터링 타겟을 In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)의 타겟으로 하고, 스퍼터링 가스로서 100sccm의 산소를 스퍼터링 장치의 반응실 안에 공급하고, 반응실 안의 압력을 0.6Pa로 제어하고, 5kW의 직류 전력을 공급하는 조건을 이용하여 형성했다. 또한, 제 1 In-Ga-Zn 산화물막 내지 제 3 In-Ga-Zn 산화물막을 형성할 때의 기판 온도를 170℃로 했다.In addition, the first In-Ga-Zn oxide film in sample 5 was formed using the conditions that the sputtering target was an In:Ga:Zn=1:3:2 (atomic ratio) target, 90 sccm of Ar and 10 sccm of oxygen were supplied as sputtering gases into the reaction chamber of the sputtering device, the pressure inside the reaction chamber was controlled to 0.6 Pa, and 5 kW of DC power was supplied. The second In-Ga-Zn oxide film was formed using the conditions that the sputtering target was an In:Ga:Zn=3:1:2 (atomic ratio) target, 50 sccm of Ar and 50 sccm of oxygen were supplied as sputtering gases into the reaction chamber of the sputtering device, the pressure inside the reaction chamber was controlled to 0.6 Pa, and 5 kW of DC power was supplied. The third In-Ga-Zn oxide film was formed using the conditions of using a sputtering target of In:Ga:Zn = 1:1:1 (atomic ratio), supplying 100 sccm of oxygen as a sputtering gas into the reaction chamber of the sputtering device, controlling the pressure inside the reaction chamber to 0.6 Pa, and supplying 5 kW of direct current power. In addition, the substrate temperature when forming the first to third In-Ga-Zn oxide films was set to 170°C.

다음에, 적층 구조의 산화물 반도체막을 에칭했다. 시료 5는 에칭액으로서 제 2 에칭액인 60℃의 옥살산계 수용액을 이용했다.Next, the oxide semiconductor film of the laminated structure was etched. Sample 5 used an oxalic acid aqueous solution at 60°C as the second etchant.

다음에, 시료 6의 제작 방법에 대해 설명한다. 또한, 시료 6은 제 1 In-Ga-Zn 산화물막 및 제2 In-Ga-Zn 산화물막이 적층된 2층 구조이다.Next, the manufacturing method of sample 6 is described. In addition, sample 6 has a two-layer structure in which a first In-Ga-Zn oxide film and a second In-Ga-Zn oxide film are laminated.

유리 기판 위에, CVD법에 의해 산화 질화 실리콘막을 성막했다. 다음에, 산화 질화 실리콘막 위에, 시료 3 및 시료 4와 같은 성막 조건을 이용하여, In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 35㎚의 제 1 In-Ga-Zn 산화물막을 성막한 후, In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)인 금속 산화물의 스퍼터링 타겟을 이용하여, 두께 20㎚의 제 2 In-Ga-Zn 산화물막을 성막했다. 다음에, 제 2 In-Ga-Zn 산화물막 위에 산화 질화 실리콘막을 성막했다.On a glass substrate, a silicon oxynitride film was deposited by the CVD method. Next, on the silicon oxynitride film, using the same deposition conditions as Samples 3 and 4, a first In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 35 nm was deposited using a sputtering target of a metal oxide having an In:Ga:Zn ratio of 1:1:1 (atomic ratio), and then a second In-Ga-Zn oxide film having a thickness of 20 nm was deposited using a sputtering target of a metal oxide having an In:Ga:Zn ratio of 1:3:2 (atomic ratio). Next, a silicon oxynitride film was deposited on the second In-Ga-Zn oxide film.

다음에, 적층 구조의 산화물 반도체막을 에칭했다. 시료 6은 건식 에칭법을 이용하여 적층 구조의 산화물 반도체막을 에칭했다. 또한, 에칭 가스로서 BCl3를 이용했다.Next, the oxide semiconductor film having a laminated structure was etched. Sample 6 had the oxide semiconductor film having a laminated structure etched using a dry etching method. In addition, BCl 3 was used as an etching gas.

다음에, 시료 3 내지 시료 6의 단면 형상을 STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)을 이용하여 관찰했다.Next, the cross-sectional shapes of samples 3 to 6 were observed using STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy).

시료 3의 배율 20만배의 위상 콘트라스트상(TE상)을 도 25(A)에 도시하고, 도 25(A)의 모식도를 도 25(B)에 도시한다. 또한, 시료 3의 배율 15만배의 Z콘트라스트상(ZC상)을 도 26에 도시한다.A phase contrast image (TE image) of Sample 3 at a magnification of 200,000 times is shown in Fig. 25(A), and a schematic diagram of Fig. 25(A) is shown in Fig. 25(B). In addition, a Z contrast image (ZC image) of Sample 3 at a magnification of 150,000 times is shown in Fig. 26.

시료 4의 배율 20만배의 위상 콘트라스트상(TE상)을 도 27(A)에 도시하고, 도 27(A)의 모식도를 도 27(B)에 도시한다.A phase contrast image (TE image) of Sample 4 at a magnification of 200,000 times is shown in Fig. 27(A), and a schematic diagram of Fig. 27(A) is shown in Fig. 27(B).

시료 5의 배율 15만배의 위상 콘트라스트상(TE상)을 도 28(A)에 도시하고, 도 28(A)의 모식도를 도 28(B)에 도시한다. 시료 5에서의 적층 구조의 산화물 반도체막의 측면 부근의 상세한 사항을 설명하기 위해, 시료 5의 배율 15만배의 Z콘트라스트상(ZC상)을 도 29(A)에 도시하고, 도 29(A)의 모식도를 도 29(B)에 도시한다.A phase contrast image (TE image) of Sample 5 at a magnification of 150,000 times is shown in Fig. 28(A), and a schematic diagram of Fig. 28(A) is shown in Fig. 28(B). In order to explain the details near the side surface of the oxide semiconductor film of the laminated structure in Sample 5, a Z contrast image (ZC image) of Sample 5 at a magnification of 150,000 times is shown in Fig. 29(A), and a schematic diagram of Fig. 29(A) is shown in Fig. 29(B).

시료 6의 배율 15만배의 위상 콘트라스트상(TE상)을 도 30(A)에 도시하고, 도 30(A)의 모식도를 도 30(B)에 도시한다.A phase contrast image (TE image) of Sample 6 at a magnification of 150,000 times is shown in Fig. 30(A), and a schematic diagram of Fig. 30(A) is shown in Fig. 30(B).

도 25(B)에 도시한 것처럼, 시료 3에서, 유리 기판(801) 위에 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(803)이 형성된다. 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(803) 위에 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(805)이 형성된다. 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(805) 위에 레지스트(807)가 형성된다.As illustrated in Fig. 25(B), in sample 3, a first In-Ga-Zn oxide film (803) is formed on a glass substrate (801). A second In-Ga-Zn oxide film (805) is formed on the first In-Ga-Zn oxide film (803). A resist (807) is formed on the second In-Ga-Zn oxide film (805).

또한, 도 26에 도시한 것처럼, 시료 3에서, 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(803) 및 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(805)은 그 농담(濃淡)의 차이에 의해, 양자의 경계를 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 형태인 트랜지스터에서, 산화물 반도체막 및 산화물막은 공통의 원소를 포함한 경우에도, 그 조성의 차이에 의해, 양자의 경계를 확인할 수 있다.In addition, as illustrated in Fig. 26, in sample 3, the boundary between the first In-Ga-Zn oxide film (803) and the second In-Ga-Zn oxide film (805) can be identified by the difference in their thickness. That is, in the transistor which is one embodiment of the present invention, even when the oxide semiconductor film and the oxide film contain common elements, the boundary between the two can be identified by the difference in their compositions.

도 27(B)에 도시한 것처럼, 시료 4에서, 유리 기판(811) 위에 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(813)이 형성된다. 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(813) 위에 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(815)이 형성된다. 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(815) 위에 레지스트(817)가 형성된다.As illustrated in Fig. 27(B), in sample 4, a first In-Ga-Zn oxide film (813) is formed on a glass substrate (811). A second In-Ga-Zn oxide film (815) is formed on the first In-Ga-Zn oxide film (813). A resist (817) is formed on the second In-Ga-Zn oxide film (815).

시료 3및 시료 4에서, 유리 기판(801), 유리 기판(811)과 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(803), 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(813)의 측면 사이의 각도를 각도(θ1)로 한다. 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(803), 제 1 In-Ga-Zn 산화물막(813) 및 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(805), 제 2 In-Ga-Zn 산화물막 (815)의 계면과 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(805), 제 2 In-Ga-Zn 산화물막(815)의 측면 사이의 각도를 각도(θ2)로 한다. 도 25 및 도 27에 도시한 것처럼, 시료 3 및 시료 4에서는 각도(θ1)에 비해, 각도(θ2)가 큰 것을 알 수 있다.In Samples 3 and 4, the angle between the side surfaces of the glass substrate (801), the glass substrate (811), and the first In-Ga-Zn oxide film (803), the first In-Ga-Zn oxide film (813) is taken as angle (θ1). The angle between the interfaces of the first In-Ga-Zn oxide film (803), the first In-Ga-Zn oxide film (813), and the second In-Ga-Zn oxide film (805), the second In-Ga-Zn oxide film (815) and the side surfaces of the second In-Ga-Zn oxide film (805), the second In-Ga-Zn oxide film (815) is taken as angle (θ2). As illustrated in FIGS. 25 and 27, it can be seen that in Samples 3 and 4, the angle (θ2) is larger than the angle (θ1).

도 28(B)에 도시한 것처럼, 시료 5에서, 질화 실리콘막(821) 위에 산화 질화 실리콘막(823)이 형성된다. 산화 질화 실리콘막(823) 위에 적층 구조의 산화물 반도체막(825)이 형성된다. 산화 질화 실리콘막(823) 및 적층 구조의 산화물 반도체막(825) 위에 산화 질화 실리콘막(827)이 형성된다. 또한, 산화 질화 실리콘막(827)에는, 저밀도 영역(829)이 형성된다.As illustrated in Fig. 28(B), in sample 5, a silicon oxynitride film (823) is formed on a silicon nitride film (821). A laminated oxide semiconductor film (825) is formed on the silicon oxynitride film (823). A silicon oxynitride film (827) is formed on the silicon oxynitride film (823) and the oxide semiconductor film (825) of the laminated structure. In addition, a low-density region (829) is formed on the silicon oxynitride film (827).

시료 5에서, 산화 질화 실리콘막(823) 및 적층 구조의 산화물 반도체막(825)의 계면과, 적층 구조의 산화물 반도체막(825)의 측면 사이의 각도를 각도(θ3)로 한다. 도 29(B)에 도시한 것처럼, 시료 5에서, 각도(θ3)은 둔각이다. 또한, ZC상은 원자 번호의 차이에 의해 콘트라스트가 다르기 때문에, 적층 구조의 산화물 반도체막(825)의 측면에는, 산화물 반도체막과 다른 조성의 막(826)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 막(826)을 에너지 분산형 X선 분석(Energy dispersive X-ray spectrometry : EDX)으로 분석한 결과, 텅스텐이 포함되는 것을 알 수 있었다.In sample 5, the angle between the interface of the silicon oxynitride film (823) and the oxide semiconductor film (825) of the laminated structure and the side surface of the oxide semiconductor film (825) of the laminated structure is taken as angle (θ3). As illustrated in Fig. 29(B), in sample 5, the angle (θ3) is an obtuse angle. In addition, since the ZC phase has a different contrast due to the difference in atomic number, it can be seen that a film (826) having a different composition from the oxide semiconductor film is formed on the side surface of the oxide semiconductor film (825) of the laminated structure. As a result of analyzing this film (826) by energy dispersive X-ray spectrometry (EDX), it was found that it contained tungsten.

도 30(B)에 도시한 것처럼, 시료 6에서, 유리 기판(831) 위에 산화 질화 실리콘막(833)이 형성된다. 산화 질화 실리콘막(833) 위에 적층 구조의 산화물 반도체막(835)이 형성된다. 산화 질화 실리콘막(833) 및 적층 구조의 산화물 반도체막(835) 위에 산화 질화 실리콘막(837)이 형성된다.As illustrated in Fig. 30(B), in sample 6, a silicon nitride oxide film (833) is formed on a glass substrate (831). A laminated oxide semiconductor film (835) is formed on the silicon nitride oxide film (833). A silicon nitride oxide film (837) is formed on the silicon nitride oxide film (833) and the laminated oxide semiconductor film (835).

시료 6에 있어서, 산화 질화 실리콘막(833) 및 적층 구조의 산화물 반도체막(835)의 계면과 적층 구조의 산화물 반도체막(835)의 측면 사이의 각도를 각도(θ4)로 한다. 도 30(B)에 도시한 것처럼, 시료 6에서, 각도(θ4)는 산화물 반도체막의 측면의 위치에 따라 변화하지 않고, 거의 동일하다.In sample 6, the angle between the interface of the silicon nitride film (833) and the oxide semiconductor film (835) of the laminated structure and the side surface of the oxide semiconductor film (835) of the laminated structure is taken as angle (θ4). As illustrated in Fig. 30(B), in sample 6, the angle (θ4) does not change depending on the position of the side surface of the oxide semiconductor film and is almost the same.

이상로부터, 에칭액에, 인산, 또는 인산계 수용액을 이용한 습식 에칭법을 이용함으로써, 적층 구조의 산화물 반도체막에서, 스퍼터링 타겟으로서 In:Ga:Zn=1:1:1(원자수비)을 이용하여 형성된 In-Ga-Zn 산화물막의 측면이 In-Ga-Zn 산화물막의 하지막의 계면 사이의 각도(θ1)를, 스퍼터링 타겟으로서 In:Ga:Zn=1:3:2(원자수비)를 이용하여 형성된 In-Ga-Zn 산화물막의 측면이 In-Ga-Zn 산화물막의 하지막의 계면이 사이의 각도(θ2)보다 작은 형상으로 할 수 있는 것을 알 수 있다.From the above, it can be seen that, by using a wet etching method using phosphoric acid or a phosphoric acid-based aqueous solution as an etching solution, in a layered oxide semiconductor film, the angle (θ1) between the side surface of the In-Ga-Zn oxide film formed using In:Ga:Zn = 1:1:1 (atomic ratio) as a sputtering target and the interface of the underlying film of the In-Ga-Zn oxide film can be made smaller than the angle (θ2) between the side surface of the In-Ga-Zn oxide film formed using In:Ga:Zn = 1:3:2 (atomic ratio) as a sputtering target and the interface of the underlying film of the In-Ga-Zn oxide film.

100 : 기판
104 : 게이트 전극
106 : 다층막
106a : 산화물 반도체막
106b : 산화물막
106c : 저저항 영역
106d : 저저항 영역
107 : 산화물막
112 : 게이트 절연막
113 : 단차
116a : 소스 전극
116b : 드레인 전극
117 : 산화물막
118 : 보호 절연막
118a : 산화 실리콘막
118b : 산화 실리콘막
118c : 질화 실리콘막
126a : 산화물 반도체막
126b : 산화물막
200 : 기판
202 : 하지 절연막
204 : 게이트 전극
206 : 다층막
206a : 산화물 반도체막
206b : 산화물막
206c : 산화물막
206d : 저저항 영역
206e : 저저항 영역
207 : 산화물막
212 : 게이트 절연막
212a : 소스 전극
212b : 드레인 전극
213 : 단차
214 : 단차
216a : 소스 전극
216b : 드레인 전극
216c : 전극
218 : 보호 절연막
226a : 산화물 반도체막
226b : 산화물막
226c : 산화물막
260 : 반도체막
401 : 반도체 기판
403 : 소자 분리 영역
407 : 게이트 절연막
409 : 게이트 전극
411a : 불순물 영역
411b : 불순물 영역
415 : 절연막
417 : 절연막
419 : 트랜지스터
419a : 콘택트 플러그
419b : 콘택트 플러그
420 : 절연막
421 : 절연막
422 : 절연막
423a : 배선
423b : 배선
424 : 전극
425 : 절연막
445 : 절연막
449 : 배선
456 : 배선
500 : 마이크로 컴퓨터
501 : 직류 전원
502 : 버스 라인
503 : 파워 게이트 컨트롤러
504 : 파워 게이트
505 : CPU
506 : 휘발성 기억부
507 : 불휘발성 기억부
508 : 인터페이스
509 : 검출부
511 : 광센서
512 : 앰프
513 : AD 컨버터
514 : 광전변환 소자
517 : 트랜지스터
519 : 트랜지스터
530 : 발광 소자
700 : 기판
719 : 발광 소자
720 : 절연막
721 : 절연막
731 : 단자
732 : FPC
733a : 배선
733b : 배선
733c : 배선
734 : 실링재
735 : 구동 회로
736 : 구동 회로
737 : 화소
741 : 트랜지스터
742 : 캐패시터
743 : 스위치 소자
744 : 신호선
750 : 화소
751 : 트랜지스터
752 : 캐패시터
753 : 액정 소자
754 : 주사선
755 : 신호선
781 : 전극
782 : 발광층
783 : 전극
784 : 격벽
785a : 중간층
785b : 중간층
785c : 중간층
785d : 중간층
786a : 발광층
786b : 발광층
786c : 발광층
791 : 전극
792 : 절연막
793 : 액정층
794 : 절연막
795 : 스페이서
796 : 전극
797 : 기판
801 : 유리 기판
803 : In-Ga-Zn 산화물막
805 : In-Ga-Zn 산화물막
807 : 레지스트
811 : 유리 기판
813 : In-Ga-Zn 산화물막
815 : In-Ga-Zn 산화물막
817 : 레지스트
821 : 질화 실리콘막
823 : 산화 질화 실리콘막
825 : 산화물 반도체막
826 : 막
827 : 산화 질화 실리콘막
829 : 저밀도 영역
831 : 유리 기판
833 : 산화 질화 실리콘막
835 : 산화물 반도체막
837 : 산화 질화 실리콘막
1141 : 스위칭 소자
1142 : 메모리 셀
1143 : 메모리 셀군
1189 : ROM 인터페이스
1190 : 기판
1191 : ALU
1192 : ALU 컨트롤러
1193 : 인스트럭션(instruction) 디코더
1194 : 인터럽트 컨트롤러
1195 : 타이밍 컨트롤러
1196 : 레지스터
1197 : 레지스터 컨트롤러
1198 : 버스 인터페이스
1199 : ROM
8100 : 경보 장치
8101 : 마이크로 컴퓨터
8200 : 실내기
8201 : 하우징
8202 : 송풍구
8203 : CPU
8204 : 실외기
8300 : 전기 냉동 냉장고
8301 : 하우징
8302 : 냉장실용 문
8303 : 냉동실용 문
8304 : CPU
9700 : 전기 자동차
9701 : 2차 전지
9702 : 제어 회로
9703 : 구동 장치
9704 : 처리 장치
100 : Substrate
104 : Gate electrode
106 : Multilayer film
106a: Oxide semiconductor film
106b: oxide film
106c: Low resistance area
106d: Low resistance area
107 : Oxide film
112 : Gate Insulator
113 : Step
116a : Source electrode
116b : Drain electrode
117 : Oxide film
118 : Protective insulation film
118a: Silicon oxide film
118b: Silicon oxide film
118c: Silicon nitride film
126a: Oxide semiconductor film
126b : Oxide film
200 : Substrate
202 : Lower insulation film
204 : Gate electrode
206 : Multilayer film
206a: Oxide semiconductor film
206b: oxide film
206c: oxide film
206d: Low resistance area
206e: Low resistance area
207 : Oxide film
212 : Gate Insulator
212a : Source electrode
212b : Drain electrode
213 : Step
214 : Step
216a : Source electrode
216b : Drain electrode
216c : Electrode
218 : Protective insulation film
226a: Oxide semiconductor film
226b: oxide film
226c : Oxide film
260 : Semiconductor film
401: Semiconductor substrate
403: Element isolation area
407: Gate Insulator
409: Gate electrode
411a : Impurity area
411b: Impurity area
415 : Insulating film
417 : Insulating film
419 : Transistor
419a : Contact plug
419b : Contact plug
420 : Insulating film
421 : Insulating film
422 : Insulating film
423a : Wiring
423b : Wiring
424 : Electrode
425 : Insulating film
445 : Insulating film
449 : Wiring
456 : Wiring
500 : Microcomputer
501 : DC power supply
502 : Bus line
503 : Power Gate Controller
504 : Power Gate
505 : CPU
506: Volatile memory
507: Non-volatile memory
508 : Interface
509 : Detection Unit
511 : Light sensor
512 : Amp
513 : AD converter
514 : Photoelectric conversion element
517 : Transistor
519 : Transistor
530 : Light-emitting element
700 : Substrate
719 : Light-emitting element
720 : Insulating film
721 : Insulating film
731 : Terminal
732 : FPC
733a : Wiring
733b : Wiring
733c : Wiring
734 : Sealing material
735 : Driving circuit
736 : Driving circuit
737 : Pixel
741 : Transistor
742 : Capacitor
743 : Switch element
744 : Signal line
750 : Pixels
751 : Transistor
752 : Capacitor
753 : Liquid crystal element
754 : Injection line
755 : Signal line
781 : Electrode
782 : Light-emitting layer
783 : Electrode
784 : Bulkhead
785a : Middle floor
785b : Middle layer
785c : Mid-level
785d : Mid-level
786a : Emissive layer
786b : Emissive layer
786c : Emitting layer
791 : Electrode
792 : Insulating film
793: Liquid crystal layer
794 : Insulating film
795 : Spacer
796 : Electrode
797 : Substrate
801 : Glass substrate
803: In-Ga-Zn oxide film
805: In-Ga-Zn oxide film
807 : Register
811 : Glass substrate
813: In-Ga-Zn oxide film
815: In-Ga-Zn oxide film
817 : Register
821: Silicon nitride film
823: Silicon nitride oxide film
825: Oxide semiconductor film
826 : End
827: Silicon nitride oxide film
829: Low density area
831 : Glass substrate
833: Silicon nitride oxide film
835: Oxide semiconductor film
837: Silicon nitride oxide film
1141 : Switching element
1142 : Memory Cell
1143 : Memory cell group
1189 : ROM Interface
1190 : Substrate
1191 : ALU
1192 : ALU Controller
1193: Instruction Decoder
1194 : Interrupt Controller
1195 : Timing Controller
1196 : Register
1197 : Register Controller
1198 : Bus Interface
1199 : ROM
8100 : Alarm device
8101 : Microcomputer
8200 : Indoor unit
8201 : Housing
8202 : Vent
8203 : CPU
8204 : Outdoor unit
8300 : Electric Freezer Refrigerator
8301 : Housing
8302 : Refrigerator door
8303 : Freezer door
8304 : CPU
9700 : Electric Vehicle
9701 : Secondary battery
9702 : Control circuit
9703 : Drive Unit
9704 : Processing Unit

Claims (5)

반도체 장치로서,
게이트 전극;
상기 게이트 전극 위에 있는 절연 표면;
상기 절연 표면 위에 있고 상기 절연 표면과 접하며, 인듐을 포함하는 제 1 산화물막;
상기 제 1 산화물막 위에 있고 상기 제 1 산화물막과 접하며, 인듐을 포함하는 제 2 산화물막;
상기 제 2 산화물막의 상면 위에 있고 상기 제 2 산화물막의 상기 상면과 접하며, 상기 제 1 산화물막의 측면 및 상기 제 2 산화물막의 측면과 접하는 도전막;
상기 제 2 산화물막 및 상기 도전막 위에 있는 산화 실리콘막; 및
상기 산화 실리콘막 위에 있고 상기 산화 실리콘막과 접하는 질화 실리콘막을 포함하고,
단면도에서 볼 때 상기 제 1 산화물막의 상기 측면의 길이는 상기 제 2 산화물막의 상기 측면의 길이보다 크고,
상기 산화 실리콘막의 두께는 상기 질화 실리콘막의 두께보다 큰, 반도체 장치 및 그 제조방법.
As a semiconductor device,
gate electrode;
An insulating surface on the gate electrode;
A first oxide film comprising indium and located on and in contact with the insulating surface;
A second oxide film over the first oxide film and in contact with the first oxide film, the second oxide film containing indium;
A conductive film which is on the upper surface of the second oxide film and in contact with the upper surface of the second oxide film and in contact with the side surface of the first oxide film and the side surface of the second oxide film;
A silicon oxide film on the second oxide film and the conductive film; and
A silicon nitride film is included on the silicon oxide film and in contact with the silicon oxide film.
When viewed in cross-section, the length of the side surface of the first oxide film is greater than the length of the side surface of the second oxide film,
A semiconductor device and a method for manufacturing the same, wherein the thickness of the silicon oxide film is greater than the thickness of the silicon nitride film.
반도체 장치로서,
게이트 전극;
상기 게이트 전극 위에 있는 절연 표면;
상기 절연 표면 위에 있고 상기 절연 표면과 접하며, 인듐 및 갈륨을 포함하는 제 1 산화물막;
상기 제 1 산화물막 위에 있고 상기 제 1 산화물막과 접하며, 인듐 및 갈륨을 포함하는 제 2 산화물막;
상기 제 2 산화물막의 상면 위에 있고 상기 제 2 산화물막의 상기 상면과 접하며, 상기 제 1 산화물막의 측면 및 상기 제 2 산화물막의 측면과 접하는 도전막;
상기 제 2 산화물막 및 상기 도전막 위에 있는 산화 실리콘막; 및
상기 산화 실리콘막 위에 있고 상기 산화 실리콘막과 접하는 질화 실리콘막을 포함하고,
단면도에서 볼 때 상기 제 1 산화물막의 상기 측면의 길이는 상기 제 2 산화물막의 상기 측면의 길이보다 크고,
상기 산화 실리콘막의 두께는 상기 질화 실리콘막의 두께보다 큰, 반도체 장치 및 그 제조방법.
As a semiconductor device,
gate electrode;
An insulating surface on the gate electrode;
A first oxide film comprising indium and gallium on and in contact with the insulating surface;
A second oxide film over the first oxide film and in contact with the first oxide film, the second oxide film containing indium and gallium;
A conductive film which is on the upper surface of the second oxide film and in contact with the upper surface of the second oxide film and in contact with the side surface of the first oxide film and the side surface of the second oxide film;
A silicon oxide film on the second oxide film and the conductive film; and
A silicon nitride film is included on the silicon oxide film and in contact with the silicon oxide film.
When viewed in cross-section, the length of the side surface of the first oxide film is greater than the length of the side surface of the second oxide film,
A semiconductor device and a method for manufacturing the same, wherein the thickness of the silicon oxide film is greater than the thickness of the silicon nitride film.
반도체 장치로서,
게이트 전극;
상기 게이트 전극 위에 있는 절연 표면;
상기 절연 표면 위에 있고 상기 절연 표면과 접하며, 인듐, 갈륨 및 아연을 포함하는 제 1 산화물막;
상기 제 1 산화물막 위에 있고 상기 제 1 산화물막과 접하며, 인듐, 갈륨 및 아연을 포함하는 제 2 산화물막;
상기 제 2 산화물막의 상면 위에 있고 상기 제 2 산화물막의 상기 상면과 접하며, 상기 제 1 산화물막의 측면 및 상기 제 2 산화물막의 측면과 접하는 도전막;
상기 제 2 산화물막 및 상기 도전막 위에 있는 산화 실리콘막; 및
상기 산화 실리콘막 위에 있고 상기 산화 실리콘막과 접하는 질화 실리콘막을 포함하고,
단면도에서 볼 때 상기 제 1 산화물막의 상기 측면의 길이는 상기 제 2 산화물막의 상기 측면의 길이보다 크고,
상기 산화 실리콘막의 두께는 상기 질화 실리콘막의 두께보다 큰, 반도체 장치 및 그 제조방법.
As a semiconductor device,
gate electrode;
An insulating surface on the gate electrode;
A first oxide film comprising indium, gallium and zinc, which is on the insulating surface and in contact with the insulating surface;
A second oxide film over the first oxide film and in contact with the first oxide film, the second oxide film containing indium, gallium and zinc;
A conductive film which is on the upper surface of the second oxide film and in contact with the upper surface of the second oxide film and in contact with the side surface of the first oxide film and the side surface of the second oxide film;
A silicon oxide film on the second oxide film and the conductive film; and
A silicon nitride film is included on the silicon oxide film and in contact with the silicon oxide film.
When viewed in cross-section, the length of the side surface of the first oxide film is greater than the length of the side surface of the second oxide film,
A semiconductor device and a method for manufacturing the same, wherein the thickness of the silicon oxide film is greater than the thickness of the silicon nitride film.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 산화물막은 결정질인, 반도체 장치.
In any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device, wherein the first oxide film is crystalline.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 산화물막의 테이퍼각은 상기 제 1 산화물막의 테이퍼각보다 큰, 반도체 장치 및 그 제조방법.
In any one of claims 1 to 3,
A semiconductor device and a method for manufacturing the same, wherein the taper angle of the second oxide film is larger than the taper angle of the first oxide film.
KR1020230058647A 2023-05-04 Semiconductor devices and their manufacturing methods KR20240161471A (en)

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KR20240161471A true KR20240161471A (en) 2024-11-12

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