DE102013221370A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

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Junichi Koezuka
Yukinori SHIMA
Hajime Tokunaga
Toshinari Sasaki
Keisuke Murayama
Daisuke Matsubayashi
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Abstract

Defekte in einem Oxidhalbleiterfilm in einer Halbleitervorrichtung werden verringert. Die elektrischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, werden verbessert. Eine Halbleitervorrichtung beinhaltet: einen Transistor, der eine Gate-Elektrode, die über einem Substrat ausgebildet ist, einen Gate-Isolierfilm, der die Gate-Elektrode bedeckt, einen mehrschichtigen Film, der sich mit der Gate-Elektrode überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm dazwischen liegt, und ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film beinhaltet; einen ersten isolierenden Oxidfilm, der den Transistor bedeckt; und einen zweiten isolierenden Oxidfilm, der über dem ersten isolierenden Oxidfilm ausgebildet ist. Der mehrschichtige Film umfasst einen Oxidhalbleiterfilm und einen Oxidfilm, der In oder Ga enthält. Der erste isolierende Oxidfilm ist ein isolierender Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt. Der zweite isolierende Oxidfilm ist ein isolierender Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Prozess, eine Maschine, Herstellung oder eine Materialzusammensetzung. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung beispielsweise eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, ein Ansteuerverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung beispielsweise eine Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiter (oxide semiconductor) enthält, eine Anzeigevorrichtung, die einen Oxidhalbleiter enthält, oder eine Licht emittierende Vorrichtung, die einen Oxidhalbleiter enthält. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung beispielsweise eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Transistoren, die für die meisten Flachbildschirme, die typischerweise eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung sind, verwendet werden, werden unter Verwendung von Siliziumhalbleitern hergestellt, wie z. B. amorphem Silizium, Einkristallsilizium und polykristallinem Silizium, die über Glassubstraten bereitgestellt sind. Darüber hinaus werden Transistoren, die unter Verwendung solcher Siliziumhalbleiter hergestellt werden, für integrierte Schaltungen (integrated circuits, ICs) und dergleichen verwendet.
  • In den letzen Jahren hat eine Technik, bei der statt eines Siliziumhalbleiters ein Halbleitereigenschaften aufweisendes Metalloxid für Transistoren verwendet wird, Aufmerksamkeit erregt. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein Halbleitereigenschaften aufweisendes Metalloxid als Oxidhalbleiter bezeichnet wird.
  • Beispielsweise ist eine Technik offenbart, bei der ein Transistor unter Verwendung von Zinkoxid oder einem Oxid auf In-Ga-Zn-Basis als Oxidhalbleiter (oxide semiconductor) hergestellt wird und der Transistor als Schaltelement oder dergleichen eines Pixels einer Anzeigevorrichtung verwendet wird (siehe Patentdokumente 1 und 2).
  • [Referenz]
  • [Patentdokumente]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-123861
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-96055
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • In einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm verwendet, verursacht eine große Anzahl von Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm schlechte elektrische Eigenschaften des Transistors und eine Erhöhung des Betrags der Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors, typischerweise der Schwellenspannung, durch eine Veränderung über die Zeit oder einen Belastungstest (z. B. einen Vorspannungs-Temperatur-(bias-temperature, BT-)Belastungstest).
  • Daher ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Defekte in einem Oxidhalbleiterfilm einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, zu verringern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, elektrische Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, zu verbessern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, zu verbessern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit einem geringen Sperrstrom (off-state current) bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit niedrigem Leistungsverbrauch bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen, die weniger Überanstrengung der Augen verursacht, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die einen durchsichtigen Halbleiterfilm beinhaltet, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Halbleitervorrichtung oder dergleichen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit ausgezeichneten Eigenschaften bereitzustellen. Es sei angemerkt, dass die Beschreibungen dieser Aufgaben dem Vorhandensein anderer Aufgaben nicht im Wege stehen. Es sei angemerkt, dass es bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unnötig ist, alle Aufgaben zu erfüllen. Es sei angemerkt, dass andere Aufgaben aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich werden und dass andere Aufgaben von der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen abgeleitet werden können.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: einen Transistor, der eine Gate-Elektrode, die über einem Substrat ausgebildet ist, einen Gate-Isolierfilm, der die Gate-Elektrode bedeckt, einen mehrschichtigen Film, der sich mit der Gate-Elektrode überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm dazwischen liegt, und ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film beinhaltet; einen ersten isolierenden Oxidfilm, der den Transistor bedeckt; und einen zweiten isolierenden Oxidfilm, der über dem ersten isolierenden Oxidfilm ausgebildet ist. In der Halbleitervorrichtung umfasst der mehrschichtige Film einen Oxidhalbleiterfilm und einen Oxidfilm, der In oder Ga enthält, der erste isolierende Oxidfilm ist ein isolierender Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, der zweite isolierende Oxidfilm ist ein isolierender Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, und der Transistor weist Eigenschaften auf, bei denen sich die Schwellenspannung durch einen Vorspannungs-Temperatur-Belastungstest nicht verändert oder in positiver Richtung oder negativer Richtung verändert, wobei der Betrag der Veränderung in negativer Richtung oder positiver Richtung weniger als oder gleich 1,0 V, bevorzugt weniger als oder gleich 0,5 V ist.
  • Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise In oder Ga enthält.
  • Des Weiteren liegt die Energie des Minimums des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms näher dem Vakuumniveau als die Energie des Minimums des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms. Außerdem ist der Unterschied zwischen der Energie des Minimums des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms und der Energie des Minimums des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms bevorzugt größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV. Es sei angemerkt, dass ein Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Minimum des Leitungsbandes auch als Elektronenaffinität bezeichnet wird. Es ist also bevorzugt, dass die Elektronenaffinität des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms niedriger ist als die Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms und dass der Unterschied größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV ist.
  • Ferner ist bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm jeweils ein In-M-Zn-Oxid-(M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar)Film sind und dass der Anteil an M-Atomen in dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm höher ist als derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm.
  • Ferner ist bevorzugt, dass in dem mehrschichtigen Film ein Absorptionskoeffizient, der durch eine konstante Fotostrom-Methode (constant photocurrent method, CPM) abgeleitet wird, niedriger als 1 × 10–3/cm ist.
  • Ferner ist bevorzugt, dass die Siliziumkonzentration und die Kohlenstoffkonzentration zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm niedriger als 2 × 1018 Atome/cm3 sind.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer Gate-Elektrode und eines Gate-Isolierfilms; Ausbilden eines mehrschichtigen Films, der einen Oxidhalbleiterfilm und einen Oxidfilm, der In oder Ga enthält, umfasst, über dem Gate-Isolierfilm; Ausbilden eines Paars von Elektroden in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film; Ausbilden eines ersten isolierenden Oxidfilms über dem mehrschichtigen Film und dem Paar von Elektroden; und Ausbilden eines zweiten isolierenden Oxidfilms über dem ersten isolierenden Oxidfilm. Bei dem Verfahren wird ein Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer angeordnet ist, bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 400°C gehalten, der Druck in der Behandlungskammer wird mit Einbringen eines Quellengases in die Behandlungskammer auf höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa eingestellt, und eine Hochfrequenzleistung wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt, um den ersten isolierenden Oxidfilm auszubilden. Zusätzlich wird das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer angeordnet ist, bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 260°C gehalten, der Druck in der Behandlungskammer wird mit Einbringen eines Quellengases in die Behandlungskammer auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa eingestellt, und eine Hochfrequenzleistung von höher als oder gleich 0,17 W/cm2 und niedriger als oder gleich 0,5 W/cm2 wird der Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt, um den zweiten isolierenden Oxidfilm auszubilden.
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend können Defekte in einem Oxidhalbleiterfilm einer Halbleitervorrichtung, die den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, verringert werden. Des Weiteren können einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend die elektrischen Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, verbessert werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, verbessert werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit einem geringen Sperrstrom bereitgestellt werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit niedrigem Leistungsverbrauch bereitgestellt werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend eine Anzeigevorrichtung oder dergleichen, die weniger Überanstrengung der Augen verursacht, bereitgestellt werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die einen durchsichtigen Halbleiterfilm beinhaltet, bereitgestellt werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend eine neuartige Halbleitervorrichtung oder dergleichen bereitgestellt werden. Des Weiteren kann einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend eine Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit ausgezeichneten Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A bis 1D sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigen, und ein Graph, der Vg-Id-Eigenschaften des Transistors zeigt.
  • 2A bis 2C sind Diagramme, die die Bandstruktur eines Transistors zeigen.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigt.
  • 4A bis 4D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Transistors zeigen.
  • 5A bis 5C sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform eines Transistors zeigen.
  • 6A bis 6C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigen, und 6D und 6E sind Querschnittsansichten, die eine weitere Ausführungsform eines Transistors zeigen.
  • 7A und 7B sind Diagramme, die die Bandstruktur eines Transistors zeigen.
  • 8A bis 8C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigen.
  • 9A bis 9D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Transistors zeigen.
  • 10A bis 10C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigen.
  • 11A bis 11D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Transistors zeigen.
  • 12A bis 12C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigen.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Transistors zeigt.
  • 14A bis 14C sind Draufsichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigen.
  • 15A und 15B sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigen.
  • 16 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigt.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigt.
  • 18A und 18B sind Diagramme, die ein Beispiel für eine Verbindungsstruktur einer gemeinsamen Elektrode einer Anzeigevorrichtung und ein Beispiel für eine Verbindungsstruktur einer Leitung einer Anzeigevorrichtung zeigen.
  • 19 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigt.
  • 20 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigt.
  • 21A und 21B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung zeigen.
  • 22A bis 22C sind eine perspektivische Explosionsdarstellung und Draufsichten, die ein Beispiel für eine Struktur eines Berührungssensors zeigen.
  • 23A und 23B sind eine Querschnittsansicht und ein Schaltplan, die ein Beispiel für eine Struktur eines Berührungssensors zeigen.
  • 24 ist ein Blockschema, das ein Beispiel für eine Struktur einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt.
  • 25 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Ansteuern einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt.
  • 26A bis 26C sind Diagramme, die elektronische Geräte, die jeweils eine Halbleitervorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beinhalten, zeigen.
  • 27A bis 27C sind Diagramme, die ein elektronisches Gerät, das eine Halbleitervorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beinhaltet, zeigen.
  • 28A bis 28D sind Graphen, die die Vg-Id-Eigenschaften von Transistoren zeigen.
  • 29 ist ein Graph, der den Betrag der Veränderung der Schwellenspannung von Transistoren nach einem BT-Fotobelastungstest (BT phototress test) zeigt.
  • 30A bis 30D sind Graphen, die jeweils die Vg-Id-Eigenschaften vor und nach einem BT-Belastungstest zeigen.
  • 31 ist ein Graph, der den Betrag der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth) zeigt.
  • 32A und 32B sind Graphen, die jeweils den Betrag der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth) zeigen.
  • 33A bis 33C sind Graphen, die jeweils das Ergebnis einer TDS-Messung zeigen.
  • 34A und 34B sind Graphen, die jeweils das Ergebnis einer TDS-Messung zeigen.
  • 35 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer ESR-Messung zeigt.
  • 36 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer ESR-Messung zeigt.
  • 37A und 37B sind Graphen, die die Ergebnisse einer CPM-Messung eines mehrschichtigen Films in einem Transistor zeigen.
  • 38A und 38B sind Graphen, die jeweils das Ergebnis einer Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (time-of-flight secondary ion mass spectrometry, ToF-SIMS) eines mehrschichtigen Films in einem Transistor zeigen.
  • 39A und 39B sind Diagramme, die jeweils die Struktur, die zur Berechnung von Bandstrukturen verwendet wird, zeigen.
  • 40 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Berechnung von Bandstrukturen zeigt.
  • 41A bis 41C sind schematische Ansichten von Oxidhalbleiterfilmen und Diagramme, die die Bandstrukturen in den Oxidhalbleiterfilmen zeigen.
  • 42 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Berechnung von Bandstrukturen zeigt.
  • 43 ist ein Graph, der eine Veränderung einer Energiebarriere in Bezug auf eine Kanallänge zeigt.
  • 44 ist eine schematische Ansicht einer Anzeigevorrichtung.
  • 45 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Messung eines in Transistoren fließenden Stroms zeigt.
  • 46 ist ein Graph, der die Ergebnisse einer Messung eines in Transistoren fließenden Stroms zeigt.
  • 47 ist ein Foto, das die Ergebnisse der Anzeige auf Anzeigevorrichtungen zeigt.
  • 48 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Messung eines in Transistoren fließenden Stroms zeigt.
  • 49 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Messung eines in Transistoren fließenden Stroms zeigt.
  • 50 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Messung eines in Transistoren fließenden Stroms zeigt.
  • 51 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse einer Messung eines in Transistoren fließenden Stroms zeigt.
  • 52 ist ein Graph, der die Ergebnisse von Strom-Belastungstests an Transistoren zeigt.
  • 53A bis 53F sind Graphen, die die Ergebnisse einer SIMS-Messung an Proben zeigen.
  • 54A und 54B sind Graphen, die die Ergebnisse einer SIMS-Messung an Proben zeigen.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist und dass ein Fachmann ohne Weiteres verstehen wird, dass die Art und Details auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne vom Schutzbereich und vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nicht als durch die Beschreibung der nachstehenden Ausführungsformen und Beispiele beschränkt angesehen werden. Zusätzlich werden bei den nachstehenden Ausführungsformen und Beispielen gleiche Teile oder Teile mit ähnlichen Funktionen in unterschiedlichen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen oder gleichen Schraffurmustern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
  • Es sei angemerkt, dass in jeder Zeichnung in dieser Beschreibung die Größe, die Filmdicke oder der Bereich jeder Struktur in einigen Fällen der Klarheit wegen übertrieben ist, und somit ist das tatsächliche Maß nicht notwendigerweise auf das abgebildete Maß beschränkt.
  • Es sei angemerkt, dass Ausdrücke wie z. B. „erster”, „zweiter” und „dritter” in dieser Beschreibung benutzt werden, um eine Verwechslung von Komponenten zu vermeiden, und die Ausdrücke begrenzen die Komponenten nicht numerisch. Daher kann beispielsweise der Ausdruck „erster” durch den Ausdruck „zweiter”, „dritter” oder dergleichen soweit erforderlich ersetzt werden.
  • Wenn beispielsweise die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, werden Funktionen eines „Source(-Anschlusses)” und eines „Drain(-Anschlusses)” manchmal miteinander vertauscht. Deshalb können die Ausdrücke „Source” und „Drain” in dieser Beschreibung verwendet werden, um den Drain bzw. den Source zu bezeichnen.
  • Es sei angemerkt, dass eine Spannung einen Potentialunterschied zwischen zwei Punkten bezeichnet und dass ein Potential eine elektrostatische Energie (elektrische Potentialenergie) pro Ladungseinheit (unit charge) an einem gegebenen Punkt in einem elektrostatischen Feld bezeichnet. Es sei angemerkt, dass im Allgemeinen ein Unterschied zwischen einem Potential eines Punkts und einem Bezugspotential (z. B. einem Erdpotential) einfach ein Potential oder eine Spannung genannt wird und dass ein Potential und eine Spannung in vielen Fällen als Synonym verwendet werden. Deshalb kann in dieser Beschreibung ein Potential auch als Spannung ausgedrückt werden, und eine Spannung kann auch als Potential ausgedrückt werden, sofern nicht anders festgelegt.
  • In dieser Beschreibung wird in dem Fall, in dem ein Ätzschritt nach einem Fotolithografieprozess durchgeführt wird, eine Maske, die in dem Fotolithografieprozess ausgebildet worden ist, nach dem Ätzschritt entfernt.
  • [Ausführungsform 1]
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Halbleitervorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und ein Herstellungsverfahren dafür unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
  • Hinsichtlich eines Transistors, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, werden Sauerstofffehlstellen als Beispiel für einen Defekt angegeben, der zu schlechten elektrischen Eigenschaften des Transistors führt. Beispielsweise verschiebt sich die Schwellenspannung eines Transistors, der einen Sauerstofffehlstellen aufweisenden Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, leicht in negativer Richtung, und ein solcher Transistor neigt dazu, normalerweise eingeschaltete Eigenschaften (normally-on characteristics) aufzuweisen. Das liegt daran, dass elektrische Ladungen wegen der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm erzeugt werden und dadurch der Widerstand abfällt. Der Transistor mit normalerweise eingeschalteten Eigenschaften verursacht verschiedene Probleme: beispielsweise wird im Betrieb wahrscheinlich eine Störung verursacht und außer Betrieb wird der Leistungsverbrauch erhöht. Darüber hinaus liegt ein Problem darin, dass der Betrag der Veränderung der elektrischen Eigenschaften, typischerweise der Schwellenspannung, des Transistors durch eine Veränderung über die Zeit oder einen Belastungstest erhöht wird.
  • Einer der Faktoren für die Erzeugung von Sauerstofffehlstellen ist ein Schaden, der in einem Herstellungsprozess eines Transistors verursacht wird. Wenn beispielsweise ein isolierender Film oder dergleichen durch ein plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungs-(chemical vapor deposition, CVD-)Verfahren über einem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird, könnte der Oxidhalbleiterfilm in Abhängigkeit von seinen Ausbildungsbedingungen beschädigt werden.
  • Außerdem verursachen nicht nur Sauerstofffehlstellen, sondern auch Verunreinigungen, wie z. B. Silizium oder Kohlenstoff, das/der ein Bestandteil (Element) des isolierenden Films ist, schlechte elektrische Eigenschaften eines Transistors. Deswegen liegt ein Problem darin, dass ein Mischen der Verunreinigungen in einen Oxidhalbleiterfilm den Widerstand des Oxidhalbleiterfilms reduziert und dass der Betrag der Veränderung der elektrischen Eigenschaften, typischerweise der Schwellenspannung, des Transistors durch eine Veränderung über die Zeit oder einen Belastungstest erhöht wird.
  • Daher ist eine Aufgabe dieser Ausführungsform, Sauerstofffehlstellen in einem Oxidhalbleiterfilm mit einem Kanalbereich und die Konzentration von Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiterfilm in einer Halbleitervorrichtung, die einen Transistor mit dem Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, zu verringern.
  • Eine Draufsicht und Querschnittsansichten eines Transistors 50, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, sind in 1A bis 1C gezeigt. 1A ist eine Draufsicht des Transistors 50, 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A-B in 1A, und 1C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie C-D in 1A. Es sei angemerkt, dass in 1A ein Substrat 11, ein Gate-Isolierfilm 17, ein isolierender Oxidfilm 23, ein isolierender Oxidfilm 24, ein isolierender Nitridfilm 25 und dergleichen einfachheitshalber weggelassen sind.
  • Der Transistor 50 in 1B und 1C beinhaltet eine Gate-Elektrode 15, die über dem Substrat 11 angeordnet ist. Des Weiteren ist der Gate-Isolierfilm 17 über dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15 ausgebildet, und ein mehrschichtiger Film 20, der sich mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 17 dazwischen liegt, und ein Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20 sind enthalten. Darüber hinaus ist ein Schutzfilm 26, der den isolierenden Oxidfilm 23, den isolierenden Oxidfilm 24 und den isolierenden Nitridfilm 25 umfasst, über dem Gate-Isolierfilm 17, dem mehrschichtigen Film 20 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet.
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 50 umfasst der mehrschichtige Film 20 einen Oxidhalbleiterfilm 18 und einen Oxidfilm 19, der In oder Ga enthält. Zudem dient ein Teil des Oxidhalbleiterfilms 18 als Kanalbereich. Außerdem ist der isolierende Oxidfilm 23 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20, und der isolierende Oxidfilm 24 in Kontakt mit dem isolierenden Oxidfilm 23 ausgebildet. Das heißt, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 23 angeordnet ist.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 18 ist typischerweise ein In-Ga-Oxidfilm, ein In-Zn-Oxidfilm oder ein In-M-Zn-Oxidfilm (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar).
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 18 ein In-M-Zn-Oxidfilm ist, das Atomverhältnis von In zu M vorzugsweise wie folgt ist: der Anteil an In-Atomen ist höher als oder gleich 25 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist niedriger als 75 Atom-%. Das Folgende ist stärker bevorzugt: der Anteil an In-Atomen ist höher als oder gleich 34 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist niedriger als 66 Atom-%.
  • Die Energielücke des Oxidhalbleiterfilms 18 ist 2 eV oder mehr, bevorzugt 2,5 eV oder mehr, stärker bevorzugt 3 eV oder mehr. Unter Verwendung eines Oxidhalbleiters mit einer solchen großen Energielücke kann der Sperrstrom des Transistors 50 verringert werden.
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 18 ist größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 ist typischerweise ein In-Ga-Oxidfilm, ein In-Zn-Oxidfilm oder ein In-M-Zn-Oxidfilm (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar). Die Energie an dem Minimum seines Leitungsbandes liegt näher einem Vakuumniveau als diejenige des Oxidhalbleiterfilms 18, und der Unterschied zwischen der Energie an dem Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 und der Energie an dem Minimum des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms 18 beträgt typischerweise 0,05 eV oder mehr, 0,07 eV oder mehr, 0,1 eV oder mehr oder 0,15 eV oder mehr und 2 eV oder weniger, 1 eV oder weniger, 0,5 eV oder weniger oder 0,4 eV oder weniger. Das heißt, dass der Unterschied zwischen der Elektronenaffinität des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 und der Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms 18 0,05 eV oder mehr, 0,07 eV oder mehr, 0,1 eV oder mehr oder 0,15 eV oder mehr und 2 eV oder weniger, 1 eV oder weniger, 0,5 eV oder weniger oder 0,4 eV oder weniger beträgt.
  • Wenn der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 ein In-M-Zn-Oxidfilm ist, ist das Atomverhältnis von In zu M vorzugsweise wie folgt: der Anteil an In-Atomen ist niedriger als 50 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist höher als oder gleich 50 Atom-%. Das Folgende ist stärker bevorzugt: der Anteil an In-Atomen ist niedriger als 25 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist höher als oder gleich 75 Atom-%.
  • Des Weiteren ist in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 18 und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 jeweils ein In-M-Zn-Oxidfilm sind (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar), der Anteil an M-Atomen (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar) in dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 höher als derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm 18. Typischerweise beträgt der Anteil an M in jedem der Filme 1,5- oder mehrfach, bevorzugt doppelt oder mehrfach, stärker bevorzugt drei- oder mehrfach so hoch wie derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm 18.
  • Darüber hinaus ist in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 18 und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 jeweils ein Oxidfilm auf In-M-Zn-Basis sind (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar), y1/x1 höher als y2/x2, wenn In:M:Zn = x1:y1:z1 [Atomverhältnis] in dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 gilt und In:M:Zn = x2:y2:z2 [Atomverhältnis] in dem Oxidhalbleiterfilm 18 gilt. Es ist bevorzugt, dass y1/x1 1,5- oder mehrfach so groß wie y2/x2 ist. Es ist stärker bevorzugt, dass y1/x1 doppelt oder mehrfach so groß wie y2/x2 ist. Es ist noch stärker bevorzugt, dass y1/x1 drei- oder mehrfach so groß wie y2/x2 ist. In diesem Fall ist bevorzugt, dass in dem Oxidhalbleiterfilm y2 größer als oder gleich x2 ist, weil ein den Oxidhalbleiterfilm beinhaltender Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann. Wenn y2 größer als oder gleich dem Drei- oder Mehrfachen von x2 ist, nimmt jedoch die Feldeffektbeweglichkeit des den Oxidhalbleiterfilm beinhaltenden Transistors ab. Deshalb ist y2 vorzugsweise kleiner als das Dreifache von x2.
  • In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 18 ein In-M-Zn-Oxidfilm ist (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar), ist bevorzugt, dass das Atomverhältnis der Metallelemente eines Sputtertargets, das zum Ausbilden eines Films des In-M-Zn-Oxidfilms verwendet wird, In ≥ M und Zn ≥ M erfüllt. Als Atomverhältnis der Metallelemente eines derartigen Sputtertargets sind In:M:Zn = 1:1:1 und In:M:Zn = 3:1:2 bevorzugt. Ferner erfüllt in dem Fall, in dem der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 ein In-M-Zn-Oxidfilm ist (M stellt Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar), das Atomverhältnis der Metallelemente eines Sputtertargets, das zum Ausbilden eines Films des In-M-Zn-Oxidfilms verwendet wird, vorzugsweise M > In und Zn > 0,5 × M, und es ist stärker bevorzugt, dass Zn auch Zn > M erfüllt. Als Atomverhältnis der Metallelemente eines derartigen Sputtertargets sind In:Ga:Zn = 1:3:2, In:Ga:Zn = 1:3:4, In:Ga:Zn = 1:3:5, In:Ga:Zn = 1:3:6, In:Ga:Zn = 1:3:7, In:Ga:Zn = 1:3:8, In:Ga:Zn = 1:3:9, In:Ga:Zn = 1:3:10, In:Ga:Zn = 1:6:4, In:Ga:Zn = 1:6:5, In:Ga:Zn = 1:6:6, In:Ga:Zn = 1:6:7, In:Ga:Zn = 1:6:8, In:Ga:Zn = 1:6:9 und In:Ga:Zn = 1:6:10 bevorzugt. Es sei angemerkt, dass der Anteil jedes Metallelements in den jeweiligen Atomverhältnissen des Oxidhalbleiterfilms 18 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19, die unter Verwendung des oben beschriebenen Sputtertargets ausgebildet werden, in einem Fehlerbereich von ±20% variiert.
  • Ein Oxidhalbleiterfilm mit niedriger Ladungsträgerdichte wird für den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 verwendet. Zum Beispiel wird ein Oxidhalbleiterfilm, dessen Ladungsträgerdichte 1 × 1017/cm3 oder niedriger, bevorzugt 1 × 1015/cm3 oder niedriger, stärker bevorzugt 1 × 1013/cm3 oder niedriger, noch stärker bevorzugt 1 × 1011/cm3 oder niedriger ist, für den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 verwendet.
  • Es sei angemerkt, dass ohne Beschränkung auf die oben angegebenen Zusammensetzungen ein Material mit einer geeigneten Zusammensetzung je nach erforderlichen Halbleitereigenschaften und elektrischen Eigenschaften (z. B. Feldeffektbeweglichkeit und Schwellenspannung) eines Transistors verwendet werden kann. Um erforderliche Halbleitereigenschaften eines Transistors zu erhalten, ist ferner zu bevorzugen, dass die Ladungsträgerdichte, die Verunreinigungskonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis eines Metallelements zu Sauerstoff, der Atomabstand, die Dichte und dergleichen des Oxidhalbleiterfilms 18 auf geeignete Werte eingestellt werden.
  • Der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 dient auch als Film, der später beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 18 mildert.
  • Die Dicke des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 ist größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Wenn Silizium oder Kohlenstoff, das/der eines der Elemente der Gruppe 14 ist, in dem Oxidhalbleiterfilm 18 enthalten ist, nimmt die Anzahl der Sauerstofffehlstellen zu, und der Oxidhalbleiterfilm 18 wird zu einem Film vom n-Typ. Deshalb wird die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 18 oder die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 und dem Oxidhalbleiterfilm 18 auf niedriger als oder gleich 2 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 1017 Atome/cm3 reguliert.
  • Zudem können die Kristallstrukturen des Oxidhalbleiterfilms 18 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 jeweils eine amorphe Struktur, eine Einkristall-Struktur, eine polykristalline Struktur oder ein kristalliner Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline Oxide semiconductor, CAAC-OS) sein, der später beschrieben wird. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Kristallstruktur zumindest des Oxidhalbleiterfilms 18 CAAC-OS ist, der Betrag der Veränderung der elektrischen Eigenschaften infolge einer Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht weiter verringert werden kann.
  • Außerdem ist in dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 50 der isolierende Oxidfilm 23 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20, und der isolierende Oxidfilm 24 in Kontakt mit dem isolierenden Oxidfilm 23 ausgebildet.
  • Der isolierende Oxidfilm 23 ist ein isolierender Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt. Es sei angemerkt, dass der isolierende Oxidfilm 23 auch als Film dient, der später beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 Schäden an dem mehrschichtigen Film 20 mildert.
  • Ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen mit einer Dicke von größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 150 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm kann als der isolierende Oxidfilm 23 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein „Siliziumoxynitridfilm” einen Film, der mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, bezeichnet und dass ein „Siliziumnitridoxidfilm” einen Film, der mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält, bezeichnet.
  • Es ist ferner bevorzugt, dass die Anzahl der Defekte in dem isolierenden Oxidfilm 23 klein ist; insbesondere ist einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte (spin density) eines Signals, das wegen einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als oder gleich 3 × 1017 Spins/cm3. Das liegt daran, dass dann, wenn die Dichte der Defekte in dem isolierenden Oxidfilm 23 hoch ist, Sauerstoff an die Defekte gebunden wird und die Menge an Sauerstoff, der den isolierenden Oxidfilm 23 passiert, abnimmt.
  • Es ist ferner bevorzugt, dass die Anzahl der Defekte an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem mehrschichtigen Film 20 klein ist; insbesondere ist einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte eines Signals, das wegen eines Defekts in dem mehrschichtigen Film 20 bei g = 1,93 erscheint, niedriger als oder gleich 1 × 1017 Spins/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich der Nachweisgrenze.
  • Es sei angemerkt, dass sich in dem isolierenden Oxidfilm 23 nicht aller Sauerstoff, der von außen in den isolierenden Oxidfilm 23 eintritt, aus dem isolierenden Oxidfilm 23 nach außen bewegt und einiger Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 23 verbleibt. Überdies findet in einigen Fällen die Bewegung von Sauerstoff bei dem isolierenden Oxidfilm 23 derart statt, dass Sauerstoff in den isolierenden Oxidfilm 23 eintritt und dass sich Sauerstoff, der in dem isolierenden Oxidfilm 23 enthalten ist, aus dem isolierenden Oxidfilm 23 nach außen bewegt.
  • Wenn der isolierende Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, als der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet ist, kann sich Sauerstoff, der aus dem isolierenden Oxidfilm 24 über dem isolierenden Oxidfilm 23 abgegeben wird, durch den isolierenden Oxidfilm 23 zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 hin bewegen.
  • Der isolierende Oxidfilm 24 ist in Kontakt mit dem isolierenden Oxidfilm 23 ausgebildet. Der isolierende Oxidfilm 24 ist ein isolierender Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Ein Teil von Sauerstoff wird durch Erwärmung aus dem isolierenden Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, abgegeben. Der isolierende Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, ist ein isolierender Oxidfilm, bei dem die Menge an abgegebenem Sauerstoff, der in Sauerstoffatome umgewandelt ist, größer als oder gleich 1,0 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt größer als oder gleich 3,0 × 1020 Atome/cm3 bei einer TDS-Analyse ist.
  • Ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen mit einer Dicke von größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 400 nm kann als der isolierende Oxidfilm 24 verwendet werden.
  • Es ist ferner bevorzugt, dass die Anzahl der Defekte in dem isolierenden Oxidfilm 24 klein ist; insbesondere ist einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte eines Signals, das wegen einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als 1,5 × 1018 Spins/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1018 Spins/cm3. Es sei angemerkt, dass der isolierende Oxidfilm 24 derart angeordnet ist, dass er weiter entfernt von dem mehrschichtigen Film 20 liegt als der isolierende Oxidfilm 23. Somit kann der isolierende Oxidfilm 24 höhere Defektdichte aufweisen als der isolierende Oxidfilm 23.
  • Hierbei wird die Bandstruktur entlang der Strich-Punkt-Linie E-F in der Nähe des mehrschichtigen Films 20 in 1B anhand von 2A beschrieben, und das Verhalten eines Ladungsträgers in dem Transistor 50 wird anhand von 2B und 2C beschrieben.
  • Bei der Bandstruktur in 2A wird beispielsweise ein In-Ga-Zn-Oxid (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:1:1) mit einer Energielücke von 3,15 eV für den Oxidhalbleiterfilm 18 verwendet. Ein In-Ga-Zn-Oxid (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:3:2) mit einer Energielücke von 3,5 eV wird für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 verwendet. Es sei angemerkt, dass die Energielücke mittels eines spektroskopischen Ellipsometers gemessen werden kann.
  • Der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Maximum des Valenzbandes (auch als Ionisationspotential bezeichnet) des Oxidhalbleiterfilms 18 und der Energieunterschied dazwischen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 sind 7,9 eV bzw. 8,0 eV. Es sei angemerkt, dass der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Maximum des Valenzbandes mittels einer Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie-(UPS-)Vorrichtung (VersaProbe, die von ULVAC-PHI, Inc. hergestellt wird) gemessen werden kann.
  • Der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Minimum des Leitungsbandes (auch als Elektronenaffinität bezeichnet) des Oxidhalbleiterfilms 18 und der Energieunterschied dazwischen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 sind 4,7 eV bzw. 4,5 eV.
  • Des Weiteren wird das Minimum des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms 18 durch Ec_18 dargestellt, und das Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 wird durch Ec_19 dargestellt. Zudem wird das Minimum des Leitungsbandes des Gate-Isolierfilms 17 durch Ec_17 dargestellt, und das Minimum des Leitungsbandes des isolierenden Oxidfilms 23 wird durch Ec_23 dargestellt.
  • Wie in 2A gezeigt ist, verändert sich bei dem mehrschichtigen Film 20 das Minimum des Leitungsbandes in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 kontinuierlich. Das heißt: es gibt keine Barriere in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19, und das Minimum des Leitungsbandes verändert sich sanft. Eine derartige Form wird durch gegenseitige Übertragung von Sauerstoff zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 gebildet. Darüber hinaus liegt bei dem mehrschichtigen Film 20 die Energie des Minimums des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms 18 am tiefsten, und dieser Bereich dient als Kanalbereich.
  • Nun wird ein Zustand, in dem als Ladungsträger dienende Elektronen in dem Transistor fließen, anhand von 2B und 2C beschrieben. Es sei angemerkt, dass in 2B und 2C die Anzahl der Elektronen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 18 fließen, durch die Größe eines gepunkteten Pfeils dargestellt wird.
  • In der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 und dem isolierenden Oxidfilm 23 werden Fallenzustände (trap states) 27 von einer Verunreinigung und Defekten gebildet. Dementsprechend fließen in dem Fall, in dem beispielsweise wie in 2B ein Kanalbereich des Transistors in einer einzelnen Schicht, d. h. dem Oxidhalbleiterfilm 18, gebildet wird, die als Ladungsträger dienenden Elektronen hauptsächlich auf der Seite des Gate-Isolierfilms 17 in dem Oxidhalbleiterfilm 18, aber eine kleine Anzahl von Elektronen fließt auch auf der Seite des isolierenden Oxidfilms 23. Als Ergebnis wird ein Teil der Elektronen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 18 fließen, von den Fallenzuständen 27 eingefangen.
  • Im Gegensatz dazu ist in dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 50 der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 23 angeordnet, wie in 2C gezeigt ist. Demzufolge besteht ein Abstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und den Fallenzuständen 27. Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass Elektronen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 18 fließen, von den Fallenzuständen 27 eingefangen werden. Wenn die Elektronen von den Fallenzuständen eingefangen werden, werden die Elektronen zu negativen festen Ladungen. Als Ergebnis schwankt die Schwellenspannung des Transistors. Mit dem Abstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und den Fallenzuständen 27 kann jedoch der Einfang der Elektronen von den Fallenzuständen 27 verringert werden, und somit können Schwankungen der Schwellenspannung verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Energieunterschied ΔE1 des Minimums des Leitungsbandes in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 klein ist, die in dem Oxidhalbleiterfilm 18 fließenden Ladungsträger das Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 überschreiten und von den Fallenzuständen 27 eingefangen werden. Deshalb ist der Energieunterschied ΔE1 zwischen dem Minimum des Leitungsbandes Ec_18 des Oxidhalbleiterfilms 18 und dem Minimum des Leitungsbandes Ec_19 des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 größer als oder gleich 0,1 eV, bevorzugt größer als oder gleich 0,15 eV.
  • Des Weiteren ist der isolierende Oxidfilm 24 (siehe 1B), der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, auf der Rückkanalseite (back channel side) des mehrschichtigen Films 20 (einer Oberfläche des mehrschichtigen Films 20, die einer der Gate-Elektrode 15 zugewandten Oberfläche entgegengesetzt ist) angeordnet, wobei der isolierende Oxidfilm 23, durch den hindurch Sauerstoff tritt, dazwischen liegt. Folglich bewegt sich Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 in dem mehrschichtigen Film 20 hin, wodurch Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden können.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend können Sauerstofffehlstellen in dem mehrschichtigen Film 20 verringert werden, indem der mehrschichtige Film 20, der den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 umfasst, bereitgestellt wird und indem der isolierende Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, über dem mehrschichtigen Film 20 angeordnet wird, wobei der isolierende Oxidfilm 23, durch den hindurch Sauerstoff tritt, dazwischen liegt. Außerdem kann durch Anordnen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 23 die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 18 oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 und dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden. Folglich beträgt bei dem mehrschichtigen Film 20 der Absorptionskoeffizient, der durch eine konstante Fotostrom-Methode abgeleitet wird, niedriger als 1 × 10–3/cm, bevorzugt niedriger als 1 × 10–4/cm. Der Absorptionskoeffizient hat eine positive Korrelation mit der Energie, die den lokalisierten Zuständen aufgrund von Sauerstofffehlstellen und dem Eintritt von Verunreinigungen entspricht (die aus einer Wellenlänge berechnet wird). Somit ist die Dichte der lokalisierten Zustände in dem mehrschichtigen Film 20 äußerst niedrig.
  • Es sei angemerkt, dass der Absorptionskoeffizient, der Urbach-Ausläufer (Urbach tail) wegen des Band-Ausläufers (band tail) genannt wird, von einer Kurve des durch die CPM-Messung ermittelten Absorptionskoeffizienten abgezogen wird, wodurch der Absorptionskoeffizient aufgrund der lokalisierten Zustände mit der folgenden Formel berechnet werden kann. Es sei angemerkt, dass der Urbach-Ausläufer einen Bereich mit einem konstanten Gradienten auf einer Kurve des durch die CPM-Messung ermittelten Absorptionskoeffizienten bezeichnet und dass der Gradient Urbach-Energie genannt wird. [Formel 1]
    Figure DE102013221370A1_0002
  • Hier stellt α(E) den Absorptionskoeffizienten auf jedem Energieniveau dar, und αu stellt den Absorptionskoeffizienten dar, der durch den Urbach-Ausläufer erhalten wird.
  • Da der Transistor 50 mit einer derartigen Struktur sehr geringe Defekte in dem mehrschichtigen Film 20, der den Oxidhalbleiterfilm 18 umfasst, aufweist, können die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden. Außerdem verändert sich durch einen BT-Belastungstest und einen BT-Fotobelastungstest, die Beispiele für einen Belastungstest sind, die Schwellenspannung nicht, oder sie verändert sich in negativer Richtung oder positiver Richtung, wobei der Betrag der Veränderung weniger als oder gleich 1,0 V, bevorzugt weniger als oder gleich 0,5 V ist; die Zuverlässigkeit ist daher hoch.
  • Die elektrischen Eigenschaften eines Transistors, bei dem der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung bei einem BT-Belastungstest und einem BT-Fotobelastungstest klein ist, werden nun anhand von 1D beschrieben.
  • Der BT-Belastungstest ist eine Art von beschleunigten Tests und kann eine Veränderung der Eigenschaften (d. h. Veränderung über die Zeit) von Transistoren in kurzer Zeit auswerten, welche durch langfristige Verwendung verursacht wird. Der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung des Transistors vor und nach dem BT-Belastungstest ist im Besonderen ein wichtiges Kennzeichen, wenn die Zuverlässigkeit des Transistors untersucht wird. Wenn der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung vor und nach dem BT-Belastungstest klein ist, weist der Transistor höhere Zuverlässigkeit auf.
  • Als nächstes wird ein konkretes Verfahren des BT-Belastungstests beschrieben. Zuerst werden Anfangseigenschaften des Transistors gemessen. Die Temperatur des Substrats, über dem der Transistor ausgebildet ist (Substrattemperatur), wird dann auf eine feste Temperatur eingestellt, das Paar von Elektroden, die als Source und Drain des Transistors dienen, werden auf ein gleiches Potential eingestellt, und die Gate-Elektrode wird für einen bestimmten Zeitraum mit einem anderen Potential als demjenigen des Paars von Elektroden, die als Source und Drain dienen, versorgt. Die Substrattemperatur kann je nach dem Zweck des Tests bestimmt werden. Danach wird die Substrattemperatur auf eine Temperatur, die einer Temperatur bei der Messung der Anfangseigenschaften ähnlich ist, eingestellt, und elektrische Eigenschaften des Transistors werden wieder gemessen. Als Ergebnis kann ein Unterschied zwischen der Schwellenspannung in den Anfangseigenschaften und der Schwellenspannung nach dem BT-Belastungstest als Betrag der Veränderung der Schwellenspannung erhalten werden.
  • Es sei angemerkt, dass der Test in dem Fall, in dem das Potential, das an die Gate-Elektrode angelegt wird, höher als das Potential des Sources und des Drains ist, als positiver BT-Belastungstest bezeichnet wird und dass der Test in dem Fall, in dem das Potential, das an die Gate-Elektrode angelegt wird, niedriger als das Potential des Sources und des Drains ist, als negativer BT-Belastungstest bezeichnet wird. Ein BT-Belastungstest mit Lichtbestrahlung wird als BT-Fotobelastungstest bezeichnet. Der Test in dem Fall, in dem Lichtbestrahlung durchgeführt wird und das Potential, das an die Gate-Elektrode angelegt wird, höher als das Potential des Sources und des Drains ist, wird als positiver BT-Fotobelastungstest bezeichnet, und der Test in dem Fall, in dem Lichtbestrahlung durchgeführt wird und das Potential, das an die Gate-Elektrode angelegt wird, niedriger als das Potential des Sources und des Drains ist, wird als negativer BT-Fotobelastungstest bezeichnet.
  • Die Belastungsbedingungen für den BT-Belastungstest können bestimmt werden, indem die Substrattemperatur, die Intensität eines elektrischen Feldes, das an den Gate-Isolierfilm angelegt wird, und der Zeitraum der Anlegung eines elektrischen Feldes eingestellt werden. Die Intensität des elektrischen Feldes, das an den Gate-Isolierfilm angelegt wird, wird gemäß einem Wert bestimmt, der durch Teilen eines Potentialunterschieds zwischen der Gate(-Elektrode) und dem Source bzw. dem Drain durch die Dicke des Gate-Isolierfilms ermittelt wird. In dem Fall, in dem beispielsweise die Intensität des elektrischen Feldes, das an einen 100 nm dicken Gate-Isolierfilm angelegt wird, 3 MV/cm sei, kann der Potentialunterschied zwischen der Gate-Elektrode und dem Source bzw. dem Drain auf 30 V eingestellt werden.
  • 1D zeigt elektrische Eigenschaften des Transistors, wobei die horizontale Achse die Gate-Spannung (Vg) darstellt und die vertikale Achse den Drain-Strom (Id) darstellt. Eine gestrichelte Linie 41 zeigt die Anfangseigenschaften des Transistors, und eine durchgezogene Linie 43 zeigt die elektrischen Eigenschaften des Transistors nach dem BT-Belastungstest. Bei dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor ist der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung zwischen der gestrichelten Linie 41 und der durchgezogen Linie 43 0 V, oder der Betrag der Veränderung in negativer Richtung oder positiver Richtung ist weniger als oder gleich 1,0 V, bevorzugt weniger als oder gleich 0,5 V. Daher verändert sich nach dem BT-Belastungstest die Schwellenspannung des bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistors nur wenig. Es ist folglich klar, dass der bei dieser Ausführungsform beschriebene Transistor 50 hohe Zuverlässigkeit aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, ein n-Kanal-Transistor ist. In dieser Beschreibung wird also ein Transistor, der so angesehen werden kann, dass kein Drain-Strom bei einer Gate-Spannung von 0 V darin fließt, als Transistor mit normalerweise ausgeschalteten Eigenschaften (normally-off characteristics) definiert. Andererseits wird ein Transistor, der so angesehen werden kann, dass ein Drain-Strom bei einer Gate-Spannung von 0 V darin fließt, als Transistor mit normalerweise eingeschalteten Eigenschaften definiert.
  • Des Weiteren wird in dieser Beschreibung bei einer Kurve (nicht gezeigt), wobei die horizontale Achse die Gate-Spannung (Vg [V]) darstellt und die vertikale Achse die Quadratwurzel des Drain-Stroms (Id1/2 [A]) darstellt, die Schwellenspannung (Vth) als Gate-Spannung an einem Kreuzungspunkt zwischen der Vg-Achse und einer hochgerechneten Berührungslinie von Id1/2, die die größte Neigung aufweist, definiert.
  • Weitere Details des Transistors 50 werden nachstehend beschrieben.
  • Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Materials und dergleichen des Substrats 11, solange das Material eine Wärmebeständigkeit aufweist, die hoch genug ist, um zumindest einer später durchgeführten Wärmebehandlung standzuhalten. Beispielsweise kann ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Quarzsubstrat oder ein Saphirsubstrat als das Substrat 11 verwendet werden. Alternativ kann ein Einkristall-Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium, Siliziumkarbid oder dergleichen, ein Verbund-Halbleitersubstrat aus Siliziumgermanium oder dergleichen, ein SOI-Substrat oder dergleichen verwendet werden. Als eine weitere Alternative kann ein beliebiges dieser Substrate, das mit einem Halbleiterelement versehen ist, als das Substrat 11 verwendet werden.
  • Alternativ kann ein flexibles Substrat als das Substrat 11 verwendet werden, und der Transistor 50 kann direkt auf dem fiexiblen Substrat angeordnet werden. Alternativ kann eine Trennschicht zwischen dem Substrat 11 und dem Transistor 50 angeordnet werden. Die Trennschicht kann verwendet werden, wenn ein Teil oder die gesamte Halbleitervorrichtung über der Trennschicht fertiggestellt wird, von dem Substrat 11 getrennt wird und auf ein anderes Substrat übertragen wird. In diesem Fall kann der Transistor 50 auch auf ein Substrat mit niedriger Wärmebeständigkeit oder ein flexibles Substrat übertragen werden.
  • Die Gate-Elektrode 15 kann unter Verwendung eines Metallelements, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Tantal, Titan, Molybdän und Wolfram ausgewählt wird; einer Legierung, die eines dieser Metallelemente als Komponente enthält; einer Legierung, die diese Metallelemente in beliebiger Kombination enthält; oder dergleichen ausgebildet werden. Ferner kann/können ein oder mehrere Metallelemente, die aus Mangan und Zirkonium ausgewählt werden, verwendet werden. Die Gate-Elektrode 15 kann eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur aus zwei oder mehr Schichten haben. Zum Beispiel können eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Tantalnitridfilm oder einem Wolframnitridfilm gestapelt ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, und dergleichen angegeben werden. Alternativ kann ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm, in dem Aluminium und ein oder mehrere Elemente kombiniert werden, die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt werden, verwendet werden.
  • Ferner kann die Gate-Elektrode 15 unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, wie z. B. Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist. Es ist auch möglich, eine Stapelschicht-Struktur zu verwenden, die unter Verwendung des oben genannten lichtdurchlässigen leitenden Materials und des oben genannten Metallelements ausgebildet ist.
  • Des Weiteren kann ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Sn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf Sn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Basis, ein Film aus einem Metallnitrid (wie z. B. InN oder ZnN) oder dergleichen zwischen der Gate-Elektrode 15 und dem Gate-Isolierfilm 17 angeordnet werden. Diese Filme weisen jeweils eine Austrittsarbeit von höher als oder gleich 5 eV, bevorzugt höher als oder gleich 5,5 eV auf, welche höher ist als die Elektronenaffinität eines Oxidhalbleiters. Somit kann sich die Schwellenspannung eines Transistors, der den Oxidhalbleiter enthält, in positiver Richtung verschieben, und dementsprechend kann ein Schaltelement mit so genannten normalerweise ausgeschalteten Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise wird im Fall der Verwendung eines Oxynitridhalbleiterfilms auf In-Ga-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis verwendet, der eine höhere Stickstoffkonzentration aufweist als zumindest der Oxidhalbleiterfilm 18; insbesondere wird ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis verwendet, der eine Stickstoffkonzentration von höher als oder gleich 7 Atom-% aufweist.
  • Der Gate-Isolierfilm 17 kann derart ausgebildet werden, dass er eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur hat, die beispielsweise eines von Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid, einem Metalloxid auf Ga-Zn-Basis und Siliziumnitrid verwendet. Zudem kann wie in 3 gezeigt der Gate-Isolierfilm 17 derart ausgebildet werden, dass er eine Stapelschicht-Struktur aus einem Gate-Isolierfilm 17a und einem Gate-Isolierfilm 17b hat, und ein isolierender Oxidfilm, aus dem Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, kann für den Gate-Isolierfilm 17b in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20 verwendet werden. Unter Verwendung eines Films, aus dem Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, als der Gate-Isolierfilm 17b kann die Dichte der Grenzflächenzustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem Gate-Isolierfilm 17 verringert werden. Folglich kann ein Transistor mit weniger Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften erhalten werden. Darüber hinaus ist es durch Bereitstellen eines isolierenden Films mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen als der Gate-Isolierfilm 17a möglich, Diffusion von Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiterfilm 18 nach außen und Eintritt von Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in den Oxidhalbleiterfilm 18 zu verhindern. Der isolierende Film mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen wird unter Verwendung von Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Galliumoxid, Galliumoxynitrid, Yttriumoxid, Yttriumoxynitrid, Hafniumoxid, Hafniumoxynitrid oder dergleichen ausgebildet.
  • Der Gate-Isolierfilm 17 kann unter Verwendung eines Materials mit hohem k, wie z. B. Hafniumsilikat (HfSiOx), Hafniumsilikat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfSixO)Nz), Hafniumaluminat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfAlxOyNz), Hafniumoxid oder Yttriumoxid, ausgebildet werden, so dass der Gate-Leckstrom des Transistors verringert werden kann.
  • Die Dicke des Gate-Isolierfilms 17 kann größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 400 nm, bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 300 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 250 nm sein.
  • Das Paar von Elektroden 21 und 22 wird derart ausgebildet, dass es eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur hat, die als leitendes Material ein Metal, wie z. B. Aluminium, Titan, Chrom, Nickel, Kupfer, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Silber, Tantal oder Wolfram, oder eine Legierung, die eines dieser Metalle als ihre Hauptkomponente enthält, enthält. Beispielsweise können eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Wolframfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Kupfer-Magnesium-Aluminium-Legierungsfilm ausgebildet ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm und ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm und ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, und dergleichen angegeben werden. Es sei angemerkt, dass ein durchsichtiges leitendes Material, das Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid enthält, verwendet werden kann.
  • Darüber hinaus ist es durch Anordnen des isolierenden Nitridfilms 25 mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen über dem isolierenden Oxidfilm 24 möglich, Diffusion von Sauerstoff aus dem mehrschichtigen Film 20 nach außen und Eintritt von Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in den mehrschichtigen Film 20 zu verhindern. Der isolierende Nitridfilm wird unter Verwendung von Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen ausgebildet. Es sei angemerkt, dass statt des isolierenden Nitridfilms mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen ein isolierender Oxidfilm mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen bereitgestellt werden kann. Als isolierender Oxidfilm mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen können ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Galliumoxynitridfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Yttriumoxynitridfilm, ein Hafniumoxidfilm und ein Hafniumoxynitridfilm angegeben werden.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 50 in 1A bis 1D anhand von 4A bis 4D beschrieben.
  • Wie in 4A gezeigt wird die Gate-Elektrode 15 über dem Substrat 11 ausgebildet, und der Gate-Isolierfilm 17 wird über der Gate-Elektrode 15 ausgebildet.
  • Hier wird ein Glassubstrat als das Substrat 11 verwendet.
  • Ein Verfahren zum Ausbilden der Gate-Elektrode 15 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein leitender Film durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet, und eine Maske wird durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet. Als nächstes wird ein Teil des leitenden Films unter Verwendung der Maske geätzt, um die Gate-Elektrode 15 auszubilden. Danach wird die Maske entfernt.
  • Es sei angemerkt, dass statt des oben genannten Ausbildungsverfahrens die Gate-Elektrode 15 durch ein elektrolytisches Plattierungsverfahren (electrolytic plating method), ein Druckverfahren, ein Tintenstrahlverfahren oder dergleichen ausgebildet werden kann.
  • Ein 100 nm dicker Wolframfilm wird hier durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Als nächstes wird eine Maske durch einen Fotolithografieprozess ausgebildet, und der Wolframfilm wird einem Trockenätzen unter Verwendung der Maske unterzogen, um die Gate-Elektrode 15 auszubilden.
  • Der Gate-Isolierfilm 17 wird durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet.
  • In dem Fall, in dem ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder ein Siliziumnitridoxidfilm als der Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet wird, werden vorzugsweise ein Silizium enthaltendes Abscheidungsgas und ein Oxidationsgas als Quellengase verwendet. Typische Beispiele für das Silizium enthaltende Abscheidungsgas umfassen Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid. Als Beispiele für das Oxidationsgas können Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dergleichen angegeben werden.
  • In dem Fall, in dem ein Siliziumnitridfilm als der Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet wird, ist es bevorzugt, ein Zwei-Schritt-Ausbildungsverfahren zu benutzen. Zunächst wird ein erster Siliziumnitridfilm mit geringen Defekten durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet, bei dem ein Gemischgas von Silan, Stickstoff und Ammoniak als Quellengas verwendet wird. Ein zweiter Siliziumnitridfilm, der eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist und Wasserstoff blockieren kann, wird dann ausgebildet, indem das Quellengas auf ein Gemischgas von Silan und Stickstoff geschaltet wird. Durch ein derartiges Ausbildungsverfahren kann ein Siliziumnitridfilm mit geringen Defekten und einer Sperreigenschaft gegen Wasserstoff als der Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet werden.
  • Außerdem kann in dem Fall, in dem ein Galliumoxidfilm als der Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet wird, ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD-)Verfahren benutzt werden.
  • Wie in 4B gezeigt werden als nächstes der Oxidhalbleiterfilm 18 und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 über dem Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet.
  • Verfahren zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 18 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 werden nachstehend beschrieben. Ein Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 wird, und ein Oxidfilm, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 wird, werden sukzessive über dem Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet. Nachdem eine Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm ausgebildet worden ist, werden dann der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm unter Verwendung der Maske teilweise geätzt. Auf diese Weise wird wie in 4B der mehrschichtige Film 20, der einer Elementtrennung unterzogen worden ist und den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 umfasst, über dem Gate-Isolierfilm 17 derart ausgebildet, dass er sich mit einem Teil der Gate-Elektrode 15 überlappt. Danach wird die Maske entfernt.
  • Der Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 wird, und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm, der zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 wird, können durch ein Sputterverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Laserstrahlverdampfungsverfahren, ein Laserablationsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden, kann eine Hochfrequenz-Leistungsversorgungsvorrichtung, eine Wechselstrom-Leistungsvorsorgungsvorrichtung, eine Gleichstrom-Leistungsvorsorgungsvorrichtung oder dergleichen angemessen als Leistungsvorsorgungsvorrichtung zum Erzeugen von Plasma verwendet werden.
  • Als Sputtergas wird nach Bedarf ein Edelgas (typischerweise Argon), ein Sauerstoffgas oder ein Gemischgas von einem Edelgas und Sauerstoff verwendet. Im Fall der Verwendung des Gemischgases von einem Edelgas und Sauerstoff ist der Anteil an Sauerstoff vorzugsweise höher als derjenige eines Edelgases.
  • Darüber hinaus kann ein Target je nach der Zusammensetzung des Oxidhalbleiterfilms und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms, die auszubilden sind, ausgewählt werden.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn beispielsweise ein Sputterverfahren zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms verwendet wird, der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm ausgebildet werden, während eine Erwärmung bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 500°C, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 350°C durchgeführt wird, wodurch ein CAAC-OS-Film ausgebildet werden kann, der später beschrieben wird.
  • Der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm werden nicht einfach gestapelt, sondern derart ausgebildet, dass sie ein kontinuierliches Energieband aufweisen (dass sie eine Struktur hat, bei der sich die Energie an dem Minimum des Leitungsbandes quer durch die Filme kontinuierlich verändert). Mit anderen Worten: eine Stapelschicht-Struktur wird ausgebildet, bei der keine Verunreinigung, die einen Defektzustand, wie z. B. ein Fallenzentrum (trap center) oder eine Rekombinationszentrum (recombination center), oder eine Barriere bildet, die den Fluss von Ladungsträgern sperrt, an der Grenzfläche zwischen den Filmen existiert. Wenn eine Verunreinigung zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm, die gestapelt sind, existiert, wird eine Kontinuität des Energiebandes beschädigt, und der Ladungsträger wird an der Grenzfläche eingefangen oder rekombiniert und verschwindet danach.
  • Um ein derartiges kontinuierliches Energieband zu bilden, ist es nötig, unter Verwendung einer Abscheidungsvorrichtung (Sputtervorrichtung) mit mehreren Kammern einschließlich einer Schleusenkammer ohne Aussetzung an Luft Filme kontinuierlich auszubilden. Jede Kammer in der Sputtervorrichtung wird vorzugsweise mittels einer Adsorptionsvakuumpumpe, wie z. B. einer Kryopumpe, derart evakuiert, dass die Kammer in einen Hochvakuumzustand (auf etwa 1 × 10–4 Pa bis 5 × 10–7 Pa) gebracht wird, um Wasser oder dergleichen möglichst zu entfernen, das als Verunreinigung gegen den Oxidhalbleiterfilm dient. Alternativ werden vorzugsweise eine Turbomolekularpumpe und eine Kältefalle kombiniert, um einen Rückfluss eines Gases, besonders eines Kohlenstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gases, aus einem Abgassystem in die Kammer zu verhindern.
  • Um einen hochreinen intrinsischen (bzw. Eigenleitungs-)Oxidhalbleiterfilm zu erhalten, wird abgesehen von der Hochvakuumevakuierung der Kammer auch eine Erhöhung der Reinheit eines Sputtergases benötigt. Als Sauerstoffgas oder Argongas, das für ein Sputtergas verwendet wird, wird ein Gas, das auf einen Taupunkt von –40°C oder niedriger, bevorzugt –80°C oder niedriger, stärker bevorzugt –100°C oder niedriger, noch stärker bevorzugt –120°C oder niedriger hoch gereinigt ist, verwendet, wodurch der Eintritt von Feuchtigkeit oder dergleichen in den Oxidhalbleiterfilm möglichst verhindert werden kann.
  • Hier wird ein 35 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:1:1) durch ein Sputterverfahren als Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, und dann wird ein 20 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:3:2) durch ein Sputterverfahren als In oder Ga enthaltender Oxidfilm ausgebildet. Als nächstes wird eine Maske über dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm ausgebildet, und der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm werden teilweise und selektiv geätzt, um den mehrschichtigen Film 20, der den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 umfasst, auszubilden.
  • Danach kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden.
  • Als nächstes wird wie in 4C das Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet.
  • Ein Verfahren zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein leitender Film durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet. Eine Maske wird dann durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet. Als nächstes wird der leitende Film unter Verwendung der Maske geätzt, um das Paar von Elektroden 21 und 22 auszubilden. Danach wird die Maske entfernt.
  • Hier werden ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm durch ein Sputterverfahren sequenziell gestapelt. Als nächstes wird eine Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem Titanfilm ausgebildet, und der Wolframfilm, der Aluminiumfilm und der Titanfilm werden einem Trockenätzen unter Verwendung der Maske unterzogen, um das Paar von Elektroden 21 und 22 auszubilden.
  • Wie in 4D gezeigt wird als nächstes der isolierende Oxidfilm 23 über dem mehrschichtigen Film 20 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet. Dann wird der isolierende Oxidfilm 24 über dem isolierenden Oxidfilm 23 ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass bevorzugt ist, dass, nachdem der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet worden ist, der isolierende Oxidfilm 24 ohne Aussetzung an Luft sukzessive ausgebildet wird. Nachdem der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet worden ist, wird der isolierende Oxidfilm 24 ohne Aussetzung an Luft sukzessive ausgebildet, indem wenigstens eines von Durchflussmenge eines Quellengases, Druck, Hochfrequenzleistung und Substrattemperatur reguliert wird. Dadurch kann die Konzentration von Verunreinigungen, die sich auf die atmosphärische Komponente an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 zurückführen, verringert werden, und Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 24 kann sich zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 hin bewegen kann. Demzufolge kann die Anzahl der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden.
  • Was den isolierenden Oxidfilm 23 betrifft, kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm als der isolierende Oxidfilm 23 unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 370°C gehalten; der Druck ist mit Einbringen von Quellengasen in die Behandlungskammer höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als 100 Pa oder bevorzugt höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa; und eine Hochfrequenzleistung wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
  • Ein Silizium enthaltendes Abscheidungsgas und ein Oxidationsgas werden vorzugsweise als Quellengase des isolierenden Oxidfilms 23 verwendet. Typische Beispiele für das Silizium enthaltende Abscheidungsgas umfassen Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid. Als Beispiele für das Oxidationsgas können Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dergleichen angegeben werden.
  • Unter den obigen Bedingungen kann ein isolierender Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, als der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet werden. Außerdem können mit dem Vorhandensein des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 und des isolierenden Oxidfilms 23 Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 18 in einem Schritt zum Ausbilden des später ausgebildeten isolierenden Oxidfilms 24 verringert werden. Es sei angemerkt, dass durch Einstellen des Drucks in der Behandlungskammer auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa die Menge an Wasser, das in dem isolierenden Oxidfilm 23 enthalten ist, verringert wird. Somit können Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors 50 verringert werden, und eine Veränderung der Schwellenspannung kann verhindert werden. Durch Einstellen des Drucks in der Behandlungskammer auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa können auch Schäden an dem mehrschichtigen Film 20, der den Oxidhalbleiterfilm 18 umfasst, verringert werden, wenn der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet wird, so dass die Anzahl der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden kann. Wenn im Besonderen die Temperatur beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 oder des später ausgebildeten isolierenden Oxidfilms 24 auf eine hohe Temperatur, typischerweise höher als 220°C, eingestellt wird, wird ein Teil von Sauerstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 18 abgegeben und Sauerstofffehlstellen werden leicht gebildet. Darüber hinaus wird die Menge an abgegebenem Sauerstoff leicht verringert, wenn die Filmausbildungsbedingungen zum Verringern der Anzahl der Defekte in dem später ausgebildeten isolierenden Oxidfilm 24 verwendet werden, um die Zuverlässigkeit des Transistors zu erhöhen. Es ist daher in einigen Fällen schwierig, Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 zu verringern. Jedoch können durch Einstellen des Drucks in der Behandlungskammer auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, um Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 18 beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 zu verringern, Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden, auch wenn die Menge an Sauerstoff, der aus dem isolierenden Oxidfilm 24 abgegeben wird, klein ist.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn das Verhältnis der Menge des Oxidationsgases zu der Menge des Silizium enthaltenden Abscheidungsgases 100 oder größer ist, der Wasserstoffgehalt in dem isolierenden Oxidfilm 23 verringert werden kann. Folglich kann die Menge an Wasserstoff, der in den Oxidhalbleiterfilm 18 eintritt, verringert werden; somit kann die negative Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors verhindert werden.
  • Des Weiteren kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm als der isolierende Oxidfilm 23 unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: das Substrat, das in der evakuierten Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 320°C und niedriger als oder gleich 370°C gehalten; der Druck ist mit Einbringen der Quellengase in die Behandlungskammer höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa; und eine Hochfrequenzleistung wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
  • Wenn bei den obigen Filmausbildungsbedingungen die Substrattemperatur auf die oben angegebene Temperatur eingestellt wird, wird die Bindungsstärke zwischen Silizium und Sauerstoff hoch. Somit kann als der isolierende Oxidfilm 23 ein dichter, harter isolierender Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, ausgebildet werden, so typischerweise ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm, an dem ein Ätzen unter Verwendung einer 0,5 Gew.-% Flusssäure bei 25°C mit einer Geschwindigkeit von niedriger als oder gleich 10 nm/min, bevorzugt niedriger als oder gleich 8 nm/min durchgeführt worden ist.
  • Hier wird als der isolierende Oxidfilm 23 ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet, bei dem Silan mit einer Durchflussmenge von 30 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm als Quellengase verwendet werden, bei dem der Druck in der Behandlungskammer 200 Pa ist, bei dem die Substrattemperatur 220°C ist und bei dem eine Hochfrequenzleistung von 150 W unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wird. Unter derartigen Bedingungen kann ein Siliziumoxynitridfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, ausgebildet werden.
  • Als der isolierende Oxidfilm 24 wird ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: das Substrat, das in der evakuierten Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 260°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 240°C gehalten; der Druck ist mit Einbringen von Quellengasen in die Behandlungskammer höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa; und eine Hochfrequenzleistung von höher als oder gleich 0,17 W/cm2 und niedriger als oder gleich 0,5 W/cm2, bevorzugt höher als oder gleich 0,25 W/cm2 und niedriger als oder gleich 0,35 W/cm2 wird der Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
  • Ein Silizium enthaltendes Abscheidungsgas und ein Oxidationsgas werden vorzugsweise als Quellengase des isolierenden Oxidfilms 24 verwendet. Typische Beispiele für das Silizium enthaltende Abscheidungsgas umfassen Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid. Als Oxidationsgas können Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dergleichen angegeben werden.
  • Als Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 wird die Hochfrequenzleistung mit der obigen Leistungsdichte zu der Behandlungskammer unter dem obigen Druck zugeführt, wodurch die Effizienz des Zerfalls des Quellengases in Plasma erhöht wird, Sauerstoffradikale vermehrt werden, und die Oxidation des Quellengases gefördert wird. Somit wird der Sauerstoffgehalt in dem isolierenden Oxidfilm 24 größer als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung. Jedoch ist in dem Fall, in dem die Substrattemperatur die oben angegebene Temperatur ist, die Bindungsstärke zwischen Silizium und Sauerstoff gering, und dementsprechend wird ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben. Dadurch ist es möglich, einen isolierenden Oxidfilm auszubilden, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird. Des Weiteren ist der isolierende Oxidfilm 23 über dem mehrschichtigen Film 20 angeordnet. Während eines Schrittes zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 dient also der isolierende Oxidfilm 23 als Schutzfilm des mehrschichtigen Films 20. Zudem dient der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 als Schutzfilm des Oxidhalbleiterfilms 18. Folglich kann der isolierende Oxidfilm 24 mittels der Hochfrequenzleistung mit einer hohen Leistungsdichte ausgebildet werden, während Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 die Durchflussmenge des Silizium enthaltenden Abscheidungsgases im Verhältnis zu dem Oxidationsgas erhöht werden kann, wodurch die Anzahl der Defekte in dem isolierenden Oxidfilm 24 verringert werden kann. Typischerweise ist es möglich, einen isolierenden Oxidfilm auszubilden, in dem die Anzahl der Defekte klein ist, d. h. einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte eines Signals, das wegen einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als 6 × 1017 Spins/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 3 × 1017 Spins/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1,5 × 1017 Spins/cm3 ist. Als Ergebnis kann die Zuverlässigkeit des Transistors verbessert werden.
  • Hier wird als der isolierende Oxidfilm 24 ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet, bei dem Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm als Quellengase verwendet werden, bei dem der Druck in der Behandlungskammer 200 Pa ist, bei dem die Substrattemperatur 220°C ist und bei dem eine Hochfrequenzleistung von 1500 W unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zu den parallelen Plattenelektroden zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Plasma-CVD-Vorrichtung eine Parallel-Platten- (parallel plate) Plasma-CVD-Vorrichtung ist, bei der die Elektrodenfläche 6000 cm2 ist und bei der die Leistung pro Flächeneinheit (Leistungsdichte), in die die zugeführte Leistung umgewandelt ist, 0,25 W/cm2 ist.
  • Als nächstes wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze (strain point) des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
  • Ein Elektroofen, eine RTA-Vorrichtung oder dergleichen kann für die Wärmebehandlung verwendet werden. Unter Verwendung einer RTA-Vorrichtung kann die Wärmebehandlung auch bei einer Temperatur, die höher als oder gleich der unteren Entspannungsgrenze des Substrats ist, durchgeführt werden, wenn die Erwärmungszeit kurz ist. Deshalb kann die Zeit für die Wärmebehandlung verkürzt werden.
  • Die Wärmebehandlung kann in einer Atmosphäre von Stickstoff, Sauerstoff, ultratrockener Luft (Luft, in der der Wassergehalt 20 ppm oder weniger, bevorzugt 1 ppm oder weniger, stärker bevorzugt 10 ppb oder weniger ist) oder einem Edelgas (Argon, Helium oder dergleichen) durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass der Stickstoff, der Sauerstoff, die ultratrockene Luft oder das Edelgas vorzugsweise keinen Wasserstoff, Wasser und dergleichen enthält.
  • Durch die Wärmebehandlung kann sich ein Teil von Sauerstoff, der in dem isolierenden Oxidfilm 24 enthalten ist, zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 hin bewegen, so dass die Anzahl der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden kann.
  • In dem Fall, in dem Wasser, Wasserstoff oder dergleichen in dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 enthalten ist, bewegt sich ferner Wasser, Wasserstoff oder dergleichen in dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 hin, wenn der isolierende Nitridfilm 25 mit einer Funktion zum Blockieren von Wasser, Wasserstoff und dergleichen später ausgebildet wird und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird; folglich werden Defekte in dem Oxidhalbleiterfilm 18 erzeugt. Jedoch kann durch die Erwärmung Wasser, Wasserstoff oder dergleichen in dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 abgegeben werden; somit können Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors 50 verringert werden, und eine Veränderung der Schwellenspannung kann verhindert werden.
  • Es sei angemerkt, dass der isolierende Oxidfilm 24 über dem isolierenden Oxidfilm 23 ausgebildet werden kann, während eine Erwärmung durchgeführt wird, wodurch sich Sauerstoff zu dem Oxidhalbleiterfilm 18 hin bewegen kann und dementsprechend Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 18 verringert werden können. Deshalb muss die Wärmebehandlung nicht unbedingt durchgeführt werden.
  • Die Wärmebehandlung wird hier eine Stunde lang bei 350°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Wenn das Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet wird, wird ferner der mehrschichtige Film 20 durch Ätzen des leitenden Films beschädigt, so dass Sauerstofffehlstellen auf der Rückkanalseite des mehrschichtigen Films 20 erzeugt werden. Unter Verwendung des isolierenden Oxidfilms, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, als der isolierende Oxidfilm 24 können jedoch die auf der Rückkanalseite erzeugten Sauerstofffehlstellen durch eine Wärmebehandlung repariert werden. Dadurch können Defekte in dem mehrschichtigen Film 20 verringert werden, und somit kann die Zuverlässigkeit des Transistors 50 verbessert werden.
  • Als nächstes wird der isolierende Nitridfilm 25 durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der isolierende Nitridfilm 25 durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet wird, die Temperatur des Substrats, das in der evakuierten Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet ist, bevorzugt auf höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 400°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 320°C und niedriger als oder gleich 370°C eingestellt wird, so dass ein dichter isolierender Nitridfilm ausgebildet werden kann.
  • In dem Fall, in dem ein Siliziumnitridfilm durch das Plasma-CVD-Verfahren als der isolierende Nitridfilm 25 ausgebildet wird, wird vorzugsweise ein Abscheidungsgas, das Silizium, Stickstoff und Ammoniak enthält, als Quellengas verwendet. Als Quellengas wird eine kleine Menge Ammoniak im Vergleich zu der Menge an Stickstoff verwendet, wodurch sich Ammoniak in dem Plasma dissoziiert und aktivierte Spezies erzeugt werden. Die aktivierten Spezies spalten eine Bindung zwischen Silizium und Wasserstoff, die in einem Silizium enthaltenden Abscheidungsgas enthalten sind, und eine Dreifachbindung zwischen Stickstoffmolekülen. Als Ergebnis kann ein dichter Siliziumnitridfilm ausgebildet werden, der nur geringe Defekte aufweist, in dem eine Bindung zwischen Silizium und Stickstoff gefördert wird und in dem die Anzahl der Bindungen zwischen Silizium und Wasserstoff klein ist. Andererseits werden dann, wenn die Menge an Ammoniak im Verhältnis zu Stickstoff in dem Quellengas groß ist, die Spaltung eines Silizium enthaltenden Abscheidungsgases und die Spaltung von Stickstoff nicht gefördert, so dass ein undichter bzw. grober Siliziumnitridfilm ausgebildet wird, in dem eine Bindung zwischen Silizium und Wasserstoff verbleibt und Defekte zugenommen haben. Deshalb wird bei dem Quellengas das Verhältnis der Durchflussmenge vom Stickstoff zum Ammoniak auf größer als oder gleich 5 und kleiner als oder gleich 50, bevorzugt größer als oder gleich 10 und kleiner als oder gleich 50 eingestellt.
  • Hier wird ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren in der Behandlungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung ausgebildet, wobei Silan mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 100 sccm als Quellengas verwendet werden, der Druck in der Behandlungskammer 100 Pa ist, die Substrattemperatur 350°C ist und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W mittels einer Hochfrequenzleistungsversorgung von 27,12 MHz zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Plasma-CVD-Vorrichtung eine Parallel-Platten-Plasma-CVD-Vorrichtung ist, bei der die Elektrodenfläche 6000 cm2 ist und bei der die Leistung pro Flächeneinheit (Leistungsdichte), in die die zugeführte Leistung umgewandelt ist, 1,7 × 10–1 W/cm2 ist.
  • Durch die oben beschriebenen Schritte kann der Schutzfilm 26, der den isolierenden Oxidfilm 23, den isolierenden Oxidfilm 24 und den isolierenden Nitridfilm 25 umfasst, ausgebildet werden.
  • Als nächstes kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
  • Durch den oben beschriebenen Prozess kann der Transistor 50 hergestellt werden.
  • Der isolierende Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, wird derart ausgebildet, dass er sich mit dem als Kanalbereich dienenden Oxidhalbleiterfilm überlappt, und sich so Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm zu dem Oxidhalbleiterfilm hin bewegen kann. Folglich kann die Anzahl der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden.
  • Im Besonderen wird der isolierende Oxidfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, zwischen dem als Kanalbereich dienenden Oxidhalbleiterfilm und dem isolierenden Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, ausgebildet. Daher können Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, verringert werden. Folglich kann die Anzahl der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden.
  • Ferner ist der In oder Ga enthaltende Oxidfilm über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, so dass Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, weiter verringert werden können. Zusätzlich kann durch Ausbilden des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms verhindert werden, dass ein Bestandteil eines isolierenden Films, z. B. des über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildeten isolierenden Oxidfilms, in den Oxidhalbleiterfilm gemischt wird.
  • Auf die oben beschriebene Weise kann eine Halbleitervorrichtung erhalten werden, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, in dem die Anzahl der Defekte verringert ist. Des Weiteren kann eine Halbleitervorrichtung erhalten werden, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet und verbesserte elektrische Eigenschaften aufweist.
  • <Modifikationsbeispiel 1>
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 50 kann nach Bedarf ein isolierender Basisfilm zwischen dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15 angeordnet werden. Als Beispiele für ein Material des isolierenden Basisfilms können Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Galliumoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid und dergleichen genannt werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn Siliziumnitrid, Galliumoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen als Material des isolierenden Basisfilms verwendet wird, verhindert werden kann, dass Verunreinigungen, wie z. B. Alkalimetall, Wasser und Wasserstoff, aus dem Substrat 11 in den mehrschichtigen Film 20 diffundieren.
  • Der isolierende Basisfilm kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Vefahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • <Modifikationsbeispiel 2>
  • Es ist bevorzugt, als der Oxidhalbleiterfilm 18, der in dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 50 angeordnet ist, einen Oxidhalbleiterfilm zu verwenden, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist, in welchem Falle ein Transistor mit viel besseren elektrischen Eigenschaften hergestellt werden kann. Hierbei wird der Zustand, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist (die Anzahl der Sauerstofffehlstellen klein ist), als „hochrein intrinsisch” oder „im Wesentlichen hochrein intrinsisch” bezeichnet. Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter weist nur geringe Ladungsträgererzeugungsquellen auf und weist deshalb in einigen Fällen eine niedrige Ladungsträgerdichte auf. Daher hat ein Transistor, der den Oxidhalbleiter für einen Kanalbereich verwendet, selten elektrische Eigenschaften, bei denen die Schwellenspannung negativ ist (auch als „normalerweise eingeschaltet” bezeichnet). Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter weist eine niedrige Dichte der Defektzustände und also eine niedrige Dichte der Fallenzustände auf. Deshalb weist der Transistor, der den Oxidhalbleiter für den Kanalbereich verwendet, geringe Schwankungen der elektrischen Eigenschaften und hohe Zuverlässigkeit auf. Ladungen, die von den Fallenzuständen in dem Oxidhalbleiter eingefangen werden, brauchen lange Zeit, bis sie abgegeben werden, und können sich wie feste Ladungen verhalten. In einigen Fällen weist daher der Transistor, der den Oxidhalbleiter mit einer hohen Dichte der Fallenzustände für einen Kanalbereich verwendet, instabile elektrische Eigenschaften auf. Als Beispiele für die Verunreinigungen werden Wasserstoff, Stickstoff, Alkalimetall, Erdalkalimetall und dergleichen angegeben.
  • Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, um zu Wasser zu werden, und zudem wird eine Sauerstofffehlstelle in einem Gitter, von welchem Sauerstoff abgegeben wird (oder in einem Bereich, von welchem Sauerstoff abgegeben wird) gebildet. Infolge des Eintritts von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstelle wird ein Elektron, das als Ladungsträger dient, erzeugt. Unter Umständen verursacht ferner eine Bindung eines Teils von Wasserstoff mit Sauerstoff, der an ein Metallelement gebunden ist, Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Daher ist hochwahrscheinlich, dass sich ein Transistor, der einen Wasserstoff enthaltenden Oxidhalbleiter enthält, normalerweise eingeschaltet verhält.
  • Folglich ist bevorzugt, dass Wasserstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 18 möglichst verringert wird. Insbesondere ist die Wasserstoffkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 18, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, niedriger als oder gleich 2 × 1020 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, sogar noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, weiter stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1017 Atome/cm3, noch weiter stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3.
  • Als Verfahren zum Verringern der Wasserstoffkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 18 wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, nachdem der mehrschichtige Film 20, der den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 umfasst, in 4B ausgebildet worden ist. Somit kann die Wasserstoffkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 18 verringert werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
  • Ferner wird die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 18, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie gemessen wird, auf niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 1016 Atome/cm3 eingestellt. Alkalimetall und Erdalkalimetall könnten Ladungsträger erzeugen, wenn sie an einen Oxidhalbleiter gebunden werden, in welchem Falle der Sperrstrom des Transistors ansteigen könnte. Deshalb ist es zu bevorzugen, die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 18 zu verringern.
  • Durch Anordnen eines isolierenden Nitridfilms in einem Teil des Gate-Isolierfilms 17 kann die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 18 verringert werden.
  • Ferner hat dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 18 Stickstoff enthält, er durch Erzeugung von Elektronen, die als Ladungsträger dienen, und Erhöhung der Ladungsträgerdichte leicht eine Leitfähigkeit vom n-Typ. Daher hat ein Transistor, der einen Stickstoff enthaltenden Oxidhalbleiter enthält, hochwahrscheinlich normalerweise eingeschaltete Eigenschaften. Aus diesem Grund wird Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise möglichst verringert; die Stickstoffkonzentration wird vorzugsweise z. B. auf niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3 eingestellt.
  • Auf diese Weise kann mit dem Oxidhalbleiterfilm 18, der durch möglichste Verringern der Verunreinigungen (wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Alkalimetall und Erdalkalimetall) hochrein geworden ist, verhindert werden, dass der Transistor normalerweise eingeschaltete Eigenschaften aufweist, so dass der Sperrstrom des Transistors erheblich verringert werden kann. Folglich kann eine Halbleitervorrichtung mit geeigneten elektrischen Eigenschaften hergestellt werden. Des Weiteren kann eine Halbleitervorrichtung mit verbesserter Zuverlässigkeit hergestellt werden.
  • Verschiedene Experimente können den kleinen Sperrstrom eines Transistors, der einen hochreinen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, belegen. Auch wenn zum Beispiel ein Element eine Kanalbreite von 1 × 106 μm und eine Kanallänge L von 10 μm aufweist, kann der Sperrstrom kleiner als oder gleich dem Messgrenze eines Halbleiterparameteranalysators sein, d. h. kleiner als oder gleich 1 × 10–13 A bei einer Spannung (Drain-Spannung) zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode von 1 V bis 10 V. In diesem Fall kann gefunden werden, dass ein Wert, der durch Teilen des Sperrstroms durch die Kanalbreite des Transistors erhalten wird, kleiner als oder gleich 100 zA/μm ist. Außerdem sind ein Kondensator und ein Transistor miteinander verbunden und der Sperrstrom wird unter Verwendung einer Schaltung gemessen, in der eine in den oder von dem Kondensator fließende Ladung durch den Transistor gesteuert wird. Bei der Messung wird ein Teil eines hochreinen Oxidhalbleiterfilms für einen Kanalbereich des Transistors verwendet, und der Sperrstrom des Transistors wird gemäß einer Veränderung der Menge der Ladung des Kondensators pro Zeiteinheit (unit time) gemessen. Als Ergebnis wird gefunden, dass in dem Fall, in dem die Spannung zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 3 V ist, ein kleinerer Sperrstrom von mehreren Zehn Yoktoampere pro Mikrometer (yA/μm) erhalten werden kann. Dementsprechend weist der Transistor, der den hochreinen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, einen erheblich kleinen Sperrstrom auf.
  • <Modifikationsbeispiel 3>
  • Für das Paar von Elektroden 21 und 22, die in dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 50 angeordnet sind, ist es bevorzugt, ein leitendes Material, das leicht an Sauerstoff gebunden wird, zu verwenden, so beispielsweise Wolfram, Titan, Aluminium, Kupfer, Molybdän, Chrom oder Tantal, oder eine Legierung davon. Somit werden Sauerstoff, der in dem mehrschichtigen Film 20 enthalten ist, und das leitende Material, das in dem Paar von Elektroden 21 und 22 enthalten ist, aneinander gebunden, so dass ein sauerstoffarmer Bereich in dem mehrschichtigen Film 20 gebildet wird. Des Weiteren wird in einigen Fällen ein Teil der Bestandteile des leitenden Materials, welches das Paar von Elektroden 21 und 22 ausbildet, in den mehrschichtigen Film 20 gemischt. Infolgedessen wird bei dem mehrschichtigen Film 20 ein niederohmiger Bereich in der Nähe eines Bereichs in Kontakt mit dem Paar von Elektroden 21 und 22 gebildet. 5A bis 5C sind jeweils eine vergrößerte Querschnittsansicht des mehrschichtigen Films 20 des Transistors 50 in 1B.
  • Es gibt einen Fall, in dem wie in 5A große Teile von niederohmigen Bereichen 28a und 29a in dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 gebildet sind. In einem anderen Fall sind wie in 5B niederohmige Bereiche 28b und 29b in dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 gebildet. In einem weiteren Fall sind wie in 5C niederohmige Bereiche 28c und 29c in dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 derart gebildet, dass sie in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 17 stehen. Da die niederohmigen Bereiche 28a bis 28c und 29a bis 29c hohe Leitfähigkeit aufweisen, kann der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 20 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 verringert werden, und somit kann der Durchlassstrom (on-state current) des Transistors erhöht werden.
  • Darüber hinaus kann das Paar von Elektroden 21 und 22 jeweils eine Stapelschicht-Struktur aus dem leitenden Material, das leicht an Sauerstoff gebunden wird, und einem leitenden Material, das nicht leicht an Sauerstoff gebunden wird, wie z. B. Titannitrid, Tantalnitrid oder Ruthenium, haben. Mit einer derartigen Stapelschicht-Struktur kann eine Oxidation des Paars von Elektroden 21 und 22 an der Grenzfläche zwischen dem Paar von Elektroden 21 und 22 und dem isolierenden Oxidfilm 23 verhindert werden, so dass der Anstieg des Widerstands des Paars von Elektroden 21 und 22 verhindert werden kann.
  • <Modifikationsbeispiel 4>
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen des bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistors 50 kann nach dem Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 eine Reinigungsbehandlung durchgeführt werden, um einen Ätzrückstand zu entfernen. Durch die Reinigungsbehandlung kann verhindert werden, dass ein Leckstrom zwischen dem Paar von Elektroden 21 und 22 fließt. Die Reinigungsbehandlung kann unter Verwendung einer alkalischen Lösung, wie z. B. einer Tetramethylammoniumhydroxid-(TMAH-)Lösung, oder einer säurehaltigen Lösung, wie z. B. einer verdünnten Flusssäure, einer Oxalsäurelösung oder einer Phosphorsäurelösung, durchgeführt werden.
  • <Modifikationsbeispiel 5>
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen des bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistors 50 kann nach dem Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 der mehrschichtige Film 20 einem in einer Sauerstoffatmosphäre erzeugten Plasma ausgesetzt werden, so dass dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 Sauerstoff zugeführt werden kann. Atmosphären von Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dergleichen können als Beispiele für die Sauerstoffatmosphäre angegeben werden. Zusätzlich wird bei der Plasmabehandlung bevorzugt, dass der mehrschichtige Film 20 einem Plasma ausgesetzt wird, der erzeugt wird, ohne dass eine Vorspannung an die Seite des Substrats 11 angelegt wird. Folglich kann der mehrschichtige Film 20 mit Sauerstoff versorgt werden, ohne beschädigt zu werden, und die Anzahl der Sauerstofffehlstellen in dem mehrschichtigen Film 20 kann verringert werden. Außerdem können Verunreinigungen, die infolge einer Ätzbehandlung an der Oberfläche des mehrschichtigen Films 20 verbleiben, so beispielsweise ein Halogen wie z. B. Fluor oder Chlor, entfernt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 2]
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Transistor, in dem die Anzahl der Defekte in dem Oxidhalbleiterfilm im Vergleich zu der Ausführungsform 1 weiter verringert werden kann, unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Der bei dieser Ausführungsform beschriebene Transistor unterscheidet sich von demjenigen bei der Ausführungsform 1 darin, dass er einen Oxidfilm, der In oder Ga enthält, zwischen dem Gate-Isolierfilm und dem Oxidhalbleiterfilm aufweist.
  • 6A bis 6E sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten eines Transistors 60, der in der Halbleitervorrichtung enthalten ist. 6A ist eine Draufsicht des Transistors 60, 6B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A-B in 6A, und 6C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie C-D in 6A. Es sei angemerkt, dass in 6A das Substrat 11, der Gate-Isolierfilm 17, der isolierende Oxidfilm 23, der isolierende Oxidfilm 24, der isolierende Nitridfilm 25 und dergleichen einfachheitshalber weggelassen sind.
  • Der Transistor 60 in 6A bis 6E beinhaltet die Gate-Elektrode 15, die über dem Substrat 11 angeordnet ist. Des Weiteren ist der Gate-Isolierfilm 17 über dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15 ausgebildet, und ein mehrschichtiger Film 34, der sich mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 17 dazwischen liegt, und das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 34 sind enthalten. Darüber hinaus ist der Schutzfilm 26, der den isolierenden Oxidfilm 23, den isolierenden Oxidfilm 24 und den isolierenden Nitridfilm 25 umfasst, über dem Gate-Isolierfilm 17, dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet.
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 60 umfasst der mehrschichtige Film 34 einen Oxidfilm 31, der In oder Ga enthält, einen Oxidhalbleiterfilm 32 und einen Oxidfilm 33, der In oder Ga enthält. Zudem dient ein Teil des Oxidhalbleiterfilms 32 als Kanalbereich.
  • Des Weiteren stehen der Gate-Isolierfilm 17 und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 miteinander in Kontakt. Das heißt, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 zwischen dem Gate-Isolierfilm 17 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 angeordnet ist.
  • Des Weiteren stehen der In und Ga enthaltende Oxidfilm 33 und der isolierende Oxidfilm 23 miteinander in Kontakt. Das heißt, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem isolierenden Oxidfilm 23 angeordnet ist.
  • Ein Material und ein Ausbildungsverfahren, die denjenigen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 bei der Ausführungsform 1 ähnlich sind, können nach Bedarf für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 ein In-M-Zn-Oxidfilm ist, das Atomverhältnis von In zu M vorzugsweise wie folgt ist: der Anteil an In-Atomen ist niedriger als 50 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist höher als oder gleich 50 Atom-%. Das Folgende ist stärker bevorzugt: der Anteil an In-Atomen ist niedriger als 25 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist höher als oder gleich 75 Atom-%.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ein In-M-Zn-Oxidfilm ist, das Atomverhältnis von In zu M vorzugsweise wie folgt ist: der Anteil an In-Atomen ist niedriger als 50 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist höher als oder gleich 50 Atom-%. Das Folgende ist stärker bevorzugt: der Anteil an In-Atomen ist niedriger als 25 Atom-% und der Anteil an M-Atomen ist höher als oder gleich 75 Atom-%.
  • Ein Material und ein Ausbildungsverfahren, die denjenigen des Oxidhalbleiterfilms 18 bei der Ausführungsform 1 ähnlich sind, können für den Oxidhalbleiterfilm 32 verwendet werden.
  • Hier wird ein 30 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:6:4) durch ein Sputterverfahren als der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 ausgebildet. Des Weiteren wird als der Oxidhalbleiterfilm 32 ein 10 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:1:1) ausgebildet. Darüber hinaus wird als der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ein 10 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:3:2) ausgebildet.
  • Hierbei wird die Bandstruktur entlang der Strich-Punkt-Linie G-H in der Nähe des mehrschichtigen Films 34 des Transistors 60 in 6A bis 6E anhand von 7A beschrieben, und das Verhalten eines Ladungsträgers in dem Transistor 60 wird anhand von 7B beschrieben.
  • Bei der Bandstruktur in 7A wird beispielsweise ein In-Ga-Zn-Oxid (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:6:4) mit einer Energielücke von 3,8 eV für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 verwendet. Ein In-Ga-Zn-Oxid (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:1:1) mit einer Energielücke von 3,2 eV wird für den Oxidhalbleiterfilm 32 verwendet. Ein In-Ga-Zn-Oxid (das Atomverhältnis eines zur Filmausbildung verwendeten Sputtertargets ist In:Ga:Zn = 1:3:2) mit einer Energielücke von 3,5 eV wird für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 verwendet.
  • Der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Maximum des Valenzbandes (auch als Ionisationspotential bezeichnet) des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31, der Energieunterschied dazwischen des Oxidhalbleiterfilms 32 und der Energieunterschied dazwischen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 sind 7,8 eV, 7,9 eV bzw. 8,0 eV.
  • Der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Minimum des Leitungsbandes (auch als Elektronenaffinität bezeichnet) des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31, der Energieunterschied dazwischen des Oxidhalbleiterfilms 32 und der Energieunterschied dazwischen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 sind 4,0 eV, 4,7 eV bzw. 4,5 eV.
  • Des Weiteren wird das Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 durch Ec_31 dargestellt, das Minimum des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms 32 wird durch Ec_32 dargestellt, und das Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 wird durch Ec_33 dargestellt. Zudem wird das Minimum des Leitungsbandes des Gate-Isolierfilms 17 durch Ec_17 dargestellt, und das Minimum des Leitungsbandes des isolierenden Oxidfilms 23 wird durch Ec_23 dargestellt.
  • Wie in 7A gezeigt ist, verändern sich bei dem mehrschichtigen Film 34 das Minimum des Leitungsbandes in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 und das Minimum des Leitungsbandes in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 kontinuierlich. Das heißt: es gibt keine Barriere in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 und in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33, und das Minimum des Leitungsbandes verändert sich sanft. Eine Struktur mit einem derartigen Minimum des Leitungsbandes kann auch als U-förmige Wanne(U-Form-Wanne-)Struktur bezeichnet werden. Eine derartige Form wird durch gegenseitige Übertragung von Sauerstoff zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 und zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 gebildet. Darüber hinaus liegt bei dem mehrschichtigen Film 34 die Energie des Minimums des Leitungsbandes Ec_32 des Oxidhalbleiterfilms 32 am tiefsten, und dieser Bereich dient als Kanalbereich.
  • Nun wird ein Zustand, in dem als Ladungsträger dienende Elektronen in dem Transistor 60 fließen, anhand von 76 beschrieben. Es sei angemerkt, dass in 76 der Fluss der Elektronen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 32 fließen, durch einen gepunkteten Pfeil dargestellt wird.
  • Fallenzustände 36 aufgrund von Verunreinigungen und Defekten werden in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Gate-Isolierfilm 17 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 gebildet. Ferner werden Fallenzustände 37 in ähnlicher Weise in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 und dem isolierenden Oxidfilm 23 gebildet. In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 60 ist der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 zwischen dem Gate-Isolierfilm 17 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 angeordnet, wie in 7B gezeigt ist; daher besteht ein Abstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und den Fallenzuständen 36. Des Weiteren ist der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem isolierenden Oxidfilm 23 angeordnet; daher besteht ein Abstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und den Fallenzuständen 37.
  • Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass Elektronen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 32 fließen, von den Fallenzuständen 36 und 37 eingefangen werden, der Durchlassstrom des Transistors kann vergrößert werden, und die Feldeffektbeweglichkeit kann erhöht werden. Darüber hinaus werden dann, wenn die Elektronen von den Fallenzuständen 36 und 37 eingefangen werden, die Elektronen zu negativen festen Ladungen. Dementsprechend schwankt die Schwellenspannung des Transistors. Mit dem Abstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und den Fallenzuständen 36 und 37 kann jedoch der Einfang der Elektronen von den Fallenzuständen 36 und 37 verringert werden, und somit können Schwankungen der Schwellenspannung verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Energieunterschied ΔE2 des Minimums des Leitungsbandes in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 und der Energieunterschied ΔE3 des Minimums des Leitungsbandes in dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 klein sind, die in dem Oxidhalbleiterfilm 32 fließenden Ladungsträger das Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und das Minimum des Leitungsbandes des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 überschreiten und von den Fallenzuständen 36 und 37 eingefangen werden. Deshalb sind der Energieunterschied ΔE2 zwischen den Minima der Leitungsbänder des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 und der Energieunterschied ΔE3 zwischen den Minima der Leitungsbänder des Oxidhalbleiterfilms 32 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 größer als oder gleich 0,1 eV, bevorzugt größer als oder gleich 0,15 eV.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Energieunterschied ΔE3 in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 im Vergleich zu dem Energieunterschied ΔE2 in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 klein ist, der Widerstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 verringert werden kann und die Anzahl der Elektronen, die von den Fallenzuständen 36 eingefangen werden, verringert werden kann. Daher kann der Menge an Durchlassstrom des Transistors weiter vergrößert werden, und die Feldeffektbeweglichkeit kann weiter erhöht werden.
  • Obwohl der Energieunterschied ΔE3 kleiner ist als der Energieunterschied ΔE2, können der Energieunterschied ΔE2 und der Energieunterschied ΔE3 gleich sein oder der Energieunterschied ΔE3 kann größer sein als der Energieunterschied ΔE2, indem geeignete Bestandteile und Zusammensetzungen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31, des Oxidhalbleiterfilms 32 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 gemäß den elektrischen Eigenschaften des Transistors ausgewählt werden.
  • Des Weiteren ist der isolierende Oxidfilm 24 (siehe 6A bis 6E), der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, auf der Rückkanalseite des mehrschichtigen Films 34 (einer Oberfläche des mehrschichtigen Films 34, die einer der Gate-Elektrode 15 zugewandten Oberfläche entgegengesetzt ist) angeordnet, wobei der isolierende Oxidfilm 23, durch den hindurch Sauerstoff tritt, dazwischen liegt. Folglich bewegt sich Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, zu dem Oxidhalbleiterfilm 32 in dem mehrschichtigen Film 34 hin, wodurch Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 32 verringert werden können.
  • Der mehrschichtige Film 34 wird durch Ätzen zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 beschädigt, und Sauerstofffehlstellen werden auf der Rückkanalseite des mehrschichtigen Films 34 erzeugt; jedoch können die Sauerstofffehlstellen mit Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, repariert werden. Folglich kann die Zuverlässigkeit des Transistors 60 verbessert werden.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend können Sauerstofffehlstellen in dem mehrschichtigen Film 34 verringert werden, indem der mehrschichtige Film 34, der den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31, den Oxidhalbleiterfilm 32 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 umfasst, bereitgestellt wird und indem der isolierende Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, über dem mehrschichtigen Film 34 angeordnet wird, wobei der isolierende Oxidfilm 23, durch den hindurch Sauerstoff tritt, dazwischen liegt. Zudem ist der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 zwischen dem Gate-Isolierfilm 17 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 angeordnet, und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ist zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem isolierenden Oxidfilm 23 angeordnet. Es ist deshalb möglich, die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und dem Oxidhalbleiterfilm 32, die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 32 oder die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 zu verringern. Folglich beträgt bei dem mehrschichtigen Film 34 der Absorptionskoeffizient, der durch eine konstante Fotostrom-Methode abgeleitet wird, niedriger als 1 × 10–3/cm, bevorzugt niedriger als 1 × 10–4/cm, und somit ist die Dichte der lokalisierten Zustände äußerst niedrig.
  • Da der Transistor 60 mit einer derartigen Struktur sehr geringe Defekte in dem mehrschichtigen Film 34, der den Oxidhalbleiterfilm 32 umfasst, aufweist, können die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden, und typischerweise kann der Durchlassstrom vergrößert werden und die Feldeffektbeweglichkeit kann verbessert werden. Außerdem verändert sich durch einen BT-Belastungstest und einen BT-Fotobelastungstest, die Beispiele für einen Belastungstest sind, die Schwellenspannung nicht, oder der Betrag der Veränderung in negativer Richtung oder positiver Richtung ist weniger als oder gleich 1,0 V, bevorzugt weniger als oder gleich 0,5 V; die Zuverlässigkeit ist daher hoch.
  • <Modifikationsbeispiel 1>
  • Anstatt des mehrschichtigen Films 34, der bei dieser Ausführungsform beschrieben wird und in 6A bis 6C gezeigt ist, kann ein mehrschichtiger Film 34a, der den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31, den Oxidhalbleiterfilm 32, den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 und einen Oxidfilm 35, der In oder Ga enthält, umfasst, wie in 6D und 6E verwendet werden. Es sei angemerkt, dass 6D einer vergrößerten Ansicht der Nähe des mehrschichtigen Films 34 in 6B entspricht und dass 6E einer vergrößerten Ansicht der Nähe des mehrschichtigen Films 34 in 6C entspricht.
  • Der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 35 ist an den seitlichen Oberflächen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31, des Oxidhalbleiterfilms 32 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 angeordnet. Das heißt, dass der Oxidhalbleiterfilm 32 von den Oxidfilmen, die jeweils In oder Ga enthalten, eingeschlossen ist.
  • Der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 35 ist unter Verwendung eines Metalloxids, das demjenigen der Oxidfilme 31 und 33, die jeweils In oder Ga enthalten, ähnlich ist, ausgebildet. Das heißt: die Bandlücke des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 35 ist größer als diejenige des Oxidhalbleiterfilms 32, und deshalb kann verhindert werden, dass ein Elektron von einem Fallenzustand in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 34a und dem Gate-Isolierfilm 17 oder von einem Fallenzustand in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 34a und dem isolierenden Oxidfilm 23 eingefangen wird. Folglich wird die Zuverlässigkeit des Transistors verbessert.
  • Es sei angemerkt, dass der In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 35 derart ausgebildet wird, dass sich ein Reaktionsprodukt, das in einem Schritt eines Trockenätzens zum Ausbilden des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31, des Oxidhalbleiterfilms 32 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 erzeugt wird, an die seitlichen Oberflächen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31, des Oxidhalbleiterfilms 32 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 heftet. Das Trockenätzen kann unter Bedingungen durchgeführt werden, wobei beispielsweise ein Bortrichloridgas und ein Chlorgas als Ätzgase verwendet werden und eine induktiv gekoppelte Plasma-(inductively coupled plasma, ICP-)Leistung und eine Substratvorspannungsleistung (substrate bias power) angelegt werden.
  • <Modifikationsbeispiel 2>
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 60 kann die Stapelschicht-Struktur aus dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 nach Bedarf geändert werden. Zum Beispiel kann ein Transistor 65, der in 8A bis 8C gezeigt ist, als Modifikationsbeispiel genannt werden.
  • Eine Draufsicht des Transistors 65 ist in 8A gezeigt. Eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A-B in 8A ist in 8B gezeigt, und eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie C-D ist in 8C gezeigt. Es sei angemerkt, dass in 8A das Substrat 11, der Gate-Isolierfilm 17, der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31, der Oxidhalbleiterfilm 32, der Schutzfilm 26 und dergleichen einfachheitshalber weggelassen sind.
  • Der Transistor 65 unterscheidet sich von dem Transistor 60 darin, dass ein Teil des Paars von Elektroden 21 und 22 von dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 eingeschlossen ist. Konkret gesagt, ist in dem Transistor 65 der Oxidhalbleiterfilm 32 über dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 angeordnet, das Paar von Elektroden 21 und 22 ist über dem Oxidhalbleiterfilm 32 angeordnet, und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ist in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 angeordnet. Es sei angemerkt, dass bezüglich der anderen Komponenten die Stapelschicht-Struktur in dem Transistor 65 gleich der Stapelschicht-Struktur in dem Transistor 60 ist.
  • Der Transistor 65 ist ein Transistor, in dem der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 niedriger ist als derjenige in dem Transistor 60 und der Durchlassstrom im Vergleich zu dem Transistor 60 verbessert ist, da das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 32 steht.
  • Des Weiteren kann, da das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 32 in dem Transistor 65 steht, der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 dicker gemacht werden, ohne dass der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ansteigt. Also kann verhindert werden, dass ein Fallenzustand wegen eines Plasmaschadens beim Ausbilden des Schutzfilms 26, wegen einer Mischung eines Bestandteils des Schutzfilms 26 oder dergleichen in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 gebildet wird. Das heißt, dass der Transistor 65 sowohl eine Verbesserung des Durchlassstroms als auch eine Verringerung der Veränderung der Schwellenspannung erzielen kann.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 65 wird anhand von 9A bis 9D beschrieben. Auf eine Weise, die derjenigen in 4A ähnlich ist, werden zuerst die Gate-Elektrode 15 und der Gate-Isolierfilm 17 über dem Substrat 11 ausgebildet (siehe 9A).
  • Als nächstes werden ein Oxidfilm 44, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 wird, und ein Oxidhalbleiterfilm 45, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 32 wird, sukzessive ausgebildet, und dann wird das Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet (siehe 96). Ein Material und ein Ausbildungsverfahren, die denjenigen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, ähnlich sind, können nach Bedarf für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 44 verwendet werden. Ein Material und ein Ausbildungsverfahren, die denjenigen des Oxidhalbleiterfilms 18, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, ähnlich sind, können nach Bedarf für den Oxidhalbleiterfilm 45 verwendet werden. Zusätzlich kann das Paar von Elektroden 21 und 22 auf eine Weise, die derjenigen in 4C ähnlich ist, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass das Paar von Elektroden 21 und 22 über dem Oxidhalbleiterfilm 45 ausgebildet wird.
  • Als nächstes wird ein Oxidfilm, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 wird, ausgebildet, um den Oxidhalbleiterfilm 45, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 32 wird, und das Paar von Elektroden 21 und 22 zu bedecken. Ein Material und ein Ausbildungsverfahren, die denjenigen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, ähnlich sind, können nach Bedarf für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm verwendet werden.
  • Danach werden der Oxidfilm 44, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 wird, der Oxidhalbleiterfilm 45, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 32 wird, und der Oxidfilm, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 wird, jeweils teilweise geätzt, um den mehrschichtigen Film 34, der den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31, den Oxidhalbleiterfilm 32 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 umfasst, auszubilden (siehe 9C). Es sei angemerkt, dass das Ätzen unter Verwendung einer Maske durchgeführt werden kann, nachdem die Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem Oxidfilm, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 wird, ausgebildet worden ist.
  • Als nächstes wird der Schutzfilm 26 ausgebildet werden, um den Gate-Isolierfilm 17, den mehrschichtigen Film 34 und das Paar von Elektroden 21 und 22 zu bedecken. Der Schutzfilm 26 kann auf eine Weise, die derjenigen bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden (siehe 9D). Bei dem Verfahren zum Herstellen des Transistors 65 kann ferner eine Wärmebehandlung angemessen unter Bezugnahme auf die Ausführungsform 1 durchgeführt werden.
  • Ferner werden in einigen Fällen durch das Ätzen zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 Defekte, wie z. B. Sauerstofffehlstellen, in dem Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 32 wird, erzeugt und die Ladungsträgerdichte wird erhöht. Deshalb wird bevorzugt, dass vor dem Ausbilden des Oxidfilms, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 wird, der Oxidhalbleiterfilm an einem in einer Sauerstoffatmosphäre erzeugten Plasma ausgesetzt wird, so dass dem Oxidhalbleiterfilm Sauerstoff zugeführt wird. Somit kann in dem Transistor 65 verhindert werden, dass ein Fallenzustand in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 gebildet wird, und die Veränderung der Schwellenspannung kann verringert werden. Außerdem kann in dem Transistor 65 der Leckstrom, der in der Nähe der seitlichen Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 in dem mehrschichtigen Film 34 fließt, verringert werden, und ein Anstieg des Sperrstroms kann verhindert werden.
  • Der mehrschichtige Film 34 wird durch Ätzen zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 beschädigt, und Sauerstofffehlstellen werden auf der Rückkanalseite des mehrschichtigen Films 34 erzeugt; jedoch können die Sauerstofffehlstellen mit Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, repariert werden. Folglich kann die Zuverlässigkeit des Transistors 65 verbessert werden.
  • <Modifikationsbeispiel 3>
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 60 kann die Stapelschicht-Struktur aus dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 nach Bedarf geändert werden. Zum Beispiel kann ein Transistor 66, der in 10A bis 10C gezeigt ist, als Modifikationsbeispiel genannt werden.
  • Eine Draufsicht des Transistors 66 ist in 10A gezeigt. Eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A-B in 10A ist in 10B gezeigt, und eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie C-D ist in 10C gezeigt. Es sei angemerkt, dass in 10A das Substrat 11, der Gate-Isolierfilm 17, der Schutzfilm 26 und dergleichen einfachheitshalber weggelassen sind.
  • Der Transistor 66 unterscheidet sich von dem Transistor 60 darin, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 über dem Gate-Isolierfilm 17, dem Paar von Elektroden 21 und 22 und dem Oxidhalbleiterfilm 32 ausgebildet ist. Konkret gesagt, ist in dem Transistor 66 der Oxidhalbleiterfilm 32 über dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 angeordnet, das Paar von Elektroden 21 und 22 ist angeordnet, um den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und den Oxidhalbleiterfilm 32 zu bedecken, und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ist angeordnet, um den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31, den Oxidhalbleiterfilm 32 und das Paar von Elektroden 21 und 22 zu bedecken. Es sei angemerkt, dass bezüglich der anderen Komponenten die Stapelschicht-Struktur in dem Transistor 66 gleich der Stapelschicht-Struktur in dem Transistor 60 ist.
  • Der Transistor 66 ist ein Transistor, in dem der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 niedrig ist und der Durchlassstrom im Vergleich zu dem Transistor 60 verbessert ist, da die Kontaktfläche des Paars von Elektroden 21 und 22 mit dem Oxidhalbleiterfilm 32 größer ist als diejenige in dem Transistor 60.
  • Des Weiteren kann, da in dem Transistor 66 die Kontaktfläche des Paars von Elektroden 21 und 22 mit dem Oxidhalbleiterfilm 32 groß ist, der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 dicker gemacht werden, ohne dass der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ansteigt. Also kann verhindert werden, dass ein Fallenzustand wegen eines Plasmaschadens beim Ausbilden des Schutzfilms 26, wegen einer Mischung eines Bestandteils des Schutzfilms 26 oder dergleichen in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 gebildet wird. Das heißt, dass der Transistor 66 sowohl eine Verbesserung des Durchlassstroms als auch eine Verringerung der Veränderung der Schwellenspannung erzielen kann.
  • Ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 66 wird anhand von 11A bis 11D beschrieben. Auf eine Weise, die derjenigen in 4A ähnlich ist, werden zuerst die Gate-Elektrode und der Gate-Isolierfilm 17 über dem Substrat 11 ausgebildet (siehe 11A).
  • Als nächstes werden der Oxidfilm, der In oder Ga enthält und zu dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 wird, und der Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 32 wird, sukzessive ausgebildet, eine Maske wird durch einen Fotolithografieprozess über dem Oxidhalbleiterfilm angeordnet, und ein Ätzen wird unter Verwendung der Maske durchgeführt, um den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 31 und den Oxidhalbleiterfilm 32 auszubilden. Danach wird das Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet, um die Randbereiche des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 zu bedecken (siehe 11B). Es sei angemerkt, dass ein Material und ein Filmausbildungsverfahren, die denjenigen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 bei der Ausführungsform 1 ähnlich sind, nach Bedarf für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm verwendet werden können. Ein Material und ein Filmausbildungsverfahren, die denjenigen des Oxidhalbleiterfilms 18 bei der Ausführungsform 1 ähnlich sind, können nach Bedarf für den Oxidhalbleiterfilm verwendet werden. Zusätzlich kann das Paar von Elektroden 21 und 22 auf eine Weise, die derjenigen in 4C ähnlich ist, ausgebildet werden.
  • Als nächstes wird der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ausgebildet, um den Oxidhalbleiterfilm 32 und das Paar von Elektroden 21 und 22 zu bedecken; auf diese Weise wird der mehrschichtige Film 34 ausgebildet (siehe 11C). Ein Material und ein Filmausbildungsverfahren, die denjenigen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 19 bei der Ausführungsform 1 ähnlich sind, können nach Bedarf für den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm verwendet werden. Es sei angemerkt, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 durch Ätzen oder dergleichen unter Verwendung einer Maske, die durch einen Fotolithografieprozess oder dergleichen ausgebildet wird, wie in 8B verarbeitet werden kann oder dass er in dem Zustand zum Zeitpunkt des Ausbildens des Films bleiben kann.
  • Als nächstes wird der Schutzfilm 26 über dem Gate-Isolierfilm 17 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 ausgebildet. Der Schutzfilm 26 kann auf eine Weise, die derjenigen bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden (siehe 11D). Bei dem Verfahren zum Herstellen des Transistors 66 kann ferner eine Wärmebehandlung angemessen unter Bezugnahme auf die Ausführungsform 1 durchgeführt werden.
  • Ferner werden durch Ätzen zum Ausbilden des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 Defekte, wie z. B. Sauerstofffehlstellen, in der seitlichen Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 erzeugt, und dementsprechend steigt die Ladungsträgerdichte in einigen Fällen an. Überdies werden durch Ätzen zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 Defekte, wie z. B. Sauerstofffehlstellen, in der Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 erzeugt, und dementsprechend steigt die Ladungsträgerdichte in einigen Fällen an. Deshalb wird bevorzugt, dass nach dem Ausbilden des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 und/oder nach dem Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 der Oxidhalbleiterfilm 32 an einem in einer Sauerstoffatmosphäre erzeugten Plasma ausgesetzt wird, so dass dem Oxidhalbleiterfilm 32 Sauerstoff zugeführt wird.
  • Der mehrschichtige Film 34 wird durch Ätzen zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 beschädigt, und Sauerstofffehlstellen werden auf der Rückkanalseite des mehrschichtigen Films 34 erzeugt; jedoch können die Sauerstofffehlstellen mit Sauerstoff in dem isolierenden Oxidfilm 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, repariert werden. Folglich kann die Zuverlässigkeit des Transistors 66 verbessert werden.
  • Somit kann in dem Transistor 66 verhindert werden, dass ein Fallenzustand in der seitlichen Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 und in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 32 und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 33 gebildet wird, und die Veränderung der Schwellenspannung kann verringert werden.
  • Des Weiteren ist in dem Transistor 66 der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 angeordnet, um die seitlichen Oberflächen (die seitlichen Oberflächen in der Richtung der Kanallänge) des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 zu bedecken (siehe 10C). Somit kann der Leckstrom, der in der seitlichen Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 fließt, verringert werden, und ein Anstieg des Sperrstroms kann verhindert werden.
  • Des Weiteren kann es einen Fall geben, in dem sich beim Ausbilden des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 (siehe 106) in einem Ätzschritt, in dem nach dem Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 32 der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 31 ausgebildet wird, ein Reaktionsprodukt an die seitlichen Oberflächen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 heftet, um einen In oder Ga enthaltenden Oxidfilm (der dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 35 in 6D entspricht) auszubilden. In diesem Fall wird der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 ausgebildet, um den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm, der die seitliche Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 bedeckt, zu bedecken.
  • <Modifikationsbeispiel 4>
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 60 kann die Stapelschicht-Struktur aus dem mehrschichtigen Film 34 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 nach Bedarf geändert werden. Zum Beispiel kann ein Transistor 67, der in 12A bis 12C gezeigt ist, als Modifikationsbeispiel genannt werden.
  • Eine Draufsicht des Transistors 67 ist in 12A gezeigt. Eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A-B in 12A ist in 12B gezeigt, und eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie C-D ist in 12C gezeigt. Es sei angemerkt, dass in 12A das Substrat 11, der Gate-Isolierfilm 17, der Schutzfilm 26 und dergleichen einfachheitshalber weggelassen sind.
  • In dem Transistor 67 ist im Unterschied zu dem Transistor 66 in 10B der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 angeordnet, um das Paar von Elektroden 21 und 22 zu bedecken, und die Randbereiche des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 33 liegen über dem Paar von Elektroden 21 und 22. Es sei angemerkt, dass bezüglich der anderen Komponenten die Stapelschicht-Struktur in dem Transistor 67 gleich der Stapelschicht-Struktur in dem Transistor 66 ist.
  • In dem Transistor 67 ist wie in 12C der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 33 angeordnet, um die seitlichen Oberflächen des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 31 und des Oxidhalbleiterfilms 32 an den seitlichen Oberflächen, welche die Richtung der Kanalbreite kreuzen, zu bedecken. Somit kann der Leckstrom, der in der seitlichen Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 32 fließt, verringert werden, und ein Anstieg des Sperrstroms kann verhindert werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 3]
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Transistor mit einer anderen Struktur als die Transistoren bei der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2 anhand von 13 beschrieben. Ein Transistor 70, der bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, beinhaltet eine Vielzahl von Gate-Elektroden, die einander zugewandt sind, wobei ein Oxidhalbleiterfilm dazwischen liegt.
  • Der Transistor 70 in 13 beinhaltet die Gate-Elektrode 15, die über dem Substrat 11 angeordnet ist. Des Weiteren ist der Gate-Isolierfilm 17 über dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15 ausgebildet, und der mehrschichtige Film 20, der sich mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 17 dazwischen liegt, und das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20 sind enthalten. Es sei angemerkt, dass der mehrschichtige Film 20 den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 umfasst. Darüber hinaus ist der Schutzfilm 26, der den isolierenden Oxidfilm 23, den isolierenden Oxidfilm 24 und den isolierenden Nitridfilm 25 umfasst, über dem Gate-Isolierfilm 17, dem mehrschichtigen Film 20 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet. Überdies ist eine Gate-Elektrode 61 enthalten, die sich mit dem mehrschichtigen Film 20 überlappt, wobei der Schutzfilm 26 dazwischen liegt.
  • Die Gate-Elektrode 61 kann auf eine Weise, die derjenigen der Gate-Elektrode 15 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden.
  • Der bei dieser Ausführungsform beschriebene Transistor 70 weist die Gate-Elektrode 15 und die Gate-Elektrode 61 auf, die einander zugewandt sind, wobei der mehrschichtige Film 20 dazwischen liegt. Durch Anlegen verschiedener Potentiale an die Gate-Elektrode 15 und die Gate-Elektrode 61 kann die Schwellenspannung des Transistors 70 gesteuert werden.
  • Wenn der mehrschichtige Film 20 mit dem Oxidhalbleiterfilm 18, in dem die Anzahl der Sauerstofffehlstellen verringert ist, enthalten ist, können ferner die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden. Darüber hinaus wird der Transistor, bei dem der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung klein ist und der hochzuverlässig ist, erhalten.
  • Obwohl man den Oxidhalbleiterfilm, der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, durch ein Sputterverfahren ausbilden kann, kann man einen derartigen Film auch durch ein anderes Verfahren, z. B. ein thermisches CVD-Verfahren, ausbilden. Ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD-)Verfahren oder ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition, ALD-)Verfahren kann als Beispiel für ein thermisches CVD-Verfahren benutzt werden.
  • Ein thermisches CVD-Verfahren hat einen Vorteil, nämlich dass kein Defekt wegen eines Plasmaschadens erzeugt wird, da dabei kein Plasma zum Ausbilden eines Films benutzt wird.
  • Die Abscheidung durch ein thermisches CVD-Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass der Druck in einer Kammer auf einen atmosphärischen Druck oder einen verringerten Druck eingestellt wird und dass ein Quellengas und ein Oxidator gleichzeitig der Kammer zugeführt werden und miteinander in der Nähe des Substrats oder über dem Substrat reagieren.
  • Die Abscheidung durch ein ALD-Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass der Druck in einer Kammer auf einen atmosphärischen Druck oder einen verringerten Druck eingestellt wird, dass Quellengase zur Reaktion sequenziell in die Kammer eingeführt werden und dass dann die Folge der Gaseinführung wiederholt wird. Beispielsweise werden zwei oder mehr Arten von Quellengasen sequenziell der Kammer zugeführt, indem die jeweiligen Umschaltventile (auch als Hochgeschwindigkeitsventile bezeichnet) umgeschaltet werden. Zum Beispiel wird ein erstes Quellengas eingeführt, ein Inertgas (z. B. Argon oder Stickstoff) oder dergleichen wird gleichzeitig mit oder nach dem Einführen des ersten Gases eingeführt, damit die Quellengase nicht gemischt werden, und dann wird ein zweites Quellengas eingeführt. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem das erste Quellengas und das Inertgas gleichzeitig eingeführt werden, das Inertgas als Trägergas dient und dass auch das Inertgas gleichzeitig mit dem Einführen des zweiten Quellengases eingeführt werden kann. Alternativ kann das erste Quellengas durch Evakuierung statt der Einführung des Inertgases abgesaugt werden, und dann kann das zweite Quellengas eingeführt werden. Das erste Quellengas wird an die Oberfläche des Substrats adsorbiert, um eine erste einzelne Atomlage auszubilden; dann wird das zweite Quellengas eingeführt, um mit der ersten einzelnen Atomlage zu reagieren; als Ergebnis wird eine zweite einzelne Atomlage über der ersten einzelnen Atomlage gestapelt, so dass ein dünner Film ausgebildet wird. Die Folge der Gaseinführung wird mehrfach wiederholt, bis eine gewünschte Dicke erzielt wird, wodurch ein dünner Film mit ausgezeichneter Stufenabdeckung ausgebildet werden kann. Die Dicke des dünnen Films kann durch die Anzahl der Wiederholungen der Folge der Gaseinführung reguliert werden. Deshalb ermöglicht ein ALD-Verfahren, dass die Dicke präzise reguliert wird, und ist also zum Herstellen eines feinen FET geeignet.
  • Der Oxidhalbleiterfilm, der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann durch ein thermisches CVD-Verfahren, wie z. B. ein MOCVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren, ausgebildet werden. In dem Fall, in dem beispielsweise ein InGaZnOx-(X > 0)Film ausgebildet wird, werden Trimethylindium, Trimethylgallium und Diethylzink verwendet. Es sei angemerkt, dass die chemische Formel von Trimethylindium (CH3)3In ist. Die chemische Formel von Trimethylgallium ist (CH3)3Ga. Die chemische Formel von Diethylzink ist (CH3)2Zn. Ohne Beschränkung auf die obige Kombination kann Triethylgallium (chemische Formel: (C2H5)3Ga) statt des Trimethylgalliums verwendet werden, und Dimethylzink (chemische Formel: (C2H5)2Zn) kann statt des Diethylzinks verwendet werden.
  • In dem Fall, in dem beispielsweise ein Oxidhalbleiterfilm, z. B. ein InGaZnOx-(X > 0)Film mittels einer Abscheidungsvorrichtung zur ALD ausgebildet wird, werden ein In(CH3)3-Gas und ein O3-Gas sequenziell mehrfach eingeführt, um eine InO2-Schicht auszubilden, ein Ga(CH3)3-Gas und ein O3-Gas werden gleichzeitig eingeführt, um eine GaO-Schicht auszubilden, und dann werden ein Zn(CH3)2-Gas und ein O3-Gas gleichzeitig eingeführt, um eine ZnO-Schicht auszubilden. Es sei angemerkt, dass die Reihenfolge dieser Schichten nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Eine Mischverbindungsschicht, wie z. B. eine InGaO2-Schicht, eine InZnO2-Schicht, eine GaInO-Schicht, eine ZnInO-Schicht oder eine GaZnO-Schicht, kann durch Mischen dieser Gase ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass ein H2O-Gas, das durch Blubbern mit einem Inertgas, wie z. B. Ar, erhalten wird, statt eines O3-Gases verwendet werden kann; es ist jedoch bevorzugt, ein O3-Gas zu verwenden, da es keinen H enthält. Zusätzlich kann statt eines In(CH3)3-Gases ein In(C2H5)3-Gas verwendet werden. Statt eines Ga(CH3)3-Gases kann ein Ga(C2H5)3-Gas verwendet werden. Statt eines In(CH3)3-Gases kann ein In(C2H5)3 verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Zn(CH3)2-Gas verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 4]
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Ausführungsform beschrieben, die auf einen Oxidhalbleiterfilm in dem Transistor, der in der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Halbleitervorrichtung enthalten ist, angewendet werden kann.
  • Der Oxidhalbleiterfilm kann unter Verwendung eines von einem amorphen Oxidhalbleiter, einem Einkristall-Oxidhalbleiter und einem polykristallinen Oxidhalbleiter ausgebildet werden. Alternativ kann der Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines Oxidhalbleiters, der einen kristallinen Bereich enthält (CAAC-OS), ausgebildet werden.
  • Der CAAC-OS-Film ist einer von Oxidhalbleiterfilmen, die eine Vielzahl von Kristallbereichen enthalten, und die meisten der Kristallbereiche passen jeweils in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 100 nm. Deswegen gibt es einen Fall, in dem ein Kristallbereich in dem CAAC-OS-Film in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder weniger als 3 nm passt. Die Dichte der Defektzustände des CAAC-OS-Films ist niedriger als diejenige des mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilms. Der CAAC-OS-Film wird nachstehend ausführlich beschrieben.
  • In einem Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild des CAAC-OS-Films wird eine Grenze zwischen Kristallbereichen, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Korngrenze auftritt.
  • Laut des TEM-Bildes des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist, beobachtet wird (Querschnitts-TEM-Bild, cross-sectional TEM image), sind Metallatome in einer geschichteten Weise in den Kristallbereichen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die durch die Form einer Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (eine Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist, wird nachstehend als Ausbildungsoberfläche bezeichnet), oder die Form einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films widergespiegelt wird, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
  • Andererseits sind laut des TEM-Bildes des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Probenoberfläche ist, beobachtet wird (Flächen-TEM-Bild, plan TEM image), Metallatome in einer dreieckigen oder hexagonalen Konfiguration in den Kristallbereichen angeordnet. Zwischen unterschiedlichen Kristallbereichen gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung der Metallatome.
  • Aus den Ergebnissen des Querschnitts-TEM-Bildes und des Flächen-TEM-Bildes wird eine Ausrichtung in den Kristallbereichen in dem CAAC-OS-Film gefunden.
  • Ein CAAC-OS-Film wird einer Strukturanalyse mittels eines Röntgenbeugungs-(X-ray diffraction, XRD-)Geräts unterzogen. Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film, der einen InGaZnO4-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, erscheint oft ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von zirka 31. Dieser Peak stammt aus der (009)-Ebene des InGaZnO4-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ist, ausgerichtet sind.
  • Andererseits erscheint dann, wenn der CAAC-OS-Film durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method) analysiert wird, bei dem ein Röntgenstrahl in eine Probe in einer Richtung eintritt, die im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse ist, oft ein Peak bei 2θ von zirka 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Ebene des InGaZnO4-Kristalls. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird. In dem Fall, in dem die Probe ein Einkristall-Oxidhalbleiterfilm aus InGaZnO4 ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallebenen, die der (110)-Ebene gleich sind. Dagegen wird im Fall eines CAAC-OS-Films ein Peak nicht deutlich beobachtet, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird.
  • Nach den obigen Ergebnissen sind in dem CAAC-OS-Film mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse die c-Achsen in einer Richtung, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist, ausgerichtet, während die Richtungen von a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallbereichen verschieden sind. Jede Metallatomlage, die im Querschnitts-TEM-Bild als in einer geschichteten Weise angeordnet beobachtet wird, entspricht daher einer Ebene, die parallel zur a-b-Ebene des Kristalls ist.
  • Es sei angemerkt, dass der Kristallbereich gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films gebildet wird oder durch eine Kristallisierungsbehandlung, wie z. B. eine Wärmebehandlung, gebildet wird. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist, ausgerichtet. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem eine Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen verändert wird, die c-Achse nicht immer parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films sein.
  • Ferner ist der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film nicht notwendigerweise gleichmäßig. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden des CAAC-OS-Films von der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche des Films aus beginnt, der Grad der Kristallinität in der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche unter Umständen höher als derjenige in der Nähe der Ausbildungsoberfläche. Ferner wird bei einem Fremdstoffzusatz zu dem CAAC-OS-Film die Kristallinität in einem Bereich, dem der Fremdstoff zugesetzt wird, verändert, und der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film variiert in Abhängigkeit vom Ort.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der einen InGaZnO4-Kristall enthaltende CAAC-OS-Film durch ein Out-of-Plane-Verfahren analysiert wird, auch ein Peak bei 2θ von zirka 36° zusätzlich zu dem Peak bei 2θ von zirka 31° beobachtet werden kann. Der Peak bei 2θ von zirka 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es ist bevorzugt, dass in dem CAAC-OS-Film ein Peak bei 2θ von zirka 31° erscheint und dass kein Peak bei 2θ von zirka 36° erscheint.
  • Es gibt drei Verfahren zum Ausbilden eines CAAC-OS-Films.
  • Bei dem ersten Verfahren wird ein Oxidhalbleiterfilm bei einer Temperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 500°C, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 350°C ausgebildet, wodurch Kristallbereiche, in denen die c-Achsen in der Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, an der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ist, in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden.
  • Bei dem zweiten Verfahren wird ein Oxidhalbleiterfilm mit einer kleinen Dicke ausgebildet, und dann wird er bei einer Temperatur von höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 700°C erwärmt, wodurch Kristallbereiche, in denen die c-Achsen in der Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, an der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ist, in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden.
  • Bei dem dritten Verfahren wird ein erster Oxidhalbleiterfilm mit einer kleinen Dicke ausgebildet, dann wird er bei einer Temperatur von höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 700°C erwärmt, und ein zweiter Oxidhalbleiterfilm wird ausgebildet, wodurch Kristallbereiche, in denen die c-Achsen in der Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, an der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ist, in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden.
  • Bei einem Transistor, der den CAAC-OS für einen Oxidhalbleiterfilm verwendet, sind Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors infolge Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht gering. Folglich weist der Transistor, der den CAAC-OS für den Oxidhalbleiterfilm verwendet, hohe Zuverlässigkeit auf.
  • Beispielsweise wird der CAAC-OS durch ein Sputterverfahren mittels eines polykristallinen Oxidhalbleiter-Sputtertargets ausgebildet. Wenn Ionen mit dem Sputtertarget kollidieren, kann ein im Sputtertarget enthaltener Kristallbereich vom Target entlang einer a-b-Ebene abgetrennt werden. Mit anderen Worten: ein gesputtertes Teilchen mit einer Ebene, die parallel zur a-b-Ebene ist (ebenes plattenförmiges gesputtertes Teilchen oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen), kann vom Sputtertarget abfallen. In diesem Fall erreicht das ebene plattenförmige gesputterte Teilchen oder das pelletförmige gesputterte Teilchen eine Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, während es sein Kristallzustand bewahrt. Folglich kann der CAAC-OS abgeschieden werden.
  • Bei der Abscheidung des CAAC-OS finden vorzugsweise die folgenden Bedingungen Anwendung.
  • Durch Verringern der Anzahl der Verunreinigungen, die während der Abscheidung in den CAAC-OS eintreten, kann verhindert werden, dass der Kristallzustand durch die Verunreinigungen verzerrt wird. Beispielsweise kann die Konzentration der in der Abscheidungskammer vorhandenen Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlendioxid oder Stickstoff) verringert werden. Außerdem kann die Konzentration der Verunreinigungen in einem Abscheidungsgas verringert werden. Insbesondere wird ein Abscheidungsgas verwendet, dessen Taupunkt niedriger als oder gleich bei –80°C, bevorzugt niedriger als oder gleich bei –100°C liegt.
  • Durch Erhöhen der Erwärmungstemperatur der Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist (beispielsweise der Temperatur, bei der das Substrat erwärmt wird), während der Abscheidung ist wahrscheinlich, dass eine Wanderung eines gesputterten Teilchens auftritt, nachdem das gesputterte Teilchen die Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, erreicht hat. Im Besonderen ist die Temperatur der Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, während der Abscheidung höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 740°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 500°C. Durch Erhöhen der Temperatur der Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, während der Abscheidung tritt dann, wenn das ebene plattenförmige oder pelletförmige gesputterte Teilchen die Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, erreicht, eine Wanderung an der Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, auf, so dass sich eine ebene Fläche des gesputterten Teilchens an die Oberfläche, an der der CAAC-OS auszubilden ist, heftet.
  • Außerdem ist zu bevorzugen, dass der Sauerstoffanteil im Abscheidungsgas erhöht wird und die Leistung optimiert wird, um Plasmaschäden bei der Abscheidung zu verringern. Der Sauerstoffanteil im Abscheidungsgas beträgt höher als oder gleich 30 Vol.-%, bevorzugt 100 Vol.-%.
  • Als Beispiel für das Sputtertarget wird nachstehend ein Target aus einer Verbindung auf In-Ga-Zn-Basis beschrieben.
  • Das Target aus einer polykristallinen Verbindung auf In-Ga-Zn-Basis wird durch Mischen von InOX-Pulver, GaOY-Pulver und ZnOZ-Pulver in einem vorbestimmten Molverhältnis, Ausüben von Druck und Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 1000°C und niedriger als oder gleich 1500°C geschaffen. Diese Druckbehandlung kann während einer Abkühlung oder einer Erwärmung durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass X, Y und Z jeweils eine vorgegebene positive Zahl sind. Hier beträgt das vorbestimmte Molverhältnis von InOX-Pulver zu GaOY-Pulver und ZnOZ-Pulver beispielsweise 2:2:1, 8:4:3, 3:1:1, 1:1:1, 4:2:3, 3:1:2, 1:3:2, 1:6:4 oder 1:9:6. Die Pulverarten und das Molverhältnis, in dem die Pulver gemischt werden, können angemessen in Abhängigkeit vom erwünschten Sputtertarget bestimmt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 5]
  • Eine Halbleitervorrichtung (auch als Anzeigevorrichtung bezeichnet), die eine Anzeigefunktion aufweist, kann unter Verwendung des Transistors hergestellt werden, dessen Beispiele bei den vorstehenden Ausführungsformen angeführt worden sind. Darüber hinaus können einige oder alle Treiberschaltungen, die den Transistor beinhalten, über einem Substrat, wo der Pixelabschnitt ausgebildet ist, ausgebildet werden, wodurch ein System auf dem Bildschirm (system on panel) erhalten werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die den Transistor verwendet, dessen Beispiele bei den vorstehenden Ausführungsformen angeführt worden sind, anhand von 14A bis 14C und 15A und 15B beschrieben. 15A und 15B sind Querschnittsansichten, die Querschnittsstrukturen entlang der Strich-Punkt-Linie M-N in 146 darstellen.
  • In 14A ist ein Dichtungsmaterial 905 derart angeordnet, dass es einen über einem ersten Substrat 901 angeordneten Pixelabschnitt 902 umgibt, wobei der Pixelabschnitt 902 durch ein zweites Substrat 906 abgedichtet ist. In 14A sind eine Signalleitungs-Treiberschaltung 903 und eine Abtastleitungs-(scan line)Treiberschaltung 904 jeweils unter Verwendung eines Einkristallhalbleiters oder eines polykristallinen Halbleiters über einem getrennt vorbereiteten Substrat ausgebildet und in einem anderen Bereich als dem von dem Dichtungsmaterial 905 umgebenen Bereich über dem ersten Substrat 901 montiert. Des Weiteren werden verschiedene Signale und Potentiale von einer flexiblen gedruckten Schaltung (flexible printed circuit, FPC) 918 zu der Signalleitungs-Treiberschaltung 903, der Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 und dem Pixelabschnitt 902 zugeführt.
  • In 14B und 14C ist das Dichtungsmaterial 905 derart angeordnet, dass es den Pixelabschnitt 902 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 umgibt, die über dem ersten Substrat 901 angeordnet sind. Das zweite Substrat 906 ist über dem Pixelabschnitt 902 und der Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 angeordnet. Infolgedessen sind der Pixelabschnitt 902 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 zusammen mit einem Anzeigeelement durch das erste Substrat 901, das Dichtungsmaterial 905 und das zweite Substrat 906 abgedichtet. In 14B und 14C ist eine Signalleitungs-Treiberschaltung 903, die unter Verwendung eines Einkristallhalbleiters oder eines polykristallinen Halbleiters über einem getrennt vorbereiteten Substrat ausgebildet ist, in einem anderen Bereich als dem von dem Dichtungsmaterial 905 umgebenen Bereich über dem ersten Substrat 901 montiert. In 14B und 14C werden verschiedene Signale und Potenziale von einer FPC 918 zu der Signalleitungs-Treiberschaltung 903, der Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 und dem Pixelabschnitt 902 zugeführt.
  • Obwohl 14B und 14C jeweils ein Beispiel zeigen, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 903 getrennt ausgebildet und auf dem ersten Substrat 901 montiert ist, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung kann getrennt ausgebildet und dann montiert werden, oder es kann nur ein Teil der Signalleitungs-Treiberschaltung oder ein Teil der Abtastleitungs-Treiberschaltung getrennt ausgebildet und dann montiert werden.
  • Es sei angemerkt, dass ein Verbindungsverfahren einer getrennt ausgebildeten Treiberschaltung keinen speziellen Beschränkungen unterliegt und dass ein Chip auf Glas-(chip an glas, COG-)Verfahren, ein Drahtanbindungsverfahren, ein Automatisches Anbinden mittels Band-(tape automated bonding, TAB-)Verfahren oder dergleichen kann verwendet werden. 14A zeigt ein Beispiel, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 903 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 durch ein COG-Verfahren montiert sind. 14B zeigt ein Beispiel, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 903 durch ein COG-Verfahren montiert ist. 14C zeigt ein Beispiel, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 903 durch ein TAB-Verfahren montiert ist.
  • Die Anzeigevorrichtung umfasst in ihrer Kategorie ein Anzeigefeld, bei dem ein Anzeigeelement abgedichtet ist, und ein Modul, bei dem eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC), die eine Regler oder dergleichen beinhaltet, auf dem Anzeigefeld montiert ist.
  • Eine Anzeigevorrichtung in dieser Beschreibung bezeichnet eine Bildanzeigevorrichtung oder eine Lichtquelle (einschließlich einer Beleuchtungsvorrichtung). Die Anzeigevorrichtung umfasst ferner in ihrer Kategorie auch die folgenden Module: ein Modul, an dem ein Verbinder, wie z. B. ein FPC oder ein Tape Carrier Package (TCP), angebracht ist; ein Modul mit einem TCP, dessen Ende mit einer gedruckten Leiterplatte versehen ist; und ein Modul, bei dem eine integrierte Schaltung (IC) durch ein COG-Verfahren direkt auf einem Anzeigeelement montiert ist.
  • Der Pixelabschnitt und die Abtastleitungs-Treiberschaltung, die über dem ersten Substrat angeordnet sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren, und ein beliebiger der Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann verwendet werden.
  • Als Anzeigeelement, das in der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, kann ein Flüssigkristallelement (auch als Flüssigkristallanzeigeelement bezeichnet) oder ein Licht emittierendes Element (auch als Licht emittierendes Anzeigeelement bezeichnet) verwendet werden. Ein Licht emittierendes Element umfasst in seinem Bereich ein Element, dessen Leuchtdichte durch einen Strom oder eine Spannung gesteuert wird, und insbesondere ein anorganisches Elektrolumineszenz-(EL-)Element, ein organisches EL-Element und dergleichen. Darüber hinaus kann ein Anzeigemedium, dessen Kontrast durch einen elektrischen Effekt geändert wird, wie z. B. elektronische Tinte, verwendet werden. 15A zeigt ein Beispiel für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet, und 15B zeigt ein Beispiel für eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung, die ein Licht emittierendes Element als Anzeigeelement verwendet.
  • Wie in 15A und 15B gezeigt beinhaltet die Anzeigevorrichtung eine Verbindungsanschlusselektrode 915 und eine Anschlusselektrode 916. Die Verbindungsanschlusselektrode 915 und die Anschlusselektrode 916 sind durch einen anisotropen leitenden Wirkstoff 919 elektrisch mit einem Anschluss, der in der FPC 918 enthalten ist, verbunden.
  • Die Verbindungsanschlusselektrode 915 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie eine erste Elektrode 930 ausgebildet, und die Anschlusselektrode 916 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie ein Paar von Elektroden jeweils in einem Transistor 910 und einem Transistor 911 ausgebildet.
  • Der Pixelabschnitt 902 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 904, die über dem ersten Substrat 901 angeordnet sind, beinhalten jeweils eine Vielzahl von Transistoren. 15A und 15B zeigen den Transistor 910, der in dem Pixelabschnitt 902 enthalten ist, sowie der Transistor 911, der in der Abtastleitungs-Treiberschaltung 904 enthalten ist. In 15A ist ein isolierender Film 924 sowohl über dem Transistor 910 als auch über dem Transistor 911 angeordnet, und in 15B ist ein Planarisierungsfilm 921 ferner über dem isolierenden Film 924 angeordnet. Es sei angemerkt, dass als mehrschichtiger Film 926, der einen Oxidhalbleiterfilm umfasst und in jedem der Transistoren 910 und 911 liegt, der mehrschichtige Film 20, der einen Oxidhalbleiterfilm umfasst und bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, oder der mehrschichtige Film 34, der einen Oxidhalbleiterfilm umfasst und bei der Ausführungsform 2 beschrieben worden ist, angemessen verwendet werden kann. Als der isolierende Film 924 kann der Schutzfilm 26, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, angemessen verwendet werden. Der isolierende Film 923 ist ein isolierender Film, der als Basisfilm dient.
  • Bei dieser Ausführungsform kann jeder der Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, als der Transistor 910 und der Transistor 911 angemessen verwendet werden. Ein geeigneter der bei der Ausführungsform 1 bis der Ausführungsform 3 beschriebenen Transistoren wird als die Transistoren 910 und 911 verwendet, wodurch eine Anzeigevorrichtung mit hoher Bildqualität hergestellt werden kann.
  • Darüber hinaus zeigt 156 ein Beispiel, in dem ein leitender Film 917 über dem Planarisierungsfilm 921 derart angeordnet ist, dass er sich mit einem Kanalbereich des mehrschichtigen Films 926 des Transistors 911 für die Treiberschaltung überlappt. Bei dieser Ausführungsform wird der leitende Film 917 unter Verwendung des leitenden Films ausgebildet, der für die erste Elektrode 930 verwendet wird. Das Vorhandensein des leitenden Films 917, der sich mit dem Kanalbereich des mehrschichtigen Films 926 überlappt, kann den Betrag der Veränderung der Schwellenspannung des Transistors 911 vor und nach einem BT-Belastungstest weiter verringern. Der leitende Film 917 kann ein Potential aufweisen, das gleich oder unterschiedlich von demjenigen der Gate-Elektrode des Transistors 911 ist, und der leitende Film 917 kann als zweite Gate-Elektrode dienen. Das Potential des leitenden Films 917 kann bei GND, 0 V oder in einem offenen Zustand (floating state) liegen, oder es kann ein gleiches Potential oder ein im Wesentlichen gleiches Potential wie das minimale Potential (Vss; z. B. das Potential der Source-Elektrode in dem Fall, in dem das Potential der Source-Elektrode ein Bezugspotential ist) der Treiberschaltung sein.
  • Außerdem hat der leitende Film 917 eine Funktion zum Blockieren eines äußeren elektrischen Feldes. Mit anderen Worten: der leitende Film 917 hat eine Funktion zum Vermeiden, dass ein äußeres elektrisches Feld das Innen (einen Schaltungsabschnitt einschließlich des Transistors) beeinflusst (besonders eine Funktion zum Vermeiden statischer Elektrizität). Eine derartige Sperrfunktion des leitenden Films 917 kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors wegen des Einflusses von einem äußeren elektrischen Feld, wie z. B. statischer Elektrizität, verhindern. Der leitende Film 917 kann für jeden der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Transistoren verwendet werden.
  • Bei dem Anzeigefeld ist der Transistor 910 in dem Pixelabschnitt 902 elektrisch mit einem Anzeigeelement verbunden. Es existiert keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Art des Anzeigeelements, solange nur das Anzeigen erfolgen kann, und es können verschiedene Arten von Anzeigeelementen zum Einsatz kommen.
  • In 15A beinhaltet ein Flüssigkristallelement 913, das ein Anzeigeelement ist, die erste Elektrode 930, eine zweite Elektrode 931 und eine Flüssigkristallschicht 908. Es sei angemerkt, dass ein isolierender Film 932 und ein isolierender Film 933, die als Ausrichtungsfilme dienen, sind derart angeordnet, dass die Flüssigkristallschicht 908 dazwischen liegt. Die zweite Elektrode 931 ist auf der Seite des zweiten Substrats 906 angeordnet. Die zweite Elektrode 931 überlappt sich mit der ersten Elektrode 930, wobei die Flüssigkristallschicht 908 dazwischen liegt.
  • Ein Abstandshalter 935 ist ein säulenförmiger Abstandshalter, der durch selektives Ätzen eines isolierenden Films erhalten wird, und ist bereitgestellt, um den Abstand zwischen der ersten Elektrode 930 und der zweiten Elektrode 931 (eine Zellenlücke) zu steuern. Alternativ kann auch ein kugelförmiger Abstandshalter verwendet werden.
  • In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein hochmolekularer Flüssigkristall, ein in einem Polymer dispergierter Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Ein solches Flüssigkristallmaterial weist je nach einer Bedingung eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiralnematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf.
  • Alternativ kann auch ein Flüssigkristall, der eine blaue Phase zeigt, für die ein Ausrichtungsfilm nicht notwendig ist, verwendet werden. Eine blaue Phase ist eine der Flüssigkristallphasen, die genau dann erzeugt wird, bevor sich eine cholesterische Phase in eine isotrope Phase ändert, während die Temperatur des cholesterischen Flüssigkristalls zunimmt. Da die blaue Phase nur in einem schmalen Temperaturbereich auftritt, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, in die ein chirales Material eingemischt ist, für die Flüssigkristallschicht verwendet, um den Temperaturbereich zu verbessern. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Flüssigkristall mit einer blauen Phase und ein chirales Material enthält, hat eine kurze Reaktionszeit von 1 ms oder kürzer und hat eine optische Isotropie, die den Ausrichtungsprozess unnötig und die Betrachtungswinkelabhängigkeit klein macht. Ferner können, da ein Ausrichtungsfilm nicht bereitgestellt sein muss und eine Reibbehandlung nicht erforderlich ist, ein durch die Reibbehandlung hervorgerufene Schaden aufgrund elektrostatischer Entladung verhindert werden und Defekte und Schäden an der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in dem Herstellungsprozess verringert werden. Somit kann die Produktivität der Flüssigkristallanzeigevorrichtung erhöht werden.
  • Das erste Substrat 901 und das zweite Substrat 906 sind durch das Dichtungsmaterial 925 an der Stelle befestigt. Als das Dichtungsmaterial 925 kann ein organisches Harz, wie z. B. ein wärmeaushärtendes Harz oder ein photohärtendes Harz, verwendet werden.
  • Des Weiteren hat der Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, der bei den vorstehenden Ausführungsformen verwendet wird, ausgezeichnete Schalteigenschaften. Außerdem wird eine relativ hohe Feldeffektbeweglichkeit erzielt, was Schnellbetrieb ermöglicht. Daher können dann, wenn der vorstehende Transistor in einem Pixelabschnitt einer Halbleitervorrichtung mit einer Anzeigefunktion verwendet wird, hochwertige Bilder erhalten werden. Da eine Treiberschaltungsabschnitt und der Pixelabschnitt unter Verwendung des vorstehenden Transistors über einem einzelnen Substrat ausgebildet werden können, kann die Anzahl der Bestandteile der Halbleitervorrichtung verringert werden.
  • Die Größe eines Speicherkondensators, der in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung ausgebildet ist, wird unter Berücksichtigung des Leckstroms des Transistors, der in dem Pixelabschnitt bereitgestellt ist, oder dergleichen eingestellt, so dass eine Ladung während eines vorgegebenen Zeitraums gehalten werden kann. Unter Verwendung des Transistors, der den hochreinen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, reicht es aus, einen Speicherkondensator mit einer Kapazität bereitzustellen, die 1/3 oder weniger, vorzugsweise 1/5 oder weniger einer Flüssigkristallkapazität jedes Pixels beträgt; dadurch kann das Öffnungsverhältnis eines Pixels erhöht werden.
  • In der Anzeigevorrichtung sind eine Schwarzmatrix (ein Licht blockierender Film), ein optisches Element (ein optisches Substrat), wie z. B. ein Polarisationselement, ein Retardationselement oder ein Antireflexelement, und dergleichen soweit erforderlich bereitgestellt. Beispielsweise kann eine kreisförmige Polarisation unter Verwendung eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats erzielt werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
  • Als Anzeigeverfahren in dem Pixelabschnitt kann ein Progressivverfahren, ein Zeilensprungverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ferner sind Farbelemente, die bei der Farbanzeige in einem Pixel gesteuert werden, nicht auf drei Farben beschränkt: R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau). Beispielsweise können R, G, B und W (W entspricht Weiß) oder R, G, B und eines oder mehrere von Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen verwendet werden. Ferner können die Größen von Anzeigebeireichen zwischen jeweiligen Punkten von Farbelementen unterschiedlich sein. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf eine Anzeigevorrichtung für eine Farbanzeige beschränkt, sondern kann auch auf eine Anzeigevorrichtung für eine monochrome Anzeige angewendet werden.
  • In 15B ist ein Licht emittierendes Element 963, das ein Anzeigeelement ist, elektrisch mit dem Transistor 910 in dem Pixelabschnitt 902 verbunden. Es sei angemerkt, dass die Struktur des Licht emittierenden Elements 963 eine Stapelschicht-Struktur aus der ersten Elektrode 930, einer Licht emittierenden Schicht 961 und der zweiten Elektrode 931 ist; die Struktur ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Struktur des Licht emittierenden Elements 963 kann in Abhängigkeit von der Richtung, in der Licht aus dem Licht emittierenden Element 963 extrahiert wird, oder dergleichen angemessen geändert werden.
  • Eine Trennwand 960 kann unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials oder eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet werden. Es wird besonders bevorzugt, dass die Trennwand 960 unter Verwendung eines photoempfindlichen Harzmaterials so ausgebildet wird, dass sie eine Öffnung über der ersten Elektrode 930 aufweist, so dass eine Seitenwand der Öffnung eine geneigte Oberfläche mit einer kontinuierlichen Krümmung aufweist.
  • Die Licht emittierende Schicht 961 kann als einschichtige Struktur oder Stapelschicht-Struktur, die eine Vielzahl von Schichten beinhaltet, ausgebildet werden.
  • Eine Schutzschicht kann über der zweiten Elektrode 931 und der Trennwand 960 ausgebildet sein, um zu verhindern, dass Sauerstoff, Wasserstoff, Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder dergleichen in das Licht emittierende Element 963 eintritt. Als Schutzschicht kann ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm, ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumnitridfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Aluminiumnitridoxidfilm, ein DLC-Film oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner ist in einem Bereich, der durch das erste Substrat 901, das zweite Substrat 906 und ein Dichtungsmittel 936 abgedichtet ist, ein Füllmaterial 964 angeordnet und eingeschlossen. Es ist bevorzugt, dass auf diese Weise das Licht emittierende Element mit einem Schutzfilm (wie z. B. einem Laminatfilm oder einem Ultraviolett-härtenden Harzfilm) oder einem Abdeckmaterial mit hoher Luftundurchlässigkeit und geringer Entgasung gepackt (abgedichtet) ist, so dass das Anzeigefeld nicht der Außenluft ausgesetzt wird.
  • Als das Dichtungsmaterial 936 kann ein organisches Harz, wie z. B. ein wärmeaushärtendes Harz oder ein photohärtendes Harz, ein Frittglas (fritted glass) einschließlich eines niedrigschmelzenden Glases oder dergleichen verwendet werden. Das Frittglas wird bevorzugt, weil seine Barriereeigenschaft gegen Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Sauerstoff, hoch ist. Ferner wird in dem Fall, in dem das Frittglas als das Dichtungsmaterial 936 verwendet wird, wie in 15B das Frittglas über dem isolierenden Film 924 angeordnet, wodurch die Haftung des isolierenden Films 924 an dem Frittglas hoch wird, was günstig ist.
  • Als das Füllmaterial 964 kann sowie ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, ein Ultraviolett-härtendes Harz oder ein wärmeaushärtendes Harz verwendet werden: Polyvinylchlorid (PVC), ein Acrylharz, Polyimid, ein Epoxidharz, ein Silikonharz, Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) oder dergleichen kann verwendet werden. Beispielsweise wird Stickstoff für das Füllmaterial verwendet.
  • Gegebenenfalls können ein optischer Film, wie z. B. eine polarisierende Platte, eine zirkular polarisierende Platte (einschließlich einer elliptisch polarisierenden Platte), eine Retardationsplatte (eine Lambda-Viertel-Platte oder eine Lambda-Halbe-Platte) oder ein Farbfilter je nach Bedarf für eine Licht emittierende Oberfläche des Licht emittierenden Elements verwendet werden. Des Weiteren kann eine polarisierende Platte oder eine zirkular polarisierende Platte mit einem Antireflexionsfilm versehen sein. Es kann beispielsweise eine Blendschutzbehandlung (anti-glare treatment) durchgeführt werden, durch die reflektiertes Licht durch Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gestreut wird, um die Blendung zu verringern.
  • Die erste Elektrode und die zweite Elektrode (von denen jede Pixelelektrode, gemeinsame Elektrode, Gegenelektrode oder dergleichen genannt werden kann) zum Anlegen einer Spannung an das Anzeigeelement kann lichtdurchlässige Eigenschaften oder lichtreflektierende Eigenschaften aufweisen, was von der Richtung, in der das Licht extrahiert wird, der Position, in der die Elektrode angeordnet ist, und der Musterstruktur der Elektrode abhängt.
  • Die erste Elektrode 930 und die zweite Elektrode 931 können unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, so beispielsweise Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid (indium tin Oxide; nachstehend als ITO bezeichnet), Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist.
  • Alternativ können die erste Elektrode 930 und die zweite Elektrode 931 unter Verwendung von einem oder mehreren Materialien ausgebildet werden, die aus Metallen, wie z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti), Platin (Pt), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Silber (Ag); einer Legierung eines beliebigen dieser Metalle; und einem Nitrid eines beliebigen dieser Metalle ausgewählt werden.
  • Die erste Elektrode 930 und die zweite Elektrode 931 können unter Verwendung einer leitenden Zusammensetzung ausgebildet werden, die ein leitendes Makromolekül (auch als leitendes Polymer bezeichnet) enthält. Als leitendes Hochmolekül kann ein so genanntes π-Elektronen-konjugiertes leitendes Polymer verwendet werden. Zum Beispiel können Polyanilin oder ein Derivat davon, Polypyrrol oder ein Derivat davon, Polythiophen oder ein Derivat davon, ein Copolymer zweier oder mehrerer von Anilin, Pyrrol und Thiophen oder ein Derivat davon und dergleichen angegeben werden.
  • Da der Transistor infolge einer statischen Elektrizität oder dergleichen leicht kaputt gehen kann, wird vorzugsweise eine Schutzschaltung zum Schützen der Treiberschaltung bereitgestellt. Die Schutzschaltung wird vorzugsweise unter Verwendung eines nichtlinearen Elements ausgebildet.
  • Wie oben beschrieben worden ist, kann unter Verwendung eines der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Transistoren eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung mit einer Anzeigefunktion bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 6]
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Anzeigevorrichtung (auch als Touchscreen bezeichnet), die mit einem Berührungssensor (einer Kontakt-Detektionsvorrichtung (contact detection device)) versehen ist, nachstehend beschrieben.
  • 16 ist eine Draufsicht, die ein Strukturbeispiel für einen Pixelabschnitt einer Anzeigevorrichtung 900 darstellt. 17 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie O-P in 16. Es sei angemerkt, dass in 16 einige Komponenten einfachheitshalber nicht abgebildet sind. Zudem werden die Bezugszeichen, die bei der Ausführungsform 5 verwendet worden sind, nach Bedarf auch bei dieser Ausführungsform verwendet.
  • Der Pixelabschnitt beinhaltet zumindest den Transistor 910, eine Abtastleitung, deren Teil als Gate-Elektrode 972 dient, eine Signalleitung, deren Teil als eine Elektrode 974 eines Paars von Elektroden 974 und 975 dient, die erste Elektrode 930, die zweite Elektrode 931 und den Abstandhalter 935 (siehe 16).
  • Der Transistor 910 beinhaltet die Gate-Elektrode 972, einen Gate-Isolierfilm 976, den mehrschichtigen Film 926, das Paar von Elektroden 974 und 975 und den isolierenden Film 924. Die Gate-Elektrode 972 ist über dem isolierenden Film 923, der als Basisfilm über dem ersten Substrat 901 dient, angeordnet. Der Gate-Isolierfilm 976 ist über der Gate-Elektrode 972 angeordnet, der mehrschichtige Film 926 ist über dem Gate-Isolierfilm 976 derart angeordnet, dass er sich mit der Gate-Elektrode 972 überlappt, das Paar von Elektroden 974 und 975 ist über dem mehrschichtigen Film 926 angeordnet, und der isolierende Film 924 ist über dem mehrschichtigen Film 926 und dem Paar von Elektroden 974 und 975 angeordnet (siehe 17).
  • Des Weiteren ist ein organischer Harzfilm 945 über dem isolierenden Film 924 angeordnet. Die zweite Elektrode 931, die als gemeinsame Elektrode dient, ist über dem organischen Harzfilm 945 angeordnet. Ein isolierender Film 937 ist über dem organischen Harzfilm 945 und der zweiten Elektrode 931 angeordnet. Eine Öffnung, die bis zu der Elektrode 975 reicht, ist in dem isolierenden Film 924, dem isolierenden Film 937 und dem organischen Harzfilm 945 ausgebildet, und die erste Elektrode 930, die als Pixel-Elektrode dient, ist in der Öffnung und über dem isolierenden Film 937 angeordnet (siehe 17). Das heißt, dass die als Pixel-Elektrode dienende erste Elektrode 930 elektrisch mit einer des Paars von Elektroden 974 und 975 verbunden ist.
  • Des Weiteren ist der als Ausrichtungsfilm dienende isolierende Film 932 über dem isolierenden Film 937 und der als Pixel-Elektrode dienenden ersten Elektrode 930 angeordnet. Der als Ausrichtungsfilm dienende isolierende Film 933 ist an einer Oberfläche des zweiten Substrats 906 angeordnet, das dem ersten Substrat 901 zugewandt ist, und die Flüssigkristallschicht 908 ist zwischen dem isolierenden Film 932 und dem isolierenden Film 933 angeordnet, die als Ausrichtungsfilme dienen. Zusätzlich zu den obigen Komponenten kann ein optisches Element nach Bedarf bereitgestellt sein. Beispielsweise kann eine polarisierende Platte jeweils auf der nach außen weisenden Seite des ersten Substrats 901 und des zweiten Substrats 906 angeordnet sein.
  • Die Anzeigevorrichtung 900 beinhaltet einen kapazitiven Sensor als Berührungssensor. Eine Elektrode 941 ist auf der nach außen weisenden Seite des zweiten Substrats 906 angeordnet. Es sei angemerkt, dass die polarisierende Platte auf der nach außen weisenden Seite des zweiten Substrats 906 zwischen der Elektrode 941 und dem zweiten Substrat 906 angeordnet ist.
  • Die zweite Elektrode 931, die auf der Seite des ersten Substrats 901 liegt und als gemeinsame Elektrode dient, dient als gemeinsame Elektrode eines Pixels und als eine Elektrode eines Kondensators eines Berührungssensors. Die Elektrode 941 dient als die andere Elektrode des Kondensators des Berührungssensors. Darüber hinaus findet eine Pixel-Struktur des Fringe-Field-Switching-(FFS-)Modus auf einen Pixelabschnitt der Anzeigevorrichtung 900 Anwendung; deshalb ist kein leitender Film auf der Seite des zweiten Substrats 906 ausgebildet, so dass die Elektrode 941 als Leiter dient, der verhindert, dass das zweite Substrat 906 mit Elektrizität aufgeladen wird.
  • Der Transistor 910 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen des bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistors 50 ähnlich sind, hergestellt werden. Das heißt: die Gate-Elektrode 972, der Gate-Isolierfilm 976, der mehrschichtige Film 926, das Paar von Elektroden 974 und 975 und der isolierende Film 924 können unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Gate-Elektrode 15, des Gate-Isolierfilms 17, des mehrschichtigen Films 20, des Paars von Elektroden 21 und 22 bzw. des Schutzfilms 26 des bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistors 50 ähnlich sind, ausgebildet werden.
  • Außerdem können/kann die Signalleitungs-Treiberschaltung und/oder die Abtastleitungs-Treiberschaltung der Anzeigevorrichtung 900 durch einen Herstellungsprozess des Transistors 910 ausgebildet werden. Beispielsweise können ein Transistor und eine Diode, die in der Signalleitungs-Treiberschaltung und/oder der Abtastleitungs-Treiberschaltung enthalten sind, und eine Anschlussleitung (lead wiring), die in einem mit einer FPC und dergleichen verbundenen Anschlussabschnitt angeordnet ist, ausgebildet werden.
  • Der organische Harzfilm 945 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die für den Planarisierungsfilm 921 oder die Trennwand 960 anwendbar sind, die bei der Ausführungsform 5 beschrieben worden sind, ausgebildet werden. Der isolierende Film 937 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die für einen isolierenden Film (wie z. B. den Gate-Isolierfilm 976 und den isolierenden Film 924) in dem Transistor 910 anwendbar sind, ausgebildet werden.
  • Eine Elektrode 975 des Paars von Elektroden 974 und 975 steht durch die Öffnung, die in dem isolierenden Film 924, dem isolierenden Film 937 und dem organischen Harzfilm 945 ausgebildet ist, mit der als Pixel-Elektrode dienenden ersten Elektrode 930 in Kontakt. Die Öffnung kann ausgebildet werden, indem eine Fotolackmaske durch einen Fotolithografieprozess oder dergleichen ausgebildet wird und der isolierende Film 937 und der organische Harzfilm 945 unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt werden. Konkret gesprochen, wird die Öffnung durch einen Ätzprozess eines Teils des isolierenden Films 924 und eines Teils des organischen Harzfilms 945 und durch einen Ätzprozess eines Teils des isolierenden Films 937 ausgebildet.
  • 18A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Verbindungsstruktur, bei der die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 mit einer Leitung 977 verbunden ist, die elektrisch mit dem Paar von Elektroden 974 und 975 verbunden ist. Die Leitung 977 steht durch eine Öffnung, die in dem isolierenden Film 924 und dem organischen Harzfilm 945 ausgebildet ist, mit der als gemeinsame Elektrode dienenden zweiten Elektrode 931 in Kontakt. Mit einer derartigen Struktur kann der als gemeinsame Elektrode dienenden zweiten Elektrode 931 ein Potential zugeführt werden, indem der Leitung 977 ein Potential zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Leitung 977 durch einen Herstellungsprozess des Paars von Elektroden 974 und 975 ausgebildet werden kann.
  • 18B zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Verbindungsstruktur einer Leitung in einem Anschlussabschnitt, der mit einer FPC und dergleichen verbunden ist. Eine Elektrode 979 steht durch eine Öffnung, die in dem isolierenden Film 924 und dem organischen Harzfilm 945 ausgebildet ist, mit der Leitung 977 in Kontakt und durch eine Öffnung, die in dem Gate-Isolierfilm 976, dem isolierenden Film 924 und dem organischen Harzfilm 945 ausgebildet ist, mit der Leitung 978 in Kontakt. Mit einer derartigen Struktur kann der Leitung 977 ein Potential zugeführt werden, indem der Leitung 978 ein Potential zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Leitung 978 durch einen Herstellungsprozess der Gate-Elektrode 972 ausgebildet werden kann.
  • Wie in 18B gezeigt ist die Leitung 977 über die Elektrode 979 mit der Leitung 978 verbunden, wodurch die Anzahl der Fotomasken um eins kleiner sein kann als diejenige in dem Fall, in dem ein Verbindungsabschnitt, in dem die Leitung 977 direkt in Kontakt mit der Leitung 978 steht, ausgebildet ist. Das liegt daran, dass, um eine Verbindungsstruktur, bei der die Leitung 977 direkt in Kontakt mit der Leitung 978 steht, zu erhalten, vor dem Ausbilden des Paars von Elektroden 974 und 975 eine Fotomaske zum Ausbilden eines Kontaktlochs in dem Gate-Isolierfilm 976 erforderlich ist; jedoch ist diese Fotomaske für die Verbindungsstruktur in 18B unnötig.
  • Darüber hinaus wird anstatt des Transistors 910 in 17 ein Transistor 912 in 19 unter Verwendung einer Mehrtonmaske ausgebildet, wodurch die Anzahl der Fotomasken verringert werden kann. Die Mehrtonmaske ist eine Maske, die für eine Belichtung bei mehreren Lichtintensitäten geeignet ist, und typischerweise wird die Belichtung bei drei Stufen von Lichtintensitäten durchgeführt, um einen belichteten Bereich, einen halb belichteten Bereich und einen nicht belichteten Bereich bereitzustellen. Durch eine einzelne Belichtung und einen einzelnen Entwicklungsschritt unter Verwendung der Mehrtonmaske kann eine Fotolackmaske mit mehreren Dicken (typischerweise zwei Arten von Dicken) ausgebildet werden. Deshalb kann unter Benutzung der Mehrtonmaske die Anzahl der Fotomasken verringert werden. Insbesondere wird die Mehrtonmaske in einem Ausbildungsprozess des mehrschichtigen Films 927 und des Paars von Elektroden 928 und 929 verwendet, wodurch eine Fotomaske weggelassen werden kann. Mit der Mehrtonmaske werden Endbereiche des mehrschichtigen Films 927 so angeordnet, dass sie sich länger erstrecken als Endbereiche des Paars von Elektroden 928 und 929.
  • 20 ist eine Planansicht, die ein Strukturbeispiel für die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 und die Elektrode 941 darstellt, die in der Anzeigevorrichtung 900 enthalten sind. Wie in 20 gezeigt haben die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 und die Elektrode 941 jeweils eine Streifenform und sind derart angeordnet, dass sie auf einer Ebene senkrecht zueinander liegen. Jede als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 ist über eine Anschlussleitung 951 mit einer FPC 954, die an dem Substrat 901 angebracht ist, verbunden, und jede Elektrode 941 ist über eine Anschlussleitung 952 mit einer FPC 955, die an dem Substrat 906 angebracht ist, verbunden.
  • 21A ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie Q-R in 20, und 21B ist eine Planansicht eines Bereichs 953 in 20. Wie in 21A gezeigt ist, ist die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 gemeinsam in einer Vielzahl von Pixeln angeordnet, und die als Pixel-Elektrode dienende erste Elektrode 930 ist in jedem der Pixel angeordnet und mit dem Transistor 910 verbunden. Ein elektrostatischer Kondensator eines Berührungssensors ist in einem Bereich ausgebildet, in dem die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 und die Elektrode 941 einander kreuzen. Der elektrostatische Kondensator besteht aus der als gemeinsame Elektrode dienenden zweiten Elektrode 931, der Elektrode 941 und einem Dielektrikum, das zwischen der als gemeinsame Elektrode dienenden zweiten Elektrode 931 und der Elektrode 941 angeordnet ist. Die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 ist eine Elektrode zum Zuführen eines Potentials zu dem elektrostatischen Kondensator. Die Elektrode 941 ist eine Elektrode zur Entnahme von Strom, der in dem elektrostatischen Kondensator fließt.
  • Der Betrieb der Anzeigevorrichtung 900 kann grob in einen Anzeigevorgang, bei dem ein Bildsignal in das Pixel eingegeben wird, und einen Abtastvorgang (sensing Operation), bei dem eine Berührung detektiert wird, eingeteilt werden. Bei dem Anzeigevorgang ist das Potential der als gemeinsame Elektrode dienenden zweiten Elektrode 931 auf einem niedrigen Pegel festgelegt. In einer Abtastperiode werden Impulssignale sequenziell an jede als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 angelegt, und ihr Potential liegt auf einem hohen Pegel. Wenn zu dieser Zeit ein Finger die Anzeigevorrichtung 900 berührt, wird eine Kapazität, die durch die Berührung mit dem Finger gebildet wird, an den elektrostatischen Kondensator des Berührungssensors angelegt. Somit wird ein in dem Kondensator fließender Strom verändert und das Potential der Elektrode 941 wird verändert. Die Elektroden 941 werden sequenziell abgetastet und die Veränderung des Potentials der Elektrode 941 wird detektiert, wodurch die Stelle, die mit dem Finger berührt wird, detektiert wird.
  • Wie oben beschrieben worden ist, können als Elektrode zum Bilden einer elektrostatischen Kapazität der Anzeigevorrichtung 900 eine gemeinsame Elektrode des Pixels und der Leiter zum Verhindern eines Aufladens mit Elektrizität, die von Anfang an in einer FFS-Modus-Flüssigkristallvorrichtung bereitgestellt sind, in einer ein Flüssigkristallelement aufweisenden Anzeigevorrichtung verwendet werden. Folglich kann ein Touchscreen, der leicht und dünn ist und eine hohe Anzeigequalität aufweist, bereitgestellt werden.
  • Hierbei ist die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 unter der als Pixel-Elektrode dienenden ersten Elektrode 930 (auf der Seite des ersten Substrats 901) angeordnet; jedoch kann die als gemeinsame Elektrode dienende zweite Elektrode 931 über der als Pixel-Elektrode dienenden ersten Elektrode 930 angeordnet sein.
  • Es sei angemerkt, dass als Struktur der Anzeigevorrichtung eine andere Struktur als diejenige der bei dieser Ausführungsform beschriebene Anzeigevorrichtung 900 verwendet werden kann. Zum Beispiel kann ein draußen angebrachter Touchscreen verwendet werden, bei dem eine elektrostatische Kapazität gebildet wird und ein Touchscreen-Substrat auf der Seite des ersten Substrats 901 oder der Seite des zweiten Substrats 906 einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder einer Licht emittierenden Anzeigevorrichtung angebracht ist. Mittels einen leitenden Films, der auf der nach außen weisenden Seite des ersten Substrats 901 oder des zweiten Substrats 906 angebracht ist, um eine Bildung einer statischen Elektrizität zu verhindern, kann ferner ein Oberflächen-kapazitiver Berührungssensor (surface capacitive touch sensor) ausgebildet werden. Nachstehend wird ein Strukturbeispiel für den Berührungssensor, der auf den draußen angebrachten Touchscreen angewendet wird, anhand von 22A bis 22C und 23A und 23B beschrieben.
  • 22A ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die ein Strukturbeispiel für den Berührungssensor darstellt, 22B ist eine Planansicht, die ein Strukturbeispiel für eine Elektrode 981 des Berührungssensors darstellt, und 22C ist eine Planansicht, die ein Strukturbeispiel für eine Elektrode 982 des Berührungssensors darstellt.
  • Wie in 22A bis 22C gezeigt ist, sind in einem Berührungssensor 980 eine Vielzahl von Elektroden 981, die in der X-Achsenrichtung angeordnet sind, und eine Vielzahl von Elektroden 982, die in der Y-Achsenrichtung, die die X-Achsenrichtung kreuzt, angeordnet sind, über einem Substrat 986 ausgebildet.
  • Die Elektroden 981 und die Elektroden 982 haben jeweils eine Struktur, bei der eine Vielzahl von viereckigen leitenden Filmen miteinander verbunden ist. Die Vielzahl von Elektroden 981 und die Vielzahl von Elektroden 982 sind jeweils derart angeordnet, dass sich die viereckigen leitenden Filme nicht miteinander überlappen. In einem Bereich, in dem die Elektrode 981 und die Elektrode 982 einander kreuzen, ist ein isolierender Film zwischen der Elektrode 981 und der Elektrode 982 angeordnet, so dass die Elektrode 981 und die Elektrode 982 nicht miteinander in Kontakt stehen.
  • 23A ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für Verbindungsstrukturen der Elektrode 981 und der Elektrode 982 darstellt, und zeigt als Beispiel eine Querschnittsansicht eines Bereichs, in dem die Elektroden 981 und 982 einander kreuzen. 23B ist ein Ersatzschaltplan des Bereichs, in dem die Elektroden 981 und 982 einander kreuzen. Wie in 23B gezeigt ist in dem Bereich, in dem die Elektroden 981 und 982 einander kreuzen, ein Kondensator 983 ausgebildet.
  • Wie in 23A gezeigt ist, umfasst in einem Sensorabschnitt 989 die Elektrode 981 einen leitenden Film 981a und einen leitenden Film 981b, die in der ersten Lage liegen, und einen leitenden Film 981c in der zweiten Lage über einem isolierenden Film 985. Die leitenden Filme 981a und 981b sind über den leitenden Film 981c miteinander verbunden. Die Elektrode 982 ist unter Verwendung des leitenden Films in der ersten Lage ausgebildet. Ein isolierender Film 991 ist ausgebildet, um die Elektrode 981, die Elektrode 982, eine Elektrode 984 und den isolierenden Film 985 zu bedecken. Als die isolierenden Filme 985 und 991 kann beispielsweise ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass ein isolierender Basisfilm zwischen dem Substrat 986 und der Elektrode 981 bzw. der Elektrode 984 ausgebildet sein kann. Als isolierender Basisfilm kann beispielsweise ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Elektroden 981 und 982 werden unter Verwendung eines leitenden Materials mit einer lichtdurchlässigen Eigenschaft für sichtbares Licht ausgebildet. Als leitendes Material mit einer lichtdurchlässigen Eigenschaft werden beispielsweise Indiumzinnoxid, das Siliziumoxid enthält, Indiumzinnoxid, Zinkoxid, Indiumzinkoxid und Zinkoxid, dem Gallium zugesetzt ist, angegeben.
  • Der leitende Film 981a ist mit der Elektrode 984 in einem Anschlussabschnitt 990 verbunden. Ein Anschluss zur Verbindung mit der FPC ist unter Verwendung der Elektrode 984 ausgebildet. Ähnlich wie bei der Elektrode 981 ist auch die Elektrode 982 mit einer weiteren Elektrode 984 verbunden. Die Elektrode 984 kann beispielsweise unter Verwendung eines Wolframfilms ausgebildet werden.
  • Eine Öffnung ist in dem isolierenden Film 985 und dem isolierenden Film 991, die über der Elektrode 984 liegen, ausgebildet, um die Elektrode 984 und die FPC elektrisch zu verbinden. Ein Substrat 987 ist durch einen Klebstoff, einen Klebefilm oder dergleichen an und über dem isolierenden Film 991 angebracht. Das Substrat 986 wird durch einen Klebestoff oder einen Klebefilm an das erste Substrat 901 oder das zweite Substrat 906 der Anzeigevorrichtung angebracht, wodurch ein Touchscreen hergestellt wird.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 7]
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Ansteuerverfahren, mit dem der Leistungsverbrauch einer Anzeigevorrichtung verringert werden kann, beschrieben. Unter Verwendung des Ansteuerverfahrens bei dieser Ausführungsform kann der Leistungsverbrauch einer Anzeigevorrichtung, die einen Oxidhalbleiter-Transistor in einem Pixel beinhaltet, weiter verringert werden. Anhand von 24 und 25 wird der niedrige Leistungsverbrauch einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die ein Beispiel für die Anzeigevorrichtung ist, nachstehend beschrieben.
  • 24 ist ein Blockschema, das ein Strukturbeispiel für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung bei dieser Ausführungsform darstellt. Wie in 24 gezeigt beinhaltet eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 ein Flüssigkristall-Anzeigefeld 501 als Anzeigemodul, eine Steuerschaltung 510 und eine Zählerschaltung.
  • Ein Bildsignal (Video), das digitale Daten ist, und ein Synchronisationssignal (SYNC) zum Steuern von nochmaligem Schreiben eines Bildschirms des Flüssigkristall-Anzeigefeldes 501 werden in die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 eingegeben. Beispiele für ein Synchronisationssignal umfassen ein horizontales Synchronisationssignal (Hsync), ein vertikales Synchronisationssignal (Vsync) und ein Bezugstaktsignal (CLK).
  • Das Flüssigkristall-Anzeigefeld 501 beinhaltet einen Anzeigeabschnitt 530, eine Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und eine Datenleitungs-Treiberschaltung 550. Der Anzeigeabschnitt 530 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln 531. Die Pixel 531 in der gleichen Zeile sind über eine gemeinsame Abtastleitung 541 mit der Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 verbunden, und die Pixel 531 in der gleichen Spalte sind über eine gemeinsame Datenleitung 551 mit der Datenleitungs-Treiberschaltung 550 verbunden.
  • Eine hohe Leistungsversorgungsspannung (VDD) und eine niedrige Leistungsversorgungsspannung (VSS), die als Leistungsversorgungsspannungen dienen, und eine gemeinsame Spannung (nachstehend als Vcom bezeichnet) werden dem Flüssigkristall-Anzeigefeld 501 zugeführt. Die gemeinsame Spannung (Vcom) wird jedem Pixel 531 in dem Anzeigeabschnitt 530 zugeführt.
  • Die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 verarbeitet ein eingegebenes Bildsignal, um ein Datensignal zu erzeugen, und gibt das Datensignal an die Datenleitung 551 aus. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 gibt ein Abtastsignal zum Auswählen des Pixels 531, in das ein Datensignal geschrieben wird, an die Abtastleitung 541 aus.
  • Das Pixel 531 beinhaltet ein Schaltelement, dessen elektrische Verbindung mit der Datenleitung 551 durch ein Abtastsignal gesteuert wird. Wenn das Schaltelement eingeschaltet wird, wird ein Datensignal über die Datenleitung 551 in das Pixel 531 geschrieben.
  • Eine Elektrode, an die Vcom angelegt wird, entspricht einer gemeinsamen Elektrode.
  • Die Steuerschaltung 510 steuert die ganze Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 und beinhaltet eine Schaltung, die Steuersignale für Schaltungen in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 erzeugt.
  • Die Steuerschaltung 510 beinhaltet eine Steuersignal-Erzeugungsschaltung, die Steuersignale für die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 aufgrund des Synchronisationssignals (SYNC) erzeugt. Beispiele für ein Steuersignal für die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 umfassen einen Startimpuls (GSP) und ein Taktsignal (GCLK). Beispiele für ein Steuersignal für die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 umfassen einen Startimpuls (SSP) und ein Taktsignal (SCLK). Beispielsweise erzeugt die Steuerschaltung 510 als Taktsignale (GCLK und SCLK) eine Vielzahl von Taktsignalen, die den gleichen Zyklus und verschobene Phasen aufweisen.
  • Des Weiteren steuert die Steuerschaltung 510 das Ausgeben eines Bildsignals (Video), das von außerhalb der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 eingegeben wird, an die Datenleitungs-Treiberschaltung 550.
  • Die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 beinhaltet eine Digital/Analog-Umwandlungsschaltung (nachstehend auch als D-A-Umwandlungsschaltung 552 bezeichnet). Die D-A-Umwandlungsschaltung 552 wandelt ein Bildsignal in ein Analogsignal um und erzeugt somit ein Datensignal.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein Bildsignal, das in die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 eingegeben wird, ein Analogsignal ist, das Bildsignal in der Steuerschaltung 510 in ein digitales Signal umgewandelt und an das Flüssigkristall-Anzeigefeld 501 ausgegeben wird.
  • Ein Bildsignal ist Bilddaten für jedes Bild (frame). Die Steuerschaltung 510 hat eine Funktion zum Durchführen einer Bildverarbeitung an dem Bildsignal und zum Steuern des Ausgebens des Bildsignals aufgrund von Daten, die durch die Verarbeitung erhalten werden, an die Datenleitungs-Treiberschaltung 550. Um diese Funktion zu erzielen, beinhaltet die Steuerschaltung 510 einen Bewegungsdetektionsabschnitt 511, der eine Bewegung in den Bilddaten für jedes Bild detektiert. Die Steuerschaltung 510 schließt das Ausgeben eines Bildsignals an die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 ab, wenn der Bewegungsdetektionsabschnitt 511 bestimmt, dass es keine Bewegung gibt, und beginnt das Ausgeben eines Bildsignals wieder, wenn der Bewegungsdetektionsabschnitt 511 bestimmt, dass es eine Bewegung gibt.
  • Keine besondere Beschränkung besteht bezüglich der Bildverarbeitung zum Detektieren einer Bewegung, die in dem Bewegungsdetektionsabschnitt 511 durchgeführt wird. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Detektieren einer Bewegung ist Erhalten von Differenzdaten aus Bilddaten für zwei aufeinanderfolgende Bilder. Es kann aus den erhaltenen Differenzdaten bestimmt werden, ob es eine Bewegung gibt oder nicht. Ein weiteres Beispiel für das Verfahren ist Detektieren eines Bewegungsvektors.
  • Zusätzlich kann die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 mit einer Bildsignal-Korrekturschaltung, die ein eingegebenes Bildsignal korrigiert, versehen sein. Beispielsweise wird ein Bildsignal derart korrigiert, dass eine Spannung, die höher ist als eine der Graustufe des Bildsignals entsprechende Spannung, in das Pixel 531 geschrieben wird. Eine derartige Korrektur kann die Reaktionszeit des Flüssigkristallelements verkürzen. Ein Verfahren, bei dem die Steuerschaltung 510 mit einem auf diese Weise korrigierten Bildsignal angesteuert wird, wird als Übersteuerung bezeichnet. Im Fall eines Ansteuerns mit einer hohen Bildrate (frame rate), bei dem die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 bei einer Bildfrequenz (frame frequency), die ein integrales Mehrfache derjenigen eines Bildsignals ist, angesteuert wird, können Bilddaten zur Interpolation zwischen zwei Bildern oder Bilddaten für schwarze Anzeige zwischen zwei Bildern in der Steuerschaltung 510 erzeugt werden.
  • Als nächstes wird der Vorgang der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 zum Anzeigen eines Bildes mit Bewegung, wie z. B. eines bewegten Bildes, und eines Bildes ohne Bewegung, wie z. B. eines Standbildes, unter Bezugnahme auf ein Zeitablaufdiagramm in 25 beschrieben. 25 zeigt die Signalwellenformen eines vertikalen Synchronisationssignals (Vsync) und eines Datensignals (Vdata), die von der Datenleitungs-Treiberschaltung 550 an die Datenleitung 551 ausgegeben werden.
  • 25 ist ein Zeitablaufdiagramm der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 während 3 m Bildperioden (frame periods). Hier gibt es eine Bewegung in Bilddaten in den ersten k Bildperioden und den letzten j Bildperioden und keine Bewegung in Bilddaten in den anderen Bildperioden. Es sei angemerkt, dass k und j jeweils ein Ganzzahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich m – 2 sind.
  • In den ersten k Bildperioden bestimmt der Bewegungsdetektionsabschnitt 511, dass es eine Bewegung in Bilddaten für jedes Bild gibt. Die Steuerschaltung 510 gibt Datensignale (Vdata) aufgrund des Ergebnisses der Bestimmung von dem Bewegungsdetektionsabschnitt 511 an die Datenleitung 551 aus.
  • Der Bewegungsdetektionsabschnitt 511 führt eine Bildverarbeitung zum Detektieren einer Bewegung durch und bestimmt, dass es keine Bewegung in Bilddaten für das (k + 1)-te Bild gibt. In der (k + 1)-ten Bildperiode schließt dann die Steuerschaltung 510 das Ausgeben von Bildsignalen (Video) an die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 gemäß dem Ergebnis der Bestimmung von dem Bewegungsdetektionsabschnitt 511 ab. Somit wird das Ausgeben des Datensignals (Vdata) von der Datenleitungs-Treiberschaltung 550 an die Datenleitung 551 abgeschlossen. Des Weiteren schließt die Steuerschaltung 510 das Zuführen von Steuersignalen (z. B. einem Startimpulssignal und einem Taktsignal) an die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 ab, um das nochmalige Schreiben des Anzeigeabschnitts 530 abzuschließen. Die Steuerschaltung 510 gibt weder ein Bildsignal an die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 noch Steuersignale an die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 aus, wodurch das nochmalige Schreiben des Anzeigeabschnitts 530 weiterhin abgeschlossen sind, bis der Bewegungsdetektionsabschnitt 511 bestimmt, dass es eine Bewegung in Bilddaten gibt.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung „nicht Zuführen” eines Signals zu einem Flüssigkristall-Anzeigefeld bedeutet, dass eine Spannung, die sich von einer vorbestimmten Spannung zum Betreiben einer Schaltung unterscheidet, an eine Leitung zum Zuführen des Signals angelegt wird oder dass die Leitung in einen elektrischen offenen Zustand versetzt wird.
  • Wenn das nochmalige Schreiben des Anzeigeabschnitts 530 abgeschlossen wird, wird ein elektrisches Feld in einer Richtung immer noch an das Flüssigkristallelement angelegt, was zu einer Verschlechterung eines Flüssigkristalls in dem Flüssigkristallelement führen könnte. In dem Fall, in dem ein solches Problem hochwahrscheinlich auftritt, ist bevorzugt, dass ohne Berücksichtigung des Ergebnisses der Bestimmung von dem Bewegungsdetektionsabschnitt 511 Signale von der Steuerschaltung 510 zu der Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und der Datenleitungs-Treiberschaltung 550 zugeführt werden und dass zu vorbestimmten Zeitpunkten Datensignale mit einer invertierten Polarität in die Datenleitung 551 geschrieben werden, um die Richtung des an das Flüssigkristallelement angelegten elektrischen Feldes zu invertieren.
  • Es sei angemerkt, dass die Porarität eines Datensignals, das in die Datenleitung 551 eingegeben wird, in Bezug auf Vcom bestimmt wird. Die Porarität ist positiv, wenn die Spannung des Datensignals höher ist als Vcom, und ist negativ, wenn die Spannung des Datensignals niedriger ist als Vcom.
  • Wie in 25 gezeigt gibt insbesondere in der (m + 1)-ten Bildperiode die Steuerschaltung 510 Steuersignale an die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 aus und gibt ein Bildsignal (Video) an die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 aus. Die Datenleitungs-Treiberschaltung 550 gibt ein Datensignal (Vdata) mit einer invertierten Porarität bezüglich eines Datensignals (Vdata), das in der k-ten Bildperiode an die Datenleitung 551 ausgegeben worden ist, an die Datenleitung 551 aus. Auf diese Weise wird in der (m + 1)-ten Bildperiode und der (2m + 1)-ten Bildperiode, die Perioden sind, in denen keine Bewegung in Bilddaten detektiert wird, ein Datensignal (Vdata) mit einer invertierten Porarität in die Datenleitung 551 geschrieben. Das nochmalige Schreiben des Anzeigeabschnitts 530 wird intermittierend in Perioden durchgeführt, in denen es keine Änderung in Bilddaten gibt; es ist daher möglich, den Leistungsverbrauch zum nochmaligen Schreiben zu verringern und eine Verschlechterung des Flüssigkristallelements zu verhindern.
  • Wenn der Bewegungsdetektionsabschnitt 511 bestimmt, dass es eine Bewegung in Bilddaten für ein Bild nach dem (2m + 1)-ten Bild gibt, steuert die Steuerschaltung 510 die Abtastleitungs-Treiberschaltung 540 und die Datenleitungs-Treiberschaltung 550, damit das nochmalige Schreiben des Anzeigeabschnitts 530 durchgeführt werden kann.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird die Porarität eines Datensignals (Vdata) jede m Bildperioden durch das Ansteuerverfahren in 25 invertiert, egal ob es eine Bewegung in Bilddaten (Video) gibt oder nicht. Währenddessen wird in Perioden, in denen ein Bild mit Bewegung angezeigt wird, der Anzeigeabschnitt 530 für jedes Bild nochmals geschrieben, und in Perioden, in denen ein Bild ohne Bewegung angezeigt wird, wird er für jede m Bilder nochmals geschrieben. Folglich kann die Leistung, die zum nochmaligen Schreiben des Anzeigeabschnitts verbraucht wird, verringert werden. Dies kann eine Zunahme des Leistungsverbrauchs infolge einer Zunahme der Betriebsfrequenz und der Anzahl der Pixel verhindern.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird bei der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 das Verfahren zum Ansteuern der Flüssigkristallanzeigevorrichtung zwischen einem Anzeigemodus für ein bewegtes Bild und einem Anzeigemodus für ein Standbild umgeschaltet. Es ist somit möglich, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung bereitzustellen, die niedrigen Leistungsverbrauch aufweist, während eine Verschlechterung eines Flüssigkristalls verhindert wird und die Anzeigequalität aufrechterhalten wird.
  • Wenn im Fall der Anzeige eines Standbildes ein Pixel für jedes Bild nochmals geschrieben wird, nimmt man in einigen Fällen mit den Augen das nochmalige Schreiben des Pixels als Flackern wahr, was eine Überanstrengung der Augen verursacht. Bei der Flüssigkristallvorrichtung dieser Ausführungsform wird in der Anzeigeperiode des Standbildes das Pixel nicht oft nochmals geschrieben, was zum Abmildern der Überanstrengung der Augen wirksam ist.
  • Dementsprechend kann mit einem Flüssigkristall-Anzeigefeld, bei dem eine Rückplatte (Backplane) unter Verwendung eines Oxidhalbleiter-Transistors hergestellt ist, eine mittelgroße Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit hoher Auflösung und niedrigem Leistungsverbrauch, welche für ein tragbares elektronisches Gerät sehr geeignet ist, bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass das Intervall zwischen Zeitpunkten, zu denen die Polarität der Datensignalen invertiert wird (m Bildperioden hier), auf zwei Sekunden oder kürzer, bevorzugt eine Sekunde oder kürzer eingestellt wird, um eine Verschlechterung des Flüssigkristalls zu verhindern.
  • Obwohl das Detektieren einer Bewegung in Bilddaten in dem Bewegungsdetektionsabschnitt 511 in der Steuerschaltung 510 durchgeführt wird, wird das Detektieren einer Bewegung nicht notwendigerweise nur in dem Bewegungsdetektionsabschnitt 511 durchgeführt. Daten darüber, ob es eine Bewegung gibt oder nicht, können von außerhalb der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 in die Steuerschaltung 510 eingegeben werden.
  • Die Bestimmung, dass es keine Bewegung in Bilddaten gibt, basiert nicht immer auf Bilddaten für zwei aufeinanderfolgende Bilder; die Anzahl der Bilder, die zur Bestimmung erforderlich sind, kann angemessen in Abhängigkeit von dem Verwendungsmodus der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 500 eingestellt werden. Beispielsweise kann das nochmalige Schreiben des Anzeigeabschnitts 530 abgeschlossen werden, wenn es keine Bewegung in Bilddaten für m aufeinanderfolgende Bilder gibt.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Ausführungsform unter Benutzung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung als Anzeigevorrichtung gegeben worden ist; jedoch kann das Ansteuerverfahren bei dieser Ausführungsform für andere Anzeigevorrichtungen, z. B. eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung, verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
  • [Ausführungsform 8]
  • Die Halbleitervorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, kann bei verschiedenen elektronischen Geräten (darunter auch Spielautomaten) verwendet werden. Beispiele für elektronische Geräte umfassen ein Fernsehgerät (auch als Fernseher oder Fernsehempfänger bezeichnet), einen Monitor eines Computers oder dergleichen, eine Digitalkamera, eine digitale Videokamera, einen Digitalfotorahmen, ein Mobiltelefon, ein tragbares Spielgerät, ein tragbares Informationsendgerät, eine Audiowiedergabevorrichtung, einen Spielautomaten (z. B. einen Pachinko-Automaten oder einen Glücksspielautomaten), eine Spielkonsole und dergleichen. Beispiele für diese elektronischen Geräte sind in 26A bis 26C gezeigt.
  • 26A stellt einen Tisch 9000 mit einem Anzeigeabschnitt dar. Bei dem Tisch 9000 ist ein Anzeigeabschnitt 9003 in einem Gehäuse 9001 eingebaut, und ein Bild kann auf dem Anzeigeabschnitt 9003 angezeigt werden. Das Gehäuse 9001 ist von vier Beinabschnitten 9002 getragen. Ferner ist ein Leistungskabel 9005 zum Zuführen einer Leistung an dem Gehäuse 9001 bereitgestellt.
  • Die Halbleitervorrichtung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann für den Anzeigeabschnitt 9003 verwendet werden. Somit kann der Anzeigeabschnitt 9003 hohe Anzeigequalität aufweisen.
  • Der Anzeigeabschnitt 9003 hat eine berührungsempfindliche Eingabefunktion. Wenn ein Benutzer angezeigte Knöpfe 9004, die auf dem Anzeigeabschnitt 9003 des Tisches 9000 angezeigt werden, mit seinen Fingern oder dergleichen berührt, kann der Benutzer den Bildschirm betreiben und eine Information eingeben. Zudem kann dann, wenn der Tisch mit Haushaltsgeräten kommunizieren oder die Haushaltsgeräte steuern kann, der Anzeigeabschnitt 9003 als Steuergerät, das die Haushaltsgeräte durch Handlungen am Bildschirm steuert, dienen. Beispielsweise kann unter Verwendung der Halbleitervorrichtung mit einer Bildsensorfunktion der Anzeigeabschnitt 9003 eine berührungsempfindliche Eingabefunktion aufweisen.
  • Ferner kann der Bildschirm des Anzeigeabschnitts 9003 mittels eines Scharniers in dem Gehäuse 9001 senkrecht zu einem Boden gestellt werden; deshalb kann der Tisch 9000 auch als Fernsehgerät verwendet werden. Wenn ein Fernsehgerät mit einem großen Bildschirm in einem kleinen Zimmer gestellt wird, wird ein freier Raum reduziert; wenn ein Anzeigeabschnitt in einem Tisch eingebaut ist, kann jedoch ein Raum im Zimmer auf effiziente Weise verwendet werden.
  • 26B stellt ein Fernsehgerät 9100 dar. In dem Fernsehgerät 9100 ist ein Anzeigeabschnitt 9103 in einem Gehäuse 9101 eingebaut, und ein Bild kann auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt werden. Es sei angemerkt, dass hier das Gehäuse 9101 von einem Fuß 9105 getragen ist.
  • Das Fernsehgerät 9100 kann mittels eines Bedienungsschalters des Gehäuses 9101 oder einer separaten Fernbedienung 9110 bedient werden. Mit einer Bedienungstaste 9109 der Fernbedienung 9110 können die Fernsehsender und die Lautstärke gesteuert werden, so dass ein Bild, das auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt wird, gesteuert werden kann. Darüber hinaus kann die Fernbedienung 9110 einen Anzeigeabschnitt 9107 zum Anzeigen von Daten, die von der Fernbedienung 9110 ausgegeben werden, aufweisen.
  • Das Fernsehgerät 9100 in 266 ist mit einem Empfänger, einem Modem und dergleichen versehen. Mit dem Empfänger können allgemeine Fernsehsendungen von dem Fernsehgerät 9100 empfangen werden. Weiterhin kann dann, wenn das Fernsehgerät 9100 drahtgebunden oder drahtlos über das Modem mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist, eine unidirektionale (von einem Sender zu einem Empfänger) oder eine bidirektionale (zwischen einem Sender und einem Empfänger oder zwischen Empfängern) Datenkommunikation durchgeführt werden.
  • Eine beliebige der Halbleitervorrichtungen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann für die Anzeigeabschnitte 9103 und 9107 verwendet werden. Somit kann das Fernsehgerät hohe Anzeigequalität aufweisen.
  • 26C stellt einen Computer 9200 dar, der einen Hauptkörper 9201, ein Gehäuse 9202, einen Anzeigeabschnitt 9203, eine Tastatur 9204, einen externen Verbindungsanschluss 9205, eine Zeigevorrichtung 9206 und dergleichen beinhaltet.
  • Eine beliebige der Halbleitervorrichtungen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann für den Anzeigeabschnitt 9203 verwendet werden. Somit kann der Computer 9200 hohe Anzeigequalität aufweisen.
  • Der Anzeigeabschnitt 9203 hat eine berührungsempfindliche Eingabefunktion. Wenn ein Benutzer angezeigte Knöpfe, die auf dem Anzeigeabschnitt 9203 des Computers 9200 angezeigt werden, mit seinen Fingern oder dergleichen berührt, kann der Benutzer den Bildschirm betreiben und eine Information eingeben. Zudem kann dann, wenn der Tisch mit Haushaltsgeräten kommunizieren oder die Haushaltsgeräte steuern kann, der Anzeigeabschnitt 9203 als Steuergerät, das die Haushaltsgeräte durch Handlungen am Bildschirm steuert, dienen.
  • 27A und 27B stellen einen klappbaren Tablet-Computer dar. In 27A ist der Tablet-Computer geöffnet und beinhaltet ein Gehäuse 9630, einen Anzeigeabschnitt 9631a, einen Anzeigeabschnitt 9631b, einen Knopf zum Schalten des Anzeigemodus 9034, einen An-/Ausschalter 9035, einen Knopf zum Schalten des Stromsparermodus 9036, eine Spange 9033 und einen Bedienungsknopf 9038.
  • Eine beliebige der Halbleitervorrichtungen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann für den Anzeigeabschnitt 9631a und den Anzeigeabschnitt 9631b verwendet werden. Somit kann die Anzeigequalität des Tablet-Computers verbessert werden.
  • Ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631a kann ein Touchscreen-Gebiet 9632a sein, und Daten können eingegeben werden, wenn eine angezeigte Bedienungstaste 9638 berührt wird. Obwohl eine Struktur als Beispiel gezeigt ist, bei der ein halbes Gebiet des Anzeigeabschnitts 9631a nur eine Anzeigefunktion hat und das andere halbe Gebiet auch eine Touchscreenfunktion hat, ist die Struktur des Anzeigeabschnitts 9631a nicht darauf beschränkt. Die ganze Fläche des Anzeigeabschnitts 9631a kann eine Touchscreenfunktion haben. Beispielsweise kann der ganze Anzeigeabschnitt 9631a Tastaturknöpfe anzeigen und als Touchscreen dienen, während der Anzeigeabschnitt 9631b als Anzeigebildschirm verwendet werden kann.
  • Wie bei dem Anzeigeabschnitt 9631a kann ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631b ein Touchscreen-Gebiet 9632b sein. Wenn ein Knopf zum Schalten der Tastaturanzeige 9639, der auf dem Touchscreen angezeigt wird, mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen berührt wird, kann eine Tastatur auf dem Anzeigeabschnitt 9631b angezeigt werden.
  • Ein berührungsempfindliches Eingeben kann gleichzeitig an den Touchscreen-Gebieten 9632a und 9632b durchgeführt werden.
  • Der Knopf zum Schalten des Anzeigemodus 9034 kann beispielsweise die Anzeigeausrichtung (z. B. zwischen einem Hochformat und einem Querformat) umschalten und einen Anzeigemodus auswählen (zwischen monochromer Anzeige und Farbanzeige umschalten). Der Knopf zum Schalten des Stromsparermodus 9036 kann die Anzeigeleuchtdichte entsprechend der Menge an Außenlicht, das von einem optischen Sensor in dem Tablet detektiert wird, beim Verwenden des Tablet-Computers steuern. Der Tablet-Computer kann eine weitere Detektorvorrichtung, wie z. B. einen Sensor zum Detektieren der Ausrichtung (z. B. ein Kreiselinstrument oder einen Beschleunigungssensor), zusätzlich zu dem optischen Sensor aufweisen.
  • Obwohl der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b die gleiche Anzeigefläche in 27A aufweisen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b können verschiedene Flächen oder verschiedene Anzeigequalität haben. Beispielsweise kann einer von ihnen ein Anzeigefeld sein, das Bilder mit höherer Auflösung anzeigen kann als das andere.
  • In 27B ist der Tablet-Computer zusammengeklappt und beinhaltet das Gehäuse 9630, eine Solarzelle 9633 und eine Lade- und Entladesteuerschaltung 9634. Es sei angemerkt, dass in 27B ein Beispiel dargestellt ist, in dem die Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 die Batterie 9635 und den Gleichspannungswandler 9636 beinhaltet.
  • Da das Tablet zusammengeklappt werden kann, kann das Gehäuse 9630 geschlossen werden, wenn er nicht verwendet wird. Somit können die Anzeigeabschnitte 9631a und 9631b geschützt werden. Daher kann ein Tablet, das hohe Haltbarkeit und hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich der Langzeitverwendung aufweist, bereitgestellt werden.
  • Zusätzlich kann der Tablet-Computer in 27A und 27B eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Arten von Daten (z. B. eines Standbildes, eines bewegten Bildes und eines Textbildes), eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, eines Datums, der Zeit oder dergleichen auf dem Anzeigeabschnitt, eine berührungsempfindliche Eingabefunktion zum Bedienen oder Bearbeiten der Daten durch Berührungseingabe, die auf dem Anzeigeabschnitt angezeigt werden, eine Funktion zum Steuern der Verarbeitung mittels verschiedener Arten von Software (Programmen) und dergleichen aufweisen.
  • Die Solarzelle 9633, die an der Oberfläche des Tablet-Computers angebaut ist, führt eine elektrische Leistung zu einem Touchscreen, einem Anzeigeabschnitt, einem Bildsignalprozessor und dergleichen zu. Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 an einer oder beiden Oberflächen des Gehäuses 9630 angeordnet sein kann, so dass die Batterie 9635 auf effiziente Weise aufgeladen werden kann. Die Verwendung einer Lithiumionenbatterie als die Batterie 9635 ist vorteilhaft, wenn die Größe verringert wird und so weiter.
  • Die Struktur und den Betrieb der Lade- und Entladesteuerschaltung 9634, die in 27B gezeigt ist, werden unter Bezugnahme auf ein Blockschema in 27C beschrieben. Die Solarzelle 9633, die Batterie 9635, der Gleichspannungswandler 9636, ein Wandler 9637, Schalter SW1 bis SW3 und der Anzeigeabschnitt 9631 sind in 27C gezeigt, und die Batterie 9635, der Gleichspannungswandler 9636, der Wandler 9637 und die Schalter SW1 bis SW3 entsprechen der Lade-/Entladesteuerschaltung 9634 in 27B.
  • Zuerst wird ein Beispiel für den Betrieb in dem Fall, in dem eine Leistung von der Solarzelle 9633 unter Verwendung von Außenlicht erzeugt wird, beschrieben. Die Spannung der von der Solarbatterie erzeugten Leistung wird durch den Gleichspannungswandler 9636 erhöht oder verringert, so dass die Leistung eine zum Aufladen der Batterie 9635 benötigte Spannung aufweist. Wenn die Leistung von der Solarzelle 9633 für den Betrieb des Anzeigeabschnitts 9631 verwendet wird, wird dann der Schalter SW1 eingeschaltet, und die Spannung der Leistung wird durch den Wandler 9637 erhöht oder verringert, so dass sie zu einer Spannung, die für den Anzeigeabschnitt 9631 erforderlich ist, wird. Ferner wird dann, wenn keine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 9631 erfolgt, der Schalter SW1 ausgeschaltet, und ein Schalter SW2 wird eingeschaltet, so dass ein Aufladen der Batterie 9635 durchgeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 als Beispiel für ein Mittel zur Leistungserzeugung beschrieben worden ist; die Batterie 9635 kann jedoch ohne Beschränkung darauf auch mittels eines anderen Mittels zur Leistungserzeugung, wie z. B. eines piezoelektrischen Elements oder eines thermoelektrischen Wandlerelements (Peltier-Elements), aufgeladen werden. Die Batterie 9635 kann beispielsweise mittels eines kontaktfreien Leistungsübertragungsmoduls, das eine Leistung drahtlos (kontaktlos) überträgt und empfängt, um die Batterie aufzuladen, oder mittels einer Kombination aus anderen Lademitteln aufgeladen werden.
  • Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen und dergleichen soweit erforderlich mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen und dergleichen kombiniert werden können.
  • [Beispiel 1]
  • In diesem Beispiel werden Messergebnisse der Vg-Id-Eigenschaften und eines BT-Fotobelastungstests an einem Transistor beschrieben.
  • Erst einmal wird ein Herstellungsprozess eines Transistors, der in Probe 1 enthalten ist, beschrieben. In diesem Beispiel wird der Prozess anhand von 4A bis 4D beschrieben.
  • Wie in 4A gezeigt wurde zuerst ein Glassubstrat als das Substrat 11 verwendet, und die Gate-Elektrode 15 wurde über dem Substrat 11 ausgebildet.
  • Ein 100 nm dicker Wolframfilm wurde durch ein Sputterverfahren ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem Wolframfilm ausgebildet, und ein Teil des Wolframfilms wurde unter Verwendung der Maske geätzt, so dass die Gate-Elektrode 15 ausgebildet wurde.
  • Als nächstes wurde der Gate-Isolierfilm 17 über der Gate-Elektrode 15 ausgebildet.
  • Der Gate-Isolierfilm 17 wurde ausgebildet, indem ein 50 nm dicker erster Siliziumnitridfilm, ein 300 nm dicker zweiter Siliziumnitridfilm, ein 50 nm dicker dritter Siliziumnitridfilm und ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm gestapelt wurden.
  • Der erste Siliziumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurden einer Behandlungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 100 Pa reguliert; und eine Leistung von 2000 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Als nächstes wurde der zweite Siliziumnitridfilm unter den Bedingungen ausgebildet, die sich bezüglich des Quellengases von den Bedingungen des ersten Siliziumnitridfilms darin unterscheiden, dass die Durchflussmenge von Ammoniak 2000 sccm war.
  • Als nächstes wurde der dritte Siliziumnitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm wurden der Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 100 Pa reguliert; und eine Leistung von 2000 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Als nächstes wurde der Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 20 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 3000 sccm wurden der Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 40 Pa reguliert; und eine Leistung von 100 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • In jedem der Prozesse zum Ausbilden der ersten bis dritten Siliziumnitridfilme und des Siliziumoxynitridfilms war die Substrattemperatur 350°C.
  • Als nächstes wurde der mehrschichtige Film 20 ausgebildet, der sich mit der Gate-Elektrode 15 überlappte, wobei der Gate-Isolierfilm 17 dazwischen lag.
  • Hier wurde ein 35 nm dicker Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren über dem Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet, und dann wurde ein 20 nm dicker Oxidfilm, der In oder Ga enthielt, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet. Danach wurde eine Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm ausgebildet, und der Oxidhalbleiterfilm und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm wurden unter Verwendung der Maske teilweise geätzt, um den Oxidhalbleiterfilm 18 und den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 auszubilden, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Auf diese Weise wurde der mehrschichtige Film 20 ausgebildet.
  • Der Oxidhalbleiterfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet; Argon mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 50 sccm wurden einer Behandlungskammer einer Sputtervorrichtung als Sputtergas zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 0,6 Pa reguliert; und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm bei einer Substrattemperatur von 170°C ausgebildet wurde.
  • Der In oder Ga enthaltende Oxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:3:2 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet; Argon mit einer Durchflussmenge von 90 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 10 sccm wurden der Behandlungskammer der Sputtervorrichtung als Sputtergas zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 0,3 Pa reguliert; und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm bei einer Substrattemperatur von 25°C ausgebildet wurde.
  • Als die Wärmebehandlung wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Auf 4B kann man bezüglich der Struktur, die durch die Schritte bis hierin erhalten wurde, Bezug nehmen.
  • Nachdem die Gate-Elektrode freigelegt worden war, indem der Gate-Isolierfilm 17 teilweise geätzt wurde (dieser Schritt ist nicht abgebildet), wurde als nächstes wie in 4C das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20 ausgebildet.
  • Hier wurde ein leitender Film über dem Gate-Isolierfilm 17 und dem mehrschichtigen Film 20 ausgebildet. Als leitender Film wurde ein 400 nm dicker Aluminiumfilm über einem 50 nm dicken Wolframfilm ausgebildet, und ein 100 nm dicker Titanfilm wurde über dem Aluminiumfilm ausgebildet. Dann wurde eine Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet, und ein Teil des leitenden Films wurde unter Verwendung der Maske geätzt, wodurch das Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet wurde.
  • Als nächstes wurde, nachdem das Substrat in eine Behandlungskammer unter verringertem Druck transportiert und bei 220°C erwärmt worden war, das Substrat in eine Behandlungskammer, die mit Distickstoffmonoxid gefüllt war, transportiert. Der mehrschichtige Film 20 wurde dann an einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, das durch Zerfall von Distickstoffmonoxid erzeugt wurde, indem eine obere Elektrode in der Behandlungskammer mit einer Hochfrequenzleistung von 150 W aus einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle versorgt wurde.
  • Als nächstes wurde der Schutzfilm 26 über dem mehrschichtigen Film 20 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet (siehe 4D). Als der Schutzfilm 26 wurden hier der isolierende Oxidfilm 23, der isolierende Oxidfilm 24 und der isolierende Nitridfilm 25 ausgebildet.
  • Nach der obigen Plasmabehandlung wurden zunächst der isolierende Oxidfilm 23 und der isolierende Oxidfilm 24 sukzessive ohne Aussetzung an der Atmosphäre ausgebildet. Ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde als der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet, und ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde als der isolierende Oxidfilm 24 ausgebildet.
  • Der isolierende Oxidfilm 23 wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 30 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengase verwendet; der Druck in der Behandlungskammer war 200 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 150 W wurde parallelen Plattenelektroden zugeführt.
  • Der isolierende Oxidfilm 24 wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengase verwendet; der Druck in der Behandlungskammer war 200 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 1500 W wurde parallelen Plattenelektroden zugeführt. Unter den obigen Bedingungen ist möglich, einen Siliziumoxynitridfilm, der Sauerstoff mit einem höheren Anteil enthält als Sauerstoff in der stöchiometrischen Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, auszubilden.
  • Als nächstes wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch Wasser, Stickstoff, Wasserstoff und dergleichen aus dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 abgegeben wurden. Die Wärmebehandlung wurde hier eine Stunde lang bei 350°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Als nächstes wurde das Substrat in eine Behandlungskammer unter verringertem Druck transportiert und bei 350°C erwärmt, und der isolierende Nitridfilm 25 wurde über dem isolierenden Oxidfilm 24 ausgebildet. Als der isolierende Nitridfilm 25 wurde hier ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm ausgebildet.
  • Der isolierende Nitridfilm 25 wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurden als Quellengas verwendet; der Druck in der Behandlungskammer war 100 Pa; die Substrattemperatur war 350°C; und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W wurde parallelen Plattenelektroden zugeführt.
  • Obwohl es nicht gezeigt ist, wurde als nächstes eine Öffnung, durch die ein Teil des Paars von Elektroden 21 und 22 freigelegt wurde, ausgebildet, indem der Schutzfilm 26 teilweise geätzt wurde.
  • Als nächstes wurde ein Planarisierungsfilm (nicht abgebildet) über dem isolierenden Nitridfilm 25 ausgebildet. Hier wurde der isolierende Nitridfilm 25 mit einer Zusammensetzung beschichtet, und Belichtung und Entwicklung wurden durchgeführt, so dass ein Planarisierungsfilm mit einer Öffnung, durch die das Paar von Elektroden teilweise freigelegt wurde, ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass als Planarisierungsfilm ein 1,5 um dickes Acrylharz ausgebildet wurde. Eine Wärmebehandlung wurde dann durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang bei einer Temperatur von 250°C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Als nächstes wurde ein leitender Film, der mit einem Teil des Paars von Elektroden verbunden wurde, ausgebildet (nicht abgebildet). Hier wurde ein 100 nm dicker ITO-Film, der Siliziumoxid enthielt, durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Danach wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 250°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
  • Durch den vorstehenden Prozess wurde die Probe 1 mit einem Transistor hergestellt.
  • Als Probe 2 wurde des Weiteren eine Probe hergestellt, die einen Transistor aufwies, der derart hergestellt wurde, dass bei dem Transistor der Probe 1 der dritte Siliziumnitridfilm in dem Gate-Isolierfilm 17 unter Bedingungen, die denjenigen des ersten Siliziumnitridfilms ähnlich sind, ausgebildet wurde und dass der Oxidhalbleiterfilm 18 und der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 bei einer Substrattemperatur von 200°C ausgebildet wurden.
  • Ferner wurde als Probe 3 eine Probe hergestellt, die einen Transistor aufwies, der sich von dem Transistor der Probe 1 darin unterscheidet, dass der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 nicht ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass nach dem Ausbilden des Paars von Elektroden 21 und 22 eine Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 18 einer Reinigungsbehandlung unter Verwendung einer Phosphorsäurelösung, in der eine 85% Phosphorsäure hundertfach verdünnt war, unterzogen wurde.
  • Darüber hinaus wurde eine Probe, die einen Transistor ohne den isolierenden Oxidfilm 23 in der Probe 3 aufwies, als Probe 4 hergestellt.
  • Als nächstes wurden Anfangs-Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in der Probe 1 bis der Probe 4 gemessen. Eine Veränderung der Eigenschaften des Stroms, der zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode floss (nachstehend als Drain-Strom bezeichnet), d. h. Vg-Id-Eigenschaften wurden hier unter den folgenden Bedingungen gemessen: die Substrattemperatur war 25°C; der Potentialunterschied zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode (nachstehend als Drain-Spannung bezeichnet) war 1 V oder 10 V; und der Potentialunterschied zwischen der Source-Elektrode und der Gate-Elektrode (nachstehend als Gate-Spannung bezeichnet) wurde von –20 V bis zu +15 V verändert.
  • 28A bis 28D zeigen Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in den Proben. In 28A bis 28D stellt die horizontale Achse die Gate-Spannung Vg dar, und die vertikale Achse stellt den Drain-Strom Id dar. Zudem stellen die durchgezogenen Linien die Vg-Id-Eigenschaften bei den Drain-Spannungen Vd von 1 V und 10 V dar, und die gestrichelte Linie stellt die Feldeffektbeweglichkeit bezüglich der Gate-Spannungen bei der Drain-Spannung Vd von 10 V dar. Es sei angemerkt, dass die Feldeffektbeweglichkeit durch Betreiben jeder Probe in einem Sättigungsbereich erhalten wurde.
  • Es sei angemerkt, dass in jedem der Transistoren die Kanallänge (L) 6 μm beträgt und die Kanalbreite (W) 50 μm beträgt. Des Weiteren wurden in jeder der Proben 20 Transistoren mit der gleichen Struktur auf dem Substrat hergestellt.
  • Nach 28D unterscheidet sich bei den Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in der Probe 4 die Gate-Spannung, bei der ein Durchlassstrom zu fließen beginnt (auch als Gate-Spannung beim Anstieg (rising gate voltage) (Vg) bezeichnet), wenn die Drain-Spannung Vd 1 V ist, von der Gate-Spannung beim Anstieg des Durchlassstroms, wenn die Drain-Spannung Vd 10 V ist. Außerdem ist die Veränderung der Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in der Probe 4 groß. Andererseits sind nach 28A bis 28C bei den Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in der Probe 1 und der Probe 3 die Gate-Spannung beim Anstieg (Vg) des Durchlassstroms bei der Drain-Spannung Vd von 1 V und die Gate-Spannung beim Anstieg (Vg) des Durchlassstroms bei der Drain-Spannung Vd von 10 V im Wesentlichen gleich. Überdies ist die Veränderung der Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in der Probe 1 bis der Probe 3 klein. Mit dem Vorhandensein zumindest des isolierenden Oxidfilms 23 zwischen dem mehrschichtigen Film 20 und dem isolierenden Oxidfilm 24 werden folglich die Anfangseigenschaften des Transistors verbessert.
  • Als nächstes wurden ein BT-Belastungstest und ein BT-Fotobelastungstest jeweils an der Probe 1 bis der Probe 4 durchgeführt. Der BT-Belastungstest, bei dem die vorbestimmte Spannung an die Gate-Elektrode angelegt wurde, wurde hier unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: die Substrattemperatur war 80°C; die Intensität eines an den Gate-Isolierfilm angelegten elektrischen Feldes war 0,66 MV/cm; und die Anlegungszeit war 2000 Sekunden. Es sei angemerkt, dass der BT-Belastungstest in einer Luftatmosphäre, deren Taupunkttemperatur bei 12°C liegt, durchgeführt wurde.
  • Unter Bedingungen, die denjenigen des vorstehenden BT-Belastungstests ähnlich sind, wurde der BT-Fotobelastungstest durchgeführt, bei dem der Transistor mit 3000 lx weißem LED-Licht bestrahlt wird und die vorbestimmte Spannung an die Gate-Elektrode angelegt wird. Es sei angemerkt, dass der BT-Fotobelastungstest in einer Trockenluftatmosphäre, deren Taupunkttemperatur bei –30°C liegt, durchgeführt wurde.
  • Hier wird ein Messverfahren des BT-Belastungstests beschrieben. Zuerst wurden Anfangs-Vg-Id-Eigenschaften des Transistors auf die oben beschriebene Weise gemessen.
  • Als nächstes wurde die Substrattemperatur auf 80°C erhöht, und dann wurden die Potentiale der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors auf 0 V eingestellt. Dann wurde eine Spannung über einen Zeitraum von 2000 Sekunden ständig an die Gate-Elektrode angelegt, so dass die Intensität des an den Gate-Isolierfilm angelegten elektrischen Feldes 0,66 MV/cm betrug.
  • Es sei angemerkt, dass bei einem negativen BT-Belastungstest (dunkel, –GBT) eine Spannung von –30 V an die Gate-Elektrode angelegt wurde und dass bei einem positiven BT-Belastungstest (dunkel, +GBT) eine Spannung von 30 V an die Gate-Elektrode angelegt wurde. Bei einem negativen BT-Fotobelastungstest (foto, –GBT) wurde eine Spannung von –30 V an die Gate-Elektrode angelegt, während der Transistor mit 3000 lx weißem LED-Licht bestrahlt wurde. Bei einem positiven BT-Fotobelastungstest (foto, +GBT) wurde eine Spannung von 30 V an die Gate-Elektrode angelegt, während der Transistor mit 3000 lx weißem LED-Licht bestrahlt wurde.
  • Als nächstes wurde die Substrattemperatur auf 25°C verringert, während die Spannung weiterhin an die Gate-Elektrode, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode angelegt wurde. Nachdem die Substrattemperatur 25°C erreicht hatte, wurde das Anlegen der Spannung an die Gate-Elektrode, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode abgeschlossen.
  • Ferner zeigt 29 einen Unterschied zwischen einer Schwellenspannung in den Anfangseigenschaften der Transistoren und einer Schwellenspannung nach BT-Belastungstests (d. h. den Betrag der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth)) bei der Probe 1 bis der Probe 4. 29 zeigt die Beträge der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth) bei dem positiven BT-Belastungstest (dunkel, +GBT), dem negativen BT-Belastungstest (dunkel, –GBT), dem positiven BT-Fotobelastungstest (foto, +GBT) und dem negativen BT-Fotobelastungstest (foto, –GBT).
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung die Schwellenspannung bei einer Drain-Spannung Vd von 10 V berechnet wird. Die Schwellenspannung (Vth) in dieser Beschreibung bezeichnet zudem einen Durchschnittswert von Vth der 20 Transistoren in jeder Probe.
  • Nach 29 wird ferner gefunden, dass der Absolutwert des Betrags der Veränderung der Schwellenspannung der Transistoren in der Probe 1 und der Probe 2 kleiner ist als der Absolutwert des Betrags der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth) der Transistoren in der Probe 3 und der Probe 4. Im Besonderen nimmt bei der Probe 1 der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth) infolge des positiven BT-Belastungstests (dunkel, +GBT) bemerkenswert ab. Zumindest mit dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 24 kann deshalb die Zuverlässigkeit des Transistors verbessert werden.
  • Auf diese Weise können mit dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 und dem isolierenden Oxidfilm 23, die zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 24 angeordnet sind, die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden. Insbesondere können sowohl die Anfangseigenschaften als auch die Zuverlässigkeit verbessert werden. Des Weiteren können der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 und der isolierende Oxidfilm 23 einen Eintritt von Elementen (z. B. Silizium und Stickstoff), die in dem isolierenden Oxidfilm 24 enthalten sind, in den Oxidhalbleiterfilm 18, der ein Kanalbereich ist, verhindern. Außerdem können der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 und der isolierende Oxidfilm 23 verhindern, dass der Oxidhalbleiterfilm 18, der ein Kanalbereich ist, einen Plasmaschaden zu dem Zeitpunkt, zu dem der isolierende Oxidfilm 24 durch ein Plasma-CVD-Verfahren mit einer relativ hohen Leistungsdichte ausgebildet wird, erleidet.
  • [Beispiel 2]
  • In diesem Beispiel wird die Abhängigkeit der Transistoren in der Probe 1 des Beispiels 1 von einer Temperatur des BT-Belastungstests beschrieben.
  • Die Probe 1 des Beispiels 1 wurde verwendet, die Temperatur des in dem Beispiel 1 durchgeführten BT-Belastungstests wurde auf 60°C oder 80°C eingestellt, und die Zeitdauer zum Anlegen einer Belastung betrug 3600 Sekunden.
  • Konkret gesprochen: nachdem die Vg-Id-Eigenschaften als Anfangseigenschaften der Transistoren auf eine Weise, die derjenigen in dem Beispiel 1 ähnlich ist, gemessen worden waren, wurde zuerst die Substrattemperatur auf 60°C oder 80°C erhöht, und dann wurden die Potentiale der Source-Elektroden und der Drain-Elektroden der Transistoren auf 0 V eingestellt. Danach wurde eine Spannung über einen Zeitraum von 3600 Sekunden ständig an die Gate-Elektrode angelegt, so dass die Intensität des an den Gate-Isolierfilm angelegten elektrischen Feldes 0,66 MV/cm betrug. Es sei angemerkt, dass bei einem negativen BT-Belastungstest (dunkel, –GBT) eine Spannung von –30 V an die Gate-Elektrode angelegt wurde und dass bei einem positiven BT-Belastungstest (dunkel, +GBT) eine Spannung von 30 V an die Gate-Elektrode angelegt wurde.
  • Als nächstes wurde die Substrattemperatur auf 25°C verringert, während eine Spannung an die Gate-Elektrode und die Source- und Drain-Elektroden angelegt wurde. Nachdem die Substrattemperatur 25°C erreicht hatte, wurde das Anlegen der Spannung an die Gate-Elektrode, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode abgeschlossen.
  • Die Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in den Proben 1 nach BT-Belastungstests bei den obigen Temperaturen sind in 30A bis 30D gezeigt. Die Ergebnisse hinsichtlich eines positiven BT-Belastungstests bei einer Substrattemperatur von 60°C sind in 30A gezeigt, die Ergebnisse hinsichtlich eines negativen BT-Belastungstests bei einer Substrattemperatur von 60°C sind in 30B gezeigt, die Ergebnisse hinsichtlich eines positiven BT-Belastungstests bei einer Substrattemperatur von 80°C sind in 30C gezeigt, und die Ergebnisse hinsichtlich eines negativen BT-Belastungstests bei einer Substrattemperatur von 80°C sind in 30D gezeigt. In 30A bis 30D stellen dicke Linien in den Graphen jeweils die Vg-Id-Eigenschaften (Anfangseigenschaften) vor dem BT-Belastungstest dar, und dünne Linien stellen jeweils die Vg-Id-Eigenschaften nach dem BT-Belastungstest dar. Zusätzlich stellen dicke gestrichelte Linien jeweils die Feldeffektbeweglichkeit vor dem BT-Belastungstest dar, und dünne gestrichelte Linien stellen jeweils die Feldeffektbeweglichkeit nach dem BT-Belastungstest dar. Es sei angemerkt, dass die Vg-Id-Eigenschaften als Anfangseigenschaften und die Vg-Id-Eigenschaften nach dem BT-Belastungstest bei jeder Temperatur gemessen wurden, wobei die Drain-Spannung auf 10 V eingestellt wurde.
  • Ferner ist ein Unterschied zwischen einer Schwellenspannung in den Anfangseigenschaften der Transistoren in der Probe 1 und einer Schwellenspannung nach den BT-Belastungstests (d. h. der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth)) in 31 gezeigt.
  • Es kann aus 31 festgestellt werden, dass bei Temperaturen von 60°C und 80°C der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung zumindest nach dem positiven BT-Belastungstest weniger als oder gleich 1,0 V ist.
  • [Beispiel 3]
  • In diesem Beispiel wird eine Veränderung über die Zeit der Schwellenspannung eines Transistors, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben. Hier wurde ein BT-Belastungstest an dem Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, durchgeführt, und die Ergebnisse einer Auswertung des Betrags der Veränderung der Schwellenspannung (ΔVth) in Bezug auf den Belastungstest werden beschrieben.
  • Eine Probe, die einem BT-Belastungstest unterzogen wurde, wird beschrieben. Die dem BT-Belastungstest unterzogene Probe ist eine Probe, die derart hergestellt wurde, dass ein In-Ga-Zn-Oxidfilm, der in den In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 19 des mehrschichtigen Films 20 zu verarbeiten war, im Unterschied zu der in dem Beispiel 1 beschriebenen Probe 1 bei einer Substrattemperatur von 100°C ausgebildet wurde. Diese Probe wird als Probe 5 bezeichnet.
  • Als Vergleichsbeispiel für die Probe 5 wurde des Weiteren Probe 6 verwendet, die auf eine Weise, die derjenigen der Probe 3 des Beispiels 1 ähnlich ist, hergestellt wurde.
  • In diesem Beispiel wurde bei einem Verfahren, das dem in dem Beispiel 1 beschriebenen BT-Belastungstest ähnlich ist, die Substrattemperatur auf 60°C oder 125°C eingestellt, und eine Erwärmung dauerte 3600 Sekunden an. Was die Probe 5 betrifft, wurde der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung nach 100 Sekunden, 500 Sekunden, 1500 Sekunden, 2000 Sekunden und 3600 Sekunden in der Zeitspanne, in der die Erwärmung andauerte, ausgewertet. Was die Probe 6 betrifft, wurde der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung nach 100 Sekunden, 600 Sekunden und 3600 Sekunden in der Zeitspanne, in der die Erwärmung andauerte, ausgewertet.
  • Die Beträge der Veränderung der Schwellenspannung der Probe 5 und der Probe 6 nach jeder abgelaufenen Zeit sind in 32A und 32B gezeigt. In 32A und 32B stellen Kreise die Messergebnisse der Probe 5 dar, und Dreiecke stellen die Messergebnisse der Probe 6 dar. Es sei angemerkt, dass der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung bei der Substrattemperatur von 60°C in 32A gezeigt ist und dass der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung bei der Substrattemperatur von 125°C in 32B gezeigt ist.
  • Ferner sind 32A und 32B Graphen, wobei in jedem Graph auf Grund der Verschiebung des Betrags der Veränderung der Schwellenspannung eine Näherungslinie (approximate line) bis zu 10000 Sekunden extrapoliert war. In 32A war die Formel der Näherungslinie der Probe 5 y = 0,0138x0,424, und ein Wert eines Bestimmtheitsmaßes R2 war 0,990. Die Formel der Näherungslinie der Probe 6 war y = 0,0492x0,427, und ein Wert des Bestimmtheitsmaßes R2 war 0,992.
  • In 32B war die Formel der Näherungslinie der Probe 5 y = 0,0206x0,506, und ein Wert des Bestimmtheitsmaßes R2 war 0,999. Die Formel der Näherungslinie der Probe 6 war y = 0,1304x0,428, und ein Wert des Bestimmtheitsmaßes R2 war 0,997.
  • Es kann aus 32A und 32B festgestellt werden, dass sowohl bei der Substrattemperatur von 60°C als auch bei der Substrattemperatur von 125°C der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung nach jeder abgelaufenen Zeit des Transistors, der den mehrschichtigen Film 20 wie in der Probe 5 beinhaltet, kleiner ist als derjenige der Probe 6.
  • Es kann festgestellt werden, dass in dem Fall, in dem die Substrattemperatur 60°C ist, der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung der Probe 5 auch nach 10000 Sekunden weniger als oder gleich 1 V ist, während der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung der Probe 6 in zirka 1000 Sekunden 1 V erreicht.
  • Es ist ferner festgestellt worden, dass in dem Fall, in dem die Substrattemperatur 125°C ist, die Zeit, die dauert, bis der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung der Probe 5 1 V erreicht, das Zwanzig- oder Mehrfache (zirka das Dreißigfache oder weniger) derjenigen der Probe 6 ist.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend kann dann, wenn wie bei dem Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, der mehrschichtige Film aus dem Oxidhalbleiterfilm und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm verwendet wird, ein Transistor mit verbesserter Zuverlässigkeit hergestellt werden.
  • [Beispiel 4]
  • In diesem Beispiel werden die Beziehungen der Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 und des isolierenden Oxidfilms 24 in einem der vorstehenden Beispiele mit der Anzahl der Wassermoleküle, die aus dem isolierenden Oxidfilm 23 abgegeben werden, mit der Anzahl der Sauerstoffmoleküle, die aus dem isolierenden Oxidfilm 24 abgegeben werden, und mit der Anzahl der Defekte, die in dem Oxidhalbleiterfilm erzeugt werden, wenn der isolierende Oxidfilm 23 oder der isolierende Oxidfilm 24 ausgebildet wird, beschrieben.
  • Zuerst wurde eine Probe hergestellt, wobei ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren als der isolierende Oxidfilm 23 oder der isolierende Oxidfilm 24 unter der jeweiligen Ausbildungsbedingung über einem Siliziumwafer ausgebildet wurde; die Probe wurde durch eine TDS-Messung ausgewertet.
  • Die Strukturen der ausgewerteten Proben werden zunächst beschrieben. Probe 7 ist eine Probe, in der ein Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet wurde. Bei den Bedingungen wurden bezüglich der Quellengase die Durchflussmenge an Silan und die Durchflussmenge an Distickstoffmonoxid auf 30 sccm bzw. 4000 sccm eingestellt, der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 200 Pa eingestellt, die Substrattemperatur wurde auf 220°C eingestellt, und eine Hochfrequenzleistung von 150 W wurde parallelen Plattenelektroden zugeführt. Es sei angemerkt, dass die Probe 7 ein Siliziumoxynitridfilm ist, der unter den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 in der Probe 1 des Beispiels 1 ausgebildet wurde.
  • Als nächstes ist Probe 8 eine Probe, in der ein Siliziumoxynitridfilm, der dem isolierenden Oxidfilm 23 in einem der vorstehenden Beispiele entspricht, unter den folgenden Bedingungen ausgebildet wurde. Bei den Bedingungen wurde der Druck in der Behandlungskammer anders als bei den Bedingungen der Probe 7 auf 120 Pa eingestellt.
  • Probe 9 ist eine Probe, in der ein Siliziumoxynitridfilm, der dem isolierenden Oxidfilm 23 in einem der vorstehenden Beispiele entspricht, unter den folgenden Bedingungen ausgebildet wurde. Bei den Bedingungen wurde der Druck in der Behandlungskammer anders als bei den Bedingungen der Probe 7 auf 40 Pa eingestellt.
  • Die Ergebnisse der TDS-Messungen an der Probe 7 bis der Probe 9 sind in 33A bis 33C gezeigt. 33A zeigt Messergebnisse für die Anzahl der Wassermoleküle, die aus der Probe 7 abgegeben wurden. 33B zeigt Messergebnisse für die Anzahl der Wassermoleküle, die aus der Probe 8 abgegeben wurden. 33C zeigt Messergebnisse für die Anzahl der Wassermoleküle, die aus der Probe 9 abgegeben wurden. Nach den 33A bis 33C ist ein Peak bei einer Substrattemperatur von zirka 120°C in der Probe 9 höher als Peaks in der Probe 7 und der Probe 8. Das heißt: es kann gefunden werden, dass die Anzahle der abgegebenen Wassermoleküle der Probe 7 und der Probe 8 bei einer Substrattemperatur von niedriger als oder gleich 300°C kleiner sind als diejenige der Probe 9.
  • Es sei angemerkt, dass die Gesamtzahl der Wassermoleküle, die durch Erwärmung abgegeben werden, einem Integralwert einer Kurve, die das Ergebnis der TDS-Analyse zeigt, entspricht. Bei der Probe 7 betrug die Anzahl der durch Erwärmung bei Temperaturen von 55°C bis 600°C abgegebenen Wassermoleküle 5,6 × 1016 Moleküle/cm2. Bei der Probe 8 betrug die Anzahl der durch Erwärmung bei Temperaturen von 50°C bis 600°C abgegebenen Wassermoleküle 5,4 × 1016 Moleküle/cm2. Bei der Probe 9 betrug die Anzahl der durch Erwärmung bei Temperaturen von 50°C bis 580°C abgegebenen Wassermoleküle 6,5 × 1016 Moleküle/cm2. Es sei angemerkt, dass der Wert, der durch Umwandeln der Anzahl der Wassermoleküle, die aus der Probe 7 abgegeben wurden, in diejenige pro Volumeneinheit ermittelt wurde, 1,4 × 1021 Moleküle/cm3 betrug, dass der Wert, der durch Umwandeln der Anzahl der Wassermoleküle, die aus der Probe 8 abgegeben wurden, in diejenige pro Volumeneinheit ermittelt wurde, 1,3 × 1021 Moleküle/cm3 betrug und dass der Wert, der durch Umwandeln der Anzahl der Wassermoleküle, die aus der Probe 9 abgegeben wurden, in diejenige pro Volumeneinheit ermittelt wurde, 1,6 × 1021 Moleküle/cm3 betrug.
  • Es kann gefunden werden, dass durch Erhöhen des Drucks beim Ausbilden des Siliziumoxynitridfilms, der der isolierende Oxidfilm 23 ist, die Anzahl der Wassermoleküle, die bei einer Substrattemperatur von niedriger als oder gleich 300°C abgegeben werden, verringert werden kann.
  • Als nächstes wird als der isolierende Oxidfilm 24 des in einem der vorstehenden Beispiele beschriebenen Transistors ein Siliziumoxynitridfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, beschrieben.
  • Zum Feststellen, dass mehr Sauerstoff enthalten ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung und dass ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, wurde eine TDS-Messung durchgeführt, um die Menge an abgegebenem Sauerstoff zu messen.
  • Zuerst werden die Strukturen der Proben, die der Messung unterzogen wurden, beschrieben. In Bezugsprobe 1 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen über einem Siliziumwafer ausgebildet. Das Ausbilden wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den Bedingungen durchgeführt, wobei Silan mit einer Durchflussmenge von 160 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm als Quellengase verwendet wurden, der Druck in einer Behandlungskammer 200 Pa war, die Substrattemperatur 220°C war, und eine Hochfrequenzleistung von 1500 W parallelen Plattenelektroden zugeführt wurde.
  • Bezugsprobe 2 ist eine Bezugsprobe, in der ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen über einem Siliziumwafer ausgebildet wurde. Als Bedingungen wurde die Durchflussmenge an Silan in den Bedingungen der Bezugsprobe 1 auf 200 sccm geändert, und abgesehen davon sind die Bedingungen gleich denjenigen der Bezugsprobe 1.
  • Die Ergebnisse der TDS-Messungen an der Bezugsprobe 1 und der Bezugsprobe 2 sind in 34A und 34B gezeigt. Wie in 34A und 34B betrachtete man einen Peak von M/z = 32, welcher der Massenzahl eines Sauerstoffmoleküls entspricht, sowohl aus der Bezugsprobe 1 als auch aus der Bezugsprobe 2. Daher kann man für den Siliziumoxynitridfilm jeweils in der Bezugsprobe 1 und der Bezugsprobe 2 sagen, dass ein Teil der in dem Film enthaltenen Sauerstoffmoleküle durch Erwärmung abgegeben wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Gesamtzahl der Sauerstoffmoleküle, die durch Erwärmung abgegeben werden, einem Integralwert einer Kurve, die das Ergebnis der TDS-Analyse zeigt, entspricht. Bei der Bezugsprobe 1 betrug die Anzahl der durch Erwärmung bei Temperaturen von 60°C bis 575°C abgegebenen Sauerstoffmoleküle 3,2 × 1014 Moleküle/cm2. Bei der Bezugsprobe 2 betrug die Anzahl der durch Erwärmung bei Temperaturen von 60°C bis 600°C abgegebenen Sauerstoffmoleküle 1,9 × 1014 Moleküle/cm2. Es sei angemerkt, dass der Wert, der durch Umwandeln der Menge an Sauerstoff, der aus der Bezugsprobe 1 abgegeben wurde, in Sauerstoffatome (pro Volumeneinheit) ermittelt wurde, 1,6 × 1019 Atome/cm3 betrug und dass der Wert, der durch Umwandeln der Menge an Sauerstoff, der aus der Bezugsprobe 2 abgegeben wurde, in Sauerstoffatome (pro Volumeneinheit) ermittelt wurde, 9,5 × 1018 Atome/cm3 betrug.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend können dann, wenn die Durchflussmenge an Silan im Verhältnis zu Distickstoffmonoxid erhöht wird, Defekte in einem ausgebildeten Siliziumoxynitridfilm verringert werden, obgleich die Anzahl der abgegebenen Sauerstoffmoleküle abnimmt. Darüber hinaus wird gefunden, dass dann, wenn die Durchflussmenge an Silan im Verhältnis zu Distickstoffmonoxid verringert wird, die Anzahl der abgegebenen Sauerstoffmoleküle zunimmt.
  • Als nächstes werden Defekte beschrieben, die in einem Oxidhalbleiterfilm erzeugt werden, wenn der in der Probe 7 bis der Probe 9 verwendete isolierende Oxidfilm 23 oder der in der Bezugsprobe 1 und der Bezugsprobe 2 verwendete isolierende Oxidfilm 24 über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird. In diesem Beispiel wird die Anzahl der Defekte in dem Oxidhalbleiterfilm anhand der Ergebnisse einer Elektronenspinresonanz-(ESR-)Messung beschrieben.
  • Die Strukturen der ausgewerteten Proben werden zunächst beschrieben.
  • Probe 10 bis Probe 12 und Bezugsprobe 3 und Bezugsprobe 4 beinhalten jeweils einen 100 nm dicken Oxidhalbleiterfilm, der über einem Quarzsubstrat ausgebildet ist, und einen 400 nm dicken isolierenden Oxidfilm, der über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist.
  • Der Oxidhalbleiterfilm wurde derart ausgebildet, dass ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 (Atomverhältnis) gilt, verwendet wurde, dass Argon mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 50 sccm einer Behandlungskammer einer Sputtervorrichtung als Sputtergase zugeführt wurden, dass der Druck in der Behandlungskammer auf 0,6 Pa reguliert wurde und dass eine Gleichstromleistung von 5 kW zugeführt wurde. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm bei einer Substrattemperatur von 170°C ausgebildet wurde.
  • Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Probe 7 ähnlich sind, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde, wird als Probe 10 bezeichnet.
  • Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Probe 8 ähnlich sind, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde, wird als Probe 11 bezeichnet.
  • Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Probe 9 ähnlich sind, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde, wird als Probe 12 bezeichnet.
  • Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Bezugsprobe 1 ähnlich sind, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde, wird als Bezugsprobe 3 bezeichnet.
  • Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Bezugsprobe 2 ähnlich sind, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde, wird als Bezugsprobe 4 bezeichnet.
  • Das heißt, dass in jeder der Proben 10 bis 12 ein Siliziumoxynitridfilm, der dem isolierenden Oxidfilm 23 entspricht, ausgebildet war. Zusätzlich war in der Bezugsprobe 3 und der Bezugsprobe 4 ein Siliziumoxynitridfilm, der dem isolierenden Oxidfilm 24 entspricht, ausgebildet.
  • Als nächstes wurde eine ESR-Messung an der Probe 10 bis der Probe 12, der Bezugsprobe 3 und der Bezugsprobe 4 durchgeführt. Bei der ESR-Messung bei einer vorbestimmten Temperatur wird ein Wert eines magnetischen Feldes (H0), in dem eine Mikrowelle absorbiert wird, für eine Gleichung g = hν/βH0 verwendet, so dass ein Parameter, nämlich der g-Faktor, erhalten werden kann. Es sei angemerkt, dass ν die Frequenz der Mikrowelle darstellt. Es sei angemerkt, dass h und β die Plancksche Konstante bzw. das Bohrsche Magneton darstellen und beide Konstanten sind.
  • Hierbei wurde die ESR-Messung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die Temperatur bei der Messung war Raumtemperatur (25°C), die Hochfrequenzleistung (Leistung von Mikrowellen) von 9,06 GHz war 20 mW, und die Richtung eines magnetischen Feldes war parallel zu einer Filmoberfläche jeder Probe.
  • Die Anzahl der Spins von Signalen, die bei g (g-Faktor) = 1,93 erscheinen, ist in 35 gezeigt.
  • Es kann gefunden werden, dass die Anzahle der Spins in der Probe 10 und der Probe 11 kleiner sind als diejenige in der Probe 12. Das heißt: es kann gefunden werden, dass Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm gemildert werden, wenn bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 der Druck höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa ist.
  • In 34A und 34B wird dann, wenn bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, die Durchflussmenge an Silan im Verhältnis zu Distickstoffmonoxid wie diejenige der Bezugsprobe 2 erhöht wird, die Anzahl der abgegebenen Sauerstoffmoleküle verringert; Defekte in dem isolierenden Oxidfilm 24 können jedoch verringert werden. Jedoch werden dann, wenn bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 der Druck auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa in gleichen Weise wie bei der Probe 10 und der Probe 11 eingestellt wird, Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm gemildert. Somit können Defekte in dem Oxidhalbleiterfilm ausreichend verringert werden, auch wenn die Menge an überschüssigem Sauerstoff klein ist, der sich von dem isolierenden Oxidfilm 24 bewegt, aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird.
  • Die Ergebnisse der TDS- und ESR-Messungen in diesem Beispiel deuten darauf hin, dass dann, wenn bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 über dem Transistor der Druck auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa eingestellt wird, die Anzahl der Wassermoleküle, die aus dem isolierenden Oxidfilm 23 abgegeben werden, verringert werden kann und Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden können, so dass die Anzahl der Sauerstofffehlstellen verringert werden kann. Somit kann die Bewegung von Wasser von dem isolierenden Oxidfilm 23 zu dem Oxidhalbleiterfilm hin verringert werden. Außerdem können die Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm ausreichend verringert werden, auch wenn die Anzahl der Sauerstoffmoleküle aus dem isolierenden Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, klein ist. Deshalb können dann, wenn bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 der Druck auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa eingestellt wird, die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden.
  • [Beispiel 5]
  • In diesem Beispiel wird die Defektdichte des isolierenden Oxidfilms 24, der in der Bezugsprobe 1 und der Bezugsprobe 2 in dem Beispiel 4 verwendet wird, beschrieben. In diesem Beispiel wird die Anzahl der Defekte in dem isolierenden Oxidfilm 24 anhand der Ergebnisse einer ESR-(Elektronenspinresonanz-)Messung beschrieben.
  • Die Strukturen der ausgewerteten Proben werden zunächst beschrieben.
  • Bezugsprobe 5 und Bezugsprobe 6 beinhalten jeweils einen 100 nm dicken Oxidhalbleiterfilm, der über einem Quarzsubstrat ausgebildet ist, und einen 400 nm dicken isolierenden Oxidfilm, der über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist.
  • Wie bei der Bezugsprobe 3 und der Bezugsprobe 4 wurde der Oxidhalbleiterfilm derart ausgebildet, dass ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 (Atomverhältnis) gilt, verwendet wurde, dass Argon mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 50 sccm einer Behandlungskammer einer Sputtervorrichtung als Sputtergase zugeführt wurden, dass der Druck in der Behandlungskammer auf 0,6 Pa reguliert wurde und dass eine Gleichstromleistung von 5 kW zugeführt wurde. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm bei einer Substrattemperatur von 170°C ausgebildet wurde.
  • Als nächstes wurde, nachdem eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt worden war, eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Als nächstes wurde ein isolierender Oxidfilm über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet. Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Bezugsprobe 1 ähnlich sind, ausgebildet wurde, wird als Bezugsprobe 5 bezeichnet.
  • Eine Probe mit dem isolierenden Oxidfilm, der unter Bedingungen, die denjenigen des Siliziumoxynitridfilms in der Bezugsprobe 2 ähnlich sind, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde, wird als Bezugsprobe 6 bezeichnet.
  • Als nächstes wurden die Bezugsprobe 5 und die Bezugsprobe 6 durch ESR gemessen. Hierbei wurde die ESR-Messung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die Temperatur bei der Messung war –170°C, die Hochfrequenzleistung (Leistung von Mikrowellen) von 9,1 GHz war 1 mW, und die Richtung eines magnetischen Feldes war parallel zu einer Oberfläche jeder Probe.
  • Die Anzahl der Spins von Signalen, die wegen offener Bindungen von Silizium bei g (g-Faktor) = 2,001 erscheinen, ist in 36 gezeigt.
  • Es kann gefunden werden, dass die Anzahl der Spins in der Bezugsprobe 6 kleiner ist als diejenige in der Bezugsprobe 5. Das heißt: wenn bei den Bedingungen zum Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 die Durchflussmenge an Silan 200 sccm ist und die Durchflussmenge an Distickstoffmonoxid 4000 sccm ist, ist möglich, einen Siliziumoxynitridfilm mit geringeren Defekten auszubilden, so typischerweise einen Siliziumoxynitridfilm, in dem nach der ESR-Messung die Spin-Dichte eines Signals, das bei g = 2,001 erscheint, niedriger als 6 × 1017 Spins/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 3 × 1017 Spins/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1,5 × 1017 Spins/cm3 ist.
  • [Beispiel 6]
  • In diesem Beispiel wird ein lokalisierter Zustand eines mehrschichtigen Films in einem Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben. Hier werden die Ergebnisse einer Auswertung des mehrschichtigen Films durch eine CPM-Messung beschrieben.
  • Zuerst werden Proben, die der CPM-Messung unterzogen wurden, beschrieben.
  • Ein 30 nm dicker erster Oxidfilm, der In oder Ga enthielt, wurde über einem Glassubstrat ausgebildet, ein 100 nm dicker Oxidhalbleiterfilm wurde über dem ersten In oder Ga enthaltenden Oxidfilm ausgebildet, und ein 30 nm dicker zweiter Oxidfilm, der In oder Ga enthielt, wurde über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet. Auf diese Weise wurde der mehrschichtige Film ausgebildet.
  • Der erste In oder Ga enthaltende Oxidfilm und der zweite In oder Ga enthaltende Oxidfilm sind in diesem Beispiel Oxidfilme, die jeweils durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxid- (In:Ga:Zn = 1:3:2 [Atomverhältnis]) Targets ausgebildet wurden. Es sei angemerkt, dass die Filme derart ausgebildet wurden, dass ein 30 sccm Argongas und ein 15 sccm Sauerstoffgas als Filmausbildungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Des Weiteren ist der Oxidhalbleiterfilm ein Oxidhalbleiterfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxid- (In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis]) Targets ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass der Film derart ausgebildet wurde, dass ein 30 sccm Argongas und ein 15 sccm Sauerstoffgas als Abscheidungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Eine Probe, die auf die oben beschriebene Weise hergestellt wurde, wird als Probe 13 bezeichnet.
  • Als nächstes wurde eine CPM-Messung an der Probe 13 durchgeführt.
  • Konkret gesprochen, wird die Menge an Licht, mit dem eine Oberfläche der Probe 13 zwischen Anschlüssen bestrahlt wird, derart reguliert, dass ein Wert eines Fotostroms in dem Zustand, in dem eine Spannung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film der Probe angeordnet sind, angelegt wird, konstant gehalten wird, und dann wird ein Absorptionskoeffizient von der Menge am Bestrahlunslicht in einem gewollten Wellenlängenbereich abgeleitet.
  • 37A und 37B zeigen Ergebnisse einer Anpassung bzw. Fitting des Absorptionskoeffizienten (dicke Punktlinie), der unter Verwendung eines Spektrophotometers gemessen wurde, und des Absorptionskoeffizienten (dicke durchgezogene Linie), der durch CPM im Bereich einer Energie, die höher als oder gleich der Energielücke jeder Schicht in dem mehrschichtigen Film ist, gemessen wurde. Es sei angemerkt, dass bei einer Kurve des durch die CPM-Messung ermittelten Absorptionskoeffizienten die Urbach-Energie, die eine Neigung eines Urbach-Ausläufers ist (dünne Punktlinie), 78,7 meV betrug. Der Integralwert des Absorptionskoeffizienten in dem Energiebereich, der durch einen gestrichelten Kreis in 37A gezeigt ist, wurde derart abgeleitet, dass in dem Energiebereich der Absorptionskoeffizient (dünne Punktlinie) des Urbach-Ausläufers von dem durch die CPM-Messung abgeleiteten Absorptionskoeffizienten subtrahiert wurde (siehe 37B). Als Ergebnis fand man, dass der Absorptionskoeffizient dieser Probe 2,02 × 10–4 cm–1 betrug.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend kann in Betracht gezogen werden, dass der lokalisierte Zustand des mehrschichtigen Films der Probe 13 aus einer Verunreinigung oder einem Defekt stammt. Es wurde daher gefunden, dass der mehrschichtige Film eine äußerst niedrige Dichte der Zustände aufgrund einer Verunreinigung oder eines Defekts aufwies. Das heißt, dass man feststellen kann, dass der Transistor, der den mehrschichtigen Film beinhaltet, stabile elektrische Eigenschaften aufweist.
  • [Beispiel 7]
  • In diesem Beispiel wird die Siliziumkonzentration in einem mehrschichtigen Film in einem Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben. Hier werden die Ergebnisse einer Auswertung des mehrschichtigen Films durch eine SIMS-Messung beschrieben.
  • Zuerst werden Proben, die durch SIMS gemessen wurden, beschrieben.
  • Ein 10 nm dicker Oxidfilm 81, der In oder Ga enthielt, wurde über einem Siliziumwafer Si ausgebildet, ein 10 nm dicker Oxidhalbleiterfilm 82 wurde über dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 81 ausgebildet, und ein 10 nm dicker Oxidfilm 83, der In oder Ga enthielt, wurde über dem Oxidhalbleiterfilm 82 ausgebildet. Auf diese Weise wurde der mehrschichtige Film ausgebildet.
  • In diesem Beispiel ist der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 81 ein Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxid- (In:Ga:Zn = 1:3:2 [Atomverhältnis]) Targets ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass der Film derart ausgebildet wurde, dass ein 30 sccm Argongas und ein 15 sccm Sauerstoffgas als Filmausbildungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 82 ist ein Oxidhalbleiterfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxid- (In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis]) Targets ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass der Film derart ausgebildet wurde, dass ein 30 sccm Argongas und ein 15 sccm Sauerstoffgas als Filmausbildungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 300°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 83 ist ein Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxid- (In:Ga:Zn = 1:3:2 [Atomverhältnis]) Targets ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass der Film derart ausgebildet wurde, dass ein 30 sccm Argongas und ein 15 sccm Sauerstoffgas als Filmausbildungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Eine Probe, die keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde, nachdem der mehrschichtige Film ausgebildet worden war, und eine Probe, die einer Wärmebehandlung 2 Stunden lang bei 450°C unterzogen wurde, wurden vorbereitet. Die Probe, die keiner Wärmebehandlung unterzogen wurde, wird als Probe 14 bezeichnet, und die Probe, die einer Wärmebehandlung unterzogen wurde, wird als Probe 15 bezeichnet.
  • Was die Probe 14 und die Probe 15 betrifft, wurde die Si-Konzentration [Atome/cm3] in Tiefenrichtung durch eine Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (time-of-flight secondary ion mass spectrometry, ToF-SIMS) gemessen. In 38A ist die Si-Konzentration [Atome/cm3], in die die Sekundärionenintensität von SiO3 in Tiefenrichtung des mehrschichtigen Films in der Probe 14 umgewandelt ist, gezeigt, und in 38B ist die Si-Konzentration [Atome/cm3], in die die Sekundärionenintensität von SiO3 in Tiefenrichtung des mehrschichtigen Films in der Probe 15 umgewandelt ist, gezeigt.
  • Aus 38A und 38B wurde gefunden, dass die Si-Konzentration an der Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und dem In oder Ga enthaltenden Oxidfilm 81 und an der nach oben weisenden Oberfläche des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 83 hoch ist. Es wurde auch gefunden, dass die Si-Konzentration des Oxidhalbleiterfilms 82 etwa 1 × 1018 Atome/cm3 ist, welche die Nachweisgrenze der ToF-SIMS ist. Das liegt wahrscheinlich daran, dass mit dem Vorhandensein des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 81 und des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms 83 der Oxidhalbleiterfilm 82 von Silizium, das aus dem Siliziumwafer, einer Oberflächenverunreinigung oder dergleichen stammt, nicht beeinflusst wird.
  • Darüber hinaus kann man aus den in 38A und 38B gezeigten Ergebnissen verstehen, dass weniger wahrscheinlich ist, dass Silizium durch die Wärmebehandlung diffundiert, obwohl der Eintritt von Silizium hauptsächlich zum Zeitpunkt der Filmausbildung stattfindet.
  • Deshalb kann unter Verwendung eines mehrschichtigen Films auf die in diesem Beispiel beschriebene Weise ein Transistor mit stabilen elektrischen Eigenschaften hergestellt werden.
  • (Bezugsbeispiel)
  • Nun wird die Energiebarriere zwischen einem Source und einem Drain eines Transistors, der einen Oxidhalbleiter enthält, beschrieben.
  • In dem Fall, in dem ein intrinsischer oder im Wesentlichen intrinsischer Oxidhalbleiterfilm als zu einem Kanalbereich werdender Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, könnte eine Barriere, die etwa die Hälfte der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms ist, zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Paar von Elektroden, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode in einem den Oxidhalbleiterfilm beinhaltenden Transistor dienen, gebildet werden. In der Praxis beginnt jedoch bei den Vg-Id-Eigenschaften des den Oxidhalbleiterfilm beinhaltenden Transistors ein Drain-Strom, bei einer Gate-Spannung von etwa 0 V zu fließen, was darauf hindeutet, dass es einen Fehler in der vorgenannten Idee gibt.
  • Es wurde deshalb vorausgesetzt, dass wie in 39A ein Transistor eine Struktur hat, die einen Gate-Isolierfilm GI, einen Oxidhalbleiterfilm OS über dem Gate-Isolierfilm GI und eine Source-Elektrode S und eine Drain-Elektrode D, die über dem Oxidhalbleiterfilm OS angeordnet sind, beinhaltet; die Bandstruktur des Transistors entlang der Strich-Punkt-Linie H1-H2, wobei die Kanallänge (L) variierte, wurde durch Berechnung abgeleitet. Es sei angemerkt, dass in 39A niederohmige n-Typ-Bereiche n in Bereichen des Oxidhalbleiterfilms OS, die in Kontakt mit der Source-Elektrode S und der Drain-Elektrode D stehen, angeordnet sind. Das heißt, dass der Oxidhalbleiterfilm OS die niederohmigen Bereiche n und einen intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich i aufweist. Es sei angemerkt, dass bei der Berechnung vorausgesetzt wurde, dass der Oxidhalbleiterfilm OS eine Dicke von 35 nm aufweist und dass der Gate-Isolierfilm GI eine Dicke von 400 nm aufweist, damit die Berechnung angestellt werden konnte.
  • Die Breite einer Bandbiegung wurde durch Lösen der Poisson-Gleichung abgeschätzt, wodurch gefunden wurde, dass die Breite der Bandbiegung eine Länge ist, die durch eine Debye-Länge (Debye shielding length) λD gekennzeichnet wird. Es sei angemerkt, dass kB in der folgenden Gleichung eine Boltzmann-Konstante darstellt. [Formel 2]
    Figure DE102013221370A1_0003
  • Wenn in der obigen Gleichung die intrinsische Ladungsträgerdichte ni des Oxidhalbleiterfilms OS 6,6 × 10–9 cm–3 war, die relative Permittivität ε des Oxidhalbleiterfilms OS 15 war und die Temperatur 300 K war, wurde bestimmt, dass die Debye-Länge λD 5,7 × 1010 μm betrug, welche ein sehr großer Wert war. Es kann daraus gefunden, dass die Energiebarriere zwischen dem niederohmigen Bereich n und dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich i die Hälfte der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms OS ist, wenn die Kanallänge länger als 1,14 × 1011 μm ist, welche das Doppelte der Debye-Länge λD ist.
  • 40 zeigt die Ergebnisse einer Berechnung der Bandstrukturen, bei denen die Kanallängen 0,03 μm, 0,3 μm, 1 μm, 10 μm, 100 μm und 1 × 1012 μm sind. Es sei angemerkt, dass die Potentiale der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode auf GND (0 V) festgelegt werden. Es sei angemerkt, dass in 40 „n” den niederohmigen Bereich darstellt, dass „i” den intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich, der zwischen den niederohmigen Bereichen liegt, darstellt, dass eine Strich-Punkt-Linie die Fermi-Energie des Oxidhalbleiterfilms darstellt und dass eine gestrichelte Linie die Bandlückenmitte (midgap) des Oxidhalbleiterfilms darstellt.
  • Es wurde aus 40 gefunden, dass in dem Fall, in dem die Kanallänge 1 × 1012 μm ist, welche lang genug ist, der Unterschied in Elektronenenergie zwischen dem niederohmigen Bereich und dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich die Hälfte der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms ist. Es wurde jedoch gefunden, dass mit der Abnahme der Kanallänge der Unterschied in Elektronenenergie zwischen dem niederohmigen Bereich und dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich allmählich kleiner wird und dass es im Wesentlichen keine Energiebarriere gibt, wenn die Kanallänge kürzer als oder gleich 1 μm ist. Es sei angemerkt, dass die Elektronenenergie des niederohmigen Bereichs durch das Paar von Elektroden, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, festgelegt wird.
  • Wie oben beschrieben worden ist, kann festgestellt werden, dass die Energiebarriere zwischen dem niederohmigen Bereich und dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich ausreichend niedrig ist, wenn die Kanallänge kurz ist.
  • Hier wird der Grund betrachtet, warum die Energiebarriere zwischen dem niederohmigen Bereich und dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich ausreichend niedrig ist, wenn die Kanallänge kurz ist.
  • Die Beschreibung der schematischen Ansichten eines Oxidhalbleiterfilms und der Bandstrukturen des Oxidhalbleiterfilms wird anhand von 41A bis
  • 41C gegeben. In 41A ist das Minimum des Leitungsbandes Ec_0 eines Oxidhalbleiterfilms 600 gezeigt, der einen intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich 601 und niederohmige Bereiche 602 und 603 aufweist. Des Weiteren wird die Kanallänge des Oxidhalbleiterfilms 600 durch L_0 dargestellt. In 41A gilt L_0 > 2λD.
  • 41B zeigt einen Oxidhalbleiterfilm, dessen Kanallänge kürzer ist als diejenige in 41A, und seine Bandstruktur. In 41B ist das Minimum des Leitungsbandes Ec_1 eines Oxidhalbleiterfilms 610 gezeigt, der einen intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich 611 und niederohmige Bereiche 612 und 613 aufweist. Des Weiteren wird die Kanallänge des Oxidhalbleiterfilms 610 durch L_1 dargestellt. In 41B erfüllt die Kanallänge L_1 < L_0 und L_1 < 2λD.
  • 41C zeigt einen Oxidhalbleiterfilm, dessen Kanallänge kürzer ist als diejenigen der Oxidhalbleiterfilme in 41A und 41B, und seine Bandstruktur. In 41C ist das Minimum des Leitungsbandes Ec_2 eines Oxidhalbleiterfilms 620 gezeigt, der einen intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich 621 und niederohmige Bereiche 622 und 623 aufweist. Des Weiteren wird die Kanallänge des Oxidhalbleiterfilms 620 durch L_2 dargestellt. Die Kanallänge erfüllt L_2 < L_1 und L_2 << 2λD.
  • Der Energieunterschied zwischen dem Fermi-Niveau Ef und dem Minimum des Leitungsbandes Ec_0 wird durch ΔH_0 in 41A dargestellt, die Energielücke zwischen dem Fermi-Niveau Ef und dem Minimum des Leitungsbandes Ec_1 wird durch ΔH_1 in 41B dargestellt, und die Energielücke zwischen dem Fermi-Niveau Ef und dem Minimum des Leitungsbandes Ec_2 wird durch ΔH_2 in 41C dargestellt.
  • In dem Oxidhalbleiterfilm dienen Bereiche, die in Kontakt mit dem Paar von Elektroden stehen, als niederohmige Bereiche. Deshalb wird, je näher beieinander die Verbindungsbereiche zwischen dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich und den niederohmigen Bereichen liegen, desto niedriger die Energie und desto stärker biegt sich das Minimum des Leitungsbandes. In dem Fall, in dem die Kanallänge L_0 wie in 41A lang genug ist, entspricht die Energiebarriere ΔH_0 Eg(Bandlücke)/2.
  • Andererseits überlappen sich die sich biegenden Bereiche des Minimums des Leitungsbandes (Ec_1, Ec_2) miteinander, wenn die Kanallänge wie sowohl in 41B als auch in 41C gezeigt abnimmt; es ist deshalb wahrscheinlich, dass die Energiebarrieren ΔH_1 und ΔH_2 niedriger als Eg/2 sind. Das Phänomen, in dem das Minimum des Leitungsbandes in dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich durch die Verringerung der Kanallänge auf diese Weise vertieft wird, wird in dieser Beschreibung als Leitungsbandvertiefungs-(conduction band lowering, CBL-)Effekt bezeichnet.
  • Es wurde als nächstes ein Transistor mit unterem Gate (bottom-gate transistor) vorausgesetzt, der eine Gate-Elektrode GE unter dem Gate-Isolierfilm GI bei der Struktur in 39A beinhaltet, und die Bandstruktur des Transistors entlang der Strich-Punkt-Linie H1-H2, wobei die Kanallänge (L) variierte, wurde durch Berechnung abgeleitet. Die Struktur des bei der Berechnung verwendeten Transistors ist in 39B gezeigt. Es sei angemerkt, dass bei der Berechnung vorausgesetzt wurde, dass der Oxidhalbleiterfilm OS eine Dicke von 35 nm aufweist und dass der Gate-Isolierfilm GI eine Dicke von 400 nm aufweist, damit die Berechnung angestellt werden konnte.
  • 42 zeigt die Ergebnisse einer Berechnung der Bandstrukturen, bei denen die Kanallängen 1 μm, 10 μm, 50 μm, 100 μm, 1 × 105 μm und 1 × 1012 μm sind. Es sei angemerkt, dass die Potentiale der Source-Elektrode, der Drain-Elektrode und der Gate-Elektrode auf GND (0 V) festgelegt werden. Es sei angemerkt, dass in 42 „n” den niederohmigen Bereich darstellt, dass „i” den intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich, der zwischen den niederohmigen Bereichen liegt, darstellt, dass eine Strich-Punkt-Linie die Fermi-Energie des Oxidhalbleiterfilms darstellt und dass eine gestrichelte Linie die Bandlückenmitte des Oxidhalbleiterfilms darstellt.
  • Die Bandstrukturen in 42 sind die Ergebnisse, die erhalten wurden, indem eine Berechnung auf eine Weise, die derjenigen bei der Struktur in 39A ähnlich ist, angestellt wurde. Es kann jedoch gefunden werden, dass in dem Fall, in dem die Gate-Elektrode wie bei der Struktur in 39B angeordnet ist, der Wert der Energiebarriere zwischen dem niederohmigen Bereich und dem intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Bereich von der Kanallänge (L) nicht abhängt und im Wesentlichen konstant ist, auch wenn die Kanallänge (L) länger als 1 μm ist.
  • In 43 ist die Höhe der Energiebarriere bezüglich der Kanallänge (L) bei den jeweiligen Strukturen in 39A und 39B gezeigt.
  • Aus 43 kann man verstehen, dass mit der Zunahme der Kanallänge die Höhe der Energiebarriere bei der Struktur in 39A, die keine Gate-Elektrode aufweist, monoton steigt und die Hälfte der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms (d. h. 1,6 eV) erreicht, wenn die Kanallänge 1 × 1012 μm beträgt. Andererseits kann man verstehen, dass die Höhe der Energiebarriere der Struktur in 39B, die die Gate-Elektrode aufweist, von der Kanallänge nicht abhängt, auch wenn die Kanallänge länger als 1 μm ist.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend kann, da dank des CBL-Effekts bei dem den intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Oxidhalbleiterfilm beinhaltenden Transistor die Energiebarriere niedriger ist als der Wert, der der Hälfte der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms entspricht, betrachtet werden, dass bei den Vg-Id-Eigenschaften ein Drain-Strom beginnt, bei einer Gate-Spannung von etwa 0 V zu fließen. Da der Wert der Energiebarriere des Transistors, dessen Kanallänge länger ist als eine gewisse Länge (1 um), ohne Abhängigkeit von der Kanallänge konstant ist, kann ferner betrachtet werden, dass bei den Vg-Id-Eigenschaften des den intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Oxidhalbleiterfilm beinhaltenden Transistors ein Drain-Stroms beginnt, bei einer Gate-Spannung von etwa 0 V zu fließen.
  • Der mehrschichtige Film in dem Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst den intrinsischen oder im Wesentlichen intrinsischen Oxidhalbleiterfilm. Man kann deshalb betrachten, dass bei den Vg-Id-Eigenschaften des den mehrschichtigen Film beinhaltenden Transistors ein Drain-Stroms beginnt, bei einer Gate-Spannung von etwa 0 V zu fließen.
  • [Beispiel 8]
  • In diesem Beispiel werden die Ergebnisse einer Herstellung und einer Auswertung von Anzeigevorrichtungen, die jeweils ein organisches EL-Element und einen Transistor zum Ansteuern des organischen EL-Elements beinhalten, beschrieben.
  • Die in diesem Beispiel hergestellten Anzeigevorrichtungen sind Proben a (vier Typen: Probe 16, Probe 17, Probe 18 und Probe 19), wobei in jeder Probe ein Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, als Transistor zum Ansteuern des organischen EL-Elements verwendet wird, und Vergleichsproben b (vier Typen: Vergleichsprobe 1, Vergleichsprobe 2, Vergleichsprobe 3 und Vergleichsprobe 4), die Vergleichsbeispiele sind.
  • Erst einmal wird ein Prozess zum Herstellen der Probe a beschrieben. In diesem Beispiel wird der Prozess anhand von 4A bis 4D beschrieben.
  • Wie in 4A gezeigt wurde zuerst ein Glassubstrat als das Substrat 11 verwendet, und die Gate-Elektrode 15 wurde über dem Substrat 11 ausgebildet.
  • Ein 200 nm dicker Wolframfilm wurde durch ein Sputterverfahren ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem Wolframfilm ausgebildet, und ein Teil des Wolframfilms wurde unter Verwendung der Maske geätzt, so dass die Gate-Elektrode 15 ausgebildet wurde.
  • Als nächstes wurde der Gate-Isolierfilm 17 über der Gate-Elektrode 15 ausgebildet. Die Struktur und das Herstellungsverfahren des Gate-Isolierfilms 17 sind denjenigen in dem Beispiel 1 ähnlich; sie werden deshalb hier weggelassen.
  • Als nächstes wurde der mehrschichtige Film 20 derart ausgebildet, dass er sich mit der Gate-Elektrode 15 überlappte, wobei der Gate-Isolierfilm 17 dazwischen lag. Die Struktur und das Herstellungsverfahren des mehrschichtigen Films 20 sind denjenigen in dem Beispiel 1 ähnlich, außer dass die Substrattemperatur beim Ausbilden des In oder Ga enthaltenden Oxidfilms auf 100°C eingestellt wird; sie werden deshalb hier weggelassen. Die Struktur, die durch die Schritte bis hierin erhalten wird, ist in 4B gezeigt. Es sei angemerkt, dass bei dem Transistor zum Ansteuern des organischen EL-Elements die Kanallänge 11 μm betrug und die Kanalbreite 4 μm betrug.
  • Nachdem die Gate-Elektrode freigelegt worden war, indem der Gate-Isolierfilm 17 teilweise geätzt wurde (dieser Schritt ist nicht abgebildet), wurde als nächstes wie in 4C das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 20 ausgebildet. Die Struktur und das Herstellungsverfahren des Paars von Elektroden 21 und 22 sind denjenigen in dem Beispiel 1 ähnlich; sie werden deshalb hier weggelassen.
  • Als nächstes wurde eine Oberfläche des mehrschichtigen Films 20 einer Reinigungsbehandlung unter Verwendung einer Phosphorsäurelösung, in der eine 85% Phosphorsäure hundertfach verdünnt war, unterzogen.
  • Als nächstes wurde der Schutzfilm 26 über dem mehrschichtigen Film 20 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet (siehe 4D). Die Struktur und das Herstellungsverfahren des Schutzfilms 26 sind denjenigen in dem Beispiel 1 ähnlich; sie werden deshalb hier weggelassen.
  • Obwohl es nicht gezeigt ist, wurde als nächstes eine Öffnung, durch die ein Teil des Paars von Elektroden 21 und 22 freigelegt wurde, ausgebildet, indem der Schutzfilm 26 teilweise geätzt wurde.
  • Als nächstes wurde ein Planarisierungsfilm (diese und nachfolgende Komponenten sind nicht gezeigt) über dem Schutzfilm 26 ausgebildet. Hier wurde der Schutzfilm 26 mit einer Zusammensetzung beschichtet, und Belichtung und Entwicklung wurden durchgeführt, so dass ein Planarisierungsfilm mit einer Öffnung, durch die das Paar von Elektroden teilweise freigelegt wurde, ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass als Planarisierungsfilm ein 2,0 μm dickes Acrylharz ausgebildet wurde. Eine Wärmebehandlung wurde dann durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang bei einer Temperatur von 250°C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Als nächstes wurde ein leitender Film, der mit einem Teil des Paars von Elektroden verbunden wurde, ausgebildet. Hier wurden für die untere Elektrode des Licht emittierenden Elements ein 50 nm dicker Titanfilm, ein 200 nm dicker Aluminiumfilm und ein 8 nm dicker Titanfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet, und ferner wurde ein Siliziumoxid enthaltender Indiumzinnoxid-(indium tin Oxide containing silicon Oxide, ITSO-)Film als Mikrokavitätsstruktur (microcavity structure) ausgebildet. Die Dicke der ITSO-Filme von Licht emittierenden Elementen in einem roten Pixel, einem grünen Pixel und einem blauen Pixel betrugen 82 nm, 45 nm bzw. 5 nm.
  • Eine Trennwand wurde dann ausgebildet, um einen Endbereich des leitenden Films zu bedecken. Hier wurde ein 1,0 μm dickes Polyimidharz als Trennwand ausgebildet. Eine Wärmebehandlung wurde dann durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang bei einer Temperatur von 250°C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Als nächstes wurde ein Abstandhalter in einer sich nach unten verjüngenden Form an der Trennwand ausgebildet. Hier wurde ein 1,0 um dicker Abstandhalter unter Verwendung eines negativen lichtempfindlichen Harzes ausgebildet. Eine Wärmebehandlung wurde dann durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang bei einer Temperatur von 250°C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Des Weiteren wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 230°C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Als nächstes wurden eine EL-Schicht und eine obere Elektrode über dem leitenden Film ausgebildet. Alle Licht emittierenden Elemente in Pixeln für unterschiedliche Farben haben die gleichen Strukturen bezüglich der EL-Schicht und der oberen Elektrode. Das Licht emittierende Element dieses Beispiels ist ein Licht emittierendes Tandem-Element, in dem die EL-Schicht eine Fluoreszenz emittierende Einheit, die eine blaues Licht emittierende Schicht umfasst, und eine Phosphoreszenz emittierende Einheit, die eine grünes Licht emittierende Schicht und eine rotes Licht emittierende Schicht umfasst, beinhaltet. Als obere Elektrode wurde ein 15 nm dicker Film durch Co-Verdampfung von Magnesium und Silber ausgebildet.
  • In jeder der Probe 16, der Probe 17 und der Probe 18 wurde hierbei ein Glassubstrat mit einem Farbfilter und einer Schwarzmatrix als Gegensubstrat verwendet. Ferner wurde in der Probe 19 ein Glassubstrat, das ein Calciumoxid enthaltendes Trocknungsmittel in seinem ausgesparten Teil hatte, als Gegensubstrat verwendet.
  • Dann wurde ein Ultraviolett-härtendes Harz (XNR5516Z, von Nagase ChemteX Co., Ltd. hergestellt) als Dichtungsmaterial auf das Gegensubstrat aufgebracht.
  • Als nächstes wurden das Substrat 11 und das Gegensubstrat durch Ausüben eines Drucks gebunden.
  • Das Dichtungsmaterial wurde dann durch Bestrahlung mit UV-Licht gehärtet. Des Weiteren wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 80°C in einem sauberen Ofen durchgeführt.
  • Durch den vorstehenden Prozess wurde die Probe a hergestellt.
  • Ferner wurde eine Probe, in der der In oder Ga enthaltende Oxidfilm 19 in der Probe a nicht ausgebildet war, als Vergleichsprobe b hergestellt. Es sei angemerkt, dass in jeder der Vergleichsprobe 1, der Vergleichsprobe 2 und der Vergleichsprobe 3 ein Glassubstrat mit einem Farbfilter und einer Schwarzmatrix als Gegensubstrat verwendet wurde. In der Vergleichsprobe 4 wurde ein Glassubstrat, das ein Calciumoxid enthaltendes Trocknungsmittel in seinem ausgesparten Teil hatte, als Gegensubstrat verwendet.
  • Sowohl in der Probe a als auch in der Vergleichsprobe b, die in diesem Beispiel hergestellt wurden, ist die Anzahl der Stufen eines Gate-Treibers 960 und die Anzahl der Stufen eines Source-Treibers ist 1620 (RGB × 540), wie in 44 gezeigt ist.
  • Was die Probe a und die Vergleichsprobe b betrifft, wurde ein Strom gemessen, der in dem Treiber-Transistor in jedem Pixel floss, wenn weißes Licht aus einer ganzen Fläche emittiert wurde. Wie in 44 gezeigt ist, wurde der Strom von der Seite, auf der der Strom beobachtet wurde, zur Seite eines Anzeigesignals auf einer bestimmten Stufe des Source-Treibers gemessen.
  • Bei Bedingungen der Messung wurde eine Anode auf 10 V eingestellt und eine Kathode wurde auf –4 V eingestellt. Zudem wurde die Datenspannung derart eingestellt, dass die Leuchtdichte bei der Probe 16, der Probe 17, der Vergleichsprobe 1 und der Vergleichsprobe 2 300 cd/m2, 150 cd/m2 oder 90 cd/m2 entsprach und dass die Leuchtdichte bei der Probe 18 und der Vergleichsprobe 3 300 cd/m2 oder 50 cd/m2 entsprach. Die Datenspannung der Probe 19 und der Vergleichsprobe 4 wurde derart eingestellt, dass die Leuchtdichte 300 cd/m2 oder 50 cd/m2 entsprach, wenn das Gegensubstrat denjenigen anderer Proben ähnlich ist. Konkret gesagt: zunächst wurde bei jeder der anderen Proben, deren Datenspannung derart eingestellt wurde, dass die Leuchtdichte 300 cd/m2 oder 50 cd/m2 entsprach, ein Strom, der in dem Licht emittierenden Element floss, gemessen. Sowohl bei der Probe 19 als auch bei der Vergleichsprobe 4 wurde dann die Datenspannung derart eingestellt, dass der in dem Licht emittierenden Element fließende Strom einen ähnlichen Wert hatte.
  • Insbesondere wurden drei Werte, 3,99 V, 2,85 V und 2,41 V, für die Probe 16 verwendet; drei Werte, 3,57 V, 2,68 V und 2,03 V, für die Probe 17; zwei Werte, 3,78 V und 1,91 V, für die Probe 18; und zwei Werte, 3,78 V und 1,98 V, für die Probe 19. Des Weiteren wurden drei Werte, 3,67 V, 2,74 V und 2,20 V, für die Vergleichsprobe 1 verwendet; drei Werte, 3,46 V, 2,57 V und 2,10 V, für die Vergleichsprobe 2; zwei Werte, 3,78 V und 1,98 V, für die Vergleichsprobe 3; und zwei Werte, 3,99 V und 2,41 V, für die Vergleichsprobe 4.
  • In 45 sind die Ergebnisse der Messung der Ströme der Probe 17 und der Vergleichsprobe 2 gezeigt. In 45 stellt die horizontale Achse die Anzahl der Stufen des Gate-Treibers dar und die vertikale Achse stellt den Strom dar. Hierbei sind die Ergebnisse der Messung des Stroms des Treiber-Transistors in jedem Pixel auf einer ersten Stufe, einer 270-sten Stufe, einer 540-sten Stufe, einer 810-ten Stufe, einer 811-ten Stufe, einer 1080-sten Stufe, einer 1350-sten Stufe und einer 1620-sten Stufe des Source-Treibers zusammen in einem Graph gezeigt.
  • In 46 ist ferner die Verteilung des Unterschieds im Strom zwischen benachbarten Pixeln in jeder Probe gezeigt. In 46 stellt die vertikale Achse ±3σ(Zeile)/Durchschn. dar. Hierbei stellt σ(Zeile) die Standardabweichung des Unterschieds im Strom zwischen benachbarten Pixeln in einer Richtung des Gate-Treibers (Zeile) dar, und Durchschn. stellt den Gesamtdurchschnittswert eines Pixel-Stroms dar.
  • Es kann aus 45 und 46 verstanden werden, dass die Probe a und die Vergleichsprobe b jeweils geringe Schwankungen des Stroms zwischen Pixeln. Im Besonderen weist die Probe a mit einem Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, weniger Schwankungen des Stroms zwischen Pixeln auf als die Vergleichsprobe b. Dementsprechend ist gezeigt worden, dass nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden können. Es ist auch gezeigt worden, dass nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anfangsanzeigequalität der Anzeigevorrichtung verbessert werden kann.
  • Des Weiteren wurde ein Bild mit einem Schachbrettmuster in Schwarz und Weiß 72 Stunden lang auf den jeweiligen ganzen Flächen der Probe 19 und der Vergleichsprobe 4 angezeigt. Die Datenspannung zu diesem Zeitpunkt wurde durch ein Verfahren, das dem oben beschriebenen Verfahren ähnlich ist, derart eingestellt, dass die Leuchtdichte 300 cd/m2 entsprach.
  • Dann wurde ein Strom gemessen, der in dem Treiber-Transistor in jedem Pixel floss, wenn ein weißes Bild auf den jeweiligen ganzen Flächen der Probe 19 und der Vergleichsprobe 4 angezeigt wurde. In 47 sind die Ergebnisse der Anzeige auf der Probe 19 und der Vergleichsprobe 4 gezeigt. In 48 bis 51 sind die Ergebnisse der Messung der Ströme der Probe 19 und der Vergleichsprobe 4 gezeigt.
  • Die Datenspannung zu diesem Zeitpunkt wurde durch ein Verfahren, das dem oben beschriebenen Verfahren ähnlich ist, derart eingestellt, dass die Leuchtdichte 50 cd/m2 oder 300 cd/m2 entsprach. Die Ergebnisse der Messung des Stroms der Probe 19 in dem Fall, in dem die Leuchtdichte 50 cd/m2 entsprach, sind in 48 gezeigt, und die Ergebnisse der Messung des Stroms der Vergleichsprobe 4 in diesem Fall sind in 49 gezeigt. Die Ergebnisse der Messung des Stroms der Probe 19 in dem Fall, in dem die Leuchtdichte 300 cd/m2 entsprach, sind in 50 gezeigt, und die Ergebnisse der Messung des Stroms der Vergleichsprobe 4 in diesem Fall sind in 51 gezeigt.
  • In 48 bis 51 stellt die horizontale Achse die Anzahl der Stufen des Gate-Treibers dar und die vertikale Achse stellt den Strom dar. Hierbei sind die Ergebnisse der Messung des Stroms des Treiber-Transistors in jedem Pixel auf einer ersten Stufe, einer 810-ten Stufe und einer 1620-sten Stufe des Source-Treibers gezeigt.
  • Sowohl in der Probe 19 als auch in der Vergleichsprobe 4 wurde ein Bild, das einem durch Umdrehen des zuvor angezeigten Bildes mit dem Schachbrettmuster in Schwarz und Weiß erhaltenen Bild ähnlich ist, beim Anzeigen des weißen Bildes auf der ganzen Fläche beobachtet. Das liegt wahrscheinlich daran, dass sich die Eigenschaften des Treiber-Transistors in einem Pixel, das in einem weißen Bereich des Schachbrettmusters angeordnet war, in positiver Richtung verschoben, während das Bild des Schachbrettmusters angezeigt wurde, und dass der Strom abfiel, was zu einer Verringerung der Leuchtdichte führte. Es ist deshalb wahrscheinlich, dass dann, wenn weißes Licht danach aus der ganzen Fläche emittiert wurde, die Leuchtdichte des Pixels, das in dem weißen Bereich des Schachbrettmusters angeordnet war, im Vergleich zu derjenigen des Pixels, das in einem schwarzen Bereich des Schachbrettmusters angeordnet war, verringert wurde und es somit so schien, dass Einbrennen (oder Bildretention) des Bildes des Schachbrettmusters passierte.
  • Das oben beschriebene Einbrennen (Abfall des Stroms) in der Probe 19 mit einem Transistor, der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wurde im Vergleich zu demjenigen in der Vergleichsprobe 4 verringert. Dementsprechend wurde gezeigt, dass nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die elektrischen Eigenschaften des Transistors verbessert werden können.
  • Ein Belastungstest mit konstantem Strom wurde an einem Transistor (nachstehend als Transistor a bezeichnet), der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und für die Probe a verwendet wurde, und an einem Transistor (nachstehend als Transistor b bezeichnet), der für die Vergleichsprobe b verwendet wurde, durchgeführt. Der Belastungstest mit konstantem Strom wurde in einer Luftatmosphäre in einem dunklen Zustand (dunkel) durchgeführt.
  • Es sei angemerkt, dass die Messung der Vg-Id-Eigenschaften durchgeführt wurde, indem der Drain-Strom gemessen wurde, wobei die Drain-Spannung auf 0,1 V oder 10 V eingestellt wurde und die Gate-Spannung im Bereich von –15 V bis 15 V überstrichen wurde.
  • Bei dem Belastungstest mit konstantem Strom wurde zuerst die Substrattemperatur auf Raumtemperatur (20°C bis 25°C) eingestellt, um eine erste Messung der Vg-Id-Eigenschaften durchzuführen. Für den Transistor a wurde dann die Substrattemperatur auf 60°C eingestellt, das Source-Potential wurde auf ein Erdpotential (GND) eingestellt, das Drain-Potential wurde auf 10 V eingestellt, und das Gate-Potential wurde auf 6,11 V eingestellt, und der Zustand wurde 11 Stunden gehalten. Für den Transistor b wurde die Substrattemperatur auf 60°C eingestellt, das Source-Potential wurde auf das Erdpotential (GND) eingestellt, das Drain-Potential wurde auf 10 V eingestellt, und das Gate-Potential wurde auf 5,63 V eingestellt, und der Zustand wurde 13 Stunden gehalten. Es sei angemerkt, dass nach 100 Sekunden, nach 300 Sekunden, nach 600 Sekunden, nach 1000 Sekunden, nach 1800 Sekunden, nach 3600 Sekunden, nach 7200 Sekunden, nach 10000 Sekunden, nach 18000 Sekunden, nach 21600 Sekunden, nach 25200 Sekunden, nach 28800 Sekunden, nach 32400 Sekunden, nach 36000 Sekunden und nach 39600 Sekunden (für den Transistor a auch nach 43200 Sekunden und nach 46800 Sekunden) vom Beginn des Belastungstests mit konstantem Strom das Anlegen einer Belastung abgeschlossen wurde und dass die Vg-Id-Eigenschaften nach jeder Belastungszeit bei Raumtemperatur gemessen wurden.
  • In 52 sind die Ergebnisse des Belastungstests mit konstantem Strom des Transistors a und des Transistors b gezeigt. In 52 stellt die vertikale Achse den Prozentsatz einer Veränderung des Drain-Stroms dar und die horizontale Achse stellt die Belastungszeit dar. Aus 52 kann man verstehen, dass die Veränderung des Drain-Stroms des Transistors a kleiner ist als diejenige des Transistors b. Die vorstehenden Ergebnisse haben auch gezeigt, dass nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die elektrischen Eigenschaften eines Transistors verbessert werden können.
  • [Beispiel 9]
  • In diesem Beispiel werden die Ergebnisse einer Messung der Konzentration einer Verunreinigung in dem isolierenden Oxidfilm, der über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, beschrieben.
  • Erst einmal wird ein Herstellungsprozess eines Transistors, der jeweils in Probe 20 bis Probe 22 enthalten ist, beschrieben. In diesem Beispiel wird der Prozess anhand von 4A bis 4D beschrieben.
  • Zuerst wurde ein Glassubstrat als das Substrat 11 verwendet, und die Gate-Elektrode 15 wurde über dem Substrat 11 ausgebildet.
  • Ein 100 nm dicker Wolframfilm wurde durch ein Sputterverfahren ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem Wolframfilm ausgebildet, und ein Teil des Wolframfilms wurde unter Verwendung der Maske geätzt, so dass die Gate-Elektrode 15 ausgebildet wurde.
  • Als nächstes wurde der Gate-Isolierfilm 17 über der Gate-Elektrode 15 ausgebildet.
  • Ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 200 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurden als der Gate-Isolierfilm 17 gestapelt.
  • Der Siliziumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm wurden einer Behandlungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengase zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 60 Pa reguliert; und eine Leistung von 150 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Der Siliziumoxynitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 20 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 3000 sccm wurden einer Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengase zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 40 Pa reguliert; und eine Leistung von 100 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Es sei angemerkt, dass sowohl der Siliziumnitridfilm als auch der Siliziumoxynitridfilm bei einer Substrattemperatur von 350°C ausgebildet wurden.
  • Als nächstes wurde der Oxidhalbleiterfilm derart ausgebildet, dass er sich mit der Gate-Elektrode 15 überlappte, wobei der Gate-Isolierfilm 17 dazwischen lag. Es sei angemerkt, dass in diesem Beispiel statt des mehrschichtigen Films 20 in 4B der Oxidhalbleiterfilm 18, d. h. eine einzelne Schicht, ausgebildet wurde.
  • Hier wurde ein IGZO-Film, der ein CAAC-OS-Film war, durch ein Sputterverfahren über dem Gate-Isolierfilm 17 ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem IGZO-Film ausgebildet, und der IGZO-Film wurde unter Verwendung der Maske teilweise geätzt. Dann wurde der geätzte IGZO-Film einer Wärmebehandlung unterzogen, so dass der Oxidhalbleiterfilm 18 ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass der in diesem Beispiel ausgebildete IGZO-Film eine Dicke von 35 nm hatte.
  • Der IGZO-Film wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet; Argon mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 50 sccm wurden einer Behandlungskammer einer Sputtervorrichtung als Sputtergase zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 0,6 Pa reguliert; und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der IGZO-Film bei einer Substrattemperatur von 170°C ausgebildet wurde.
  • Als die Wärmebehandlung wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Nachdem die Gate-Elektrode freigelegt worden war, indem der Gate-Isolierfilm 17 teilweise geätzt wurde (nicht abgebildet), wurde als nächstes wie in 4C das Paar von Elektroden 21 und 22 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 18 ausgebildet.
  • Hier wurde ein leitender Film über dem Gate-Isolierfilm 17 und dem Oxidhalbleiterfilm 18 ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet, und der leitende Film wurde unter Verwendung der Maske teilweise geätzt, so dass das Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass als leitender Film ein 400 nm dicker Aluminiumfilm über einem 50 nm dicken Wolframfilm ausgebildet wurde und ein 100 nm dicker Titanfilm über dem Aluminiumfilm ausgebildet wurde.
  • Als nächstes wurde der isolierende Oxidfilm 23 über dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem Paar von Elektroden 21 und 22 ausgebildet.
  • Als der isolierende Oxidfilm 23 wurde ein Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 30 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengase verwendet; der Druck in einer Behandlungskammer war 40 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 150 W wurde einer oberen Elektrode von parallelen Plattenelektroden zugeführt.
  • Dann wurde der isolierende Oxidfilm 24 sukzessive über dem isolierenden Oxidfilm 23 ausgebildet. Hier bedeutet „sukzessive”, dass nach dem Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 der isolierende Oxidfilm 24 ohne Aussetzung an Luft in der gleichen Plasma-CVD-Vorrichtung ausgebildet wurde.
  • Als der isolierende Oxidfilm 24 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 160 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengase verwendet; der Druck in einer Behandlungskammer war 200 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 1500 W wurde einer oberen Elektrode von parallelen Plattenelektroden zugeführt. Unter den obigen Bedingungen ist möglich, einen Siliziumoxynitridfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, auszubilden. Mit anderen Worten: ein Siliziumoxynitridfilm, aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, kann ausgebildet werden.
  • Eine Wärmebehandlung wurde als nächstes durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang bei 350°C in einer Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt.
  • Durch den vorstehenden Prozess wurde die Probe 20 mit einem Transistor hergestellt.
  • Es sei angemerkt, dass die Probe 21 unter Bedingungen hergestellt wurde, unter denen der isolierende Oxidfilm 23 im Unterschied zu dem Herstellungsprozess der Probe 20 nicht ausgebildet wurde.
  • Des Weiteren wird eine Probe als Probe 22 bezeichnet, bei der im Unterschied zu dem Herstellungsprozess der Probe 20 die Temperatur beim Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 24 auf 350°C eingestellt wurde und der isolierende Oxidfilm 23 und der isolierende Oxidfilm 24 in unterschiedlichen Plasma-CVD-Vorrichtungen ausgebildet wurden. Das heißt, dass die Probe 22 an der Luft ausgesetzt wurde, nachdem der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet worden war.
  • Als nächstes wurden die Probe 20 bis die Probe 22 durch SIMS gemessen. 53A, 53B und 53C zeigen die Wasserstoffkonzentration, die Stickstoffkonzentration bzw. die Fluorkonzentration in dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 in der Probe 20. Des Weiteren zeigen 53D, 53E und 53F die Wasserstoffkonzentration, die Stickstoffkonzentration bzw. die Fluorkonzentration in dem isolierenden Oxidfilm 24 in der Probe 21. Zudem zeigt 54A die Borkonzentration in dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 in der Probe 22, und 54B zeigt die Borkonzentration in dem isolierenden Oxidfilm 24 in der Probe 21. In jeder der 53A bis 53F und 54A und 54B stellt die horizontale Achse die Tiefe von der Oberfläche jeder Probe dar, und die vertikale Achse stellt die Konzentration jedes Elements dar.
  • In der Probe 20 verändern sich die Wasserstoffkonzentration und die Stickstoffkonzentration nicht an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24. Andererseits hat die Fluorkonzentration einen Peak an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24. Aufgrund der folgenden Beschreibung hat die Fluorkonzentration einen Peak an der obigen Grenzfläche. Nachdem der isolierende Oxidfilm 23 ausgebildet worden war, wurde die Leistung einer Plasma-CVD-Vorrichtung abgestellt. Als nächstes wurde, nachdem die Durchflussmenge eines Quellengases, das in eine Behandlungskammer eingeführt worden war, und der Druck in der Behandlungskammer geändert worden waren, der Plasma-CVD-Vorrichtung eine Leistung wieder zugeführt, um den isolierenden Oxidfilm 24 auszubilden. Nach dem Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 wurde die Oberfläche des isolierenden Oxidfilms 23 an der Atmosphäre in der Behandlungskammer ausgesetzt, bis der isolierende Oxidfilm 24 ausgebildet wurde.
  • An der Innenwand der Behandlungskammer haftete Fluor oder NF3, welches beim Reinigen der Behandlungskammer verwendet wurde, und das Fluor oder NF3, welches aus der Innenwand der Behandlungskammer abgegeben wurde, heftete sich an die Oberfläche des isolierenden Oxidfilms 23, während der isolierende Oxidfilm 24 gleich nach dem Ausbilden des isolierenden Oxidfilms 23 ausgebildet wurde. Deswegen steigt die Fluorkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 an und hat daher einen Peak.
  • Es sei angemerkt, dass wie in 53F gezeigt die Fluorkonzentration in dem isolierenden Oxidfilm 24 keinen Peak hat, da nur der isolierende Oxidfilm 24, d. h. eine einzelne Schicht, über dem Oxidhalbleiterfilm 18 in der Probe 21 angeordnet ist.
  • Wie in 54A und 54B gezeigt ist, hat des Weiteren die Borkonzentration einen Peak an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 23 und an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Oxidfilm 23 und dem isolierenden Oxidfilm 24 in der Probe 22. Dagegen hat die Borkonzentration hat einen Peak an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 18 und dem isolierenden Oxidfilm 24 in der Probe 21. Es ist wahrscheinlich, dass Bor, welches durch einen HEPA-Filter in einer Klimaanlage abgegeben wird, an die Probe adsorbiert wird, wenn die Probe an einer Luftatmosphäre ausgesetzt wird, so dass die Konzentration einen solchen Peak hat. Deshalb kann dann, wenn eine Vielzahl von Peaks in der Borkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm und den isolierenden Oxidfilmen beobachtet wird, festgestellt werden, dass eine Vielzahl von isolierenden Filmen in unterschiedlichen Behandlungskammern gestapelt worden ist.
  • Der vorstehenden Beschreibung entsprechend kann ein Zustand beim Stapeln von isolierenden Oxidfilmen untersucht werden, indem eine Verunreinigungskonzentration in den isolierenden Oxidfilmen über dem Oxidhalbleiterfilm durch SIMS gemessen wird.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-234602 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 24. Oktober 2012, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-234606 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 24. Oktober 2012, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-286826 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 28. Dezember 2012, und der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2013-051659 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 14. März 2013, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.
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Claims (19)

  1. Halbleitervorrichtung, die einen Transistor umfasst, wobei der Transistor umfasst: eine Gate-Elektrode über einem Substrat; einen Gate-Isolierfilm über der Gate-Elektrode; einen mehrschichtigen Film über dem Gate-Isolierfilm; ein Paar von Elektroden in elektrischem Kontakt mit dem mehrschichtigen Film; einen ersten isolierenden Oxidfilm über dem Gate-Isolierfilm, dem mehrschichtigen Film und dem Paar von Elektroden; und einen zweiten isolierenden Oxidfilm über dem ersten isolierenden Oxidfilm, wobei der mehrschichtige Film einen Oxidhalbleiterfilm und einen Oxidfilm, der zumindest eines von In und Ga enthält, beinhaltet, wobei der erste isolierende Oxidfilm ein isolierender Oxidfilm ist, durch den hindurch Sauerstoff tritt, wobei der zweite isolierende Oxidfilm ein isolierender Oxidfilm ist, der mehr Sauerstoff enthält als eine stöchiometrische Zusammensetzung, und wobei sich eine Schwellenspannung des Transistors durch einen Vorspannungstemperatur-Belastungs-Test nicht verändert oder in negativer Richtung oder positiver Richtung verändert, wobei ein Betrag der Veränderung weniger als oder gleich 1,0 V ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm zumindest eines von In und Ga enthält.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Minimum eines Leitungsbandes des Oxidfilms näher einem Vakuumniveau liegt als ein Minimum eines Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Energieunterschied zwischen dem Minimum des Leitungsbandes des Oxidfilms und dem Minimum des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm und der Oxidfilm jeweils ein In-M-Zn-Oxid sind, wobei das M Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf darstellt, und wobei ein Anteil an M-Atomen in dem Oxidfilm höher ist als ein Anteil an M-Atomen in dem Oxidhalbleiterfilm.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Absorptionskoeffizient des mehrschichtigen Films, der durch ein Verfahren mit einem konstanten Fotostrom abgeleitet wird, in einem Energiebereich von 1,5 eV bis 2,3 eV niedriger als 1 × 10–3/cm ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Siliziumkonzentration zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Oxidfilm niedriger als 2 × 1018 Atome/cm3 ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Halbleitervorrichtung eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Fernsehgerät, einem Computer und einem Tablet-Computer besteht.
  9. Halbleitervorrichtung, die einen Transistor umfasst, wobei der Transistor umfasst: eine Gate-Elektrode über einem Substrat; einen Gate-Isolierfilm über der Gate-Elektrode; einen mehrschichtigen Film über dem Gate-Isolierfilm; ein Paar von Elektroden in elektrischem Kontakt mit dem mehrschichtigen Film; einen ersten isolierenden Oxidfilm über dem Gate-Isolierfilm, dem mehrschichtigen Film und dem Paar von Elektroden; und einen zweiten isolierenden Oxidfilm über dem ersten isolierenden Oxidfilm, wobei der mehrschichtige Film einen Oxidhalbleiterfilm und einen Oxidfilm, der zumindest eines von In und Ga enthält, beinhaltet, und wobei der zweite isolierende Oxidfilm ein isolierender Oxidfilm ist, der mehr Sauerstoff enthält als eine stöchiometrische Zusammensetzung,
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Oxidhalbleiterfilm zumindest eines von In und Ga enthält.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Minimum eines Leitungsbandes des Oxidfilms näher einem Vakuumniveau liegt als ein Minimum eines Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei ein Energieunterschied zwischen dem Minimum des Leitungsbandes des Oxidfilms und dem Minimum des Leitungsbandes des Oxidhalbleiterfilms größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV ist.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Oxidhalbleiterfilm und der Oxidfilm jeweils ein In-M-Zn-Oxid sind, wobei das M Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf darstellt, und wobei ein Anteil an M-Atomen in dem Oxidfilm höher ist als ein Anteil an M-Atomen in dem Oxidhalbleiterfilm.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Absorptionskoeffizient des mehrschichtigen Films, der durch ein Verfahren mit einem konstanten Fotostrom abgeleitet wird, in einem Energiebereich von 1,5 eV bis 2,3 eV niedriger als 1 × 10–3/cm ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Siliziumkonzentration zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Oxidfilm niedriger als 2 × 1018 Atome/cm3 ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Halbleitervorrichtung eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Fernsehgerät, einem Computer und einem Tablet-Computer besteht.
  17. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer Gate-Elektrode über einem Substrat; Ausbilden eines Gate-Isolierfilms über der Gate-Elektrode; Ausbilden eines mehrschichtigen Films, der einen Oxidhalbleiterfilm und einen Oxidfilm, der zumindest eines von In und Ga enthält, beinhaltet, über dem Gate-Isolierfilm; Ausbilden eines Paars von Elektroden in elektrischem Kontakt mit dem mehrschichtigen Film; Ausbilden eines ersten isolierenden Oxidfilms über dem mehrschichtigen Film und dem Paar von Elektroden; und Ausbilden eines zweiten isolierenden Oxidfilms über dem ersten isolierenden Oxidfilm, wobei das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer angeordnet ist, bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 400°C gehalten wird, ein Druck in der Behandlungskammer mit Einbringen eines Quellengases in die Behandlungskammer auf höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa eingestellt wird, und einer Elektrode in der Behandlungskammer eine Hochfrequenzleistung zugeführt wird, um den ersten isolierenden Oxidfilm auszubilden, und wobei das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer angeordnet ist, bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 260°C gehalten wird, ein Druck in der Behandlungskammer mit Einbringen eines Quellengases in die Behandlungskammer auf höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa eingestellt wird, und einer Elektrode in der Behandlungskammer eine Hochfrequenzleistung von höher als oder gleich 0,17 W/cm2 und niedriger als oder gleich 0,5 W/cm2 zugeführt wird, um den zweiten isolierenden Oxidfilm auszubilden.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei als der erste isolierende Oxidfilm und der zweite isolierende Oxidfilm ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung eines Silizium enthaltenden Abscheidungsgases und eines Oxidationsgases als Quellengas ausgebildet wird.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei als der erste isolierende Oxidfilm und der zweite isolierende Oxidfilm ein Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung von Silan und Distickstoffmonoxid als Quellengas ausgebildet wird.
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