DE112013002407B4

DE112013002407B4 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112013002407B4
Application number: DE112013002407.1T
Authority: DE
Inventors: c/o SEMICONDUCTOR ENERGY LABO Miyamoto Toshiyuki; c/o SEMICONDUCTOR ENERGY LABOR Nomura Masafumi; c/o Semiconductor Energy Labora Hamochi Takashi; c/o Semiconductor Energy Labora Okazaki Kenichi
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN107403840B; DE112013002407T5; TW201351649A; JP2022024159A; US20130299820A1; JP6212192B2; JP6987952B2; JP2017228800A; CN104285302A; TW202230815A; TWI767117B; TW201731112A; TWI763252B; JP2019125809A; KR20210109658A; TWI626748B; JP2021016008A; CN107403840A; TW202119640A; JP2014007388A

Abstract

Halbleitervorrichtung (330), die umfasst:
eine Gate-Elektrodenschicht (402);
eine erste Gate-Isolierschicht (404c) über der Gate-Elektrodenschicht (402);
eine zweite Gate-Isolierschicht (404a) über der ersten Gate-Isolierschicht (404c);
eine dritte Gate-Isolierschicht (404b) über der zweiten Gate-Isolierschicht (404a);
eine Oxidhalbleiterschicht (408) über der dritten Gate-Isolierschicht (404b); und
eine Source-Elektrodenschicht (410a) und eine Drain-Elektrodenschicht (410b), welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht (408) verbunden sind,
wobei eine Dicke der zweiten Gate-Isolierschicht (404a) größer ist als eine Dicke der ersten Gate-Isolierschicht (404c),
wobei eine Dicke der dritten Gate-Isolierschicht (404b) kleiner ist als die Dicke der zweiten Gate-Isolierschicht (404a),
wobei die zweite Gate-Isolierschicht (404a) einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfasst, der eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem g-Faktor von 2,003 in einer Elektronenspinresonanz-Spektroskopie erscheint, und
wobei die erste Gate-Isolierschicht (404c) und die dritte Gate-Isolierschicht (404b) jeweils einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfassen, der eine niedrigere Wasserstoffkonzentration aufweist als die zweite Gate-Isolierschicht (404a).

Description

Technisches Gebiet
Eine Ausführungsform der in dieser Beschreibung und dergleichen offenbarten Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet eine Halbleitervorrichtung im Allgemeinen eine Vorrichtung, die funktionieren kann, indem sie Halbleitereigenschaften nutzt, und eine elektro-optische Vorrichtung, eine lichtemittierende Anzeigevorrichtung, eine Halbleiterschaltung und ein elektronisches Gerät sind alle Halbleitervorrichtungen.
Stand der Technik
Die Aufmerksamkeit konzentriert sich auf eine Technik zum Herstellen eines Transistors unter Verwendung eines Halbleiterdünnfilms, der über einem Substrat mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet ist. Der Transistor findet Anwendung für eine breite Palette elektronischer Geräte, wie z. B. eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC) oder eine Bildanzeigevorrichtung (auch einfach als Anzeigevorrichtung bezeichnet). Als Material für einen Halbleiterdünnfilm, der für einen Transistor anwendbar ist, ist ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial weithin bekannt. Als weiteres Material erregt ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit.
Beispielsweise ist eine Technik, mit der ein Transistor unter Verwendung von Zinkoxid oder einem Oxidhalbleiter auf In-Ga-Zn-Basis als Oxidhalbleiter hergestellt wird, offenbart (siehe Patentdokumente 1 und 2).
[Referenz]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2007 - 123 861 A
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. JP 2007 - 96 055 A

US 2011 / 0 309 355 A1 stellt ein Halbleiterbauelement zur Verfügung. Eine Gate-Isolierschicht kann zwei Schichten haben, eine erste Gate-Isolierschicht, die die Gate-Elektrodenschicht bedeckt, und eine zweite Gate-Isolierschicht, die die erste Gate-Isolierschicht bedeckt und in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht steht.
JP 2007 - 73 562 A erwähnt einen Gate-Isolierfilm eines ZnO-Dünnfilmtransistors vom Top-Gate-Typ, für den vorzugsweise Siliziumnitrid verwendet werden sollte. Ein erster Gate-Isolierfilm ist so angeordnet, dass er die gesamte Oberfläche des Halbleiter-Dünnfilms, eine Source/Drain-Elektrode und das Substrat bedeckt. Ein zweiter Gate-Isolierfilm wird so aufgebracht, dass er die gesamte Oberfläche der Source/Drain-Elektrode, die Halbleiter-Dünnfilmschicht und den ersten Gate-Isolierfilm zuverlässig bedeckt.
US 2011 / 0 284 848 A1 erwähnt, dass eine Gate-Isolierschicht mit einer gestapelten Schichtstruktur unter Verwendung von Siliziumnitrid gebildet werden kann. Ein erster Oxid-Halbleiterfilm wird später über der Gate-Isolierschicht gebildet, so dass er mit einer Gate-Elektrodenschicht überlappt. Ein zweiter Oxidhalbleiterfilm, dessen Dicke mindestens größer als die des ersten Oxidhalbleiterfilms ist, wird über dem ersten Oxidhalbleiterfilm gebildet.
Offenbarung der Erfindung
Wenn man die Kosten und die Geschwindigkeit der Entwicklung zur Massenproduktion von Halbleitervorrichtungen mit Oxidhalbleitern berücksichtigt, ist es bevorzugt, eine derzeit praktisch verwendete Massenproduktionstechnologie zu nutzen, nämlich eine Transistorstruktur, Prozessbedingungen, ein Produktionsapparat oder dergleichen für ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial, wie z. B. amorphes Silizium oder polykristallines Silizium.
Jedoch unterscheidet sich der Mechanismus einer Ladungsträgererzeugung in einem Oxidhalbleiter stark von demjenigen in einem auf Silizium basierenden Halbleitermaterial. Physikalische Eigenschaften des Oxidhalbleiters haben einen großen Einfluss auf die Eigenschaften oder Zuverlässigkeit eines Transistors.
Wenn im Besonderen eine Gate-Isolierschicht für das auf Silizium basierende Halbleitermaterial für einen Oxidhalbleiter verwendet wird, weist die Gate-Isolierschicht keine sehr guten Grenzflächeneigenschaften zum Oxidhalbleiter auf. Deshalb ist es notwendig gewesen, eine Gate-Isolierschicht, die geeignet bei einer einen Oxidhalbleiter enthaltenden Halbleitervorrichtung verwendet werden kann, zu entwickeln.
Für eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, der unter Verwendung eines auf Silizium basierenden Halbleitermaterials, wie z. B. amorphen Siliziums oder polykristallinen Siliziums, hergestellt ist, kann ein Glassubstrat der achten Generation (2160 mm breit × 2460 mm lang) oder der nachfolgenden Generation verwendet werden. Daher hat eine solche Halbleitervorrichtung Vorteile, nämlich hohe Produktivität und niedrige Kosten. Im Fall der Verwendung eines solchen Glassubstrats ergibt sich jedoch das Problem von Schäden durch elektrostatische Entladung (electrostatic discharge, ESD), da es hohe Isolationseigenschaften und eine große Fläche aufweist. Auch im Fall der Verwendung eines Oxidhalbleitermaterials sollte man unbedingt dieses Problem in Betracht ziehen.
Angesichts eines solchen technischen Hintergrundes ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine hochzuverlässige und elektrisch stabile Halbleitervorrichtung bereitzustellen, wobei die Anzahl der Änderungen der Transistorstruktur, der Prozessbedingungen, des Produktionsapparats oder dergleichen von der Massenproduktionstechnologie, die zum praktischen Einsatz gebracht worden ist, klein ist.
Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung, bei der verhindert werden kann, dass wegen Schäden durch elektrostatische Entladung die Ausbeute abnimmt, bereitzustellen.
Eine Ausführungsform der offenbarten Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die als Gate-Isolierschicht zwischen einer Gate-Elektrodenschicht und einer Oxidhalbleiterschicht eine Struktur aus einem Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, und einem Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, welche in dieser Reihenfolge von der näher an der Gate-Elektrodenschicht liegenden Seite aus gestapelt sind, aufweist. Insbesondere können beispielsweise die folgenden Strukturen verwendet werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: eine Gate-Elektrodenschicht, eine erste Gate-Isolierschicht über der Gate-Elektrodenschicht, eine zweite Gate-Isolierschicht, die über der ersten Gate-Isolierschicht liegt und eine kleinere Dicke aufweist als die erste Gate-Isolierschicht, eine Oxidhalbleiterschicht über der zweiten Gate-Isolierschicht und eine Source-Elektrodenschicht und eine Drain-Elektrodenschicht, welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht verbunden sind. Die erste Gate-Isolierschicht umfasst einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine Spindichte (spin density) von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem g-Faktor (g-factor) von 2,003 in einer Elektronenspinresonanz-Spektroskopie erscheint. Die zweite Gate-Isolierschicht umfasst einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrigere Wasserstoffkonzentration aufweist als die erste Gate-Isolierschicht.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: eine Gate-Elektrodenschicht, eine erste Gate-Isolierschicht über der Gate-Elektrodenschicht, eine zweite Gate-Isolierschicht, die über der ersten Gate-Isolierschicht liegt und eine größere Dicke aufweist als die erste Gate-Isolierschicht, eine dritte Gate-Isolierschicht, die über der zweiten Gate-Isolierschicht liegt und eine kleinere Dicke aufweist als die zweite Gate-Isolierschicht, eine Oxidhalbleiterschicht über der dritten Gate-Isolierschicht und eine Source-Elektrodenschicht und eine Drain-Elektrodenschicht, welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht verbunden sind. Die zweite Gate-Isolierschicht umfasst einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem g-Faktor von 2,003 in einer Elektronenspinresonanz-Spektroskopie erscheint. Die erste Gate-Isolierschicht und die dritte Gate-Isolierschicht umfassen jeweils einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrigere Wasserstoffkonzentration aufweist als die zweite Gate-Isolierschicht. Es sei angemerkt, dass die Gate-Elektrodenschicht vorzugsweise Kupfer enthält.
Bei jeder der vorstehenden Halbleitervorrichtungen kann die Oxidhalbleiterschicht eine Stapelschicht-Struktur aus einer ersten Oxidhalbleiterschicht und einer zweiten Oxidhalbleiterschicht aufweisen, welche unterschiedliche Zusammensetzungen aus den gleichen Bestandteilen aufweisen.
Es ist bevorzugt, dass jede der vorstehenden Halbleitervorrichtungen ferner eine erste isolierende Schicht, welche die Source-Elektrodenschicht und die Drain-Elektrodenschicht bedeckt und teilweise in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht steht, und eine zweite isolierende Schicht über der ersten isolierenden Schicht beinhaltet, dass die erste isolierende Schicht einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfasst, der eine niedrigere Wasserstoffkonzentration aufweist als die zweite isolierende Schicht, und dass die zweite isolierende Schicht einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfasst, der eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem g-Faktor von 2,003 in einer Elektronenspinresonanz-Spektroskopie erscheint.
Eine Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird durch ein Herstellungsverfahren, bei dem die Anzahl der Änderungen von der Massenproduktionstechnologie, die zum praktischen Einsatz gebracht worden ist, klein ist, hergestellt und weist stabile elektrische Eigenschaften und hohe Zuverlässigkeit auf.
Außerdem ist es einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend möglich, eine Halbleitervorrichtung, bei der verhindert werden kann, dass wegen Schäden durch elektrostatische Entladung die Ausbeute abnimmt, bereitzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A bis 1C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, welche eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
2A bis 2D stellen ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung dar.
3A bis 3D sind Querschnittsansichten, die jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
4A bis 4C stellen jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung dar.
5A und 5B stellen eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung dar.
6A und 6B stellen jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung dar.
7A und 7B stellen eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung dar.
8A bis 8C stellen elektronische Geräte dar.
9A bis 9C stellen ein elektronisches Gerät dar.
10A und 10B zeigen Ergebnisse einer ESR-Messung.
11A und 11B zeigen Ergebnisse einer TDS-Messung.
12 zeigt Ergebnisse einer Bewertung der Filmqualitäten von Siliziumnitridfilmen.
13A und 13B sind Querschnittsfotografien eines Siliziumnitridfilms.
14A bis 14D zeigen Ergebnisse von SIMS-Messungen.
15 zeigt Messergebnisse der Spannungsfestigkeiten von Gate-Isolierschichten.

Beste Methode zum Durchführen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die Modi und Details der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Weisen modifiziert werden können. Daher sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
Es sei angemerkt, dass bei den Strukturen der im Folgenden beschriebenen Erfindung gleiche Abschnitte oder Abschnitte, die ähnliche Funktionen aufweisen, in verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und dass die Beschreibung solcher Abschnitte nicht wiederholt wird. Das gleiche Schraffurmuster wird bei Teilen mit einer ähnlichen Funktion verwendet, und in einigen Fällen werden diese Teile nicht besonders mit Bezugszeichen bezeichnet.
Es sei angemerkt, dass in jeder in dieser Beschreibung beschriebenen Zeichnung die Größe, die Filmdicke oder der Bereich jeder Komponente aus Gründen der Deutlichkeit übertrieben dargestellt werden kann. Deshalb sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf solche Größenverhältnisse beschränkt.
Es sei angemerkt, dass Ordinalzahlen, wie z. B. „erstes“ und „zweites“, in dieser Beschreibung und dergleichen der Einfachheit halber verwendet werden und nicht die Reihenfolge von Schritten oder die Reihenfolge der gestapelten Schichten bezeichnen. Außerdem stellen die Ordinalzahlen in dieser Beschreibung und dergleichen keine die Erfindung definierenden besonderen Namen dar.
[Ausführungsform 1]
Bei dieser Ausführungsform werden Ausführungsformen einer Halbleitervorrichtung und eines Verfahrens zum Herstellen der Halbleitervorrichtung anhand von 1Abis 1C, 2Abis 2D sowie 3A bis 3D beschrieben. Bei dieser Ausführungsform werden Transistoren mit unterem Gate (bottom-gate transistor), die Oxidhalbleiterschichten beinhalten, als Beispiel für eine Halbleitervorrichtung beschrieben.
1A bis 1C zeigen ein Strukturbeispiel für einen Transistor 300. 1A ist eine Draufsicht des Transistors 300, 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-Y1 in 1A, und 1C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie V1-W1 in 1A.
Der Transistor 300 beinhaltet eine Gate-Elektrodenschicht 402 über einem Substrat 400 mit einer isolierenden Oberfläche, eine Gate-Isolierschicht 404 über der Gate-Elektrodenschicht 402, eine Oxidhalbleiterschicht 408, die über der Gate-Isolierschicht 404 liegt und in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 404 steht und die Gate-Elektrodenschicht 402 überlappt, und eine Source-Elektrodenschicht 410a und eine Drain-Elektrodenschicht 410b, welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht 408 verbunden sind.
Bei dem Transistor 300 umfasst die Gate-Isolierschicht 404 eine Gate-Isolierschicht 404a in Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 402 und eine Gate-Isolierschicht 404b über der Gate-Isolierschicht 404a.
Als die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b werden Stickstoff enthaltende Siliziumfilme verwendet. Der Stickstoff enthaltende Siliziumfilm weist eine höhere relative Permittivität auf als ein Siliziumoxidfilm und braucht eine größere Dicke, um eine äquivalente Kapazität zu erzielen. Daher kann die physikalische Dicke der Gate-Isolierschicht erhöht werden. Dies macht es möglich, eine Abnahme der Spannungsfestigkeit des Transistors 300 zu verringern und die Spannungsfestigkeit weiter zu erhöhen, wodurch Schäden durch elektrostatische Entladung an einer Halbleitervorrichtung verringert werden können.
Beispiele für den Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfassen einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumnitridoxidfilm, einen Siliziumoxynitridfilm und dergleichen. Da ein Material mit einem höheren Stickstoffgehalt eine höhere relative Permittivität aufweist, wird vorzugsweise ein Siliziumnitridfilm verwendet. Siliziumoxid weist eine Energielücke von 8 eV auf, während Siliziumnitrid eine kleine Energielücke von 5,5 eV und daher einen niedrigen spezifischen Widerstand aufweist. Folglich kann die Verwendung eines Siliziumnitridfilms die Beständigkeit gegen ESD erhöhen. Des Weiteren ist es in dem Fall, in dem ein Siliziumnitridfilm durch ein CVD-Verfahren ausgebildet wird, unnötig, ein N₂O-Gas zu verwenden, welches ein Treibhausgas ist und verwendet wird, wenn ein Sauerstoff und Stickstoff enthaltender Siliziumfilm, wie z. B. ein Siliziumnitridoxidfilm, durch ein CVD-Verfahren ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung „Siliziumoxynitridfilm“ einen Film, der mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, bezeichnet und dass „Siliziumnitridoxidfilm“ einen Film, der mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält, bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform werden Stickstoff enthaltende Siliziumfilme als die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b verwendet.
Die Gate-Isolierschicht 404a weist eine größere Dicke auf als die Gate-Isolierschicht 404b, wobei ein Siliziumnitridfilm, der eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, verwendet wird. Beispielsweise ist die Dicke der Gate-Isolierschicht 404a größer als oder gleich 300 nm und kleiner als oder gleich 400 nm. Des Weiteren wird ein Siliziumnitridfilm verwendet, der eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger, bevorzugt 5 × 10¹⁶ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem Nc-Zentrum (Nc center) (bei einem g-Faktor von 2,003) in einer Elektronenspinresonanz- (ESR-) Spektroskopie erscheint. Wenn ein derartiger Siliziumnitridfilm, der eine große Dicke (z. B. 300 nm oder mehr) und eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, bereitgestellt ist, kann die Spannungsfestigkeit der Gate-Isolierschicht 404a beispielsweise 300 V oder mehr betragen.
Da die Gate-Isolierschicht 404b in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 steht, sollte die Gate-Isolierschicht 404b einen Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Konzentration des darin enthaltenen Wasserstoffs umfassen. Die Wasserstoffkonzentration der Gate-Isolierschicht 404b sollte niedriger sein als mindestens diejenige der Gate-Isolierschicht 404a. In dem Fall, in dem die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b beispielsweise durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet werden, kann die Wasserstoffkonzentration der Gate-Isolierschicht 404b niedriger gemacht werden als diejenige der Gate-Isolierschicht 404a, indem die Konzentration des in einem Zufuhrgas enthaltenen Wasserstoffs verringert wird. In dem Fall, in dem Siliziumnitridfilme insbesondere als die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b ausgebildet werden, kann die Gate-Isolierschicht 404b bei einer Ammoniak-Durchflussmenge, die niedriger ist als diejenige in einem Zufuhrgas zum Ausbilden der Gate-Isolierschicht 404a, ausgebildet werden, oder sie kann ohne Verwendung von Ammoniak ausgebildet werden.
Die Dicke der Gate-Isolierschicht 404b ist größer als oder gleich 25 nm und kleiner als oder gleich 150 nm. Da der Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Konzentration des darin enthaltenen Wasserstoffs als die Gate-Isolierschicht 404b bereitgestellt ist, ist es möglich, das Eindringen von Wasserstoff oder einer Wasserstoffverbindung (z. B. Wasser) in die Oxidhalbleiterschicht 408 zu verringern. Wasserstoff in einem Oxidhalbleiter bewirkt, dass Ladungsträger erzeugt werden und dass eine Schwellenspannung eines Transistors in negativer Richtung verschoben wird. Deshalb können dann, wenn ein Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Wasserstoffkonzentration als die Gate-Isolierschicht 404b bereitgestellt ist, die elektrischen Eigenschaften eines Transistors stabilisiert werden. Außerdem dient dann, wenn ein Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Wasserstoffkonzentration als die Gate-Isolierschicht 404b bereitgestellt ist, die Gate-Isolierschicht 404b auch als Barrierefilm, um zu verhindern, dass in der Gate-Isolierschicht 404a enthaltene Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff oder eine Wasserstoffverbindung, in die Oxidhalbleiterschicht 408 diffundieren.
Es sei angemerkt, dass sowohl die Gate-Isolierschicht 404a als auch die Gate-Isolierschicht 404b bei dieser Ausführungsform Siliziumnitridfilme sind und dass die Grenzfläche zwischen diesen Gate-Isolierschichten abhängig von Materialien oder Filmbildungsbedingungen undeutlich werden kann. In 1B und 1C ist deshalb die Grenzfläche zwischen der Gate-Isolierschicht 404a und der Gate-Isolierschicht 404b schematisch durch eine Punktlinie dargestellt. Das Gleiche gilt für andere Zeichnungen, die nachstehend beschrieben werden.
Eine Struktur einer Oxidhalbleiterschicht wird nachstehend beschrieben.
Eine Oxidhalbleiterschicht wird grob als einkristalline Oxidhalbleiterschicht und als nicht-einkristalline Oxidhalbleiterschicht klassifiziert. Die nicht-einkristalline Oxidhalbleiterschicht umfasst eine von einer amorphen Oxidhalbleiterschicht, einer mikrokristallinen Oxidhalbleiterschicht, einer polykristallinen Oxidhalbleiterschicht, einem Film aus einem kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS) und dergleichen.
Die amorphe Oxidhalbleiterschicht weist eine ungeordnete Atomanordnung und keine kristalline Komponente auf. Ein typisches Beispiel dafür ist eine Oxidhalbleiterschicht, in der auch in einem mikroskopischen Bereich kein Kristallbereich existiert, wobei die ganze Schicht amorph ist.
Die mikrokristalline Oxidhalbleiterschicht enthält beispielsweise einen Mikrokristall (auch als Nanokristall bezeichnet) mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als 10 nm. Daher weist die mikrokristalline Oxidhalbleiterschicht einen höheren Grad der Atomordnung auf als die amorphe Oxidhalbleiterschicht. Dementsprechend ist die Dichte der Defektzustände (defect states) der mikrokristallinen Oxidhalbleiterschicht niedriger als diejenige der amorphen Oxidhalbleiterschicht.
Der CAAC-OS-Film ist eine von Oxidhalbleiterschichten, die eine Vielzahl von Kristallbereichen enthalten, und die meisten Kristallbereiche passen jeweils in einen Würfel mit einer Kantenlänge von kleiner als 100 nm. Deswegen gibt es einen Fall, in dem ein Kristallbereich in dem CAAC-OS-Film in einen Würfel mit einer Kantenlänge von kleiner als 10 nm, kleiner als 5 nm oder kleiner als 3 nm passt. Die Dichte der Defektzustände des CAAC-OS-Films ist niedriger als diejenige der mikrokristallinen Oxidhalbleiterschicht. Der CAAC-OS-Film wird nachstehend ausführlich beschrieben.
In einem Transmissionselektronenmikroskop- (TEM-) Bild des CAAC-OS-Films wird eine Grenze zwischen Kristallbereichen, das heißt eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Korngrenze auftritt.
Nach dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche beobachtet wird (Querschnitts-TEM-Bild (cross-sectional TEM image)), sind Metallatome auf eine geschichtete Weise in den Kristallbereichen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die von einer Oberfläche, über welcher der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (eine Oberfläche, über welcher der CAAC-OS-Film ausgebildet ist, wird nachstehend als Bildungsoberfläche bezeichnet), oder von einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films widergespiegelt wird, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
In dieser Beschreibung bedeutet ein Begriff „parallel“, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet wird, größer als oder gleich -10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und daher auch den Fall umfasst, in dem der Winkel größer als oder gleich -5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zusätzlich bedeutet ein Begriff „senkrecht“, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet wird, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und umfasst daher den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
Andererseits sind nach dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche beobachtet wird (Flächen-TEM-Bild (plan TEM image)), Metallatome in einer trigonalen oder hexagonalen Konfiguration in den Kristallbereichen angeordnet. Zwischen verschiedenen Kristallbereichen gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung der Metallatome.
Aus den Ergebnissen des Querschnitts-TEM-Bildes und des Flächen-TEM-Bildes findet man eine Ausrichtung in den Kristallbereichen in dem CAAC-OS-Film.
Ein CAAC-OS-Film wird einer Strukturanalyse mittels einer Röntgenbeugungs- (X-ray diffraction, XRD-) Vorrichtung 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 ein Peak oft bei einem Beugungswinkel (2θ) von zirka 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche 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 senkrecht zur c-Achse eintritt, oft ein Peak bei 2θ von zirka 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Ebene des lnGaZnO₄-Kristalls. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (ϕ-Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird. In dem Fall, in dem die Probe eine einkristalline Oxidhalbleiterschicht aus InGaZnO₄ ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallebenen, die der (110)-Ebene entsprechen. Dagegen wird im Fall eines CAAC-OS-Films ein Peak nicht deutlich beobachtet, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird.
Nach den obigen Ergebnissen sind in dem CAAC-OS-Film mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse die c-Achsen in einer Richtung parallel zu einem Normalenvektor einer Bildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ausgerichtet, während die Richtungen der a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallbereichen verschieden sind. Jede Metallatomlage, die im Querschnitts-TEM-Bild als auf eine geschichtete Weise angeordnet beobachtet wird, entspricht daher einer Ebene parallel zur a-b-Ebene des Kristalls.
Es sei angemerkt, dass der Kristallbereich gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films gebildet wird oder durch eine Kristallisierungsbehandlung, wie z. B. eine Wärmebehandlung, gebildet wird. Wie zuvor beschrieben ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung parallel zu einem Normalenvektor einer Bildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ausgerichtet. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem die Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen geändert wird, die c-Achse nicht immer parallel zu einem Normalenvektor einer Bildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films sein.
Des Weiteren ist der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film nicht notwendigerweise gleichmäßig. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden des CAAC-OS-Films von der Nachbarschaft der nach oben weisenden Oberfläche des Films an beginnt, der Grad der Kristallinität in der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche unter Umständen höher als derjenige in der Nähe der Bildungsoberfläche. Ferner wird dann, wenn dem CAAC-OS-Film eine Verunreinigung zugesetzt wird, die Kristallinität in einem Bereich, dem die Verunreinigung zugesetzt wird, geändert, und der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film variiert in Abhängigkeit vom Ort.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn der einen InGaZnO₄-Kristall enthaltende CAAC-OS-Film durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, auch ein Peak bei 20 von zirka 36° zusätzlich zu dem Peak bei 20 von zirka 31° beobachtet werden kann. Der Peak bei 20 von zirka 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es ist bevorzugt, dass in dem CAAC-OS-Film ein Peak bei 20 von zirka 31° erscheint und kein Peak bei 20 von zirka 36° erscheint.
In dieser Beschreibung sind die trigonalen und rhomboedrischen Kristallsysteme im hexagonalen Kristallsystem enthalten.
Bei einem Transistor, bei dem der CAAC-OS-Film verwendet wird, ist eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, die auf eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht zurückzuführen ist, gering. Folglich weist der Transistor hohe Zuverlässigkeit auf.
Es sei angemerkt, dass die Oxidhalbleiterschicht 408 eine beliebige Struktur, beispielsweise eine amorphe Oxidhalbleiterschicht, eine mikrokristalline Oxidhalbleiterschicht oder ein CAAC-OS-Film, sein kann, zwei oder mehr von diesen Strukturen aufweisen kann oder ein gestapelter Film, der zwei oder mehr von diesen Strukturen aufweist, sein kann.
Beispielsweise wird der CAAC-OS-Film durch ein Sputterverfahren mit einem polykristallinen Oxidhalbleiter-Sputtertarget ausgebildet. Wenn Ionen mit dem Sputtertarget kollidieren, kann ein im Sputtertarget enthaltener Kristallbereich vom Target entlang einer a-b-Ebene abgetrennt werden. Mit anderen Worten: ein gesputtertes Teilchen mit einer Ebene parallel zu einer a-b-Ebene (ebenes plattenförmiges gesputtertes Teilchen oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen) kann vom Sputtertarget abfallen. In diesem Fall erreicht das ebene plattenförmige gesputterte Teilchen unter Bewahrung seines Kristallzustandes ein Substrat, wodurch der CAAC-OS-Film ausgebildet werden kann.
Für die Abscheidung des CAAC-OS-Films finden vorzugsweise die folgenden Bedingungen Anwendung.
Durch Verringern der Menge von Verunreinigungen, die während der Abscheidung in den CAAC-OS-Film eindringen, kann verhindert werden, dass der Kristallzustand durch die Verunreinigungen verschlechtert wird. Beispielsweise kann die Konzentration der in der Filmbildungskammer vorhandenen Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff) verringert werden. Ferner kann die Konzentration der Verunreinigungen in einem Abscheidungsgas verringert werden. Insbesondere wird ein Abscheidungsgas verwendet, dessen Taupunkt bei -80 °C oder niedriger, bevorzugt bei -100 °C oder niedriger liegt.
Es ist wahrscheinlich, dass durch Erhöhen der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung eine Wanderung eines gesputterten Teilchens auftritt, nachdem sich das gesputterte Teilchen an eine Oberfläche des Substrats geheftet hat. Im Besonderen ist die Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 740 °C, bevorzugt höher als oder gleich 200 °C und niedriger als oder gleich 500 °C. Durch Erhöhung der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung tritt dann, wenn das ebene plattenförmige gesputterte Teilchen das Substrat erreicht, eine Wanderung an der Oberfläche des Substrats auf, so dass sich eine ebene Fläche des ebenen plattenförmigen gesputterten Teilchens an das Substrat heftet.
Außerdem ist es zu bevorzugen, dass der Sauerstoffanteil am Abscheidungsgas erhöht wird und dass die Leistung optimiert wird, um Plasmaschäden bei der Abscheidung zu verringern. Der Sauerstoffanteil am Abscheidungsgas beträgt 30 Vol.-% oder höher, bevorzugt 100 Vol.-%.
Als Beispiel für das Sputtertarget wird nachstehend ein Target aus einer In-Ga-Zn-O-Verbindung beschrieben.
Das Target aus einer In-Ga-Zn-O-Verbindung, das polykristallin ist, wird durch Mischen von InO_X-Pulver, GaO_Y-Pulver und ZnO_Z-Pulver in einem vorbestimmten Verhältnis, Ausüben von Druck und Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 1000 °C und niedriger als oder gleich 1500 °C geschaffen. Es sei angemerkt, dass X, Y und Z vorgegebene positive Zahlen sind. Hier beträgt das vorbestimmte Molverhältnis von InO_X-Pulver zu GaOy-Pulver und ZnO_Z-Pulver beispielsweise 2:2:1, 8:4:3, 3:1:1, 1:1:1, 4:2:3 oder 3:1:2. Die Pulverarten und das Molverhältnis, in dem die Pulver gemischt werden, können angemessen in Abhängigkeit vom erwünschten Sputtertarget bestimmt werden.
Als weitere Komponenten kann der Transistor 300 eine isolierende Schicht 414, welche die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b bedeckt und in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 steht, beinhalten.
Als die isolierende Schicht 414 kann ein Siliziumoxidfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Aluminiumoxidfilm, ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumoxynitridfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm oder dergleichen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die isolierende Schicht 414 bevorzugt einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, stärker bevorzugt einen Siliziumnitridfilm umfasst, weil Schäden durch elektrostatische Entladung an einer Halbleitervorrichtung während eines Herstellungsprozesses oder nach der Herstellung weiter verringert werden können.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 300 wird nachstehend anhand von 2A bis 2D beschrieben.
Zuerst wird die Gate-Elektrodenschicht 402 über dem Substrat 400 mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet.
Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Substrats, das als das Substrat 400 mit einer isolierenden Oberfläche verwendet werden kann, wobei das Substrat jedoch mindestens eine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweisen muss, damit es später einer Wärmebehandlung unterzogen werden kann. Beispielsweise kann ein Glassubstrat von Bariumborosilikatglas, Aluminoborosilikatglas oder dergleichen, ein Keramiksubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein einkristallines Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium, Siliziumkarbid oder dergleichen, ein Verbund-Halbleitersubstrat aus Siliziumgermanium oder dergleichen, ein SOI-Substrat oder dergleichen als das Substrat 400 verwendet werden. Als weitere Alternative kann ein beliebiges von diesen Substraten, das ferner mit einem Halbleiterelement versehen ist, als das Substrat 400 verwendet werden.
Die Gate-Elektrodenschicht 402 kann unter Verwendung eines Metallmaterials, wie z. B. Molybdän, Titan, Tantal, Wolfram, Aluminium, Kupfer, Chrom, Neodym oder Scandium, oder eines Legierungsmaterials, das eines von diesen Materialien als Hauptkomponente enthält, ausgebildet werden. Alternativ kann ein Halbleiterfilm, der typischerweise ein mit einem Störstellenelement, wie z. B. Phosphor, dotierter polykristalliner Siliziumfilm ist, oder ein Silizidfilm, wie z. B. ein Nickelsilizidfilm, als die Gate-Elektrodenschicht 402 verwendet werden. Die Gate-Elektrodenschicht 402 kann entweder eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur haben. Die Gate-Elektrodenschicht 402 kann eine sich verjüngende Form mit einem Kegelwinkel von beispielsweise größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 70° haben. Der Kegelwinkel bezieht sich hier auf einen Winkel, der zwischen einer seitlichen Oberfläche einer Schicht, die eine sich verjüngende Form hat, und einer unteren Oberfläche der Schicht gebildet wird.
Das Material der Gate-Elektrodenschicht 402 kann ein leitendes Material sein, wie z. B. Indiumoxid-Zinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumoxid-Zinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist.
Alternativ kann das Material der Gate-Elektrodenschicht 402 ein Stickstoff enthaltendes Oxid auf In-Ga-Zn-Basis, ein Stickstoff enthaltendes Oxid auf In-Sn-Basis, ein Stickstoff enthaltendes Oxid auf In-Ga-Basis, ein Stickstoff enthaltendes Oxid auf In-Zn-Basis, ein Stickstoff enthaltendes Oxid auf Sn-Basis, ein Stickstoff enthaltendes Oxid auf In-Basis oder ein Metallnitrid (wie z. B. Indiumnitrid, Zinknitrid, Tantalnitrid oder Wolframnitrid) sein. Diese Materialien weisen jeweils eine Austrittsarbeit von 5 eV oder höher auf; deshalb kann die Schwellenspannung des Transistors positiv sein, wenn sie für die Gate-Elektrodenschicht 402 verwendet werden. Folglich kann ein normalerweise ausgeschalteter Schalttransistor (normally off switching transistor) bereitgestellt werden.
Als nächstes wird die Gate-Isolierschicht 404, welche die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b umfasst, ausgebildet, um die Gate-Elektrodenschicht 402 zu bedecken (siehe 2A). Ein Stickstoff enthaltender Siliziumfilm kann für die Gate-Isolierschicht 404 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Gate-Isolierschicht 404 durch Stapeln der Gate-Isolierschicht 404a, die einen Siliziumnitridfilm umfasst, und der Gate-Isolierschicht 404b, die einen Siliziumnitridfilm umfasst, ausgebildet. Hinsichtlich Reduktionen der Schwankungen in einer Ebene (in-plane variation), der Mischung von Teilchen und der Taktzeit (Zykluszeit) bei der Filmbildung, ist es wirksam, ein CVD-Verfahren zum Ausbilden der Gate-Isolierschicht 404 zu verwenden. Ein CVD-Verfahren ist wirksam auch beim Ausbilden eines Films über einem großen Substrat.
Bei dieser Ausführungsform werden die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b nacheinander durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Ammoniak (NH₃) als Zufuhrgas wird zunächst ein Siliziumnitridfilm als die Gate-Isolierschicht 404a ausgebildet, und dann wird das Zufuhrgas auf ein Gasgemisch aus Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) geändert und ein Siliziumnitridfilm wird als die Gate-Isolierschicht 404b ausgebildet.
Der Siliziumnitridfilm, der durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Ammoniak (NH₃) als Zufuhrgas ausgebildet wird, weist geringere Defekte auf als der Siliziumnitridfilm, der unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) als Zufuhrgas ausgebildet wird. Deshalb weist die Gate-Isolierschicht 404a geringere Defekte auf als mindestens die Gate-Isolierschicht 404b und kann eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger, bevorzugt 5 × 10¹⁶ Spins/cm³ oder weniger aufweisen, welche einem Signal entspricht, das bei einem Nc-Zentrum (bei einem g-Faktor von 2,003) in einer Elektronenspinresonanz- (ESR-) Spektroskopie erscheint. Ein Siliziumnitridfilm, der unter Verwendung eines Ammoniak enthaltenden Gasgemisches ausgebildet wird, ermöglicht bessere Abdeckung als ein Siliziumnitridfilm, der unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Stickstoff als Zufuhrgas ausgebildet wird. Folglich ist es wirksam, einen Siliziumnitridfilm, der unter Verwendung des oben beschriebenen Gasgemisches ausgebildet wird, als Gate-Isolierschicht in Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 402 bereitzustellen. Wenn die Gate-Isolierschicht 404a, die eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, in einer Dicke von größer als oder gleich 300 nm und kleiner als oder gleich 400 nm ausgebildet wird, kann die Spannungsfestigkeit der Gate-Isolierschicht 404 300 V oder mehr betragen.
Währenddessen weist die Gate-Isolierschicht 404b, die mittels eines kein Ammoniak enthaltenden Quellengases ausgebildet wird, eine niedrigere Konzentration des darin enthaltenen Wasserstoffs auf als die Gate-Isolierschicht 404a. Wenn ein derartiger Film in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 bereitgestellt ist, kann das Eindringen von Wasserstoff aus der Gate-Isolierschicht 404b in die Oxidhalbleiterschicht 408 verringert werden. Die Gate-Isolierschicht 404b dient auch als Barrierefilm, der das Eindringen von Wasserstoff oder einer Wasserstoffverbindung, der/die in der Gate-Isolierschicht 404a enthalten ist, in die Oxidhalbleiterschicht 408 verringert.
Wenn die Gate-Isolierschicht 404a, die eine große Dicke und eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, und die Gate-Isolierschicht 404b, die eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, als die Gate-Isolierschicht 404 gestapelt sind, ist es möglich, eine gute Spannungsfestigkeit zu erzielen und gleichzeitig die Diffusion einer Verunreinigung, wie z. B. Wasserstoff, in die Oxidhalbleiterschicht 408 zu verringern. Es ist demzufolge möglich, Schäden durch elektrostatische Entladung an dem Transistor, der die Gate-Isolierschicht 404 beinhaltet, zu verringern und seine elektrischen Eigenschaften zu stabilisieren.
Als nächstes wird eine Oxidhalbleiterschicht über der Gate-Isolierschicht 404b ausgebildet und durch eine Ätzbehandlung zu einer Inselform verarbeitet, wodurch die Oxidhalbleiterschicht 408 ausgebildet wird (siehe 2B).
Die Oxidhalbleiterschicht 408 kann entweder eine amorphe Struktur oder eine kristalline Struktur haben. In dem Fall, in dem die Oxidhalbleiterschicht wie ausgebildet eine amorphe Struktur hat, kann die Oxidhalbleiterschicht später einer Wärmebehandlung im Herstellungsprozess unterzogen werden, so dass die Oxidhalbleiterschicht 408 eine kristalline Struktur hat. Die Wärmebehandlung zum Kristallisieren der amorphen Oxidhalbleiterschicht wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 250 °C und niedriger als oder gleich 700 °C, bevorzugt höher als oder gleich 400 °C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 500 °C, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 550 °C durchgeführt. Es sei angemerkt, dass die Wärmebehandlung auch als weitere Wärmebehandlung im Herstellungsprozess dienen kann.
Die Oxidhalbleiterschicht 408 kann angemessen durch ein Sputterverfahren, ein Molekularstrahlepitaxie- (molecular beam epitaxy, MBE-) Verfahren, ein CVD-Verfahren, ein Laserstrahlverdampfungs- (pulsed laser deposition) Verfahren, ein Atomlagenabscheidungs- (atomic layer deposition, ALD-) Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Beim Ausbilden der Oxidhalbleiterschicht 408 wird die Konzentration des zu enthaltenden Wasserstoffs vorzugsweise so weit als möglich verringert. Um die Wasserstoffkonzentration zu verringern, wird beispielsweise in dem Fall, in dem die Oxidhalbleiterschicht durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, ein hochreines Edelgas (typischerweise Argon), hochreiner Sauerstoff oder ein hochreines Gasgemisch aus einem Edelgas und Sauerstoff, von dem Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, Wasser, eine Hydroxylgruppe und Hydrid, entfernt worden sind, angemessen als Atmosphärengas verwendet, das einer Filmbildungskammer einer Sputtervorrichtung zugeführt wird.
Die Oxidhalbleiterschicht wird auf eine solche Weise ausgebildet, dass ein Sputtergas, von dem Wasserstoff und Feuchtigkeit entfernt worden sind, in eine Filmbildungskammer eingeleitet wird, während in der Filmbildungskammer verbleibende Feuchtigkeit entfernt wird, wodurch die Wasserstoffkonzentration in der Oxidhalbleiterschicht verringert werden kann. Um die in der Filmbildungskammer verbleibende Feuchtigkeit zu entfernen, wird vorzugsweise eine Einschluss-Vakuumpumpe, wie z. B. eine Kryopumpe, eine lonenpumpe oder eine Titansublimationspumpe, verwendet. Eine Turbomolekularpumpe mit einer Kühlfalle kann als Alternative verwendet werden. Wenn die Filmbildungskammer mit einer Kryopumpe, die sehr geeignet ist, ein Wasserstoffmolekül, eine ein Wasserstoffatom enthaltende Verbindung, wie z. B. Wasser (H₂O), (bevorzugt auch eine ein Kohlenstoffatom enthaltende Verbindung) und dergleichen zu entfernen, evakuiert wird, kann die Konzentration einer Verunreinigung, die in einem in der Filmbildungskammer ausgebildeten Film enthalten wird, verringert werden.
Es sei angemerkt, dass bevorzugt ist, dass die Gate-Isolierschicht 404 und die Oxidhalbleiterschicht nacheinander ausgebildet werden, ohne der Luft ausgesetzt zu sein. Wenn die Gate-Isolierschicht 404 und die Oxidhalbleiterschicht nacheinander ausgebildet werden, ohne der Luft ausgesetzt zu sein, kann verhindert werden, dass sich Wasserstoff oder eine Wasserstoffverbindung (z. B. Wasser) an eine Oberfläche der Oxidhalbleiterschicht heftet. Auf diese Weise kann das Eindringen von Verunreinigungen verringert werden.
Wenn die Oxidhalbleiterschicht durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, ist die relative Dichte (Füllfaktor; von engl. filling factor) eines zur Filmbildung verwendeten Metalloxid-Targets höher als oder gleich 90 % und niedriger als oder gleich 100 %, bevorzugt höher als oder gleich 95 % und niedriger als oder gleich 99,9 %. Unter Verwendung des Metalloxid-Targets mit hoher relativer Dichte kann ein dichter Oxidfilm ausgebildet werden.
Es sei angemerkt, dass es zum Verringern der Verunreinigungskonzentration der Oxidhalbleiterschicht auch wirksam ist, die Oxidhalbleiterschicht auszubilden, während das Substrat 400 bei hoher Temperatur gehalten wird. Die Temperatur, bei der das Substrat 400 erwärmt wird, kann höher als oder gleich 150 °C und niedriger als oder gleich 450 °C sein; die Substrattemperatur ist vorzugsweise höher als oder gleich 200 °C und niedriger als oder gleich 350 °C. Eine kristalline Oxidhalbleiterschicht kann ausgebildet werden, indem beim Ausbilden das Substrat bei hoher Temperatur erwärmt wird.
In dem Fall, in dem ein CAAC-OS-Film als die Oxidhalbleiterschicht 408 zum Einsatz kommt, kann der CAAC-OS-Film durch die folgenden Verfahren erhalten werden. Bei einem Verfahren wird eine Oxidhalbleiterschicht bei einer Filmbildungstemperatur von höher als oder gleich 200 °C und niedriger als oder gleich 450 °C ausgebildet, wodurch eine Ausrichtung bezüglich der C-Achse im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche erzielt werden kann. Bei einem weiteren Verfahren wird eine dünne Oxidhalbleiterschicht ausgebildet und dann wird die Schicht einer Wärmebehandlung, die bei einer Temperatur von höher als oder gleich 200 °C und niedriger als oder gleich 700 °C durchgeführt wird, unterzogen, wodurch eine Ausrichtung bezüglich der C-Achse im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche erzielt werden kann. Beim anderen Verfahren wird ein erster dünner Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, der Film wird einer Wärmebehandlung, die bei einer Temperatur von höher als oder gleich 200 °C und niedriger als oder gleich 700 °C durchgeführt wird, unterzogen und dann wird ein zweiter Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, wodurch eine Ausrichtung bezüglich der C-Achse im Wesentlichen senkrecht zu einer Oberfläche erzielt werden kann.
Ein für die Oxidhalbleiterschicht 408 verwendeter Oxidhalbleiter enthält wenigstens Indium (In). Vorzugsweise sind insbesondere Indium und Zink (Zn) enthalten. Zudem ist bevorzugt, dass als Stabilisator zur Verringerung der Schwankungen der elektrischen Eigenschaften eines Transistors, bei dem der Oxidhalbleiter verwendet wird, außerdem Gallium (Ga) enthalten ist. Es ist bevorzugt, dass ein oder mehrere Elemente, die aus Zinn (Sn), Hafnium (Hf), Aluminium (Al) und Zirconium (Zr) ausgewählt werden, als Stabilisator enthalten sind.
Als weiterer Stabilisator kann/können ein oder mehrere Lanthanoide, die aus Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu) ausgewählt werden, enthalten sein.
Als Oxidhalbleiter kann beispielsweise ein Indiumoxid, ein Zinnoxid, ein Zinkoxid, ein zwei Metallkomponenten enthaltendes Oxid, wie z. B. ein Oxid auf In-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Mg-Basis oder ein Oxid auf In-Ga-Basis, ein drei Metallkomponenten enthaltendes Oxid, wie z. B. ein Oxid auf In-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Al-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Hf-Zn-Basis, ein Oxid auf In-La-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Ce-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Pr-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Nd-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sm-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Eu-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Gd-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Tb-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Dy-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Ho-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Er-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Tm-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Yb-Zn-Basis oder ein Oxid auf In-Lu-Zn-Basis, oder ein vier Metallkomponenten enthaltendes Oxid, wie z. B. ein Oxid auf In-Sn-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Hf-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Al-Ga-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-AI-Zn-Basis, ein Oxid auf In-Sn-Hf-Zn-Basis oder ein Oxid auf In-Hf-Al-Zn-Basis, verwendet werden.
Beispielsweise bezeichnet ein „Oxid auf In-Ga-Zn-Basis“ ein Oxid, das In, Ga und Zn als seine Hauptkomponenten enthält, und es gibt keine Beschränkung hinsichtlich des Verhältnisses In:Ga:Zn. Des Weiteren kann ein Metallelement zusätzlich zu In, Ga und Zn enthalten sein.
Alternativ kann ein Material, das durch InMO₃(ZnO)_m (m > 0, wobei m keine ganze Zahl ist) dargestellt wird, als Oxidhalbleiter verwendet werden. Es sei angemerkt, dass M ein oder mehrere Metallelemente darstellt, die aus Ga, Fe, Mn und Co ausgewählt werden. Als Alternative kann ein Material, das durch In₂SnO₅(ZnO)_n (n > 0, wobei n eine ganze Zahl ist) dargestellt wird, als Oxidhalbleiter verwendet werden.
Beispielsweise kann ein Oxid auf In-Ga-Zn-Basis mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), ln:Ga:Zn = 2:2:1 (= 2/5:2/5:1/5) oder In:Ga:Zn = 3:1:2 (= 1/2:1/6:1/3) oder ein Oxid mit einem Atomverhältnis, das nahe an den obigen Atomverhältnissen liegt, verwendet werden. Alternativ kann ein Oxid auf In-Sn-Zn-Basis mit einem Atomverhältnis In:Sn:Zn = 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), In:Sn:Zn = 2:1:3 (= 1/3:1/6:1/2) oder In:Sn:Zn = 2:1:5 (= 1/4:1/8:5/8) oder ein Oxid mit einem Atomverhältnis, das nahe an den obigen Atomverhältnissen liegt, verwendet werden.
Jedoch ist ein Indium enthaltender Oxidhalbleiter, der in einem Transistor enthalten ist, nicht auf die oben genannten Materialien beschränkt; ein Material mit einer angemessenen Zusammensetzung kann für einen Transistor, der einen Indium enthaltenden Oxidhalbleiter enthält, in Abhängigkeit von notwendigen elektrischen Eigenschaften (z. B. Feldeffektbeweglichkeit, Schwellenspannung und Schwankungen) verwendet werden. Um die notwendigen elektrischen Eigenschaften zu erzielen, ist bevorzugt, dass die Ladungsträgerkonzentration, die Verunreinigungskonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis eines Metallelements zu Sauerstoff, der Abstand zwischen Atomen, die Dichte und dergleichen auf geeignete Werte eingestellt werden.
Beispielsweise kann eine hohe Feldeffektbeweglichkeit relativ leicht bei einem Transistor, der ein Oxid auf In-Sn-Zn-Basis enthält, erzielt werden. Auch im Fall eines Transistors, der ein Oxid auf In-Ga-Zn-Basis enthält, kann die Feldeffektbeweglichkeit erhöht werden, indem die Defektdichte im Großteil (bulk) verringert wird.
Es sei angemerkt, dass beispielsweise der Ausdruck „die Zusammensetzung eines Oxids, das In, Ga und Zn im Atomverhältnis In:Ga:Zn = a:b:c (a + b + c = 1) enthält, liegt in der Nachbarschaft der Zusammensetzung eines Oxids, das In, Ga und Zn im Atomverhältnis In:Ga:Zn = A:B:C (A + B + C = 1) enthält“ bedeutet, dass für a, b und c die folgende Beziehung gilt: (a - A)² + (b - B)² + (c - C)² ≤ r², wobei r beispielsweise 0,05 sein kann. Das Gleiche gilt auch für andere Oxide.
Darüber hinaus wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung an der Oxidhalbleiterschicht 408 durchgeführt, um überschüssigen Wasserstoff (einschließlich Wasser und einer Hydroxylgruppe) zu entfernen (um Dehydratisierung oder Dehydrierung durchzuführen). Die Temperatur der Wärmebehandlung ist höher als oder gleich 300 °C und niedriger als oder gleich 700 °C oder niedriger als die untere Entspannungsgrenze des Substrats. Die Wärmebehandlung kann unter verringertem Druck, einer Stickstoffatmosphäre oder dergleichen durchgeführt werden. Wasserstoff, welcher eine n-Typ-Leitfähigkeit verleihende Verunreinigung ist, kann durch die Wärmebehandlung entfernt werden.
Es sei angemerkt, dass eine derartige Wärmebehandlung für Dehydratisierung oder Dehydrierung zu jedem Zeitpunkt im Prozess zum Herstellen des Transistors durchgeführt werden kann, solange die Wärmebehandlung nach dem Ausbilden der Oxidhalbleiterschicht durchgeführt wird. Die Wärmebehandlung für Dehydratisierung oder Dehydrierung kann mehrmals durchgeführt werden und auch als weitere Wärmebehandlung dienen.
Bei der Wärmebehandlung ist bevorzugt, dass kein Wasser, kein Wasserstoff oder dergleichen in Stickstoff oder einem Edelgas, wie z. B. Helium, Neon oder Argon, enthalten ist. Als Alternative wird die Reinheit des Stickstoffs oder eines Edelgases, wie z. B. Helium, Neon oder Argon, der/das in eine Wärmebehandlungsvorrichtung eingeleitet wird, vorzugsweise auf 6N (99,9999 %) oder mehr, stärker bevorzugt auf 7N (99,99999 %) oder mehr eingestellt (das heißt, dass die Verunreinigungskonzentration 1 ppm oder niedriger, vorzugsweise 0,1 ppm oder niedriger ist).
Des Weiteren kann, nachdem die Oxidhalbleiterschicht 408 durch die Wärmebehandlung erwärmt worden ist, ein hochreines Sauerstoffgas, ein hochreines Distickstoffmonoxidgas oder ultratrockene Luft (mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 ppm (äquivalent einem Taupunkt von -55 °C) oder weniger, bevorzugt 1 ppm oder weniger, stärker bevorzugt 10 ppb oder weniger, wobei die Messung mit einem Taupunktmesser eines Cavity-Ringdown-Laserspektroskopiesystems (CRDS-Systems) erfolgt), in den gleichen Ofen eingeleitet werden, während die Erwärmungstemperatur beibehalten oder allmählich verringert wird. Es ist bevorzugt, dass kein Wasser, kein Wasserstoff oder dergleichen in dem Sauerstoffgas oder dem Distickstoffmonoxidgas enthalten ist. Die Reinheit des Sauerstoffgases oder des Distickstoffmonoxidgases, das in die Wärmebehandlungsvorrichtung eingeleitet wird, ist bevorzugt höher als oder gleich 6N, stärker bevorzugt höher als oder gleich 7N (das heißt, dass die Verunreinigungskonzentration in dem Sauerstoffgas oder dem Distickstoffmonoxidgas bevorzugt niedriger als oder gleich 1 ppm, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 0,1 ppm ist). Das Sauerstoffgas oder das Distickstoffmonoxidgas wirkt Sauerstoff zuzuführen, welcher ein Hauptkomponentenmaterial des Oxidhalbleiters ist und durch den Schritt zur Verunreinigungsentfernung für die Dehydratisierung oder Dehydrierung verringert wird. Dadurch kann die Oxidhalbleiterschicht zu einer hochreinen i-Typ- (intrinsischen) Oxidhalbleiterschicht werden.
Da es eine Möglichkeit gibt, dass auch Sauerstoff, welcher eine Hauptkomponente eines Oxidhalbleiters ist, durch die Dehydratisierungs- oder Dehydrierungsbehandlung freigegeben und verringert wird, kann man Sauerstoff (einschließlich mindestens eines von Sauerstoffradikal, Sauerstoffatom und Sauerstoffion) in die Oxidhalbleiterschicht, die der Dehydratisierungs- oder Dehydrierungsbehandlung unterzogen worden ist, einbringen, um der Schicht Sauerstoff zuzuführen.
Sauerstoff wird in die und zu der Oxidhalbleiterschicht, der Wasser oder Wasserstoff entzogen worden ist, eingebracht und zugeführt, so dass die Oxidhalbleiterschicht hochrein und zum i-Typ (intrinsisch) werden kann. Eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Transistors, der den hochreinen i-Typ- (intrinsischen) Oxidhalbleiter enthält, wird unterdrückt, und der Transistor ist elektrisch stabil.
Im Schritt des Einbringens von Sauerstoff in die Oxidhalbleiterschicht 408 kann Sauerstoff direkt in die Oxidhalbleiterschicht 408 eingebracht werden oder über eine weitere isolierende Schicht, die später ausgebildet wird, in die Oxidhalbleiterschicht 408 eingebracht werden. Als Verfahren zum Einbringen von Sauerstoff (einschließlich mindestens eines von Sauerstoffradikal, Sauerstoffatom und Sauerstoffion) kann ein lonenimplantationsverfahren, ein lonendotierungsverfahren, ein Plasma-Immersions-Ionenimplantationsverfahren, eine Plasmabehandlung oder dergleichen verwendet werden. Ein Sauerstoff enthaltendes Gas kann für eine Behandlung zum Einbringen von Sauerstoff verwendet werden. Als Sauerstoff enthaltendes Gas können Sauerstoff, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und dergleichen verwendet werden. Des Weiteren kann ein Edelgas in dem Sauerstoff enthaltenden Gas für die Behandlung zum Einbringen von Sauerstoff enthalten sein.
In dem Fall, in dem beispielsweise ein Sauerstoffion durch ein lonenimplantationsverfahren in die Oxidhalbleiterschicht 408 eingesetzt wird, kann die Dosierung höher als oder gleich 1 × 10¹³ Ionen/cm² und niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁶ Ionen/cm² sein.
Der Zeitpunkt, zu dem der Oxidhalbleiterschicht 408 Sauerstoff zugeführt wird, ist nicht besonders auf den obigen Zeitpunkt beschränkt, solange er nach dem Ausbilden der Oxidhalbleiterschicht kommt. Der Schritt des Einbringens von Sauerstoff kann mehrmals durchgeführt werden.
Als nächstes wird ein leitender Film über der Oxidhalbleiterschicht 408 ausgebildet und dann verarbeitet, wodurch die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b ausgebildet werden (siehe 2C).
Die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b können beispielsweise unter Verwendung eines Metallfilms, der ein Element enthält, das aus AI, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo und W ausgewählt wird, eines Metallnitridfilms, der eines von diesen Elementen als seine Komponente enthält (eines Titannitridfilms, eines Molybdännitridfilms oder eines Wolframnitridfilms), oder dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann ein Film aus einem Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Ti, Mo oder W, oder ein Metallnitridfilm davon (z. B. ein Titannitridfilm, ein Molybdännitridfilm oder ein Wolframnitridfilm) über und/oder unter einem Metallfilm, wie z. B. einem Al-Film oder einem Cu-Film, ausgebildet werden. Als weitere Alternative können die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b unter Verwendung eines leitenden Metalloxids ausgebildet werden. Als leitendes Metalloxid kann Indiumoxid (In₂O₃), Zinnoxid (SnO₂), Zinkoxid (ZnO), Indiumoxid-Zinnoxid (In₂O₃-SnO₂), Indiumoxid-Zinkoxid (ln₂O₃-ZnO) oder ein beliebiges von diesen Metalloxid-Materialien, das Siliziumoxid enthält, verwendet werden.
Für die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b kann ein Metallnitridfilm, wie z. B. ein Stickstoff enthaltender In-Ga-Zn-O-Film, ein Stickstoff enthaltender In-Sn-O-Film, ein Stickstoff enthaltender In-Ga-O-Film, ein Stickstoff enthaltender In-Zn-O-Film, ein Stickstoff enthaltender Sn-O-Film oder ein Stickstoff enthaltender In-O-Film, verwendet werden. Diese Filme enthalten die gleichen Bestandteile wie die Oxidhalbleiterschicht 408 und können deshalb eine stabile Grenzfläche zu der Oxidhalbleiterschicht 408 bilden. Beispielsweise können die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b eine Stapelschicht-Struktur haben, bei der ein Stickstoff enthaltender In-Ga-Zn-O-Film und ein Wolframfilm in dieser Reihenfolge von der in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 stehenden Seite aus gestapelt sind.
Die isolierende Schicht 414 wird dann ausgebildet, um die Source-Elektrodenschicht 410a, die Drain-Elektrodenschicht 410b und die freigelegte Oxidhalbleiterschicht 408 zu bedecken (siehe 2D).
Die isolierende Schicht 414 kann durch ein Plasma-CVD-Verfahren oder ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Siliziumoxidfilms, eines Galliumoxidfilms, eines Aluminiumoxidfilms, eines Siliziumnitridfilms, eines Siliziumoxynitridfilms, eines Aluminiumoxynitridfilms, eines Siliziumnitridoxidfilms oder dergleichen ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass es sich bei der isolierenden Schicht 414 vorzugsweise um eine Schicht, die einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, insbesondere einen Siliziumnitridfilm umfasst, handelt, weil Schäden durch elektrostatische Entladung an einer Halbleitervorrichtung während eines Herstellungsprozesses oder nach der Herstellung weiter verringert werden können.
Eine Wärmebehandlung kann durchgeführt werden, nachdem die isolierende Schicht 414 ausgebildet worden ist. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist vorzugsweise höher als oder gleich 200 °C und kann beispielsweise 220 °C sein.
Auf die vorstehende Weise kann der Transistor 300 dieser Ausführungsform hergestellt werden.
3A stellt ein Strukturbeispiel für einen Transistor 310 dar. Ähnlich wie der Transistor 300 in 1A bis 1C beinhaltet der Transistor 310 in 3A eine Gate-Elektrodenschicht 402 über einem Substrat 400 mit einer isolierenden Oberfläche, eine Gate-Isolierschicht 404, die über der Gate-Elektrodenschicht 402 liegt und eine Gate-Isolierschicht 404a und eine Gate-Isolierschicht 404b umfasst, eine Oxidhalbleiterschicht 408, die über der Gate-Isolierschicht 404b liegt und die Gate-Elektrodenschicht 402 überlappt, und eine Source-Elektrodenschicht 410a und eine Drain-Elektrodenschicht 410b, welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht 408 verbunden sind. Als weitere Komponente kann der Transistor 310 eine isolierende Schicht 414, welche die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b bedeckt und in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 steht, beinhalten.
Der Transistor 310 unterscheidet sich von dem Transistor 300 darin, dass die Oxidhalbleiterschicht 408 eine Stapelschicht-Struktur hat. Das heißt, dass die Oxidhalbleiterschicht 408 in dem Transistor 310 eine Oxidhalbleiterschicht 408a, die in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 404 steht, und eine Oxidhalbleiterschicht 408b, die in Kontakt mit der isolierenden Schicht 414 steht, umfasst.
Es sei angemerkt, dass andere Komponenten des Transistors 310 als die Oxidhalbleiterschicht 408 ähnlich denjenigen des Transistors 300 sind; dafür kann man auf die Beschreibung des Transistors 300 Bezug nehmen.
Es ist bevorzugt, dass die Oxidhalbleiterschicht 408a und die Oxidhalbleiterschicht 408b, welche in der Oxidhalbleiterschicht 408 enthalten sind, unterschiedliche Zusammensetzungen aus den gleichen Bestandteilen aufweisen. In dem Fall, in dem Oxidhalbleiterschichten, die Indium und Gallium enthalten, als die Oxidhalbleiterschicht 408a und die Oxidhalbleiterschicht 408b ausgebildet sind, ist bevorzugt, dass in der Oxidhalbleiterschicht 408a, die sich auf der näher an der Gate-Elektrodenschicht 402 liegenden Seite (auf der Kanalseite) befindet, der Indiumgehalt höher ist als der Galliumgehalt (In > Ga). Es ist ebenfalls bevorzugt, dass in der Oxidhalbleiterschicht 408b, die sich auf der weiter entfernt von der Gate-Elektrodenschicht 402 liegenden Seite (auf der Rückkanalseite) befindet, der Indiumgehalt niedriger als oder gleich dem Galliumgehalt ist (In ≤ Ga).
In einem Oxidhalbleiter trägt das s-Orbital von Schwermetall hauptsächlich zur Ladungsträgerleitung bei, und wenn der Indiumgehalt in dem Oxidhalbleiter ansteigt, nehmen wahrscheinlich Überlappungen der s-Orbitale zu. Deswegen weist ein Oxid mit einer Zusammensetzung von In > Ga eine höhere Beweglichkeit auf als ein Oxid mit einer Zusammensetzung von In ≤ Ga. Außerdem ist in Ga die Bildungsenergie für eine Sauerstofffehlstelle höher als in In, und deshalb ist weniger wahrscheinlich als in In, dass Sauerstofffehlstellen erzeugt werden. Folglich weist das Oxid mit einer Zusammensetzung von In ≤ Ga stabilere Eigenschaften auf als das Oxid mit einer Zusammensetzung von In > Ga.
Ein Oxidhalbleiter mit einer Zusammensetzung von In > Ga wird auf der Kanalseite verwendet und ein Oxidhalbleiter mit einer Zusammensetzung von In ≤ Ga wird auf der Rückkanalseite verwendet, so dass die Beweglichkeit und Zuverlässigkeit eines Transistors weiter verbessert werden können. Beispielsweise kann die Oxidhalbleiterschicht 408a ein Atomverhältnis In:Ga:Zn = 3:1:2 aufweisen und die Oxidhalbleiterschicht 408b kann ein Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 aufweisen.
Oxidhalbleiter mit verschiedenen Kristallinitäten können für die Oxidhalbleiterschicht 408a und die Oxidhalbleiterschicht 408b verwendet werden. Das heißt, dass die Oxidhalbleiterschichten 408a und 408b angemessen unter Verwendung einer Kombination von beliebigen Oxidhalbleitern ausgebildet sein können, nämlich von einem einkristallinen Oxidhalbleiter, einem polykristallinen Oxidhalbleiter, einem nanokristallinen Oxidhalbleiter, einem amorphen Oxidhalbleiter und CAAC-OS. Es sei angemerkt, dass wahrscheinlich ist, dass ein amorpher Oxidhalbleiter Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, absorbiert und Sauerstofffehlstellen aufweist; deswegen wird er leicht zum n-Typ. Deshalb ist die auf der Kanalseite liegende Oxidhalbleiterschicht 408a vorzugsweise unter Verwendung eines kristallinen Oxidhalbleiters, wie z. B. CAAC-OS, ausgebildet.
Wenn die auf der Rückkanalseite liegende Oxidhalbleiterschicht 408b unter Verwendung eines amorphen Oxidhalbleiters ausgebildet ist, ist wahrscheinlich, dass durch eine Ätzbehandlung zum Ausbilden der Source-Elektrodenschicht 410a und der Drain-Elektrodenschicht 410b die Oxidhalbleiterschicht 408b Sauerstofffehlstellen aufweist und leicht zum n-Typ wird. Es ist bevorzugt, dass die Oxidhalbleiterschicht 408b unter Verwendung eines kristallinen Oxidhalbleiters ausgebildet ist.
Es sei angemerkt, dass die Oxidhalbleiterschicht 408 durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden kann und dass mit einem Indium enthaltenden Sputtertarget eine Erzeugung von Partikeln während der Filmbildung verringert werden kann. Daher sind die Oxidhalbleiterschicht 408a, die Indium enthält, und die Oxidhalbleiterschicht 408b, die Indium enthält, stärker bevorzugt.
Es sei angemerkt, dass die Dicke eines in Kontakt mit der isolierenden Schicht 414 stehenden Bereichs der Oxidhalbleiterschicht 408b kleiner sein kann als die Dicke ihrer Bereiche, die in Kontakt mit der Source-Elektrodenschicht 410a und der Drain-Elektrodenschicht 410b stehen. Beispielsweise kann der Bereich mit einer kleineren Dicke ausgebildet werden, indem er zum Zeitpunkt, zu dem ein leitender Film zu der Source-Elektrodenschicht 410a und der Drain-Elektrodenschicht 410b verarbeitet wird, teilweise geätzt wird, oder indem nach dem Ausbilden der Source-Elektrodenschicht 410a und der Drain-Elektrodenschicht 410b eine Ätzbehandlung an einem freigelegten Bereich der Oxidhalbleiterschicht 408b durchgeführt wird. Durch Verringern der Dicke eines als Kanalbildungsbereich dienenden Bereichs des Transistors 310 kann der Widerstand der Bereiche, die in Kontakt mit der Source-Elektrodenschicht 410a und der Drain-Elektrodenschicht 410b stehen, niedriger werden als der Widerstand des Kanalbildungsbereichs. Demzufolge kann der Kontaktwiderstand mit der Source-Elektrodenschicht 410a und der Drain-Elektrodenschicht 410b verringert werden.
3B stellt ein Strukturbeispiel für einen Transistor 320 dar. Ähnlich wie der Transistor 300 in 1A bis 1C beinhaltet der Transistor 320 in 3B eine Gate-Elektrodenschicht 402 über einem Substrat 400 mit einer isolierenden Oberfläche, eine Gate-Isolierschicht 404, die über der Gate-Elektrodenschicht 402 liegt und eine Gate-Isolierschicht 404a und eine Gate-Isolierschicht 404b umfasst, eine Oxidhalbleiterschicht 408, die über der Gate-Isolierschicht 404b liegt und die Gate-Elektrodenschicht 402 überlappt, eine Source-Elektrodenschicht 410a und eine Drain-Elektrodenschicht 410b, welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht 408 verbunden sind, und eine isolierende Schicht 414, welche die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b bedeckt und in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 steht.
Der Transistor 320 unterscheidet sich von dem Transistor 300 darin, dass die isolierende Schicht 414 eine isolierende Schicht 414a, die teilweise in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 steht, und eine isolierende Schicht 414b über und in Kontakt mit der isolierenden Schicht 414a umfasst.
Die isolierende Schicht 414a kann der Gate-Isolierschicht 404b ähnlich sein. Die isolierende Schicht 414a kann das Eindringen von Wasserstoff oder einer Wasserstoffverbindung in die Oxidhalbleiterschicht 408 verringern; somit können die elektrischen Eigenschaften eines Transistors weiter stabilisiert werden.
Die isolierende Schicht 414b kann der Gate-Isolierschicht 404a ähnlich sein. Die isolierende Schicht 414b kann Schäden durch elektrostatische Entladung an einer Halbleitervorrichtung während eines Herstellungsprozesses oder nach der Herstellung verringern.
Es sei angemerkt, dass die anderen Komponenten des Transistors 320 ähnlich denjenigen des Transistors 300 sein können; dafür kann man auf die Beschreibung des Transistors 300 Bezug nehmen.
3C stellt ein Strukturbeispiel für einen Transistor 330 dar. Ähnlich wie der Transistor 300 in 1A bis 1C beinhaltet der Transistor 330 in 3C eine Gate-Elektrodenschicht 402 über einem Substrat 400 mit einer isolierenden Oberfläche, eine Gate-Isolierschicht 404 über der Gate-Elektrodenschicht 402, eine Oxidhalbleiterschicht 408, die in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 404 steht und die Gate-Elektrodenschicht 402 überlappt, und eine Source-Elektrodenschicht 410a und eine Drain-Elektrodenschicht 410b, welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht 408 verbunden sind. Als weitere Komponente kann der Transistor 330 eine isolierende Schicht 414, welche die Source-Elektrodenschicht 410a und die Drain-Elektrodenschicht 410b bedeckt und in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 steht, beinhalten.
Der Transistor 330 unterscheidet sich von dem Transistor 300 darin, dass die Gate-Isolierschicht 404 eine Gate-Isolierschicht 404c in Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 402, eine Gate-Isolierschicht 404a über und in Kontakt mit der Gate-Isolierschicht 404c und eine Gate-Isolierschicht 404b über der Gate-Isolierschicht 404a umfasst. Andere Komponenten des Transistors 330 als die Gate-Isolierschicht 404 sind ähnlich denjenigen des Transistors 300; dafür kann man auf die Beschreibung des Transistors 300 Bezug nehmen.
Bei dieser Ausführungsform werden Siliziumnitridfilme als die Gate-Isolierschicht 404c, die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b verwendet, und die Gate-Isolierschichten werden nacheinander durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Insbesondere wird ein Siliziumnitridfilm als die Gate-Isolierschicht 404c ausgebildet, indem ein Gasgemisch aus Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) als Zufuhrgas zugeführt wird. Das Zufuhrgas wird dann auf ein Gasgemisch aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Ammoniak (NH₃) geändert und ein Siliziumnitridfilm wird als die Gate-Isolierschicht 404a ausgebildet. Danach wird das Zufuhrgas auf ein Gasgemisch aus Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) geändert und ein Siliziumnitridfilm wird als die Gate-Isolierschicht 404b ausgebildet.
Die Gate-Isolierschicht 404c, die durch Zuführen des Gasgemisches aus Silan (SiH₄) und Stickstoff (N₂) ausgebildet wird, wird in einer weniger Ammoniak enthaltenden Filmbildungsatmosphäre ausgebildet und weist einen niedrigeren Ammoniakgehalt auf als mindestens die Gate-Isolierschicht 404a, die durch Zuführen des Gasgemisches aus Silan (SiH₄), Stickstoff (N₂) und Ammoniak (NH₃) ausgebildet wird. Durch den Einfluss eines freien Elektronenpaars auf das Stickstoffatom wird Ammoniak zu einem Liganden eines Metallkomplexes. Deswegen kann in dem Fall, in dem beispielsweise Kupfer für die Gate-Elektrodenschicht 402 verwendet wird und eine Gate-Isolierschicht mit einem hohen Ammoniakgehalt in Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht bereitgestellt ist, Kupfer durch die Reaktion, die durch die folgende Formel (1) dargestellt wird, in die Gate-Isolierschicht diffundieren.

[Formel 1] $C u^{2 +} + 4 N H_{3} \Leftrightarrow {[C u {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +}$
Da bei dem Transistor 330 in 3C die Gate-Isolierschicht 404c, die einen niedrigeren Ammoniakgehalt aufweist als mindestens die Gate-Isolierschicht 404a, in Kontakt mit der Gate-Elektrodenschicht 402 bereitgestellt ist, kann die Diffusion eines Materials der Gate-Elektrodenschicht 402 (z. B. Kupfer) in die Gate-Isolierschicht 404 verringert werden. Das heißt, dass die Gate-Isolierschicht 404c als Barrierefilm gegen ein Metallmaterial, das in der Gate-Elektrodenschicht 402 enthalten ist, dienen kann. Die Gate-Isolierschicht 404c kann die Zuverlässigkeit eines Transistors weiter verbessern.
Es sei angemerkt, dass die Gate-Isolierschicht 404a und die Gate-Isolierschicht 404b, welche in dem Transistor 330 enthalten sind, denjenigen in dem Transistor 310 ähnlich sein können. Das Vorhandensein der Gate-Isolierschicht mit der vorstehenden Struktur kann verhindern, dass der Transistor durch elektrostatische Entladung beschädigt wird, und er kann stabile elektrische Eigenschaften aufweisen. Demzufolge kann eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung erhalten werden.
Die Dicke der Gate-Isolierschicht 404c ist größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Die Dicke der Gate-Isolierschicht 404a, die wie oben beschrieben als Gegenmaßnahme gegen Schäden durch elektrostatische Entladung an dem Transistor bereitgestellt ist, ist vorzugsweise größer als oder gleich 300 nm und kleiner als oder gleich 400 nm. Die Dicke der Gate-Isolierschicht 404b, die als Barrierefilm zum Verhindern einer Diffusion von Wasserstoff in die Oxidhalbleiterschicht 408 dient, ist vorzugsweise größer als oder gleich 25 nm und kleiner als oder gleich 150 nm. Es sei angemerkt, dass die Dicke jeder Gate-Isolierschicht vorzugsweise angemessen derart reguliert wird, dass die Dicke der Gate-Isolierschicht 404 (die Gesamtdicke der Gate-Isolierschicht 404c, der Gate-Isolierschicht 404a und der Gate-Isolierschicht 404b) im Bereich von 355 nm bis 550 nm liegt.
3D stellt ein Strukturbeispiel für einen Transistor 340 dar. Der Transistor 340 in 3D unterscheidet sich von dem Transistor 330 in 3C darin, dass er eine Gate-Isolierschicht 407 zwischen einer Gate-Isolierschicht 404 (genauer gesagt, einer Gate-Isolierschicht 404b) und einer Oxidhalbleiterschicht 408 beinhaltet. Andere Komponenten des Transistors 340 als die Gate-Isolierschicht 407 sind ähnlich denjenigen des Transistors 330; dafür kann man auf die Beschreibung des Transistors 330 Bezug nehmen.
Als die in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 stehende Gate-Isolierschicht 407 wird vorzugsweise eine Sauerstoff enthaltende isolierende Schicht verwendet, wie beispielsweise ein Siliziumoxidfilm, ein Galliumoxidfilm oder ein Aluminiumoxidfilm. Es ist bevorzugt, dass die Gate-Isolierschicht 407 einen Bereich, der einen Überschuss an Sauerstoff bezüglich der stöchiometrischen Zusammensetzung aufweist (einen Bereich mit Sauerstoffüberschuss), umfasst. Das liegt daran, dass dann, wenn eine in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 408 stehende isolierende Schicht einen Bereich mit Sauerstoffüberschuss umfasst, der Oxidhalbleiterschicht 408 Sauerstoff zugeführt werden kann, eine Entziehung von Sauerstoff aus der Oxidhalbleiterschicht 408 verhindert werden kann und Sauerstofffehlstellen gefüllt werden können. Um den Bereich mit Sauerstoffüberschuss in der Gate-Isolierschicht 407 bereitzustellen, kann beispielsweise die Gate-Isolierschicht 407 in einer Sauerstoffatmosphäre ausgebildet werden. Alternativ kann Sauerstoff in die ausgebildete Gate-Isolierschicht 407 eingebracht werden, um den Bereich mit Sauerstoffüberschuss bereitzustellen.
Die Dicke der Gate-Isolierschicht 407 ist größer als oder gleich 25 nm und kleiner als oder gleich 100 nm. Es sei angemerkt, dass die Dicke jeder Gate-Isolierschicht vorzugsweise angemessen derart reguliert wird, dass die Summe der Dicke der Gate-Isolierschicht 404 (der Gesamtdicke der Gate-Isolierschicht 404c, der Gate-Isolierschicht 404a und der Gate-Isolierschicht 404b) und der Dicke der Gate-Isolierschicht 407 im Bereich von 355 nm bis 550 nm liegt.
Es sei angemerkt, dass sich die Strukturen der Transistoren in 1A bis 1C sowie 3A bis 3D teilweise voneinander unterscheiden; jedoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Strukturen beschränkt und verschiedene Kombinationen sind möglich.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistoren umfassen jeweils als Gate-Isolierschicht eine Struktur aus einem Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine große Dicke (z. B. 300 nm) und eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, und einem Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist, welche in dieser Reihenfolge von der näher an der Gate-Elektrodenschicht liegenden Seite aus gestapelt sind. Daher wird bei den Transistoren eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften verringert und Schäden durch elektrostatische Entladung werden verringert. Eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung kann mit hoher Ausbeute bereitgestellt werden, indem sie einen derartigen Transistor beinhaltet.
Die Konfiguration, das Verfahren und dergleichen, welche bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können angemessen mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen, Verfahren und dergleichen kombiniert werden.
[Ausführungsform 2]
Eine Halbleitervorrichtung, die eine Anzeigefunktion aufweist (auch als Anzeigevorrichtung bezeichnet), kann unter Verwendung eines der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren hergestellt werden. Darüber hinaus können einige oder alle Treiberschaltungen, die den Transistor beinhalten, über einem Substrat, wo der Pixel-Abschnitt ausgebildet ist, ausgebildet werden, wodurch ein System auf dem Bildschirm (system on panel) erzielt werden kann.
In 4A ist ein Dichtungsmittel 4005 derart angeordnet, dass es einen über einem Substrat 4001 angeordneten Pixel-Abschnitt 4002 umgibt, und der Pixel-Abschnitt 4002 ist unter Verwendung eines Substrats 4006 abgedichtet. In 4A sind eine Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 und eine Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004, welche jeweils unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiterfilms oder eines polykristallinen Halbleiterfilms auf einer IC oder über einem getrennt vorbereiteten Substrat ausgebildet sind, in einem anderen Bereich montiert als dem Bereich, der von dem Dichtungsmittel 4005 über dem Substrat 4001 umgeben ist. Verschiedene Signale und Potentiale werden von flexiblen gedruckten Schaltungen (flexible printed circuits, FPCs) 4018a und 4018b über die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004 zu dem Pixel-Abschnitt 4002 zugeführt.
In 4B und 4C ist das Dichtungsmittel 4005 derart angeordnet, dass es den Pixel-Abschnitt 4002 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004, welche über dem Substrat 4001 angeordnet sind, umgibt. Das Substrat 4006 ist über dem Pixel-Abschnitt 4002 und der Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004 angeordnet. Folglich sind der Pixel-Abschnitt 4002 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004 zusammen mit einem Anzeigeelement mittels des Substrats 4001, des Dichtungsmittels 4005 und des Substrats 4006 abgedichtet. In 4B und 4C ist die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003, die unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiterfilms oder eines polykristallinen Halbleiterfilms auf einem IC-Chip oder über einem getrennt vorbereiteten Substrat ausgebildet ist, in einem anderen Bereich montiert als dem Bereich, der von dem Dichtungsmittel 4005 über dem Substrat 4001 umgeben ist. In 4B und 4C werden verschiedene Signale und Potentiale von einer FPC 4018 über die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004 zu dem Pixel-Abschnitt 4002 zugeführt.
Obwohl 4B und 4C jeweils ein Beispiel darstellen, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 getrennt ausgebildet und auf dem Substrat 4001 montiert ist, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Abtastleitungs-Treiberschaltung kann getrennt ausgebildet und dann montiert werden, oder nur ein Teil der Signalleitungs-Treiberschaltung oder ein Teil der Abtastleitungs-Treiberschaltung kann getrennt ausgebildet und dann montiert werden.
Es sei angemerkt, dass es keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Anschließen einer getrennt ausgebildeten Treiberschaltung gibt und dass ein Chip-on-Glass- (COG-) Verfahren, ein Drahtbond-Verfahren, ein Tape-Automated-Bonding- (TAB-) Verfahren oder dergleichen verwendet werden kann. 4A stellt ein Beispiel dar, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004 durch ein COG-Verfahren montiert sind. 4B stellt ein Beispiel dar, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 durch ein COG-Verfahren montiert ist. 4C stellt ein Beispiel dar, in dem die Signalleitungs-Treiberschaltung 4003 durch ein TAB-Verfahren montiert ist.
Es sei angemerkt, dass Anzeigevorrichtungen ein Anzeigefeld, in dem das Anzeigeelement abgedichtet ist, und ein Modul, bei dem eine IC mit einem Regler oder dergleichen auf dem Anzeigefeld montiert ist, umfassen. Insbesondere bezeichnet eine Anzeigevorrichtung in dieser Beschreibung eine Bildanzeigevorrichtung, eine Anzeigevorrichtung oder eine Lichtquelle (einschließlich einer Beleuchtungsvorrichtung). Ferner umfasst die Kategorie der Anzeigevorrichtung auch die folgenden Module: ein Modul, an dem ein Anschlussteil, wie z. B. eine FPC oder ein TCP, angebracht ist; ein Modul, das ein TCP aufweist, an dessen Ende eine gedruckte Leiterplatte bereitgestellt ist; und ein Modul, bei dem eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC) durch ein COG-Verfahren direkt an einem Anzeigeelement montiert ist.
Der Pixel-Abschnitt und die Abtastleitungs-Treiberschaltung, welche über dem Substrat angeordnet sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren; jeder der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren kann darauf angewendet werden.
Als Anzeigeelement, das in der Anzeigevorrichtung bereitgestellt ist, kann ein Flüssigkristallelement (auch als Flüssigkristallanzeigeelement bezeichnet) oder ein lichtemittierendes Element (auch als lichtemittierendes Anzeigeelement bezeichnet) verwendet werden. Die Kategorie des lichtemittierenden Elements umfasst ein Element, dessen Leuchtdichte durch einen Strom oder eine Spannung gesteuert wird, insbesondere ein anorganisches Elektrolumineszenz-(EL-) Element, ein organisches EL-Element und dergleichen. Ferner kann ein Anzeigemedium, dessen Kontrast durch einen elektrischen Effekt verändert wird, wie z. B. eine Anzeigevorrichtung mit elektronischer Tinte (elektronisches Papier), verwendet werden.
Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung werden anhand von 4A bis 4C, 5A und 5B sowie 6A und 6B beschrieben. 6A und 6B entsprechen den Querschnittsansichten entlang der Linie M-N in 4B.
Wie in 4A bis 4C sowie 6A und 6B dargestellt ist, beinhaltet die Halbleitervorrichtung eine Verbindungs-Anschlusselektrode 4015 und eine Anschlusselektrode 4016. Die Verbindungs-Anschlusselektrode 4015 und die Anschlusselektrode 4016 sind über eine anisotrope leitende Schicht 4019 elektrisch mit einem Anschluss in der FPC 4018 oder 4018b verbunden.
Die Verbindungs-Anschlusselektrode 4015 ist unter Verwendung der gleichen leitenden Schicht wie eine erste Elektrodenschicht 4034 ausgebildet, und die Anschlusselektrode 4016 ist unter Verwendung der gleichen leitenden Schicht wie Source-Elektrodenschichten und Drain-Elektrodenschichten von Transistoren 4010 und 4011 ausgebildet.
Der Pixel-Abschnitt 4002 und die Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004, welche über dem Substrat 4001 angeordnet sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren. 6A und 6B stellen beispielhaft den Transistor 4010, der in dem Pixel-Abschnitt 4002 enthalten ist, und den Transistor 4011, der in der Abtastleitungs-Treiberschaltung 4004 enthalten ist, dar. In 6A ist eine isolierende Schicht 4032 über den Transistoren 4010 und 4011 angeordnet. In 6B ist eine isolierende Schicht 4021, die als isolierende Planarisierungsschicht dient, weiterhin bereitgestellt.
Jeder der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren kann auf den Transistor 4010 und den Transistor 4011 angewendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Transistor mit einer Struktur, die derjenigen des bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistors 300 ähnlich ist, verwendet wird. Die Transistoren 4010 und 4011 sind Transistoren mit unterem Gate (bottom-gate transistors).
Die Transistoren 4010 und 4011 beinhalten jeweils als Gate-Isolierschicht 4020a einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine große Dicke (z. B. 300 nm) und eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, und als Gate-Isolierschicht 4020b einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist. Daher wird bei den Transistoren 4010 und 4011 eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften verringert und Schäden durch elektrostatische Entladung werden verringert.
Zudem kann eine leitende Schicht derart angeordnet sein, dass sie einen Kanalbildungsbereich in der Oxidhalbleiterschicht des Transistors 4011 für die Treiberschaltung überlappt. Das Vorhandensein der leitenden Schicht, die den Kanalbildungsbereich in der Oxidhalbleiterschicht überlappt, kann der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung des Transistors 4011 weiter verringern. Die leitende Schicht kann ein Potential, das gleich oder unterschiedlich von demjenigen einer Gate-Elektrodenschicht des Transistors 4011 ist, aufweisen und als zweite Gate-Elektrodenschicht dienen. Das Potential der leitenden Schicht kann sich in einem offenen Zustand (floating state) befinden.
Außerdem weist die leitende Schicht eine Funktion zum Blockieren eines externen elektrischen Feldes auf, nämlich eine Funktion zum Vermeiden, dass ein externes elektrisches Feld das Innen (einen Schaltungsabschnitt einschließlich eines Transistors) beeinflusst (insbesondere eine Funktion zum Verhindern statischer Elektrizität). Eine Sperrfunktion der leitenden Schicht kann Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors wegen eines Einflusses eines externen elektrischen Feldes, wie z. B. statischer Elektrizität, verhindern.
Der in dem Pixel-Abschnitt 4002 bereitgestellte Transistor 4010 ist elektrisch mit einem Anzeigeelement verbunden, um ein Anzeigefeld zu bilden. Als Anzeigeelement können verschiedene Anzeigeelemente verwendet werden, solange eine Anzeige durchgeführt werden kann.
In 6A ist ein Beispiel für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement beinhaltet, dargestellt. In 6A beinhaltet ein Flüssigkristallelement 4013 die erste Elektrodenschicht 4034, eine zweite Elektrodenschicht 4031 und eine Flüssigkristallschicht 4008. Isolierende Schichten 4038 und 4033, die als Ausrichtungsfilme dienen, sind derart angeordnet, dass die Flüssigkristallschicht 4008 dazwischen liegt. Die zweite Elektrodenschicht 4031 ist auf der Seite des Substrats 4006 angeordnet, und die erste Elektrodenschicht 4034 und die zweite Elektrodenschicht 4031 sind gestapelt, wobei die Flüssigkristallschicht 4008 dazwischen liegt.
Ein säulenförmiger Abstandshalter 4035 wird durch selektives Ätzen einer isolierenden Schicht erhalten und ist bereitgestellt, um die Dicke (Zellenabstand) der Flüssigkristallschicht 4008 zu steuern. Alternativ kann auch ein kugelförmiger Abstandshalter verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Diese Flüssigkristallmaterialien können eine niedermolekulare Verbindung oder ein hochmolekulare Verbindung sein. Die Flüssigkristallmaterialien (Flüssigkristallzusammensetzungen) zeigen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen, was von einer Gegebenheit abhängt.
Alternativ kann eine Flüssigkristallzusammensetzung, die eine blaue Phase zeigt, für die kein Ausrichtungsfilm notwendig ist, für die Flüssigkristallschicht 4008 verwendet werden. In diesem Fall steht die Flüssigkristallschicht 4008 in Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht 4034 und der zweiten Elektrodenschicht 4031. Eine blaue Phase ist eine der Flüssigkristallphasen, die genau dann erzeugt wird, bevor sich eine cholesterische Phase zu einer isotropen Phase ändert, während die Temperatur eines cholesterischen Flüssigkristalls zunimmt. Die blaue Phase kann unter Verwendung einer Flüssigkristallzusammensetzung, die ein Gemisch aus einem Flüssigkristall und einem chiralen Material ist, gezeigt werden. Um den Temperaturbereich, in dem die blaue Phase gezeigt wird, zu erweitern, kann eine Flüssigkristallschicht ausgebildet werden, indem ein polymerisierbares Monomer, ein Polymerisationsinitiator und dergleichen zu einer eine blaue Phase zeigenden Flüssigkristallzusammensetzung hinzugefügt werden und eine Polymerstabilisierungsbehandlung durchgeführt wird. Die eine blaue Phase zeigende Flüssigkristallzusammensetzung weist eine kurze Ansprechzeit und optische Isotropie auf, was dazu beiträgt, den Ausrichtungsprozess wegzulassen und eine Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel zu verringern. Ferner können, da kein Ausrichtungsfilm bereitgestellt sein muss und eine Reibbehandlung nicht erforderlich ist, Schäden durch elektrostatische Entladung, die durch die Reibbehandlung hervorgerufen werden, verhindert werden und Defekte und Schäden an der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Herstellungsprozess können verringert werden. Somit kann die Produktivität der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbessert werden.
Der spezifische Widerstand des Flüssigkristallmaterials ist höher als oder gleich 1 × 10⁹ Ω·cm, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹¹ Ω·cm, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹² Ω·cm. Es sei angemerkt, dass der spezifische Widerstand in dieser Beschreibung bei 20 °C gemessen wird.
Die Größe eines Speicherkondensators, der in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung ausgebildet ist, wird unter Berücksichtigung des Leckstroms des Transistors, der in dem Pixel-Abschnitt bereitgestellt ist, oder dergleichen eingestellt, so dass eine Ladung während eines vorgegebenen Zeitraums gehalten werden kann. Die Größe des Speicherkondensators kann unter Berücksichtigung des Sperrstroms des Transistors oder dergleichen eingestellt werden. Wenn ein Transistor, der die in dieser Beschreibung offenbarte Oxidhalbleiterschicht beinhaltet, verwendet wird, reicht es aus, einen Speicherkondensator mit einer Kapazität bereitzustellen, die 1/3 oder weniger, bevorzugt 1/5 oder weniger einer Flüssigkristallkapazität jedes Pixels beträgt.
Bei dem Transistor, der die in dieser Beschreibung offenbarte Oxidhalbleiterschicht beinhaltet, kann der Strom in einem Sperrzustand (Sperrstrom (off-state current)) gesteuert werden, so dass er gering ist. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, über einen längeren Zeitraum gehalten werden, und ein Schreibintervall kann länger eingestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit eines Aktualisierungsvorgangs verringert werden, was zu einem Effekt des Niedrighaltens des Leistungsverbrauchs führt.
Der Transistor, der die in dieser Beschreibung offenbarte Oxidhalbleiterschicht beinhaltet, kann relativ hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweisen und deshalb mit hoher Geschwindigkeit arbeiten. Wenn ein derartiger Transistor beispielsweise für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird, können ein Schalttransistor in einem Pixel-Abschnitt und ein Treibertransistor in einem Treiberschaltungsabschnitt über einem Substrat hergestellt werden. Unter Verwendung eines derartigen Transistors in einem Pixel-Abschnitt kann zudem ein hochqualitatives Bild bereitgestellt werden.
Für die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 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 Vertikalausrichtungs- (VA-) Modus angewendet wird, kann verwendet werden. Einige Beispiele sind als Vertikalausrichtungsmodus angegeben. Beispielsweise kann ein Multi-Domain Vertical Alignment- (MVA-) Modus, ein Patterned Vertical Alignment- (PVA-) Modus oder ein Advanced Super View- (ASV-) Modus verwendet werden. Darüber hinaus kann diese Ausführungsform auf eine VA-Flüssigkristallanzeigevorrichtung angewendet werden. Die VA-Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist eine Art Form auf, in der die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen eines Flüssigkristallanzeigefeldes gesteuert wird. Bei der VA-Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind Flüssigkristallmoleküle in einer bezüglich einer Oberfläche des Anzeigefeldes vertikalen Richtung ausgerichtet, wenn keine Spannung angelegt wird. Darüber hinaus ist es möglich, ein Domänenmultiplikation oder Mehrdomänenentwurf genanntes Verfahren zu verwenden, bei dem ein Pixel in einige Gebiete (Subpixel) geteilt ist und Moleküle in ihren jeweiligen Gebieten in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind.
Bei der Anzeigevorrichtung sind eine schwarze Matrix (lichtblockierende Schicht), ein optisches Element (optisches Substrat), wie z. B. ein polarisierendes Element, ein Retardationselement oder ein Antireflexelement, und dergleichen, soweit erforderlich, bereitgestellt. Beispielsweise kann eine zirkulare Polarisation durch Verwendung eines polarisierenden Substrats und eines Retardationssubstrats erzielt werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
Als Anzeigeverfahren in dem Pixel-Abschnitt kann ein Progressivverfahren, ein Zeilensprungverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ferner sind Farbelemente, die bei der Farbanzeige in einem Pixel gesteuert werden, nicht auf drei Farben beschränkt: R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau). Beispielsweise können R, G, B und W (W entspricht Weiß); R, G, B und eines oder mehrere von Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen; oder dergleichen verwendet werden. Ferner können die Größen von Anzeigebereichen zwischen jeweiligen Punkten von Farbelementen unterschiedlich sein. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der hier offenbarten Erfindung nicht auf die Anwendung auf eine Anzeigevorrichtung für eine Farbanzeige beschränkt ist; eine Ausführungsform der hier offenbarten Erfindung kann auch auf eine Anzeigevorrichtung für eine monochrome Anzeige angewendet werden.
Alternativ kann als Anzeigeelement in der Anzeigevorrichtung ein lichtemittierendes Element, das Elektrolumineszenz nutzt, verwendet werden. Lichtemittierende Elemente, die Elektrolumineszenz nutzen, werden in Übereinstimmung damit klassifiziert, ob ein lichtemittierendes Material eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung ist. Grundsätzlich wird Ersteres als organisches EL-Element bezeichnet, und Letzteres wird als anorganisches EL-Element bezeichnet.
Bei einem organischen EL-Element werden durch Anlegen einer Spannung an ein lichtemittierendes Element Elektronen und Löcher getrennt von einem Paar von Elektroden in eine Schicht injiziert, die eine lichtemittierende organische Verbindung enthält, und es fließt ein Strom. Die Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, und dadurch wird die lichtemittierende organische Verbindung angeregt. Die lichtemittierende organische Verbindung kehrt vom angeregten Zustand in einen Grundzustand zurück, wodurch Licht emittiert wird. Aufgrund eines solchen Mechanismus wird dieses lichtemittierende Element als lichtemittierendes Element mit Stromanregung bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel, in dem ein organisches EL-Element als lichtemittierendes Element verwendet wird, beschrieben.
Anorganische EL-Elemente werden entsprechend ihren Elementstrukturen als anorganisches Dispersions-EL-Element und anorganisches Dünnfilm-EL-Element klassifiziert. Ein anorganisches Dispersions-EL-Element umfasst eine lichtemittierende Schicht, bei der Teilchen eines lichtemittierenden Materials in einem Bindemittel dispergiert sind, und sein Lichtemissionsmechanismus ist eine Lichtemission vom Typ einer Donator-Akzeptor-Rekombination, bei der ein Donatorniveau und ein Akzeptorniveau angewendet werden. Ein anorganisches Dünnfilm-EL-Element hat eine Struktur, bei der eine lichtemittierende Schicht zwischen dielektrischen Schichten angeordnet ist, die ferner zwischen Elektroden angeordnet sind, und sein Lichtemissionsmechanismus ist eine örtlich begrenzte Lichtemission, bei der ein Innenelektronenübergang von Metallionen angewendet wird. Es sei angemerkt, dass hier ein Beispiel für ein organisches EL-Element als lichtemittierendes Element beschrieben wird.
Um Licht aus dem lichtemittierenden Element zu extrahieren, weist mindestens eine des Paars von Elektroden eine lichtdurchlässige Eigenschaft auf. Ein Transistor und ein lichtemittierendes Element sind über einem Substrat hergestellt. Das lichtemittierende Element kann eine Struktur mit Emission nach oben (top emission structure), bei der eine Lichtemission durch eine Oberfläche, die dem Substrat entgegengesetzt liegt, hindurch extrahiert wird; eine Struktur mit Emission nach unten (bottom emission structure), bei der eine Lichtemission durch eine Oberfläche auf der Seite des Substrats hindurch extrahiert wird; oder eine duale Emissionsstruktur (dual emission structure), bei der eine Lichtemission durch die Oberfläche, die dem Substrat entgegengesetzt liegt, und die Oberfläche auf der Seite des Substrats hindurch extrahiert wird, haben, und ein lichtemittierendes Element mit jeder von diesen Emissionsstrukturen kann verwendet werden.
Ein Beispiel für eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Element als Anzeigeelement beinhaltet, ist in 5A und 5B sowie 6B dargestellt.
5A ist eine Draufsicht der lichtemittierenden Vorrichtung, und 5B ist eine Querschnittsansicht entlang den Strichpunktlinien S1-T1, S2-T2 und S3-T3 in 5A. Es sei angemerkt, dass eine Elektrolumineszenzschicht 542 und eine zweite Elektrodenschicht 543 in der Draufsicht in 5A nicht dargestellt sind.
Die lichtemittierende Vorrichtung in 5A und 5B beinhaltet über einem Substrat 500 einen Transistor 510, einen Kondensator 520 und einen Schnittpunkt 530 von Leitungsschichten. Der Transistor 510 ist elektrisch mit einem lichtemittierenden Element 540 verbunden. Es sei angemerkt, dass 5A und 5B eine lichtemittierende Vorrichtung mit Emission nach unten, bei der Licht aus dem lichtemittierenden Element 540 durch das Substrat 500 hindurch extrahiert wird, darstellen.
Jeder der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren kann auf den Transistor 510 angewendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Transistor mit einer Struktur, die derjenigen des bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistors 300 ähnlich ist, verwendet wird. Der Transistor 510 ist ein Transistor mit unterem Gate.
Der Transistor 510 beinhaltet Gate-Elektrodenschichten 511a und 511b, eine Gate-Isolierschicht 502, die Gate-Isolierschichten 502a, 502b und 502c umfasst, eine Oxidhalbleiterschicht 512 und leitende Schichten 513a und 513b, die als Source-Elektrodenschicht und Drain-Elektrodenschicht dienen. Des Weiteren ist eine isolierende Schicht 525 über dem Transistor 510 ausgebildet.
Der Kondensator 520 beinhaltet leitende Schichten 521a und 521b, die Gate-Isolierschicht 502, eine Oxidhalbleiterschicht 522 und eine leitende Schicht 523. Die Gate-Isolierschicht 502 und die Oxidhalbleiterschicht 522 sind zwischen der leitenden Schicht 523 und den leitenden Schichten 521a und 521b angeordnet, wodurch der Kondensator ausgebildet ist.
Bei dem Schnittpunkt 530 von Leitungsschichten handelt es sich um einen Schnittpunkt der Gate-Elektrodenschichten 511a und 511b und einer leitenden Schicht 533. Die Gate-Elektrodenschichten 511a und 511b und die leitende Schicht 533 kreuzen einander, wobei die Gate-Isolierschicht 502 dazwischen liegt.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Titanfilm mit einer Dicke von 30 nm für die Gate-Elektrodenschicht 511a und die leitende Schicht 521a verwendet, und ein dünner Kupferfilm mit einer Dicke von 200 nm wird für die Gate-Elektrodenschicht 511b und die leitende Schicht 521b verwendet. Die Gate-Elektrodenschicht hat also eine Stapelschicht-Struktur aus einem Titanfilm und einem dünnen Kupferfilm.
Der Transistor 510 beinhaltet als die Gate-Isolierschicht 502c einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der einen niedrigen Ammoniakgehalt aufweist und als Barrierefilm gegen Kupfer dient, als die Gate-Isolierschicht 502a einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine kleine Anzahl von Defekten und eine große Dicke (z. B. 300 nm) aufweist, und als die Gate-Isolierschicht 502b einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist. Mit einer derartigen Konfiguration kann der Transistor 510 vorteilhafte elektrische Eigenschaften aufweisen, wobei verhindert werden kann, dass er durch elektrostatische Entladung beschädigt wird. Folglich kann eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung mit hoher Ausbeute bereitgestellt werden.
Ein In-Ga-Zn-O-Film mit einer Dicke von 25 nm wird für die Oxidhalbleiterschichten 512 und 522 verwendet.
Eine isolierende Zwischenschicht 504 ist über dem Transistor 510, dem Kondensator 520 und dem Schnittpunkt 530 von Leitungsschichten ausgebildet. Über der isolierenden Zwischenschicht 504 ist eine Farbfilterschicht 505 in einem Bereich, der mit dem lichtemittierenden Element 540 überlappt, angeordnet. Eine isolierende Schicht 506, die als isolierende Planarisierungsschicht dient, ist über der isolierenden Zwischenschicht 504 und der Farbfilterschicht 505 angeordnet.
Das lichtemittierende Element 540 mit einer Stapelschicht-Struktur, bei der eine erste Elektrodenschicht 541, die Elektrolumineszenzschicht 542 und die zweite Elektrodenschicht 543 in dieser Reihenfolge gestapelt sind, ist über der isolierenden Schicht 506 angeordnet. Die erste Elektrodenschicht 541 und die leitende Schicht 513a stehen in Kontakt miteinander in einer Öffnung, die in der isolierenden Schicht 506 und der isolierenden Zwischenschicht 504 ausgebildet ist und die leitende Schicht 513a erreicht; daher sind das lichtemittierende Element 540 und der Transistor 510 elektrisch miteinander verbunden. Es sei angemerkt, dass eine Trennwand 507 bereitgestellt ist, um einen Teil der ersten Elektrodenschicht 541 und die Öffnung zu bedecken.
Des Weiteren können ein lichtempfindlicher Acrylfilm mit einer Dicke von 1500 nm und ein lichtempfindlicher Polyimidfilm mit einer Dicke von 1500 nm für die isolierende Schicht 506 bzw. die Trennwand 507 verwendet werden.
Für die Farbfilterschicht 505 kann beispielsweise ein farbiges lichtdurchlässiges Harz verwendet werden. Als solch farbiges lichtdurchlässiges Harz kann ein lichtempfindliches organisches Harz oder ein nicht-lichtempfindliches organisches Harz verwendet werden. Eine lichtempfindliche organische Harzschicht wird vorzugsweise verwendet, weil die Anzahl der Photolackmasken verringert werden kann, was zu einem einfacheren Prozess führt.
Chromatische Farben bezeichnen Farben, die verschieden von achromatischen Farben, wie z. B. Schwarz, Grau und Weiß, sind. Die Farbfilterschicht ist unter Verwendung eines Materials, das nur Licht in der chromatischen Farbe durchlässt, ausgebildet. Als chromatische Farbe kann Rot, Grün, Blau oder dergleichen verwendet werden. Cyan, Magenta, Gelb oder dergleichen kann ebenfalls verwendet werden. „Nur Licht in der chromatischen Farbe durchzulassen“ bedeutet, dass das durch die Farbfilterschicht hindurch tretende Licht einen Peak bei einer Wellenlänge von Licht in der chromatischen Farbe aufweist. Die Dicke der Farbfilterschicht kann angemessen unter Berücksichtigung der Beziehung zwischen der Konzentration eines zu enthaltenden Farbmittels und dem Lichttransmissionsgrad optimiert werden. Die Dicke der Farbfilterschicht 505 kann beispielsweise größer als oder gleich 1500 nm und kleiner als oder gleich 2000 nm sein.
Bei der in 6B dargestellten lichtemittierenden Vorrichtung ist ein lichtemittierendes Element 4513 elektrisch mit dem Transistor 4010, der in dem Pixel-Abschnitt 4002 bereitgestellt ist, verbunden. Eine Struktur des lichtemittierenden Elements 4513 ist nicht auf die dargestellte Stapelschicht-Struktur beschränkt, welche die erste Elektrodenschicht 4034, eine Elektrolumineszenzschicht 4511 und die zweite Elektrodenschicht 4031 umfasst. Die Struktur des lichtemittierenden Elements 4513 kann angemessen in Abhängigkeit von der Richtung, in der Licht aus dem lichtemittierenden Element 4513 extrahiert wird, oder dergleichen geändert werden.
Eine Trennwand 4510 und die Trennwand 507 können unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials oder eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet sein. Es ist besonders bevorzugt, dass die Trennwände 4510 und 507 unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzmaterials derart ausgebildet sind, dass sie Öffnungen über den ersten Elektrodenschichten 4034 und 541 aufweisen, so dass eine Seitenwand jeder Öffnung als geneigte Oberfläche mit durchgehender Krümmung ausgebildet ist.
Die Elektrolumineszenzschichten 4511 und 542 können jeweils unter Verwendung einer einzelnen Schicht oder einer Vielzahl von gestapelten Schichten ausgebildet sein.
Ein Schutzfilm kann über jeder der zweiten Elektrodenschichten 4031 und 543 und der Trennwände 4510 und 507 ausgebildet sein, um ein Eindringen von Sauerstoff, Wasserstoff, Feuchtigkeit, Kohlenstoffdioxid oder dergleichen in die lichtemittierenden Elemente 4513 und 540 zu verhindern. Als Schutzfilm kann ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm, ein DLC-Film oder dergleichen ausgebildet sein.
Darüber hinaus können die lichtemittierenden Elemente 4513 und 540 mit jeweiligen Schichten, die eine organische Verbindung enthalten und durch ein Verdampfungsverfahren ausgebildet werden, bedeckt sein, so dass kein Sauerstoff, kein Wasserstoff, keine Feuchtigkeit, kein Kohlenstoffdioxid oder dergleichen in die lichtemittierenden Elemente 4513 und 540 eindringt.
Ferner ist in einem Raum, der von dem Substrat 4001, dem Substrat 4006 und dem Dichtungsmittel 4005 umschlossen ist, ein Füllmaterial 4514 zu Dichtungszwecken bereitgestellt. Auf diese Weise sind das Licht emittierende Element 4513 und dergleichen vorzugsweise mit einem Schutzfilm (wie z. B. einem Laminatfilm oder einem UV-härtenden Harzfilm) oder einem Abdeckmaterial mit hoher Luftundurchlässigkeit und geringer Entgasung gepackt (abgedichtet), so dass das lichtemittierende Element 4513 und dergleichen nicht der Außenluft ausgesetzt sind.
Als das Füllmaterial 4514 kann ein UV-härtendes Harz oder ein wärmeaushärtendes Harz verwendet werden, sowie ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon. Beispielsweise kann Polyvinylchlorid (PVC), ein Acrylharz, Polyimid, ein Epoxidharz, ein Silikonharz, Polyvinylbutyral (PVB) oder ein Ethylenvinylacetat- (EVA-) Copolymer verwendet werden. Beispielsweise wird Stickstoff als Füllmaterial verwendet.
Zusätzlich kann nach Bedarf ein optischer Film, wie z. B. eine polarisierende Platte, eine kreisförmig polarisierende Platte (einschließlich einer elliptisch polarisierenden Platte), eine Retardationsplatte (eine Viertelwellenplatte oder eine Halbwellenplatte) oder ein Farbfilter, angemessen auf einer lichtemittierenden Fläche des lichtemittierenden Elements bereitgestellt sein. Ferner kann die polarisierende Platte oder die kreisförmig polarisierende Platte einen Antireflexfilm aufweisen. Es kann beispielsweise eine Blendschutzbehandlung (anti-glare treatment) durchgeführt werden, durch die reflektiertes Licht durch Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gestreut werden kann, um die Blendung zu verringern.
Ferner kann elektronisches Papier, bei dem elektronische Tinte angesteuert wird, als Anzeigevorrichtung bereitgestellt sein. Das elektronische Papier wird auch als elektrophoretische Anzeigevorrichtung (elektrophoretische Anzeige) bezeichnet und bietet Vorteile, dass es die gleiche Lesbarkeitsstufe wie normales Papier aufweist, es niedrigeren Leistungsverbrauch aufweist als andere Anzeigevorrichtungen und es dünn und leichtgewichtig ausgebildet werden kann.
Obwohl die elektrophoretische Anzeigevorrichtung verschiedene Modi aufweisen kann, enthält die elektrophoretische Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Mikrokapseln, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind, wobei jede Mikrokapsel erste Teilchen, die positiv geladen sind, und zweite Teilchen, die negativ geladen sind, enthält. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Mikrokapseln bewegen sich die Teilchen in den Mikrokapseln in entgegengesetzte Richtungen, und nur die Farbe der Teilchen, die sich auf einer Seite sammeln, wird angezeigt. Es sei angemerkt, dass die ersten Teilchen und die zweiten Teilchen jeweils ein Pigment enthalten und sich ohne elektrisches Feld nicht bewegen. Außerdem haben die ersten Teilchen und die zweiten Teilchen unterschiedliche Farben (die farblos sein können).
Eine Lösung, bei der die obigen Mikrokapseln in einem Lösungsmittel dispergiert sind, wird als elektronische Tinte bezeichnet. Unter Verwendung eines Farbfilters oder von Teilchen, die ein Pigment besitzen, kann ebenfalls eine Farbanzeige erzielt werden.
Es sei angemerkt, dass in 4A bis 4C, 5A und 5B sowie 6A und 6B flexible Substrate, neben Glassubstraten, als das Substrat 4001, das Substrat 500 und das Substrat 4006 verwendet werden können. Beispielsweise kann ein Kunststoffsubstrat mit einer lichtdurchlässigen Eigenschaft oder gleichen verwendet werden. Als Kunststoff kann eine glasfaserverstärkte Kunststoff- (fiberglass-reinforced plastics, FRP-) Platte, ein Polyvinylfluorid- (PVF-) Film, ein Polyesterfilm oder ein Acrylharzfilm verwendet werden. In dem Fall, in dem eine lichtdurchlässige Eigenschaft unnötig ist, kann ein Metallsubstrat (Metallfilm) aus Aluminium, Edelstahl oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Blatt mit einer Struktur, bei der eine Aluminiumfolie zwischen PVF-Filmen oder Polyesterfilmen angeordnet ist, verwendet werden.
Des Weiteren können die isolierenden Schichten 4021 und 506, die jeweils als isolierende Planarisierungsschicht dienen, unter Verwendung eines organischen Materials mit Wärmebeständigkeit ausgebildet sein, wie beispielsweise eines Acrylharzes, Polyimid, eines auf Benzocyclobuten basierenden Harzes, Polyamid oder eines Epoxidharzes. Es ist auch möglich, neben solchen organischen Materialien ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Material mit niedrigem k) zu verwenden, wie beispielsweise ein auf Siloxan basierendes Harz, Phosphosilikatglas (PSG) oder Borophosphosilikatglas (BPSG). Es sei angemerkt, dass die isolierenden Schichten 4021 und 506 jeweils durch Stapeln einer Vielzahl von isolierenden Schichten, die jeweils unter Verwendung eines beliebigen von diesen Materialien ausgebildet sind, ausgebildet sein können.
Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Ausbilden der isolierenden Schichten 4021 und 506, und es kann ein Sputterverfahren, Rotationsbeschichtung, Tauchen, Sprühbeschichtung, ein Tropfenentladungsverfahren (wie z. B. ein Tintenstrahlverfahren), Siebdruck, Offsetdruck oder dergleichen in Abhängigkeit von dem Material verwendet werden.
Die ersten Elektrodenschichten 4034 und 541 und die zweiten Elektrodenschichten 4031 und 543 können unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials, wie z. B. Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid (nachstehend als ITO bezeichnet), Indiumzinkoxid, Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist, oder Graphen, ausgebildet sein.
Die ersten Elektrodenschichten 4034 und 541 und die zweiten Elektrodenschichten 4031 und 543 können unter Verwendung einer oder mehrerer Arten, die aus einem Metall, wie z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo), Zirconium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti), Platin (Pt), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Silber (Ag), seiner Legierung und seinem Nitrid ausgewählt werden, ausgebildet sein.
Bei dieser Ausführungsform weist die erste Elektrodenschicht 541 eine lichtdurchlässige Eigenschaft auf und die zweite Elektrodenschicht 543 weist eine lichtreflektierende Eigenschaft auf, da die lichtemittierende Vorrichtung in 5A und 5B eine Struktur mit Emission nach unten hat. Dementsprechend ist in dem Fall, in dem ein Metallfilm als die erste Elektrodenschicht 541 verwendet wird, der Film vorzugsweise ausreichend dünn ausgebildet, um eine lichtdurchlässige Eigenschaft sicherzustellen; in dem Fall, in dem eine lichtdurchlässige leitende Schicht als die zweite Elektrodenschicht 543 verwendet wird, ist vorzugsweise eine lichtreflektierende leitende Schicht gestapelt.
Für die ersten Elektrodenschichten 4034 und 541 und die zweiten Elektrodenschichten 4031 und 543 kann eine leitende Zusammensetzung, die ein leitendes großes Molekül (auch als leitendes Polymer bezeichnet) enthält, verwendet werden. Als leitendes großes Molekül kann ein sogenanntes π-Elektronen-konjugiertes leitendes Polymer verwendet werden. Zum Beispiel kann Polyanilin oder sein Derivat, Polypyrrol oder sein Derivat, Polythiophen oder sein Derivat, ein Copolymer aus zwei oder mehr von Anilin, Pyrrol und Thiophen oder sein Derivat genannt werden.
Eine Schutzschaltung zum Schützen der Treiberschaltung kann auch bereitgestellt sein. Die Schutzschaltung ist vorzugsweise unter Verwendung eines nicht-linearen Elements ausgebildet.
Wenn einer der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren auf die oben beschriebene Weise verwendet wird, kann die Halbleitervorrichtung verschiedene Funktionen aufweisen.
Die Konfiguration, das Verfahren und dergleichen, welche bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können angemessen mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen, Verfahren und dergleichen kombiniert werden.
[Ausführungsform 3]
Eine Halbleitervorrichtung, die eine Bildsensorfunktion zum Lesen einer Information über ein Objekt aufweist, kann unter Verwendung eines der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren hergestellt werden.
7A stellt ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung mit einer Bildsensorfunktion dar. 7A ist ein Ersatzschaltbild eines Fotosensors, und 7B ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Fotosensors darstellt.
Eine Elektrode einer Fotodiode 602 ist elektrisch mit einer Fotodioden-Rücksetzsignalleitung 658 verbunden, und die andere Elektrode der Fotodiode 602 ist elektrisch mit einem Gate-Anschluss eines Transistors 640 verbunden. Ein Source-Anschluss oder ein Drain-Anschluss des Transistors 640 ist elektrisch mit einer Fotosensor-Referenzsignalleitung 672 verbunden, und der andere des Source-Anschlusses und des Drain-Anschlusses des Transistors 640 ist elektrisch mit einem Source-Anschluss oder einem Drain-Anschluss eines Transistors 656 verbunden. Ein Gate-Anschluss des Transistors 656 ist elektrisch mit einer Gate-Signalleitung 659 verbunden, und der andere seines Source-Anschlusses und seines Drain-Anschlusses ist elektrisch mit einer Fotosensor-Ausgangssignalleitung 671 verbunden.
Es sei angemerkt, dass in Schaltplänen in dieser Beschreibung ein Transistor, der eine Oxidhalbleiterschicht beinhaltet, mit einem Zeichen „OS“ bezeichnet wird, so dass er als Transistor, der eine Oxidhalbleiterschicht beinhaltet, identifiziert werden kann. In 7A sind der Transistor 640 und der Transistor 656 jeweils ein Transistor, der eine Oxidhalbleiterschicht beinhaltet, wobei einer der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistoren darauf angewendet werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Transistor mit einer Struktur, die derjenigen des bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Transistors 300 ähnlich ist, verwendet wird. Der Transistor 640 ist ein Transistor mit unterem Gate.
7B ist eine Querschnittsansicht der Fotodiode 602 und des Transistors 640 in dem Fotosensor. Die Fotodiode 602, die als Sensor dient, und der Transistor 640 sind über einem Substrat 601 (Elementsubstrat) mit einer isolierenden Oberfläche angeordnet. Ein Substrat 613 ist unter Verwendung einer Klebeschicht 608 über der Fotodiode 602 und dem Transistor 640 angeordnet.
Eine isolierende Schicht 632, eine isolierende Zwischenschicht 633 und eine isolierende Zwischenschicht 634 sind über dem Transistor 640 angeordnet. Die Fotodiode 602 beinhaltet eine Elektrodenschicht 641b, die über der isolierenden Zwischenschicht 633 ausgebildet ist, einen ersten Halbleiterfilm 606a, einen zweiten Halbleiterfilm 606b und einen dritten Halbleiterfilm 606c, welche aufeinander über der Elektrodenschicht 641b gestapelt sind, eine Elektrodenschicht 642, die über der isolierenden Zwischenschicht 634 ausgebildet und über die ersten bis dritten Halbleiterfilme elektrisch mit der Elektrodenschicht 641b verbunden ist, und eine Elektrodenschicht 641a, die unter Verwendung der gleichen Schicht wie die Elektrodenschicht 641b ausgebildet und elektrisch mit der Elektrodenschicht 642 verbunden ist.
Die Elektrodenschicht 641b ist elektrisch mit einer leitenden Schicht 643, die über der isolierenden Zwischenschicht 634 ausgebildet ist, verbunden, und die Elektrodenschicht 642 ist über die Elektrodenschicht 641a elektrisch mit einer leitenden Schicht 645 verbunden. Die leitende Schicht 645 ist elektrisch mit einer Gate-Elektrodenschicht des Transistors 640 verbunden, und die Fotodiode 602 ist elektrisch mit dem Transistor 640 verbunden.
Hier ist eine pin-Fotodiode, bei der ein Halbleiterfilm mit einer p-Typ-Leitfähigkeit als der erste Halbleiterfilm 606a, ein hochohmiger Halbleiterfilm (i-Typ-Halbleiterfilm) als der zweite Halbleiterfilm 606b und ein Halbleiterfilm mit einer n-Typ-Leitfähigkeit als der dritte Halbleiterfilm 606c gestapelt sind, beispielhaft dargestellt.
Der erste Halbleiterfilm 606a ist ein p-Typ-Halbleiterfilm und kann unter Verwendung eines amorphen Siliziumfilms, der ein p-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement enthält, ausgebildet sein. Der erste Halbleiterfilm 606a wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Halbleiter-Quellengases, das ein Störstellenelement enthält, welches zur Gruppe 13 gehört (z. B. Bor (B)), ausgebildet. Als Halbleiter-Quellengas kann Silan (SiH₄) verwendet werden. Alternativ kann Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄, SiF₄ oder dergleichen verwendet werden. Als weitere Alternative kann ein amorpher Siliziumfilm, der kein Störstellenelement enthält, ausgebildet werden, und dann kann ein Störstellenelement durch ein Diffusionsverfahren oder ein lonenimplantationsverfahren in den amorphen Siliziumfilm eingebracht werden. Ein Erwärmen oder dergleichen kann nach dem Einbringen des Störstellenelements durch ein lonenimplantationsverfahren oder dergleichen durchgeführt werden, um das Störstellenelement zu diffundieren. In diesem Fall kann als Verfahren zum Ausbilden des amorphen Siliziumfilms ein LPCVD-Verfahren, ein Gasphasenabscheidungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen verwendet werden. Der erste Halbleiterfilm 606a wird vorzugsweise in einer Dicke von größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 50 nm ausgebildet.
Der zweite Halbleiterfilm 606b ist ein i-Typ-Halbleiterfilm (intrinsischer Halbleiterfilm) und ist unter Verwendung eines amorphen Siliziumfilms ausgebildet. Zum Ausbilden des zweiten Halbleiterfilms 606b wird ein amorpher Siliziumfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Halbleiter-Quellengases ausgebildet. Als Halbleiter-Quellengas kann Silan (SiH₄) verwendet werden. Alternativ kann Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄, SiF₄ oder dergleichen verwendet werden. Der zweite Halbleiterfilm 606b kann durch ein LPCVD-Verfahren, ein Gasphasenabscheidungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Der zweite Halbleiterfilm 606b wird vorzugsweise in einer Dicke von größer als oder gleich 200 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm ausgebildet.
Der dritte Halbleiterfilm 606c ist ein n-Typ-Halbleiterfilm und ist unter Verwendung eines amorphen Siliziumfilms, der ein n-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Störstellenelement enthält, ausgebildet. Der dritte Halbleiterfilm 606c wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Halbleiter-Quellengases, das ein Störstellenelement enthält, welches zur Gruppe 15 gehört (z. B. Phosphor (P)), ausgebildet. Als Halbleiter-Quellengas kann Silan (SiH₄) verwendet werden. Alternativ kann Si₂H₆, SiH₂Cl₂, SiHCl₃, SiCl₄, SiF₄ oder dergleichen verwendet werden. Als weitere Alternative kann ein amorpher Siliziumfilm, der kein Störstellenelement enthält, ausgebildet werden, und dann kann ein Störstellenelement durch ein Diffusionsverfahren oder ein lonenimplantationsverfahren in den amorphen Siliziumfilm eingebracht werden. Ein Erwärmen oder dergleichen kann nach dem Einbringen des Störstellenelements durch ein lonenimplantationsverfahren oder dergleichen durchgeführt werden, um das Störstellenelement zu diffundieren. In diesem Fall kann als Verfahren zum Ausbilden des amorphen Siliziumfilms ein LPCVD-Verfahren, ein Gasphasenabscheidungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen verwendet werden. Der dritte Halbleiterfilm 606c wird vorzugsweise in einer Dicke von größer als oder gleich 20 nm und kleiner als oder gleich 200 nm ausgebildet.
Der erste Halbleiterfilm 606a, der zweite Halbleiterfilm 606b und der dritte Halbleiterfilm 606c sind nicht notwendigerweise unter Verwendung eines amorphen Halbleiters ausgebildet und können unter Verwendung eines polykristallinen Halbleiters oder eines mikrokristallinen Halbleiters (semiamorphen Halbleiters (semi-amorphous semiconductor, SAS)) ausgebildet sein.
Die Beweglichkeit von Löchern, die durch den fotoelektrischen Effekt erzeugt werden, ist niedriger als die Beweglichkeit von Elektronen. Deshalb weist eine pin-Fotodiode bessere Eigenschaften auf, wenn eine Oberfläche auf der Seite des p-Typ-Halbleiterfilms als Lichtempfangsfläche verwendet wird. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in dem Licht, das von einer Oberfläche des Substrats 601, über dem die pin-Fotodiode ausgebildet ist, von der Fotodiode 602 empfangen wird, in elektrische Signale umgewandelt wird. Ferner handelt es sich bei Licht von dem Halbleiterfilm mit einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Halbleiterfilms auf der Lichtempfangsfläche entgegengesetzt liegt, um Störlicht; deshalb ist die Elektrodenschicht vorzugsweise unter Verwendung einer lichtblockierenden leitenden Schicht ausgebildet. Eine Oberfläche auf der Seite des n-Typ-Halbleiterfilms kann alternativ als Lichtempfangsfläche verwendet werden.
Der Transistor 640 beinhaltet als Gate-Isolierschicht 631a einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine kleine Anzahl von Defekten und eine große Dicke (z. B. 300 nm) aufweist, und als Gate-Isolierschicht 631b einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm, der eine niedrige Wasserstoffkonzentration aufweist. Daher wird bei dem Transistor 640 eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften verringert und Schäden durch elektrostatische Entladung werden verringert. Eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung kann mit hoher Ausbeute bereitgestellt werden, indem sie den Transistor 640 beinhaltet.
Unter Verwendung eines isolierenden Materials können die isolierende Schicht 632, die isolierende Zwischenschicht 633 und die isolierende Zwischenschicht 634 ausgebildet werden, wobei abhängig vom Material ein Sputterverfahren, ein Plasma-CVD-Verfahren, Rotationsbeschichtung, Tauchen, Sprühbeschichtung, ein Tropfenentladungsverfahren (wie z. B. ein Tintenstrahlverfahren), Siebdruck, Offsetdruck oder dergleichen verwendet wird.
Um die Oberflächenrauheit zu verringern, wird als jede der isolierenden Zwischenschichten 633 und 634 vorzugsweise eine isolierende Schicht, die als isolierende Planarisierungsschicht dient, verwendet. Für die isolierenden Zwischenschichten 633 und 634 kann beispielsweise ein organisches isolierendes Material mit Wärmebeständigkeit verwendet werden, wie beispielsweise ein Polyimid, ein Acrylharz, ein auf Benzocyclobuten basierendes Harz, ein Polyamid oder ein Epoxidharz. Es ist möglich, neben solchen organischen isolierenden Materialien eine Einzelschicht oder gestapelte Schichten aus einem Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante (Material mit niedrigem k), einem auf Siloxan basierenden Harz, Phosphosilikatglas (PSG), Borophosphosilikatglas (BPSG) oder dergleichen zu verwenden.
Durch Erkennen von Licht, das in die Fotodiode 602 einfällt, kann eine Information über ein detektiertes Objekt gelesen werden. Es sei angemerkt, dass eine Lichtquelle, wie z. B. eine Hintergrundbeleuchtung, beim Lesen einer Information über ein detektiertes Objekt verwendet werden kann.
Die Konfiguration, das Verfahren und dergleichen, welche bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können angemessen mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen, Verfahren und dergleichen kombiniert werden.
[Ausführungsform 4]
Eine Halbleitervorrichtung nach der in dieser Beschreibung offenbarten Erfindung kann bei verschiedenen elektronischen Geräten (einschließlich eines Spielautomaten) verwendet werden. Beispiele für elektronische Geräte sind Fernsehgeräte (auch als Fernseher oder Fernsehempfänger bezeichnet), Monitore für Computer und dergleichen, Kameras, wie z. B. Digitalkameras und Digitalvideokameras, digitale Fotorahmen, Mobiltelefone, tragbare Spielkonsolen, tragbare Informationsendgeräte, Audiowiedergabegeräten, Spielautomaten (wie z. B. Flipperautomaten und Glücksspielautomaten), Spielkonsolen und dergleichen. Konkrete Beispiele für diese elektronischen Geräte sind in den 8A bis 8C dargestellt.
8A stellt einen Tisch 9000 mit einem Anzeigeabschnitt dar. Bei dem Tisch 9000 ist ein Anzeigeabschnitt 9003 in einem Gehäuse 9001 eingebaut, und ein Bild kann auf dem Anzeigeabschnitt 9003 angezeigt werden. Es sei angemerkt, dass das Gehäuse 9001 von vier Beinabschnitten 9002 getragen wird. Ferner ist das Gehäuse 9001 mit einem Netzkabel 9005 zum Zuführen einer Leistung versehen.
Die Halbleitervorrichtung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann für den Anzeigeabschnitt 9003 verwendet werden, so dass das elektronische Gerät hohe Zuverlässigkeit aufweisen kann.
Der Anzeigeabschnitt 9003 weist eine berührungsempfindliche Eingabefunktion auf. Wenn ein Benutzer angezeigte Knöpfe 9004, die auf dem Anzeigeabschnitt 9003 des Tisches 9000 angezeigt werden, mit seinem Finger oder dergleichen berührt, kann der Benutzer den Bildschirm bedienen und eine Information eingeben. Zudem kann dann, wenn der Tisch mit weiteren Haushaltsgeräten kommunizieren oder die Haushaltsgeräte steuern kann, der Tisch 9000 als Steuergerät, das die Haushaltsgeräte durch Handlungen am Bildschirm steuert, dienen. Beispielsweise kann unter Verwendung der bei der Ausführungsform 3 beschriebenen Halbleitervorrichtung mit einer Bildsensorfunktion der Anzeigeabschnitt 9003 eine berührungsempfindliche Eingabefunktion aufweisen.
Ferner kann der Bildschirm des Anzeigeabschnitts 9003 mittels eines Scharniers in dem Gehäuse 9001 senkrecht zu einem Boden gestellt werden; deshalb kann der Tisch 9000 auch als Fernsehgerät verwendet werden. Wenn ein Fernsehgerät mit einem großen Bildschirm in ein kleines Zimmer gestellt wird, wird ein freier Raum reduziert; wenn ein Anzeigeabschnitt in einem Tisch eingebaut ist, kann jedoch ein Raum im Zimmer auf effiziente Weise verwendet werden.
8B stellt ein Fernsehgerät 9100 dar. Bei dem Fernsehgerät 9100 ist ein Anzeigeabschnitt 9103 in einem Gehäuse 9101 eingebaut, und ein Bild kann auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt werden. Es sei angemerkt, dass hier das Gehäuse 9101 von einem Fuß 9105 getragen wird.
Das Fernsehgerät 9100 kann mittels eines Betriebsschalters des Gehäuses 9101 oder einer separaten Fernbedienung 9110 bedient werden. Durch Bedienungstasten 9109 der Fernbedienung 9110 können die Fernsehsender und die Lautstärke eingestellt werden und Bilder, die auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt werden, können gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Fernbedienung 9110 einen Anzeigeabschnitt 9107 zum Anzeigen von Daten, die von der Fernbedienung 9110 ausgegeben werden, aufweisen.
Das Fernsehgerät 9100 in 8B ist mit einem Empfänger, einem Modem und dergleichen versehen. Mit dem Empfänger kann das Fernsehgerät 9100 allgemeine Fernsehsendungen empfangen. Außerdem kann dann, wenn das Fernsehgerät 9100 über das Modem drahtgebunden oder drahtlos mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist, eine unidirektionale (von einem Sender zu einem Empfänger) oder eine bidirektionale (zwischen einem Sender und einem Empfänger, zwischen Empfängern oder dergleichen) Datenkommunikation durchgeführt werden.
Die Halbleitervorrichtung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann für die Anzeigeabschnitte 9103 und 9107 verwendet werden, so dass das Fernsehgerät und die Fernbedienung hohe Zuverlässigkeit aufweisen können.
8C stellt einen Computer dar, der einen Hauptteil 9201, ein Gehäuse 9202, einen Anzeigeabschnitt 9203, eine Tastatur 9204, einen externen Verbindungsanschluss 9205, eine Zeigevorrichtung 9206 und dergleichen beinhaltet.
Die Halbleitervorrichtung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann für den Anzeigeabschnitt 9203 verwendet werden, so dass der Computer hohe Zuverlässigkeit aufweisen kann.
9A und 9B stellen einen zusammenklappbaren Tablet-Computer dar. In 9A ist der Tablet-Computer geöffnet. Der Tablet-Computer beinhaltet ein Gehäuse 9630, einen Anzeigeabschnitt 9631a, einen Anzeigeabschnitt 9631b, einen Anzeigemodusschalter 9034, einen Netzschalter 9035, einen Stromsparschalter 9036, einen Befestiger 9033 und einen Betriebsschalter 9038.
Die Halbleitervorrichtung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann für den Anzeigeabschnitt 9631a und den Anzeigeabschnitt 9631b verwendet werden, so dass der Tablet-Computer hohe Zuverlässigkeit aufweisen kann.
Ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631a kann ein Touchscreen-Gebiet 9632a sein, und Daten können eingegeben werden, wenn eine angezeigte Bedienungstaste 9638 berührt wird. Obwohl eine Struktur, bei der ein halbes Gebiet des Anzeigeabschnitts 9631a nur eine Anzeigefunktion aufweist und das andere halbe Gebiet auch eine Touchscreenfunktion aufweist, als Beispiel gezeigt ist, ist der Anzeigeabschnitt 9631a nicht auf die Struktur beschränkt. Der ganze Anzeigeabschnitt 9631a kann eine Touchscreenfunktion aufweisen. Beispielsweise kann der Anzeigeabschnitt 9631a Tastaturknöpfe im ganzen Gebiet anzeigen, das ein Touchscreen sein soll, und der Anzeigeabschnitt 9631b kann als Anzeigebildschirm verwendet werden.
Wie bei dem Anzeigeabschnitt 9631a kann ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631b ein Touchscreen-Gebiet 9632b sein. Wenn ein Tastaturanzeige-Schaltknopf 9639, der auf dem Touchscreen angezeigt wird, mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen berührt wird, kann eine Tastatur auf dem Anzeigeabschnitt 9631b angezeigt werden.
Eine Berührungseingabe kann bei dem Touchscreen-Gebiet 9632a und dem Touchscreen-Gebiet 9632b zur gleichen Zeit durchgeführt werden.
Der Anzeigemodusschalter 9034 kann beispielsweise die Anzeige zwischen dem Hochformat, dem Querformat und dergleichen sowie zwischen monochromer Anzeige und Farbanzeige umschalten. Der Stromsparschalter 9036 kann die Anzeigeleuchtdichte entsprechend der Menge an Außenlicht beim Verwenden des Tablet-Computers, das durch einen optischen Sensor in dem Tablet-Computer erkannt wird, steuern. Zusätzlich zu dem optischen Sensor kann eine weitere Detektionsvorrichtung mit einem Sensor zum Erkennen der Neigung, wie z. B. einem Kreiselinstrument oder einem Beschleunigungssensor, in dem Tablet-Computer eingebaut sein.
9A zeigt ein Beispiel, in dem der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b die gleiche Anzeigefläche aufweisen. Jedoch kann ohne Beschränkung darauf einer der Anzeigeabschnitte hinsichtlich der Größe und Anzeigequalität anders als der andere Anzeigeabschnitt sein. Beispielsweise kann ein Anzeigefeld ein Bild mit einer höheren Auflösung als das andere Anzeigefeld anzeigen.
Der Tablet-Computer ist in 9B geschlossen. Der Tablet-Computer beinhaltet das Gehäuse 9630, eine Solarzelle 9633 und eine Lade- und Entladesteuerschaltung 9634. In 9B ist eine Struktur, die eine Batterie 9635 und einen Gleichspannungswandler 9636 umfasst, als Beispiel für die Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 dargestellt.
Da der Tablet-Computer zusammenklappbar ist, kann das Gehäuse 9630 geschlossen werden, wenn der Tablet-Computer nicht verwendet wird. Folglich können der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631 b geschützt werden. Daher kann ein Tablet-Computer, der ausgezeichnete Beständigkeit und ausgezeichnete Zuverlässigkeit hinsichtlich der Langzeitverwendung aufweist, bereitgestellt werden.
Ferner kann der Tablet-Computer in 9A und 9B eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Arten von Daten (z. B. eines Standbildes, eines bewegten Bildes und eines Textbildes), eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, eines Datums, der Zeit oder dergleichen auf dem Anzeigeabschnitt, eine berührungsempfindliche Eingabefunktion zum Bedienen oder Bearbeiten der Daten, die auf dem Anzeigeabschnitt angezeigt werden, eine Funktion zum Steuern der Verarbeitung mittels verschiedener Arten von Software (Programmen) und dergleichen aufweisen.
Die Solarzelle 9633, die an einer Oberfläche des Tablet-Computers bereitgestellt ist, kann dem Touchscreen, dem Anzeigeabschnitt, einem Videosignalverarbeitungsabschnitt oder dergleichen Leistung zuführen. Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 an einer oder beiden Oberflächen des Gehäuses 9630 bereitgestellt sein kann und dass die Batterie 9635 auf effiziente Weise aufgeladen werden kann. Die Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie als die Batterie 9635 ist vorteilhaft für Verkleinerung oder dergleichen.
Die Struktur und die Arbeitsweise der Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 in 9B werden unter Bezugnahme auf ein Blockschema in 9C beschrieben. Die Solarzelle 9633, die Batterie 9635, der Gleichspannungswandler 9636, ein Wandler 9637, Schalter SW1 bis SW3 und ein Anzeigeabschnitt 9631 sind in 9C dargestellt, und die Batterie 9635, der Gleichspannungswandler 9636, der Wandler 9637 und die Schalter SW1 bis SW3 entsprechen der Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 in 9B.
Zuerst wird ein Beispiel für die Arbeitsweise in dem Fall, in dem Leistung von der Solarzelle 9633 unter Verwendung von Außenlicht erzeugt wird, beschrieben. Die Spannung der von der Solarzelle 9633 erzeugten Leistung wird durch den Gleichspannungswandler 9636 erhöht oder verringert, so dass die Leistung eine zum Aufladen der Batterie 9635 benötigte Spannung aufweist. Dann wird, wenn die Leistung aus der Solarzelle 9633 zum Betrieb des Anzeigeabschnitts 9631 verwendet wird, der Schalter SW1 eingeschaltet und die Spannung der Leistung wird durch den Wandler 9637 auf eine Spannung, die für den Anzeigeabschnitt 9631 erforderlich ist, erhöht oder verringert. Ferner wird dann, wenn keine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 9631 erfolgt, der Schalter SW1 ausgeschaltet und der Schalter SW2 wird eingeschaltet, so dass die Batterie 9635 aufgeladen werden kann.
Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 9633 als Beispiel für ein Mittel zur Leistungserzeugung beschrieben wird; die Batterie 9635 kann jedoch ohne Beschränkung darauf auch mittels eines weiteren Mittels zur Leistungserzeugung, wie z. B. eines piezoelektrischen Elements oder eines thermoelektrischen Wandlerelements (Peltier-Elements), aufgeladen werden. Beispielsweise kann ein kontaktfreier Leistungsübertragungsmodul, das Leistung drahtlos (ohne Kontakt) überträgt und empfängt, um die Batterie 9635 aufzuladen, oder eine Kombination von der Solarzelle 9633 und einem weiteren Mittel zum Aufladen verwendet werden.
Die Konfiguration, das Verfahren und dergleichen, welche bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können angemessen mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen, Verfahren und dergleichen kombiniert werden.
[Beispiel 1]
In diesem Beispiel werden Ergebnisse einer Bewertung der Qualität von Siliziumnitridfilmen, die durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet wurden, beschrieben. Insbesondere werden hier Ergebnisse der ESR-Messungen an einem Siliziumnitridfilm, der unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Stickstoff als Zufuhrgas ausgebildet wurde, und an Siliziumnitridfilmen, die unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak als Zufuhrgas ausgebildet wurden, gezeigt.
Ein Verfahren zum Herstellen der Proben, die für die ESR-Messungen in diesem Beispiel verwendet wurden, wird im Folgenden beschrieben.
Für die ESR-Messungen wurden Proben 1 bis 5 verwendet, nämlich 300 nm dicke Siliziumnitridfilme, die über Quarzsubstraten ausgebildet waren. Jeder Siliziumnitridfilm wurde wie folgt ausgebildet. Ein Quarzsubstrat wurde in einer Filmbildungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung platziert, der Druck in der Filmbildungskammer wurde auf 100 Pa reguliert, und eine Leistung von 2000 W wurde von einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Die Substrattemperatur war 350°C. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Plasma-CVD-Vorrichtung um eine vom Parallel-Platten-Typ (parallel plate type) mit einer Elektrodenfläche von 6000 cm² handelt. Die Probe 1 wurde unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Stickstoff als Zufuhrgas hergestellt. Die Proben 2 bis 5 wurden unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak als Zufuhrgas hergestellt. Filmbildungsbedingungen für diese Proben sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.

[Tabelle 1]

	Durchflussmenge des Zufuhrgases [sccm]			Filmbildungsgeschwindigkeit [nm/min]
	SiH₄	N₂	NH₃	Filmbildungsgeschwindigkeit [nm/min]
Probe 1	200	5000	-	116
Probe 2	200	2000	100	126
Probe 3	200	2000	500	132
Probe 4	200	2000	1000	132
Probe 5	200	2000	2000	126

Die vorbereiteten Proben 1 bis 5 wurden den ESR-Messungen unterzogen. Die ESR-Messungen wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die Messtemperatur war -170 °C, die 9,2 GHz-Hochfrequenzleistung (Mikrowellenleistung) war 1 mW, die Richtung eines magnetischen Feldes war parallel zur Oberfläche des Siliziumnitridfilms jeder der Proben 1 bis 5, die untere Nachweisgrenze einer Spindichte, die einem Signal entspricht, das bei g = 2,003 erscheint und auf ein Nc-Zentrum in dem Siliziumnitridfilm zurückzuführen ist, war 8,1 × 10¹⁵ Spins/cm³.
10A zeigt Ergebnisse der ESR-Messungen. Aus 10A kann festgestellt werden, dass die Probe 1, die mittels eines kein Ammoniak enthaltenden Zufuhrgases hergestellt wurde, eine Spindichte von 2,7 × 10¹⁷ Spins/cm³, welche auf ein Nc-Zentrum zurückzuführen ist, aufweist und ein Siliziumnitridfilm mit einer großen Anzahl von Defekten ist. Währenddessen kann festgestellt werden, dass die Proben 2 bis 5, die mittels eines Ammoniak enthaltenden Zufuhrgases hergestellt wurden, alle niedrige Spindichten von 5,1 × 10¹⁶ Spins/cm³, 5,2 × 10¹⁶ Spins/cm³, 6,0 × 10¹⁶ Spins/cm³ bzw. 5,5 × 10¹⁶ Spins/cm³, welche auf ein Nc-Zentrum zurückzuführen sind, unabhängig von der Ammoniak-Durchflussmenge aufweisen und Siliziumnitridfilme mit einer kleinen Anzahl von Defekten sind.
10B zeigt erste Ableitungskurven (derivative curves), die durch die ESR-Messungen ermittelt wurden. Wie in 10B gezeigt wurde ein Signal mit hoher Intensität, das auf einen Defekt (Nc-Zentrum) in dem Film zurückzuführen ist, in der Probe 1 bei einem g-Faktor von 2,003 detektiert. Währenddessen wurden Signale mit niedriger Intensität in den Proben 2 bis 5 bei einem g-Faktor von 2,003 beobachtet.
Die obigen Ergebnisse legen nahe, dass ein Siliziumnitridfilm mit einer kleinen Anzahl von Defekten ausgebildet werden kann, indem zum Zeitpunkt, zu dem der Siliziumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet wird, ein Gasgemisch aus Silan, Stickstoff und Ammoniak als Zufuhrgas verwendet wird. Dies deutet darauf hin, dass der Siliziumnitridfilm als Gate-Isolierschicht mit einer vorteilhaften Spannungsfestigkeit verwendet werden kann und dass ein Transistor, der die Gate-Isolierschicht beinhaltet, eine gute Beständigkeit gegen ESD aufweisen kann.
[Beispiel 2]
In diesem Beispiel werden Eigenschaften als Barrierefilme von Siliziumnitridfilmen, die durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet werden, bewertet. 11A und 11B zeigen Bewertungsergebnisse. Als Bewertungsverfahren wurde thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) verwendet.
In diesem Beispiel wurden Proben 6 bis 8 zur Bewertung verwendet, nämlich Siliziumnitridfilme, die durch ein Plasma-CVD-Verfahren über Quarzsubstraten ausgebildet wurden. Ein Verfahren zum Herstellen der Proben wird nachstehend beschrieben.
Jeder Siliziumnitridfilm wurde wie folgt ausgebildet. Ein Quarzsubstrat wurde in einer Filmbildungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung platziert, der Druck in der Filmbildungskammer wurde auf 100 Pa reguliert, und eine Leistung von 2000 W wurde von einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Die Substrattemperatur war 350 °C. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Plasma-CVD-Vorrichtung um eine vom Parallel-Platten-Typ (parallel plate type) mit einer Elektrodenfläche von 6000 cm² handelt.
Als die Probe 6 wurde ein 300 nm dicker Siliziumnitridfilm unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak (SiH₄-Durchflussmenge: 200 sccm, N₂-Durchflussmenge: 2000 sccm, NH₃-Durchflussmenge: 2000 sccm) als Zufuhrgas ausgebildet.
Als die Probe 7 wurde ein erster Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 275 nm unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak (SiH₄-Durchflussmenge: 200 sccm, N₂-Durchflussmenge: 2000 sccm, NH₃-Durchflussmenge: 2000 sccm) als Zufuhrgas ausgebildet und ein zweiter Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde dann unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Stickstoff (SiH₄-Durchflussmenge: 200 sccm, N₂-Durchflussmenge: 5000 sccm) in der gleichen Filmbildungskammer ausgebildet.
Als die Probe 8 wurde ein erster Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 275 nm unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak (200 sccm (SiH₄-Durchflussmenge) : 2000 sccm (N₂-Durchflussmenge) : 2000 sccm (NH₃-Durchflussmenge)) als Zufuhrgas ausgebildet und ein zweiter Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde dann in der gleichen Filmbildungskammer bei einer niedrigeren Ammoniak-Durchflussmenge (SiH₄-Durchflussmenge: 200 sccm, N₂-Durchflussmenge: 2000 sccm, NH₃-Durchflussmenge: 100 sccm) ausgebildet.
11A und 11B zeigen Ergebnisse der TDS-Messungen der Proben bei m/z = 2 (H₂). 11A zeigt Ergebnisse der TDS-Messungen der in diesem Beispiel vorbereiteten Proben 6 und 7 bei m/z = 2 (H₂), und 11B zeigt Ergebnisse der TDS-Messungen der Proben 6 und 8 bei m/z = 2 (H₂).
Aus 11A und 11B kann festgestellt werden, dass Wasserstoff durch eine Wärmebehandlung aus der Probe 6, die der einschichtige Siliziumnitridfilm mit einer hohen Wasserstoffkonzentration ist, desorbiert wird. Währenddessen kann festgestellt werden, dass keine Wasserstoffdesorption aus den Proben 7 und 8, bei denen jeweils der Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Wasserstoffkonzentration als obere Schicht angeordnet ist, bei etwa 450 °C, bei welcher die Wasserstoffdesorption aus der Probe 6 stattfindet, auftritt und dass die Wasserstoffdesorption stark unterdrückt wird, auch wenn die Wärmebehandlung weiter fortgesetzt wird.
Daher kann man verstehen, dass ein Wasserstoff blockierender Effekt erzielt wird, indem ein Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Wasserstoffkonzentration als obere Schicht, die in Kontakt mit einem Siliziumnitridfilm mit einer hohen Wasserstoffkonzentration steht, bereitgestellt wird.
Wie in dem Beispiel 1 beschrieben worden ist, weist ein Siliziumnitridfilm, der durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung von Silan, Stickstoff und Ammoniak als Zufuhrgas ausgebildet wird, eine kleine Anzahl von Defekten und eine hohe Spannungsfestigkeit auf. Folglich kann die Struktur, bei welcher der Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Wasserstoffkonzentration über dem Siliziumnitridfilm mit einer kleinen Anzahl von Defekten gestapelt ist, eine Desorption von Wasserstoff, welcher als Donator in einer Oxidhalbleiterschicht dienen kann, verringern, während eine hohe Beständigkeit gegen ESD aufrechterhalten wird, und die Struktur ist deshalb für eine Gate-Isolierschicht eines Transistors geeignet.
[Beispiel 3]
In diesem Beispiel werden Siliziumnitridfilme, die durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet werden, hinsichtlich der Unterschiede in Filmqualitäten, die von Unterschieden in Zufuhrgasen abhängen, bewertet. Insbesondere werden hier Messergebnisse der Filmdichten und Nassätzgeschwindigkeiten eines Siliziumnitridfilms, der unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Stickstoff als Zufuhrgas ausgebildet wurde, und von Siliziumnitridfilmen, die unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak als Zufuhrgas ausgebildet wurden, gezeigt.
Ein Verfahren zum Herstellen der Proben, die für die ESR-Messungen in diesem Beispiel verwendet wurden, wird im Folgenden beschrieben.
Für die ESR-Messungen wurden Proben 9 bis 11 verwendet, nämlich Siliziumnitridfilme, die über Quarzsubstraten ausgebildet waren. Jeder Siliziumnitridfilm wurde wie folgt ausgebildet. Ein Quarzsubstrat wurde in einer Filmbildungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung platziert, der Druck in der Filmbildungskammer wurde auf 100 Pa reguliert, und eine Leistung von 2000 W wurde von einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Die Substrattemperatur war 350 °C. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Plasma-CVD-Vorrichtung um eine vom Parallel-Platten-Typ (parallel plate type) mit einer Elektrodenfläche von 6000 cm² handelt. Die Probe 9 wurde unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Stickstoff als Zufuhrgas hergestellt. Die Proben 10 und 11 wurden unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak als Zufuhrgas hergestellt. Filmbildungsbedingungen für diese Proben sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.
[Tabelle 2]

Durchflussmenge des Zufuhrgases [sccm] Filmbildungsgeschwindigkeit [nm/min]

SiH₄ N₂ NH₃

Probe 9 200 5000 - 116

Probe 10 200 2000 100 126

Probe 11 200 2000 2000 126
Wie in Tabelle 2 gezeigt sind die Filmbildungsbedingungen für die Probe 9 gleich denjenigen für die Probe 1 in dem Beispiel 1, die Filmbildungsbedingungen für die Probe 10 sind gleich denjenigen für die Probe 2 in dem Beispiel 1, und die Filmbildungsbedingungen für die Probe 11 sind gleich denjenigen für die Probe 5 in dem Beispiel 1.
Die Nassätzgeschwindigkeiten der vorbereiteten Proben 9 bis 11 wurden gemessen, und ihre Filmdichten wurden durch Röntgenreflektometrie (X-ray reflectometry, XRR) gemessen. Es sei angemerkt, dass die Nassätzgeschwindigkeiten aus den Ausmaßen eines Ätzens, das mit einer 0,5 % Flusssäure 60 Sekunden lang durchgeführt wurde, berechnet wurden.
12 zeigt Messergebnisse der Filmdichten und Nassätzgeschwindigkeiten. Aus 12 kann festgestellt werden, dass die Probe 11, die mittels eines Zufuhrgases mit einem hohen Durchflussmengenverhältnis an Ammoniak hergestellt wurde, eine niedrige Filmdichte aufweist und mit einer hohen Ätzgeschwindigkeit nass-geätzt wird und dass im Gegensatz dazu die Proben 9 und 10, die mittels eines Zufuhrgases mit einem niedrigen Durchflussmengenverhältnis an Ammoniak oder mittels eines kein Ammoniak enthaltenden Zufuhrgases hergestellt wurden, hohe Filmdichten aufweisen und mit niedrigen Ätzgeschwindigkeiten nass-geätzt werden. Daher kann man sagen, dass ein dichter Siliziumnitridfilm ausgebildet werden kann, indem das Durchflussmengenverhältnis an Ammoniak in einem Zufuhrgas verringert wird oder indem ein kein Ammoniak enthaltendes Zufuhrgas verwendet wird, und dass der dichte Siliziumnitridfilm als blockierender Film gegen ein Metallelement, wie z. B. Kupfer, und/oder Wasserstoff dienen kann.
13A und 13B sind mit einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (scanning transmission electron microscope, STEM) aufgenommene Querschnittsfotografien eines Transistors, der erste bis dritte Siliziumnitridfilme, die bei verschiedenen Ammoniak-Durchflussmengen ausgebildet wurden, beinhaltet. Es sei angemerkt, dass 13B eine teilweise vergrößerte Ansicht eines umrandeten Bereichs in dem Transistor in 13A ist.
Der Transistor in 13A und 13B beinhaltet eine Gate-Isolierschicht, die über einem Wolframfilm 702, der über einem Glassubstrat 700 ausgebildet ist, liegt und einen ersten Siliziumnitridfilm 704a, einen zweiten Siliziumnitridfilm 704b, einen dritten Siliziumnitridfilm 704c und einen Siliziumoxynitridfilm 706 umfasst; eine Oxidhalbleiterschicht 708, die über der Gate-Isolierschicht liegt und eine Oxidhalbleiterschicht auf In-Ga-Zn-Basis umfasst; eine gestapelte Schicht aus einem Wolframfilm, einem Aluminiumfilm und einem Titanfilm als Elektrodenschicht 710 in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht 708; und einen Siliziumoxynitridfilm 712 über der Elektrodenschicht 710 und der Oxidhalbleiterschicht 708.
In diesem Beispiel wurden die ersten bis dritten Siliziumnitridfilme 704a bis 704c und der Siliziumoxynitridfilm 706, welche als Gate-Isolierschicht dienen, nacheinander ausgebildet. Insbesondere wurde zunächst der erste Siliziumnitridfilm 704a mit einer Dicke von 50 nm unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan, Stickstoff und Ammoniak (SiH₄-Durchflussmenge: 200 sccm, N₂-Durchflussmenge: 2000 sccm, NH₃-Durchflussmenge: 100 sccm) als Zufuhrgas ausgebildet, und der zweite Siliziumnitridfilm 704b mit einer Dicke von 300 nm wurde dann ausgebildet, wobei nur die Ammoniak-Durchflussmenge auf 2000 sccm geändert wurde. Danach wurde der dritte Siliziumnitridfilm 704c mit einer Dicke von 50 nm ausgebildet, wobei die Ammoniak-Durchflussmenge wieder auf 100 sccm geändert wurde, und der Siliziumoxynitridfilm 706 mit einer Dicke von 50 nm wurde dann unter Verwendung eines Gasgemisches aus Silan und Distickstoffmonoxid (SiH₄-Durchflussmenge: 20 sccm, N₂O-Durchflussmenge: 3000 sccm) als Zufuhrgas ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass beim Ausbilden der ersten bis dritten Siliziumnitridfilme 704a bis 704c der Druck in einer Filmbildungskammer auf 100 Pa reguliert wurde und eine Leistung von 2000 W von einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt wurde. Beim Ausbilden des Siliziumoxynitridfilms 706 wurde der Druck in der Filmbildungskammer auf 40 Pa reguliert und eine Leistung von 100 W wurde von einer Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Beim Ausbilden der ersten bis dritten Siliziumnitridfilme 704a bis 704c und des Siliziumoxynitridfilms 706 war die Substrattemperatur 350 °C. Es sei angemerkt, dass es sich bei einer für die Filmbildung verwendeten Plasma-CVD-Vorrichtung um eine vom Parallel-Platten-Typ (parallel plate type) mit einer Elektrodenfläche von 6000 cm² handelt.
Wie man aus den in 12 gezeigten Messergebnissen der Filmdichten feststellen kann, sind die ersten bis dritten Siliziumnitridfilme 704a bis 704c, die bei einer niedrigen Ammoniak-Durchflussmenge in einem Zufuhrgas ausgebildet wurden, jeweils ein dichter Siliziumnitridfilm mit einer hohen Filmdichte. In den STEM-Fotografien in 13A und 13B können Kontraste zwischen den ersten bis dritten Siliziumnitridfilmen 704a bis 704c beobachtet werden, und Unterschiede in Filmeigenschaften entsprechend den Durchflussmengenverhältnissen in Zufuhrgasen können aus den STEM-Fotografien bestätigt werden.
[Beispiel 4]
In diesem Beispiel werden Messergebnisse der Wasserstoffkonzentration in einem Stapel aus Siliziumnitridfilmen, die bei verschiedenen Ammoniak-Durchflussmengen in Zufuhrgasen ausgebildet wurden, gezeigt.
Ein Verfahren zum Herstellen der Proben, die für die ESR-Messungen in diesem Beispiel verwendet wurden, wird im Folgenden beschrieben.
Für die Messungen wurden eine Probe 12 und eine Probe 13 verwendet, welche jeweils ein Stapel aus Siliziumnitridfilmen sind, die über einem Siliziumsubstrat bei verschiedenen Ammoniak-Durchflussmengen in Zufuhrgasen ausgebildet wurden. Jeder Siliziumnitridfilm wurde wie folgt ausgebildet. Ein Quarzsubstrat wurde in einer Filmbildungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung platziert, der Druck in der Filmbildungskammer wurde auf 100 Pa reguliert, und eine Leistung von 2000 W wurde von einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Die Substrattemperatur war 350 °C. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Plasma-CVD-Vorrichtung um eine vom Parallel-Platten-Typ (parallel plate type) mit einer Elektrodenfläche von 6000 cm² handelt.
Die Probe 12 wurde wie folgt hergestellt: ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde unter Verwendung eines kein Ammoniak enthaltenden ersten Zufuhrgases als Quellengas über einem Siliziumsubstrat ausgebildet; die Gasdurchflussmengen wurden geändert und ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 300 nm wurde unter Verwendung eines zweiten Zufuhrgases mit einer hohen Ammoniak-Durchflussmenge als Quellengas ausgebildet; und die Gasdurchflussmengen wurden wieder geändert und ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde unter Verwendung des ersten Zufuhrgases ausgebildet.
Die Probe 13 wurde wie folgt hergestellt: ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde unter Verwendung eines dritten Zufuhrgases mit einer niedrigen Ammoniak-Durchflussmenge als Quellengas über einem Siliziumsubstrat ausgebildet; die Gasdurchflussmenge wurde geändert und ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 300 nm wurde unter Verwendung des zweiten Zufuhrgases mit der hohen Ammoniak-Durchflussmenge als Quellengas ausgebildet; und die Gasdurchflussmengen wurden wieder geändert und ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm wurde unter Verwendung des dritten Zufuhrgases ausgebildet.
Die Details der ersten bis dritten Zufuhrgase sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt.
[Tabelle 3]

Durchflussmenge des Zufuhrgases [sccm]

SiH₄ N₂ NH₃

Erstes Zufuhrgas (kein NH₃) 200 5000 -

Zweites Zufuhrgas (viel NH₃) 200 2000 2000

Drittes Zufuhrgas (wenig NH₃) 200 2000 100
Die Wasserstoff- und Sauerstoffkonzentrationen der Siliziumnitridfilme in den Stapelschicht-Strukturen wurden durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen. 14A zeigt Messergebnisse der Wasserstoffkonzentration in der Probe 12, und 14B zeigt Messergebnisse der Sauerstoffkonzentration in der Probe 12. 14C zeigt Messergebnisse der Wasserstoffkonzentration in der Probe 13, und 14D zeigt Messergebnisse der Sauerstoffkonzentration in der Probe 13.
Aus 14A und 14C kann festgestellt werden, dass ein Siliziumnitridfilm, der unter Verwendung des zweiten Zufuhrgases mit einer hohen Ammoniak-Durchflussmenge im Zufuhrgas, d. h. mit einer hohen Wasserstoffkonzentration im Zufuhrgas ausgebildet wird, einen Anstieg im Wasserstoffkonzentrationsprofil zeigt.
Daher kann man verstehen, dass ein Siliziumnitridfilm mit einer niedrigen Wasserstoffkonzentration ausgebildet werden kann, indem die Ammoniak-Durchflussmenge in einem Zufuhrgas verringert wird oder indem ein kein Ammoniak enthaltendes Zufuhrgas verwendet wird, d. h., indem die Wasserstoffkonzentration in einem Zufuhrgas verringert wird.
[Beispiel 5]
In diesem Beispiel werden Ergebnisse einer Messung der Spannungsfestigkeit und einer Bewertung der Beständigkeit gegen ESD einer Gate-Isolierschicht, die einen dicken Siliziumnitridfilm mit einer kleinen Anzahl von Defekten umfasst, gezeigt.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Beispielelements 1, eines Beispielelements 2, eines Vergleichselements 1 und eines Vergleichselements 2, welche für die Messung in diesem Beispiel verwendet wurden, wird im Folgenden beschrieben. In diesem Beispiel wurden Elemente hergestellt, bei denen jeweils eine Gate-Leitung und eine Source-Leitung (oder eine Drain-Leitung) einander kreuzen, wobei eine Gate-Isolierschicht dazwischen liegt. Es sei angemerkt, dass die Größe des Schnittpunktbereichs 10 µm × 10 µm ist. Die Gate-Isolierschicht jedes der folgenden Elemente wurde mit einer Plasma-CVD-Vorrichtung vom Parallel-Platten-Typ (parallel plate type) mit einer Elektrodenfläche von 6000 cm² ausgebildet. In der Plasma-CVD-Vorrichtung wurde eine Leistung von einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
Bei dem Beispielelement 1 waren ein Tantalnitridfilm mit einer Dicke von 30 nm, ein Kupferfilm mit einer Dicke von 200 nm und ein Wolframfilm mit einer Dicke von 5 nm als Gate-Leitung gestapelt, und eine Gate-Isolierschicht war in Kontakt mit dem Wolframfilm ausgebildet. Als Gate-Isolierschicht wurden ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 325 nm und ein Siliziumoxynitridfilm mit einer Dicke von 50 nm nacheinander durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet.
Der Siliziumnitridfilm in dem Beispielelement 1 wurde unter Verwendung eines Zufuhrgases mit einer hohen Ammoniak-Durchflussmenge als Quellengas in einer Plasma-CVD-Vorrichtung mit einer Leistung von 2000 W unter einem Druck von 100 Pa ausgebildet und weist daher eine kleine Anzahl von Defekten auf. Konkret gesprochen, wurde ein Gasgemisch aus Silan, Stickstoff und Ammoniak in einem Durchflussmengenverhältnis von 200 sccm : 2000 sccm : 2000 sccm (= SiH₄:N₂:NH₃) zugeführt.
Bei dem Beispielelement 2 war ein Wolframfilm mit einer Dicke von 200 nm als Gate-Leitung ausgebildet, und eine Gate-Isolierschicht war in Kontakt mit dem Wolframfilm ausgebildet. Bedingungen zum Ausbilden der Gate-Isolierschicht des Beispielelements 2 sind gleich denjenigen für das Beispielelement 1.
Bei dem Vergleichselement 1 waren ein Tantalnitridfilm mit einer Dicke von 30 nm und ein Kupferfilm mit einer Dicke von 200 nm als Gate-Leitung gestapelt, und eine Gate-Isolierschicht war in Kontakt mit dem Kupferfilm ausgebildet. Als Gate-Isolierschicht wurden ein Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm und ein Siliziumoxynitridfilm mit einer Dicke von 270 nm nacheinander durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet.
Der Siliziumnitridfilm in dem Vergleichselement 1 wurde unter Verwendung eines kein Ammoniak enthaltenden Zufuhrgases als Quellengas in einer Plasma-CVD-Vorrichtung mit einer Leistung von 150 W unter einem Druck von 60 Pa ausgebildet und weist daher eine große Anzahl von Defekten auf. Konkret gesprochen, wurde ein Gasgemisch aus Silan und Stickstoff in einem Durchflussmengenverhältnis von 50 sccm : 5000 sccm (= SiH₄:N₂) zugeführt.
Bei dem Vergleichselement 2 war ein Wolframfilm mit einer Dicke von 200 nm als Gate-Leitung ausgebildet, und eine Gate-Isolierschicht war in Kontakt mit dem Wolframfilm ausgebildet. Bedingungen zum Ausbilden der Gate-Isolierschicht des Vergleichselements 2 sind gleich denjenigen für das Vergleichselement 1.
Die Strukturen und Bedingungen für das Beispielelement 1, das Beispielelement 2, das Vergleichselement 1 und das Vergleichselement 2 sind in der folgenden Tabelle 4 gezeigt.

[Tabelle 4]

	Vergleichselement 1	Vergleichselement 2	Beispielelement 1	Beispielelement 2
Gate-Leitung	TaN\Cu = 30\200 (nm)	W = 200 (nm)	TaN\Cu\ W = 30\200\ 5 (nm)	W = 200 (nm)
Gate-Isolierschicht	SiN\SiON = 50\270 (nm)	SiN\SiON = 50\270 (nm)	SiN\SiON = 325\50 (nm)	SiN\SiON = 325\50 (nm)
Bildungsbedingungen des Siliziumnitridfilms	SiH₄ = 50 sccm N₂ = 5000 sccm 60 Pa 150 W	SiH₄ = 50 sccm N₂ = 5000 sccm 60 Pa 150 W	SiH₄ = 200 sccm N₂ = 2000 sccm NH₃ = 2000 sccm 100 Pa 2000 W	SiH₄ = 200 sccm N₂ = 2000 sccm NH₃ = 2000 sccm 100 Pa 2000 W

Als nächstes wurde die Spannungsfestigkeit der Gate-Isolierschicht jedes Elements gemessen, und ihre Beständigkeit gegen ESD wurde bewertet.
Bei der Messung der Spannungsfestigkeit in diesem Beispiel wurde ein Anschluss der Source-Leitung (oder der Drain-Leitung) auf 0 V (GND) festgelegt und eine Vorspannung wurde an einen Anschluss der Gate-Leitung angelegt; der Wert einer Spannung, bei der ein Strom von 1 × 10^-6 A floss, wurde als Wert einer Spannung, bei der ein Durchbruch entstand, bestimmt. Die Vorspannung wurde von 0 V auf bis zu +500 V schrittweise um +10 V erhöht, wobei die Verzögerungszeit 0,5 Sekunden war. Ein Pikoampere-Messgerät, hergestellt von Keithley Instruments, Inc. (Model 6487), wurde für die Messung verwendet.
15 zeigt Messergebnisse der Spannungsfestigkeiten der Gate-Isolierschichten. In 15 stellt die vertikale Achse den Strom (A) dar und die horizontale Achse stellt die Spannung (V) dar. Wie in 15 gezeigt wurde ein Durchbruch der Gate-Isolierschicht bei 20 V in dem Vergleichselement 1, das den dünnen Siliziumnitridfilm (50 nm) mit einer großen Anzahl von Defekten beinhaltet, beobachtet. Obwohl das Vergleichselement 2, bei dem der Wolframfilm als Gate-Elektrodenschicht verwendet wird, eine Erhöhung der Spannungsfestigkeit zeigt, wurde ebenfalls ein Durchbruch der Gate-Isolierschicht bei 230 V beobachtet.
Währenddessen weist das Beispielelement 1, das den dicken Siliziumnitridfilm (325 nm) mit einer kleinen Anzahl von Defekten als Gate-Isolierschicht beinhaltet, eine hohe Spannungsfestigkeit auf, wobei der Wert einer Spannung, bei der ein Strom von mehr als 1 × 10^-6 A floss, 320 V beträgt. In ähnlicher Weise weist das Beispielelement 2 eine hohe Spannungsfestigkeit auf, wobei der Wert einer Spannung, bei der ein Strom von mehr als 1 × 10^-6 A floss, 370 V beträgt. Daher kann man verstehen, dass die Spannungsfestigkeit auf 300 V oder höher erhöht werden kann, indem ein dicker Siliziumnitridfilm mit einer kleinen Anzahl von Defekten bereitgestellt wird.
Als nächstes wurde die Beständigkeit gegen ESD jedes Beispielelements bewertet. In diesem Beispiel wurde die Beständigkeit gegen ESD unter Verwendung des Modells eines menschlichen Körpers (Human-Body-Model, HBM) mit einer Kapazität von C = 100 pF und einem Widerstand von R = 1,5 kΩ derart gemessen, dass eine Spannung jeder Polarität dreimal angelegt wurde und der Spannungswert von 50 V auf bis zur Durchbruchspannung schrittweise um 50 V erhöht wurde. Das heißt, dass eine Vorwärtsvorspannung und eine Sperrvorspannung, welche gleichwertig waren, jeweils dreimal angelegt wurden. Die Spannungen wurden bei Raumtemperatur in einer Luftatmosphäre angelegt. Eine angelegte Spannung, bei der ein Bruch eines Elements später durch optische Mikroskopie beobachtet wurde, wurde als Durchbruchspannung definiert.
Bei dem Beispielelement 1 ist die Spannung, bei der ein Bruch beobachtet wurde, 600 V. Bei dem Beispielelement 2 ist die Spannung, bei der ein Bruch beobachtet wurde, 750 V.
Die obigen Ergebnisse bestätigen, dass sowohl das Beispielelement 1 als auch das Beispielelement 2 eine hohe Beständigkeit gegen ESD aufweisen. Dies steht in Einklang mit den in 15 gezeigten Messergebnissen, dass die Gate-Isolierschichten in dem Beispielelement 1 und dem Beispielelement 2 hohe Spannungsfestigkeiten aufweisen. Bei der Bewertung der Beständigkeit gegen ESD wurde ein Bruch jedes Elements bei einer Spannung beobachtet, die etwa das Zweifache der Spannung ist, bei der ein Durchbruch der Gate-Isolierschicht entstand.
Erläuterung der Bezugszeichen
300: Transistor, 310: Transistor, 320: Transistor, 330: Transistor, 340: Transistor, 400: Substrat, 402: Gate-Elektrodenschicht, 404: Gate-Isolierschicht, 404a: Gate-Isolierschicht, 404b: Gate-Isolierschicht, 404c: Gate-Isolierschicht, 407: Gate-Isolierschicht, 408: Oxidhalbleiterschicht, 408a: Oxidhalbleiterschicht, 408b: Oxidhalbleiterschicht, 410a: Source-Elektrodenschicht, 410b: Drain-Elektrodenschicht, 414: isolierende Schicht, 414a: isolierende Schicht, 414b: isolierende Schicht, 500: Substrat, 502: Gate-Isolierschicht, 502a: Gate-Isolierschicht, 502b: Gate-Isolierschicht, 502c: Gate-Isolierschicht, 504: isolierende Zwischenschicht, 505: Farbfilterschicht, 506: isolierende Schicht, 507: Trennwand, 510: Transistor, 511a: Gate-Elektrodenschicht, 511b: Gate-Elektrodenschicht, 512: Oxidhalbleiterschicht, 513a: leitende Schicht, 513b: leitende Schicht, 520: Kondensator, 521a: leitende Schicht, 521b: leitende Schicht, 522: Oxidhalbleiterschicht, 523: leitende Schicht, 525: isolierende Schicht, 530: Schnittpunkt von Leitungsschichten, 533: leitende Schicht, 540: lichtemittierendes Element, 541: Elektrodenschicht, 542: Elektrolumineszenzschicht, 543: Elektrodenschicht, 601: Substrat, 602: Fotodiode, 606a: Halbleiterfilm, 606b: Halbleiterfilm, 606c: Halbleiterfilm, 608: Klebeschicht, 613: Substrat, 631a: Gate-Isolierschicht, 631b: Gate-Isolierschicht, 632: isolierende Schicht, 633: isolierende Zwischenschicht, 634: isolierende Zwischenschicht, 640: Transistor, 641a: Elektrodenschicht, 641b: Elektrodenschicht, 642: Elektrodenschicht, 643: leitende Schicht, 645: leitende Schicht, 656: Transistor, 658: Fotodioden-Rücksetzsignalleitung, 659: Gate-Signalleitung, 671: Fotosensor-Ausgangssignalleitung, 672: Fotosensor-Referenzsignalleitung, 700: Glassubstrat, 702: Wolframfilm, 704a: erster Siliziumnitridfilm, 704b: zweiter Siliziumnitridfilm, 704c: dritter Siliziumnitridfilm, 706: Siliziumoxynitridfilm, 708: Oxidhalbleiterschicht, 710: Elektrodenschicht, 712: Siliziumoxynitridfilm, 4001: Substrat, 4002: Pixel-Abschnitt, 4003: Signalleitungs-Treiberschaltung, 4004: Abtastleitungs-Treiberschaltung, 4005: Dichtungsmittel, 4006: Substrat, 4008: Flüssigkristallschicht, 4010: Transistor, 4011: Transistor, 4013: Flüssigkristallelement, 4015: Verbindungs-Anschlusselektrode, 4016: Anschlusselektrode, 4018: FPC, 4019: anisotrope leitende Schicht, 4020a: Gate-Isolierschicht, 4020b: Gate-Isolierschicht, 4021: isolierende Schicht, 4031: Elektrodenschicht, 4032: isolierende Schutzschicht, 4033: isolierende Schicht, 4034: Elektrodenschicht, 4035: Abstandshalter, 4038: isolierende Schicht, 4510: Trennwand, 4511: Elektrolumineszenzschicht, 4513: lichtemittierendes Element, 4514: Füllmaterial, 9000: Tisch, 9001: Gehäuse, 9002: Beinabschnitt, 9003: Anzeigeabschnitt, 9004: Anzeigeknopf, 9005: Netzkabel, 9033: Befestiger, 9034: Schalter, 9035: Netzschalter, 9036: Stromsparschalter, 9038: Betriebsschalter, 9100: Fernsehgerät, 9101: Gehäuse, 9103: Anzeigeabschnitt, 9105: Fuß, 9107: Anzeigeabschnitt, 9109: Bedienungstaste, 9110: Fernbedienung, 9201: Hauptteil, 9202: Gehäuse, 9203: Anzeigeabschnitt, 9204: Tastatur, 9205: externer Verbindungsanschluss, 9206: Zeigevorrichtung, 9630: Gehäuse, 9631: Anzeigeabschnitt, 9631a: Anzeigeabschnitt, 9631b: Anzeigeabschnitt, 9632a: Gebiet, 9632b: Gebiet, 9633: Solarzelle, 9634: Lade- und Entladesteuerschaltung, 9635: Batterie, 9636: Gleichspannungswandler, 9637: Wandler, 9638: Bedienungstaste und 9639: Knopf.

Claims

Halbleitervorrichtung (330), die umfasst: eine Gate-Elektrodenschicht (402); eine erste Gate-Isolierschicht (404c) über der Gate-Elektrodenschicht (402); eine zweite Gate-Isolierschicht (404a) über der ersten Gate-Isolierschicht (404c); eine dritte Gate-Isolierschicht (404b) über der zweiten Gate-Isolierschicht (404a); eine Oxidhalbleiterschicht (408) über der dritten Gate-Isolierschicht (404b); und eine Source-Elektrodenschicht (410a) und eine Drain-Elektrodenschicht (410b), welche elektrisch mit der Oxidhalbleiterschicht (408) verbunden sind, wobei eine Dicke der zweiten Gate-Isolierschicht (404a) größer ist als eine Dicke der ersten Gate-Isolierschicht (404c), wobei eine Dicke der dritten Gate-Isolierschicht (404b) kleiner ist als die Dicke der zweiten Gate-Isolierschicht (404a), wobei die zweite Gate-Isolierschicht (404a) einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfasst, der eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem g-Faktor von 2,003 in einer Elektronenspinresonanz-Spektroskopie erscheint, und wobei die erste Gate-Isolierschicht (404c) und die dritte Gate-Isolierschicht (404b) jeweils einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfassen, der eine niedrigere Wasserstoffkonzentration aufweist als die zweite Gate-Isolierschicht (404a).
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gate-Elektrodenschicht (402) Kupfer umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Oxidhalbleiterschicht (408) eine Stapelschicht-Struktur aus einer ersten Oxidhalbleiterschicht und einer zweiten Oxidhalbleiterschicht umfasst, welche unterschiedliche Zusammensetzungen aus den gleichen Bestandteilen aufweisen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine erste isolierende Schicht (414a), welche die Source-Elektrodenschicht und die Drain-Elektrodenschicht bedeckt und teilweise in Kontakt mit der Oxidhalbleiterschicht steht; und eine zweite isolierende Schicht (414b) über der ersten isolierenden Schicht, wobei die erste isolierende Schicht (414a) einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfasst, der eine niedrigere Wasserstoffkonzentration aufweist als die zweite isolierende Schicht (414b) und wobei die zweite isolierende Schicht (414b) einen Stickstoff enthaltenden Siliziumfilm umfasst, der eine Spindichte von 1 × 10¹⁷ Spins/cm³ oder weniger aufweist, welche einem Signal entspricht, das bei einem g-Faktor von 2,003 in einer Elektronenspinresonanz-Spektroskopie erscheint.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Halbleitervorrichtung eine ist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Tisch mit einem Anzeigeabschnitt, einem Fernsehgerät, einem Computer und einem Tablet-Computer besteht.