DE102015201707A1

DE102015201707A1 - Halbleitervorrichtung, Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung umfasst, Anzeigemodul, das die Anzeigevorrichtung umfasst, und elektronisches Gerät, das die Halbleitervorrichtung, die Anzeigevorrichtung und das Anzeigemodul umfasst

Info

Publication number: DE102015201707A1
Application number: DE102015201707.9A
Authority: DE
Inventors: c/o Semi. Ener. Lab. Co. Ltd. Yamazaki Shunpei; c/o Semi. Ener. Lab. Co. Ltd. Okazaki Kenichi; c/o Semi. Ener. Lab. Co. Ltd. Katayama Masahiro; c/o Semi. Ener. Lab. Co. Ltd. Nakada Masataka
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2015-08-06
Also published as: TW202218138A; TW201929202A; TW201535690A; JP2021015986A; JP7490845B2; JP6871471B2; JP2019080072A; TWI698006B; TWI781043B; US20190244981A1; TWI655752B; TWI675462B; KR20230078983A; JP2023080099A; JP2019117945A; KR102538469B1; US20230343875A1; US11107837B2; US20210013239A1; CN112510053A

Abstract

Bereitgestellt wird eine Halbleitervorrichtung, die einen Planartransistor mit einem Oxidhalbleiter und einen Kondensator beinhaltet. Bei einer Halbleitervorrichtung beinhaltet ein Transistor einen Oxidhalbleiterfilm, einen Gate-Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, eine Gate-Elektrode über dem Gate-Isolierfilm, einen zweiten Isolierfilm über der Gate-Elektrode, einen dritten Isolierfilm über dem zweiten Isolierfilm und eine Source- sowie eine Drain-Elektrode über dem dritten Isolierfilm. Die Source- und die Drain-Elektrode sind elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden. Ein Kondensator beinhaltet einen ersten und einen zweiten leitenden Film und den zweiten Isolierfilm. Der erste leitende Film und die Gate-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt. Der zweite leitende Film und die Source- und die Drain-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt. Der zweite Isolierfilm ist zwischen dem ersten und dem zweiten leitenden Film bereitgestellt.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, und eine Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung beinhaltet.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das obige technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der in dieser Beschreibung und dergleichen offenbarten Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft zusätzlich einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung. Im Besonderen betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, ein Ansteuerverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet eine Halbleitervorrichtung allgemein eine Vorrichtung, die durch Anwenden von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Ein Halbleiterelement, wie z. B. ein Transistor, eine Hableiterschaltung, eine arithmetische Vorrichtung und eine Speichervorrichtung, sind jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung. Eine Abbildungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine elektro-optische Vorrichtung, eine Energieerzeugungsvorrichtung (einschließlich einer Dünnschichtsolarzelle, einer organischen Dünnschichtsolarzelle und dergleichen) und ein elektronisches Gerät können jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die Aufmerksamkeit konzentriert sich auf eine Technik zum Herstellen eines Transistors (auch als Feldeffekttransistor (field-effect transistor, FET) oder Dünnschichttransistor (thin film transistor, TFT) bezeichnet) unter Verwendung eines Halbleiterdünnfilms, der über einem Substrat mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet ist. Derartige Transistoren werden im breiten Bereich von elektronischen Geräten verwendet, wie z. B. einer integrierten Schaltung (integrated circuit, IC) und einer Bildanzeigevorrichtung (Anzeigevorrichtung). Ein Halbleitermaterial, wie typischerweise Silizium, ist als Material für einen Halbleiterdünnfilm weithin bekannt, der für einen Transistor anwendbar ist. Als weiteres Material hat ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit erregt.
Beispielsweise ist eine Technik offenbart, bei der ein Transistor unter Verwendung eines amorphen Oxides enthaltend In, Zn, Ga, Sn und dergleichen als Oxidhalbleiter hergestellt wird (siehe Patentdokument 1). Außerdem ist eine Technik offenbart, bei der ein Transistor mit einem Dünnoxidfilm und einer selbstjustierten Top-Gate-Struktur hergestellt wird (siehe Patentdokument 2).
[Referenzen]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-165529
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-278115

Zusammenfassung der Erfindung
Als Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, werden ein Inverted-Staggered-Transistor (auch als Transistor mit einer Bottom-Gate-Struktur bezeichnet), ein Planartransistor (auch als Transistor mit einer Top-Gate-Struktur bezeichnet) und dergleichen angegeben. In dem Fall, in dem ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, für eine Anzeigevorrichtung verwendet wird, wird ein Inverted-Staggered-Transistor häufiger verwendet als ein Planartransistor, weil der Herstellungsprozess relativ einfach ist und die Herstellungskosten niedrig gehalten werden können. Jedoch wird eine Signalverzögerung oder dergleichen durch eine parasitäre Kapazität zwischen einer Gate-Elektrode und Source- und Drain-Elektroden eines Inverted-Staggered-Transistors vergrößert, und folglich verschlechtert sich die Bildqualität einer Anzeigevorrichtung, was zu einem Problem führt, wenn die Größe eines Bildschirms einer Anzeigevorrichtung vergrößert wird oder eine Anzeigevorrichtung ein Bild mit höherer Auflösung anzeigt (z. B. eine hochauflösende Anzeigevorrichtung wie z. B. 4k × 2k-Pixel (3840 Pixel in horizontaler Richtung und 2160 Pixel in vertikaler Richtung) oder 8k × 4k-Pixel (7680 Pixel in horizontaler Richtung und 4320 Pixel in vertikaler Richtung)). Ferner ist als weiteres Problem die Fläche eines Inverted-Staggered-Transistors größer als diejenige eines Planartransistors. Daher wünscht man hinsichtlich eines Planartransistors, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, eine Entwicklung eines Transistors, der eine Struktur mit stabilen Halbleitereigenschaften und hoher Zuverlässigkeit hat und mit einem einfachen Herstellungsprozess hergestellt wird.
Wenn die Größe des Bildschirms oder die Auflösung der Anzeigevorrichtung erhöht wird, werden die Strukturen eines Transistors in einem Pixel der Anzeigevorrichtung und eines Kondensators wichtig, der mit dem Transistor verbunden ist. Der Kondensator dient als Speicherkondensator zum Speichern der Daten, die in das Pixel geschrieben worden sind. In Abhängigkeit von der Struktur des Kondensators besteht ein Problem, dass Daten, die in das Pixel geschrieben worden sind, nicht gespeichert werden können und sich die Bildqualität der Anzeigevorrichtung verschlechtert.
Angesichts der obigen Probleme ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter beinhaltet. Im Besonderen ist eine Aufgabe, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Planartransistor mit einem Oxidhalbleiter beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Planartransistor mit einem Oxidhalbleiter und einen mit dem Transistor verbundenen Kondensator beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einem hohen Durchlassstrom (on-state current) beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einem niedrigen Sperrstrom (off-state current) beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einer kleinen Fläche beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einer stabilen elektrischen Eigenschaft beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung mit einem Oxidhalbleiter und hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, eine neuartige Anzeigevorrichtung bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung der vorstehenden Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, alle Aufgaben zu lösen. Andere Aufgaben als die vorstehenden Aufgaben werden aus der Erläuterung der Beschreibung und dergleichen ersichtlich sein und können davon abgeleitet werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor und einen Kondensator beinhaltet. Der Transistor beinhaltet einen Oxidhalbleiterfilm, einen Gate-Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, eine Gate-Elektrode über dem Gate-Isolierfilm, einen zweiten Isolierfilm über der Gate-Elektrode, einen dritten Isolierfilm über dem zweiten Isolierfilm, eine Source-Elektrode über dem dritten Isolierfilm und eine Drain-Elektrode über dem dritten Isolierfilm. Die Source-Elektrode ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden. Die Drain-Elektrode ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden. Der Kondensator beinhaltet einen ersten leitenden Film, einen zweiten leitenden Film und den zweiten Isolierfilm. Der erste leitende Film und die Gate-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt, der zweite leitende Film, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt, und der zweite Isolierfilm ist zwischen dem ersten leitenden Film und dem zweiten leitenden Film bereitgestellt. Weitere Details werden nachstehend beschrieben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor und einen Kondensator beinhaltet. Der Transistor beinhaltet einen Oxidhalbleiterfilm über einem ersten Isolierfilm, einen Gate-Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, eine Gate-Elektrode über dem Gate-Isolierfilm, einen zweiten Isolierfilm über der Gate-Elektrode, einen dritten Isolierfilm über dem zweiten Isolierfilm, eine Source-Elektrode über dem dritten Isolierfilm und eine Drain-Elektrode über dem dritten Isolierfilm; der erste Isolierfilm enthält Sauerstoff; der zweite Isolierfilm enthält Stickstoff; die Source-Elektrode ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden; und die Drain-Elektrode ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden. Der Kondensator beinhaltet einen ersten leitenden Film, einen zweiten leitenden Film und den zweiten Isolierfilm; der erste leitende Film und die Gate-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt; der zweite leitende Film, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt; und der zweite Isolierfilm ist zwischen dem ersten leitenden Film und dem zweiten leitenden Film bereitgestellt.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor und einen Kondensator beinhaltet. Der Transistor beinhaltet eine erste Gate-Elektrode über einem ersten Isolierfilm, einen ersten Gate-Isolierfilm über der ersten Gate-Elektrode, einen Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Gate-Isolierfilm, einen zweiten Gate-Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, eine zweite Gate-Elektrode über dem zweiten Gate-Isolierfilm, einen zweiten Isolierfilm über der zweiten Gate-Elektrode, einen dritten Isolierfilm über dem zweiten Isolierfilm, eine Source-Elektrode über dem dritten Isolierfilm und eine Drain-Elektrode über dem dritten Isolierfilm; der erste Gate-Isolierfilm enthält Sauerstoff; der zweite Isolierfilm enthält Stickstoff; die Source-Elektrode ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden; und die Drain-Elektrode ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden. Der Kondensator beinhaltet einen ersten leitenden Film, einen zweiten leitenden Film und den zweiten Isolierfilm; der erste leitende Film und die zweite Gate-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt; der zweite leitende Film, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode sind über derselben Oberfläche bereitgestellt; und der zweite Isolierfilm ist zwischen dem ersten leitenden Film und dem zweiten leitenden Film bereitgestellt.
Vorzugsweise weist bei der vorstehenden Ausführungsform der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, weist der erste Bereich einen Bereich auf, der sich mit der Gate-Elektrode überlappt, weist der zweite Beriech einen Bereich auf, der sich nicht mit der Gate-Elektrode überlappt, weist der erste Bereich einen Bereich auf, in dem eine Konzentration eines Verunreinigungselements eine erste Konzentration ist, weist der zweite Bereich einen Bereich auf, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements eine zweite Konzentration ist und sich die erste Konzentration von der zweiten Konzentration unterscheidet. Vorzugsweise weist bei der vorstehenden Ausführungsform der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, weist der erste Bereich einen Bereich auf, der sich mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt, weist der zweite Beriech einen Bereich auf, der sich nicht mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt, weist der erste Bereich einen Bereich auf, in dem eine Konzentration eines Verunreinigungselements eine erste Konzentration ist, weist der zweite Bereich einen Bereich auf, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements eine zweite Konzentration ist und sich die erste Konzentration von der zweiten Konzentration unterscheidet.
Vorzugsweise umfasst bei einer der vorstehenden Ausführungsformen das Verunreinigungselement eines oder mehrere von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und einem Edelgaselement. Vorzugsweise umfasst bei einer der vorstehenden Ausführungsformen das Verunreinigungselement Argon und Wasserstoff.
Vorzugsweise weist bei einer der vorstehenden Ausführungsformen der zweite Bereich einen Bereich in Kontakt mit dem zweiten Isolierfilm auf. Vorzugsweise weist bei einer der vorstehenden Ausführungsformen der zweite Bereich einen Bereich auf, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements höher ist als in dem ersten Bereich. Vorzugsweise weist bei einer der vorstehenden Ausführungsformen der erste Bereich einen Bereich auf, in dem Kristallinität höher ist als in dem zweiten Bereich.
Vorzugsweise enthält bei einer der vorstehenden Ausführungsformen der Oxidhalbleiterfilm Sauerstoff, In, Zn und M (M stellt Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar). Vorzugsweise weist bei einer der vorstehenden Ausführungsformen der Oxidhalbleiterfilm einen Kristallteil mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse und einen Bereich auf, in dem die c-Achse parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche ist, über der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen und ein Anzeigeelement beinhaltet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigemodul, das die Anzeigevorrichtung und einen Berührungssensor beinhaltet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Gerät, das die Halbleitervorrichtung nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, die Anzeigevorrichtung oder das Anzeigemodul und eine Bedienungstaste oder eine Batterie beinhaltet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter beinhaltet. Im Besonderen kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die einen Planartransistor mit einem Oxidhalbleiter beinhaltet. Alternativ kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die einen Planartransistor mit einem Oxidhalbleiter und einen mit dem Transistor verbundenen Kondensator beinhaltet, eine Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einem hohen Durchlassstrom beinhaltet, eine Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einem niedrigen Sperrstrom beinhaltet, eine Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einer kleinen Fläche beinhaltet, eine Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter und einer stabilen elektrischen Eigenschaft beinhaltet, eine Halbleitervorrichtung mit einem Oxidhalbleiter und hoher Zuverlässigkeit kann bereitgestellt werden, eine neuartige Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden, oder eine neuartige Anzeigevorrichtung kann bereitgestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Wirkungen dem Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht im Wege steht. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht unbedingt alle oben genannten Wirkungen erfüllen. Weitere Wirkungen werden aus der Erläuterung der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen ersichtlich sein und können davon abgeleitet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A bis 1D sind Draufsichten und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellt.
3A bis 3D sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
4A und 4B sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
5A bis 5D sind Draufsichten und Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellt.
7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
8A bis 8D sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
9A bis 9D sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellt.
11A ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellt, und 11B und 11C stellen eine Ausführungsform einer Bandstruktur dar.
12A bis 12H sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
13A bis 13F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
14A bis 14F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
15A bis 15F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
16A bis 16F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
17A bis 17C sind Querschnitts-TEM-Bilder und ein lokales Fourier-Transformationsbild eines Oxidhalbleiters.
18A und 18B zeigen Nanostrahlelektronenbeugungsbilder (nanobeam electron diffraction patterns) von Oxidhalbleiterfilmen, und 18C und 18D stellen ein Beispiel für ein Transmissionselektronenbeugungsmessgerät dar.
19A zeigt ein Beispiel für Strukturanalyse durch Transmissionselektronenbeugungsmessung, und 19B und 19C zeigen Draufsicht-TEM-Bilder.
20 zeigt ein Berechnungsmodell.
21A und 21B zeigen einen Anfangszustand bzw. einen Endzustand.
22 zeigt eine Aktivierungsbarriere.
23A und 23B stellen einen Anfangszustand bzw. einen Endzustand dar.
24 zeigt eine Aktivierungsbarriere.
25 zeigt die Übergangsniveaus von V_oH.
26 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
27 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
28 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
29A und 29B stellen eine Struktur eines Pixel-Abschnitts einer Licht emittierenden Vorrichtung dar.
30A bis 30D sind Querschnittsansichten einer Halbleitervorrichtung.
31A bis 31C sind eine Draufsicht und Schaltpläne einer Anzeigevorrichtung.
32A und 32B sind ein Schaltplan und ein Zeitdiagramm einer Anzeigevorrichtung.
33A und 33B sind ein Schaltplan und ein Zeitdiagramm einer Anzeigevorrichtung.
34A und 34B sind ein Schaltplan und ein Zeitdiagramm einer Anzeigevorrichtung.
35A und 35B sind ein Schaltplan und ein Zeitdiagramm einer Anzeigevorrichtung.
36 stellt ein Anzeigemodul dar.
37A bis 37H stellen elektronische Geräte dar.
38A und 38B sind Querschnitts-TEM-Bilder in einem Beispiel.
39 zeigt eine Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes.
40A bis 40C stellen schematisch ein CAAC-OS-Abscheidungsmodell dar, und 40B und 40C sind Querschnittsansichten von Pellets und eines CAAC-OS.
41 ist ein Schema, das ein nc-OS-Abscheidungsmodell und ein Pellet darstellt.
42 stellt ein Pellet dar.
43 stellt eine Kraft dar, die an ein Pellet auf einer Ausbildungsoberfläche angelegt wird.
44A und 44B stellen eine Bewegung eines Pellets auf einer Ausbildungsoberfläche dar.
45A und 45B stellen einen InGaZnO₄-Kristall dar.
46A und 46B zeigen eine Struktur und dergleichen von InGaZnO₄ vor der Kollision eines Atoms.
47A und 47B zeigen eine Struktur und dergleichen von InGaZnO₄ nach der Kollision eines Atoms.
48A und 48B zeigen Trajektorien von Atomen nach der Kollision der Atome.
49A und 49B sind Querschnitts-HAADF-STEM-Bilder eines CAAC-OS und eines Targets.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend werden Ausführungsformen anhand der Zeichnungen beschrieben. Jedoch können die Ausführungsformen in verschiedenen Modi implementiert werden. Es wird von Fachleuten leicht verstanden, dass deren Modi und Details auf verschiedene Weise modifiziert werden können, ohne von dem Sinn und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt interpretiert werden.
In den Zeichnungen ist die Größe, die Dicke von Schichten oder der Bereich in einigen Fällen der Klarheit halber übertrieben. Somit sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf solche Größenverhältnisse beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen schematische Ansichten idealer Beispiele sind und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Formen oder die Werte in den Zeichnungen beschränkt sind.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung Ordnungszahlen, wie z. B. „erste”, „zweite” und „dritte”, verwendet werden, um eine Verwechslung der Komponenten zu vermeiden, und die Ausdrücke die Komponenten zahlenmäßig nicht beschränken.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung Ausdrücke zum Erklärung der Anordnung, wie z. B. „über”, „oberhalb”, „unter” und „unterhalb”, der Einfachheit halber beim Beschreiben einer positionellen Beziehung zwischen Komponenten anhand von Zeichnungen verwendet werden. Ferner wird die positionelle Beziehung zwischen Komponenten jeweils entsprechend einer Richtung verändert, in der jede Komponente beschrieben wird. Deswegen gibt es keine Beschränkung auf die Ausdrücke in dieser Beschreibung, und die Erläuterung kann jeweils in Abhängigkeit von der Situation gemacht werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen ist ein Transistor ein Element, das mindestens drei Anschlüsse beinhaltet, nämlich ein Gate, einen Drain und eine Source. Zudem hat der Transistor einen Kanalbereich zwischen einem Drain (einem Drain-Anschluss, einem Drain-Bereich oder einer Drain-Elektrode) und einer Source (einem Source-Anschluss, einem Source-Bereich oder einer Source-Elektrode), und ein Strom kann durch den Drain-Bereich, den Kanalbereich und den Source-Bereich fließen. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Kanalbereich einen Bereich bezeichnet, durch den ein Strom hauptsächlich fließt.
Wenn beispielsweise Transistoren mit unterschiedlichen Polaritäten verwendet werden oder wenn die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, könnten die Funktionen einer Source und eines Drains miteinander vertauscht werden. Somit können die Begriffe „Source” und „Drain” in dieser Beschreibung und dergleichen miteinander vertauscht werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „elektrisch verbunden” in dieser Beschreibung und dergleichen den Fall einschließt, in dem Komponenten über ein „Objekt mit einer elektrischen Funktion” verbunden sind. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines „Objekts mit einer elektrischen Funktion”, solange zwischen Komponenten, die über das Objekt verbunden sind, elektrische Signale gesendet und empfangen werden können. Beispiele für ein „Objekt mit einer elektrischen Funktion” sind ein Schaltelement, wie z. B. ein Transistor, ein Widerstand, eine Spule, ein Kondensator und Elemente mit verschiedenen Funktionen, wie eine Elektrode und eine Leitung.
(Ausführungsform 1)
Bei dieser Ausführungsform werden eine Halbleitervorrichtung, in der ein Transistor und ein Kondensator über demselben Substrat bereitgestellt sind, und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung anhand von 1A bis 1D, 2, 3A bis 3D, 4A und 4B, 5A bis 5D, 6, 7A bis 7D, 8A bis 8D, 9A bis 9D, 10, 11A bis 11C, 12A bis 12H, 13A bis 13F, 14A bis 14F, 15A bis 15F sowie 16A bis 16F beschrieben.
<Struktur 1 einer Halbleitervorrichtung>
1A bis 1D stellen ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung dar, in der ein Transistor und ein Kondensator über demselben Substrat bereitgestellt sind. Es sei angemerkt, dass der Transistor eine Top-Gate-Struktur aufweist.
1A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100, der in der Halbleitervorrichtung enthalten ist. 1B ist eine Draufsicht auf einen Kondensator 150, der in der Halbleitervorrichtung enthalten ist. 1C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 1A. 1D ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 1B. Es sei angemerkt, dass in 1A und 1B ein Substrat 102, ein Isolierfilm 104, ein Isolierfilm 108, ein Isolierfilm 118, ein Isolierfilm 120 und dergleichen der Einfachheit halber weggelassen sind. In einer Weise, die derjenigen von 1A und 1B ähnlich ist, sind einige Komponenten in Draufsichten auf die Transistoren und Kondensatoren, die nachstehend beschrieben werden, in einigen Fällen nicht dargestellt. Außerdem kann die Richtung der Strichpunktlinie X1-X2 als Kanal-Längsrichtung bezeichnet werden, und die Richtung der Strichpunktlinie Y1-Y2 kann als Kanal-Breitenrichtung bezeichnet werden.
Der Transistor 100 in 1A und 1C beinhaltet den Isolierfilm 108 über dem Substrat 102, einen Oxidhalbleiterfilm 110 über dem Isolierfilm 108, einen Isolierfilm 112 über dem Oxidhalbleiterfilm 110, einen leitenden Film 114, der sich mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 überlappt, wobei der Isolierfilm 112 dazwischen liegt, den Isolierfilm 118, der den Oxidhalbleiterfilm 110, den Isolierfilm 112 und den leitenden Film 114 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118, einen leitenden Film 122, der mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch einen Öffnungsteil 140a in dem Isolierfilm 118 und dem Isolierfilm 120 verbunden ist, und einen leitenden Film 124, der mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch einen Öffnungsteil 140b in dem Isolierfilm 118 und dem Isolierfilm 120 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass ein Isolierfilm 128, der den Isolierfilm 120, den leitenden Film 122 und den leitenden Film 124 bedeckt, über dem Transistor 100 bereitgestellt sein kann.
Es sei angemerkt, dass in 1C der Isolierfilm 108 eine mehrschichtige Struktur aus einem Isolierfilm 108a und einem Isolierfilm 108b über dem Isolierfilm 108a hat. Der leitende Film 114 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 114a und einem leitenden Film 114b über dem leitenden Film 114a. Der leitende Film 122 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 122a und einem leitenden Film 122b über dem leitenden Film 122a. Der leitende Film 124 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 124a und einem leitenden Film 124b über dem leitenden Film 124a.
Bei dem Transistor 100 dient der leitende Film 114 als Gate-Elektrode (auch als Top-Gate-Elektrode bezeichnet), der leitende Film 122 dient als eine Elektrode von einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode, und der leitende Film 124 dient als die andere von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode. Außerdem dient bei dem Transistor 100 der Isolierfilm 108 als Basis-Film des Oxidhalbleiterfilms 110 und der Isolierfilm 112 dient als Gate-Isolierfilm.
Der Kondensator 150 in 1B und 1D beinhaltet den Isolierfilm 108 über dem Substrat 102, den Isolierfilm 112 über dem Isolierfilm 108, einen leitenden Film 116 über dem Isolierfilm 112, den Isolierfilm 118, der den Isolierfilm 108, den Isolierfilm 112 und den leitenden Film 116 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118 und einen leitenden Film 126, der sich mit dem leitenden Film 116 überlappt, wobei der Isolierfilm 118 in einem Öffnungsteil 140c in dem Isolierfilm 120 dazwischen liegt. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 128, der den Isolierfilm 120 und den leitenden Film 126 bedeckt, über dem Kondensator 150 bereitgestellt sein kann.
Es sei angemerkt, dass in 1D der Isolierfilm 108 eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 108a und dem Isolierfilm 108b über dem Isolierfilm 108a hat. Der leitende Film 116 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 116a und einem leitenden Film 116b über dem leitenden Film 116a. Der leitende Film 126 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 126a und einem leitenden Film 126b über dem leitenden Film 126a.
Des Weiteren hat der Kondensator 150 eine Struktur, bei der ein Dielektrikum zwischen einem Paar von Elektroden bereitgestellt ist. Im Einzelnen ist eine des Paars von Elektroden der leitende Film 116, ist die andere des Paars von Elektroden der leitende Film 126 und dient der Isolierfilm 118 zwischen dem leitenden Film 116 und dem leitenden Film 126 als Dielektrikum.
Es sei angemerkt, dass der leitende Film 114, der als Gate-Elektrode des Transistors 100 dient, und der leitende Film 116, der als eine des Paars von Elektroden des Kondensators 150 dient, in dem gleichen Schritt ausgebildet werden und dass die leitenden Filme 114 und 116 zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet sind. Des Weiteren werden der leitende Film 122 und der leitende Film 124, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 100 dienen, und der leitende Film 126, der als die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 150 dient, in dem gleichen Schritt ausgebildet, und die leitenden Filme 122, 124 und 126 sind zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet.
Die Herstellungskosten können verringert werden, indem wie oben beschrieben die leitenden Filme, die als Elektroden des Transistors 100 und des Kondensators 150 dienen, in dem gleichen Schritt ausgebildet werden.
Darüber hinaus hat bei dem Kondensator 150 der Isolierfilm 120 den Öffnungsteil 140c. Deshalb dient in einem Isolierfilm, in dem der Isolierfilm 118 und der Isolierfilm 120 übereinander geschichtet sind, nur der Isolierfilm 118 als Dielektrikum. Der Kondensator 150 mit einer derartigen Struktur kann einen hohen Kapazitätswert aufweisen; folglich kann eine Anzeigevorrichtung einen hohen Kapazitätswert aufweisen.
2 ist eine Querschnittsansicht des Transistors 100, der in 1A dargestellt ist, in Richtung der Strichpunktlinie Y1-Y2 (der Kanal-Breitenrichtung).
Wie in 2 dargestellt, liegt ein Endbereich des leitenden Films 114a weiter außen als ein Endbereich des leitenden Films 114b in der Kanal-Breitenrichtung. Ferner liegt ein Endbereich des Isolierfilms 112 weiter außen als der Endbereich des leitenden Films 114a. Des Weiteren hat der Isolierfilm 108b einen vertieften Teil in einem Bereich, der sich nicht mit dem Isolierfilm 112 überlappt. Mit einer derartigen Struktur kann die Abdeckung mit den Isolierfilmen 118, 120 und 128 erhöht werden.
Als Nächstes wird der Oxidhalbleiterfilm 110 des Transistors 100 nachstehend detailliert beschrieben.
Ein Element, das eine Sauerstofffehlstelle bildet, ist in einem Bereich, der sich nicht mit dem leitenden Film 114 überlappt, in dem Oxidhalbleiterfilm 110 des Transistors 100 enthalten. Nachstehend werden Elemente, die Sauerstofffehlstellen bilden, als Verunreinigungselemente beschrieben. Typische Beispiele für Verunreinigungselemente sind Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und Edelgaselemente. Typische Beispiele für Edelgaselemente sind Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.
Wenn das Verunreinigungselement dem Oxidhalbleiterfilm zugesetzt wird, wird eine Bindung zwischen einem Metallelement und Sauerstoff in dem Oxidhalbleiterfilm getrennt, wodurch eine Sauerstofffehlstelle gebildet wird. Wenn das Verunreinigungselement zu dem Oxidhalbleiterfilm zugesetzt wird, wird Sauerstoff, der an ein Metallelement in dem Oxidhalbleiterfilm gebunden ist, an das Verunreinigungselement gebunden, wodurch Sauerstoff von dem Metallelement gelöst wird und folglich eine Sauerstofffehlstelle gebildet wird. Als Ergebnis hat der Oxidhalbleiterfilm eine höhere Ladungsträgerdichte und somit wird seine Leitfähigkeit erhöht.
Wenn einem Oxidhalbleiter, in dem durch Zusatz des Verunreinigungselements eine Sauerstofffehlstelle erzeugt wird, Wasserstoff zugesetzt wird, tritt Wasserstoff in eine Sauerstofffehlstelle ein und bildet ein Donatorniveau in der näheren Umgebung des Leitungsbandes. Als Ergebnis wird die Leitfähigkeit des Oxidhalbleiters erhöht, so dass der Oxidhalbleiter zu einem Leiter wird. Ein Oxidhalbleiter, der zu einem Leiter geworden ist, kann als Oxidleiter bezeichnet werden. Oxidhalbleiter weisen im Allgemeinen eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht auf, da ihre Energielücke groß ist. Ein Oxidleiter ist ein Oxidhalbleiter mit einem Donatorniveau in der näheren Umgebung des Leitungsbandes. Demzufolge ist der Einfluss von Absorption wegen des Donatorniveaus gering, und ein Oxidleiter weist eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht auf, die mit derjenigen eines Oxidhalbleiters vergleichbar ist.
Nun wird die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes eines Films aus einem Oxidleiter (nachstehend als Oxidleiterfilm bezeichnet) anhand von 39 beschrieben.
Hier wurde eine Probe ausgebildet, die einen Oxidleiterfilm beinhaltet. Als Oxidleiterfilm wurde ein Oxidleiterfilm (OC_SiN_x), der durch Kontakt des Oxidhalbleiterfilms mit einem Siliziumnitridfilm ausgebildet wurde, ein Oxidleiterfilm (OC_Ar dope + SiN_x), der durch Kontakt des Oxidhalbleiterfilms mit einem Siliziumnitridfilm nach Zusatz von Argon zu dem Oxidhalbleiterilm mit einer Dotiereinrichtung ausgebildet wurde, oder ein Oxidleiterfilm (OC_Ar plasma + SiN_x) ausgebildet, der durch Kontakt des Oxidhalbleiterfilms mit einem Siliziumnitridfilm nach Aussetzung des Oxidhalbleiterfilms an einem Argonplasma mit einer Plasmabehandlungseinrichtung ausgebildet wurde. Der Siliziumnitridfilm enthält Wasserstoff.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer Probe, die den Oxidleiterfilm (OC_SiN_x) beinhaltet, ist wie folgt. Ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde über einem Glassubstrat durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet und dann einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, so dass ein Sauerstoffion dem Siliziumoxynitridfilm zugesetzt wurde, wodurch ein Siliziumoxynitridfilm ausgebildet wurde, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt. Dann wurde ein 100 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm über dem Siliziumoxynitridfilm, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Sputtertargets ausgebildet, in dem das Atomverhältnis von In zu Ga und Zn 1:1:1,2 war, und eine Wärmebehandlung wurde bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung bei 450°C in einer Mischatmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt. Danach wurde ein 100 nm dicker Silizumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Dann wurde der Film einer Wärmebehandlung in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff bei 350°C unterzogen.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer Probe, die den Oxidleiterfilm (OC_Ar dope + SiN_x) beinhaltet, ist wie folgt. Ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde über einem Glassubstrat durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet und dann einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, so dass ein Sauerstoffion dem Siliziumoxynitridfilm zugesetzt wurde, wodurch ein Siliziumoxynitridfilm ausgebildet wurde, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt. Dann wurde ein 100 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm über dem Siliziumoxynitridfilm, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Sputtertargets ausgebildet, in dem das Atomverhältnis von In zu Ga und Zn 1:1:1,2 war, und eine Wärmebehandlung wurde bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung bei 450°C in einer Mischatmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt. Als Nächstes wurde mit einer Dotiereinrichtung Argon mit einer Dosierung von 5 × 10¹⁴ Ionen/cm² dem In-Ga-Zn-Oxidfilm bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kV zugesetzt, und Sauerstofffehlstellen wurden in dem In-Ga-Zn-Oxidfilm gebildet. Danach wurde ein 100 nm dicker Silizumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Dann wurde der Film einer Wärmebehandlung in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff bei 350°C unterzogen.
Ein Verfahren zum Ausbilden einer Probe, die den Oxidleiterfilm (OC_Ar plasma + SiN_x) beinhaltet, ist wie folgt. Ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde über einem Glassubstrat durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet und dann einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, wodurch ein Siliziumoxynitridfilm ausgebildet wurde, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt. Dann wurde ein 100 nm dicker In-Ga-Zn-Oxidfilm über dem Siliziumoxynitridfilm, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Sputtertargets ausgebildet, in dem das Atomverhältnis von In zu Ga und Zn 1:1:1,2 war, und eine Wärmebehandlung wurde bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung bei 450°C in einer Mischatmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt. Dann wurde in einer Plasmabehandlungseinrichtung ein Argonplasma erzeugt, beschleunigte Argonionen kollidierten mit dem In-Ga-Zn-Oxidfilm, und Sauerstofffehlstellen wurden in dem In-Ga-Zn-Oxidfilm gebildet. Danach wurde ein 100 nm dicker Silizumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Dann wurde der Film einer Wärmebehandlung in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff bei 350°C unterzogen.
Als Nächstes zeigt 39 den gemessenen spezifischen Widerstand der Proben. Hier wurde der spezifische Widerstand durch das Van-der-Pauw-Verfahren unter Verwendung von vier Anschlüssen gemessen. In 39 stellt die horizontale Achse die Messtemperatur dar und die vertikale Achse stellt den spezifischen Widerstand dar. Messergebnisse des Oxidleiterfilms (OC_SiN_x) sind als Vierecke dargestellt, Messergebnisse des Oxidleiterfilms (OC_Ar dope + SiN_x) sind als Kreise dargestellt, und Messergebnisse des Oxidleiterfilms (OC_Ar plasma + SiN_x) sind als Dreiecke dargestellt.
Es sei angemerkt, dass, obwohl nicht gezeigt, der Oxidhalbleiterfilm, der nicht mit dem Siliziumnitridfilm in Kontakt steht, hohen spezifischen Widerstand hatte, welcher schwierig zu messen war. Daher wird festgestellt, dass der Oxidleiterfilm niedrigeren spezifischen Widerstand hat als der Oxidhalbleiterfilm.
Gemäß 39 sind in dem Fall, in dem der Oxidleiterfilm (OC_Ar dope + SiN_x) und der Oxidleiterfilm (OC_Ar plasma + SiN_x) eine Sauerstofffehlstelle und Wasserstoff enthalten, Schwankungen des spezifischen Widerstandes gering. Die Schwankungen des spezifischen Widerstandes bei Temperaturen von 80 K bis 290 K betragen typischerweise weniger als ±20%. Alternativ betragen die Schwankungen des spezifischen Widerstandes bei Temperaturen von 150 K bis 250 K weniger als ±10%. Mit anderen Worten: Der Oxidleiter ist ein entarteter Halbleiter, und es wird angedeutet, dass die Leitungsbandkante mit dem Fermi-Niveau übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt. Daher wird dann, wenn der Oxidleiterfilm als Source-Bereich und Drain-Bereich eines Transistors verwendet wird, ein ohmscher Kontakt in einem Bereich gebildet, in dem der Oxidleiterfilm in Kontakt mit einem leitenden Film steht, der als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dient, und der Kontaktwiderstand des Oxidleiterfilms und des leitenden Films, der als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dient, kann reduziert werden. Zudem ist bei dem Oxidleiter die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes niedrig; daher sind Schwankungen des Kontaktwiderstandes des Oxidleiterfilms und eines leitenden Films gering, der als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dient, und ein hochzuverlässiger Transistor kann erzielt werden.
3A bis 3D sowie 4A und 4B sind vergrößerte Ansichten der näheren Umgebung des Oxidhalbleiterfilms 110. Es sei angemerkt, dass in 3A bis 3D sowie 4A und 4B einige Bestandteile nicht abgebildet sind, um die Komplexität zu vermeiden.
Ein Bereich, in dem die Ladungsträgerdichte des Oxidhalbleiterfilms erhöht wird und seine Leitfähigkeit erhöht wird (nachstehend wird ein derartiger Bereich als niederohmiger Bereich bezeichnet), wird im Querschnitt des Oxidhalbleiterfilms 110 in der Kanal-Längsrichtung ausgebildet. Des Weiteren können niederohmige Bereiche, die in dem Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet sind, eine Vielzahl von Strukturen wie in 3A bis 3D sowie 4A und 4B aufweisen. Es sei angemerkt, dass in 3A bis 3D sowie 4A und 4B eine Kanallänge L einer Länge eines Bereichs zwischen einem Paar von niederohmigen Bereichen entspricht.
Wie in 3A gezeigt, beinhaltet der Oxidhalbleiterfilm 110 einen Kanalbereich 110a, der in einem sich mit dem leitenden Film 114 überlappenden Bereich ausgebildet ist, und niederohmige Bereiche 110b und 110c, zwischen denen der Kanalbereich 110a liegt und die die Verunreinigungselemente enthalten. Es sei angemerkt, dass wie in 3A in der Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung die Grenzflächen zwischen dem Kanalbereich 110a und den niederohmigen Bereichen 110b und 110c mit unteren Endbereichen des leitenden Films 114a übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen, wobei der Isolierfilm 112 zwischen dem leitenden Film 114a und den Grenzflächen liegt. Das heißt, dass in einer Form der oberen Oberfläche die Grenzflächen zwischen dem Kanalbereich 110a und den niederohomigen Bereichen 110b und 110c mit den unteren Endbereichen des leitenden Films 114a übereinstimmen oder im Wesentlichen übereinstimmen.
Es sei angemerkt, dass wie in 3A, in der Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, der Endbereich des leitenden Films 114a weiter außen liegen kann als der Endbereich des leitenden Films 114b und der leitende Film 114b eine sich verjüngende Form aufweisen kann. Das heißt: Ein Winkel θ1 zwischen einer Oberfläche, an der der leitende Film 114a und der leitende Film 114b in Kontakt miteinander stehen, und einer Seitenfläche des leitenden Films 114b kann kleiner als 90°, größer als oder gleich 10° und kleiner als oder gleich 85°, größer als oder gleich 15° und kleiner als oder gleich 85°, größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 85°, größer als oder gleich 45° und kleiner als oder gleich 85°, oder größer als oder gleich 60° und kleiner als oder gleich 85° sein. Wenn der Winkel θ1 kleiner als 90°, größer als oder gleich 10° und kleiner als oder gleich 85°, größer als oder gleich 15° und kleiner als oder gleich 85°, größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 85°, größer als oder gleich 45° und kleiner als oder gleich 85°, oder größer als oder gleich 60° und kleiner als oder gleich 85° ist, kann die Abdeckung der Seitenflächen des Isolierfilms 114b mit dem Isolierfilm 118 erhöht werden.
Wie in 3A kann, in der Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, der Endbereich des Isolierfilms 112 weiter außen liegen als die Endbereiche des leitenden Films 114a und des leitenden Film 114b. Der Endbereich des Isolierfilms 112 kann teilweise bogenförmig sein. Alternativ kann der Isolierfilm 112 eine sich verjüngende Form aufweisen. Das heißt: Ein Winkel θ2 zwischen einer Oberfläche, an der der Oxidhalbleiterfilm 110 und der Isolierfilm 112 in Kontakt miteinander stehen, und einer Seitenfläche des Isolierfilms 112 kann kleiner als 90°, bevorzugt größer als oder gleich 30° und kleiner als 90° sein.
Alternativ beinhalten wie in 3B, in einer Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, die niederohmigen Bereiche 110b und 110c jeweils einen Bereich, der sich mit dem leitenden Film 114 überlappt, wobei der Isolierfilm 112 dazwischen liegt. Die Bereiche dienen als Überlappungsbereich. Der Überlappungsbereich in der Kanal-Längsrichtung wird als L_ov bezeichnet. L_ov ist kleiner als 20%, kleiner als 10%, kleiner als 5% oder kleiner als 2% der Kanallänge L.
Alternativ beinhaltet wie in 3C, in einer Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, der Kanalbereich 110a einen Bereich, der sich nicht mit dem unteren Endbereich des leitenden Film 114a überlappt. Der Bereich dient als Offset-Bereich. Die Länge des Offset-Bereichs in der Kanal-Längsrichtung wird als L_off bezeichnet. Es sei angemerkt, dass dann, wenn eine Vielzahl von Offset-Bereichen bereitgestellt ist, L_off die Länge eines Offset-Bereichs angibt. L_off ist in der Kanallänge L enthalten. Es sei angemerkt, dass L_off kleiner als 20%, kleiner als 10%, kleiner als 5% oder kleiner als 2% der Kanallänge L ist.
Alternativ beinhaltet wie in 3D, in einer Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, der Oxidhalbleiterfilm 110 einen niederohmigen Bereich 110d zwischen dem Kanalbereich 110a und dem niederohmigen Bereich 110b, und einen niederohmigen Bereich 110e zwischen dem Kanalbereich 110a und dem niederohmigen Bereich 110c. Die niederohmigen Bereiche 110d und 110e haben niedrigere Konzentrationen der Verunreinigungselemente und höheren spezifischen Widerstand als die niederohmigen Bereiche 110b und 110c. Hier überlappen sich die niederohmigen Bereiche 110d und 110e mit dem Isolierfilm 112, aber sie können sich mit dem Isolierfilm 112 und dem leitenden Film 114 überlappen.
Alternativ beinhaltet wie in 4A, in einer Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, der Oxidhalbleiterfilm 110 Bereiche 110f und 110g in Bereichen, die sich mit den leitenden Filmen 122 und 124 überlappen. Das Verunreinigungselement ist nicht notwendigerweise den Bereichen 110f und 110g zugesetzt. In diesem Fall beinhaltet der Oxidhalbleiterfilm 110 Bereiche, die die Verunreinigungselemente enthalten, d. h. die niederohmigen Bereiche 110b und 110c. Der niederohmige Bereich (110b oder 110c) ist zwischen dem Kanalbereich 110a und dem Bereich (110f oder 110g) in Kontakt mit dem leitenden Film (122 oder 124) bereitgestellt. Die Bereiche 110f und 110g haben Leitfähigkeit, wenn eine Spannung an die leitenden Filme 122 und 124 angelegt wird; somit dienen die Bereiche 110f und 110g als Source-Bereich und Drain-Bereich.
Es sei angemerkt, dass die Struktur in 4A wie folgt ausgebildet wird: Nachdem die leitenden Filme 122 und 124 ausgebildet worden sind, wird das Verunreinigungselement zu dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch den Isolierfilm 120 und den Isolierfilm 118 unter Verwendung der leitenden Filme 114, 122 und 124 als Maske zugesetzt.
Alternativ können wie in 4B, in einer Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung, die niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i bereitgestellt sein, zwischen denen der Kanalbereich 110a liegt.
Insbesondere beinhaltet der Oxidhalbleiterfilm 110 in 4B den Kanalbereich 110a, die niederohmigen Bereiche 110h und 110i, zwischen denen der Kanalbereich 110a liegt, die niederohmigen Bereiche 110d und 110e, zwischen denen die niederohmigen Bereiche 110h und 110i liegen, und die niederohmigen Bereiche 110b und 110c, zwischen denen die niederohmigen Bereiche 110d und 110e liegen. Die niederohmigen Bereiche 110h und 110i werden durch Zusatz des Verunreinigungselements durch Bereiche des leitenden Films 114a und des Isolierfilms 112 ausgebildet, die sich nicht mit dem leitenden Film 114b überlappen. Die niederohmigen Bereiche 110d und 110e werden durch Zusatz des Verunreinigungselements durch Bereiche des Isolierfilms 112 ausgebildet, die sich nicht mit dem leitenden Film 114a und dem leitenden Film 114b überlappen. Die niederohmigen Bereiche 110b und 110c werden durch direkten Zusatz des Verunreinigungselements ausgebildet. Deshalb haben die niederohmigen Bereiche 110h und 110i niedrigere Konzentrationen der Verunreinigungselemente und höheren spezifischen Widerstand als die niederohmigen Bereiche 110d und 110e und die niederohmigen Bereiche 110b und 110c. Ferner haben die niederohmigen Bereiche 110d und 110e niedrigere Konzentrationen der Verunreinigungselemente und höheren spezifischen Widerstand als die niederohmigen Bereiche 110b und 110c.
Es sei angemerkt, dass sich in 4B der Kanalbereich 110a mit dem leitenden Film 114b überlappt. Des Weiteren überlappen sich die niederohmigen Bereiche 110h und 110i mit dem leitenden Film 114a, der außerhalb des leitenden Films 114b hervorsteht. Des Weiteren überlappen sich die niederohmigen Bereiche 110d und 110e mit dem Isolierfilm 112, der außerhalb des leitenden Films 114a hervorsteht. Des Weiteren stehen die niederohmigen Bereiche 110b und 110c außerhalb des Isolierfilms 112 hervor und überlappen sich mit dem Isolierfilm 118.
Wie in 3D und 4B gezeigt, beinhaltet der Oxidhalbleiterfilm 110 die niederohmigen Bereiche 110d, 110e, 110h und 110i, die niedrigere Konzentrationen der Verunreinigungselemente und höheren spezifischen Widerstand haben als die niederohmigen Bereiche 110b und 110c, wodurch das elektrische Feld des Drain-Bereichs abgeschwächt werden kann. Daher kann eine Veränderung der Schwellenspannung des Transistors wegen des elektrischen Feldes des Drain-Bereichs verringert werden.
Die Oxidhalbleiterfilme 110 in 3A bis 3D sowie 4A und 4B beinhalten jeweils einen Bereich, der sich nicht mit dem Isolierfilm 112 und dem leitenden Film 114 überlappt und dünner ist als ein Bereich des Oxidhalbleiterfilms 110, der sich mit dem Isolierfilm 112 und dem leitenden Film 114 überlappt. Der dünne Bereich ist dünner als der Bereich des Oxidhalbleiterfilms, der sich mit dem Isolierfilm 112 und dem leitenden Film 114 überlappt; die Dicke des dünnen Bereichs ist größer als oder gleich 0,1 nm und kleiner als oder gleich 5 nm.
Es sei angemerkt, dass die niederohmigen Bereiche 110b und 110c in dem Oxidhalbleiterfilm 110 als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen. Zudem ist das Verunreinigungselement in den niederohmigen Bereichen 110b und 110c und den niederohmigen Bereichen 110d, 110e, 110h und 110i enthalten.
In dem Fall, in dem das Verunreinigungselement ein Edelgaselement ist und der Oxidhalbleiterfilm 110 durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, enthalten der Kanalbereich 110a und die niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i jeweils ein Edelgaselement. Es sei angemerkt, dass die Konzentrationen der Edelgaselemente in den niederohmigen Bereichen 110b und 110c höher sind als die Konzentration des Edelgaselements in dem Kanalbereich 110a. Des Weiteren sind die Konzentrationen der Edelgaselemente in den niederohmigen Bereichen 110b und 110c höher als die Konzentrationen der Edelgaselemente in den niederohmigen Bereichen 110d und 110e. Des Weiteren sind die Konzentrationen der Edelgaselemente in den niederohmigen Bereichen 110d und 110e höher als die Konzentrationen der Edelgaselemente in den niederohmigen Bereichen 110h und 110i.
Die Gründe dafür sind die folgenden: In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 110 durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird ein Edelgas als Sputtergas verwendet, so dass der Oxidhalbleiterfilm 110 das Edelgas enthält; und ein Edelgas wird bewusst zu den niederohmigen Bereichen 110b und 110c zugesetzt, um Sauerstofffehlstellen in den niederohmigen Bereichen 110b und 110c zu bilden. Des Weiteren haben die niederohmigen Bereiche 110d, 110e, 110h und 110i unterschiedliche Konzentrationen der Edelgaselemente, die zugesetzt werden, um Sauerstofffehlstellen zu bilden. Der Unterschied der Edelgaskonzentration wird durch einen Unterschied der Strukturen und Dicken der Filme über den niederohmigen Bereichen 110d, 110e, 110h und 110i verursacht. Es sei angemerkt, dass ein Edelgaselement, das sich von dem in dem Kanalbereich 110a enthaltenen Edelgaselement unterscheidet, den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i zugesetzt werden kann.
In dem Fall, in dem das Verunreinigungselement Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor oder Chlor ist, enthalten die niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i das oben beschriebene Verunreinigungselement. Deshalb sind die Konzentrationen der Verunreinigungselemente in den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i höher als die Konzentration des Verunreinigungselements in dem Kanalbereich 110a. Es sei angemerkt, dass die Konzentrationen der Verunreinigungselemente in den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i, die durch Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) gemessen werden, höher als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 1 × 10²² Atome/cm³, höher als oder gleich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 1 × 10²¹ Atome/cm³, oder höher als oder gleich 5 × 10¹⁹ Atome/cm³ und niedriger als oder gleich 5 × 10²⁰ Atome/cm³ sein können.
Die Konzentrationen der Verunreinigungselemente in den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i sind, in dem Fall, in dem die Verunreinigungselemente Wasserstoff sind, höher als diejenigen in dem Kanalbereich 110a. Es sei angemerkt, dass die Konzentrationen von Wasserstoff in den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i, die durch SIMS gemessen werden, höher als oder gleich 8 × 10¹⁹ Atome/cm³, höher als oder gleich 1 × 10²⁰ Atome/cm³, oder höher als oder gleich 5 × 10²⁰ Atome/cm³ sein können.
Da die niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i die Verunreinigungselemente enthalten, werden Sauerstofffehlstellen und Ladungsträgerdichten erhöht. Als Ergebnis haben die niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i höhere Leitfähigkeit.
Es sei angemerkt, dass das Verunreinigungselement eine Kombination aus einem Edelgas und einem oder mehreren Element/en von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor und Chlor sein kann. In diesem Fall wird in den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i die Leitfähigkeit durch Wechselwirkung zwischen Sauerstofffehlstellen, die durch das Edelgas gebildet werden, und einem oder mehreren Elemement/en von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor und Chlor, das/die zugesetzt wird/werden, in einigen Fällen weiter erhöht.
Wenn außerdem einem Oxidhalbleiter, in dem eine Sauerstofffehlstelle durch Zusatz des Verunreinigungselements erzeugt wird, Wasserstoff zugesetzt wird, tritt Wasserstoff in eine Sauerstofffehlstelle ein und bildet ein Donatorniveau in der Nähe des Leitungsbandes. Folglich kann ein Oxidleiter ausgebildet werden. Deshalb hat der Oxidleiter eine lichtdurchlässige Eigenschaft. Hier bezeichnet ein Oxidleiter einen Oxidhalbleiter, der zu einem Leiter geworden ist.
Der Oxidleiter ist ein entarteter Halbleiter, und es wird angedeutet, dass die Leitungsbandkante mit dem Fermi-Niveau übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt. Aus diesem Grund wird ein ohmscher Kontakt zwischen dem Oxidleiterfilm und den leitenden Filmen gebildet, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen; daher kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Oxidleiterfilm und den leitenden Filmen reduziert werden, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen.
Bei dem Transistor 100 bei dieser Ausführungsform liegt der Kanalbereich 110a zwischen den niederohmigen Bereichen 110b und 110c, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen. Deshalb sind der Durchlassstrom und die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 100 hoch. Zudem wird bei dem Transistor 100 das Verunreinigungselement dem Oxidhalbleiterfilm 110 unter Verwendung des leitenden Films 114 als Maske zugesetzt. Das heißt: Der niederohmige Bereich kann selbstjustiert ausgebildet werden.
Ferner überlappt sich bei dem Transistor 100 der leitende Film 114, der als Gate-Elektrode dient, nicht mit den leitenden Filmen 122 und 124, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen. Daher kann eine parasitäre Kapazität zwischen dem leitenden Film 114 und den leitenden Filmen 122 und 124 verringert werden. Als Ergebnis kann in dem Fall, in dem ein großes Substrat als das Substrat 102 verwendet wird, eine Signalverzögerung in dem leitenden Film 114 und den leitenden Filmen 122 und 124 verringert werden.
Als Nächstes werden Details der anderen Elemente in der Halbleitervorrichtung in 1A bis 1D beschrieben.
Die Art des Substrats 102 ist nicht auf eine bestimmte Art beschränkt, und ein beliebiges von verschiedenen Substraten kann als das Substrat 102 verwendet werden. Als Substrat kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat (z. B. ein einkristallines Substrat oder ein Siliziumsubstrat), ein SOI-Substrat, ein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Kunststoffsubstrat, ein Metallsubstrat, ein Edelstahlsubstrat, ein Substrat, das eine Edelstahlfolie beinhaltet, ein Wolframsubstrat, ein Substrat, das eine Wolframfolie beinhaltet, ein flexibles Substrat, ein Befestigungsfilm, Papier, darunter ein Fasermaterial, ein Basismaterialfilm oder dergleichen verwendet werden. Als Beispiel für ein Glassubstrat können ein Bariumborosilikatglas-Substrat, ein Aluminiumborosilikatglas-Substrat, ein Kalknatronglas-Substrat und dergleichen angegeben werden. Beispiele für das flexible Substrat, den Befestigungsfilm und den Basismaterialfilm sind Kunststoffe wie typischerweise Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylennaphthalat (PEN) und Polyethersulfon (PES), ein synthetisches Harz von Acryl oder dergleichen, Polyester, Polypropylen, Polyvinylfluorid, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyimid, Aramid, Epoxid, ein durch Verdampfung ausgebildeter anorganischer Film, Papier und dergleichen. Insbesondere ist es dann, wenn ein Transistor und ein Kondensator unter Verwendung eines Halbleitersubstrats, eines einkristallinen Substrats, eines SOI-Substrats oder dergleichen ausgebildet werden, möglich, einen Transistor und einen Kondensator mit weniger Schwankungen von Eigenschaften, Größen, Formen oder dergleichen und mit hoher Stromversorgungsfähigkeit sowie geringer Größe auszubilden. Eine Schaltung unter Verwendung eines derartigen Transistors und eines derartigen Kondensators auszubilden, ermöglicht es, den Stromverbrauch der Schaltung zu verringern oder die Schaltung hoch zu integrieren.
Alternativ kann ein flexibles Substrat als das Substrat 102 verwendet werden, und der Transistor und der Kondensator können direkt auf dem flexiblen Substrat angeordnet werden. Alternativ kann eine Trennschicht zwischen dem Substrat 102 und dem Transistor sowie dem Kondensator angeordnet werden. Die Trennschicht kann verwendet werden, wenn ein Teil oder die gesamte Halbleitervorrichtung, die über der Trennschicht ausgebildet ist, von dem Substrat 102 getrennt wird und auf ein anderes Substrat übertragen wird. In einem solchen Fall können der Transistor und der Kondensator auch auf ein Substrat mit niedriger Wärmebeständigkeit oder ein flexibles Substrat übertragen werden. Für die vorstehende Trennschicht kann beispielsweise eine Schichtanordnung verwendet werden, die anorganische Filme umfasst, nämlich einen Wolframfilm und einen Siliziumoxidfilm, oder ein organischer Harzfilm, der aus Polyimid oder dergleichen über einem Substrat ausgebildet ist.
Beispiele für das Substrat, auf das der Transistor und der Kondensator übertragen werden, umfassen zusätzlich zu den oben beschriebenen Substraten, über denen der Transistor und der Kondensator hergestellt werden können, ein Papiersubstrat, ein Zellglassubstrat, ein Aramidfilm-Substrat, ein Polyimidfilm-Substrat, ein Steinsubstrat, ein Holzsubstrat, ein Stoffsubstrat (darunter eine Naturfaser (z. B. Seide, Baumwolle oder Hanf), eine Kunstfaser (z. B. Nylon, Polyurethan oder Polyester), eine Regeneratfaser (z. B. Acetat, Cupro, Viskose oder regenerierter Polyester) oder dergleichen), ein Ledersubstrat, ein Gummisubstrat und dergleichen. Unter Verwendung eines derartigen Substrats kann ein Transistor mit ausgezeichneten Eigenschaften oder ein Transistor mit niedrigem Stromverbrauch ausgebildet werden, kann eine Vorrichtung mit hoher Beständigkeit hergestellt werden, kann hohe Wärmebeständigkeit bereitgestellt werden, oder kann eine Verringerung des Gewichts oder der Dicke erzielt werden.
Der Isolierfilm 108 kann jeweils durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein Laserstrahlverdampfungs-(pulsed laser deposition, PLD-)Verfahren, ein Druckverfahren, ein Beschichtungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Der Isolierfilm 108 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung aus einem Oxid-Isolierfilm oder einem Nitrid-Isolierfilm ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass ein Oxid-Isolierfilm vorzugsweise zumindest für einen Bereich des Isolierfilms 108 verwendet wird, der in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 steht, um die Eigenschaften der Grenzfläche zu dem Oxidhalbleiterfilm 110 zu verbessern. Ein Oxid-Isolierfilm, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, wird vorzugsweise als der Isolierfilm 108 verwendet, in welchem Falle Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 108 enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm 110 durch eine Wärmebehandlung übertragen werden kann.
Die Dicke des Isolierfilms 108 kann größer als oder gleich 50 nm, größer als oder gleich 100 nm und kleiner als oder gleich 3000 nm, oder größer als oder gleich 200 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm sein. Durch Verwendung des dicken Isolierfilms 108 kann die Menge an Sauerstoff, der aus dem Isolierfilm 108 abgegeben wird, erhöht werden, und die Dichte der Grenzflächenzustände an der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Oxidhalbleiterfilm 110 und eine Sauerstofffehlstelle in dem Kanalbereich 110a des Oxidhalbleiterfilms 110 können verringert werden.
Der Isolierfilm 108 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung unter Verwendung von z. B. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid und einem Ga-Zn-Oxid ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird ein Siliziumnitridfilm als der Isolierfilm 108a verwendet, und ein Siliziumoxynitridfilm wird als der Isolierfilm 108b verwendet.
Der Oxidhalbleiterfilm 110 wird typischerweise unter Verwendung eines Metalloxides, wie z. B. eines In-Ga-Oxides, eines In-Zn-Oxides oder eines In-M-Zn-Oxides (M stellt Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf dar) ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 110 eine Lichtdurchlass-Eigenschaft aufweist.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 110 ein In-M-Zn-Oxid ist und vorausgesetzt wird, dass die Summe von In und M 100 Atom-% ist, die In- und M-Anteile wie folgt sind: Die In- und M-Anteile sind vorzugsweise höher als oder gleich 25 Atom-% bzw. niedriger als 75 Atom-%, oder höher als oder gleich 34 Atom-% bzw. niedriger als 66 Atom-%.
Die Energielücke des Oxidhalbleiterfilms 110 ist 2 eV oder mehr, 2,5 eV oder mehr, oder 3 eV oder mehr.
Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 110 kann größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, oder größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 60 nm sein.
In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 110 ein In-M-Zn-Oxid ist, erfüllt das Atomverhältnis von Metallelementen eines Sputtertargets, das zum Ausbilden eines Films aus dem In-M-Zn-Oxid verwendet wird, vorzugsweise In ≥ M und Zn ≥ M. Als Atomverhältnis von Metallelementen eines derartigen Sputtertargets wird In:M:Zn = 1:1:1, In:M:Zn = 1:1:1,2, In:M:Zn = 2:1:1,5, In:M:Zn = 2:1:2,3, In:M:Zn = 2:1:3, In:M:Zn = 3:1:2 oder dergleichen bevorzugt. Es sei angemerkt, dass die Atomverhältnisse der Metallelemente in dem auszubildenden Oxidhalbleiterfilm 110 innerhalb eines Abweichungsbereiches von ±40% von dem vorstehenden Atomverhältnis der Metallelemente des Sputtertargets schwanken.
Wenn Silizium oder Kohlenstoff, das/der eines der Elemente der Gruppe 14 ist, in dem Oxidhalbleiterfilm 110 enthalten ist, werden Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 110 vermehrt, und der Oxidhalbleiterfilm 110 wird zu einem n-Typ-Film. Deshalb kann die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration (die Konzentration. wird durch SIMS gemessen) in dem Oxidhalbleiterfilm 110, im Besonderen in dem Kanalbereich 110a, niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁸ Atome/cm³, oder niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁷ Atome/cm³ sein. Als Ergebnis hat der Transistor eine positive Schwellenspannung (selbstsperrende Eigenschaften).
Des Weiteren kann die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 110, im Besonderen in dem Kanalbereich 110a, gemessen durch SIMS, niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, oder niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁶ Atome/cm³ sein. 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 bevorzugt, die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem Kanalbereich 110a zu verringern. Als Ergebnis hat der Transistor eine positive Schwellenspannung (selbstsperrende Eigenschaften).
Ferner werden dann, wenn Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 110, im Besonderen in dem Kanalbereich 110a, enthalten ist, Elektronen erzeugt, die als Ladungsträger dienen, wird die Ladungsträgerdichte erhöht, und wird der Bereich in einigen Fällen zu einem n-Typ-Bereich. Folglich ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, der einen Stickstoff enthaltenden Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Aus diesem Grund wird Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm, im Besonderen in dem Kanalbereich 110a, vorzugsweise möglichst verringert. Die Stickstoffkonzentration, gemessen durch SIMS, kann auf beispielsweise niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ eingestellt werden.
Wenn das Verunreinigungselement in dem Oxidhalbleiterfilm 110, im Besonderen in dem Kanalbereich 110a, verringert wird, kann die Ladungsträgerdichte des Oxidhalbleiterfilms verringert werden. Daher kann in dem Oxidhalbleiterfilm 110, im Besonderen in dem Kanalbereich 110a, die Ladungsträgerdichte niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁷/cm³, niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁵/cm³, niedriger als oder gleich 1 × 10¹³/cm³, niedriger als oder gleich 1 × 10¹¹/cm³, oder höher als oder gleich 1 × 10^–9/cm³ und niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁰/cm³ sein.
Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiterfilm mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration und einer niedrigen Dichte der Defektzustände für den Oxidhalbleiterfilm 110 verwendet werden kann, in welchem Falle der Transistor ausgezeichnetere elektrische Eigenschaften aufweisen 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 geringe Ladungsträgererzeugungsquellen auf und weist deshalb in einigen Fällen eine niedrige Ladungsträgerdichte auf. Daher hat ein Transistor, der den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, bei dem ein Kanalberiech gebildet wird, wahrscheinlich eine positive Schwellenspannung (selbstsperrende Eigenschaften). Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist in einigen Fällen eine niedrige Dichte der Defektzustände und daher geringe Einfangstellen für Ladungsträger auf. Des Weiteren weist ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm einen sehr niedrigen Sperrstrom auf. Der Sperrstrom kann bei einer Spannung (Drain-Spannung) zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode von 1 V bis zu 10 V niedriger als oder gleich der Messgrenze eines Halbleiterparameteranalysators, d. h. niedriger als oder gleich 1 × 10^–13 A, sein. Deshalb weist der Transistor, bei dem ein Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet wird, in einigen Fällen geringe Schwankungen der elektrischen Eigenschaften und hohe Zuverlässigkeit auf.
Der Oxidhalbleiterfilm 110 kann beispielsweise eine nicht einkristalline Struktur aufweisen. Die nicht einkristalline Struktur umfasst beispielsweise einen kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), der später beschrieben wird, eine polykristalline Struktur, eine mikrokristalline Struktur, die später beschrieben wird, oder eine amorphe Struktur. Unter den nicht einkristallinen Strukturen weist die amorphe Struktur die höchste Dichte der Defektniveaus auf, während CAAC-OS die niedrigste Dichte der Defektniveaus aufweist.
Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 110 ein Mischfilm sein kann, der zwei oder mehr der folgenden Bereiche aufweist: einen Bereich mit einer amorphen Struktur, einen Bereich mit einer mikrokristallinen Struktur, einen Bereich mit einer polykristallinen Struktur, einen CAAC-OS-Bereich und einen Bereich mit einer einkristallinen Struktur. Der Mischfilm hat in einigen Fällen eine einschichtige Struktur, die beispielsweise zwei oder mehr aus einem Bereich mit einer amorphen Struktur, einem Bereich mit einer mikrokristallinen Struktur, einem Bereich mit einer polykristallinen Struktur, einem CAAC-OS-Bereich und einem Bereich mit einer einkristallinen Struktur aufweist. Des Weiteren hat der Mischfilm in einigen Fällen eine mehrschichtige Struktur aus, beispielsweise zwei oder mehr Bereichen von einem Bereich mit einer amorphen Struktur, einem Bereich mit einer mikrokristallinen Struktur, einem Bereich mit einer polykristallinen Struktur, einem CAAC-OS-Bereich und einem Bereich mit einer einkristallinen Struktur.
Es sei angemerkt, dass sich in dem Oxidhalbleiterfilm 110 die Kristallinität des Kanalbereichs 110a in einigen Fällen von der Kristallinität jedes der niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i unterscheidet. Insbesondere ist in dem Oxidhalbleiterfilm 110 die Kristallinität des Kanalbereichs 110a höher als die Kristallinität jedes der niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i. Das liegt daran, dass dann, wenn das Verunreinigungselement zu den niederohmigen Bereichen 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i zugesetzt wird, die niederohmigen Bereiche 110b, 110c, 110d, 110e, 110h und 110i beschädigt werden und daher niedrigere Kristallinität aufweisen.
Der Isolierfilm 112 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung aus einem Oxid-Isolierfilm oder einem Nitrid-Isolierfilm ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass ein Oxid-Isolierfilm vorzugsweise zumindest für einen Bereich des Isolierfilms 112 verwendet wird, der in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 steht, um die Eigenschaften der Grenzfläche zu dem Oxidhalbleiterfilm 110 zu verbessern. Der Isolierfilm 112 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung unter Verwendung von z. B. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid oder einem Ga-Zn-Oxid ausgebildet werden.
Darüber hinaus ist durch Bereitstellen eines Isolierfilms mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen als der Isolierfilm 112 möglich, Diffusion von Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiterfilm 110 nach außen und Eintritt von Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in den Oxidhalbleiterfilm 110 zu verhindern. Als Isolierfilm mit einem Sperreffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen kann ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Galliumoxynitridfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Yttriumoxynitridfilm, ein Hafniumoxidfilm, ein Hafniumoxynitridfilm oder dergleichen verwendet werden.
Der Isolierfilm 112 kann unter Verwendung eines High-k-Materials, wie z. B. Hafniumsilikat (HfSiO_x), Hafniumsilikat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfSi_xO_yN_z), Hafniumaluminat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfAl_xO_yN_z), Hafniumoxid oder Yttriumoxid, ausgebildet werden, so dass der Gate-Leckstrom des Transistors verringert werden kann.
Ein Oxid-Isolierfilm, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, wird vorzugsweise als der Isolierfilm 112 verwendet, in welchem Falle Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 112 enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm 110 durch eine Wärmebehandlung übertragen werden kann.
Die Dicke des Isolierfilms 112 kann größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 400 nm, größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 300 nm, oder größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 250 nm sein.
Der leitende Film 114, der leitende Film 116, der leitende Film 122, der leitende Film 124 und der leitende Film 126 können durch ein Sputterverfahren, ein Vakuum-Verdampfungsverfahren, ein Laserstrahlverdampfungs-(PLD-)Verfahren, ein thermisches CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Jeder von dem leitenden Film 114, dem leitenden Film 116, dem leitenden Film 122, dem leitenden Film 124 und dem leitenden Film 126 kann unter Verwendung z. B. eines Metallelements, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Tantal, Titan, Molybdän, Nickel, Eisen, Kobalt und Wolfram ausgewählt wird, einer Legierung, die eines dieser Metallelemente als Komponente enthält, einer Legierung, die diese Metallelemente in Kombination enthält, oder dergleichen ausgebildet werden. Ferner kann/können ein oder mehrere Metallelement/e, das/die aus Mangan und Zirconium ausgewählt wird/werden, verwendet werden. Des Weiteren können der leitende Film 114, der leitende Film 116, der leitende Film 122, der leitende Film 124 und der leitende Film 126 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen. Zum Beispiel kann eine der folgenden Strukturen verwendet werden: eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms, eine einschichtige Struktur eines Mangan enthaltenden Kupferfilms, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Aluminiumfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Titannitridfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einen Titannitridfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einen Tantalnitridfilm oder einen Wolframnitridfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einen Mangan enthaltenden Kupferfilm geschichtet ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Mangan enthaltender Kupferfilm, ein Kupferfilm und ein Mangan enthaltender Kupferfilm in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind, und dergleichen. Alternativ kann ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm verwendet werden, der Aluminium und ein oder mehrere Element/e enthält, das/die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt wird/werden.
Es sei angemerkt, dass der leitende Film 114 und der leitende Film 116 dasselbe Material und dieselbe mehrschichtige Struktur aufweisen, weil sie gleichzeitig ausgebildet werden. Des Weiteren weisen der leitende Film 122, der leitende Film 124 und der leitende Film 126 dasselbe Material und dieselbe mehrschichtige Struktur auf, weil sie gleichzeitig ausgebildet werden.
Der leitende Film 114, der leitende Film 116, der leitende Film 122, der leitende Film 124 und der leitende Film 126 können auch unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials, wie z. B. Indiumzinnoxid (nachstehend auch als ITO bezeichnet), Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, das Siliziumoxid enthält, ausgebildet werden. Es ist auch möglich, eine mehrschichtige Struktur zu verwenden, die unter Verwendung des oben angegebenen lichtdurchlässigen leitenden Materials und des oben angegebenen Metallelements ausgebildet wird.
Die Dicken des leitenden Films 114, des leitenden Films 116, des leitenden Films 122, des leitenden Films 124 und des leitenden Films 126 können jeweils größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, oder größer als oder gleich 100 nm und kleiner als oder gleich 400 nm sein.
Ein Nitrid-Isolierfilm wird für den Isolierfilm 118 verwendet. Der Nitrid-Isolierfilm kann unter Verwendung von Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen ausgebildet werden. Die Wasserstoffkonzentration des Isolierfilms 118 ist vorzugsweise höher als oder gleich 1 × 10²² Atome/cm³. Des Weiteren steht der Isolierfilm 118 in Kontakt mit dem niederohmigen Bereich des Oxidhalbleiterfilms 110. Daher diffundiert Wasserstoff, der in dem Isolierfilm 118 enthalten ist, in den niederohmigen Bereich des Oxidhalbleiterfilms 110, wodurch die Wasserstoffkonzentration des niederohmigen Bereichs höher ist als diejenige des Kanalbereichs des Oxidhalbleiterfilms 110.
Der Isolierfilm 120 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung aus einem Oxid-Isolierfilm oder einem Nitrid-Isolierfilm ausgebildet werden. Der Isolierfilm 120 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung beispielsweise unter Verwendung von Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid und einem Ga-Zn-Oxid ausgebildet werden.
Der Isolierfilm 128 ist vorzugsweise ein Film, der als Sperrfilm gegen Wasserstoff, Wasser und dergleichen von außen dient. Der Isolierfilm 128 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung unter Verwendung von z. B. Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen ausgebildet werden.
Die Dicken des Isolierfilms 118, des Isolierfilms 120 und des Isolierfilms 128 können jeweils größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, oder größer als oder gleich 100 nm und kleiner als oder gleich 400 nm sein.
<Struktur 2 einer Halbleitervorrichtung>
Eine weitere Struktur der Halbleitervorrichtung in 1A bis 1D wird anhand von 5A bis 5D sowie 6 beschrieben.
5A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100A, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist. 5B ist eine Draufsicht auf einen Kondensator 150A, der in der Halbleitervorrichtung enthalten ist. 5C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 5A. 5D ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 5B.
Der Transistor 100A in 5A und 5C beinhaltet den Isolierfilm 104 über dem Substrat 102, einen leitenden Film 106 über dem Isolierfilm 104, den Isolierfilm 108 über dem Isolierfilm 104 und dem leitenden Film 106, den Oxidhalbleiterfilm 110, der sich mit dem leitenden Film 106 überlappt, wobei der Isolierfilm 108 dazwischen liegt, den Isolierfilm 112 über dem Oxidhalbleiterfilm 110, den leitenden Film 114, der sich mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 überlappt, wobei der Isolierfilm 112 dazwischen liegt, den Isolierfilm 118, der den Oxidhalbleiterfilm 110, den Isolierfilm 112 und den leitenden Film 114 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118, den leitenden Film 122, der mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch den Öffnungsteil 140a in dem Isolierfilm 118 und dem Isolierfilm 120 verbunden ist, und den leitenden Film 124, der mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch den Öffnungsteil 140b in dem Isolierfilm 118 und dem Isolierfilm 120 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 128, der den Isolierfilm 120, den leitenden Film 122 und den leitenden Film 124 bedeckt, über dem Transistor 100A bereitgestellt sein kann.
Es sei angemerkt, dass in 5C der leitende Film 106 eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 106a und einem leitenden Film 106b über dem leitenden Film 106a hat. Der Isolierfilm 108 hat eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 108a und dem Isolierfilm 108b über dem Isolierfilm 108a. Der leitende Film 114 hat eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 114a und dem leitenden Film 114b über dem leitenden Film 114a. Der leitende Film 122 hat eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 122a und dem leitenden Film 122b über dem leitenden Film 122a. Der leitende Film 124 hat eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 124a und dem leitenden Film 124b über dem leitenden Film 124a.
Bei dem Transistor 100A dient der leitende Film 106 als erste Gate-Elektrode (auch als Bottom-Gate-Elektrode bezeichnet), der leitende Film 114 dient als zweite Gate-Elektrode (auch als Top-Gate-Elektrode bezeichnet), der leitende Film 122 dient als eine Elektrode von einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode, und der leitende Film 124 dient als die andere Elektrode von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode. Außerdem dient bei dem Transistor 100A der Isolierfilm 108 als erster Gate-Isolierfilm, und der Isolierfilm 112 dient als zweiter Gate-Isolierfilm.
Es sei angemerkt, dass sich der Transistor 100A in 5A und 5C von dem oben beschriebenen Transistor 100 unterscheidet und eine Struktur hat, bei der der leitende Film, der als Gate-Elektrode dient, über und unter dem Oxidhalbleiterfilm 110 bereitgestellt ist. Wie bei dem Transistor 100A können zwei oder mehr Gate-Elektroden in der Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt sein.
Der Kondensator 150A in 5B und 5D beinhaltet den Isolierfilm 104 über dem Substrat 102, den Isolierfilm 108 über dem Isolierfilm 104, den Isolierfilm 112 über dem Isolierfilm 108, den leitenden Film 116 über dem Isolierfilm 112, den Isolierfilm 118, der den Isolierfilm 108, den Isolierfilm 112 und den leitenden Film 116 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118 und den leitenden Film 126, der sich mit dem leitenden Film 116 überlappt, wobei der Isolierfilm 118 in dem Öffnungsteil 140c in dem Isolierfilm 120 dazwischen liegt. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 128, der den Isolierfilm 120 und den leitenden Film 126 bedeckt, über dem Kondensator 150A bereitgestellt sein kann.
Es sei angemerkt, dass in 5D der Isolierfilm 108 eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 108a und dem Isolierfilm 108b über dem Isolierfilm 108a hat. Der leitende Film 116 hat eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 116a und dem leitenden Film 116b über dem leitenden Film 116a. Der leitende Film 126 hat eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 126a und dem leitenden Film 126b über dem leitenden Film 126a.
Des Weiteren hat der Kondensator 150A eine Struktur, bei der ein Dielektrikum zwischen einem Paar von Elektroden bereitgestellt ist. Im Einzelnen ist eine des Paars von Elektroden der leitende Film 116, ist die andere des Paars von Elektroden der leitende Film 126 und dient der Isolierfilm 118 zwischen dem leitenden Film 116 und dem leitenden Film 126 als Dielektrikum.
Es sei angemerkt, dass der leitende Film 114, der als zweite Gate-Elektrode des Transistors 100A dient, und der leitende Film 116, der als eine des Paars von Elektroden des Kondensators 150A dient, in dem gleichen Schritt ausgebildet werden, und die leitenden Filme 114 und 116 zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet sind. Des Weiteren werden der leitende Film 122 und der leitende Film 124, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 100A dienen, und der leitende Film 126, der als die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 150A dient, in dem gleichen Schritt ausgebildet und werden die leitenden Filme 122, 124 und 126 zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet.
Die Herstellungskosten können verringert werden, indem, wie oben beschrieben, die leitenden Filme, die als Elektroden des Transistors 100A und des Kondensators 150A dienen, in dem gleichen Schritt ausgebildet werden.
Darüber hinaus hat bei dem Kondensator 150A der Isolierfilm 120 den Öffnungsteil 140c. Deshalb kann in einem Isolierfilm, in dem der Isolierfilm 118 und der Isolierfilm 120 übereinander geschichtet sind, nur der Isolierfilm 118 als Dielektrikum dienen. Der Kondensator 150A mit einer derartigen Struktur kann einen hohen Kapazitätswert aufweisen; folglich kann eine Anzeigevorrichtung einen hohen Kapazitätswert aufweisen.
6 ist eine Querschnittsansicht des Transistors 100A, der in 5A dargestellt ist, in Richtung der Strichpunktlinie Y3-Y4 (der Kanal-Breitenrichtung).
Wie in 6 dargestellt, ist der leitende Film 114, der als zweite Gate-Elektrode dient, mit dem leitenden Film 106, der als erste Gate-Elektrode dient, in einem Öffnungsteil 139 in dem Isolierfilm 108 und dem Isolierfilm 112 verbunden. Deshalb wird das gleiche Potential an den leitenden Film 114 und den leitenden Film 106 angelegt. Es sei angemerkt, dass der leitende Film 114 und der leitende Film 106 nicht notwendigerweise miteinander verbunden sind, in welchem Falle der Öffnungsteil 139 nicht bereitgestellt ist. Im Falle der Verwendung der Struktur, bei der der leitende Film 114 und der leitende Film 106 nicht miteinander verbunden sind, können unterschiedliche Potentiale an den leitenden Film 114 und den leitenden Film 106 angelegt werden.
Darüber hinaus ist, wie in 6 dargestellt, der Oxidhalbleiterfilm 110 so angeordnet, dass er dem leitenden Film 106, der als erste Gate-Elektrode dient, und dem leitenden Film 114 zugewandt ist, der als zweite Gate-Elektrode dient, und liegt zwischen den zwei leitenden Filmen, die als Gate-Elektroden dienen. Die Länge des leitenden Films 114, der als zweite Gate-Elektrode dient, in der Kanal-Breitenrichtung ist länger als die Länge des Oxidhalbleiterfilms 110 in der Kanal-Breitenrichtung. In der Kanal-Breitenrichtung ist der gesamte Oxidhalbleiterfilm 110 mit dem leitenden Film 114 bedeckt, wobei der Isolierfilm 112 dazwischen liegt. Da der leitende Film 114, der als zweite Gate-Elektrode dient, mit dem leitenden Film 106, der als erste Gate-Elektrode dient, in dem Öffnungsteil 139 in dem Isolierfilm 108 und dem Isolierfilm 112 verbunden ist, ist eine Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 110 in der Kanal-Breitenrichtung dem leitenden Film 114 zugewandt, der als zweite Gate-Elektrode dient, wobei der Isolierfilm 112 dazwischen liegt.
Mit anderen Worten: In der Kanal-Breitenrichtung des Transistors 100A sind der leitende Film 106, der als erste Gate-Elektrode dient, und der leitende Film 114, der als zweite Gate-Elektrode dient, in dem Öffnungsteil in dem Isolierfilm 108, der als erster Gate-Isolierfilm dient, und dem Isolierfilm 112, der als zweiter Gate-Isolierfilm dient, miteinander verbunden; und der leitende Film 106 und der leitende Film 114 umgeben den Oxidhalbleiterfilm 110, wobei der Isolierfilm 108, der als erster Gate-Isolierfilm dient, und der Isolierfilm 112, der als zweiter Gate-Isolierfilm dient, dazwischen liegen.
Mit einer derartigen Struktur können elektrische Felder des leitenden Films 106, der als erste Gate-Elektrode dient, und des leitenden Films 114, der als zweite Elektrode dient, den Oxidhalbleiterfilm 110 in dem Transistor 100A elektrisch umgeben. Eine Struktur eines Transistors, wie diejenige des Transistors 100A, bei der elektrische Felder einer ersten Gate-Elektrode und einer zweiten Gate-Elektrode einen Oxidhalbleiterfilm elektrisch umgeben, in dem ein Kanalbereich gebildet ist, kann als umgebene Kanal-(surrounded channel, s-channel- bzw. s-Kanal-)Struktur bezeichnet werden.
Da der Transistor 100A die s-Kanal-Struktur aufweist, kann ein elektrisches Feld zum Anregen eines Kanals effektiv an den Oxidhalbleiterfilm 110 durch den leitenden Film 106, der als erste Gate-Elektrode dient, oder den leitenden Film 114, der als zweite Gate-Elektrode dient, angelegt werden; deshalb kann die Strom-Ansteuerungsfähigkeit des Transistors 100A verbessert werden und können hohe Durchlassstrom-Eigenschaften erzielt werden. Da der Durchlassstrom erhöht werden kann, ist es möglich, die Größe des Transistors 100A zu verringern. Zudem kann, da der Transistor 100A eine Struktur aufweist, bei der der Oxidhalbleiterfilm 110 von dem leitenden Film 106, der als erste Gate-Elektrode dient, und dem leitenden Film 114 umgeben ist, der als zweite Gate-Elektrode dient, die mechanische Festigkeit des Transistors 100A erhöht werden.
Es sei angemerkt, dass in der Kanal-Breitenrichtung des Transistors 100A ein Öffnungsteil, der sich von dem Öffnungsteil 139 unterscheidet, auf der Seite des Oxidhalbleiterfilms 110 ausgebildet werden kann, auf der der Öffnungsteil 139 nicht ausgebildet ist.
Ein Material, das dem Material des Isolierfilms 108 gleicht, kann für den Isolierfilm 104 verwendet werden, der in dem Transistor 100A und dem Kondensator 150A enthalten ist. Hier wird als der Isolierfilm 104 ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet.
Ein Material, das dem Material jedes der leitenden Filme 114, 122 und 124 gleicht, kann für den leitenden Film 106 verwendet werden, der in dem Transistor 100A enthalten ist. Hier wird als der leitende Film 106a ein 10 nm dicker Tantalnitridfilm mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet, und wird als der leitende Film 106b ein 300 nm dicker Kupferfilm mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wird eine weitere Struktur der Halbleitervorrichtungen in 1A bis 1D sowie 5A bis 5D anhand von 7A bis 7D, 8A bis 8D, 9A bis 9D, 10 sowie 11A beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Halbleitervorrichtungen in 7A bis 7D, 8A bis 8D, 9A bis 9D, 10 sowie 11A Modifikationsbeispiele für die Halbleitervorrichtung in 5A bis 5D sind.
7A ist eine Querschnittsansicht eines Transistors 100B, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist. 7B ist eine Querschnittsansicht eines Kondensators 150B, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist. Es sei angemerkt, dass Draufsichten auf den Transistor 100B und den Kondensator 150B den Draufsichten in 5A und 5B gleichen; daher sind sie nicht hier dargestellt. In einer ähnlichen Weise gleichen Draufsichten auf einen Transistor 100C in 7C, einen Kondensator 150C in 7D, einen Transistor 100D in 8A, einen Kondensator 150D in 8B, einen Transistor 100E in 8C, einen Kondensator 150E in 8D, einen Transistor 100F in 9A, einen Kondensator 150F in 9B, einen Transistor 100G in 9C und einen Kondensator 150G in 9D den Draufsichten in 5A und 5B; deshalb sind sie nicht hier dargestellt.
Zudem wird in dem Fall, in dem ein Teil in einer von 7A bis 7D, 8A bis 8D, 9A bis 9D, 10 sowie 11 eine der oben beschriebenen Funktion ähnliche Funktion hat, das selbe Schraffurmuster bei dem Teil verwendet, und der Teil wird manchmal nicht gesondert mit einem Bezugszeichen bezeichnet.
<Struktur 3 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100B in 7A unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Form des leitenden Films 114. Insbesondere hat der leitende Film 114 in dem Transistor 100B eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 114a und dem leitenden Film 114b über dem leitenden Film 114a, ein unterer Endbereich des leitenden Films 114a stimmt mit einem oberen Endbereich des Isolierfilms 112 überein oder stimmt im Wesentlichen mit ihm überein, und ein unterer Endbereich des leitenden Films 114b liegt weiter innen als ein oberer Endbereich des leitenden Films 114a. Außerdem ist ein Endbereich des leitenden Films 114b teilweise bogenförmig.
Der Kondensator 150B in 7B unterscheidet sich von dem Kondensator 150A in 5D hinsichtlich der Form des leitenden Films 116. Insbesondere hat der leitende Film 116 in dem Kondensator 150B eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 116a und dem leitenden Film 116b über dem leitenden Film 116a, ein unterer Endbereich des leitenden Films 116a stimmt mit einem oberen Endbereich des Isolierfilms 112 überein oder stimmt im Wesentlichen mit ihm überein, und ein unterer Endbereich des leitenden Films 116b liegt weiter innen als ein oberer Endbereich des leitenden Films 116a.
Wenn der Isolierfilm 112 und/oder die leitenden Filme 114 und 116 die Form in 7A und 7B haben, kann die Abdeckung mit dem Isolierfilm 118 erhöht werden.
<Struktur 4 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100C in 7C unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Form des Isolierfilms 112. Insbesondere liegen ein unterer Endbereich und ein oberer Endbereich des Isolierfilms 112 in dem Transistor 100C weiter außen als ein unterer Endbereich des leitenden Films 114. Das heißt: Der Isolierfilm 112 hat eine Form, die von dem leitenden Film 114 hervorsteht. Wenn der Isolierfilm 112 die Form in 7C hat, kann der Isolierfilm 118 weit entfernt von dem Kanalbereich des Oxidhalbleiterfilms 110 gehalten werden; somit kann der Eintritt von Stickstoff, Wasserstoff und dergleichen, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, in den Kanalbereich des Oxidhalbleiterfilms 110 unterdrückt werden.
Der Kondensator 150C in 7D unterscheidet sich von dem Kondensator 150A in 5D hinsichtlich der Form des Isolierfilms 112. Insbesondere liegen ein unterer Endbereich und ein oberer Endbereich des Isolierfilms 112 in dem Kondensator 150C weiter außen als ein unterer Endbereich des leitenden Films 116.
Wenn der Isolierfilm 112 die Form in 7C und 7D hat, kann die Abdeckung mit dem Isolierfilm 118 erhöht werden.
<Struktur 5 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100D in 8A unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Strukturen des Isolierfilms 108 und des Isolierfilms 112. Insbesondere hat der Isolierfilm 108 in dem Transistor 100D in 8A eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 108a, dem Isolierfilm 108b und einem Isolierfilm 108c. Der Isolierfilm 112 in dem Transistor 100D in 8A hat eine mehrschichtige Struktur aus einem Isolierfilm 112a und einem Isolierfilm 112b.
Der Kondensator 150D in 8B unterscheidet sich von dem Kondensator 150A in 5D hinsichtlich der Strukturen des Isolierfilms 108 und des Isolierfilms 112. Insbesondere hat der Isolierfilm 108 in dem Kondensator 150D in 8B eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 108a, dem Isolierfilm 108b und dem Isolierfilm 108c. Der Isolierfilm 112 in dem Kondensator 150D in 8B hat eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 112a und dem Isolierfilm 112b.
Der Isolierfilm 108c und der Isolierfilm 112a können unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms mit einer niedrigen Dichte der Zustände (density of states) des Stickstoffoxides ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Dichte der Zustände des Stickstoffoxides zwischen der Energie an der Obergrenze des Valenzbandes (E_{v_os}) und der Energie an der Untergrenze des Leitungsbandes (E_{c_os}) des Oxidhalbleiterfilms ausgebildet werden kann. Ein Siliziumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, ein Aluminiumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, oder dergleichen kann als der Oxid-Isolierfilm verwendet werden, in dem die Dichte der Zustände des Stickstoffoxides zwischen E_{v_os} und E_{c_os} niedrig ist. Es sei angemerkt, dass die durchschnittliche Dicke jedes der Isolierfilme 108c und 112a größer als oder gleich 0,1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, oder größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm ist.
Es sei angemerkt, dass ein Siliziumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, ein Film ist, in dem die Menge an abgegebenem Ammoniak in thermischer Desorptionsspektroskopie-(TDS-)Analyse größer ist als die Menge an abgegebenem Stickstoffoxid; die Menge an abgegebenem Ammoniak ist typischerweise größer als oder gleich 1 × 10¹⁸ Moleküle/cm³ und kleiner als oder gleich 5 × 10¹⁹ Moleküle/cm³. Es sei angemerkt, dass die Menge an abgegebenem Ammoniak die Menge an durch eine Wärmebehandlung abgegebenem Ammoniak ist, bei der die Oberflächentemperatur eines Films höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 650°C, bevorzugt höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 550°C ist.
Die Isolierfilme 108b und 112b können unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die durchschnittlichen Dicken der Isolierfilme 108b und 112b jeweils größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm, oder größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 500 nm sind.
Typische Beispiele für den Oxid-Isolierfilm, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, umfassen einen Siliziumoxynitridfilm und einen Aluminiumoxynitridfilm.
Stickstoffoxid (NO_x; x ist größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 2, bevorzugt größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 2), typischerweise NO₂ oder NO, bildet Niveaus in dem Isolierfilm 108, dem Isolierfilm 112 und dergleichen. Das Niveau liegt in der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms 110. Wenn Stickstoffoxid in die Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Oxidhalbleiterfilm 110, die Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 112 und dem Oxidhalbleiterfilm 110 und die Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Isolierfilm 112 diffundiert, wird daher ein Elektron durch das Niveau auf der Seite des Isolierfilms 108 und der Seite des Isolierfilms 112 eingefangen. Als Ergebnis bleibt das eingefangene Elektron in der näheren Umgebung der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Oxidhalbleiterfilm 110, der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 112 und dem Oxidhalbleiterfilm 110 und der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Isolierfilm 112; daher wird die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschoben.
Stickstoffoxid reagiert mit Ammoniak und Sauerstoff bei einer Wärmebehandlung. Da Stickstoffoxid, das in den Isolierfilmen 108b und 112b enthalten ist, mit Ammoniak, das in den Isolierfilmen 108c und 112a enthalten ist, bei einer Wärmebehandlung reagiert, wird Stickstoffoxid verringert, das in den Isolierfilmen 108b und 112b enthalten ist. Deshalb wird ein Elektron an der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Oxidhalbleiterfilm 110, der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 112 und dem Oxidhalbleiterfilm 110 und der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 108 und dem Isolierfilm 112 kaum eingefangen.
Indem der Oxid-Isolierfilm mit einer niedrigen Dichte der Zustände des Stickstoffoxides zwischen E_{v_os} und E_{c_os} für die Isolierfilme 108c und 112a verwendet wird, kann die Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors verringert werden, was zu geringer Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors führt.
Es sei angemerkt, dass in einem ESR-Spektrum der Isolierfilme 108 und 112 bei 100 K oder niedriger durch eine Wärmebehandlung eines Herstellungsprozesses des Transistors, typischerweise eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 300°C und unter der Entspannungsgrenze des Substrats, ein erstes Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, ein zweites Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und ein drittes Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, beobachtet werden. Die Spaltbreite des ersten und des zweiten Signals und die Spaltbreite des zweiten und des dritten Signals, die durch eine ESR-Messung unter Verwendung eines X-Bandes erhalten werden, sind jeweils etwa 5 mT. Die Summe der Spin-Dichten des ersten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, des zweiten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und des dritten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, ist niedriger als 1 × 10¹⁸ Spins/cm³, typischerweise höher als oder gleich 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ und niedriger als 1 × 10¹⁸ Spins/cm³.
In dem ESR-Spektrum bei 100 K oder niedriger entsprechen das erste Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, das zweite Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und das dritte Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, Signalen, die auf Stickstoffoxid zurückzuführen sind (NO_x; x ist größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 2, bevorzugt größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 2). Typische Beispiele für Stickstoffoxid umfassen Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Mit anderen Worten: Je niedriger die gesamte Spin-Dichte des ersten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, des zweiten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und des dritten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, ist, desto niedriger ist der Gehalt von Stickstoffoxid in dem Oxid-Isolierfilm.
Ein Oxid-Isolierfilm, der Stickstoff enthält und eine kleine Menge an Defekten hat, hat eine Stickstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, von niedriger als oder gleich 6 × 10²⁰ Atome/cm³.
Indem ein Oxid-Isolierfilm, der Stickstoff enthält und eine kleine Menge an Defekten hat, durch ein PECVD-Verfahren unter Verwendung von Silan und Distickstoffmonoxid bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 220°C, höher als oder gleich 280°C oder höher als oder gleich 350°C ausgebildet wird, kann ein dichter und fester Film ausgebildet werden.
<Struktur 6 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100E in 8C unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Formen des Isolierfilms 112 und des leitenden Films 114. Insbesondere ist ein Endbereich des Isolierfilms 112 in dem Transistor 100E teilweise bogenförmig. Außerdem liegen der untere Endbereich und der obere Endbereich des leitenden Films 114a weiter innen als der obere Endbereich des Isolierfilms 112. Außerdem liegt der untere Endbereich des leitenden Films 114b weiter innen als der obere Endbereich des leitenden Films 114a. Des Weiteren sind die Endbereiche des leitenden Films 114a und des leitenden Films 114b teilweise bogenförmig.
Der Kondensator 150E in 8D unterscheidet sich von dem Kondensator 150A in 5D hinsichtlich der Formen des Isolierfilms 112 und des leitenden Films 116. Insbesondere ist der Endbereich des Isolierfilms 112 in dem Kondensator 150E teilweise bogenförmig. Außerdem liegen der untere Endbereich und der obere Endbereich des leitenden Films 116a weiter innen als der obere Endbereich des Isolierfilms 112. Außerdem liegt der untere Endbereich des leitenden Films 116b weiter innen als der obere Endbereich des leitenden Films 116a. Es sei angemerkt, dass die Endbereiche des leitenden Films 116a und des leitenden Films 116b teilweise bogenförmig sind.
<Struktur 7 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100F in 9A unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Formen des Isolierfilms 112, des leitenden Films 114 und dergleichen. Insbesondere haben der Isolierfilm 112 und der leitende Film 114 in dem Transistor 100F eine im Querschnitt rechteckige Form. Des Weiteren beinhaltet der Transistor 100F einen Isolierfilm 117 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 110 und dem Isolierfilm 118.
Der Kondensator 150F in 9B unterscheidet sich von dem Kondensator 150A in 5D hinsichtlich der Formen des Isolierfilms 112, des leitenden Films 116 und dergleichen. Insbesondere haben der Isolierfilm 112 und der leitende Film 116 in dem Kondensator 150F eine im Querschnitt rechteckige Form. Des Weiteren beinhaltet der Kondensator 150F den Isolierfilm 117 zwischen dem leitenden Film 116 und dem Isolierfilm 118.
Der Isolierfilm 117 in 9A und 9B kann unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms ausgebildet werden, der Stickstoff enthält, eine kleine Menge an Defekten hat und für den Isolierfilm 108c und den Isolierfilm 112a in dem Transistor 100D und dem Kondensator 150D verwendet werden kann, die in 8A und 8B dargestellt sind.
Wenn die Struktur des Transistors 100F die Form in 9A hat, haben die Formen von niederohmigen Bereichen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet sind, eine in 10 gezeigte Struktur.
10 ist eine vergrößerte Ansicht der Nähe des Oxidhalbleiterfilms 110 des Transistors 100F in 9A. Ein Bereich, in dem die Ladungsträgerdichte des Oxidhalbleiterfilms erhöht wird und seine Leitfähigkeit erhöht wird (ein niederohmiger Bereich), wird im Querschnitt des Oxidhalbleiterfilms 110 in der Kanal-Längsrichtung wie in 10 ausgebildet. In 10 entspricht eine Kanallänge L einer Länge eines Bereichs zwischen dem Paar von niederohmigen Bereichen.
Wie in 10 beinhaltet in einer Querschnittsform in der Kanal-Längsrichtung der Oxidhalbleiterfilm 110 den niederohmigen Bereich 110d zwischen dem Kanalbereich 110a und dem niederohmigen Bereich 110b, und den niederohmigen Bereich 110e zwischen dem Kanalbereich 110a und dem niederohmigen Bereich 110c. Die niederohmigen Bereiche 110d und 110e haben niedrigere Konzentrationen der Verunreinigungselemente und höheren spezifischen Widerstand als die niederohmigen Bereiche 110b und 110c. Hier überlappen sich die niederohmigen Bereiche 110d und 110e mit dem Isolierfilm 117 in Kontakt mit Seitenflächen des Isolierfilms 112 und des leitenden Films 114. Es sei angemerkt, dass sich die niederohmigen Bereiche 110d und 110e mit dem Isolierfilm 112 und dem leitenden Film 114 überlappen können.
Der Oxidhalbleiterfilm 110 beinhaltet die niederohmigen Bereiche 110d und 110e, die niedrigere Konzentrationen der Verunreinigungselemente und höheren spezifischen Widerstand haben als die niederohmigen Bereiche 110b und 110c, wodurch das elektrische Feld des Drain-Bereichs abgeschwächt werden kann. Daher kann eine Veränderung der Schwellenspannung des Transistors wegen des elektrischen Feldes des Drain-Bereichs verringert werden.
<Struktur 8 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100G in 9C unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Formen des Isolierfilms 112 und des Oxidhalbleiterfilms 110. Insbesondere hat der Isolierfilm 112 in dem Transistor 100G zwei Dicken; eine Dicke eines Bereichs, der sich mit dem leitenden Film 114 überlappt, unterscheidet sich von einer Dicke eines Bereichs, der sich nicht mit dem leitenden Film 114 überlappt. Die Dicke des Bereichs, der sich nicht mit dem leitenden Film 114 überlappt, ist kleiner als die Dicke des Bereichs, der sich mit dem leitenden Film 114 überlappt. Des Weiteren bedeckt der Isolierfilm 112 den Oxidhalbleiterfilm 110; deshalb hat der gesamte Oxidhalbleiterfilm 110 die im Wesentlichen gleichmäßige Dicke.
Der Kondensator 150G in 9D unterscheidet sich von dem Kondensator 150A in 5D hinsichtlich der Form des Isolierfilms 112. Insbesondere hat der Isolierfilm 112 in dem Kondensator 150G zwei Dicken; eine Dicke eines Bereichs, der sich mit dem leitenden Film 116 überlappt, unterscheidet sich von einer Dicke eines Bereichs, der sich nicht mit dem leitenden Film 116 überlappt. Die Dicke des Bereichs, der sich nicht mit dem leitenden Film 116 überlappt, ist kleiner als die Dicke des Bereichs, der sich mit dem leitenden Film 116 überlappt.
Beispielsweise kann der Isolierfilm 112 in 9C und 9D wie folgt ausgebildet werden: Wenn der Isolierfilm 112 entfernt wird, nachdem der leitende Film 114 verarbeitet worden ist, wird ein Bereich des Isolierfilms 112 übrig gelassen, der sich nicht mit dem leitenden Film 114 überlappt.
Es sei angemerkt, dass bei dem Transistor 100G in 9C der Isolierfilm 112 in Kontakt mit dem Kanalbereich 110a des Oxidhalbleiterfilms 110 steht und in Kontakt mit den niederohmigen Bereichen 110b und 110c steht. Außerdem sind in dem Isolierfilm 112 Dicken von Bereichen in Kontakt mit den niederohmigen Bereichen 110b und 110c kleiner als eine Dicke eines Bereichs in Kontakt mit dem Kanalbereich 110a; die durchschnittliche Dicke des Isolierfilms 112 ist typischerweise größer als oder gleich 0,1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, oder größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm. Als Ergebnis kann das Verunreinigungselement dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch den Isolierfilm 112 zugesetzt werden; außerdem kann Wasserstoff, der in dem Isolierfilm 118 enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm 110 durch den Isolierfilm 112 übertragen werden. Daher können die niederohmigen Bereiche 110b und 110c ausgebildet werden.
Wenn der Isolierfilm 112 unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms ausgebildet wird, der Stickstoff enthält und eine kleine Menge an Defekten hat, wird Stickstoffoxid in dem Isolierfilm 112 kaum erzeugt, so dass die Einfangstellen für Ladungsträger an der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 112 und dem Oxidhalbleiterfilm 110 verringert werden können. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung jedes der Transistoren verringert werden, was zu einer geringeren Schwankung der elektrischen Eigenschaften der Transistoren führt.
Darüber hinaus hat der Isolierfilm 108 eine aus mehreren Schichten bestehende Struktur aus den Isolierfilmen 108a, 108b und 108c; beispielsweise wird der Isolierfilm 108a unter Verwendung eines Nitrid-Isolierfilms ausgebildet, der Isolierfilm 108b wird unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms ausgebildet, der durch Erwärmung Sauerstoff abgibt, und der Isolierfilm 108c wird unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms ausgebildet, der Stickstoff enthält und eine kleine Menge an Defekten hat. Außerdem wird der Isolierfilm 112 unter Verwendung eines Oxid-Isolierfilms ausgebildet, der Stickstoff enthält und eine kleine Menge an Defekten hat. Das heißt: Der Oxidhalbleiterfilm 110 kann mit dem Oxid-Isolierfilm bedeckt sein, der Stickstoff enthält und eine kleine Menge an Defekten hat. Als Ergebnis können die Einfangstellen für Ladungsträger an den Grenzflächen zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 110 und den Isolierfilmen 108c und 112 verringert werden, während Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 108b enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm 110 durch eine Wärmebehandlung übertragen wird, um Sauerstofffehlstellen in dem Kanalbereich 110a des Oxidhalbleiterfilms 110 zu verringern. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors verringert werden, was zu einer geringeren Schwankung der elektrischen Eigenschaften des Transistors führt.
<Struktur 9 einer Halbleitervorrichtung>
Der Transistor 100H in 11A unterscheidet sich von dem Transistor 100A in 5C hinsichtlich der Struktur des Oxidhalbleiterfilms 110. Insbesondere umfasst der Oxidhalbleiterfilm 110 in dem Transistor 100H einen Oxidhalbleiterfilm 110_1 und einen Oxidhalbleiterfilm 110_2, der in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 110_1 steht. Das heißt: Der Oxidhalbleiterfilm 110 weist eine aus mehreren Schichten bestehende Struktur auf.
Des Weiteren beinhaltet der Oxidhalbleiterfilm 110 des Transistors 100H in 11A die oben beschriebenen niederohmigen Bereiche. Insbesondere beinhaltet der Oxidhalbleiterfilm 110 des Transistors 100H einen Kanalbereich 110a_1, einen Kanalbereich 110a_2, einen niederohmigen Bereich 110b_1, einen niederohmigen Bereich 110b_2, einen niederohmigen Bereich 110c_1 und einen niederohmigen Bereich 110_c2.
<Bandstruktur>
Hierbei ist eine Bandstruktur im A-B-Querschnitt in 11B gezeigt, der die Kanalbereiche des Transistors 100H umfasst. Es sei angemerkt, dass man davon ausgeht, dass der Oxidhalbleiterfilm 110_2 eine größere Energielücke aufweist als der Oxidhalbleiterfilm 110_1. Des Weiteren geht man davon aus, dass der Isolierfilm 108a, der Isolierfilm 108b und der Isolierfilm 112 größere Energielücken aufweisen als der Oxidhalbleiterfilm 110_1 und der Oxidhalbleiterfilm 110_2. Des Weiteren geht man davon aus, dass die Fermi-Niveaus (als Ef bezeichnet) des Oxidhalbleiterfilms 110_1, des Oxidhalbleiterfilms 110_2, des Isolierfilms 108a, des Isolierfilms 108b und des Isolierfilms 112 ihren intrinsischen Fermi-Niveaus (als Ei bezeichnet) gleich sind. Außerdem geht man davon aus, dass Austrittsarbeiten des leitenden Films 106 und des leitenden Films 114 den Fermi-Niveaus gleich sind.
Wenn eine Gate-Spannung auf höher als oder gleich der Schwellenspannung des Transistors eingestellt wird, fließt ein Elektron bevorzugt in dem Oxidhalbleiterfilm 110_1 aufgrund des Unterschiedes zwischen den Energien der Untergrenzen der Leitungsbänder des Oxidhalbleiterfilms 110_1 und des Oxidhalbleiterfilms 110_2. Das heißt: Es ist wahrscheinlich, dass ein Elektron in dem Oxidhalbleiterfilm 110_1 eingebettet ist.
Es sei angemerkt, dass die Energie an der Untergrenze des Leitungsbandes als Ec bezeichnet wird und dass die Energie an der Obergrenze des Valenzbandes als Ev bezeichnet wird.
Folglich verringert bei dem Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Einbetten eines Elektrons den Einfluss der Grenzflächenstreuung (interface scattering). Deshalb ist der Kanal-Widerstand des Transistors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung niedrig.
Als Nächstes zeigt 11C eine Bandstruktur im C-D-Querschnitt, der den Source-Bereich oder den Drain-Bereich des Transistors umfasst. Es sei angemerkt, dass man davon ausgeht, dass sich der niederohmige Bereich 110c_1 und der niederohmige Bereich 110c_2 in einem entarteten Zustand befinden. Des Weiteren geht man davon aus, dass das Fermi-Niveau des Oxidhalbleiterfilms 110_1 ungefähr gleich der Energie der Untergrenze des Leitungsbandes in dem niederohmigen Bereich 110c_1 ist. Des Weiteren geht man davon aus, dass das Fermi-Niveau des Oxidhalbleiterfilms 110_2 ungefähr gleich der Energie der Untergrenze des Leitungsbandes in dem niederohmigen Bereich 110c_2 ist.
Dabei wird ein ohmscher Kontakt zwischen dem leitenden Film 124, der als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode dient, und dem niederohmigen Bereich 110c_2 gebildet, weil eine Energiebarriere dazwischen ausreichend niedrig ist. Ferner wird ein ohmscher Kontakt zwischen dem niederohmigen Bereich 110c_2 und dem niederohmigen Bereich 110c_1 gebildet. Daher wird ein Elektron reibungslos zwischen dem leitenden Film 124 und den Oxidhalbleiterfilmen 110_1 und 110_2 übertragen.
Es sei angemerkt, dass eine Beschreibung, die derjenigen von 11 C ähnlich ist, für einen Bereich gegeben werden kann, in dem der leitende Film 122, der als eine Elektrode von einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode des Transistors dient, in Kontakt mit dem niederohmigen Bereich 110b_1 und dem niederohmigen Bereich 110b_2 des Oxidhalbleiterfilms 110 steht.
Wie oben beschrieben, ist der Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Transistor, bei dem der Kanal-Widerstand niedrig ist und ein Elektron reibungslos zwischen dem Kanalbereich und den Source- und Drain-Elektroden übertragen wird. Das heißt: Der Transistor hat ausgezeichnete Umschalteigenschaften.
<Verbindungsabschnitte und Kreuzungsabschnitt von leitenden Filmen einer Halbleitervorrichtung>
Als Nächstes werden Strukturen von Verbindungsabschnitten und einem Kreuzungsabschnitt von leitenden Filmen der Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in 5A bis 5D anhand von 30A bis 30D beschrieben. Es sei angemerkt, dass 30A bis 30C Querschnittsansichten sind, die Strukturen von Verbindungsabschnitten von leitenden Filmen zeigen, und 30D eine Querschnittsansicht ist, die eine Struktur eines Kreuzungsabschnitts von zwei unterschiedlichen leitenden Filmen zeigt.
Der Verbindungsabschnitt in 30A beinhaltet den Isolierfilm 104 über dem Substrat 102, einen leitenden Film 306 über dem Isolierfilm 104, den Isolierfilm 108, der den leitenden Film 306 bedeckt, den Isolierfilm 112 über dem Isolierfilm 108, einen leitenden Film 314, der über dem Isolierfilm 112 bereitgestellt ist und mit dem leitenden Film 306 in einem Öffnungsteil 352 in dem Isolierfilm 112 und dem Isolierfilm 108 verbunden ist, den Isolierfilm 118, der die Isolierfilme 108 und 112 und den leitenden Film 314 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118, einen leitenden Film 318, der über dem Isolierfilm 120 bereitgestellt ist und mit dem leitenden Film 314 in einem Öffnungsteil 353 in den Isolierfilmen 118 und 120 verbunden ist, und den Isolierfilm 128, der den Isolierfilm 120 und den leitenden Film 318 bedeckt.
Der Verbindungsabschnitt in 30B beinhaltet den Isolierfilm 104 über dem Substrat 102, den Isolierfilm 108 über dem Isolierfilm 104, den Isolierfilm 112 über dem Isolierfilm 108, einen leitenden Film 324 über dem Isolierfilm 112, den Isolierfilm 118, der die Isolierfilme 108 und 112 und den leitenden Film 324 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118, einen leitenden Film 328, der über dem Isolierfilm 120 bereitgestellt ist und mit dem leitenden Film 324 in einem Öffnungsteil 354 in den Isolierfilmen 118 und 120 verbunden ist, und den Isolierfilm 128, der den Isolierfilm 120 und den leitenden Film 328 bedeckt.
Der Verbindungsabschnitt in 30C beinhaltet den Isolierfilm 104 über dem Substrat 102, einen leitenden Film 316 über dem Isolierfilm 104, den Isolierfilm 108, der den leitenden Film 316 bedeckt, den Isolierfilm 112 über dem Isolierfilm 108, einen leitenden Film 334, der über dem Isolierfilm 112 bereitgestellt ist und mit dem leitenden Film 316 in einem Öffnungsteil 355 in dem Isolierfilm 112 und dem Isolierfilm 108 verbunden ist, den Isolierfilm 118, der den Isolierfilm 108 und den leitenden Film 334 bedeckt, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118, und den Isolierfilm 128 über dem Isolierfilm 120.
Der Kreuzungsabschnitt in 30D beinhaltet den Isolierfilm 104 über dem Substrat 102, einen leitenden Film 326 über dem Isolierfilm 104, den Isolierfilm 108, der den leitenden Film 326 bedeckt, den Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 108, den Isolierfilm 120 über dem Isolierfilm 118, einen leitenden Film 338 über dem Isolierfilm 120 und den Isolierfilm 128 über dem leitenden Film 338.
Es sei angemerkt, dass in 30A bis 30D der Isolierfilm 108 eine mehrschichtige Struktur aus dem Isolierfilm 108a und dem Isolierfilm 108b über dem Isolierfilm 108a hat. Außerdem hat in 30A der leitende Film 306 eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 306a und einem leitenden Film 306b über dem leitenden Film 306a, der leitende Film 314 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 314a und einem leitenden Film 314b über dem leitenden Film 314a, und der leitende Film 318 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 318a und einem leitenden Film 318b über dem leitenden Film 318a. Außerdem hat in 30B der leitende Film 324 eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 324a und einem leitenden Film 324b über dem leitenden Film 324a, und der leitende Film 328 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 328a und einem leitenden Film 328b über dem leitenden Film 328a. Außerdem hat in 30C der leitende Film 316 eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 316a und einem leitenden Film 316b über dem leitenden Film 316a, und der leitende Film 334 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 334a und einem leitenden Film 334b über dem leitenden Film 334a. Außerdem hat in 30D der leitende Film 326 eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 326a und einem leitenden Film 326b über dem leitenden Film 326a, und der leitende Film 338 hat eine mehrschichtige Struktur aus einem leitenden Film 338a und einem leitenden Film 338b über dem leitenden Film 338a.
Die leitenden Filme 306, 316 und 326 werden in dem gleichen Schritt wie einem Schritt zum Ausbilden des leitenden Films 106 ausgebildet, der in dem Transistor 100A enthalten ist. Mit anderen Worten sind der leitende Film 106, der leitende Film 306, der leitende Film 316 und der leitende Film 326 zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet. Des Weiteren werden die leitenden Filme 314, 324 und 334 in dem gleichen Schritt wie einem Schritt zum Ausbilden des leitenden Films 114, der in dem Transistor 100A enthalten ist, und des leitenden Films 116 ausgebildet, der in dem Kondensator 150A enthalten ist. Mit anderen Worten sind der leitende Film 114, der leitende Film 116, der leitende Film 314, der leitende Film 324 und der leitende Film 334 zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet. Des Weiteren werden die leitenden Filme 318, 328 und 338 in dem gleichen Schritt wie einem Schritt zum Ausbilden der leitenden Filme 122 und 124, die in dem Transistor 100A enthalten sind, und des leitenden Films 126 ausgebildet, der in dem Kondensator 150A enthalten ist. Mit anderen Worten sind der leitende Film 124, der leitende Film 126, der leitende Film 318, der leitende Film 328 und der leitende Film 338 zumindest teilweise über derselben Oberfläche ausgebildet.
Außerdem sind wie in 30D gezeigt der Isolierfilm 108, der Isolierfilm 118 und der Isolierfilm 120 zwischen dem leitenden Film 326 und dem leitenden Film 338 bereitgestellt. Mit anderen Worten hat der Kreuzungsabschnitt des leitenden Films 326 und des leitenden Films 338 eine Struktur, bei der eine Vielzahl von Isolierfilmen übereinander geschichtet sind. Wenn der Kreuzungsabschnitt der leitenden Filme die in 30D gezeigte Struktur aufweist, kann eine parasitäre Kapazität in einem Bereich verringert werden, in dem die leitenden Filme einander kreuzen. Als Ergebnis kann eine Signalverzögerung aufgrund der parasitären Kapazität verringert werden.
<Verfahren 1 zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung>
Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 100 und des Kondensators 150 in 1A bis 1D anhand von 12A bis 12H, 13A bis 13F, 14A bis 14F, 15A bis 15F sowie 16A bis 16F beschrieben.
Es sei angemerkt, dass die Filme, die in dem Transistor 100 und dem Kondensator 150 enthalten sind (d. h. der Isolierfilm, der Oxidhalbleiterfilm, der leitende Film und dergleichen), durch eines von einem Sputterverfahren, einem chemischen Gasphasenabscheidungs-(chemical vapor deposition, CVD-)Verfahren, einem Vakuum-Verdampfungsverfahren und einem Laserstrahlverdampfungs-(PLD-)Verfahren ausgebildet werden können. Alternativ kann ein Beschichtungsverfahren oder ein Druckverfahren verwendet werden. Obwohl das Sputterverfahren und ein plasmageschütztes chemisches Gasphasenabscheidungs-(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-)Verfahren typische Beispiele für das Filmausbildungsverfahren sind, kann ein thermisches CVD-Verfahren verwendet werden. Als thermisches CVD-Verfahren kann beispielsweise ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD-)Verfahren oder ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition, ALD-)Verfahren verwendet werden.
Die Abscheidung durch das thermische 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 näheren Umgebung des Substrats oder über dem Substrat reagieren. Daher wird kein Plasma bei der Abscheidung erzeugt; deshalb hat das thermische CVD-Verfahren einen Vorteil, nämlich, dass kein Defekt wegen eines Plasmaschadens erzeugt wird.
Die Abscheidung durch das 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 aufeinanderfolgend in die Kammer eingeleitet werden und dass dann die Aufeinanderfolge der Gaseinführung wiederholt wird. Beispielsweise werden zwei oder mehr Arten von Quellengasen nacheinander der Kammer zugeführt, indem die jeweiligen Umschaltventile (auch als Hochgeschwindigkeitsventile bezeichnet) umgeschaltet werden. In einem derartigen Fall wird ein erstes Quellengas eingeleitet, ein Inertgas (z. B. Argon oder Stickstoff) oder dergleichen wird gleichzeitig mit oder nach dem Einleiten des ersten Quellengases eingeleitet, damit die Quellengase nicht gemischt werden, und dann wird ein zweites Quellengas eingeleitet. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem das erste Quellengas und das Inertgas gleichzeitig eingeleitet werden, das Inertgas als Trägergas dient, und dass das Inertgas auch gleichzeitig mit dem Einleiten des zweiten Quellengases eingeleitet werden kann. Alternativ kann das erste Quellengas durch Evakuierung statt der Einleitung des Inertgases abgesaugt werden, und dann kann das zweite Quellengas eingeleitet werden. Das erste Quellengas wird an der Oberfläche des Substrats adsorbiert, um eine erste einzelne Atomlage auszubilden; dann wird das zweite Quellengas eingeleitet, um mit der ersten einzelnen Atomlage zu reagieren; als Ergebnis wird eine zweite einzelne Atomlage über die erste einzelne Atomlage geschichtet, so dass ein dünner Film ausgebildet wird.
Die Aufeinanderfolge 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 sehr kleinen FET geeignet.
Es sei angemerkt, dass 12A, 12C, 12E und 12G, 13A, 13C und 13E, 14A, 14C und 14E, 15A, 15C und 15E sowie 16A, 16C und 16E Querschnittsansichten sind, die ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 100 zeigen, und 12B, 12D, 12F und 12H, 13B, 13D und 13F, 14B, 14D und 14F, 15B, 15D und 15F sowie 16B, 16D und 16F Querschnittsansichten sind, die ein Verfahren zum Herstellen des Kondensators 150 zeigen.
Zuerst wird der Isolierfilm 108 (der Isolierfilm 108a und der Isolierfilm 108b) über dem Substrat 102 ausgebildet (siehe 12A und 12B).
Der Isolierfilm 108 kann jeweils durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfverfahren, ein Laserstrahlverdampfungs-(pulsed laser deposition, PLD-)Verfahren, ein Druckverfahren, ein Beschichtungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird als der Isolierfilm 108a ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet. Außerdem wird als der Isolierfilm 108b ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet.
Nachdem der Isolierfilm 108b ausgebildet worden ist, kann Sauerstoff zu dem Isolierfilm 108b zugesetzt werden. Beispiele für Sauerstoff, der zu dem Isolierfilm 108b zugesetzt wird, umfassen ein Sauerstoffradikal, ein Sauerstoffatom, ein Sauerstoffatomion und ein Sauerstoffmolekülion. Als Verfahren zum Zusetzen von Sauerstoff kann ein Ionendotierverfahren, ein Ionenimplantationsverfahren, eine Plasmabehandlung oder dergleichen angegeben werden. Nachdem ein Film, der Abgabe von Sauerstoff unterdrückt, über dem Isolierfilm ausgebildet worden ist, kann alternativ Sauerstoff zu dem Isolierfilm 108b durch den Film zugesetzt werden.
Alternativ kann als der Isolierfilm 108b ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm, der Sauerstoff durch eine Wärmebehandlung abgibt, unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer der PECVD-Einrichtung platziert ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 280°C, oder höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 240°C gehalten; der Druck ist mit Einführen eines Quellengases in die Behandlungskammer höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, oder 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, oder höher als oder gleich 0,25 W/cm² und niedriger als oder gleich 0,35 W/cm² wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
Hier wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Film, der Abgabe von Sauerstoff unterdrückt, über dem Isolierfilm 108b ausgebildet wird und dann Sauerstoff zu dem Isolierfilm 108b durch den Film zugesetzt wird.
Ein Film 141, der Abgabe von Sauerstoff unterdrückt, wird über dem Isolierfilm 108b ausgebildet (siehe 12C und 12D).
Als Nächstes wird Sauerstoff 142 dem Isolierfilm 108b durch den Film 141 zugesetzt (siehe 12E und 12F).
Der Film 141, der Abgabe von Sauerstoff unterdrückt, wird unter Verwendung eines der folgenden leitenden Materialien ausgebildet: ein Metallelement, das aus Aluminium, Chrom, Tantal, Titan, Molybdän, Nickel, Eisen, Kobalt und Wolfram ausgewählt wird, eine Legierung, die das oben beschriebene Metallelement als Komponente enthält, eine Legierung, die beliebige der oben beschriebenen Metallelemente in Kombination enthält, ein Metallnitrid, das das oben beschriebene Metallelement enthält, ein Metalloxid, das das oben beschriebene Metallelement enthält, ein Metallnitridoxid, das das oben beschriebene Metallelement enthält, und dergleichen.
Die Dicke des Films 141, der Abgabe von Sauerstoff unterdrückt, kann größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 20 nm, oder größer als oder gleich 2 nm und kleiner als oder gleich 10 nm sein.
Als Verfahren zum Zusetzen des Sauerstoffs 142 zu dem Isolierfilm 108b durch den Film 141 wird ein Ionendotierverfahren, ein Ionenimplantationsverfahren, eine Plasmabehandlung oder dergleichen angegeben. Indem Sauerstoff zu dem Isolierfilm 108b zugesetzt wird, wobei der Film 141 über dem Isolierfilm 108b liegt, dient der Film 141 als Schutzfilm, der Abgabe von Sauerstoff von dem Isolierfilm 108b unterdrückt. Daher kann mehr Sauerstoff zu dem Isolierfilm 108b zugesetzt werden.
In dem Fall, in dem Sauerstoff durch eine Plasmabehandlung zugesetzt wird, wird Sauerstoff durch eine Mikrowelle angeregt, um ein hochdichtes Sauerstoffplasma zu erzeugen, wodurch die Menge an Sauerstoff, der dem Isolierfilm 108b zugesetzt wird, erhöht werden kann.
Dann wird der Film 141 entfernt (siehe 12G und 12H).
Es sei angemerkt, dass die Behandlung zum Zusetzen von Sauerstoff, welche in 12C und 12D sowie 12E und 12F dargestellt ist, nicht notwendigerweise durchgeführt wird, wenn der Isolierfilm 108b, zu dem eine genügende Menge an Sauerstoff zugesetzt ist, nach dessen Abscheidung ausgebildet werden kann.
Dann wird ein Oxidhalbleiterfilm über dem Isolierfilm 108b ausgebildet, und der Oxidhalbleiterfilm wird in eine gewünschte Form verarbeitet, wodurch der Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet wird. Danach wird der Isolierfilm 112 über dem Isolierfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet (siehe 13A und 13B).
Ein Ausbildungsverfahren des Oxidhalbleiterfilms 110 wird nachstehend beschrieben. Ein Oxidhalbleiterfilm wird über dem Isolierfilm 108b durch ein Sputterverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Laserstrahlverdampfungsverfahren, ein Laserabtragungsverfahren, ein thermisches CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet. Nachdem eine Maske durch einen Lithografieschritt über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet worden ist, wird dann der Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung der Maske teilweise geätzt. Auf diese Weise kann wie in 13A der Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet werden. Danach wird die Maske entfernt. Es sei angemerkt, dass eine Wärmebehandlung durchgeführt werden kann, nachdem der Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet worden ist.
Alternativ kann unter Verwendung eines Druckverfahrens zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 110 der Oxidhalbleiterfilm 110, der einer Elementtrennung unterzogen worden ist, direkt ausgebildet werden.
Als Stromversorgungsvorrichtung zum Erzeugen von Plasma in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, kann eine HF-Stromversorgungsvorrichtung, eine Wechselstromversorgungsvorrichtung, eine Gleichstromversorgungsvorrichtung oder dergleichen nach Bedarf verwendet werden. Es sei angemerkt, dass ein CAAC-OS-Film unter Verwendung einer Wechselstromversorgungsvorrichtung oder einer Gleichstromversorgungsvorrichtung ausgebildet werden kann. Wenn der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird, ist ein Sputterverfahren unter Verwendung einer Wechselstromversorgungsvorrichtung oder einer Gleichstromversorgungsvorrichtung gegenüber einem Sputterverfahren unter Verwendung einer HF-Stromversorgungsvorrichtung bevorzugt, weil der Oxidhalbleiterfilm hinsichtlich der Filmdicke, der Filmzusammensetzung oder der Kristallinität gleichmäßig sein kann.
In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird als Sputtergas jeweils ein Edelgas (typischerweise Argon), ein Sauerstoffgas oder ein Gasgemisch aus einem Edelgas und einem Sauerstoffgas verwendet. Im Falle der Verwendung des Gasgemisches aus einem Edelgas und einem Sauerstoffgas wird vorzugsweise der Anteil an Sauerstoff in Bezug auf ein Edelgas erhöht.
Zusätzlich kann in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, ein Sputtertarget jeweils gemäß der Zusammensetzung des auszubildenden Oxidhalbleiterfilms ausgewählt werden.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem beispielsweise der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 750°C, höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 450°C, oder höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 350°C ausgebildet wird, um einen Oxidhalbleiterfilm abzuscheiden, ein CAAC-OS-Film ausgebildet werden kann. In dem Fall, in dem die Substrattemperatur höher als oder gleich 25°C und niedriger als 150°C ist, kann ein mikrokristalliner Oxidhalbleiterfilm ausgebildet werden.
Zur Abscheidung des CAAC-OS-Films, der später beschrieben wird, werden vorzugsweise die folgenden Bedingungen verwendet.
Durch Unterdrücken des Eintritts der Verunreinigungen in den CAAC-OS-Film während der Abscheidung kann verhindert werden, dass der Kristallzustand durch die Verunreinigungen verdorben 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 –80°C oder niedriger, oder –100°C oder niedriger ist.
Außerdem wird vorzugsweise der Sauerstoffanteil am Abscheidungsgas erhöht und wird die Leistung optimiert, um Plasmaschäden bei der Abscheidung zu verringern. Der Sauerstoffanteil am Abscheidungsgas wird auf höher als oder gleich 30 Vol.-%, oder 100 Vol.-% eingestellt.
Nachdem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet worden ist, kann eine Dehydratisierung oder eine Dehydrierung durch eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung wird typischerweise bei einer Temperastur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als die Entspannungsgrenze des Substrats, höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 450°C, oder höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C durchgeführt.
Die Wärmebehandlung wird in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt, die Stickstoff oder ein Edelgas wie z. B. Helium, Neon, Argon, Xenon oder Krypton enthält. Die Wärmebehandlung kann zuerst in einer Inertgasatmosphäre und dann in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden. Vorzugsweise enthalten die obige Inertgasatmosphäre und die obige Sauerstoffatmosphäre keinen Wasserstoff, kein Wasser und dergleichen. Die Behandlungszeit beträgt 3 Minuten bis 24 Stunden.
Ein Elektroofen, eine RTA-Einrichtung oder dergleichen kann für die Wärmebehandlung verwendet werden. Unter Verwendung einer RTA-Einrichtung kann die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich der Entspannungsgrenze des Substrats durchgeführt werden, wenn die Erwärmungszeit kurz ist. Deshalb kann die Zeit für die Wärmebehandlung verkürzt werden.
Indem der Oxidhalbleiterfilm abgeschieden wird, während er erwärmt wird, oder eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, nachdem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet worden ist, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm, ermittelt durch SIMS, 5 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder niedriger, 1 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder niedriger, 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder niedriger, 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ oder niedriger, 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ oder niedriger oder 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ oder niedriger sein.
In dem Fall, in dem beispielsweise ein Oxidhalbleiterfilm, z. B. ein InGaZnO_x- (X > 0) Film mittels einer Abscheidungseinrichtung unter Einsatz von ALD ausgebildet wird, werden ein In(CH₃)₃-Gas und ein O₃-Gas nacheinander mehrfach eingeleitet, um eine InO₂-Schicht auszubilden, ein Ga(CH₃)₃-Gas und ein O₃-Gas werden gleichzeitig eingeleitet, um eine GaO-Schicht auszubilden, und dann werden ein Zn(CH₃)₂-Gas und ein O₃-Gas gleichzeitig eingeleitet, 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 Bubbling (Sprudeln oder Aufwallen) mit einem Inertgas, wie z. B. Ar, erhalten wird, statt eines O₃-Gases verwendet werden kann; vorzugsweise wird jedoch ein O₃-Gas verwendet, das H nicht enthält. Statt eines In(CH₃)₃-Gases kann ein In(C₂H₅)₃-Gas verwendet werden. Statt eines Ga(CH₃)₃-Gases kann ein Ga(C₂H₅)₃-Gas verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Zn(CH₃)₂-Gas verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform der Oxidhalbleiterfilm 110 wie folgt ausgebildet wird. Ein 50 nm dicker Oxidhableiterfilm wird unter Verwendung einer Sputtereinrichtung und unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxides (In:Ga:Zn = 1:1:1,2 [Atomverhältnis]) als Sputtertarget abgeschieden, und dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 108b enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm übertragen wird. Als Nächstes wird eine Maske über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, und ein Teil des Oxidhalbleiterfilms wird selektiv geätzt. Folglich wird der Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet.
Wenn die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 350°C und niedriger als oder gleich 650°C, oder höher als oder gleich 450°C und niedriger als oder gleich 600°C durchgeführt wird, ist es möglich, einen Oxidhalbleiterfilm zu erhalten, dessen CAAC-Anteil, welcher später beschrieben wird, größer als oder gleich 60% und kleiner als 100%, größer als oder gleich 80% und kleiner als 100%, größer als oder gleich 90% und kleiner als 100%, oder größer als oder gleich 95% und kleiner als oder gleich 98% ist. Darüber hinaus ist es möglich, einen Oxidhalbleiterfilm mit einem niedrigen Gehalt an Wasserstoff, Wasser und dergleichen zu erhalten. Das heißt: Ein Oxidhalbleiterilm mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration und einer niedrigen Dichte der Defektzustände kann ausgebildet werden.
Der Isolierfilm 112 kann jeweils durch das Ausbildungsverfahren des Isolierfilms 108b ausgebildet werden. Als der Isolierfilm 112 kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden. In diesem Fall werden ein Silizium enthaltendes Abscheidungsgas und ein Oxidationsgas vorzugsweise als Quellengas verwendet. Typische Beispiele für das Silizium enthaltende Abscheidungsgas umfassen Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid. Als Oxidationsgas können Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid als Beispiele angegeben werden.
Der Siliziumoxynitridfilm, der eine kleine Menge an Defekten hat, kann als der Isolierfilm 112 durch ein PECVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Der Anteil an ein Oxidationsgas gegenüber einem Abscheidungsgas ist höher als das 20-Fache und niedriger als das 100-Fache, oder höher als oder gleich dem 40-Fachen und niedriger als oder gleich dem 80-Fachen, und der Druck in einer Behandlungskammer ist niedriger als 100 Pa oder niedriger als oder gleich 50 Pa.
Als der Isolierfilm 112 kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm, der dicht ist, unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer einer Plasma-CVD-Einrichtung platziert ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 280°C und niedriger als oder gleich 400°C gehalten; der Druck ist mit Einführen eines Quellengases in die Behandlungskammer höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa; und eine Hochfrequenzleitung wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
Der Isolierfilm 112 kann durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung einer Mikrowelle ausgebildet werden. Die Mikrowelle bezeichnet eine Welle im Frequenzbereich von 300 MHz bis 300 GHz. Im Falle einer Mikrowelle ist die Elektronentemperatur niedrig und ist die Elektronenenergie niedrig. Ferner ist in der zugeführten Leistung der Anteil der Leistung niedrig, die zur Beschleunigung der Elektronen verwendet wird, und daher kann die Leistung für Dissoziation und Ionisation von mehr Molekülen verwendet werden. Daher kann ein Plasma mit hoher Dichte (hochdichtes Plasma) angeregt werden.
Deshalb werden eine Abscheidungsoberfläche und eine abgeschiedene Schicht weniger durch ein Plasma beschädigt, und der Isolierfilm 112 mit wenig Defekten kann ausgebildet werden.
Alternativ kann der Isolierfilm 112 durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung eines Organosilan-Gases ausgebildet werden. Als Organosilan-Gas kann eine der folgenden Silizium enthaltenden Verbindungen verwendet werden: Tetraethylorthosilicat (TEOS) (chemische Formel: Si(OC₂H₅)₄), Tetramethylsilan (TMS) (chemische Formel: Si(CH₃)₄), Tetramethylcyclotetrasiloxan (TMCTS), Octamethylcyclotetrasiloxan (OMCTS), Hexamethyldisilazan (HMDS), Triethoxysilan (SiH(OC₂H₅)₃), Trisdimethylaminosilan (SiH(N(CH₃)₂)₃) oder dergleichen. Durch ein CVD-Verfahren unter Verwendung des Organosilan-Gases kann der Isolierfilm 112 mit hoher Abdeckung ausgebildet werden.
In dem Fall, in dem ein Galliumoxidfilm als der Isolierfilm 112 ausgebildet wird, kann metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein Hafniumoxidfilm als der Isolierfilm 112 durch ein thermisches CVD-Verfahren, wie z. B. ein MOCVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren, ausgebildet wird, werden zwei Arten von Gasen, d. h. Ozon (O₃) als Oxidator und ein Quellengas verwendet, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit (eine Hafniumalkoxidlösung, typischerweise Tetrakis(dimethylamid)hafnium (TDMAH)) erhalten wird, die ein Lösungsmittel und eine Hafniumvorläuferverbindung enthält. Es sei angemerkt, dass die chemische Formel von Tetrakis(dimethylamid)hafnium Hf[N(CH₃)₂]₄ ist. Beispiele für ein weiteres flüssiges Material umfassen Tetrakis(ethylmethylamid)hafnium.
In dem Fall, in dem ein Aluminiumoxidfilm als der Isolierfilm 112 durch ein thermisches CVD-Verfahren, wie z. B. ein MOCVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren, ausgebildet wird, werden zwei Arten von Gasen, z. B. H₂O als Oxidator und ein Quellengas verwendet, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit (z. B. Trimethylaluminium (TMA)) erhalten wird, die ein Lösungsmittel und eine Aluminiumvorläuferverbindung enthält. Es sei angemerkt, dass die chemische Formel von Trimethylaluminium Al(CH₃)₃ ist. Beispiele für ein weiteres flüssiges Material umfassen Tris(dimethylamid)aluminium, Triisobutylaluminium und Aluminium-tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionat). Es sei angemerkt, dass das ALD-Verfahren ermöglicht, dass der Isolierfilm 112 ausgezeichnete Abdeckung und eine kleine Dicke hat.
In dem Fall, in dem ein Siliziumoxidfilm als der Isolierfilm 112 durch ein thermisches CVD-Verfahren, wie z. B. ein MOCVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren, ausgebildet wird, wird Hexachlordisilan an einer Abscheidungsoberfläche adsorbiert, das in dem Adsorbat enthaltene Chlor wird entfernt, und Radikale eines Oxidationsgases (z. B. O₂ oder Distickstoffmonoxides) werden zugeführt, um mit dem Adsorbat zu reagieren.
Hier wird ein 100 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung als der Isolierfilm 112 ausgebildet.
Als Nächstes wird ein leitender Film 113 (einschließlich eines leitenden Films 113a und eines leitenden Films 113b) über dem Isolierfilm 112 ausgebildet (siehe 13C und 13D).
Der leitende Film 113 kann durch ein Sputterverfahren, ein Vakuum-Verdampfungsverfahren, ein Laserstrahlverdampfungs-(PLD-)Verfahren, ein thermisches CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird als der leitende Film 113a ein 10 nm dicker Tantalnitridfilm mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet. Des Weiteren wird als der leitende Film 113b ein 300 nm dicker Kupferfilm mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet. Es sei angemerkt, dass das sukzessive Ausbilden des leitenden Films 113a und des leitenden Films 113b im Vakuum bevorzugt wird, weil der Eintritt von Verunreinigungen in eine Grenzfläche zwischen dem leitenden Film 113a und dem leitenden Film 113b unterdrückt werden kann.
Alternativ kann ein Wolframfilm als der leitende Film 113b mit einer Abscheidungseinrichtung für ein ALD-Verfahren ausgebildet werden. In diesem Fall werden ein WF₆-Gas und ein B₂H₆-Gas nacheinander mehrfach eingeleitet, um einen anfänglichen Wolframfilm auszubilden, und dann werden ein WF₆-Gas und ein H₂-Gas gleichzeitig eingeleitet, so dass ein Wolframfilm ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein SiH₄-Gas anstelle eines B₂H₆-Gases verwendet werden kann.
Als Nächstes wird eine Maske 145 durch einen Lithografieschritt über dem leitenden Film 113b ausgebildet, und dann werden der leitende Film 113b, der leitende Film 113a und der Isolierfilm 112 teilweise geätzt (siehe 13E und 13F).
Als Verfahren zum Ätzen des leitenden Films 113 und des Isolierfilms 112 kann ein Nassätzverfahren und/oder ein Trockenätzverfahren nach Bedarf verwendet werden.
Dann werden der leitende Film 113 und der Isolierfilm 112 verarbeitet, während die Maske 145 verkleinert wird, wodurch die leitenden Filme 114a, 114b, 116a und 116b ausgebildet werden (siehe 14A und 14B).
Bei dem Transistor 100 wird der Oxidhalbleiterfilm 110 in einem Schritt zum Ätzen des leitenden Films 113 und des Isolierfilms 112 teilweise freigelegt. Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen durch einen Schritt zum Ätzen des leitenden Films 114 und des Isolierfilms 112 ein Bereich, in dem ein Teil des Oxidhalbleiterfilms 110 freigelegt ist, eine kleinere Dicke aufweist als der Oxidhalbleiterfilm 110, der sich mit dem leitenden Film 114 überlappt. Außerdem wird bei dem Transistor 100 ein Bereich des als Basisfilm dienenden Isolierfilms 108b, der von dem Oxidhalbleiterfilm 110 befreitist, in einem Schritt zum Ätzen des leitenden Films 113 und des Isolierfilms 112 teilweise entfernt, und deshalb ist die Dicke des Bereichs in einigen Fällen kleiner als diejenige eines Bereichs, der sich mit dem Oxidhalbleiterfilm 110 überlappt. Außerdem wird bei dem Kondensator 150 ein Bereich des als Basisfilm dienenden Isolierfilms 108b, der von dem Isolierfilm 112 befreit ist, in einem Schritt zum Ätzen des leitenden Films 113 und des Isolierfilms 112 teilweise entfernt, und deshalb ist die Dicke des Bereichs in einigen Fällen kleiner als diejenige eines Bereichs, der sich mit dem Isolierfilm 112 überlappt.
Als Nächstes wird ein Verunreinigungselement 143 über den Isolierfilm 108b, den Isolierfilm 112, den Oxidhalbleiterfilm 110, den leitenden Film 114 und die Maske 145 zugesetzt (siehe 14C und 14D).
In einem Schritt zum Zusetzen des Verunreinigungselements 143 wird das Verunreinigungselement den Bereichen des Oxidhalbleiterfilms 110 zugesetzt, die nicht mit dem leitenden Film 114, dem Isolierfilm 112 und der Maske 145 bedeckt sind. Es sei angemerkt, dass eine Sauerstofffehlstelle in dem Oxidhalbleiterfilm 110 durch den Zusatz des Verunreinigungselements 143 gebildet wird.
Als Verfahren zum Zusetzen des Verunreinigungselements 143 kann ein Ionendotierverfahren, ein Ionenimplantationsverfahren, eine Plasmabehandlung oder dergleichen angegeben werden. Im Falle der Plasmabehandlung wird ein Plasma in einer Atmosphäre eines Gases erzeugt, das ein zuzusetzendes Verunreinigungselement enthält, und eine Plasmabehandlung wird durchgeführt, wodurch das Verunreinigungselement zugesetzt werden kann. Eine Trockenätzeinrichtung, eine Veraschungseinrichtung, eine Plasma-CVD-Einrichtung, eine CVD-Einrichtung mit hochdichtem Plasma oder dergleichen kann verwendet werden, um das Plasma zu erzeugen.
Es sei angemerkt, dass als Quellengas des Verunreinigungselements 143 eine oder mehrere Verbindung/en von B₂H₆, PH₃, CH₄, N₂, NH₃, AlH₃, AlCl₃, SiH₄, Si₂H₆, F₂, HF, H₂ und einem Edelgas verwendet werden kann/können. Alternativ kann/können eine oder mehrere Verbindung/en von B₂H₆, PH₃, N₂, NH₃, AlH₃, AlCl₃, F₂, HF und H₂ verwendet werden, die mit einem Edelgas verdünnt wird/werden. Indem das Verunreinigungselement 143 dem Oxidhalbleiterfilm 110 unter Verwendung von einer oder mehreren Verbindung/en von B₂H₆, PH₃, N₂, NH₃, AlH₃, AlCl₃, F₂, HF und H₂ zugesetzt wird, die mit einem Edelgas verdünnt wird/werden, können das Edelgas und ein oder mehrere Element/e von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor und Chlor gleichzeitig dem Oxidhalbleiterfilm 110 zugesetzt werden.
Alternativ kann/können eine oder mehrere Verbindung/en von B₂H₆, PH₃, CH₄, N₂, NH₃, AlH₃, AlCl₃, SiH₄, Si₂H₆, F₂, HF und H₂ dem Oxidhalbleiterfilm 110 zugesetzt werden, nachdem ein Edelgas dem Oxidhalbleiterfilm 110 zugesetzt worden ist.
Alternativ kann ein Edelgas zu dem Oxidhalbleiterfilm 110 zugesetzt werden, nachdem eine oder mehrere Verbindung/en von B₂H₆, PH₃, CH₄, N₂, NH₃, AlH₃, AlCl₃, SiH₄, Si₂H₆, F₂, HF und H₂ dem Oxidhalbleiterfilm 110 zugesetzt worden ist/sind.
Das Zusetzen des Verunreinigungselements 143 wird dadurch gesteuert, dass die Implantationsbedingungen, wie z. B. die Beschleunigungsspannung und die Dosierung, enstprechend eingestellt werden. In dem Fall, in dem beispielsweise Argon durch ein Ionenimplantationsverfahren zugesetzt wird, kann die Beschleunigungsspannung auf 10 kV eingestellt werden und kann die Dosierung auf höher als oder gleich 1 × 10¹³ Ionen/cm² und niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁶ Ionen/cm², z. B. 1 × 10¹⁴ Ionen/cm² eingestellt werden. In dem Fall, in dem ein Phosphorion durch ein Ionenimplantationsverfahren zugesetzt wird, kann die Beschleunigungsspannung auf 30 kV eingestellt werden und kann die Dosierung auf höher als oder gleich 1 × 10¹³ Ionen/cm² und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁶ Ionen/cm², z. B. 1 × 10¹⁵ Ionen/cm² eingestellt werden.
In dem Fall, in dem Argon als das Verunreinigungselement 143 unter Verwendung einer Trockenätzeinrichtung zugesetzt wird, kann das Substrat auf einer parallelen Platte auf der Kathodenseite angeordnet werden, und eine HF-Leistung kann zugeführt werden, so dass eine Vorspannung an die Substratseite angelegt wird. Als HF-Leistung kann beispielsweise die Leistungsdichte höher als oder gleich 0,1 W/cm² und niedriger als oder gleich 2 W/cm² sein.
Vorzugsweise wird das Verunreinigungselement 143 in einem Zustand zugesetzt, in dem die Maske 145 wie bei dieser Ausführungsform verbleibt. Indem das Verunreinigungselement 143 in einem Zustand zugesetzt wird, in dem die Maske 145 verbleibt, kann eine Adhäsion eines Bestandelements des leitenden Films 114 an einer Seitenwand des Isolierfilms 112 unterdrückt werden. Jedoch ist ein Verfahren zum Zusetzen des Verunreinigungselements 143 nicht darauf beschränkt; das Verunreinigungselement 143 kann beispielsweise unter Verwendung des leitenden Films 114 und des Isolierfilms 112 als Maske zugesetzt werden, nachdem die Maske 145 entfernt worden ist.
Danach kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die Leitfähigkeit des Bereichs weiter zu erhöhen, dem das Verunreinigungselement 143 zugesetzt worden ist. Die Wärmebehandlung wird typischerweise bei einer Temperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als die Entspannungsgrenze des Substrats, höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 450°C, oder höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C durchgeführt.
Als Nächstes wird die Maske 145 entfernt (siehe 14E und 14F).
Dann wird der Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 108b, dem Oxidhalbleiterfilm 110 und den leitenden Filmen 114 und 116 ausgebildet, und der Isolierfilm 120 wird über dem Isolierfilm 118 ausgebildet (siehe 15A und 15B).
Damit der Isolierfilm 118 und der Isolierfilm 120 ausgebildet werden, kann jeweils das Ausbildungsverfahren des Isolierfilms 108a und des Isolierfilms 108b verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird als der Isolierfilm 118 ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet. Außerdem wird als der Isolierfilm 120 ein 300 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet.
Wenn der Isolierfilm 118 aus einem Siliziumnitridfilm ausgebildet wird, tritt Wasserstoff in dem Siliziumnitridfilm in den Oxidhalbleiterfilm 110 ein, so dass die Konzentration von Ladungsträgern in einem Bereich des Oxidhalbleiterfilms 110 in Kontakt mit dem Isolierfilm 118 weiter erhöht werden kann.
Als Nächstes wird eine Maske durch einen Lithographieschritt über dem Isolierfilm 120 ausgebildet, und dann wird der Isolierfilm 120 teilweise geätzt, wodurch der Öffnungsteil 140c ausgebildet wird, der den Isolierfilm 118 erreicht (siehe 15C und 15D).
Als Verfahren zum Ätzen des Isolierfilms 120 kann ein Nassätzverfahren und/oder ein Trockenätzverfahren nach Bedarf verwendet werden.
Als Nächstes wird eine Maske durch einen Lithographieschritt über dem Isolierfilm 120 ausgebildet, und dann werden der Isolierfilm 118 und der Isolierfilm 120 teilweise geätzt, wodurch der Öffnungsteil 140a und der Öffnungsteil 140b ausgebildet werden, die den Oxidhalbleiterfilm 110 erreichen (siehe 15E und 15F).
Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform der Öffnungsteil 140c in einem Schritt ausgebildet wird, der sich von dem Schritt unterscheidet, in dem der Öffnungsteil 140a und der Öffnungsteil 140b ausgebildet werden; jedoch ist ein Ausbildungsverfahren der Öffnungsteile nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können der Öffnungsteil 140c, der Öffnungsteil 140a und der Öffnungsteil 140b gleichzeitig unter Verwendung einer Halbtonmaske oder einer Grautonmaske ausgebildet werden. Unter Verwendung der Halbtonmaske oder der Grautonmaske kann ein Lithographieschritt verringert werden, was zu einer Verringerung der Herstellungskosten führt.
Als Nächstes wird ein leitender Film 121 (einschließlich eines leitenden Films 121a und eines leitenden Films 121b) über dem Isolierfilm 120 ausgebildet, um den Öffnungsteil 140a, den Öffnungsteil 140b und den Öffnungssteil 140c zu bedecken (siehe 16A und 16B).
Der leitende Film 121 kann jeweils durch das Ausbildungsverfahren des leitenden Films 113 ausgebildet werden. Hier wird ein 50 nm dicker Wolframfilm als der leitende Film 121a mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet. Des Weiteren wird als der leitende Film 121b ein 200 nm dicker Kupferfilm mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wird eine Maske durch einen Lithographieschritt über dem leitenden Film 121b ausgebildet, und dann werden der leitende Film 121a und der leitende Film 121b teilweise geätzt, wodurch der leitende Film 122, der leitende Film 124 und der leitende Film 126 ausgebildet werden (siehe 16C und 16D).
Es sei angemerkt, dass der leitende Film 122 eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 122a und dem leitenden Film 122b über dem leitenden Film 122a hat. Des Weiteren hat der leitende Film 124 eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 124a und dem leitenden Film 124b über dem leitenden Film 124a. Des Weiteren hat der leitende Film 126 eine mehrschichtige Struktur aus dem leitenden Film 126a und dem leitenden Film 126b über dem leitenden Film 126a.
Als Nächstes wird der Isolierfilm 128 über dem Isolierfilm 120, dem leitenden Film 122, dem leitenden Film 124 und dem leitenden Film 126 ausgebildet (siehe 16E und 16F).
Der Isolierfilm 128 kann jeweils durch das Ausbildungsverfahren des Isolierfilms 108a ausgebildet werden. Hier wird als der Isolierfilm 128 ein 200 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet.
Durch den oben beschriebenen Prozess können der Transistor 100 und der Kondensator 150 über demselben Substrat hergestellt werden.
<Verfahren 2 zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung>
Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 100A und des Kondensators 150A in 5A bis 5D nachstehend beschrieben.
Der Isolierfilm 104 wird über dem Substrat 102 ausgebildet. Als Nächstes wird ein leitender Film über dem Isolierfilm 104 ausgebildet, und der leitende Film wird in eine gewünschte Form verarbeitet, wodurch der leitende Film 106 ausgebildet wird. Dann werden Schritte durchgeführt, die den in 12A bis 12H sowie 13A und 13B dargestellten Schritten ähnlich sind. Danach wird eine Maske durch einen Lithographieschritt über dem Isolierfilm 112 ausgebildet, und dann wird der Isolierfilm 112 teilweise geätzt, wodurch der Öffnungsteil 139 ausgebildet wird, der den leitenden Film 106 erreicht. Anschließende Schritte können auf ähnliche Weise wie die in 13C und nachfolgenden Figuren dargestellten Schritte durchgeführt werden. Auf diese Weise können der Transistor 100A und der Kondensator 150A in 5A bis 5D über demselben Substrat hergestellt werden.
Die Struktur und das Verfahren, wie sie bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können in einer entsprechenden Kombination mit jeder/jedem der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen anderen Strukturen und Verfahren implementiert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird die Struktur eines Oxidhalbleiterfilms nachstehend detailliert beschrieben, der in einer Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Zuerst wird eine Struktur nachstehend beschrieben, die in einem Oxidhalbleiterfilm enthalten sein kann.
Ein Oxidhalbleiterfilm wird grob in einen einkristallinen Oxidhalbleiterfilm und einen nicht einkristallinen Oxidhalbleiterfilm eingestuft. Der nicht einkristalline Oxidhalbleiterfilm umfasst einen beliebigen Film von einem Film aus kristallinem Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), einem polykristallinen Oxidhalbleiterfilm, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm, einem amorphen Oxidhalbleiterfilm und dergleichen.
Zuerst wird ein CAAC-OS-Film beschrieben.
Der CAAC-OS-Film ist einer von Oxidhalbleiterfilmen, die eine Vielzahl von Kristallteilen mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse enthalten.
In einem Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild des CAAC-OS-Films ist eine Grenzfläche zwischen Kristallteilen, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich wahrzunehmen. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Korngrenze auftritt.
Dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films zufolge, der in einer Richtung betrachet wird, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist (Querschnitts-TEM-Bild, cross-sectional TEM image), sind Metallatome geschichtet in den Kristallteilen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die widergespiegelt wird durch eine Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet wird (eine Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet wird, wird nachstehend als Ausbildungsoberfläche bezeichnet), oder durch eine nach oben weisende Oberfläche des CAAC-OS-Films, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
Andererseits sind dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films zufolge, der in einer Richtung betrachtet wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche ist (Draufsicht-TEM-Bild, plan TEM image), Metallatome in einer dreieckigen oder sechseckigen Konfiguration in den Kristallteilen angeordnet. Zwischen unterschiedlichen Kristallteilen gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung von Metallatomen.
17A ist ein Querschnitts-TEM-Bild eines CAAC-OS-Films. 17B ist ein Querschnitts-TEM-Bild, das durch Vergrößerung des Bildes in 17A erhalten wird. In 17B ist eine Atomanordnung zum leichteren Verständnis markiert.
17C zeigt lokale Fourier-Transformationsbilder (local Fourier transform images) der Bereiche, die in 17A zwischen A und O und zwischen O und A' liegen und jeweils von einem Kreis (dessen Durchmesser etwa 4 nm ist) umgeben sind. Eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse kann in jedem Bereich in 17C beobachtet werden. Die Richtung der c-Achse zwischen A und O unterscheidet sich von derjenigen zwischen O und A', was darauf hindeutet, dass sich ein Korn in dem Bereich zwischen A und O von demjenigen zwischen O und A' unterscheidet. Zusätzlich verändert sich der Winkel der c-Achse zwischen A und O allmählich und stetig von 14,3°, 16,6° auf 30,9°. In ähnlicher Weise verändert sich der Winkel der c-Achse zwischen O und A' allmählich und stetig von –18,3°, –17,6° auf –11,3°.
Es sei angemerkt, dass in einem Elektronenbeugungsbild (electron diffraction pattern) des CAAC-OS-Films Punkte (Leuchtpunkte) mit Ausrichtung gezeigt sind. Wenn beispielsweise eine Elektronenbeugung mit einem Elektronenstrahl, der einen Durchmesser von 1 nm oder mehr und 30 nm oder weniger aufweist (eine solche Elektronenbeugung wird auch als Nanostrahlelektronenbeugung bezeichnet), an der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films durchgeführt wird, werden Punkte beobachtet (siehe 18A).
Aus den Ergebnissen des Querschnitts-TEM-Bildes und des Draufsicht-TEM-Bildes findet man eine Ausrichtung in den Kristallteilen in dem CAAC-OS-Film.
Die meisten Kristallteile in dem CAAC-OS-Film passen jeweils in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 100 nm. Deswegen gibt es einen Fall, in dem ein Kristallteil 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. Es sei angemerkt, dass dann, wenn eine Vielzahl von Kristallteilen in dem CAAC-OS-Film miteinander verbunden wird, ein großer Kristallbereich mitunter gebildet wird. Zum Beispiel wird ein Kristallbereich mit einer Fläche von 2500 nm² oder mehr, 5 μm² oder mehr oder 1000 μm² oder mehr in einigen Fällen im Draufsicht-TEM-Bild beobachtet.
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 ungefähr 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 im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films 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 im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse eintritt, oft ein Peak bei 2θ von ungefähr 56°. Dieser Peak ist der (110)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls zuzuschreiben. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (ϕ-Achse) gedreht wird, bei dem 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird. In dem Fall, in dem die Probe ein einkristalliner Oxidhalbleiterfilm aus InGaZnO₄ ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallebenen, die der (110)-Ebene gleich sind. Dahingegen ist im Falle eines CAAC-OS-Films ein Peak nicht deutlich wahrzunehmen, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf ungefähr 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 parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ausgerichtet, während die Richtungen der a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallteilen unregelmäßig orientiert sind. Jede Metallatomlage, die in dem Querschnitts-TEM-Bild als geschichtet angeordnet beobachtet wird, entspricht daher einer Ebene, die parallel zur a-b-Ebene des Kristalls ist.
Es sei angemerkt, dass der Kristallteil gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films ausgebildet wird oder durch eine Kristallisierungsbehandlung, wie z. B. eine Wärmebehandlung, ausgebildet wird. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung ausgerichtet, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem eine Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen geändert 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 in dem CAAC-OS-Film die Verteilung der Kristallteile mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse nicht unbedingt gleichmäßig. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden von Kristallteilen des CAAC-OS-Films von der näheren Umgebung der nach oben weisenden Oberfläche des Films aus beginnt, der Anteil der Kristallteile mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse in der näheren Umgebung der nach oben weisenden Oberfläche unter Umständen höher als derjenige in der näheren Umgebung der Ausbildungsoberfläche. Ferner wird bei einem Verunreinigungszusatz zu dem CAAC-OS-Film ein Bereich, dem die Verunreinigung zugesetzt wird, verändert, und der Anteil der Kristallteile mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse in dem CAAC-OS-Film variiert unter Umständen 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 ungefähr 36° zusätzlich zu dem Peak bei 2θ von ungefähr 31° beobachtet werden kann. Der Peak bei 2θ von ungefähr 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 ungefähr 31° erscheint und kein Peak bei 2θ von ungefähr 36° erscheint.
Der CAAC-OS-Film ist ein Oxidhalbleiterfilm mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration. Die Verunreinigung ist ein Element, das sich von den Hauptkomponenten des Oxidhalbleiterfilms unterscheidet, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium oder ein Übergangsmetallelement. Insbesondere stört ein Element, das höhere Bindungsstärke an Sauerstoff aufweist als ein Metallelement, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, wie z. B. Silizium, die Atomanordnung des Oxidhalbleiterfilms durch Entziehen von Sauerstoff von dem Oxidhalbleiterfilm und verringert die Kristallinität. Außerdem hat ein Schwermetall, wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlenstoffdioxid oder dergleichen einen großen Atomradius (molekularen Radius) und stört daher die Atomanordnung des Oxidhalbleiterfilms und verringert die Kristallinität, wenn es in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist. Es sei angemerkt, dass die Verunreinigung, die in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, als Einfangstelle für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquelle dienen könnte.
Der CAAC-OS-Film ist ein Oxidhalbleiterfilm mit einer niedrigen Dichte der Defektzustände. In einigen Fällen dienen Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm als Einfangsstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen, wenn Wasserstoff darin eingefangen wird.
Als Nächstes wird ein mikrokristalliner Oxidhalbleiterfilm beschrieben.
In einem Bild, das mit dem TEM aufgenommen wird, kann man in einigen Fällen keine deutlichen Kristallteile in dem mikrokristallinen Oxidhalbleiter finden. In den meisten Fällen ist ein Kristallteil in dem mikrokristallinen Oxidhalbleiter größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, oder größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm. Ein Mikrokristall mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm oder einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm wird insbesondere als Nanokristall (nanocrystal, nc) bezeichnet. Ein Oxidhalbleiterfilm, der Nanokristall aufweist, wird als nc-OS-(nanokristalliner Oxidhalbleiter-)Film bezeichnet. In einem Bild, das mit dem TEM aufgenommen wird, kann in einigen Fällen in dem nc-OS-Film keine deutliche kristalline Korngrenze gefunden werden.
In dem nc-OS-Film weist ein mikroskopischer Bereich (z. B. ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, im Besonderen ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm) eine regelmäßige Atomordnung auf. Es sei angemerkt, dass es keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen unterschiedlichen Kristallteilen in dem nc-OS-Film gibt. Daher wird keine Orientierung des ganzen Films beobachtet. Deshalb kann man in einigen Fällen in Abhängigkeit von einem Analyseverfahren den nc-OS-Film von einem amorphen Oxidhalbleiterfilm nicht unterscheiden. Wenn beispielsweise der nc-OS-Film einer Strukturanalyse durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) mittels eines XRD-Geräts unterzogen wird, wobei ein Röntgenstrahl mit einem größeren Durchmesser als demjenigen eines Kristallteils verwendet wird, erscheint kein Peak, der eine Kristallebene zeigt. Ferner wird ein Beugungsmuster wie ein Halo-Muster (halo pattern) in einem Feinbereichs-Elektronenbeugungsbild (selected-area electron diffraction pattern) des nc-OS-Films beobachtet, welches unter Verwendung eines Elektronstrahls mit einem größeren Sondendurchmesser (z. B. größer als oder gleich 50 nm) als die Größe eines Kristallteils aufgenommen wird. Indessen sind Punkte in einem Nanostrahlelektronenbeugungsbild des nc-OS-Films gezeigt, welches unter Verwendung eines Elektronstrahls mit einem Sondendurchmesser aufgenommen wird, der nahe oder kleiner als die Größe eines Kristallteils ist. In einem Nanostrahlelektronenbeugungsbild des nc-OS-Films sind außerdem in einigen Fällen Bereiche mit hoher Leuchtdichte in Kreisform (Ringform) gezeigt. Auch in einem Nanostrahlelektronenbeugungsbild des nc-OS-Films wird in einigen Fällen eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich gezeigt (siehe 18B).
Der nc-OS-Film ist ein Oxidhalbleiterfilm, der im Vergleich zu einem amorphen Oxidhalbleiterfilm hohe Regelmäßigkeit aufweist. Deshalb weist der nc-OS-Film eine niedrigere Dichte der Defektzustände auf als ein amorpher Oxidhalbleiterfilm. Jedoch gibt es keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen unterschiedlichen Kristallteilen in dem nc-OS-Film. Deshalb weist der nc-OS-Film eine höhere Dichte der Defektzustände auf als der CAAC-OS-Film.
Es sei angemerkt, dass ein Film, der die Oxidhalbleiterschicht bildet, ein mehrschichtiger Film sein kann, der beispielsweise zwei oder mehr Filme von einem amorphen Oxidhalbleiterfilm, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm und einem CAAC-OS-Film umfasst.
In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm eine Vielzahl von Strukturen hat, können die Strukturen in einigen Fällen unter Verwendung einer Nanostrahlelektronenbeugung analysiert werden.
18C stellt ein Transmissionselektronenbeugungsmessgerät dar, das beinhaltet: eine Elektronenkanonenkammer 210, ein optisches System 212 unterhalb der Elektronenkanonenkammer 210, eine Probenkammer 214 unterhalb des optischen Systems 212, ein optisches System 216 unterhalb der Probenkammer 214, eine Beobachtungskammer 220 unterhalb des optischen Systems 216, eine Kamera 218, die in der Beobachtungskammer 220 installiert ist, und eine Filmkammer 222 unterhalb der Beobachtungskammer 220. Die Kamera 218 ist derart angeordnet, dass sie sich auf die Innenseite der Beobachtungskammer 220 richtet. Es sei angemerkt, dass die Filmkammer 222 nicht notwendigerweise bereitgestellt ist.
18D stellt eine Innenstruktur des Transmissionselektronenbeugungsmessgeräts in 18C dar. Bei dem Transmissionselektronenbeugungsmessgerät wird eine Substanz 228, die in der Probenkammer 214 positioniert ist, mit Elektronen, die von einer in der Elektronenkanonenkammer 210 installierten Elektronenkanone emittiert werden, über das optische System 212 bestrahlt. Elektronen, die durch die Substanz 228 hindurch treten, fallen über das optische System 216 auf eine fluoreszierende Platte 232 ein, die in der Beobachtungskammer 220 angeordnet ist. Auf der fluoreszierenden Platte 232 erscheint ein Muster, das der Intensität der einfallenden Elektronen entspricht, was eine Messung des Transmissionselektronenbeugungsbildes ermöglicht.
Die Kamera 218 ist derart installiert, dass sie der fluoreszierenden Platte 232 zugewandt ist, und kann ein Bild eines Musters aufnehmen, das auf der fluoreszierenden Platte 232 erscheint. Ein Winkel, der von einer geraden Linie, die durch das Zentrum einer Linse der Kamera 218 und das Zentrum der fluoreszierenden Platte 232 verläuft, und der fluoreszierenden Platte 232 gebildet ist, ist beispielsweise 15° oder mehr und 80° oder weniger, 30° oder mehr und 75° oder weniger oder 45° oder mehr und 70° oder weniger. Mit der Verringerung des Winkels wird eine Verzerrung des Transmissionselektronenbeugungsbildes größer, das mit der Kamera 218 aufgenommen wird. Es sei angemerkt, dass die Verzerrung eines erhaltenen Transmissionselektronenbeugungsbildes korrigiert werden kann, wenn der Winkel im Voraus ermittelt wird. Es sei angemerkt, dass die Filmkammer 222 in einigen Fällen mit der Kamera 218 versehen sein kann. Die Kamera 218 kann beispielsweise in der Filmkammer 222 derart eingesetzt sein, dass sie der Einfallsrichtung von Elektronen 224 entgegengesetzt liegt. In diesem Fall kann ein Transmissionselektronenbeugungsbild mit weniger Verzerrung von der Rückseite der fluoreszierenden Platte 232 aufgenommen werden.
Ein Halter zum Befestigen der Substanz 228, die eine Probe ist, ist in der Probenkammer 214 angeordnet. Der Halter lässt Elektronen durch, die durch die Substanz 228 hindurch treten. Der Halter kann beispielsweise eine Funktion zum Bewegen der Substanz 228 in die Richtung der X-, Y- und Z-Achse aufweisen. Die Bewegungsfunktion des Halters kann eine Genauigkeit der Bewegung der Substanz aufweisen, die beispielsweise im Bereich von 1 nm bis 10 nm, 5 nm bis 50 nm, 10 nm bis 100 nm, 50 nm bis 500 nm und 100 nm bis 1 μm liegt. Der Bereich wird vorzugsweise auf einen optimalen Bereich für die Struktur der Substanz 228 eingestellt.
Anschließend wird ein Messverfahren eines Transmissionselektronenbeugungsbildes einer Substanz mittels des oben beschriebenen Transmissionselektronenbeugungsmessgeräts beschrieben.
Zum Beispiel können Veränderungen der Struktur einer Substanz beobachtet werden, indem, wie in 18D dargestellt, die Bestrahlungsposition der Elektronen 224, d. h. eines Nanostrahls, auf der Substanz verändert (abgetastet) wird. Dabei wird dann, wenn die Substanz 228 ein CAAC-OS-Film ist, ein Beugungsbild in 18A beobachtet. Wenn die Substanz 228 ein nc-OS-Film ist, wird ein Beugungsbild in 18B beobachtet.
Auch wenn die Substanz 228 ein CAAC-OS-Film ist, wird in einigen Fällen ein Beugungsbild, das demjenigen eines nc-OS-Films oder dergleichen ähnlich ist, teilweise beobachtet. Ob ein CAAC-OS-Film vorteihaft ist oder nicht, kann man deshalb aus dem Anteil eines Bereichs, in dem ein Beugungsbild eines CAAC-OS-Films beobachtet wird, in einer vorbestimmten Fläche (auch als CAAC-Anteil bezeichnet) bestimmen. Im Falle eines vorteilhaften CAAC-OS-Films ist der CAAC-Anteil beispielsweise 60% oder höher, bevorzugt 80% oder höher, stärker bevorzugt 90% oder höher, noch stärker bevorzugt 95% oder höher. Es sei angemerkt, dass der Anteil eines Bereichs, der sich von dem CAAC-Bereich unterscheidet, als Nicht-CAAC-Anteil bezeichnet wird.
Transmissionselektronenbeugungsbilder wurden beispielhaft erhalten, indem eine nach oben weisende Oberfläche einer Probe mit einem CAAC-OS-Film, der gleich nach der Abscheidung erhalten wurde (als „wie gesputtert” dargestellt), und eine nach oben weisende Oberfläche einer Probe mit einem CAAC-OS-Film abgetastet wurden, der einer Wärmebehandlung bei 450°C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre unterzogen wurde. Der CAAC-Anteil wurde hier derart ermittelt, dass Beugungsbilder durch Abtasten für 60 Sekunden mit einer Rate von 5 nm/s beobachtet wurden und dass die erhaltenen Beugungsbilder alle 0,5 Sekunden in Standbilder umgewandelt wurden. Es sei angemerkt, dass als Elektronenstrahl ein Nanostrahl mit einem Sondendurchmesser von 1 nm verwendet wurde. Die vorstehende Messung wurde an sechs Proben durchgeführt. Der CAAC-Anteil wurde unter Verwendung des Durchschnittswertes der sechs Proben berechnet.
19A zeigt den CAAC-Anteil in jeder Probe. Der CAAC-Anteil des CAAC-OS-Films, der gleich nach der Abscheidung erhalten wurde, betrug 75,7% (der Nicht-CAAC-Anteil betrug 24,3%). Der CAAC-Anteil des CAAC-OS-Films, welcher der Wärmebehandlung bei 450°C unterzogen wurde, betrug 85,3% (der Nicht-CAAC-Anteil betrug 14,7%). Diese Ergebnisse zeigen, dass der CAAC-Anteil, der nach der Wärmebehandlung bei 450°C erhalten wird, höher ist als der CAAC-Anteil, der gleich nach der Abscheidung erhalten wird. Das heißt, dass eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur (z. B. höher als oder gleich 400°C) den Nicht-CAAC-Anteil verringert (den CAAC-Anteil erhöht). Darüber hinaus deuten die obigen Ergebnisse auch darauf hin, dass der CAAC-OS-Film einen hohen CAAC-Anteil selbst dann aufweisen kann, wenn die Temperatur der Wärmebehandlung niedriger als 500°C ist.
Hier handelt es sich bei den meisten Beugungsbildern, die sich von dem Beugungsbild eines CAAC-OS-Films unterscheiden, um Beugungsbilder, die dem Beugungsbild eines nc-OS-Films ähnlich sind. Außerdem konnte kein amorpher Oxidhalbleiterfilm im Messbereich beobachtet werden. Deshalb legen die obigen Ergebnisse nahe, dass der Bereich mit einer Struktur, die derjenigen eines nc-OS-Films ähnlich ist, durch die Wärmebehandlung unter dem Einfluss der Struktur des angrenzenden Bereichs umgeordnet wird, wodurch der Bereich zu CAAC wird.
19B und 19C sind Draufsicht-TEM-Bilder des CAAC-OS-Films, der gleich nach der Abscheidung erhalten wurde, bzw. des CAAC-OS-Films, welcher der Wärmebehandlung bei 450°C unterzogen wurde. Ein Vergleich zwischen 19B und 19C zeigt, dass der CAAC-OS-Film, welcher der Wärmebehandlung bei 450°C unterzogen wurde, eine gleichmäßigere Filmqualität aufweist. Das heißt, dass die Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur die Filmqualität des CAAC-OS-Films verbessert.
Durch ein derartiges Messverfahren kann in einigen Fällen die Struktur eines Oxidhalbleiterfilms mit mehreren Strukturen analysiert werden.
Die Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms mit einer der vorstehenden Strukturen ausgebildet werden.
<Abscheidungsmodell>
Im Folgenden werden Beispiele für Abscheidungsmodelle eines CAAC-OS-Films und eines nc-OS-Films beschrieben.
40A ist eine schematische Darstellung einer Abscheidungskammer, die einen Zustand darstellt, in dem der CAAC-OS-Film durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird.
Ein Target 1130 ist an eine Grundplatte (backing plate) angebracht. Eine Vielzahl von Magneten ist unter dem Target 1130 und der Grundplatte angeordnet. Die Vielzahl von Magneten erzeugt ein Magnetfeld über dem Target 1130. Ein Sputterverfahren, bei dem die Abscheidungsrate unter Nutzung eines Magnetfeldes von Magneten erhöht wird, wird als Magnetron-Sputterverfahren bezeichnet.
Das Target 1130 hat eine polykristalline Struktur, bei der eine Spaltungsebene mindestens in einem Kristallkorn existiert. Es sei angemerkt, dass die Details der Spaltungsebene später beschrieben werden.
Ein Substrat 1120 ist dem Target 1130 zugewandt platziert, und der Abstand d (auch als Target-Substrat-Abstand (T-S-Abstand) bezeichnet) ist größer als oder gleich 0,01 m und kleiner als oder gleich 1 m, bevorzugt größer als oder gleich 0,02 m und kleiner als oder gleich 0,5 m. Die Abscheidungskammer ist größtenteils mit einem Abscheidungsgas (z. B. einem Sauerstoffgas, einem Argongas oder einem Gasgemisch, das 50 Vol-% oder mehr Sauerstoff enthält) gefüllt, und der Druck darin wird auf höher als oder gleich 0,01 Pa und niedriger als oder gleich 100 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 0,1 Pa und niedriger als oder gleich 10 Pa gesteuert. Hier beginnt ein Entladen, indem eine Spannung mit einem gewissen Wert oder höher an das Target 1130 angelegt wird, und ein Plasma wird beobachtet. Es sei angemerkt, dass das Magnetfeld über dem Target 1130 einen Plasmabereich mit hoher Dichte bildet. In dem Plasmabereich mit hoher Dichte wird das Abscheidungsgas ionisiert, so dass ein Ion 1101 erzeugt wird. Beispiele für das Ion 1101 umfassen ein Sauerstoffkation (O⁺) und ein Argonkation (Ar⁺).
Das Ion 1101 wird durch ein elektrisches Feld zur Seite des Targets 1130 hin beschleunigt und kollidiert schließlich mit dem Target 1130. Dabei werden ein Pellet 1100a und ein Pellet 1100b, welche plane plattenförmige oder pelletförmige gesputterte Teilchen sind, von der Spaltungsebene abgetrennt und gesputtert. Es sei angemerkt, dass Strukturen des Pellets 1100a und des Pellets 1100b durch eine Wirkung der Kollision des Ions 1101 verzerrt werden können.
Es handelt sich bei dem Pellet 1100a um ein planes plattenförmiges oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen mit einer dreieckigen Ebene, z. B. einer Ebene in Form eines gleichseitigen Dreiecks. Es handelt sich bei dem Pellet 1100b um ein planes plattenförmiges oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen mit einer sechseckigen Ebene, z. B. einer Ebene in Form eines gleichseitigen Sechsecks. Es sei angemerkt, dass plane plattenförmige oder pelletförmige gesputterte Teilchen, wie z. B. das Pellet 1100a und das Pellet 1100b, gemeinsam Pellets 1100 genannt werden. Die Form einer planen Ebene des Pellets 1100 ist nicht auf ein Dreieck oder ein Sechseck beschränkt. Die plane Ebene kann zum Beispiel eine Form haben, die durch Kombination von zwei oder mehr und sechs oder weniger Dreiecken gebildet ist. Beispielsweise wird in einigen Fällen ein Viereck (z. B. Rhombus) durch Kombination von zwei Dreiecken (z. B. gleichseitigen Dreiecken) gebildet.
Die Dicke des Pellets 1100 wird abhängig von der Art des Abscheidungsgases und dergleichen bestimmt. Die Dicken der Pellets 1100 sind vorzugsweise gleichmäßig; die Gründe dafür werden später beschrieben. Zudem hat das gesputterte Teilchen vorzugsweise die Form eines Pellets mit einer kleinen Dicke im Vergleich zu einer Würfelform mit einer großen Dicke.
Das Pellet 1100 nimmt eine Ladung auf, wenn es das Plasma passiert, so dass Seitenflächen des Pellets 1100 in einigen Fällen negativ oder positiv aufgeladen werden. Das Pellet 1100 umfasst ein Sauerstoffatom auf seiner Seitenfläche, und das Sauerstoffatom kann negativ aufgeladen werden. Beispielsweise zeigt 42 einen Fall, in dem das Pellet 1100a auf seinen Seitenflächen Sauerstoffatome umfasst, die negativ aufgeladen sind. Wenn wie in dieser Ansicht die Seitenflächen mit der gleichen Polarität aufgeladen sind, stoßen sich Ladungen ab, und demzufolge kann das Pellet die Form einer planen Platte aufrechterhalten. In dem Fall, in dem es sich bei einem CAAC-OS um ein In-Ga-Zn-Oxid handelt, besteht eine Möglichkeit, dass ein Sauerstoffatom, das an ein Indiumatom gebunden ist, negativ aufgeladen wird. Es gibt eine weitere Möglichkeit, dass ein Sauerstoffatom, das an ein Indiumatom, ein Galliumatom und ein Zinkatom gebunden ist, negativ aufgeladen wird.
Wie in 40A gezeigt, fliegt das Pellet 1100 in Plasma wie ein Drachen und flattert bis zu dem Substrat 1120. Da die Pellets 1100 aufgeladen sind, wird eine Abstoßung verursacht, wenn sich das Pellet 1100 einem Bereich nähert, in dem ein weiteres Pellet 1100 schon abgeschieden worden ist. Hier wird ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur nach oben weisenden Oberfläche des Substrats 1120 oberhalb des Substrats 1120 erzeugt. Ein Potentialunterschied ist zwischen dem Substrat 1120 und dem Target 1130 gegeben, und demzufolge fließt ein Strom von dem Substrat 1120 zu dem Target 1130. Auf der nach oben weisenden Oberfläche des Substrats 1120 wird auf diese Weise dem Pellet 1100 eine Kraft (Lorentzkraft) durch einen Effekt des Magnetfeldes und des Stroms verliehen (siehe 43). Dies lässt sich aus der Dreifingerregel der linken Hand erklären. Um eine Kraft, die auf das Pellet 1100 ausgeübt wird, zu erhöhen, wird vorzugsweise ein Bereich, in dem das Magnetfeld in einer Richtung parallel zur nach oben weisenden Oberfläche des Substrats 1120 10 G oder höher, bevorzugt 20 G oder höher, stärker bevorzugt 30 G oder höher, noch stärker bevorzugt 50 G oder höher ist, auf der nach oben weisenden Oberfläche bereitgestellt. Alternativ wird vorzugsweise ein Bereich, in dem das Magnetfeld in einer Richtung parallel zur nach oben weisenden Oberfläche des Substrats 1,5- oder mehrfach, bevorzugt doppelt oder mehrfach, stärker bevorzugt Brei- oder mehrfach, noch stärker bevorzugt fünf- oder mehrfach so hoch wie das Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zur nach oben weisenden Oberfläche des Substrats 1120 beträgt, auf der nach oben weisenden Oberfläche bereitgestellt.
Darüber hinaus wird das Substrat 1120 erwärmt, und ein Widerstand, wie z. B. eine Reibung zwischen dem Pellet 1100 und dem Substrat 1120, ist niedrig. Als Ergebnis gleitet wie in 44A gezeigt das Pellet 1100 oberhalb der Oberfläche des Substrats 1120. Das Gleiten des Pellets 1100 wird in einem Zustand verursacht, in dem seine plane Ebene dem Substrat 1120 zugewandt ist. Wenn das Pellet 1100 die Seitenfläche eines weiteren Pellets 1100 erreicht, das schon abgeschieden worden ist, werden dann, wie in 44B gezeigt, die Seitenflächen der Pellets 1100 verbunden. Dabei wird das Sauerstoffatom auf der Seitenfläche des Pellets 1100 abgegeben. Mit dem abgegebenen Sauerstoffatom werden Sauerstofffehlstellen in einem CAAC-OS manchmal gefüllt; daher weist der CAAC-OS eine niedrige Dichte der Defektzustände auf.
Außerdem wird das Pellet 1100 auf dem Substrat 1120 erwärmt, wodurch Atome umgeordnet werden, und die Strukturverzerrung, die durch die Kollision des Ions 1101 verursacht wird, kann verringert werden. Das Pellet 1100, dessen Strukturverzerrung verringert worden ist, ist im Wesentlichen einkristallin. Auch wenn die Pellets 1100 erwärmt werden, nachdem sie verbunden worden sind, finden Ausdehnung und Zusammenziehung des Pellets 1100 selbst kaum statt, was verursacht wird, indem das Pellet 1100 im Wesentlichen einkristallin wird. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Defekte, wie z. B. eine Korngrenze, aufgrund einer Ausdehnung eines Raums zwischen den Pellets 1100 gebildet werden, und folglich kann die Erzeugung von Spalten verhindert werden. Ferner wird der Raum mit elastischen Metallatomen und dergleichen gefüllt, wodurch die elastischen Metallatome eine Funktion wie eine Autobahn haben, um Seitenflächen der Pellets 1100 zu verbinden, die nicht aufeinander ausgerichtet sind.
Man geht davon aus, dass wie in einem derartigen Modell gezeigt die Pellets 1100 über dem Substrat 1120 abgeschieden werden. Daher kann ein CAAC-OS-Film abgeschieden werden, auch wenn eine Oberfläche, über der ein Film ausgebildet wird (Filmausbildungsoberfläche) keine Kristallstruktur aufweist, was sich von der Filmabscheidung durch das epitaktische Wachstum unterscheidet. Zum Beispiel kann ein CAAC-OS-Film auch ausgebildet werden, wenn eine Oberfläche (Filmausbildungsoberfläche) des Substrats 1120 eine amorphe Struktur hat.
Zusätzlich wird herausgefunden, dass beim Ausbilden des CAAC-OS die Pellets 1100 entsprechend der Form der Oberfläche des Substrats 1120 angeordnet werden, welche die Filmausbildungsoberfläche ist, auch wenn die Filmausbildungsoberfläche eine Unebenheit zusätzlich zu einer planen Oberfläche aufweist. In dem Fall, in dem beispielsweise die Oberfläche des Substrats 1120 auf atomarer Ebene plan ist, werden die Pellets 1100 derart angeordnet, dass sich plane Ebenen, die parallel zur a-b-Ebene sind, nach unten richten; folglich wird eine Schicht mit einer gleichmäßigen Dicke, einer Planheit und hoher Kristallinität ausgebildet. Indem n Schichten (n ist eine natürliche Zahl) übereinander angeordnet werden, kann der CAAC-OS erhalten werden (siehe 40B).
In dem Fall, in dem die nach oben weisende Oberfläche des Substrats 1120 eine Unebenheit aufweist, wird ein CAAC-OS ausgebildet, indem n Schichten (n ist eine natürliche Zahl) übereinander angeordnet werden, in denen jeweils die Pellets 1100 entlang einer vorspringenden Oberfläche angeordnet sind. Da das Substrat 1120 eine Unebenheit aufweist, wird eine Lücke in einigen Fällen leicht zwischen den Pellets 1100 in dem CAAC-OS gebildet. Es sei angemerkt, dass die Pellets 1100 durch intermolekulare Kraft derart angeordnet werden, dass eine Lücke zwischen den Pellets auch auf der unebenen Oberfläche so klein wie möglich ist. Deshalb kann ein CAAC-OS mit hoher Kristallinität erhalten werden, auch wenn die Ausbildungsoberfläche eine Unebenheit aufweist (siehe 40C).
Als Ergebnis ist keine Laserkristallisation zum Ausbilden eines CAAC-OS nötig, und ein gleichmäßiger Film kann auch über einem großen Glassubstrat ausgebildet werden.
Da der CAAC-OS-Film nach einem derartigen Modell abgeschieden wird, hat das gesputterte Teilchen vorzugsweise die Form eines Pellets mit einer kleinen Dicke. Es sei angemerkt, dass dann, wenn das gesputterte Teilchen eine Würfelform mit einer großen Dicke hat, Ebenen, die dem Substrat 1120 zugewandt sind, nicht gleichmäßig sind; daher können die Dicke und Orientierung der Kristalle in einigen Fällen nicht gleichmäßig sein.
Dem oben beschriebenen Abscheidungsmodell entsprechend kann ein CAAC-OS mit hoher Kristallinität auch auf einer Filmausbildungsoberfläche mit einer amorphen Struktur ausgebildet werden.
Außerdem kann das Ausbilden eines CAAC-OS unter Verwendung eines Abscheidungsmodells beschrieben werden, das ein Zinkoxidteilchen zusätzlich zu dem Pellet 1100 aufweist.
Das Zinkoxidteilchen erreicht das Substrat 1120 eher als das Pellet 1100, da das Zinkoxidteilchen eine geringere Masse besitzt als das Pellet 1100. Auf der Oberfläche des Substrats 1120 findet ein Kristallwachstum des Zinkoxidteilchens bevorzugt in horizontaler Richtung statt, so dass eine dünne Zinkoxidschicht ausgebildet wird. Die Zinkoxidschicht hat eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse. Es sei angemerkt, dass c-Achsen der Kristalle in der Zinkoxidschicht in der Richtung parallel zu einem Normalenvektor des Substrats 1120 ausgerichtet sind. Die Zinkoxidschicht dient als Saatschicht (seed layer), die einen CAAC-OS veranlasst, zu wachsen, und hat daher eine Funktion, um die Kristallinität des CAAC-OS zu erhöhen. Die Dicke der Zinkoxidschicht ist größer als oder gleich 0,1 nm und kleiner als oder gleich 5 nm, meistens größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm. Da die Zinkoxidschicht ausreichend dünn ist, ist eine Korngrenze kaum wahrzunehmen.
Deshalb wird vorzugsweise ein Target verwendet, das Zink mit einem Anteil enthält, der höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, um einen CAAC-OS mit hoher Kristallinität abzuscheiden.
Ein nc-OS kann unter Verwendung eines Abscheidungsmodells in 41 verstanden werden. Es sei angemerkt, dass ein Unterschied zwischen 41 und 40A nur darin liegt, ob das Substrat 1120 erwärmt wird oder nicht.
Daher wird das Substrat 1120 nicht erwärmt, und ein Widerstand, wie z. B. eine Reibung zwischen dem Pellet 1100 und dem Substrat 1120, ist hoch. Als Ergebnis können die Pellets 1100 auf der Oberfläche des Substrats 1120 nicht gleiten und werden wahllos übereinander geschichtet, so dass ein nc-OS gebildet wird.
<Spaltungsebene>
Eine Spaltungsebene, die bei dem Abscheidungsmodell des CAAC-OS erwähnt worden ist, wird im Folgenden beschrieben.
Zuerst wird eine Spaltungsebene des Targets anhand von 45A und 45B beschrieben. 45A und 45B zeigen die Kristallstruktur von InGaZnO₄. Es sei angemerkt, dass 45A die Struktur des Falls zeigt, in dem ein InGaZnO₄-Kristall aus einer Richtung parallel zur b-Achse betrachtet wird, wobei die c-Achse nach oben gerichtet ist. Des Weiteren zeigt 45B die Struktur des Falls, in dem der InGaZnO₄-Kristall aus einer Richtung parallel zur c-Achse betrachtet wird.
Die Energie, die für eine Spaltung bei jeder Kristallebene des InGaZnO₄-Kristalls nötig ist, wird durch die grundlegende Berechnung berechnet. Es sei angemerkt, dass ein „Pseudopotential” und ein Dichtefunktionentheorieprogramm (CASTEP), das ebene Wellen als Basis nutzt, für die Berechnung verwendet werden. Es sei angemerkt, dass ein Pseudopotential vom sehr weichen Typ als Pseudopotential verwendet wird. Ferner wird GGA/PBE als das Funktional verwendet. Die Cut-off-Energie beträgt 400 eV.
Die Energie einer Struktur in einem Anfangszustand wird erhalten, nachdem eine Strukturoptimierung, darunter auch diejenige einer Zellengröße, durchgeführt worden ist. Außerdem wird die Energie einer Struktur nach der Spaltung bei jeder Ebene erhalten, nachdem eine Strukturoptimierung der Atomanordnung in einem Zustand durchgeführt worden ist, in dem die Zellengröße festgelegt ist.
Auf Basis der Struktur des InGaZnO₄-Kristalls in 45A und 45B wird eine Struktur gebildet, die bei einer beliebigen Ebene von einer ersten Ebene, einer zweiten Ebene, einer dritten Ebene und einer vierten Ebene gespalten wird, und einer Strukturoptimierungsberechnung unterzogen, bei der die Zellengröße festgelegt ist. Hier ist die erste Ebene eine Kristallebene zwischen einer Ga-Zn-O-Schicht und einer In-O-Schicht und parallel zu der (001)-Ebene (oder der a-b-Ebene) (siehe 45A). Die zweite Ebene ist eine Kristallebene zwischen einer Ga-Zn-O-Schicht und einer Ga-Zn-O-Schicht und parallel zu der (001)-Ebene (oder der a-b-Ebene) (siehe 45A). Die dritte Ebene ist eine Kristallebene parallel zu der (110)-Ebene (siehe 45B). Die vierte Ebene ist eine Kristallebene parallel zu der (100)-Ebene (oder der b-c-Ebene) (siehe 45B).
Unter den vorstehenden Bedingungen wird die Energie der Struktur nach der Spaltung bei jeder Ebene berechnet. Als Nächstes wird ein Unterschied zwischen der Energie der Struktur nach der Spaltung und der Energie der Struktur im Anfangszustand durch die Fläche der Spaltungsebene geteilt; somit wird eine Spaltungsenergie berechnet, die als Maßstab der Leichtigkeit der Spaltung bei jeder Ebene dient. Es sei angemerkt, dass die Energie einer Struktur eine Energie bedeutet, die derart ermittelt wird, dass elektronische kinetische Energie der Elektronen, die in der Struktur enthalten sind, und Wechselwirkungen zwischen Atomen, die in der Struktur enthalten sind, zwischen dem Atom und dem Elektron und zwischen den Elektronen berücksichtigt werden.
Als Berechnungsergebnisse betrug die Spaltungsenergie der ersten Ebene 2,60 J/m², diejenige der zweiten Ebene betrug 0,68 J/m², diejenige der dritten Ebene betrug 2,18 J/m² und diejenige der vierten Ebene betrug 2,12 J/m² (siehe Tabelle 1). [Tabelle 1]

Spaltungsenergie [J/m²]

erste Ebene 2,60

zweite Ebene 0,68

dritte Ebene 2,18

vierte Ebene 2,12
Gemäß den Berechnungen ist bei der Struktur des InGaZnO₄-Kristalls in 45A und 45B die Spaltungsenergie der zweiten Ebene die niedrigste. Das heißt, dass eine Ebene zwischen einer Ga-Zn-O-Schicht und einer Ga-Zn-O-Schicht am leichtesten gespalten (Spaltungsebene) wird. Daher bezeichnet in dieser Beschreibung die Spaltungsebene die zweite Ebene, die eine Ebene ist, bei der Spaltung am leichtesten stattfindet.
Da die Spaltungsebene die zweite Ebene zwischen der Ga-Zn-O-Schicht und der Ga-Zn-O-Schicht ist, können die InGaZnO₄-Kristalle in 45A an einer Ebene getrennt werden, die zwei zweiten Ebenen entspricht. Deshalb geht man davon aus, dass in dem Fall, in dem ein Ion oder dergleichen mit einem Target kollidiert, eine waferartige Einheit (wir nennen sie ein Pellet), die bei einer Ebene mit der niedrigsten Spaltungsenergie gespalten wird, als minimale Einheit abspringt. In diesem Fall umfasst ein Pellet von InGaZnO₄ drei Schichten: eine Ga-Zn-O-Schicht, eine In-O-Schicht und eine Ga-Zn-O-Schicht.
Die Spaltungsenergien der dritten Ebene (Kristallebene parallel zu der (110)-Ebene) und der vierten Ebene (Kristallebene parallel zu der (100)-Ebene (oder der b-c-Ebene)) sind niedriger als diejenige der ersten Ebene (Kristallebene zwischen der Ga-Zn-O-Schicht und der In-O-Schicht und Ebene parallel zu der (001)-Ebene (oder der a-b-Ebene)), was darauf hindeutet, dass die meisten planen Ebenen der Pellets dreieckige Formen oder sechseckige Formen aufweisen.
Als Nächstes wird durch eine klassische Molekulardynamikberechnung in der Annahme eines InGaZnO₄-Kristalls mit einer homologen Struktur als Target eine Spaltungsebene in dem Fall untersucht, in dem das Target unter Verwendung von Argon (Ar) oder Sauerstoff (O) gesputtert wird. 46A zeigt eine Querschnittsstruktur eines InGaZnO₄-Kristalls (2688 Atome), der für die Berechnung verwendet wird, und 46B zeigt seine obere Struktur. Es sei angemerkt, dass eine feste Schicht in 46A verhindert, dass sich die Positionen der Atome verschieben. Eine Temperatursteuerschicht in 46A ist eine Schicht, deren Temperatur konstant auf eine feste Temperatur (300 K) eingestellt ist.
Für die klassische Molekulardynamikberechnung wird Materials Explorer 5.0, hergestellt von Fujitsu Limited, verwendet. Es sei angemerkt, dass die Anfangstemperatur, die Zellengröße, die Zeitschrittweite und die Anzahl von Schritten auf 300 K, eine bestimmte Größe, 0,01 fs bzw. 10 Millionen eingestellt werden. Bei der Berechnung wird ein Atom, an das eine Energie von 300 eV angelegt wird, veranlasst, in eine Zelle in einer Richtung senkrecht zur a-b-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls unter diesen Bedingungen einzutreten.
47A zeigt eine Atomordnung nach 99,9 Picosekunden, die vergangen sind, seitdem Argon in die Zelle, die den InGaZnO₄-Kristall aufweist, in 46A und 46B eingetreten ist. 47B zeigt eine Atomordnung nach 99,9 Picosekunden, die vergangen sind, seitdem Sauerstoff in die Zelle eingetreten ist. Es sei angemerkt, dass in 47A und 47B ein Teil der festen Schicht in 46A weggelassen ist.
Gemäß 47A wird in einer Periode von dem Eintritt von Argon in die Zelle bis zu dem Zeitpunkt, zu dem 99,9 Picosekunden vorüber sind, ein Riss von der Spaltungsebene gebildet, die der zweiten Ebene in 45A entspricht. Daher stellt man fest, dass, in dem Fall, in dem Argon mit dem InGaZnO₄-Kristall kollidiert und die oberste Oberfläche die zweite Ebene (die nullte) ist, ein großer Riss in der zweiten Ebene (der zweiten) gebildet wird.
Andererseits wird gemäß 47B festgestellt, dass in einer Periode von dem Eintritt von Sauerstoff in die Zelle bis zu dem Zeitpunkt, zu dem 99,9 Picosekunden vorüber sind, ein Riss von der Spaltungsebene gebildet wird, die der zweiten Ebene in 45A entspricht. Es sei angemerkt, dass man feststellt, dass in dem Fall, in dem Sauerstoff mit der Zelle kollidiert, ein großer Riss in der zweiten Ebene (der ersten) des InGaZnO₄-Kristalls gebildet wird.
Folglich stellt man fest, dass ein Atom (Ion) mit einem Target, das einen InGaZnO₄-Kristall mit einer homologen Struktur aufweist, von der oberen Oberfläche des Targets kollidiert, der InGaZnO₄-Kristall entlang der zweiten Ebene gespalten wird, und ein planes plattenförmiges gesputtertes Teilchen (Pellet) abgetrennt wird. Man stellt auch fest, dass das Pellet, das beim Kollidieren von Sauerstoff mit der Zelle gebildet wird, kleiner ist als dasjenige, das beim Kollidieren von Argon mit der Zelle gebildet wird.
Die obige Berechnung deutet darauf hin, dass das abgetrennte Pellet einen beschädigten Bereich aufweist. In einigen Fällen kann der beschädigte Bereich des Pellets derart repariert werden, dass ein Defekt wegen der Beschädigung mit Sauerstoff reagiert.
Nun wird ein Unterschied der Größe des Pellets in Abhängigkeit von kollidierenden Atomen untersucht.
48A zeigt Trajektorien der Atome von 0 Picosekunde bis 0,3 Picosekunden nach dem Eintritt von Argon in die Zelle, die den InGaZnO₄-Kristall aufweist, in 46A und 46B. Folglich entspricht 48A einer Periode von 46A und 46B bis zu 47A.
Gemäß 48A kollidiert dann, wenn Argon mit Gallium (Ga) der ersten Schicht (Ga-Zn-O-Schicht) kollidiert, Gallium mit Zink (Zn) der dritten Schicht (Ga-Zn-O-Schicht), und dann erreicht Zink die nähere Umgebung der sechsten Schicht (Ga-Zn-O-Schicht). Es sei angemerkt, dass das Argon, das mit dem Gallium kollidiert, nach außen gesputtert wird. Folglich geht man davon aus, dass in dem Fall, in dem Argon mit dem Target kollidiert, das den InGaZnO₄-Kristall aufweist, ein Riss in der zweiten Ebene (der zweiten) in 46A gebildet wird.
48B zeigt Trajektorien der Atome von 0 Picosekunde bis 0,3 Picosekunden nach dem Eintritt von Sauerstoff in die Zelle, die den InGaZnO₄-Kristall aufweist, in 46A und 46B. Folglich entspricht 48A einer Periode von 46A und 46B bis zu 47A.
Andererseits kollidiert gemäß 48B dann, wenn Sauerstoff mit Gallium (Ga) der ersten Schicht (Ga-Zn-O-Schicht) kollidiert, Gallium mit Zink (Zn) der dritten Schicht (Ga-Zn-O-Schicht), und dann erreicht Zink nicht die fünfte Schicht (In-O-Schicht). Es sei angemerkt, dass der Sauerstoff, der mit dem Gallium kollidiert, nach außen gesputtert wird. Folglich geht man davon aus, dass in dem Fall, in dem Sauerstoff mit dem Target kollidiert, das den InGaZnO₄-Kristall aufweist, ein Riss in der zweiten Ebene (der ersten) in 46A gebildet wird.
Diese Berechnung zeigt auch, dass der InGaZnO₄-Kristall, mit dem ein Atom (Ion) kollidiert, von der Spaltungsebene abgetrennt wird.
Zudem wird ein Unterschied der Tiefe eines Risses hinsichtlich der Erhaltungssätze untersucht. Der Energieerhaltungssatz und der Impulserhaltungssatz können durch die folgende Formel (1) bzw. die folgende Formel (2) dargestellt werden. Hier stellt E Energie von Argon oder Sauerstoff vor der Kollision (300 eV) dar, m_A stellt Masse von Argon oder Sauerstoff dar, v_A stellt die Geschwindigkeit von Argon oder Sauerstoff vor der Kollision dar, v'_A stellt die Geschwindigkeit von Argon oder Sauerstoff nach der Kollision dar, m_Ga stellt Masse von Gallium dar, v_Ga stellt die Geschwindigkeit von Gallium vor der Kollision dar, und v'_Ga stellt die Geschwindigkeit von Gallium nach der Kollision dar.
[Formel 1]

E = 1 / 2m_Av_A ² + 1 / 2m_Gav_Ga ² (1)

[Formel 2]

m_Av_A + m_Gav_Ga = m_Av'_A + m_Gav'_Ga (2)

In der Annahme, dass die Kollision von Argon oder Sauerstoff eine elastische Kollision ist, kann die Beziehung zwischen v_A, v'_A, v_Ga und v'_Ga durch die folgende Formel (3) dargestellt werden.
[Formel 3]

v'_A – v'_GA = –(v_A – v_Ga) (3)

Gemäß den Formeln (1), (2) und (3) kann in der Annahme, dass v_Ga 0 ist, die Geschwindigkeit von Gallium v'_Ga nach der Kollision von Argon oder Sauerstoff durch die folgende Formel (4) dargestellt werden. [Formel 4]
In der Formel (4) wird m_A durch die Masse von Argon oder Sauerstoff ersetzt, wodurch die Geschwindigkeiten nach der Kollision der Atome verglichen werden. Es wurde festgestellt, dass in dem Fall, in dem das Argon und der Sauerstoff vor der Kollision die gleiche Energie aufweisen, die Geschwindigkeit von Gallium in dem Fall, in dem Argon mit dem Gallium kollidiert, 1,24-fach so hoch war wie diejenige in dem Fall, in dem Sauerstoff mit dem Gallium kollidiert. Daher ist die Energie des Galliums in dem Fall, in dem Argon mit dem Gallium kollidiert, um das Quadrat der Geschwindigkeit höher als diejenige in dem Fall, in dem Sauerstoff mit dem Gallium kollidiert.
Es wird festgestellt, dass die Geschwindigkeit (Energie) von Gallium nach der Kollision in dem Fall, in dem Argon mit dem Gallium kollidiert, höher ist als diejenige in dem Fall, in dem Sauerstoff mit dem Gallium kollidiert. Folglich geht man davon aus, dass in dem Fall, in dem Argon mit dem Gallium kollidiert, ein Riss an einer tieferen Position gebildet wird als in dem Fall, in dem Sauerstoff mit dem Gallium kollidiert.
Die obige Berechnung zeigt, dass dann, wenn ein Sputtern unter Verwendung eines Targets durchgeführt wird, das den InGaZnO₄-Kristall mit einer homologen Struktur aufweist, eine Abtrennung von der Spaltungsebene stattfindet, um ein Pellet zu bilden. Andererseits wird auch dann, wenn ein Sputtern an einem Bereich mit einer anderen Struktur eines Targets ohne Spaltungsebene durchgeführt wird, kein Pellet gebildet, und ein gesputtertes Teilchen mit einer Größe auf atomarer Ebene wird gebildet, das kleiner ist als ein Pellet. Da das gesputterte Teilchen kleiner ist als das Pellet, wird angenommen, dass das gesputterte Teilchen durch eine Vakuumpumpe entfernt wird, die mit einer Sputtereinrichtung verbunden ist. Daher gilt ein Modell, in dem Teilchen mit verschiedenen Größen und Formen zu einem Substrat fliegen und abgeschieden werden, kaum für den Fall, in dem ein Sputtern unter Verwendung eines Targets durchgeführt wird, das den InGaZnO₄-Kristall mit einer homologen Struktur aufweist. Das Modell in 40A, in dem gesputterte Pellets abgeschieden werden, um einen CAAC-OS zu bilden, ist ein sinnvolles Modell.
Der CAAC-OS, der auf diese Weise abgeschieden wird, hat eine Dichte, die im Wesentlichen gleich derjenigen eines einkristallinen OS ist. Beispielsweise beträgt die Dichte des einkristallinen OS-Films mit einer homologen Struktur von InGaZnO₄ 6,36 g/cm³, und die Dichte des CAAC-OS-Films mit dem im Wesentlichen gleichen Atomverhältnis beträgt ungefähr 6,3 g/cm³.
49A und 49B zeigen eine Atomordnung von Querschnitten eines In-Ga-Zn-Oxides (siehe 49A), das ein durch Sputtern abgeschiedener CAAC-OS ist, und seines Targets (siehe 49B). Zur Betrachtung der Atomanordnung wird HAADF-STEM (high-angle annular dark field scanning transmission electron microscopy,) verwendet. Im Falle der Betrachtung durch HAADF-STEM ist die Intensität eines Bildes jedes Atoms proportional zu dem Quadrat der Atomnummer desselben. Deshalb werden Zn (Atomnummer: 30) und Ga (Atomnummer: 31), deren Atomnummern einander nahe sind, kaum voneinander unterschieden. Ein Hitach-Rastertransmissionselektronenmikroskop, HD-2700, wird für die HAADF-STEM verwendet.
Beim Vergleich von 49A und 49B, wird festgestellt, dass der CAAC-OS und das Target jeweils eine homologe Struktur aufweisen und dass eine Atomordnung im CAAC-OS derjenigen im Target entspricht. Daher wird wie in dem Abscheidungsmodell in 40A die Kristallstruktur des Targets übertragen, wodurch ein CAAC-OS ausgebildet wird.
Die Struktur und das Verfahren, wie sie bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können in einer entsprechenden Kombination mit jeder/jedem der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen anderen Strukturen und Verfahren implementiert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Sauerstofffehlstelle eines Oxidhalbleiterfilms nachstehend detailliert beschrieben.
<(1) Leichtigkeit der Ausbildung und Stabilität von V_oH>
In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiterfilm (nachstehend als IGZO bezeichnet) ein vollständiger Kristall ist, diffundiert H bevorzugt entlang der a-b-Ebene bei einer Raumtemperatur. Bei einer Wärmebehandlung bei 450°C diffundiert H entlang der a-b-Ebene und in Richtung der c-Achse. Hier wird beschrieben, ob H leicht in eine Sauerstofffehlstelle V_o eintritt, wenn die Sauerstofffehlstelle V_o in IGZO vorhanden ist. Ein Zustand, in dem H in einer Sauerstofffehlstelle V_o vorhanden ist, wird als V_oH bezeichnet.
Ein InGaZnO₄-Kristallmodell in 20 wurde für die Berechnung verwendet. Die Aktivierungsbarriere (E_a) entlang dem Reaktionsweg, wo H in V_oH von V_o freigegeben wird und an Sauerstoff gebunden wird, wurde durch ein Nudged-Elastic-Band-(NEB-)Verfahren berechnet. Die Berechnungsbedingungen sind in der Tabelle 2 gezeigt. [Tabelle 2]

Software VASP

Berechnungsverfahren NEB-Verfahren

Funktional GGA-PBE

Pseudopotential PAW

Cut-off-Energie 500 eV

K-Punkte 2 × 2 × 3
In dem InGaZnO₄-Kristallmodell gibt es wie in 20 gezeigt Sauerstoffstellen 1 bis 4, die sich hinsichtlich der Metallelemente, die an Sauerstoff gebunden sind, und der Anzahl der gebundenen Metallelemente voneinander unterscheiden. Hier wurde eine Berechnung an den Sauerstoffstellen 1 und 2 durchgeführt, an denen eine Sauerstofffehlstelle V_o leicht gebildet wird.
Zuerst wurde eine Berechnung an der Sauerstoffstelle durchgeführt, an der eine Sauerstofffehlstelle V_o leicht gebildet wird, nämlich einer Sauerstoffstelle 1, die an drei In-Atome und ein Zn-Atom gebunden war.
21A zeigt ein Modell im Anfangszustand, und 21B zeigt ein Modell im Endzustand. 22 zeigt die berechnete Aktivierungsbarriere (E_a) im Anfangszustand und im Endzustand. Es sei angemerkt, dass hier der Anfangszustand einen Zustand bezeichnet, in dem H in einer Sauerstofffehlstelle V_o vorhanden ist (V_oH), und dass der Endzustand eine Struktur bezeichnet, die eine Sauerstofffehlstelle V_o und einen Zustand aufweist, in dem H an Sauerstoff gebunden ist (H-O), der an ein Ga-Atom und zwei Zn-Atome gebunden ist.
Gemäß den Berechnungsergebnissen ist eine Energie von etwa 1,52 eV nötig, damit H in einer Sauerstofffehlstelle V_o an ein weiteres Sauerstoffatom gebunden wird, während eine Energie von etwa 0,46 eV nötig ist, damit Wasserstoff (H), der an O gebunden ist, in eine Sauerstofffehlstelle V_o eintritt.
Eine Reaktionsfrequenz (Γ) wurde unter Verwendung der durch die Berechnung ermittelten Aktivierungsbarrieren (E_a) und der Formel 5 berechnet. In der Formel 5 stellt k_B die Boltzmann-Konstante dar, und T stellt die absolute Temperatur dar. [Formel 5]
Die Reaktionsfrequenz bei 350°C wurde in der Annahme berechnet, dass der Frequenzfaktor v = 10¹³ [1/s] gilt. Die Frequenz der H-Übertragung von dem Modell in 21A auf das Modell in 21B war 5,52 × 10⁰ [1/s], während die Frequenz der H-Übertragung von dem Modell in 21B auf das Modell in 21A 1,82 × 10⁹ [1/s] war. Dies deutet darauf hin, dass H-Diffusion in IGZO wahrscheinlich V_oH bildet, wenn eine Sauerstofffehlstelle V_o in der näheren Umgebung vorhanden ist, und dass es unwahrscheinlich ist, dass H von der Sauerstofffehlstelle V_o freigegeben wird, wenn einmal V_oH gebildet ist.
Als Nächstes wurde eine Berechnung an der Sauerstoffstelle durchgeführt, an der eine Sauerstofffehlstelle V_o leicht gebildet wird, nämlich einer Sauerstoffstelle 2, die an ein Ga-Atom und zwei Zn-Atome gebunden war.
23A zeigt ein Model im Anfangszustand, und 23B zeigt ein Modell im Endzustand. 24 zeigt die berechnete Aktivierungsbarriere (E_a) im Anfangszustand und im Endzustand. Es sei angemerkt, dass hier der Anfangszustand einen Zustand bezeichnet, in dem H in einer Sauerstofffehlstelle V_o vorhanden ist (V_oH), und dass der Endzustand eine Struktur bezeichnet, die eine Sauerstofffehlstelle V_o und einen Zustand aufweist, in dem H an Sauerstoff gebunden ist (H-O), der an ein Ga-Atom und zwei Zn-Atome gebunden ist.
Gemäß den Berechnungsergebnissen ist eine Energie von etwa 1,75 eV nötig, damit H in einer Sauerstofffehlstelle V_o an ein weiteres Sauerstoffatom gebunden wird, während eine Energie von etwa 0,35 eV nötig ist, damit Wasserstoff (H), der an O gebunden ist, in eine Sauerstofffehlstelle V_o eintritt.
Eine Reaktionsfrequenz (Γ) wurde unter Verwendung der durch die Berechnung ermittelten Aktivierungsbarrieren (E_a) und der Formel 5 berechnet.
Die Reaktionsfrequenz bei 350°C wurde in der Annahme berechnet, dass der Frequenzfaktor v = 10¹³ [1/s] gilt. Die Frequenz der H-Übertragung von dem Modell in 23A auf das Modell in 23B war 7,53 × 10^–2 [1/s], während die Frequenz der H-Übertragung von dem Modell in 23B auf das Modell in 23A 1,44 × 10¹⁰ [1/s] war. Dies deutet darauf hin, dass es unwahrscheinlich ist, dass H von der Sauerstofffehlstelle V_o freigegeben wird, wenn einmal V_oH gebildet ist.
Gemäß den obigen Ergebnissen wurde festgestellt, dass H in IGZO bei der Ausheilung (annealing) leicht diffundierte, und dass dann, wenn eine Sauerstofffehlstelle V_o vorhanden war, H wahrscheinlich in die Sauerstofffehlstelle V_o eintrat, um V_oH zu werden.
<(2) Übergangsniveau von V_oH>
Die Berechnung durch das NEB-Verfahren, die in <(1) Leichtigkeit der Ausbildung und Stabilität von V_oH> beschrieben worden ist, deutet darauf hin, dass in dem Fall, in dem eine Sauerstofffehlstelle V_o und H in IGZO vorhanden sind, die Sauerstofffehlstelle V_o und H leicht V_oH bilden und V_oH stabil ist. Das Übergangsniveau von V_oH wurde berechnet, um zu bestimmen, ob V_oH eine Einfangsstelle für Ladungsträger betrifft.
Das Modell, das für die Berechnung verwendet wird, ist ein InGaZnO₄-Kristallmodell (112 Atome). V_oH-Modelle der Sauerstoffstellen 1 und 2 in 20 wurden gebildet, um die Übergangsniveaus zu berechnen. Die Berechnungsbedingungen sind in der Tabelle 3 gezeigt. [Tabelle 3]

Software VASP

Modell InGaZnO₄-Kristallmodell (112 Atome)

Funktional HSE06

Mischverhältnis der Austauschterme 0,25

Pseudopotential GGA-PBE

Cut-off-Energie 800 eV

K-Punkte 1 × 1 × 1
Das Mischverhältnis der Austauschterme wurde derart geregelt, dass eine Bandlücke erhalten wurde, die dem experimentellen Wert nahe ist. Als Ergebnis war die Bandlücke des InGaZnO₄-Kristallmodells ohne Defekte 3,08 eV, das heißt, nahe an dem experimentellen Wert, 3,15 eV.
Das Übergangsniveau (ε(q/q')) eines Modells mit einem Defekt D kann durch die folgende Formel 6 berechnet werden. Es sei angemerkt, dass ΔE(D^q) die Ausbildungsenergie des Defekts D bei einer Ladung q darstellt, welche durch die Formel 7 berechnet wird. [Formel 6]
[Formel 7]
In den Formeln 6 und 7 stellt E_tot(D^q) die gesamte Energie des Modells mit dem Defekt D bei der Ladung q dar, E_tot(bulk) stellt die gesamte Energie eines Modells ohne Defekte (eines vollständigen Kristalls) dar, Δn_i stellt eine Veränderung der Anzahl von Atomen i dar, die zur Entstehung von Defekten beitragen, μ_i stellt das chemische Potential eines Atoms i dar, ε_VBM stellt die Energie der Obergrenze des Valenzbandes in dem Modell ohne Defekte dar, V_q stellt den Korrekturterm dar, der das elektrostatische Potential betrifft, und E_F stellt die Fermi-Energie dar.
25 zeigt die Übergangsniveaus von V_oH, die aus den obigen Formeln erhalten werden. Die Zahlen in 25 stellen die Tiefe von der Untergrenze des Leitungsbandes dar. In 25 liegt das Übergangsniveau von V_oH an der Sauerstoffstelle 1 bei 0,05 eV von der Untergrenze des Leitungsbandes, und das Übergangsniveau von V_oH an der Sauerstoffstelle 2 liegt bei 0,11 eV von der Untergrenze des Leitungsbandes. Deshalb würden diese V_oH Einfangsstellen für Elektronen betreffen, d. h. es wurde festgestellt, dass sich V_oH wie Donator verhielt. Es wurde auch gefunden, dass IGZO mit V_oH Leitfähigkeit hatte.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer entsprechenden Kombination mit jeder der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die einen der Transistoren und einen der Kondensatoren beinhaltet, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden sind, anhand von 26, 27 und 28 im Folgenden beschrieben.
26 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung. Eine Anzeigevorrichtung 700 in 26 beinhaltet einen Pixel-Abschnitt 702 über einem ersten Substrat 701, einen Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und einen Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über dem ersten Substrat 701, ein Dichtungsmittel 712, das den Pixel-Abschnitt 702, den Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und den Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 umgibt, und ein zweites Substrat 705, das dem ersten Substrat 701 zugewandt ist. Das erste Substrat 701 und das zweite Substrat 705 sind mit dem Dichtungsmittel 712 abgedichtet. Das heißt: Der Pixel-Abschnitt 702, der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 sind mit dem ersten Substrat 701, dem Dichtungsmittel 712 und dem zweiten Substrat 705 abgedichtet. Obwohl in 26 nicht dargestellt, ist ein Anzeigeelement zwischen dem ersten Substrat 701 und dem zweiten Substrat 705 bereitgestellt.
Bei der Anzeigevorrichtung 700 ist eine Anschlussstelle für eine flexible gedruckte Schaltung (flexible printed circuit, FPC) (FPC-Anschlussstelle) 708, die elektrisch mit dem Pixel-Abschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 verbunden ist, in einem Bereich angeordnet, der sich von dem von dem Dichtungsmittel 712 umgebenen Bereich unterscheidet und über dem ersten Substrat 702 liegt. Des Weiteren ist eine FPC 716 mit der FPC-Anschlussstelle 708 verbunden, und verschiedene Signale und dergleichen werden dem Pixel-Abschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über die FPC 716 zugeführt. Außerdem ist eine Signalleitung 710 mit dem Pixel-Abschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704, dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 und der FPC-Anschlussstelle 708 verbunden. Verschiedene Signale und dergleichen werden von der FPC 716 über die Signalleitung 710 zu dem Pixel-Abschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704, dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 und der FPC-Anschlussstelle 708 zugeführt.
Eine Vielzahl von Gate-Treiberschaltungsabschnitten 706 kann in der Anzeigevorrichtung 700 bereitgestellt werden. Ein Beispiel für die Anzeigevorrichtung 700 wird beschrieben, bei dem der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über dem ersten Substrat 701 ausgebildet sind, über dem auch der Pixel-Abschnitt 702 ausgebildet ist; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann nur der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über dem ersten Substrat 701 ausgebildet sein, oder nur der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 kann über dem ersten Substrat 701 ausgebildet sein. In diesem Fall kann ein Substrat, über dem eine Source-Treiberschaltung, eine Gate-Treiberschaltung oder dergleichen ausgebildet ist (z. B. ein Treiberschaltungssubstrat, das unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiterfilms oder eines polykristallinen Halbleiterfilms ausgebildet ist), an dem ersten Substrat 701 montiert sein. Es sei angemerkt, dass es keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Verbinden eines getrennt bereitgestellten Treiberschaltungssubstrats gibt und dass ein Chip auf Glas-(chip an glas, COG-)Verfahren, ein Drahtanbindungsverfahren oder dergleichen verwendet werden kann.
Der Pixel-Abschnitt 702, der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706, die in der Anzeigevorrichtung 700 enthalten sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren. Als die Vielzahl von Transistoren kann einer der Transistoren verwendet werden, die die Halbleitervorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind. In dem Pixel-Abschnitt 702 kann einer der Transistoren und einer der Kondensatoren verwendet werden, die die Halbleitervorrichtungen nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind.
Die Anzeigevorrichtung 700 kann eines von verschiedenen Elementen beinhalten. Beispiele für das Element umfassen ein Flüssigkristallelement, ein Elektrolumineszenz-(EL-)Element (z. B. ein EL-Element, das organische und anorganische Materialien enthält, ein organisches EL-Element oder ein anorganisches EL-Element), eine LED (z. B. eine weiße LED, eine rote LED, eine grüne LED oder eine blaue LED), einen Transistor (einen Transistor, der in Abhängigkeit von Strom Licht emittiert), einen Elektronen-Emitter, elektronische Tinte, ein elektrophoretisches Element, ein Grating Light Valve (GLV), einen Plasmabildschirm (plasma display panel, PDP), ein Anzeigeelement mittels eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD), ein Digital Micro Shutter (DMS), MIRASOL (eingetragenes Warenzeichen), ein Element für einen Bildschirm mit interferometrisch arbeitendem Modulator (interferometic modulator display, IMOD), ein MEMS-Schutter-Anzeigeelement, ein MEMS-Anzeigeelement vom optischen Interferenztyp, ein Elektrobenetzungselement, eine piezoelektrische Keramikanzeige und ein Anzeigeelement, das eine Kohlenstoffnanoröhre beinhaltet. Zusätzlich zu den obigen Elementen können Anzeigemedien angegeben werden, deren Kontrast, Leuchtdichte, Reflektivität, Durchlässigkeit oder dergleichen durch elektrische oder magnetische Wirkung verändert wird. Es sei angemerkt, dass Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die EL-Elemente beinhalten, eine EL-Anzeige umfassen. Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Elektronen-Emitter beinhalten, umfassen einen Feldemissionsbildschirm (field emission display, FED) und einen SED-Typ-Flachbildschirm (SED, surface-conduction electron-emitter display bzw. oberflächenleitenden Elektronen-Emitter-Bildschirm). Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Flüssigkristallelemente beinhalten, umfassen eine Flüssigkristallanzeige (z. B. eine durchlässige Flüssigkristallanzeige, eine halbdurchlässige Flüssigkristallanzeige, eine reflektierende Flüssigkristallanzeige, eine Direktsicht-Flüssigkristallanzeige oder eine Projektionsflüssigkristallanzeige). Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die elektronische Tinte oder elektrophoretische Elemente aufweist, ist elektronisches Papier. Im Falle einer halbdurchlässigen Flüssigkristallanzeige oder einer reflektierenden Flüssigkristallanzeige dienen einige oder alle Pixel-Elektroden als reflektierende Elektroden. Beispielsweise sind einige oder alle Pixel-Elektroden derart ausgebildet, dass sie Aluminium, Silber oder dergleichen enthalten. In einem solchen Fall kann eine Speicherschaltung, wie z. B. ein SRAM, unter den reflektierenden Elektroden angeordnet sein, was zu einem niedrigeren Stromverbrauch führt.
Als Anzeigeverfahren in der Anzeigevorrichtung 700 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, R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau), beschränkt. Beispielsweise können vier Pixel, das R-Pixel, das G-Pixel, das B-Pixel und ein W-(Weiß)Pixel, enthalten sein. Alternativ kann ein Farbelement aus zwei Farben aus R, G und B wie in der PenTile-Anordnung bestehen. Die zwei Farben können sich zwischen Farbelementen unterscheiden. Alternativ kann/können eines oder mehrere von Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen zu R, G und B hinzugefügt werden. Ferner kann die Größe eines Anzeigebereichs in Abhängigkeit von jeweiligen Punkten der Farbkomponenten unterschiedlich sein. Ausführungsformen der offenbarten Erfindung sind nicht auf eine Anzeigevorrichtung zur Farbanzeige beschränkt; die offenbarte Erfindung kann ebenfalls auf eine Anzeigevorrichtung zur monochromen Anzeige angewendet werden.
Eine Farbschicht (auch als Farbfilter bezeichnet) kann verwendet werden, um eine Vollfarbanzeigevorrichtung zu erhalten, in der weißes Licht (W) für eine Hintergrundbeleuchtung (z. B. ein organisches EL-Element, ein anorganisches EL-Element, eine LED oder eine Fluoreszenzlampe) verwendet wird. Als Farbschicht können beispielsweise jeweils Rot (R), Grün (G), Blau (B), Gelb (Y) oder dergleichen kombiniert werden. Unter Verwendung der Farbschicht kann eine höhere Farbreproduzierbarkeit erzielt werden als in dem Fall ohne Farbschicht. In diesem Fall werden ein Bereich mit der Farbschicht und ein Bereich ohne Farbschicht bereitgestellt, wodurch weißes Licht in dem Bereich ohne Farbschicht direkt zur Anzeige genutzt werden kann. Wenn der Bereich ohne Farbschicht teilweise bereitgestellt wird, kann eine Verringerung der Leuchtdichte wegen der Farbschicht unterdrückt werden, und der Stromverbrauch kann in einigen Fällen um 20% bis 30% verringert werden, wenn ein Bild hell angezeigt wird. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem Vollfarbanzeige unter Verwendung eines selbstleuchtenden Elements, wie z. B. eines organischen EL-Elements oder eines anorganischen EL-Elements, durchgeführt wird, Elemente Licht in ihren jeweiligen Farben, R, G, B, Y und W, emittieren können. Unter Verwendung eines selbstleuchtenden Elements kann der Stromverbrauch in einigen Fällen im Vergleich zum Fall der Verwendung der Farbschicht weiter verringert werden.
Bei dieser Ausführungsform werden Strukturen, die ein Flüssigkristallelement und ein EL-Element als Anzeigeelemente umfassen, anhand von 27 und 28 beschrieben. Es sei angemerkt, dass 27 eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q-R in 26 ist und eine Struktur zeigt, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement umfasst, während 28 eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q-R in 26 ist und eine Struktur zeigt, die ein EL-Element als Anzeigeelement umfasst.
Gemeinsame Abschnitte zwischen 27 und 28 werden zuerst beschrieben und dann werden unterschiedliche Abschnitte beschrieben.
<Gemeinsame Abschnitte in Anzeigevorrichtungen>
Die Anzeigevorrichtung 700 in 27 und 28 beinhaltet einen Anschlussleitungsabschnitt 711, den Pixel-Abschnitt 702, den Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und die FPC-Anschlussstelle 708. Es sei angemerkt, dass der Anschlussleitungsabschnitt 711 eine Signalleitung 710 beinhaltet. Der Pixel-Abschnitt 702 beinhaltet einen Transistor 750 und einen Kondensator 790. Der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 beinhaltet einen Transistor 752.
Der Transistor 750 und der Transistor 752 haben jeweils eine Struktur, die derjenigen des oben beschriebenen Transistors 100A ähnlich ist. Es sei angemerkt, dass der Transistor 750 und der Transistor 752 jeweils eine Struktur der anderen Transistoren haben können, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind.
Die Transistoren bei dieser Ausführungsform beinhalten jeweils einen Oxidhalbleiterfilm, der hochrein ist und in dem eine Bildung der Sauerstofffehlstellen unterdrückt wird. Bei dem Transistor kann der Strom in einem Sperrzustand (der Sperrstrom) klein gemacht werden. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, über eine längere Periode gehalten werden, und ein Schreibintervall kann in einem Durchlasszustand (on state) länger eingestellt werden. Dementsprechend kann die Frequenz im Aktualisierungsvorgang verringert werden, was zu einem Effekt der Unterdrückung des Stromverbrauchs führt.
Außerdem kann der bei dieser Ausführungsform verwendete Transistor eine relativ hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweisen und deshalb mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben werden. Wenn ein derartiger Transistor, der mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben werden kann, beispielsweise für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird, können ein Schalttransistor in einem Pixel-Abschnitt und ein Treibertransistor in einem Treiberschaltungsabschnitt über einem Substrat hergestellt werden. Das heißt: Eine Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung eines Siliziumwafers oder dergleichen hergestellt wird, ist nicht zusätzlich als Treiberschaltung erforderlich, wodurch die Anzahl von Bestandteilen der Halbleitervorrichtung verringert werden kann. Zudem kann der Transistor, der mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben werden kann, auch in dem Pixel-Abschnitt verwendet werden, wodurch ein hochqualitatives Bild bereitgestellt werden kann.
Der Kondensator 790 hat eine Struktur, die derjenigen des oben beschriebenen Kondensators 150A ähnlich ist.
In 27 und 28 sind ein Isolierfilm 766 und ein Planarisierungs-Isolierfilm 770 über dem Transistor 750, dem Transistor 752 und dem Kondensator 790 bereitgestellt.
Der Isolierfilm 766 kann unter Verwendung von Materialien und Verfahren ausgebildet werden, die ähnlich denjenigen des Isolierfilms 128 sind, der bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist. Der Planarisierungs-Isolierfilm 770 kann unter Verwendung eines wärmebeständigen organischen Materials wie z. B. eines Polyimidharzes, eines Acrylharzes, eines Polyimidamidharzes, eines Benzocyclobuten-Harzes, eines Polyamidharzes oder eines Epoxidharzes ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Planarisierungs-Isolierfilm 770 ausgebildet werden kann, indem eine Vielzahl von aus diesen Materialien ausgebildeten Isolierfilmen übereinander geschichtet werden. Alternativ kann eine Struktur ohne Planarisierungs-Isolierfilm 770 verwendet werden.
Die Signalleitung 710 wird in dem gleichen Prozess wie leitende Filme ausgebildet, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 750 oder 752 dienen. Es sei angemerkt, dass die Signalleitung 710 unter Verwendung eines leitenden Films ausgebildet werden kann, der in einem anderen Prozess als eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode des Transistors 750 oder 752 ausgebildet wird; beispielsweise kann ein leitender Film, der als erste Gate-Elektrode dient, oder ein leitender Film, der als zweite Gate-Elektrode dient, verwendet werden. In dem Fall, in dem die Signalleitung 710 unter Verwendung eines Materials ausgebildet wird, das ein Kupferelement enthält, wird eine Signalverzögerung oder dergleichen wegen des Leitungswiderstandes (wiring resistance) verringert, was eine Anzeige auf einem großen Bildschirm ermöglicht.
Die FPC-Anschlussstelle 708 beinhaltet eine Verbindungselektrode 760, einen anisotropen leitenden Film 780 und die FPC 716. Es sei angemerkt, dass die Verbindungselektrode 760 in dem gleichen Prozess wie leitende Filme ausgebildet wird, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 750 oder 752 dienen. Die Verbindungselektrode 760 ist elektrisch mit einem Anschluss in der FPC 716 durch den anisotropen leitenden Film 780 verbunden.
Als das erste Substrat 701 und das zweite Substrat 705 kann beispielsweise ein Glassubstrat verwendet werden. Ein flexibles Substrat kann auch als das erste Substrat 701 und das zweite Substrat 705 verwendet werden. Beispiele für das flexible Substrat umfassen ein Kunststoffsubstrat.
Eine Struktur 778 ist zwischen dem ersten Substrat 701 und dem zweiten Substrat 705 bereitgestellt. Die Struktur 778 ist ein säulenförmiger Abstandshalter, der durch selektives Ätzen eines Isolierfilms erhalten wird, und ist bereitgestellt, um die Dicke zwischen dem ersten Substrat 701 und dem zweiten Substrat 705 (Zellenlücke) zu steuern. Alternativ kann ein kugelförmiger Abstandshalter als die Struktur 778 verwendet werden.
Des Weiteren sind ein Licht blockierender Film 738, der als Schwarzmatrix dient, ein Farbfilm 736, der als Farbfilter dient, und ein Isolierfilm 734 in Kontakt mit dem Licht blockierenden Film 738 und dem Farbfilm 736 auf der Seite des zweiten Substrats 705 bereitgestellt.
<Strukturbeispiel für eine Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet>
Die Anzeigevorrichtung 700 in 27 beinhaltet ein Flüssigkristallelement 775. Das Flüssigkristallelement 775 beinhaltet einen leitenden Film 772, einen leitenden Film 774 und eine Flüssigkristallschicht 776. Der leitende Film 774 ist auf der Seite des zweiten Substrats 705 bereitgestellt und dient als Gegenelektrode. Die Anzeigevorrichtung 700 in 27 kann ein Bild derart anzeigen, dass Durchlassen oder Nichtdurchlassen durch eine Veränderung des Ausrichtungszustandes der Flüssigkristallschicht 776 in Abhängigkeit von einer Spannung gesteuert wird, die an den leitenden Film 772 und den leitenden Film 774 angelegt wird.
Der leitende Film 772 ist mit den leitenden Filmen verbunden, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 750 dienen. Der leitende Film 772 ist über dem Planarisierungs-Isolierfilm 770 ausgebildet, um als Pixelelektrode, d. h. eine Elektrode des Anzeigeelements, zu dienen. Der leitende Film 772 hat eine Funktion einer reflektierenden Elektrode. Die Anzeigevorrichtung 700 in 27 ist eine sogenannte reflektierende Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung, bei der Außenlicht durch den leitenden Film 772 reflektiert wird, um ein Bild durch den Farbfilm 736 anzuzeigen.
Ein leitender Film, der sichtbares Licht durchlässt, oder ein leitender Film, der sichtbares Licht reflektiert, kann für den leitenden Film 772 verwendet werden. Beispielsweise wird ein Material, das eine Art, ausgewählt aus Indium (In), Zink (Zn) und Zinn (Sn), enthält, vorzugsweise für den leitenden Film verwendet, der sichtbares Licht durchlässt. Zum Beispiel kann ein Material, das Aluminium oder Silber enthält, für den leitenden Film verwendet werden, der sichtbares Licht reflektiert. Bei dieser Ausführungsform wird der leitende Film, der sichtbares Licht reflektiert, für den leitenden Film 772 verwendet.
Es sei angemerkt, dass Vorsprünge und Vertiefungen in einem Teil des Planarisierungs-Isolierfilms 770 des Pixel-Abschnitts 702 in der Anzeigevorrichtung 700 in 27 bereitgestellt sind. Die Vorsprünge und Vertiefungen können derart ausgebildet werden, dass der Planarisierungs-Isolierfilm 770 unter Verwendung eines organischen Harzfilms oder dergleichen ausgebildet wird und Vorsprünge und Vertiefungen auf der Oberfläche des organischen Harzfilms ausgebildet werden. Der leitende Film 772, der als reflektierende Elektrode dient, ist entlang den Vorsprüngen und Vertiefungen ausgebildet. Daher wird dann, wenn Außenlicht auf den leitenden Film 772 einfällt, das Licht auf der Oberfläche des leitenden Films 772 in einer diffundierenden Weise reflektiert, wodurch Sichtbarkeit verbessert werden kann.
Es sei angemerkt, dass die Anzeigevorrichtung 700 in 27 eine reflektierende Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung ist, die als Beispiel angegeben wird, aber ein Anzeigetyp ist nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine durchlässige Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung verwendet werden, in der der leitende Film 772 ein leitender Film ist, der sichtbares Licht durchlässt. Im Falle einer durchlässigen Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung sind Vorsprünge und Vertiefungen nicht notwendigerweise auf dem Planarisierungs-Isolierfilm 770 bereitgestellt.
Obwohl in 27 nicht gezeigt, kann ein Ausrichtungsfilm auf einer Seite des leitenden Films 772 in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht 776 und auf einer Seite des leitenden Films 774 in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht 776 bereitgestellt sein. Obwohl in 27 nicht gezeigt, können ein optisches Element (ein optisches Substrat) und dergleichen, wie z. B. ein polarisierendes Element, ein Retardationselement (retardation member) oder ein Antireflexelement, nach Bedarf bereitgestellt sein. Beispielsweise kann eine zirkulare Polarisation unter Einsatz eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats genutzt werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein hochmolekularer Flüssigkristall, ein polymerdispergierter Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein anti-ferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial zeigt je nach den Bedingungen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen.
Alternativ kann in dem Fall, in dem ein Modus mit horizontalem elektrischem Feld zum Einsatz kommt, ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall verwendet werden, für den kein Ausrichtungsfilm notwendig ist. 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 erscheint, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, der mehrere Gewichtsprozent oder mehr eines chiralen Materials beigemischt sind, für die Flüssigkristallschicht verwendet, um den Temperaturbereich zu verbessern. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Flüssigkristall mit einer blauen Phase und ein chirales Material enthält, besitzt eine kurze Ansprechzeit. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Flüssigkristall mit einer blauen Phase und ein chirales Material enthält, wird bevorzugt, da sie eine optische Isotropie hat, den Ausrichtungsprozess unnötig macht und eine geringe Betrachtungswinkelabhängigkeit hat. Ein Ausrichtungsfilm muss nicht vorgesehen sein und keine Reibbehandlung ist daher erforderlich; folglich kann eine durch die Reibbehandlung hervorgerufene Beschädigung durch elektrostatische Entladung verhindert werden, und Defekte und Beschädigung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in dem Herstellungsprozess können verringert werden.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein Twisted Nematic-(TN-)Modus, ein In-Plane-Switching-(IPS-)Modus, ein Streufeldschaltungs-(fringe field switching, FFS-)Modus, ein achsensymmetrisch-ausgerichtete-Mikrozellen-(axially symmetric aligned micro-cell, ASM-)Modus, ein optisch kompensierter Doppelbrechungs-(optical compensated birefringence, OCB-)Modus, ein ferroelektrischer Flüssigkristall-(ferroelectric liquid crystal, FLC-)Modus, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall-(anti-ferroelectric liquid crystal, AFLC-)Modus oder dergleichen verwendet werden.
Eine normalerweise schwarze Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wie z. B. eine durchsichtige Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der ein Vertical Alignment-(VA-)Modus benutzt wird, kann außerdem verwendet werden. Einige Beispiele für einen Vertical Alignment-Modus werden angegeben. Beispielsweise kann ein Multi-Domain Vertical Alignment-(MVA-)Modus, ein Patterned Vertical Alignment-(PVA-)Modus, ein ASV-Modus oder dergleichen verwendet werden.
<Anzeigevorrichtung, die ein Licht emittierendes Element als Anzeigeelement verwendet>
Die Anzeigevorrichtung 700 in 28 beinhaltet ein Licht emittierendes Element 782. Das Licht emittierende Element 782 beinhaltet einen leitenden Film 784, eine EL-Schicht 786 und einen leitenden Film 788. Die Anzeigevorrichtung 700 in 28 kann durch eine Lichtemission von der EL-Schicht 786 in dem Licht emittierenden Element 782 ein Bild anzeigen.
Der leitende Film 784 ist mit den leitenden Filmen verbunden, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 750 dienen. Der leitende Film 784 ist über dem Planarisierungs-Isolierfilm 770 ausgebildet, um als Pixelelektrode, d. h. eine Elektrode des Anzeigeelements, zu dienen. Ein leitender Film, der sichtbares Licht durchlässt, oder ein leitender Film, der sichtbares Licht reflektiert, kann für den leitenden Film 784 verwendet werden. Der leitende Film, der sichtbares Licht durchlässt, kann beispielsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das eine Art, ausgewählt aus Indium (In), Zink (Zn) und Zinn (Sn), enthält. Der leitende Film, der sichtbares Licht reflektiert, kann beispielsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das Aluminium oder Silber enthält.
Bei der Anzeigevorrichtung 700 in 28 ist ein Isolierfilm 730 über dem Planarisierungs-Isolierfilm 770 und dem leitenden Film 784 bereitgestellt. Der Isolierfilm 730 bedeckt einen Teil des leitenden Films 784. Es sei angemerkt, dass das Licht emittierende Element 782 eine Top-Emission-Struktur aufweist. Deshalb hat der leitende Film 788 eine lichtdurchlässige Eigenschaft und lässt Licht durch, das von der EL-Schicht 786 emittiert wird. Obwohl die Top-Emission-Struktur bei dieser Ausführungsform als Beispiel beschrieben wird, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Eine Bottom-Emission-Struktur, bei der Licht zu der Seite des leitenden Films 784 emittiert wird, oder eine Dual-Emission-Struktur, bei der Licht sowohl zu der Seite des leitenden Films 784 als auch zu der Seite des leitenden Films 788 emittiert wird, kann eingesetzt werden.
Der Farbfilm 736 ist derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Licht emittierenden Element 782 überlappt, und der Licht blockierende Film 738 ist derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Isolierfilm 730 überlappt und in dem Anschlussleitungsabschnitt 711 und dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 enthalten ist. Der Farbfilm 736 und der Licht blockierende Film 738 sind mit dem Isolierfilm 734 bedeckt. Ein Raum zwischen dem Licht emittierenden Element 782 und dem Isolierfilm 734 ist mit einem Dichtungsfilm 732 gefüllt. Obwohl eine Struktur mit dem Farbfilm 736 als die Anzeigevorrichtung 700 in 28 beschrieben wird, ist die Struktur nicht darauf beschränkt. In dem Fall, in dem die EL-Schicht 786 durch ein separates Farbgebungsverfahren ausgebildet wird, ist der Farbfilm 736 nicht notwendigerweise bereitgestellt.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer entsprechenden Kombination mit jeder der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Ausführungsform einer Licht emittierenden Vorrichtung beschrieben, die die Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform eine Struktur eines Pixel-Abschnitts einer Licht emittierenden Vorrichtung anhand von 29A und 29B beschrieben wird.
In 29A ist eine Vielzahl von FETs 500 über einem ersten Substrat 502 ausgebildet, und jeder der FETs 500 ist elektrisch mit einem Licht emittierenden Element (504R, 504G, 504B oder 504W) verbunden. Insbesondere ist der FET 500 elektrisch mit einem ersten leitenden Film 506 verbunden, der in dem Licht emittierenden Element enthalten ist. Es sei angemerkt, dass die Licht emittierenden Elemente (504R, 504G, 504B und 504W) jeweils den ersten leitenden Film 506, einen zweiten leitenden Film 507, eine EL-Schicht 510 und einen dritten leitenden Film 512 beinhalten.
Des Weiteren sind Farbschichten (514R, 514G, 514B und 514W) an Positionen bereitgestellt, die den entsprechenden Licht emittierenden Elementen (504R, 504G, 504B und 504W) zugewandt sind. Es sei angemerkt, dass die Farbschichten (514R, 514G, 514B und 514W) in Kontakt mit einem zweiten Substrat 516 bereitgestellt sind. Außerdem ist ein Dichtungsfilm 518 zwischen dem ersten Substrat 502 und dem zweiten Substrat 516 bereitgestellt.
Beispielsweise können ein Glasmaterial, wie z. B. eine Glasfritte oder ein Harz, das sich bei Raumtemperatur aushärten kann, wie z. B. ein zwei Komponenten enthaltendes Harz, ein lichthärtendes Harz, ein wärmehärtendes Harz und dergleichen, für den Dichtungsfilm 518 verwendet werden.
Eine Trennwand 508 ist bereitgestellt, um Endbereiche von benachbarten Schichtanordnungen aus dem ersten leitenden Film 506 und dem zweiten leitenden Film 507 zu bedecken. Eine Struktur 509 ist über der Trennwand 508 bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass der erste leitende Film 506 eine Funktion als reflektierende Elektrode und eine Funktion als Anode des Licht emittierenden Elements hat. Der zweite leitende Film 507 hat eine Funktion, um die optische Weglänge jedes Licht emittierenden Elements zu regulieren. Die EL-Schicht 510 ist über dem zweiten leitenden Film 507 ausgebildet, und der dritte leitende Film 512 ist über der EL-Schicht 510 ausgebildet. Der dritte leitende Film 512 hat eine Funktion als halbdurchlässige und halbreflektierende Elektrode und eine Funktion als Kathode des Licht emittierenden Elements. Die Struktur 509 ist zwischen dem Licht emittierenden Element und der Farbschicht bereitgestellt und hat eine Funktion als Abstandshalter.
Die EL-Schicht 510 kann von den Licht emittierenden Elementen (504R, 504G, 504B und 504W) gemeinsam verwendet werden. Es sei angemerkt, dass jedes der Licht emittierenden Elemente (504R, 504G, 504B und 504W) eine optische Mikroresonator-(oder Mikrokavitäts-)Struktur aufweist, bei der von der EL-Schicht 510 emittiertes Licht von dem ersten leitenden Film 506 und dem dritten leitenden Film 512 in Resonanz geraten kann; daher können Spektren von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen verschmälert und extrahiert werden, auch wenn sie die gleiche EL-Schicht 510 aufweisen. Insbesondere kann durch Steuern der Dicke jedes der zweiten leitenden Filme 507 unter der EL-Schicht 510 in dem Licht emittierenden Element (504R, 504G, 504B oder 504W) ein gewünschtes Emissionsspektrum von der EL-Schicht 510 erhalten werden, so dass Lichtemission mit hoher Farbreinheit erhalten werden kann. Folglich wird bei der Struktur in 29A ein Prozess zum separaten Ausbilden der EL-Schichten mit unterschiedlichen Farben nicht erfordert, und daher kann hohe Auflösung leicht erzielt werden.
Die Licht emittierende Vorrichtung in 29A beinhaltet die Farbschicht (den Farbfilter). Deshalb kann unter Verwendung der Mikrokavitätsstruktur und des Farbfilters in Kombination Lichtemission mit hoher Farbreinheit erzielt werden. Konkret wird die optische Weglänge des Licht emittierenden Elements 504R derart geregelt, dass rote Lichtemission erhalten wird; rotes Licht wird in die Richtung, die durch einen Pfeil dargestellt wird, durch die Farbschicht 514R emittiert. Außerdem wird die optische Weglänge des Licht emittierenden Elements 504G derart geregelt, dass grüne Lichtemission erhalten wird; grünes Licht wird in die Richtung, die durch einen Pfeil dargestellt wird, durch die Farbschicht 514G emittiert. Außerdem wird die optische Weglänge des Licht emittierenden Elements 504B derart geregelt, dass blaue Lichtemission erhalten wird; blaues Licht wird in die Richtung, die durch einen Pfeil dargestellt wird, durch die Farbschicht 514B emittiert. Außerdem wird die optische Weglänge des Licht emittierenden Elements 504W derart geregelt, dass weiße Lichtemission erhalten wird; weißes Licht wird in die Richtung, die durch einen Pfeil dargestellt wird, durch die Farbschicht 514W emittiert.
Es sei angemerkt, dass ein Verfahren zum Regulieren der optischen Weglänge jedes Licht emittierenden Elements nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann die optische Weglänge durch Steuern der Filmdicke der EL-Schicht 510 in jedem Licht emittierenden Element geregelt werden.
Die Farbschichten (514R, 514G und 514B) können eine Funktion zum Durchlassen von Licht in einem spezifischen Wellenlängenbereich aufweisen. Beispielsweise kann ein roter (R) Farbfilter, der Licht in einem roten Wellenlängenbereich durchlässt, ein grüner (G) Farbfilter, der Licht in einem grünen Wellenlängenbereich durchlässt, ein blauer (B) Farbfilter, der Licht in einem blauen Wellenlängenbereich durchlässt, oder dergleichen verwendet werden. Die Farbschicht 514W kann unter Verwendung eines Harzmaterials auf Acryl-Basis ausgebildet werden, das keinen Farbstoff oder dergleichen enthält. Die Farbschichten (514R, 514G, 514B und 514W) können unter Verwendung eines von verschiedenen Materialien durch ein Druckverfahren, ein Tintenstrahlverfahren, ein Ätzverfahren unter Verwendung einer Fotolithografie-Technik oder dergleichen ausgebildet werden.
Der erste leitende Film 506 kann beispielsweise unter Verwendung eines Metallfilms mit hoher Reflektivität (Reflexionsgrad für sichtbares Licht ist 40% bis 100%, bevorzugt 70% bis 100%) ausgebildet werden. Der leitende Film 506 kann mit einer einzigen Schicht oder einer Schichtanordnung unter Verwendung von Aluminium, Silber oder einer Legierung ausgebildet werden, die ein solches Metallmaterial enthält (z. B. einer Legierung von Silber, Palladium und Kupfer).
Der zweite leitende Film 507 kann beispielsweise unter Verwendung eines leitenden Metalloxides ausgebildet werden. Als leitendes Metalloxid kann Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid oder ein beliebiges dieser Metalloxidmaterialien verwendet werden, in dem Siliziumoxid oder Wolframoxid enthalten ist. Der zweite leitende Film 507 ist vorzugsweise bereitgestellt, weil das Ausbilden eines Isolierfilms zwischen der EL-Schicht 510, die später ausgebildet wird, und dem ersten leitenden Film 506 unterdrückt werden kann. Des Weiteren kann ein leitendes Metalloxid, das als der zweite leitende Film 507 verwendet wird, in einer Schicht ausgebildet werden, die unterhalb des ersten leitenden Films 506 liegt.
Der dritte leitende Film 512 wird unter Verwendung eines leitenden Materials mit Reflektivität und eines leitenden Materials mit einer lichtdurchlässigen Eigenschaft ausgebildet, und die Reflektivität für sichtbares Licht des Films ist bevorzugt 20% bis 80%, stärker bevorzugt 40% bis 70%. Als der dritte leitende Film 512 wird beispielsweise Silber, Magnesium, eine Legierung eines solchen Metallmaterials oder dergleichen dünn (z. B. 10 nm oder weniger) ausgebildet, und dann wird ein leitendes Metalloxid ausgebildet, das für den zweiten leitenden Film 507 verwendet werden kann.
Die oben beschriebene Licht emittierende Vorrichtung hat eine Struktur, bei der Licht von der Seite des zweiten Substrats 516 entnommen wird (eine Top-Emission-Struktur), aber sie kann eine Struktur, bei der Licht von der Seite des ersten Substrats 501, wo die FFTs 500 ausgebildet sind, entnommen wird (eine Bottom-Emission-Struktur), oder eine Struktur haben, bei der Licht sowohl von der Seite des ersten Substrats 501 als auch von der Seite des zweiten Substrats 516 entnommen wird (eine Dual-Emission-Struktur). Im Falle der Bottom-Emission-Struktur können die Farbschichten (514R, 514G, 514B und 514W) unter dem ersten leitenden Film 506 ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass ein lichtdurchlässiges Substrat als Substrat verwendet werden kann, durch das Licht durchgelassen wird, und dass ein lichtdurchlässiges Substrat und ein Licht blockierendes Substrat als Substrat verwendet werden können, durch das kein Licht durchgelassen wird.
In 29A ist die Struktur als Beispiel dargestellt, bei der die Licht emittierenden Elemente Licht von Rot (R), Grün (G), Blau (B) und Weiß (W) emittieren. Jedoch ist eine Struktur nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Struktur verwendet werden, bei der die Licht emittierenden Elemente Licht von Rot (R), Grün (G) und Blau (B) emittieren.
Hier wird eine Verbindung zwischen dem Licht emittierenden Element und dem FET detailliert anhand von 29B beschrieben. Es sei angemerkt, dass 29B ein Beispiel für eine Struktur eines Bereichs 520 in 29A ist, der durch eine gestrichelte Linie umgeben ist.
In 29B ist ein Isolierfilm 522, der als Planarisierungsfilm dient, über dem FET 500 ausgebildet. Außerdem ist ein Öffnungsteil 524, der einen leitenden Film erreicht, der als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des FET 500 dient, in dem Isolierfilm 522 ausgebildet. Des Weiteren ist der erste leitende Film 506, der mit dem leitenden Film verbunden ist, der als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des FET 500 dient, über dem Isolierfilm 522 ausgebildet. Darüber hinaus ist der zweite leitende Film 507 über dem ersten leitenden Film 506 ausgebildet.
Die Struktur des FET 500 ist ähnlich der Struktur des Transistors 100A bei der obigen Ausführungsform; deshalb wird eine Beschreibung darüber weggelassen.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer entsprechenden Kombination mit jeder der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
(Ausführungsform 6)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Konfigurationsbeispiel für eine Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
<Konfigurationsbeispiel für eine Anzeigevorrichtung>
31A ist eine Draufsicht auf eine Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 31B zeigt eine Pixel-Schaltung, in der ein Flüssigkristallelement für ein Pixel einer Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 31C zeigt eine Pixel-Schaltung, in der ein organisches EL-Element für ein Pixel einer Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Einer der oben beschriebenen Transistoren kann als Transistor für das Pixel verwendet werden. Hier wird ein Beispiel gezeigt, in dem ein n-Kanal-Transistor verwendet wird. Es sei angemerkt, dass ein Transistor, der durch die gleichen Schritte wie der Transistor für das Pixel hergestellt wird, für eine Treiberschaltung verwendet werden kann. Einer der oben beschriebenen Kondensatoren kann als Kondensator für das Pixel verwendet werden. Daher kann unter Verwendung eines der oben beschriebenen Transistoren und eines der oben beschriebenen Kondensatoren für ein Pixel oder eine Treiberschaltung die Anzeigevorrichtung hohe Anzeigequalität und/oder hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
31A zeigt ein Beispiel für eine Draufsicht auf eine Aktivmatrix-Anzeigevorrichtung. Ein Pixel-Abschnitt 5001, eine erste Abtastleitungstreiberschaltung 5002, eine zweite Abtastleitungstreiberschaltung 5003 und eine Signalleitungstreiberschaltung 5004 sind über einem Substrat 5000 der Anzeigevorrichtung bereitgestellt. Der Pixel-Abschnitt 5001 ist elektrisch mit der Signalleitungstreiberschaltung 5004 über eine Vielzahl von Signalleitungen verbunden und ist elektrisch mit der ersten Abtastleitungstreiberschaltung 5002 und der zweiten Abtastleitungstreiberschaltung 5003 über eine Vielzahl von Abtastleitungen verbunden. Pixel, die Anzeigeelemente beinhalten, sind in entsprechenden Bereichen bereitgestellt, die durch die Abtastleitungen und die Signalleitungen geteilt sind. Das Substrat 5000 der Anzeigevorrichtung ist über einen Verbindungsabschnitt, wie z. B. eine FPC, mit einer Zeitsteuerschaltung (auch als Steuerung oder Steuer-IC bezeichnet) verbunden.
Die erste Abtastleitungstreiberschaltung 5002, die zweite Abtastleitungstreiberschaltung 5003 und die Signalleitungstreiberschaltung 5004 sind über dem Substrat 5000 ausgebildet, über dem der Pixel-Abschnitt 5001 ausgebildet ist. Deshalb kann eine Anzeigevorrichtung mit niedrigeren Kosten hergestellt werden als in dem Fall, in dem eine Treiberschaltung getrennt ausgebildet wird. Ferner nimmt in dem Fall, in dem eine Treiberschaltung getrennt ausgebildet wird, die Anzahl der Leitungsverbindungen zu. Indem die Treiberschaltung über dem Substrat 5000 bereitgestellt wird, kann die Anzahl der Leitungsverbindungen verringert werden. Folglich können die Zuverlässigkeit und/oder die Ausbeute verbessert werden.
<(1) Flüssigkristallanzeigevorrichtung>
31B zeigt ein Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Pixels. Hier ist eine Pixel-Schaltung, die für ein Pixel einer VA-Flüssigkristallanzeigevorrichtung anwendbar ist, oder dergleichen dargestellt.
Diese Pixel-Schaltung kann auf eine Struktur angewendet werden, bei der ein Pixel eine Vielzahl von Pixel-Elektroden aufweist. Die Pixel-Elektroden sind mit verschiedenen Transistoren verbunden, und die Transistoren können mit verschiedenen Gate-Signalen betrieben werden. Folglich können Signale, die an einzelne Pixel-Elektroden in einem Pixel mit mehreren Bereichen (multi-domain pixel) angelegt werden, unabhängig gesteuert werden.
Eine Gate-Leitung 5012 eines Transistors 5016 und eine Gate-Leitung 5013 eines Transistors 5017 sind getrennt, so dass diesen verschiedene Gate-Signale zugeführt werden können. Im Gegensatz dazu wird eine Source- oder Drain-Elektrode 5014, die als Datenleitung dient, gemeinsam für die Transistoren 5016 und 5017 verwendet. Einer der oben beschriebenen Transistoren kann jeweils als jeder der Transistoren 5016 und 5017 verwendet werden. Einer der oben beschriebenen Kondensatoren kann jeweils als jeder der Kondensatoren 5023a und 5023b verwendet werden. Auf diese Weise kann die Flüssigkristallanzeigevorrichtung hohe Anzeigequalität und/oder hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Eine erste Pixel-Elektrode ist elektrisch mit dem Transistor 5016 verbunden, und eine zweite Pixel-Elektrode ist elektrisch mit dem Transistor 5017 verbunden. Die erste Pixel-Elektrode und die zweite Pixel-Elektrode sind voneinander getrennt. Die Form der ersten Pixel-Elektrode und der zweiten Pixel-Elektrode ist nicht besonders beschränkt und kann z. B. eine V-Form sein.
Eine Gate-Elektrode des Transistors 5016 ist elektrisch mit der Gate-Leitung 5012 verbunden, und eine Gate-Elektrode des Transistors 5017 ist elektrisch mit der Gate-Leitung 5013 verbunden. Wenn verschiedene Gate-Signale zu der Gate-Leitung 5012 und der Gate-Leitung 5013 zugeführt werden, können die Betriebszeiten des Transistors 5016 und des Transistors 5017 variieren. Als Ergebnis kann die Ausrichtung von Flüssigkristallen gesteuert werden.
Ferner kann ein Kondensator unter Verwendung einer Kondensatorleitung 5010, eines Isolierfilms, der als Dielektrikum dient, und einer Kondensatorelektrode ausgebildet sein, die elektrisch mit der ersten Pixel-Elektrode oder der zweiten Pixel-Elektrode verbunden ist.
Das Pixel mit mehreren Bereichen beinhaltet ein erstes Flüssigkristallelement 5018 und ein zweites Flüssigkristallelement 5019. Das erste Flüssigkristallelement 5018 beinhaltet die erste Pixel-Elektrode, eine Gegenelektrode und eine Flüssigkristallschicht dazwischen. Das zweite Flüssigkristallelement 5019 beinhaltet die zweite Pixel-Elektrode, eine Gegenelektrode und eine Flüssigkristallschicht dazwischen.
Es sei angemerkt, dass eine Pixel-Schaltung in der Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenige in 31B beschränkt ist. Beispielsweise kann ein Schalter, ein Widerstand, ein Kondensator, ein Transistor, ein Sensor, eine Logikschaltung oder dergleichen zu dem Pixel hinzugefügt sein, das in 31B dargestellt ist.
<(2) Licht emittierende Vorrichtung>
31C stellt ein weiteres Beispiel für eine Schaltungskonfiguration des Pixels dar. Hier wird eine Pixel-Struktur einer Anzeigevorrichtung beschrieben, bei der ein Licht emittierendes Element, wie typischerweise ein organisches EL-Element, verwendet wird (eine derartige Vorrichtung wird als Licht emittierende Vorrichtung bezeichnet).
Bei einem organischen EL-Element werden durch Anlegen einer Spannung an ein Licht emittierendes Element Elektronen aus einer eines Paars von Elektroden in dem organischen EL-Element und Löcher aus der anderen des Paars von Elektroden in eine Schicht injiziert, die eine Licht emittierende organische Verbindung enthält; somit fließt ein Strom. Die Elektronen und Löcher werden rekombiniert, und dadurch wird die Licht emittierende organische Verbindung angeregt. Die Licht emittierende organische Verbindung kehrt vom angeregten Zustand in einen Grundzustand zurück, wodurch Licht emittiert wird. Aufgrund eines solchen Mechanismus wird ein solches Licht emittierendes Element als Licht emittierendes Element mit Stromanregung bezeichnet.
31C stellt ein Beispiel für eine Pixel-Schaltung dar. Hier ist ein Beispiel gezeigt, in dem zwei n-Kanal-Transistoren und ein Kondensator in einem Pixel verwendet werden. Es sei angemerkt, dass einer der oben beschriebenen Transistoren als n-Kanal-Transistoren verwendet werden kann. Einer der oben beschriebenen Kondensatoren kann als Kondensator verwendet werden. Des Weiteren kann eine digitale Zeit-Graustufen-Ansteuerung (digital time grayscale driving) für die Pixel-Schaltung verwendet werden.
Es werden die Konfiguration der anwendbaren Pixel-Schaltung und der Betätigungsvorgang eines Pixels beschrieben, bei dem die digitale Zeit-Graustufen-Ansteuerung zum Einsatz kommt.
Ein Pixel 5020 beinhaltet einen Schalttransistor 5021, einen Treibertransistor 5022, ein Licht emittierendes Element 5024 und einen Kondensator 5023. Eine Gate-Elektrode des Schalttransistors 5021 ist mit einer Abtastleitung 5026 verbunden, eine erste Elektrode (entweder eine Source-Elektrode oder eine Drain-Elektrode) des Schalttransistors 5021 ist mit einer Signalleitung 5025 verbunden, und eine zweite Elektrode (die andere der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode) des Schalttransistors 5021 ist mit einer Gate-Elektrode des Treibertransistors 5022 verbunden. Die Gate-Elektrode des Treibertransistors 5022 ist über den Kondensator 5023 mit einer Stromversorgungsleitung 5027 verbunden, eine erste Elektrode des Treibertransistors 5022 ist mit der Stromversorgungsleitung 5027 verbunden, und eine zweite Elektrode des Treibertransistors 5022 ist mit einer ersten Elektrode (einer Pixel-Elektrode) des Licht emittierenden Elements 5024 verbunden. Eine zweite Elektrode des Licht emittierenden Elements 5024 entspricht einer gemeinsamen Elektrode 5028. Die gemeinsame Elektrode 5028 ist elektrisch mit einer gemeinsamen Potentialleitung verbunden, die über demselben Substrat ausgebildet ist.
Sowohl als der Schalttransistor 5021 als auch als der Treibertransistor 5022 kann einer der oben beschriebenen Transistoren verwendet werden. Einer der oben beschriebenen Kondensatoren kann als der Kondensator 5023 verwendet werden. Auf diese Weise kann eine organische EL-Anzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität und/oder hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
Das Potential der zweiten Elektrode (der gemeinsamen Elektrode 5028) des Licht emittierenden Elements 5024 wird auf ein niedriges Stromversorgungspotential eingestellt. Es sei angemerkt, dass das niedrige Stromversorgungspotential niedriger ist als ein hohes Stromversorgungspotential, das der Stromversorgungsleitung 5027 zugeführt wird. Das niedrige Stromversorgungspotential kann beispielsweise GND, 0 V oder dergleichen sein. Das hohe Stromversorgungspotential und das niedrige Stromversorgungspotential werden derart eingestellt, dass sie höher als oder gleich der Durchlass-Schwellenspannung des Licht emittierenden Elements 5024 sind, und die Differenz zwischen den Potentialen wird an das Licht emittierende Element 5024 angelegt, wodurch dem Licht emittierenden Element 5024 ein Strom zugeführt wird, was zu einer Lichtemission führt. Die Durchlassspannung des Licht emittierenden Elements 5024 bezeichnet eine Spannung, bei der eine gewünschte Leuchtdichte erreicht wird, und umfasst mindestens eine Durchlass-Schwellenspannung.
Es sei angemerkt, dass die Gate-Kapazität des Treibertransistors 5022 als Ersatz für den Kondensator 5023 in einigen Fällen verwendet werden kann, so dass der Kondensator 5023 weggelassen werden kann. Die Gate-Kapazität des Treibertransistors 5022 kann zwischen dem Kanalbildungsbereich und der Gate-Elektrode gebildet werden.
Als Nächstes wird ein Signal beschrieben, das in den Treibertransistor 5022 eingegeben wird. Im Falle eines Spannungsansteuerverfahrens durch Spannungseingabe (voltage-input voltage driving) wird ein Videosignal zum Einschalten oder Ausschalten des Treibertransistors 5022 in den Treibertransistor 5022 eingegeben. Damit der Treibertransistor 5022 in einem linearen Bereich arbeiten kann, wird eine Spannung, die höher ist als die Spannung der Stromversorgungsleitung 5027, an die Gate-Elektrode des Treibertransistors 5022 angelegt. Es sei angemerkt, dass eine Spannung, die höher als oder gleich der Gesamtspannung einer Spannung der Stromversorgungsleitung und der Schwellenspannung Vth des Treibertransistors 5022 ist, an die Signalleitung 5025 angelegt wird.
In dem Fall, in dem eine analoge Graustufen-Ansteuerung durchgeführt wird, wird eine Spannung, die höher als oder gleich der Gesamtspannung der Durchlassspannung des Licht emittierenden Elements 5024 und der Schwellenspannung Vth des Treibertransistors 5022 ist, an die Gate-Elektrode des Treibertransistors 5022 angelegt. Ein Videosignal wird eingegeben, mit dem der Treibertransistor 5022 in einem Sättigungsbereich arbeitet, so dass dem Licht emittierenden Element 5024 ein Strom zugeführt wird. Damit der Treibertransistor 5022 in einem Sättigungsbereich arbeiten kann, wird das Potential der Stromversorgungsleitung 5027 höher eingestellt als das Gate-Potential des Treibertransistors 5022. Wenn ein analoges Videosignal benutzt wird, ist es möglich, einen Strom entsprechend dem Videosignal zu dem Licht emittierenden Element 5024 zuzuführen und eine analoge Graustufen-Ansteuerung durchzuführen.
Es sei angemerkt, dass eine Pixel-Konfiguration in der Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diejenige in 31C beschränkt ist. Beispielsweise kann ein Schalter, ein Widerstand, ein Kondensator, ein Sensor, ein Transistor, eine Logikschaltung oder dergleichen zu der Pixel-Schaltung hinzugefügt werden, die in 31C dargestellt ist.
Beispielsweise stellt 32A ein anwendbares Beispiel für eine Pixel-Schaltung dar. Hier ist ein Beispiel gezeigt, in dem drei n-Kanal-Transistoren und ein Kondensator in einem Pixel verwendet werden.
32A stellt ein Beispiel für einen Schaltplan eines Pixels 5111 dar. Das Pixel 5111 beinhaltet einen Transistor 5155, einen Transistor 5156, einen Transistor 5157, einen Kondensator 5158 und ein Licht emittierendes Element 5154.
Das Potential einer Pixel-Elektrode in dem Licht emittierenden Element 5154 wird entsprechend einem in das Pixel 5111 eingegebenen Bildsignal Sig gesteuert. Die Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5154 hängt von einem Potentialunterschied zwischen der Pixel-Elektrode und der gemeinsamen Elektrode ab.
Der Transistor 5156 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leitung SL und einem Gate des Transistors 5155 auf. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 5155 ist elektrisch mit einer Anode des Licht emittierenden Elements 5154 verbunden, und der andere Anschluss von Source und Drain ist elektrisch mit einer Leitung VL verbunden. Der Transistor 5157 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leitung ML und der/dem anderen von Source und Drain des Transistors 5155 auf. Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 5158 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 5155 verbunden, und die andere ist elektrisch mit der Anode des Licht emittierenden Elements 5154 verbunden.
Das Umschalten des Transistors 5156 wird entsprechend dem Potential einer Leitung GL durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5156 verbunden ist. Das Umschalten des Transistors 5157 wird entsprechend dem Potential der Leitung GL durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5157 verbunden ist.
Es sei angemerkt, dass einer der oben beschriebenen Transistoren als mindestens einer der Transistoren 5155, 5156 und 5157 verwendet werden kann. Des Weiteren kann einer der oben beschriebenen Kondensatoren als der Kondensator 5158 verwendet werden.
Beispielsweise kann jeder der folgenden Ausdrücke für den Fall, in dem eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors über (oder nicht über) Z1 elektrisch mit X verbunden ist und ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors über (oder nicht über) Z2 elektrisch mit Y verbunden ist, oder den Fall verwendet werden, in dem eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors direkt mit einem Teil von Z1 verbunden ist und ein anderer Teil von Z1 direkt mit X verbunden ist, während ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors direkt mit einem Teil von Z2 verbunden ist und ein anderer Teil von Z2 direkt mit Y verbunden ist.
Beispiele für die Ausdrücke umfassen „X, Y, eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors und ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors sind elektrisch miteinander verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden”, „eine Source (oder ein erster Anschluss oder dergleichen) eines Transistors ist elektrisch mit X verbunden, ein Drain (oder ein zweiter Anschluss oder dergleichen) des Transistors ist elektrisch mit Y verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind in dieser Reihenfolge elektrisch miteinander verbunden” und „X ist über eine Source (oder einen ersten Anschluss oder dergleichen) und einen Drain (oder einen zweiten Anschluss oder dergleichen) eines Transistors elektrisch mit Y verbunden, und X, die Source (oder der erste Anschluss oder dergleichen) des Transistors, der Drain (oder der zweite Anschluss oder dergleichen) des Transistors und Y sind derart angeordnet, dass sie in dieser Reihenfolge verbunden sind”. Wenn die Reihenfolge der Verbindung bei einer Schaltungsstruktur durch einen Ausdruck definiert wird, der den obigen Beispielen ähnlich ist, kann man eine Source (oder einen ersten Anschluss oder dergleichen) und einen Drain (oder einen zweiten Anschluss oder dergleichen) eines Transistors voneinander unterscheiden, um den technischen Einflussbereich zu bestimmen. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausdrücke beschränkt ist, die nur Beispiele sind. Hier stellen X, Y, Z1 und Z2 jeweils einen Gegenstand (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film, eine Schicht oder dergleichen) dar.
Als Nächstes wird ein Beispiel für den Betätigungsvorgang des Pixels 5111 in 32A beschrieben.
32B zeigt ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Potentiale der Leitung GL, die elektrisch mit dem Pixel 5111 in 32A verbunden ist, und des Potentials des Bildsignals Sig, das zu der Leitung SL zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass in dem Zeitdiagramm in 32B alle Transistoren in dem Pixel 5111 in 32A n-Kanal-Transistoren sind.
Zuerst wird in einer Periode t1 ein hohes Potential an die Leitung GL angelegt. Folglich werden der Transistor 5156 und der Transistor 5157 eingeschaltet. Ein Potential Vdata des Bildsignals Sig wird an die Leitung SL angelegt, und das Potential Vdata wird an das Gate des Transistors 5155 über den Transistor 5156 angelegt.
Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Das Potential Vano ist vorzugsweise höher als die Summe des Potentials Vcat, der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5154 und der Schwellenspannung Vth des Transistors 5155. Der obige Potentialunterschied besteht zwischen der Leitung VL und der Leitung CL, so dass der Wert des Drain-Stroms des Transistors 5155 durch das Potential Vdata bestimmt wird. Dann wird der Drain-Strom zu dem Licht emittierenden Element 5154 zugeführt, wodurch die Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5154 bestimmt wird.
In dem Fall, in dem der Transistor 5155 vom n-Kanal-Typ ist, ist in der Periode t1 das Potential der Leitung ML vorzugsweise niedriger ist als die Summe des Potentials der Leitung CL und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5154 und ist das Potential der Leitung VL höher als die Summe des Potentials der Leitung ML und der Schwellenspannung Vth des Transistors 5155. Bei der obigen Konfiguration kann der Drain-Strom des Transistors 5155 vorzugsweise über die Leitung ML anstatt über das Licht emittierende Element 5154 fließen, auch wenn der Transistor 5157 eingeschaltet ist.
Dann wird in einer Periode t2 ein niedriges Potential an die Leitung GL angelegt. Folglich werden der Transistor 5156 und der Transistor 5157 ausgeschaltet. Wenn der Transistor 5156 ausgeschaltet ist, wird das Potential Vdata an dem Gate des Transistors 5155 gehalten. Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Deshalb emittiert das Licht emittierende Element 5154 Licht endsprechend der Leuchtdichte, die in der Periode t1 bestimmt wird.
Als Nächstes wird in einer Periode t3 ein hohes Potential an die Leitung GL angelegt. Folglich werden der Transistor 5156 und der Transistor 5157 eingeschaltet. Zudem wird ein derartiges Potential, bei dem die Gate-Spannung des Transistors 5155 höher ist als seine Schwellenspannung Vth, an die Leitung SL angelegt. Das Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Dann ist das Potential der Leitung ML niedriger als die Summe des Potentials der Leitung CL und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5154, und das Potential der Leitung VL ist höher als die Summe des Potentials der Leitung ML und der Schwellenspannung Vth des Transistors 5155. Bei der obigen Konfiguration kann der Drain-Strom des Transistors 5155 bevorzugt über die Leitung ML anstatt über das Licht emittierende Element 5154 fließen.
Dann wird der Drain-Strom des Transistors 5155 über die Leitung ML zu einer Überwachungsschaltung zugeführt. Die Überwachungsschaltung erzeugt ein Signal, das eine Information über den Wert des Drain-Stroms enthält, unter Verwendung des Drain-Stroms, der durch die Leitung ML fließt. Deshalb kann unter Verwendung des obigen Signals die Licht emittierende Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Wert des Potentials Vdata des Bildsignals Sig korrigieren, das dem Pixel 5111 zugeführt wird.
Es sei angemerkt, dass bei der Licht emittierenden Vorrichtung, die das Pixel 5111 in 32A beinhaltet, der Betätigungsvorgang in der Periode t3 nicht notwendigerweise nach dem Betätigungsvorgang in der Periode t2 durchgeführt wird. Beispielsweise kann in dem Pixel 5111 der Betätigungsvorgang in der Periode t3 durchgeführt werden, nachdem die Betätigungsvorgänge in den Perioden t1 und t2 mehrmals wiederholt worden sind. Alternativ können, nachdem der Betätigungsvorgang in der Periode t3 an Pixeln 5111 in einer Zeile durchgeführt worden ist, die Licht emittierenden Elemente 5154 in einen nicht Licht emittierenden Zustand versetzt werden, indem ein Bildsignal, das dem niedrigsten Graustufenniveau 0 entspricht, in die Pixel 5111 in der Zeile geschrieben wird, die dem obigen Betätigungsvorgang unterzogen worden sind.
Dann kann der Betätigungsvorgang in der Periode t3 an Pixeln 5111 in der nächsten Zeile durchgeführt werden.
Alternativ kann eine Konfiguration einer Pixel-Schaltung in 33A verwendet werden. 33A stellt ein Beispiel für eine Pixel-Schaltung dar. Hier ist ein Beispiel gezeigt, in dem vier n-Kanal-Transistoren und ein Kondensator in einem Pixel verwendet werden.
Ein Pixel 5211 in 33A beinhaltet einen Transistor 5215, einen Transistor 5216, einen Transistor 5217, einen Kondensator 5218, ein Licht emittierendes Element 5214 und einen Transistor 5219.
Das Potential einer Pixel-Elektrode in dem Licht emittierenden Element 5214 wird entsprechend einem in das Pixel 5211 eingegebenen Bildsignal Sig gesteuert. Die Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5214 hängt von einem Potentialunterschied zwischen der Pixel-Elektrode und der gemeinsamen Elektrode ab.
Der Transistor 5219 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung SL und einem Gate des Transistors 5215 auf. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 5215 ist elektrisch mit einer Anode des Licht emittierenden Elements 5214 verbunden. Der Transistor 5216 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung VL und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5215 auf. Der Transistor 5217 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung ML und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5215 auf. Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 5218 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 5215 verbunden, und die andere ist elektrisch mit der Anode des Licht emittierenden Elements 5214 verbunden.
Das Umschalten des Transistors 5219 wird entsprechend dem Potential einer Leitung GLa durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5219 verbunden ist. Das Umschalten des Transistors 5216 wird entsprechend dem Potential einer Leitung GLb durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5216 verbunden ist. Das Umschalten des Transistors 5217 wird entsprechend dem Potential einer Leitung GLc durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5217 verbunden ist.
Es sei angemerkt, dass einer der oben beschriebenen Transistoren für mindestens einen aus dem Transistor 5215, dem Transistor 5216, dem Transistor 5217 und dem Transistor 5219 verwendet werden kann. Des Weiteren kann einer der oben beschriebenen Kondensatoren für den Kondensator 5218 verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel für den Betätigungsvorgang des Pixels 5211 in 33A für eine externe Korrektur beschrieben.
33B zeigt ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Potentiale der Leitung GLa, der Leitung GLb und der Leitung GLc, die elektrisch mit dem Pixel 5211 in 33A verbunden sind, und eines Potentials des Bildsignals Sig, das der Leitung SL zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass das Zeitdiagramm in 33B ein Beispiel ist, in dem alle Transistoren in dem Pixel 5211 in 33A n-Kanal-Transistoren sind.
Zuerst wird in einer Periode t1 ein hohes Potential an die Leitung GLa angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein niedriges Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich werden die Transistoren 5219 und 5216 eingeschaltet, und der Transistor 5217 wird ausgeschaltet. Ein Potential Vdata des Bildsignals Sig wird an die Leitung SL angelegt, und das Potential Vdata wird an das Gate des Transistors 5215 über den Transistor 5219 angelegt.
Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Das Potential Vano ist vorzugsweise höher als die Summe des Potentials Vcat und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5214. Das Potential Vano der Leitung VL wird an den anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5215 über den Transistor 5216 angelegt. Daher wird der Wert des Drain-Stroms des Transistors 5215 entsprechend dem Potential Vdata bestimmt. Dann wird der Drain-Strom zu dem Licht emittierenden Element 5214 zugeführt, wodurch die Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5214 bestimmt wird.
Als Nächstes wird in einer Periode t2 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein niedriges Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich wird der Transistor 5216 eingeschaltet, und die Transistoren 5219 und 5217 werden ausgeschaltet. Weil der Transistor 5219 ausgeschaltet ist, wird das Potential Vdata an dem Gate des Transistors 5215 gehalten. Das Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und das Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Deshalb hält das Licht emittierende Element 5214 die Leuchtdichte, die in der Periode t1 bestimmt wird.
Als Nächstes wird in einer Periode t3 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein niedriges Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein hohes Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich wird der Transistor 5217 eingeschaltet, und die Transistoren 5219 und 5216 werden ausgeschaltet. Das Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Das Potential Vano wird an die Leitung ML angelegt, die mit der Überwachungsschaltung verbunden ist.
Durch den obigen Betätigungsvorgang wird der Drain-Strom des Transistors 5215 dem Licht emittierenden Element 5214 über den Transistor 5217 zugeführt. Zudem wird der Drain-Strom auch der Überwachungsschaltung über die Leitung ML zugeführt. Die Überwachungsschaltung erzeugt ein Signal, das eine Information über den Wert des Drain-Stroms enthält, unter Verwendung des Drain-Stroms, der durch die Leitung ML fließt. Deshalb kann unter Verwendung des obigen Signals die Licht emittierende Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Wert des Potentials Vdata des Bildsignals Sig korrigieren, das dem Pixel 5211 zugeführt wird.
Es sei angemerkt, dass bei der Licht emittierenden Vorrichtung, die das Pixel 5211 in 33A beinhaltet, der Betätigungsvorgang in der Periode t3 nicht notwendigerweise nach dem Betätigungsvorgang in der Periode t2 durchgeführt wird. Beispielsweise kann bei der Licht emittierenden Vorrichtung der Betätigungsvorgang in der Periode t3 durchgeführt werden, nachdem die Betätigungsvorgänge in den Perioden t1 und t2 mehrmals wiederholt worden sind. Alternativ können, nachdem der Betätigungsvorgang in der Periode t3 an Pixeln 5211 in einer Zeile durchgeführt worden ist, die Licht emittierenden Elemente 5214 in einen nicht Licht emittierenden Zustand versetzt werden, indem ein Bildsignal, das dem niedrigsten Graustufenniveau 0 entspricht, in die Pixel 5211 in der Zeile geschrieben wird, die dem obigen Betätigungsvorgang unterzogen worden sind. Dann kann der Betätigungsvorgang in der Periode t3 an Pixeln 5211 in der nächsten Zeile durchgeführt werden.
Alternativ kann eine Konfiguration einer Pixel-Schaltung in 34A verwendet werden. 34A stellt ein Beispiel für eine Pixel-Schaltung dar. Hier ist ein Beispiel gezeigt, in dem fünf n-Kanal-Transistoren und ein Kondensator in einem Pixel verwendet werden.
Ein Pixel 5311 in 34A beinhaltet einen Transistor 5315, einen Transistor 5316, einen Transistor 5317, einen Kondensator 5318, ein Licht emittierendes Element 5314, einen Transistor 5319 und einen Transistor 5320.
Der Transistor 5320 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen einer Leitung RL und der Anode des Licht emittierenden Elements 5314 auf. Der Transistor 5319 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung SL und einem Gate des Transistors 5315 auf. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 5315 ist elektrisch mit einer Anode des Licht emittierenden Elements 5314 verbunden. Der Transistor 5316 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung VL und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5315 auf. Der Transistor 5317 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung ML und dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5315 auf. Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 5318 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 5315 verbunden, und die andere ist elektrisch mit der Anode des Licht emittierenden Elements 5314 verbunden.
Das Umschalten des Transistors 5319 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLa durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5319 verbunden ist. Das Umschalten des Transistors 5316 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLb durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5316 verbunden ist. Das Umschalten des Transistors 5317 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLc durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5317 verbunden ist. Das Umschalten des Transistors 5320 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLd durchgeführt, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5320 verbunden ist.
Es sei angemerkt, dass einer der oben beschriebenen Transistoren für mindestens einen von dem Transistor 5315, dem Transistor 5316, dem Transistor 5317, dem Transistor 5319 und dem Transistor 5320 verwendet werden kann. Des Weiteren kann einer der oben beschriebenen Kondensatoren für den Kondensator 5318 verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Beispiel für den Betätigungsvorgang des Pixels 5311 in 34A für eine externe Korrektur beschrieben.
34B zeigt ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Potentiale der Leitung GLa, der Leitung GLb, der Leitung GLc und der Leitung GLd, die elektrisch mit dem Pixel 5311 in 34A verbunden sind, und eines Potentials des Bildsignals Sig, das zu der Leitung SL zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass in dem Zeitdiagramm in 34B alle Transistoren in dem Pixel 5311 in 34A n-Kanal-Transistoren sind.
Zuerst wird in einer Periode t1 ein hohes Potential an die Leitung GLa angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLb angelegt, ein niedriges Potential wird an die Leitung GLc angelegt, und ein hohes Potential wird an die Leitung GLd angelegt. Folglich werden die Transistoren 5319, 5316 und 5320 eingeschaltet, und der Transistor 5317 wird ausgeschaltet. Ein Potential Vdata des Bildsignals Sig wird an die Leitung SL angelegt, und das Potential Vdata wird an das Gate des Transistors 5315 über den Transistor 5319 angelegt. Daher wird der Wert des Drain-Stroms des Transistors 5315 durch das Potential Vdata bestimmt. Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential V1 wird an die Leitung RL angelegt; deshalb fließt der Drain-Strom zwischen der Leitung VL und der Leitung RL über den Transistor 5316 und den Transistor 5320.
Das Potential Vano ist vorzugsweise höher als die Summe des Potentials Vcat und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5314. Das Potential Vano der Leitung VL wird an den anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5315 über den Transistor 5316 angelegt. Das Potential V1, das an die Leitung RL angelegt wird, wird an den einen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5315 über den Transistor 5320 angelegt. Das Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt.
Es sei angemerkt, dass das Potential V1 vorzugsweise ausreichend niedriger ist als ein Potential, das durch Subtrahieren der Schwellenspannung Vth des Transistors 5315 von dem Potential V0 erhalten wird. Das Licht emittierende Element 5314 emittiert kein Licht in der Periode t1, da das Potential V1 ausreichend niedriger eingestellt werden kann als das Potential, das durch Subtrahieren der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5314 von dem Potential Vcat erhalten wird.
Als Nächstes wird in einer Periode t2 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLb angelegt, ein niedriges Potential wird an die Leitung GLc angelegt, und ein niedriges Potential wird an die Leitung GLd angelegt. Folglich wird der Transistor 5316 eingeschaltet, und die Transistoren 5319, 5317 und 5320 werden ausgeschaltet. Weil der Transistor 5319 ausgeschaltet ist, wird das Potential Vdata bei dem Gate des Transistors 5315 gehalten.
Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Folglich wird der Drain-Strom des Transistors 5315, dessen Wert in der Periode t1 bestimmt wird, zu dem Licht emittierenden Element 5314 zugeführt, da der Transistor 5320 ausgeschaltet ist. Indem der Drain-Strom dem Licht emittierenden Element 5314 zugeführt wird, wird die Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5314 bestimmt, und die Leuchtdichte wird in der Periode t2 gehalten.
Als Nächstes wird in einer Periode t3 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein niedriges Potential wird an die Leitung GLb angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLc angelegt, und ein niedriges Potential wird an die Leitung GLd angelegt. Folglich wird der Transistor 5317 eingeschaltet, und die Transistoren 5319, 5316 und 5320 werden ausgeschaltet. Das Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Das Potential Vano wird an die Leitung ML angelegt, die mit der Überwachungsschaltung verbunden ist.
Durch den obigen Betätigungsvorgang wird der Drain-Strom des Transistors 5315 dem Licht emittierenden Element 5314 über den Transistor 5317 zugeführt. Zudem wird der Drain-Strom auch der Überwachungsschaltung über die Leitung ML zugeführt. Die Überwachungsschaltung erzeugt ein Signal, das eine Information über den Wert des Drain-Stroms enthält, unter Verwendung des Drain-Stroms, der durch die Leitung ML fließt. Deshalb kann unter Verwendung des obigen Signals die Licht emittierende Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Wert des Potentials Vdata des Bildsignals Sig korrigieren, das zu dem Pixel 5311 zugeführt wird.
Es sei angemerkt, dass bei der Licht emittierenden Vorrichtung, die das Pixel 5311 in 34A beinhaltet, der Betätigungsvorgang in der Periode t3 nicht notwendigerweise nach dem Betätigungsvorgang in der Periode t2 durchgeführt wird. Beispielsweise kann bei der Licht emittierenden Vorrichtung der Betätigungsvorgang in der Periode t3 durchgeführt werden, nachdem die Betätigungsvorgänge in den Perioden t1 und t2 mehrmals wiederholt worden sind. Alternativ können, nachdem der Betätigungsvorgang in der Periode t3 an Pixeln 5311 in einer Zeile durchgeführt worden ist, die Licht emittierenden Elemente 5314 in einen nicht Licht emittierenden Zustand versetzt, werden, indem ein Bildsignal, das dem niedrigsten Graustufenniveau 0 entspricht, in die Pixel 5311 in der Zeile geschrieben wird, die dem obigen Betätigungsvorgang unterzogen worden sind. Dann kann der Betätigungsvorgang in der Periode t3 an Pixeln 5311 in der nächsten Zeile durchgeführt werden.
Auch wenn der Widerstand eines Bereichs zwischen der Anode und der Kathode des Licht emittierenden Elements 5314 zwischen Pixeln durch Alterung des Licht emittierenden Elements 5314 oder dergleichen schwankt, kann in dem Pixel 5311 in 34A das Potential der Source des Transistors 5315 auf ein vorbestimmtes Potential V1 eingestellt werden, wenn das Potential Vdata an das Gate des Transistors 5315 angelegt wird. Daher können Schwankungen der Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5314 zwischen Pixeln verhindert werden.
Alternativ kann eine Konfiguration einer Pixel-Schaltung in 35A verwendet werden. 35A stellt ein Beispiel für eine Pixel-Schaltung dar. Hier ist ein Beispiel gezeigt, in dem sechs n-Kanal-Transistoren und ein Kondensator in einem Pixel verwendet werden.
Ein Pixel 5411 in 35A beinhaltet einen Transistor 5415, einen Transistor 5416, einen Transistor 5417, einen Kondensator 5418, ein Licht emittierendes Element 5414, einen Transistor 5440, einen Transistor 5441 und einen Transistor 5442.
Das Potential einer Pixel-Elektrode in dem Licht emittierenden Element 5414 wird entsprechend einem in das Pixel 5411 eingegebenen Bildsignal Sig gesteuert. Die Leuchtdichte des Licht emittierenden Elements 5414 hängt von einem Potentialunterschied zwischen der Pixel-Elektrode und der gemeinsamen Elektrode ab.
Der Transistor 5440 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung SL und einer eines Paars von Elektroden des Kondensators 5418 auf. Die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 5418 ist elektrisch mit einem der Anschlüsse von Source und Drain des Transistors 5415 verbunden. Der Transistor 5416 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen der Leitung VL1 und einem Gate des Transistors 5415 auf. Der Transistor 5441 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen einer des Paars von Elektroden des Kondensators 5418 und dem Gate des Transistors 5415 auf. Der Transistor 5442 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen einem der Anschlüsse von Source und Drain des Transistors 5415 und einer Anode des Licht emittierenden Elements 5414 auf. Der Transistor 5417 weist eine Funktion zum Steuern einer elektrischen Verbindung zwischen dem anderen der Anschlüsse von Source und Drain des Transistors 5415 und der Leitung ML auf.
In 35A ist der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 5415 elektrisch mit der Leitung VL verbunden.
Der Transistor 5440 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLa umgeschaltet, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5440 verbunden ist. Der Transistor 5416 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLa umgeschaltet, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5416 verbunden ist. Der Transistor 5441 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLb umgeschaltet, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5441 verbunden ist. Der Transistor 5442 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLb umgeschaltet, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5442 verbunden ist. Der Transistor 5417 wird entsprechend dem Potential der Leitung GLc umgeschaltet, die elektrisch mit einem Gate des Transistors 5417 verbunden ist.
35B zeigt ein Beispiel für ein Zeitdiagramm der Potentiale der Leitung GLa, der Leitung GLb und der Leitung GLc, die elektrisch mit dem Pixel 5411 in 35A verbunden sind, und eines Potentials des Bildsignals Sig, das der Leitung SL zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass in dem Zeitdiagramm in 35B alle Transistoren in dem Pixel 5411 in 35A n-Kanal-Transistoren sind.
Zuerst wird in einer Periode t1 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein hohes Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich werden die Transistoren 5441, 5442 und 5417 eingeschaltet, und die Transistoren 5440 und 5416 werden ausgeschaltet. Die Transistoren 5442 und 5417 werden eingeschaltet, wodurch ein Potential V0, das das Potential der Leitung ML ist, an den einen Anschluss von Source und Drain des Transistors 5415 und die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 5418 (als Knoten A dargestellt) angelegt wird.
Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Das Potential Vano ist vorzugsweise höher als die Summe des Potentials V0 und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5414. Es sei angemerkt, dass das Potential V0 vorzugsweise niedriger ist als die Summe des Potentials Vcat und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5414. Wenn das Potential V0 in dem oben genannten Bereich eingestellt ist, kann verhindert werden, dass in der Periode t1 ein Strom durch das Licht emittierende Element 5414 fließt.
Ein niedriges Potential wird dann an die Leitung GLb angelegt, die Transistoren 5441 und 5442 werden daher ausgeschaltet, und der Knoten A wird auf dem Potential V0 gehalten.
Als Nächstes wird in einer Periode t2 ein hohes Potential an die Leitung GLa angelegt, ein niedriges Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein niedriges Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich werden die Transistoren 5440 und 5416 eingeschaltet, und die Transistoren 5441, 5442 und 5417 werden ausgeschaltet.
Beim Übergang von der Periode t1 zu der Periode t2 wird vorzugsweise das Potential, das an die Leitung GLa angelegt wird, von niedrig zu hoch gewandelt und wird dann das Potential, das an die Leitung GLc angelegt, von hoch zu niedrig gewandelt. Dieser Betätigungsvorgang verhindert eine Veränderung des Potentials des Knotens A wegen der Veränderung des Potentials, das an die Leitung GLa angelegt wird.
Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt. Ein Potential Vdata des Bildsignals Sig wird an die Leitung SL angelegt, und ein Potential V1 wird an die Leitung VL1 angelegt. Es sei angemerkt, dass das Potential V1 vorzugsweise höher ist als die Summe des Potentials Vcat und der Schwellenspannung Vth des Transistors 5415 und niedriger ist als die Summe des Potentials Vano und der Schwellenspannung Vth des Transistors 5415.
Es sei angemerkt, dass auch dann, wenn bei der Pixel-Struktur in 35A das Potential V1 höher ist als die Summe des Potentials Vcat und der Schwellenspannung Vthe des Licht emittierenden Elements 5414, das Licht emittierende Element 5414 kein Licht emittiert, solange der Transistor 5442 ausgeschaltet ist. Deshalb kann der mögliche Bereich des Potentials V0 erweitert werden, und der mögliche Bereich von V1–V0 kann auch erweitert werden. Der Grad der Freiheit der Werte für V1–V0 wird erhöht; als Ergebnis kann die Schwellenspannung Vth des Transistors 5415 genau erhalten werden, auch wenn die Zeit zum Erhalten der Schwellenspannung Vth des Transistors 5415 verringert oder beschränkt wird.
Durch diesen Betätigungsvorgang wird das Potential V1, das höher ist als die Summe des Potentials des Knotens A und der Schwellenspannung Vth, in das Gate des Transistors 5415 (als Knoten B dargestellt) eingegeben, und der Transistor 5415 wird eingeschaltet. Damit wird die elektrische Ladung in dem Kondensator 5418 über den Transistor 5415 entladen, und das Potential des Knotens A, das das Potential V0 ist, beginnt anzusteigen. Das Potential des Knotens A konvergiert schließlich gegen das Potential V1–Vth, und die Gate-Spannung des Transistors 5415 konvergiert gegen die Schwellenspannung Vth des Transistors 5415; dann wird der Transistor 5415 ausgeschaltet.
Das Potential Vdata des Bildsignals Sig, das an die Leitung SL angelegt wird, wird an die eine des Paars von Elektroden des Kondensators 5418 (als Knoten C dargestellt) über den Transistor 5440 angelegt.
Als Nächstes wird in einer Periode t3 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein hohes Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein niedriges Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich werden die Transistoren 5441 und 5442 eingeschaltet, und die Transistoren 5440, 5416 und 5417 werden ausgeschaltet.
Beim Übergang von der Periode t2 zu der Periode t3 wird vorzugsweise das Potential, das an die Leitung GLa angelegt wird, von hoch zu niedrig gewandelt und wird dann das Potential, das an die Leitung GLb angelegt wird, von niedrig zu hoch gewandelt. Diese Struktur kann eine Potentialveränderung des Knotens A wegen der Veränderung des Potentials verhindern, das an die Leitung GLa angelegt wird.
Ein Potential Vano wird an die Leitung VL angelegt, und ein Potential Vcat wird an die Leitung CL angelegt.
Das Potential Vdata wird durch den oben beschriebenen Betätigungsvorgang an den Knoten B angelegt; somit wird die Gate-Spannung des Transistors 5415 zu Vdata – V1 + Vth. Deshalb kann die Gate-Spannung des Transistors 5415 der Wert sein, zu dem die Schwellenspannung Vth addiert wird. Bei dieser Struktur können Schwankungen der Schwellenspannung Vth des Transistors 5415 verringert werden. Daher können Schwankungen der Stromwerte unterdrückt werden, die dem Licht emittierenden Element 5414 zugeführt werden, wodurch die Ungleichmäßigkeit der Leuchtdichte der Licht emittierenden Vorrichtung verringert werden kann.
Es sei angemerkt, dass hier das Potential, das an die Leitung GLb angelegt wird, in hohem Maße variiert wird, wodurch ein Einfluss der Schwankungen der Schwellenspannungen des Transistors 5442 auf den Wert eines Stroms, der dem Licht emittierenden Element 5414 zugeführt wird, verhindert werden kann. Mit anderen Worten ist das hohe Potential, das an die Leitung GLb angelegt wird, viel höher als die Schwellenspannung des Transistors 5442, und das niedrige Potential, das an die Leitung GLb angelegt wird, ist viel niedriger als die Schwellenspannung des Transistors 5442; daher wird Ein-/Ausschalten des Transistors 5442 sichergestellt, und der Einfluss der Schwankungen der Schwellenspannungen des Transistors 5442 auf den Wert eines Stroms, der dem Licht emittierenden Element 5414 zugeführt wird, kann verhindert werden.
Als Nächstes wird in einer Periode t4 ein niedriges Potential an die Leitung GLa angelegt, ein niedriges Potential wird an die Leitung GLb angelegt, und ein hohes Potential wird an die Leitung GLc angelegt. Folglich wird der Transistor 5417 eingeschaltet, und die Transistoren 5416, 5440, 5441 und 5442 werden ausgeschaltet.
Zudem wird ein Potential Vano an die Leitung VL angelegt, und die Leitung ML ist elektrisch mit der Überwachungsschaltung verbunden.
Durch den obigen Betätigungsvorgang fließt ein Drain-Strom Id des Transistors 5415 nicht in das Licht emittierende Element 5414, sondern in die Leitung ML über den Transistor 5417. Die Überwachungsschaltung erzeugt ein Signal, das eine Information über den Wert des Drain-Stroms Id enthält, unter Verwendung des Drain-Stroms Id, der durch die Leitung ML fließt. Die Höhe des Drain-Stroms Id hängt von der Beweglichkeit oder der Größe (Kanallänge, Kanalbreite) des Transistors 5415 ab. Deshalb kann unter Verwendung des obigen Signals die Licht emittierende Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Wert des Potentials Vdata des Bildsignals Sig korrigieren, das dem Pixel 5411 zugeführt wird. Das heißt: Der Einfluss der Schwankungen der Beweglichkeit des Transistors 5415 kann verringert werden.
Es sei angemerkt, dass bei der Licht emittierenden Vorrichtung, die das Pixel 5411 in 35A beinhaltet, der Betätigungsvorgang in der Periode t4 nicht immer notwendigerweise nach dem Betätigungsvorgang in der Periode t3 durchgeführt wird. Beispielsweise kann bei der Licht emittierenden Vorrichtung der Betätigungsvorgang in der Periode t4 durchgeführt werden, nachdem die Betätigungsvorgänge in den Perioden t1 bis t3 mehrmals wiederholt worden sind. Alternativ können, nachdem der Betätigungsvorgang in der Periode t4 an Pixeln 5411 in einer Zeile durchgeführt worden ist, die Licht emittierenden Elemente 5414 in einen nicht Licht emittierenden Zustand versetzt werden, indem ein Bildsignal, das dem niedrigsten Graustufenniveau 0 entspricht, in die Pixel 5411 in der Zeile geschrieben wird, die dem obigen Betätigungsvorgang unterzogen worden sind. Dann kann der Betätigungsvorgang in der Periode t4 an Pixeln 5411 in der nächsten Zeile durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass bei der Licht emittierenden Vorrichtung, die das Pixel 5411 in 35A beinhaltet, der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 5415 elektrisch von dem Gate des Transistors 5415 isoliert ist, so dass ihre Potentiale individuell gesteuert werden können. Dementsprechend kann in der Periode t2 das Potential des anderen Anschlusses von Source und Drain des Transistors 5415 höher eingestellt werden als ein Potential, das durch Addieren der Schwellenspannung Vth zu dem Gate-Potential des Transistors 5415 erhalten wird. Daher kann dann, wenn der Transistor 5415 selbstleitend (normally on) ist, d. h. wenn die Schwellenspannung Vth negativ ist, Ladung in dem Kondensator 5418 akkumuliert werden, bis das Source-Potential des Transistors 5415 höher wird als das Gate-Potential V1 des Transistors 5415. Aus diesen Gründen kann bei der Licht emittierenden Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, auch wenn der Transistor 5415 ein selbstleitender Transistor ist, die Schwellenspannung Vth in der Periode t2 erhalten werden; und in der Periode t3 kann die Gate-Spannung des Transistors 5415 auf einen Wert eingestellt werden, der durch Addieren der Schwellenspannung Vth erhalten wird.
Daher kann bei der Licht emittierenden Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Ungleichmäßigkeit der Anzeige verringert werden, und Bilder mit hoher Qualität können auch dann angezeigt werden, wenn der Transistor 5415 zu einem „selbstleitenden Transistor wird.
Nicht nur die Eigenschaften des Transistors 5415, sondern auch die Eigenschaften des Licht emittierenden Elements 5414 können überwacht werden. Dabei fließt vorzugsweise beispielsweise kein Strom durch den Transistor 5415, indem das Potential Vdata des Bildsignals Sig gesteuert wird. Der Strom des Licht emittierenden Elements 5414 kann daher extrahiert werden, und Verschlechterung oder Schwankungen der Strom-Eigenschaften des Licht emittierenden Elements 5414 können erhalten werden.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer entsprechenden Kombination mit jeder der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
(Ausführungsform 7)
Bei dieser Ausführungsform werden ein Anzeigemodul und elektronische Geräte, die unter Verwendung einer Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden können, anhand von 36 sowie 37A bis 37H beschrieben.
Bei einem Anzeigemodul 8000 in 36 sind ein Touchscreen 8004, der mit einer FPC 8003 verbunden ist, ein Anzeigefeld 8006, das mit einer FPC 8005 verbunden ist, eine Hintergrundbeleuchtungseinheit 8007, ein Rahmen 8009, eine gedruckte Leiterplatte 8010 und eine Batterie 8011 zwischen einem oberen Deckel 8001 und einem unteren Deckel 8002 angeordnet.
Die Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise für das Anzeigefeld 8006 verwendet werden.
Die Formen und Größen des oberen Deckels 8001 und des unteren Deckels 8002 können jeweils entsprechend den Größen des Touchscreens 8004 und des Anzeigefeldes 8006 geändert werden.
Der Touchscreen 8004 kann ein resistiver Touchscreen oder ein kapazitiver Touchscreen sein und kann derart ausgebildet sein, dass er sich mit dem Anzeigefeld 8006 überlappt. Ein Gegensubstrat (Abdichtungssubstrat) des Anzeigefeldes 8006 kann eine Touchscreen-Funktion aufweisen. Ein Fotosensor kann in jedem Pixel des Anzeigefeldes 8006 bereitgestellt sein, so dass ein optischer Touchscreen erhalten wird.
Die Hintergrundbeleuchtungseinheit 8007 beinhaltet eine Lichtquelle 8008. Es sei angemerkt, dass, obwohl eine Struktur in 36 dargestellt ist, bei der die Lichtquellen 8008 über der Hintergrundbeleuchtungseinheit 8007 bereitgestellt sind, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Beispielsweise kann eine Struktur verwendet werden, bei der die Lichtquelle 8008 an einem Endabschnitt der Hintergrundbeleuchtungseinheit 8007 angeordnet ist und des Weiteren eine Lichtstreuscheibe angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein selbstleuchtendes Licht emittierendes Element, wie z. B. ein organisches EL-Element, verwendet wird, oder in dem Fall, in dem ein reflektierender Bildschirm oder dergleichen eingesetzt wird, die Hintergrundbeleuchtungseinheit 8007 nicht bereitgestellt werden muss.
Der Rahmen 8009 schützt das Anzeigefeld 8006 und dient auch als elektromagnetische Abschirmung zum Blockieren von elektromagnetischen Wellen, die durch den Betrieb der gedruckten Leiterplatte 8010 erzeugt werden. Der Rahmen 8009 kann auch als Abstrahlplatte dienen.
Die gedruckte Leiterplatte 8010 weist eine Stromversorgungsschaltung und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Videosignals und eines Taktsignals auf. Als Stromquelle zum Zuführen von Strom zu der Stromversorgungsschaltung kann eine externe Netzstromquelle oder eine Stromquelle verwendet werden, bei der die getrennt bereitgestellte Batterie 8011 verwendet wird. Die Batterie 8011 kann im Falle der Verwendung einer Netzstromquelle weggelassen werden.
Das Anzeigemodul 8000 kann zusätzlich mit einem Bestandteil, wie z. B. einer polarisierenden Platte, einer Retardationsplatte oder einer Prismenfolie, versehen sein.
37A bis 37H zeigen elektronische Geräte. Diese elektronischen Geräte können ein Gehäuse 9000, einen Anzeigeabschnitt 9001, einen Lautsprecher 9003, eine LED-Lampe 9004, Bedienungstasten 9005 (darunter ein Netzschalter oder ein Bedienungsschalter), einen Verbindungsanschluss 9006, einen Sensor 9007 (einen Sensor mit einer Funktion zum Messen oder Erkennen von Kraft, Verschiebung, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl, Abstand, Licht, Flüssigkeit, Magnetismus, Temperatur, chemischer Substanz, Ton, Zeit, Härte, elektrischem Feld, Strom, Spannung, elektrischer Leistung, Strahlung, Durchflussmenge, Feuchtigkeit, Steigungsgrad, Schwingung, Geruch oder Infrarotstrahl), ein Mikrofon 9008 und dergleichen beinhalten.
37A zeigt einen tragbaren Computer, der einen Schalter 9009, einen Infrarot-Anschluss 9010 und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37B zeigt eine tragbare Bildwiedergabevorrichtung (z. B. einen DVD-Spieler), die mit einem Speichermedium versehen ist und einen zweiten Anzeigeabschnitt 9002, einen Speichermediumleseabschnitt 9011 und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37C zeigt eine Videobrille, die den zweiten Anzeigeabschnitt 9002, einen Bügel 9012, einen Ohrhörer 9013 und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37D zeigt eine tragbare Spielkonsole, die den Speichermediumleseabschnitt 9011 und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37E zeigt eine Digitalkamera, die eine Fernsehempfang-Funktion aufweist und eine Antenne 9014, eine Auslösetaste 9015, einen Bildempfangsabschnitt 9016 und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37F zeigt eine tragbare Spielkonsole, die den zweiten Anzeigeabschnitt 9002, den Speichermediumleseabschnitt 9011 und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37G zeigt einen Fernsehempfänger, der einen Tuner, einen Bildverarbeitungsabschnitt und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann. 37H zeigt einen tragbaren Fernsehempfänger, der ein Ladegerät 9017, das Signale übertragen und empfangen kann, und dergleichen zusätzlich zu den obigen Bestandteilen beinhalten kann.
Die elektronischen Geräte in 37A bis 37H können verschiedene Funktionen, so beispielsweise eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Daten (eines Standbildes, eines Bewegtbildes, eines Textbildes und dergleichen) auf dem Anzeigeabschnitt, eine Touchscreen-Funktion, eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, des Datums, der Zeit und dergleichen, eine Funktion zum Steuern einer Verarbeitung mit diversen Arten von Software (Programmen), eine drahtlose Kommunikationsfunktion, eine Funktion zum Verbinden mit verschiedenen Computernetzwerken mittels einer drahtlosen Kommunikationsfunktion, eine Funktion zum Übertragen und Empfangen verschiedener Daten mittels einer drahtlosen Kommunikationsfunktion, eine Funktion zum Lesen eines Programms oder Daten, die in einem Speichermedium gespeichert sind, und Anzeigen des Programms oder Daten auf dem Anzeigeabschnitt und dergleichen aufweisen. Ferner kann das elektronische Gerät, das eine Vielzahl von Anzeigeabschnitten beinhaltet, eine Funktion zum Anzeigen von Bilddaten hauptsächlich auf einem Anzeigeabschnitt bei gleichzeitigem Anzeigen von Textdaten auf einem anderen Anzeigeabschnitt, eine Funktion zum Anzeigen eines dreidimensionalen Bildes durch Anzeigen von Bildern auf einer Vielzahl von Anzeigeabschnitten unter Berücksichtigung einer Parallaxe oder dergleichen aufweisen. Darüber hinaus kann das elektronische Gerät, das einen Bildempfangsabschnitt beinhaltet, kann eine Funktion zum Aufnehmen eines Standbildes, eine Funktion zum Aufnehmen eines Bewegtbildes, eine Funktion zum automatischen oder manuellen Korrigieren eines aufgenommenen Bildes, eine Funktion zum Speichern eines aufgenommenen Bildes in einem Speichermedium (einem externen Speichermedium oder einem Speichermedium, das in der Kamera eingebaut ist), eine Funktion zum Anzeigen eines aufgenommenen Bildes auf dem Anzeigeabschnitt oder dergleichen aufweisen. Es sei angemerkt, dass Funktionen, die für die elektronischen Geräte in 37A bis 37H bereitgestellt werden können, nicht auf die oben beschriebenen Funktionen beschränkt sind und die elektronischen Geräte verschiedene Funktionen aufweisen können.
Die elektronischen Geräte bei dieser Ausführungsform beinhalten jeweils den Anzeigeabschnitt zum Anzeigen gewisser Arten von Daten. Es sei angemerkt, dass die Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch für ein elektronisches Gerät verwendet werden kann, das keinen Anzeigeabschnitt aufweist.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer entsprechenden Kombination mit jeder der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
[Beispiel]
In diesem Beispiel wurde eine Querschnittsform eines Transistors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrachtet.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Probe wird nachstehend beschrieben, die in diesem Beispiel betrachtet wurde. Es sei angemerkt, dass in diesem Beispiel ein Transistor entsprechend dem Transistor 100 in 1A und 1C hergestellt wurde.
Zuerst wurde das Substrat 102 vorbereitet. Als das Substrat 102 wurde ein Glassubstrat verwendet. Als Nächstes wurde als der Isolierfilm 108a ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm (SiN-1) über dem Substrat 102 ausgebildet. Dann wurde als der Isolierfilm 108b ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm (SiON-1) über dem Isolierfilm 108a ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 108a und der Isolierfilm 108b nacheinander im Vakuum mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde als der Film, der Abgabe von Sauerstoff unterdrückt, ein 5 nm dicker Tantalnitridfilm über dem Isolierfilm 108b ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Tantalnitridfilm mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet wurde. Dann wurde Sauerstoff zu dem Isolierfilm 108b von der Seite des Tantalnitridfilms mit einer Veraschungseinrichtung zugesetzt. Danach wurde der Tantalnitridfilm mit einer Trockenätzeinrichtung entfernt.
Als Nächstes wurde als der Oxidhalbleiterfilm 110 ein 50 nm dicker Oxidhalbleiterfilm (IGZO) über dem Isolierfilm 108b ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Sputtereinrichtung zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 110 verwendet wurde; ein Metalloxid von In:Ga:Zn = 1:1:1,2 [AT-%] als Sputtertarget verwendet wurde, und eine Wechselstromversorgung zum Zuführen eines Stroms zu dem Sputtertarget verwendet wurde. Dann wurde eine Wärmebehandlung an dem Substrat durchgeführt, über dem der Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet war. Als Wärmebehandlung wurden eine Wärmebehandlung für eine Stunde bei einer Temperatur von 450°C in einer Stickstoffatmosphäre und eine Wärmebehandlung für eine Stunde bei einer Temperatur von 450°C in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff nacheinander durchgeführt.
Als Nächstes wurde eine Maske durch einen Lithografieschritt über dem Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet, und der Oxidhalbleiterfilm 110 wurde in eine Inselform unter Verwendung der Maske verarbeitet. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 110 durch ein Nassätzverfahren unter Verwendung einer chemischen Lösung verarbeitet wurde.
Dann wurde als der Isolierfilm 112 ein 100 nm dicker Siliziumoxynitridfilm (SiON-2) über dem inselförmigen Oxidhalbleiterfilm 110 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 112 mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet wurde.
Als Nächstes wurde als der leitende Film 114a ein 30 nm dicker Tantalnitridfilm (TaN) über dem Isolierfilm 112 ausgebildet. Dann wurde als der leitende Film 114b ein 150 nm dicker Wolframfilm (W) über dem leitenden Film 114a ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der leitende Film 114a und der leitende Film 114b nacheinander im Vakuum mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine Maske durch einen Lithografieschritt über dem leitenden Film 114b ausgebildet, und die leitenden Filme 114a und 114b und der Isolierfilm 112 wurden in eine Inselform unter Verwendung der Maske verarbeitet. Die Verarbeitung der leitenden Filme 114b und 114a und des Isolierfilms 112 wurde unter Verwendung einer Trockenätzeinrichtung durchgeführt. Dann wurde das Verunreinigungselement dem Oxidhalbleiterfilm 110 zugesetzt, wobei die Maske verblieb. Das Verunreinigungselement wurde wie folgt zugesetzt. Eine Ätzeinrichtung wurde verwendet, das Substrat wurde zwischen parallelen Platten in einer Kammer der Ätzeinrichtung angeordnet, und dann wurde ein Argongas in die Kammer eingeleitet, und ein HF-Strom wurde zwischen den parallelen Platten derart angelegt, dass eine Vorspannung an die Substratseite angelegt wurde.
Als Nächstes wurde als der Isolierfilm 118 ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm (SiN-2) ausgebildet, um den Isolierfilm 108b, den Oxidhalbleiterfilm 110, den Isolierfilm 112 und die leitenden Filme 114a und 114b zu bedecken. Dann wurde als der Isolierfilm 120 ein 300 nm dicker Siliziumoxynitridfilm (SiON-3) über dem Isolierfilm 118 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 118 und der Isolierfilm 120 nacheinander im Vakuum mit einer PECVD-Einrichtung ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine Maske durch einen Lithografieschritt über dem Isolierfilm 120 ausgebildet, und Öffnungsteile wurden in den Isolierfilmen 120 und 118 unter Verwendung der Maske ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die Öffnungsteile den Oxidhalbleiterfilm 110 erreichen. Die Öffnungsteile wurden mit einer Trockenätzeinrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wurden leitende Filme ausgebildet, um den Isolierfilm 120 und den Öffnungsteil zu bedecken. Als leitende Filme wurden ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet. Es sei angemerkt, dass die leitenden Filme nacheinander im Vakuum mit einer Sputtereinrichtung ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine Maske durch einen Lithografieschritt über dem leitenden Film ausgebildet, und der leitende Film 122 und der leitende Film 124 wurden unter Verwendung der Maske ausgebildet.
Durch den oben beschriebenen Prozess wurde die Probe für die Betrachtung des Querschnitts dieses Beispiels hergestellt.
38A und 38B zeigen die Ergebnisse der Betrachtung des Querschnitts. Es sei angemerkt, dass ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) für die Betrachtung des Querschnitts verwendet wurde.
38A ist ein Querschnitts-TEM-Bild der näheren Umgebung des leitenden Films 114 in der Richtung der Strichpunktlinie X1-X2 in 1A. 38B ist ein Querschnitts-TEM-Bild der näheren Umgebung des leitenden Films 114 in der Richtung der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 1A.
Es sei angemerkt, dass „SiN-1”, „SiN-2”, „SiON-1”, „SiON-2”, „SiON-3”, „TaN” und „W” in 38A und 38B Arten der Filme entsprechen, die in den vorstehenden Klammern in diesem Beispiel genannt worden sind. Des Weiteren stellt „Pt” in 38A und 38B Platin zur Oberflächenbeschichtung für die Betrachtung des Querschnitts dar.
Es wird anhand des Querschnitts-TEM-Bildes in 38A festgestellt, dass ein Endbereich des Tantalnitridfilms (TaN) weiter außen liegt als ein Endbereich des Wolframfilms (W). Außerdem liegt ein Endbereich des Siliziumoxynitridfilms (SiON-2) weiter außen als der Endbereich des Tantalnitridfilms (TaN). Es wird anhand des Querschnitts-TEM-Bildes in 38B festgestellt, dass ein Endbereich des Tantalnitridfilms (TaN) weiter außen liegt als ein Endbereich des Wolframfilms (W). Außerdem liegt ein Endbereich des Siliziumoxynitridfilms (SiON-2) weiter außen als der Endbereich des Tantalnitridfilms (TaN). Des Weiteren hat der Siliziumoxynitridfilm (SiON-1) einen vertieften Teil in einem Bereich, der sich nicht mit dem Siliziumoxynitridfilm (SiON-2) überlappt. Es wird anhand der Querschnitts-TEM-Bilder in 38A und 38B festgestellt, dass in der in diesem Beispiel hergestellten Probe der Siliziumoxynitridfilm (SiON-2) hohe Abdeckung und eine vorteilhafte Querschnittsform aufweist.
Die in diesem Beispiel beschriebene Struktur kann in einer entsprechenden Kombination mit jeder der bei den Ausführungsformen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-020517 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 5. Februar, 2014, und der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-037209 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 27. Februar, 2014, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006-165529 [0006]
JP 2009-278115 [0006]
JP 2014-020517 [0628]
JP 2014-037209 [0628]

Claims

Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor, der umfasst: einen Oxidhalbleiterfilm über einem ersten Isolierfilm, einen Gate-Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, eine Gate-Elektrode über dem Gate-Isolierfilm, einen zweiten Isolierfilm über der Gate-Elektrode, einen dritten Isolierfilm über dem zweiten Isolierfilm, eine Source-Elektrode über dem dritten Isolierfilm und eine Drain-Elektrode über dem dritten Isolierfilm, wobei der erste Isolierfilm Sauerstoff enthält; wobei der zweite Isolierfilm Stickstoff enthält; wobei die Source-Elektrode elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; und wobei die Drain-Elektrode elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist, und einen Kondensator, der umfasst: einen ersten leitenden Film, einen zweiten leitenden Film und den zweiten Isolierfilm, wobei der erste leitende Film und die Gate-Elektrode über derselben Oberfläche bereitgestellt sind; wobei der zweite leitende Film, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode über derselben Oberfläche bereitgestellt sind; und wobei der zweite Isolierfilm zwischen dem ersten leitenden Film und dem zweiten leitenden Film bereitgestellt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm Sauerstoff, In, Zn und M enthält; und wobei M Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen Kristallteil aufweist; und wobei eine c-Achse des Kristallteils in einer Richtung ausgerichtet ist, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche ist, über der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der Gate-Elektrode überlappt; und wobei der zweite Bereich in Kontakt mit dem zweiten Isolierfilm steht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der Gate-Elektrode überlappt; und wobei eine Kristallinität des ersten Bereichs höher ist als eine Kristallinität des zweiten Bereichs.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration eines Verunreinigungselements eine erste Konzentration ist; wobei der zweite Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements eine zweite Konzentration ist; wobei das Verunreinigungselement ein oder mehrere Element/e von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und einem Edelgaselement umfasst; und wobei sich die erste Konzentration von der zweiten Konzentration unterscheidet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration eines Verunreinigungselements eine erste Konzentration ist; wobei der zweite Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements eine zweite Konzentration ist; wobei das Verunreinigungselement ein oder mehrere Element/e von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und einem Edelgaselement umfasst; und wobei die zweite Konzentration höher ist als die erste Konzentration.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der Gate-Elektrode überlappt; wobei der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration von Argon eine erste Konzentration ist; wobei der zweite Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration von Argon eine zweite Konzentration ist; und wobei die zweite Konzentration höher ist als die erste Konzentration.
Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 und ein Anzeigeelement umfasst.
Anzeigemodul, das die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 9 und einen Berührungssensor umfasst.
Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor, der umfasst: eine erste Gate-Elektrode über einem ersten Isolierfilm, einen ersten Gate-Isolierfilm über der ersten Gate-Elektrode, einen Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Gate-Isolierfilm, einen zweiten Gate-Isolierfilm über dem Oxidhableiterfilm, eine zweite Gate-Elektrode über dem zweiten Gate-Isolierfilm, einen zweiten Isolierfilm über der zweiten Gate-Elektrode, einen dritten Isolierfilm über dem zweiten Isolierfilm, eine Source-Elektrode über dem dritten Isolierfilm und eine Drain-Elektrode über dem dritten Isolierfilm, wobei der erste Gate-Isolierfilm Sauerstoff enthält; wobei der zweite Isolierfilm Stickstoff enthält; wobei die Source-Elektrode elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; und wobei die Drain-Elektrode elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; und einen Kondensator, der umfasst: einen ersten leitenden Film, einen zweiten leitenden Film und den zweiten Isolierfilm, wobei der erste leitende Film und die zweite Gate-Elektrode über derselben Oberfläche bereitgestellt sind; wobei der zweite leitende Film, die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode über derselben Oberfläche bereitgestellt sind; und wobei der zweite Isolierfilm zwischen dem ersten leitenden Film und dem zweiten leitenden Film bereitgestellt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm Sauerstoff, In, Zn und M enthält; und wobei M Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd oder Hf ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen Kristallteil aufweist; und wobei eine c-Achse des Kristallteils in einer Richtung ausgerichtet ist, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche ist, über der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt, wobei sich der zweite Bereich nicht mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; und wobei der zweite Bereich in Kontakt mit dem zweiten Isolierfilm steht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; und wobei eine Kristallinität des ersten Bereichs höher ist als eine Kristallinität des zweiten Bereichs.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration eines Verunreinigungselements eine erste Konzentration ist; wobei der zweite Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements eine zweite Konzentration ist; wobei das Verunreinigungselement ein oder mehrere Element/e von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und einem Edelgaselement umfasst; und wobei sich die erste Konzentration von der zweiten Konzentration unterscheidet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration eines Verunreinigungselements eine erste Konzentration ist; wobei der zweite Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration des Verunreinigungselements eine zweite Konzentration ist; wobei das Verunreinigungselement ein oder mehrere Element/e von Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und einem Edelgaselement umfasst; und wobei die zweite Konzentration höher ist als die erste Konzentration.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist; wobei sich der erste Bereich mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei sich der zweite Bereich nicht mit der zweiten Gate-Elektrode überlappt; wobei der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration von Argon eine erste Konzentration ist; wobei der zweite Bereich einen Bereich aufweist, in dem eine Konzentration von Argon eine zweite Konzentration ist; und wobei die zweite Konzentration höher ist als die erste Konzentration.
Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11 und ein Anzeigeelement umfasst.
Anzeigemodul, das die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 19 und einen Berührungssensor umfasst.