携帯電子機器
【課題】電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても動作可能な携帯電子機器を提供する。
【解決手段】携帯電子機器は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、不揮発性半導体記憶装置を有する信号処理部と、を有する。携帯電子機器において、充電池に蓄えられた電力は、前記反射型液晶ディスプレイ及び前記信号処理部に用いられる。
【解決手段】携帯電子機器は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、不揮発性半導体記憶装置を有する信号処理部と、を有する。携帯電子機器において、充電池に蓄えられた電力は、前記反射型液晶ディスプレイ及び前記信号処理部に用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、非接触充電方式の携帯電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイに電子化された書籍データを表示し、読書を可能とする電子書籍装置などの携帯電子機器が普及しつつある。このような機器は、持ち歩いて使用することが想定されており、本体に内蔵された電池によって駆動できるように作られている。したがって、これらの機器は、外部の電源装置を用いて電力を供給することが適当である。
【０００３】
特許文献１では、ＡＣアダプタを用いて電源を供給する電子書籍装置が提案されている。
【０００４】
特許文献２では、表示部と、外部より操作入力を行うためのコンソール部と、無線信号の送受信をするためのアンテナ部と、コンソール部で入力された信号およびアンテナ部で送受信するための信号を制御するためのコントローラ部と、アンテナ部で受信した無線信号を電力に変換し表示部を駆動するための電力として保持するバッテリー部とを有する表示装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７８７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＡＣアダプタから電源を供給するためには、携帯電子機器側に金属端子などの接点を設ける必要がある。そのため、接点の耐久性が要求される。また、接触不良、または短絡若しくは水分などによる漏電の発生に対する対策が必要である。
【０００７】
また、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても携帯電子機器の動作を可能とするためには、携帯電子機器の消費電力の低減が必要である。
【０００８】
本発明の一態様では、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても動作可能な携帯電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、不揮発性半導体記憶装置を有する信号処理部と、を有することを特徴とする携帯電子機器である。
【００１０】
または、本発明の一態様は、第１の酸化物半導体を用いた第１のトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、不揮発性半導体記憶装置と、を有し、不揮発性半導体記憶装置は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、容量素子と、を有し、第２のトランジスタは、第１の端子が第１の配線と電気的に接続され、第２の端子が第２の配線と電気的に接続され、ゲートが第３のトランジスタの第１の端子および容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第３のトランジスタは、第２の端子が第３の配線と電気的に接続され、ゲートが第４の配線と電気的に接続され、容量素子は、他方の電極が第５の配線と電気的に接続されていることを特徴とする携帯電子機器である。
【００１１】
第３のトランジスタは、第２の酸化物半導体を用いたトランジスタであってもよい。第２の酸化物半導体は第１の酸化物半導体と同じでもよいし、異なってもよい。
【００１２】
充電池に蓄えられた電力は、反射型液晶ディスプレイ及び信号処理部に用いられてもよい。
【００１３】
電源部は、太陽電池を有していてもよい。
【００１４】
酸化物半導体は真性または実質的に真性であり、トランジスタの単位チャネル幅あたりのオフ電流が室温において１００ａＡ／μｍ以下（ａは１０−１８を表す）、好ましくは１ａＡ／μｍ以下、さらに好ましくは１ｚＡ／μｍ以下（ｚは１０−２１を表す）であることを特徴とする。なお、本明細書において、「真性」とは、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３未満である半導体の状態を指し、「実質的に真性」とは、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３以上１×１０１４／ｃｍ３未満である半導体の状態を指すものとする。
【発明の効果】
【００１５】
非接触による充電が可能であるため、携帯電子機器側に金属端子などの接点を設ける必要がない。また、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても動作可能な携帯電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】携帯電子機器のブロック図
【図２】携帯電子機器と充電器の構成例を示す図
【図３】不揮発性半導体記憶装置の回路構成の一例を示す図
【図４】液晶表示装置の表示パネルの一例を示す概略図及び表示パネルの駆動方法の一例を示す図
【図５】携帯電子機器のブロック図
【図６】アンテナと太陽電池と充電池の接続関係を示す図
【図７】携帯電子機器の構成例を示す図
【図８】トランジスタの構造の一例を示す図
【図９】トランジスタの作製方法の一例を示す図
【図１０】トランジスタの電気特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、開示される発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。ただし、発明は以下の説明に限定されず、その発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく、その態様および詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、図１〜図４（Ｃ）を参照して、本実施の形態に係る携帯電子機器のハードウェアの構成について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る携帯電子機器のブロック図である。携帯電子機器１は、ディスプレイ１０、電源部２０および信号処理部３０から構成されている。なお、以下では携帯電子機器１を電子書籍装置（「電子書籍端末装置」、ともいう）に具現化した例を掲げて説明する。
【００２０】
（電源部２０）
電源部２０は、アンテナ２１、整流回路２２、充電池２３およびＤＣ−ＤＣコンバータ２４を備えている。
【００２１】
（アンテナ２１）
アンテナ２１は、非接触充電のための受電コイルである。
【００２２】
また、図２は、携帯電子機器と充電器の構成例である。図２に示すように、携帯電子機器１はアンテナ２１、充電器４０は送電コイル４１を、それぞれ搭載している。非接触充電は、両者の間に、金属端子を介さずに、コイル間の電磁誘導で電力を非接触で伝送して行う。
【００２３】
非接触充電は、携帯電子機器１と充電器４０との間で、充電用の金属端子などの接点を必要としない。そのため、接点の接触不良が生じることがなく、または短絡若しくは水分などによる漏電などが発生しにくい。
【００２４】
（整流回路２２）
アンテナ２１で受電された電力は、整流回路２２により整流され、充電池２３に充電される。
【００２５】
（充電池２３）
充電池２３は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として繰り返し使用することが可能な蓄電手段である。充電池２３として、例えばリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどを適用できる。また、充電池２３には、過充電および過放電を防止する制御回路が含まれている。
【００２６】
（ＤＣ−ＤＣコンバータ２４）
充電池２３に蓄えられた電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を介して、ディスプレイ１０や信号処理部３０に送られ、これらの電源として使用される。
【００２７】
（信号処理部３０）
信号処理部３０は、アンテナ３１、ダウンコンバータ３２、信号処理回路３３、ＮＶＭ３４（ＮｏｎＶｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ；不揮発性メモリ）およびディスプレイコントローラ３５を備えている。
【００２８】
（アンテナ３１）
アンテナ３１は、携帯電子機器１のユーザが選択した電子化された書籍データ（以下、「電子書籍データ」という）のダウンロード開始要求をサーバへ送信し、要求に応じてサーバから送信された電子書籍データを受信する。
【００２９】
（ダウンコンバータ３２、信号処理回路３３）
アンテナ３１が受信した電子書籍データは、ダウンコンバータ３２によりダウンコンバートされてベースバンド信号へと変換される。ベースバンド信号は信号処理回路３３で処理される。
【００３０】
（ＮＶＭ３４）
アンテナ３１が受信した電子書籍データはディスプレイの１画面分の情報より多いため、その受信したデータはＮＶＭ３４に格納される。
【００３１】
ここで、図３を参照して、ＮＶＭ３４に適用可能な不揮発性半導体記憶装置の回路構成の一例について説明する。
【００３２】
図３に示す不揮発性半導体記憶装置は、トランジスタ７１、トランジスタ７２および容量素子７３により構成されている。
【００３３】
トランジスタ７１には、酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタが適している。酸化物半導体以外の材料としては、例えば、単結晶シリコンや結晶性シリコンなどが挙げられる。酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタは、高速動作が可能であるため、不揮発性半導体記憶装置からの高速なデータ読み出し動作が可能となる。
【００３４】
一方、トランジスタ７２には、酸化物半導体を用いたトランジスタが適している。酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が極めて小さいという特徴を有している。そのため、不揮発性半導体記憶装置に格納されたデータを長時間にわたって保持することが可能となる。したがって、リフレッシュ動作が不要あるいは低頻度となり、不揮発性半導体記憶装置の消費電力を低くすることができる。
【００３５】
トランジスタ７１は、ゲートがトランジスタ７２のソースまたはドレインの一方と、ソースが配線５０（ソース線）と、ドレインが配線５１（ビット線）と、それぞれ接続されている。また、トランジスタ７２は、ソースまたはドレインの他方が配線５２（第１の信号線）と、ゲートが配線５３（第２の信号線）と、それぞれ接続されている。そして、容量素子７３の電極の一方がトランジスタ７１のゲートおよびトランジスタ７２のソースまたはドレインの一方と、他方が配線５４（ワード線）と、それぞれ接続されている。
【００３６】
続いて、図３に示す不揮発性半導体記憶装置へのデータ書き込み動作について説明する。
【００３７】
まず、配線５３に接続されたトランジスタ７２のゲートに電圧を印加し、トランジスタ７２を導通状態とする。その結果、配線５２とトランジスタ７１は導通し、トランジスタ７１のゲートおよび容量素子７３に電圧が印加されることにより、データ書き込みがなされる。
【００３８】
その後、トランジスタ７２を非導通状態とすることにより、トランジスタ７１のゲートに印加されていた電圧は保持され、データの格納がなされる。このとき、トランジスタ７１を導通状態とする電圧がゲートに印加されていれば、トランジスタ７１の導通状態が長時間にわたって保持される。一方、トランジスタ７１を非導通状態とする電圧がゲートに印加されていれば、トランジスタ７１の非導通状態が長時間にわたって保持される。
【００３９】
次に、図３に示す不揮発性半導体記憶装置からのデータ読み出し動作について説明する。
【００４０】
トランジスタ７１の導通状態または非導通状態が保持されている場合において、配線５０に定電圧を印加し、かつ、配線５４に読み出し電圧を印加する。その結果、トランジスタ７１が導通状態である場合は、配線５１の電圧が変化する。一方、トランジスタ７１が非導通状態である場合には、配線５１の電圧は変化しない。したがって、配線５０と配線５１との電圧を比較することにより、この不揮発性半導体記憶装置に格納されているデータを読み出すことができる。
【００４１】
図３に示す不揮発性半導体記憶装置へのデータ書き換え動作は、データ書き込み動作と同様である。
【００４２】
（ディスプレイコントローラ３５）
ディスプレイコントローラ３５は、ディスプレイ１０で表示する内容のデータを伝送する。
【００４３】
電子書籍データは、その大半が静止画であるため、データの書き換え速度はあまり必要とされない。したがって、ダウンコンバータ３２、信号処理回路３３、ＮＶＭ３４およびディスプレイコントローラ３５の高速動作は要求されない。そのため、これらの回路は、低電圧駆動が可能である。よって、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても、携帯電子機器１の動作が可能である。
【００４４】
（ディスプレイ１０）
ディスプレイ１０は、電子書籍データの内容を表示する。ここで、ディスプレイ１０として、反射型液晶ディスプレイや電気泳動ディスプレイなどの自ら発光しないディスプレイを用いることにより、ディスプレイ１０による消費電力を１０ｍＷ以下に設定することが可能となる。したがって、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても、携帯電子機器１の動作が可能である。
【００４５】
ここで、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、ディスプレイに適用可能な回路構成の一例について説明する。
【００４６】
図４（Ａ）は、液晶表示装置の表示パネルの一例を示す概略図である。この表示パネル６０は、画素部６１、ゲート信号線６２、ゲート信号線駆動回路６２Ｄ、データ信号線６３、データ信号線駆動回路６３Ｄ、画素６４、コモン電極６５、容量線６６および端子部６７を備えている。
【００４７】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した画素６４を抜き出して示した図である。この画素６４は、酸化物半導体を用いたトランジスタ７５、液晶素子７６および保持容量７７を備えている。
【００４８】
続いて、図４（Ｃ）を参照して、表示パネルの駆動方法の一例について説明する。
【００４９】
まず、画像信号ＢＫ／Ｗを画素に書き込むために、トランジスタ７５を導通状態として、画像信号に基づく電圧を液晶素子７６の画素電極に供給する期間Ｔ１（以下、「書き込み期間Ｔ１」と記す）を設ける。書き込み期間Ｔ１において、駆動回路制御信号がディスプレイ１０の駆動回路およびディスプレイコントローラ３５に供給されるため、これらの回路は動作している。
【００５０】
書き込み期間Ｔ１を経て、液晶素子７６の画素電極には、電圧Ｖｐｉｘが発生する。その後、トランジスタ７５を非導通状態とすることにより、液晶素子７６の画素電極には電圧Ｖｐｉｘが保持される。
【００５１】
続く液晶素子７６の画素電極に電圧Ｖｐｉｘが保持される期間Ｔ２（以下、「保持期間Ｔ２」と記す）において、画像信号ＢＫ／Ｗの書き込みはなされない。また、駆動回路制御信号はディスプレイ１０の駆動回路およびディスプレイコントローラ３５に供給されず、これらの回路は非動作となる。
【００５２】
保持期間Ｔ２の長さは、トランジスタ７５のオフ電流Ｉ７５および液晶素子７６を流れる電流Ｉ７６により変動する。これらの電流の変動に起因する画面のちらつきを防止するために、定期的に画面を書き換えるリフレッシュ動作が必要となる。
【００５３】
ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタ７５のオフ電流Ｉ７５は極めて小さい。したがって、保持期間Ｔ２は、液晶素子７６を流れる電流Ｉ７６のみに寄与する。そのため、通常１秒間に６０回行われる画面の書き換えを、その１／１０００程度の回数とすることが可能となる。
【００５４】
先述のとおり、保持期間Ｔ２中は、ディスプレイ１０の駆動回路およびディスプレイコントローラ３５の動作を停止することができる。そのため、ディスプレイ１０およびディスプレイコントローラ３５による消費電力も、１／１０００程度に低減することが可能となる。
【００５５】
次に、トランジスタに用いる酸化物半導体について説明する。
【００５６】
トランジスタに用いる酸化物半導体は、ドナーの原因である水素、水分、水酸基または水酸化物（水素化合物ともいう）などの不純物を意図的に排除したのち、これらの不純物の排除工程において同時に減少してしまう酸素を供給することで、高純度化および電気的にｉ型（真性）化されている。これは、トランジスタの電気的特性の変動を抑制するためである。
【００５７】
酸化物半導体に含まれる水素を極力除去することで、酸化物半導体中のキャリア密度は、１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、より好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満となる。
【００５８】
ワイドギャップ半導体である酸化物半導体は、少数キャリア密度が低く、また、少数キャリアが誘起されにくい。そのため、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいては、トンネル電流が発生し難く、ひいては、オフ電流が流れ難い。
【００５９】
また、ワイドギャップ半導体である酸化物半導体を用いたトランジスタにおいては、衝突イオン化ならびにアバランシェ降伏が起きにくい。したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタは、ホットキャリア劣化に対して耐性がある。ホットキャリア劣化の主な要因は、アバランシェ降伏によってキャリアが増大し、高速に加速されたキャリアがゲート絶縁膜へ注入されることである。
【００６０】
なお、本明細書においてオフ電流とは、室温において、−２０Ｖ以上−５Ｖ以下の範囲で任意のゲート電圧を印加したときに、しきい値電圧Ｖｔｈが正であるｎチャネル型トランジスタのソース−ドレイン間を流れる電流を指す。なお、室温とは、１５℃以上２５℃以下の温度を指す。
【００６１】
本明細書に開示する酸化物半導体を用いたトランジスタは、室温において、チャネル幅１μｍあたりの電流値が、１００ａＡ／μｍ以下、好ましくは１ａＡ／μｍ以下、さらに好ましくは１０ｚＡ／μｍ以下である。
【００６２】
先述のとおり、高純度化および電気的にｉ型（真性）化された酸化物半導体を用いることにより、オフ電流値が極めて小さいトランジスタを提供できる。以下、評価用素子（ＴＥＧとも呼ぶ）を作製し、得られたオフ電流特性の測定結果について説明する。
【００６３】
作製したＴＥＧには、Ｌ／Ｗ＝３μｍ／５０μｍ（膜厚ｄは３０ｎｍ）のトランジスタを２００個並列に接続することにより、Ｌ／Ｗ＝３μｍ／１００００μｍのトランジスタを設けた。なお、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長を示す。
【００６４】
図１０は、ＴＥＧに設けたトランジスタの電気特性（ｌｏｇ（Ｉｄ）−Ｖｇ）を示すグラフである。図１０において、横軸はゲート電圧Ｖｇ［Ｖ］を表し、縦軸はドレイン電流Ｉｄ［Ａ］を表している。なお、基板温度は室温であり、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄは１Ｖ（グラフは破線）または１０Ｖ（グラフは実線）のいずれかである。このとき、ソース−ゲート間電圧Ｖｇを−２０Ｖ〜＋２０Ｖまで変化させ、ドレイン電流Ｉｄの変化特性を測定した。
【００６５】
図１０に示すように、チャネル幅Ｗが１００００μｍのトランジスタは、Ｖｄが１Ｖおよび１０Ｖのいずれにおいても、オフ電流は１×１０−１３Ａ以下となっている。これは、測定機（半導体パラメータ・アナライザ、Ａｇｉｌｅｎｔ ４１５６Ｃ；Ａｇｉｌｅｎｔ社製）の分解能（１００ｆＡ）以下である。このオフ電流値は、チャネル幅１μｍあたりに換算すると、１０ａＡ／μｍに相当する。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図５〜図７を参照して、実施の形態１に係る携帯電子機器のハードウェアの構成とは異なる携帯電子機器のハードウェアの構成について説明する。
【００６７】
図５は、本実施の形態に係る携帯電子機器のブロック図である。携帯電子機器２は、図１に示す携帯電子機器１の電源部２０に太陽電池２５を加えた構成である。太陽電池２５を備える構成とすることで、携帯電子機器２が、太陽光または照明光にさらされる場合に、太陽電池２５によって充電池２３を充電することができる。
【００６８】
また、図６にアンテナと太陽電池と充電池の接続関係を示す。アンテナ２１と充電池２３との間、および太陽電池２５と充電池２３との間にはそれぞれ、逆流防止ダイオードが設けられている。
【００６９】
太陽電池を備える携帯電子機器の構成例を、図７を参照して説明する。
【００７０】
図７に示す携帯電子機器２は、開いた状態でディスプレイ１０に電子書籍データが表示される構造である。したがって、太陽電池２５もまた、携帯電子機器２を開いた状態で外面に露出するように設ければ、ディスプレイ１０に電子書籍データを表示させつつ、太陽電池２５による充電を行うことが可能となる。
【００７１】
特に、ディスプレイ１０として、反射型液晶ディスプレイや電気泳動ディスプレイなどの自ら発光しないディスプレイを用いている場合の使用環境は、太陽電池２５による充電が可能であるため適している。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図８（Ａ）〜図９（Ｅ）を参照して、真性または実質的に真性な酸化物半導体を用いたトランジスタの構造の一例およびその作製方法の一例について説明する。
【００７３】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、トランジスタの平面および断面構造の一例を示す図である。図８（Ａ）は、トップゲート構造のトランジスタの平面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中、直線Ｃ１−Ｃ２で示す部位の断面図である。
【００７４】
トランジスタ４１０は、基板４００上に、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、第１の電極４１５ａ、第２の電極４１５ｂ、ゲート絶縁層４０２およびゲート電極４１１を有している。そして、第１の電極４１５ａには配線層４１４ａ、第２の電極４１５ｂには配線層４１４ｂがそれぞれ接している。
【００７５】
なお、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すトランジスタ４１０はシングルゲート構造のトランジスタであるが、トランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、マルチゲート構造のトランジスタを適用してもよい。
【００７６】
次に、図９（Ａ）〜図９（Ｅ）を参照して、トランジスタ４１０を作製する工程について説明する。
【００７７】
まず、基板４００上に下地膜となる絶縁層４０７を形成する。絶縁層４０７は、処理室内の残留水分を除去しつつ成膜するとよい。絶縁層４０７に水素、水、水酸基または水酸化物などが含まれないようにするためである。
【００７８】
次に、絶縁層４０７上に、酸化物半導体層をスパッタリング法により成膜する。なお、酸化物半導体層の成膜前に、絶縁層４０７が形成された基板４００を予備加熱するとよい。酸化物半導体層に、水素、水分および水酸基が極力含まれないようにするためである。予備加熱により、基板４００に吸着した水素、水分などの不純物は脱離し、排気される。
【００７９】
酸化物半導体層を成膜するためのターゲットとしては、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。例えば、組成比が、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１、すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５のターゲットを用いることができる。これ以外にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２の組成比を有するターゲットを用いることもできる。
【００８０】
その他、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などの金属酸化物のターゲットを用いることができる。
【００８１】
また、酸化物半導体層として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される酸化物半導体を有する薄膜を用いることもできる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた１つまたは複数の金属元素である。例えば、Ｍとして、Ｇａ、ＧａおよびＡｌ、ＧａおよびＭｎ、もしくはＧａおよびＣｏが挙げられる。
【００８２】
成膜した酸化物半導体層は、第１のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層４１２に加工される（図９（Ａ）参照）。その後、酸化物半導体層４１２から水素、水、および水酸基などを除去するために、酸化物半導体層４１２が形成された基板４００を電気炉に導入し、加熱処理する。この加熱処理は、酸化物半導体層４１２に対する脱水化または脱水素化の効果を奏する。
【００８３】
この加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。また、この加熱処理の雰囲気は、水、水素などが含まれないようにする。
【００８４】
この加熱処理の後、連続して酸素雰囲気または窒素および酸素を含む雰囲気（例えば、窒素：酸素の体積比＝４：１）で加熱処理するとよい。酸化物半導体層４１２中に生じた酸素欠損を修復するためである。
【００８５】
図９（Ｂ）に、絶縁層４０７および酸化物半導体層４１２上に、第１の電極４１５ａおよび第２の電極４１５ｂを形成した状態を示す。第１の電極４１５ａは、ソース電極およびドレイン電極の一方として機能する。第２の電極４１５ｂは、ソース電極およびドレイン電極の他方として機能する。
【００８６】
図９（Ｃ）に、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、第１の電極４１５ａおよび第２の電極４１５ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成した状態を示す。なお、ゲート絶縁層４０２の成膜雰囲気には、水素が含まれないようにするとよい。
【００８７】
図９（Ｄ）に、ゲート絶縁層４０２の一部を除去することにより、第１の電極４１５ａに達する開口４２１ａ、および第２の電極４１５ｂに達する開口４２１ｂをそれぞれ形成した状態を示す。
【００８８】
図９（Ｅ）に、ゲート絶縁層４０２、開口４２１ａ、および開口４２１ｂ上に、ゲート電極４１１、第１の配線層４１４ａおよび第２の配線層４１４ｂを形成した状態を示す。
【００８９】
以上のように、真性または実質的に真性な酸化物半導体を用いたトランジスタを作製することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 携帯電子機器
２ 携帯電子機器
１０ ディスプレイ
２０ 電源部
２１ アンテナ
２２ 整流回路
２３ 充電池
２４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２５ 太陽電池
３０ 信号処理部
３１ アンテナ
３２ ダウンコンバータ
３３ 信号処理回路
３４ ＮＶＭ
３５ ディスプレイコントローラ
４０ 充電器
４１ 送電コイル
５０ 配線
５１ 配線
５２ 配線
５３ 配線
５４ 配線
６０ 表示パネル
６１ 画素部
６２ ゲート信号線
６２Ｄ ゲート信号線駆動回路
６３ データ信号線
６３Ｄ データ信号線駆動回路
６４ 画素
６５ コモン電極
６６ 容量線
６７ 端子部
７１ トランジスタ
７２ トランジスタ
７３ 容量素子
７５ トランジスタ
７６ 液晶素子
７７ 保持容量
４００ 基板
４０２ ゲート絶縁層
４０７ 絶縁層
４１０ トランジスタ
４１１ ゲート電極
４１２ 酸化物半導体層
４１４ａ 配線層
４１４ｂ 配線層
４１５ａ 電極
４１５ｂ 電極
４２１ａ 開口
４２１ｂ 開口
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、非接触充電方式の携帯電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスプレイに電子化された書籍データを表示し、読書を可能とする電子書籍装置などの携帯電子機器が普及しつつある。このような機器は、持ち歩いて使用することが想定されており、本体に内蔵された電池によって駆動できるように作られている。したがって、これらの機器は、外部の電源装置を用いて電力を供給することが適当である。
【０００３】
特許文献１では、ＡＣアダプタを用いて電源を供給する電子書籍装置が提案されている。
【０００４】
特許文献２では、表示部と、外部より操作入力を行うためのコンソール部と、無線信号の送受信をするためのアンテナ部と、コンソール部で入力された信号およびアンテナ部で送受信するための信号を制御するためのコントローラ部と、アンテナ部で受信した無線信号を電力に変換し表示部を駆動するための電力として保持するバッテリー部とを有する表示装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４７８７１号公報
【特許文献２】特開２００８−１８１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＡＣアダプタから電源を供給するためには、携帯電子機器側に金属端子などの接点を設ける必要がある。そのため、接点の耐久性が要求される。また、接触不良、または短絡若しくは水分などによる漏電の発生に対する対策が必要である。
【０００７】
また、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても携帯電子機器の動作を可能とするためには、携帯電子機器の消費電力の低減が必要である。
【０００８】
本発明の一態様では、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても動作可能な携帯電子機器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、不揮発性半導体記憶装置を有する信号処理部と、を有することを特徴とする携帯電子機器である。
【００１０】
または、本発明の一態様は、第１の酸化物半導体を用いた第１のトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、不揮発性半導体記憶装置と、を有し、不揮発性半導体記憶装置は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、容量素子と、を有し、第２のトランジスタは、第１の端子が第１の配線と電気的に接続され、第２の端子が第２の配線と電気的に接続され、ゲートが第３のトランジスタの第１の端子および容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第３のトランジスタは、第２の端子が第３の配線と電気的に接続され、ゲートが第４の配線と電気的に接続され、容量素子は、他方の電極が第５の配線と電気的に接続されていることを特徴とする携帯電子機器である。
【００１１】
第３のトランジスタは、第２の酸化物半導体を用いたトランジスタであってもよい。第２の酸化物半導体は第１の酸化物半導体と同じでもよいし、異なってもよい。
【００１２】
充電池に蓄えられた電力は、反射型液晶ディスプレイ及び信号処理部に用いられてもよい。
【００１３】
電源部は、太陽電池を有していてもよい。
【００１４】
酸化物半導体は真性または実質的に真性であり、トランジスタの単位チャネル幅あたりのオフ電流が室温において１００ａＡ／μｍ以下（ａは１０−１８を表す）、好ましくは１ａＡ／μｍ以下、さらに好ましくは１ｚＡ／μｍ以下（ｚは１０−２１を表す）であることを特徴とする。なお、本明細書において、「真性」とは、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３未満である半導体の状態を指し、「実質的に真性」とは、キャリア濃度が１×１０１２／ｃｍ３以上１×１０１４／ｃｍ３未満である半導体の状態を指すものとする。
【発明の効果】
【００１５】
非接触による充電が可能であるため、携帯電子機器側に金属端子などの接点を設ける必要がない。また、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても動作可能な携帯電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】携帯電子機器のブロック図
【図２】携帯電子機器と充電器の構成例を示す図
【図３】不揮発性半導体記憶装置の回路構成の一例を示す図
【図４】液晶表示装置の表示パネルの一例を示す概略図及び表示パネルの駆動方法の一例を示す図
【図５】携帯電子機器のブロック図
【図６】アンテナと太陽電池と充電池の接続関係を示す図
【図７】携帯電子機器の構成例を示す図
【図８】トランジスタの構造の一例を示す図
【図９】トランジスタの作製方法の一例を示す図
【図１０】トランジスタの電気特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、開示される発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。ただし、発明は以下の説明に限定されず、その発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく、その態様および詳細をさまざまに変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、図１〜図４（Ｃ）を参照して、本実施の形態に係る携帯電子機器のハードウェアの構成について説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態に係る携帯電子機器のブロック図である。携帯電子機器１は、ディスプレイ１０、電源部２０および信号処理部３０から構成されている。なお、以下では携帯電子機器１を電子書籍装置（「電子書籍端末装置」、ともいう）に具現化した例を掲げて説明する。
【００２０】
（電源部２０）
電源部２０は、アンテナ２１、整流回路２２、充電池２３およびＤＣ−ＤＣコンバータ２４を備えている。
【００２１】
（アンテナ２１）
アンテナ２１は、非接触充電のための受電コイルである。
【００２２】
また、図２は、携帯電子機器と充電器の構成例である。図２に示すように、携帯電子機器１はアンテナ２１、充電器４０は送電コイル４１を、それぞれ搭載している。非接触充電は、両者の間に、金属端子を介さずに、コイル間の電磁誘導で電力を非接触で伝送して行う。
【００２３】
非接触充電は、携帯電子機器１と充電器４０との間で、充電用の金属端子などの接点を必要としない。そのため、接点の接触不良が生じることがなく、または短絡若しくは水分などによる漏電などが発生しにくい。
【００２４】
（整流回路２２）
アンテナ２１で受電された電力は、整流回路２２により整流され、充電池２３に充電される。
【００２５】
（充電池２３）
充電池２３は、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として繰り返し使用することが可能な蓄電手段である。充電池２３として、例えばリチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタなどを適用できる。また、充電池２３には、過充電および過放電を防止する制御回路が含まれている。
【００２６】
（ＤＣ−ＤＣコンバータ２４）
充電池２３に蓄えられた電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２４を介して、ディスプレイ１０や信号処理部３０に送られ、これらの電源として使用される。
【００２７】
（信号処理部３０）
信号処理部３０は、アンテナ３１、ダウンコンバータ３２、信号処理回路３３、ＮＶＭ３４（ＮｏｎＶｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ；不揮発性メモリ）およびディスプレイコントローラ３５を備えている。
【００２８】
（アンテナ３１）
アンテナ３１は、携帯電子機器１のユーザが選択した電子化された書籍データ（以下、「電子書籍データ」という）のダウンロード開始要求をサーバへ送信し、要求に応じてサーバから送信された電子書籍データを受信する。
【００２９】
（ダウンコンバータ３２、信号処理回路３３）
アンテナ３１が受信した電子書籍データは、ダウンコンバータ３２によりダウンコンバートされてベースバンド信号へと変換される。ベースバンド信号は信号処理回路３３で処理される。
【００３０】
（ＮＶＭ３４）
アンテナ３１が受信した電子書籍データはディスプレイの１画面分の情報より多いため、その受信したデータはＮＶＭ３４に格納される。
【００３１】
ここで、図３を参照して、ＮＶＭ３４に適用可能な不揮発性半導体記憶装置の回路構成の一例について説明する。
【００３２】
図３に示す不揮発性半導体記憶装置は、トランジスタ７１、トランジスタ７２および容量素子７３により構成されている。
【００３３】
トランジスタ７１には、酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタが適している。酸化物半導体以外の材料としては、例えば、単結晶シリコンや結晶性シリコンなどが挙げられる。酸化物半導体以外の材料を用いたトランジスタは、高速動作が可能であるため、不揮発性半導体記憶装置からの高速なデータ読み出し動作が可能となる。
【００３４】
一方、トランジスタ７２には、酸化物半導体を用いたトランジスタが適している。酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が極めて小さいという特徴を有している。そのため、不揮発性半導体記憶装置に格納されたデータを長時間にわたって保持することが可能となる。したがって、リフレッシュ動作が不要あるいは低頻度となり、不揮発性半導体記憶装置の消費電力を低くすることができる。
【００３５】
トランジスタ７１は、ゲートがトランジスタ７２のソースまたはドレインの一方と、ソースが配線５０（ソース線）と、ドレインが配線５１（ビット線）と、それぞれ接続されている。また、トランジスタ７２は、ソースまたはドレインの他方が配線５２（第１の信号線）と、ゲートが配線５３（第２の信号線）と、それぞれ接続されている。そして、容量素子７３の電極の一方がトランジスタ７１のゲートおよびトランジスタ７２のソースまたはドレインの一方と、他方が配線５４（ワード線）と、それぞれ接続されている。
【００３６】
続いて、図３に示す不揮発性半導体記憶装置へのデータ書き込み動作について説明する。
【００３７】
まず、配線５３に接続されたトランジスタ７２のゲートに電圧を印加し、トランジスタ７２を導通状態とする。その結果、配線５２とトランジスタ７１は導通し、トランジスタ７１のゲートおよび容量素子７３に電圧が印加されることにより、データ書き込みがなされる。
【００３８】
その後、トランジスタ７２を非導通状態とすることにより、トランジスタ７１のゲートに印加されていた電圧は保持され、データの格納がなされる。このとき、トランジスタ７１を導通状態とする電圧がゲートに印加されていれば、トランジスタ７１の導通状態が長時間にわたって保持される。一方、トランジスタ７１を非導通状態とする電圧がゲートに印加されていれば、トランジスタ７１の非導通状態が長時間にわたって保持される。
【００３９】
次に、図３に示す不揮発性半導体記憶装置からのデータ読み出し動作について説明する。
【００４０】
トランジスタ７１の導通状態または非導通状態が保持されている場合において、配線５０に定電圧を印加し、かつ、配線５４に読み出し電圧を印加する。その結果、トランジスタ７１が導通状態である場合は、配線５１の電圧が変化する。一方、トランジスタ７１が非導通状態である場合には、配線５１の電圧は変化しない。したがって、配線５０と配線５１との電圧を比較することにより、この不揮発性半導体記憶装置に格納されているデータを読み出すことができる。
【００４１】
図３に示す不揮発性半導体記憶装置へのデータ書き換え動作は、データ書き込み動作と同様である。
【００４２】
（ディスプレイコントローラ３５）
ディスプレイコントローラ３５は、ディスプレイ１０で表示する内容のデータを伝送する。
【００４３】
電子書籍データは、その大半が静止画であるため、データの書き換え速度はあまり必要とされない。したがって、ダウンコンバータ３２、信号処理回路３３、ＮＶＭ３４およびディスプレイコントローラ３５の高速動作は要求されない。そのため、これらの回路は、低電圧駆動が可能である。よって、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても、携帯電子機器１の動作が可能である。
【００４４】
（ディスプレイ１０）
ディスプレイ１０は、電子書籍データの内容を表示する。ここで、ディスプレイ１０として、反射型液晶ディスプレイや電気泳動ディスプレイなどの自ら発光しないディスプレイを用いることにより、ディスプレイ１０による消費電力を１０ｍＷ以下に設定することが可能となる。したがって、電磁誘導方式の非接触充電により供給される電力が小さくても、携帯電子機器１の動作が可能である。
【００４５】
ここで、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、ディスプレイに適用可能な回路構成の一例について説明する。
【００４６】
図４（Ａ）は、液晶表示装置の表示パネルの一例を示す概略図である。この表示パネル６０は、画素部６１、ゲート信号線６２、ゲート信号線駆動回路６２Ｄ、データ信号線６３、データ信号線駆動回路６３Ｄ、画素６４、コモン電極６５、容量線６６および端子部６７を備えている。
【００４７】
図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示した画素６４を抜き出して示した図である。この画素６４は、酸化物半導体を用いたトランジスタ７５、液晶素子７６および保持容量７７を備えている。
【００４８】
続いて、図４（Ｃ）を参照して、表示パネルの駆動方法の一例について説明する。
【００４９】
まず、画像信号ＢＫ／Ｗを画素に書き込むために、トランジスタ７５を導通状態として、画像信号に基づく電圧を液晶素子７６の画素電極に供給する期間Ｔ１（以下、「書き込み期間Ｔ１」と記す）を設ける。書き込み期間Ｔ１において、駆動回路制御信号がディスプレイ１０の駆動回路およびディスプレイコントローラ３５に供給されるため、これらの回路は動作している。
【００５０】
書き込み期間Ｔ１を経て、液晶素子７６の画素電極には、電圧Ｖｐｉｘが発生する。その後、トランジスタ７５を非導通状態とすることにより、液晶素子７６の画素電極には電圧Ｖｐｉｘが保持される。
【００５１】
続く液晶素子７６の画素電極に電圧Ｖｐｉｘが保持される期間Ｔ２（以下、「保持期間Ｔ２」と記す）において、画像信号ＢＫ／Ｗの書き込みはなされない。また、駆動回路制御信号はディスプレイ１０の駆動回路およびディスプレイコントローラ３５に供給されず、これらの回路は非動作となる。
【００５２】
保持期間Ｔ２の長さは、トランジスタ７５のオフ電流Ｉ７５および液晶素子７６を流れる電流Ｉ７６により変動する。これらの電流の変動に起因する画面のちらつきを防止するために、定期的に画面を書き換えるリフレッシュ動作が必要となる。
【００５３】
ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタ７５のオフ電流Ｉ７５は極めて小さい。したがって、保持期間Ｔ２は、液晶素子７６を流れる電流Ｉ７６のみに寄与する。そのため、通常１秒間に６０回行われる画面の書き換えを、その１／１０００程度の回数とすることが可能となる。
【００５４】
先述のとおり、保持期間Ｔ２中は、ディスプレイ１０の駆動回路およびディスプレイコントローラ３５の動作を停止することができる。そのため、ディスプレイ１０およびディスプレイコントローラ３５による消費電力も、１／１０００程度に低減することが可能となる。
【００５５】
次に、トランジスタに用いる酸化物半導体について説明する。
【００５６】
トランジスタに用いる酸化物半導体は、ドナーの原因である水素、水分、水酸基または水酸化物（水素化合物ともいう）などの不純物を意図的に排除したのち、これらの不純物の排除工程において同時に減少してしまう酸素を供給することで、高純度化および電気的にｉ型（真性）化されている。これは、トランジスタの電気的特性の変動を抑制するためである。
【００５７】
酸化物半導体に含まれる水素を極力除去することで、酸化物半導体中のキャリア密度は、１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、より好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満となる。
【００５８】
ワイドギャップ半導体である酸化物半導体は、少数キャリア密度が低く、また、少数キャリアが誘起されにくい。そのため、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいては、トンネル電流が発生し難く、ひいては、オフ電流が流れ難い。
【００５９】
また、ワイドギャップ半導体である酸化物半導体を用いたトランジスタにおいては、衝突イオン化ならびにアバランシェ降伏が起きにくい。したがって、酸化物半導体を用いたトランジスタは、ホットキャリア劣化に対して耐性がある。ホットキャリア劣化の主な要因は、アバランシェ降伏によってキャリアが増大し、高速に加速されたキャリアがゲート絶縁膜へ注入されることである。
【００６０】
なお、本明細書においてオフ電流とは、室温において、−２０Ｖ以上−５Ｖ以下の範囲で任意のゲート電圧を印加したときに、しきい値電圧Ｖｔｈが正であるｎチャネル型トランジスタのソース−ドレイン間を流れる電流を指す。なお、室温とは、１５℃以上２５℃以下の温度を指す。
【００６１】
本明細書に開示する酸化物半導体を用いたトランジスタは、室温において、チャネル幅１μｍあたりの電流値が、１００ａＡ／μｍ以下、好ましくは１ａＡ／μｍ以下、さらに好ましくは１０ｚＡ／μｍ以下である。
【００６２】
先述のとおり、高純度化および電気的にｉ型（真性）化された酸化物半導体を用いることにより、オフ電流値が極めて小さいトランジスタを提供できる。以下、評価用素子（ＴＥＧとも呼ぶ）を作製し、得られたオフ電流特性の測定結果について説明する。
【００６３】
作製したＴＥＧには、Ｌ／Ｗ＝３μｍ／５０μｍ（膜厚ｄは３０ｎｍ）のトランジスタを２００個並列に接続することにより、Ｌ／Ｗ＝３μｍ／１００００μｍのトランジスタを設けた。なお、Ｗはチャネル幅、Ｌはチャネル長を示す。
【００６４】
図１０は、ＴＥＧに設けたトランジスタの電気特性（ｌｏｇ（Ｉｄ）−Ｖｇ）を示すグラフである。図１０において、横軸はゲート電圧Ｖｇ［Ｖ］を表し、縦軸はドレイン電流Ｉｄ［Ａ］を表している。なお、基板温度は室温であり、ソース−ドレイン間電圧Ｖｄは１Ｖ（グラフは破線）または１０Ｖ（グラフは実線）のいずれかである。このとき、ソース−ゲート間電圧Ｖｇを−２０Ｖ〜＋２０Ｖまで変化させ、ドレイン電流Ｉｄの変化特性を測定した。
【００６５】
図１０に示すように、チャネル幅Ｗが１００００μｍのトランジスタは、Ｖｄが１Ｖおよび１０Ｖのいずれにおいても、オフ電流は１×１０−１３Ａ以下となっている。これは、測定機（半導体パラメータ・アナライザ、Ａｇｉｌｅｎｔ ４１５６Ｃ；Ａｇｉｌｅｎｔ社製）の分解能（１００ｆＡ）以下である。このオフ電流値は、チャネル幅１μｍあたりに換算すると、１０ａＡ／μｍに相当する。
【００６６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、図５〜図７を参照して、実施の形態１に係る携帯電子機器のハードウェアの構成とは異なる携帯電子機器のハードウェアの構成について説明する。
【００６７】
図５は、本実施の形態に係る携帯電子機器のブロック図である。携帯電子機器２は、図１に示す携帯電子機器１の電源部２０に太陽電池２５を加えた構成である。太陽電池２５を備える構成とすることで、携帯電子機器２が、太陽光または照明光にさらされる場合に、太陽電池２５によって充電池２３を充電することができる。
【００６８】
また、図６にアンテナと太陽電池と充電池の接続関係を示す。アンテナ２１と充電池２３との間、および太陽電池２５と充電池２３との間にはそれぞれ、逆流防止ダイオードが設けられている。
【００６９】
太陽電池を備える携帯電子機器の構成例を、図７を参照して説明する。
【００７０】
図７に示す携帯電子機器２は、開いた状態でディスプレイ１０に電子書籍データが表示される構造である。したがって、太陽電池２５もまた、携帯電子機器２を開いた状態で外面に露出するように設ければ、ディスプレイ１０に電子書籍データを表示させつつ、太陽電池２５による充電を行うことが可能となる。
【００７１】
特に、ディスプレイ１０として、反射型液晶ディスプレイや電気泳動ディスプレイなどの自ら発光しないディスプレイを用いている場合の使用環境は、太陽電池２５による充電が可能であるため適している。
【００７２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、図８（Ａ）〜図９（Ｅ）を参照して、真性または実質的に真性な酸化物半導体を用いたトランジスタの構造の一例およびその作製方法の一例について説明する。
【００７３】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、トランジスタの平面および断面構造の一例を示す図である。図８（Ａ）は、トップゲート構造のトランジスタの平面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中、直線Ｃ１−Ｃ２で示す部位の断面図である。
【００７４】
トランジスタ４１０は、基板４００上に、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、第１の電極４１５ａ、第２の電極４１５ｂ、ゲート絶縁層４０２およびゲート電極４１１を有している。そして、第１の電極４１５ａには配線層４１４ａ、第２の電極４１５ｂには配線層４１４ｂがそれぞれ接している。
【００７５】
なお、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すトランジスタ４１０はシングルゲート構造のトランジスタであるが、トランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、マルチゲート構造のトランジスタを適用してもよい。
【００７６】
次に、図９（Ａ）〜図９（Ｅ）を参照して、トランジスタ４１０を作製する工程について説明する。
【００７７】
まず、基板４００上に下地膜となる絶縁層４０７を形成する。絶縁層４０７は、処理室内の残留水分を除去しつつ成膜するとよい。絶縁層４０７に水素、水、水酸基または水酸化物などが含まれないようにするためである。
【００７８】
次に、絶縁層４０７上に、酸化物半導体層をスパッタリング法により成膜する。なお、酸化物半導体層の成膜前に、絶縁層４０７が形成された基板４００を予備加熱するとよい。酸化物半導体層に、水素、水分および水酸基が極力含まれないようにするためである。予備加熱により、基板４００に吸着した水素、水分などの不純物は脱離し、排気される。
【００７９】
酸化物半導体層を成膜するためのターゲットとしては、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。例えば、組成比が、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１、すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５のターゲットを用いることができる。これ以外にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２の組成比を有するターゲットを用いることもできる。
【００８０】
その他、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物などの金属酸化物のターゲットを用いることができる。
【００８１】
また、酸化物半導体層として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される酸化物半導体を有する薄膜を用いることもできる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた１つまたは複数の金属元素である。例えば、Ｍとして、Ｇａ、ＧａおよびＡｌ、ＧａおよびＭｎ、もしくはＧａおよびＣｏが挙げられる。
【００８２】
成膜した酸化物半導体層は、第１のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層４１２に加工される（図９（Ａ）参照）。その後、酸化物半導体層４１２から水素、水、および水酸基などを除去するために、酸化物半導体層４１２が形成された基板４００を電気炉に導入し、加熱処理する。この加熱処理は、酸化物半導体層４１２に対する脱水化または脱水素化の効果を奏する。
【００８３】
この加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。また、この加熱処理の雰囲気は、水、水素などが含まれないようにする。
【００８４】
この加熱処理の後、連続して酸素雰囲気または窒素および酸素を含む雰囲気（例えば、窒素：酸素の体積比＝４：１）で加熱処理するとよい。酸化物半導体層４１２中に生じた酸素欠損を修復するためである。
【００８５】
図９（Ｂ）に、絶縁層４０７および酸化物半導体層４１２上に、第１の電極４１５ａおよび第２の電極４１５ｂを形成した状態を示す。第１の電極４１５ａは、ソース電極およびドレイン電極の一方として機能する。第２の電極４１５ｂは、ソース電極およびドレイン電極の他方として機能する。
【００８６】
図９（Ｃ）に、絶縁層４０７、酸化物半導体層４１２、第１の電極４１５ａおよび第２の電極４１５ｂ上にゲート絶縁層４０２を形成した状態を示す。なお、ゲート絶縁層４０２の成膜雰囲気には、水素が含まれないようにするとよい。
【００８７】
図９（Ｄ）に、ゲート絶縁層４０２の一部を除去することにより、第１の電極４１５ａに達する開口４２１ａ、および第２の電極４１５ｂに達する開口４２１ｂをそれぞれ形成した状態を示す。
【００８８】
図９（Ｅ）に、ゲート絶縁層４０２、開口４２１ａ、および開口４２１ｂ上に、ゲート電極４１１、第１の配線層４１４ａおよび第２の配線層４１４ｂを形成した状態を示す。
【００８９】
以上のように、真性または実質的に真性な酸化物半導体を用いたトランジスタを作製することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１ 携帯電子機器
２ 携帯電子機器
１０ ディスプレイ
２０ 電源部
２１ アンテナ
２２ 整流回路
２３ 充電池
２４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２５ 太陽電池
３０ 信号処理部
３１ アンテナ
３２ ダウンコンバータ
３３ 信号処理回路
３４ ＮＶＭ
３５ ディスプレイコントローラ
４０ 充電器
４１ 送電コイル
５０ 配線
５１ 配線
５２ 配線
５３ 配線
５４ 配線
６０ 表示パネル
６１ 画素部
６２ ゲート信号線
６２Ｄ ゲート信号線駆動回路
６３ データ信号線
６３Ｄ データ信号線駆動回路
６４ 画素
６５ コモン電極
６６ 容量線
６７ 端子部
７１ トランジスタ
７２ トランジスタ
７３ 容量素子
７５ トランジスタ
７６ 液晶素子
７７ 保持容量
４００ 基板
４０２ ゲート絶縁層
４０７ 絶縁層
４１０ トランジスタ
４１１ ゲート電極
４１２ 酸化物半導体層
４１４ａ 配線層
４１４ｂ 配線層
４１５ａ 電極
４１５ｂ 電極
４２１ａ 開口
４２１ｂ 開口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物半導体を用いたトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、
非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、
不揮発性半導体記憶装置を有する信号処理部と、を有することを特徴とする携帯電子機器。
【請求項２】
酸化物半導体を用いた第１のトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、
非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、
不揮発性半導体記憶装置と、を有し、
前記不揮発性半導体記憶装置は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第２のトランジスタは、第１の端子が第１の配線と電気的に接続され、第２の端子が第２の配線と電気的に接続され、ゲートが前記第３のトランジスタの第１の端子および前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタは、第２の端子が第３の配線と電気的に接続され、ゲートが第４の配線と電気的に接続され、
前記容量素子は、他方の電極が第５の配線と電気的に接続されていることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項３】
請求項２において、
前記第３のトランジスタは、酸化物半導体を用いたトランジスタであることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記充電池に蓄えられた電力は、前記反射型液晶ディスプレイ及び前記信号処理部に用いられることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記電源部は、太陽電池を有することを特徴とする携帯電子機器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、真性または実質的に真性であることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、オフ電流が１ａＡ／μｍ以下であることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項１】
酸化物半導体を用いたトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、
非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、
不揮発性半導体記憶装置を有する信号処理部と、を有することを特徴とする携帯電子機器。
【請求項２】
酸化物半導体を用いた第１のトランジスタを有する反射型液晶ディスプレイと、
非接触充電により充電可能な充電池を有する電源部と、
不揮発性半導体記憶装置と、を有し、
前記不揮発性半導体記憶装置は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第２のトランジスタは、第１の端子が第１の配線と電気的に接続され、第２の端子が第２の配線と電気的に接続され、ゲートが前記第３のトランジスタの第１の端子および前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタは、第２の端子が第３の配線と電気的に接続され、ゲートが第４の配線と電気的に接続され、
前記容量素子は、他方の電極が第５の配線と電気的に接続されていることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項３】
請求項２において、
前記第３のトランジスタは、酸化物半導体を用いたトランジスタであることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記充電池に蓄えられた電力は、前記反射型液晶ディスプレイ及び前記信号処理部に用いられることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記電源部は、太陽電池を有することを特徴とする携帯電子機器。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、真性または実質的に真性であることを特徴とする携帯電子機器。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記酸化物半導体は、オフ電流が１ａＡ／μｍ以下であることを特徴とする携帯電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１７０３４０（Ｐ２０１１−１７０３４０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８４６６（Ｐ２０１１−８４６６）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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