DE112013003041T5

DE112013003041T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112013003041T5
Application number: DE112013003041.1T
Authority: DE
Inventors: c/o Tomita Sasaki Toshinari; c/o Semiconductor Energy Labora Hamochi Takashi; c/o SEMICONDUCTOR ENERGY LABO Miyamoto Toshiyuki; c/o SEMICONDUCTOR ENERGY LABOR Nomura Masafumi; c/o Semiconductor Energy Labora Koezuka Junichi; c/o Semiconductor Energy Labora Okazaki Kenichi
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-03-12
Also published as: CN110581070A; US10134852B2; JP2021007178A; TWI711183B; US20180145138A1; KR20150028806A; WO2014002920A1; CN110581070B; JP2019106546A; TWI641141B; KR102315695B1; JP2017157840A; KR20200019269A; KR102080696B1; US10453927B2; KR20200135578A; JP2014030002A; TW201407782A; CN104380444A; JP6193641B2

Abstract

Bei einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, wird eine Übertragung von Wasserstoff und Stickstoff auf den Oxidhalbleiterfilm unterdrückt. Ferner wird in einer Halbleitervorrichtung, bei der ein Transistor verwendet wird, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt und die Zuverlässigkeit wird verbessert. Ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, und ein Nitridisolierfilm, der über dem Transistor bereitgestellt ist, sind enthalten, und eine Menge an Wasserstoffmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch thermische Desorptionsspektroskopie abgegeben werden, ist weniger als 5 × 1021 Moleküle/cm3, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 1021 Moleküle/cm3, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 1021 Moleküle/cm3, und eine Menge an Ammoniakmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch thermische Desorptionsspektroskopie abgegeben werden, ist weniger als 1 × 1022 Moleküle/cm3, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 1021 Moleküle/cm3, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 1021 Moleküle/cm3.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die einen Feldeffekttransistor beinhaltet, und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung.
Stand der Technik
Transistoren, die für die meisten Flachbildschirme, die typischerweise eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung sind, verwendet werden, werden unter Verwendung von Siliziumhalbleitern hergestellt, wie z. B. amorphem Silizium, Einkristall-Silizium und polykristallinem Silizium, die über Glassubstraten bereitgestellt sind. Darüber hinaus werden Transistoren, die unter Verwendung der Siliziumhalbleiter hergestellt werden, für integrierte Schaltungen (integrated circuits, ICs) und dergleichen verwendet.
In den letzten Jahren hat eine Technik, bei der statt eines Siliziumhalbleiters ein Halbleitereigenschaften aufweisendes Metalloxid für Transistoren verwendet wird, Aufmerksamkeit erregt. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein Halbleitereigenschaften aufweisendes Metalloxid als Oxidhalbleiter bezeichnet wird.
Beispielsweise ist eine Technik offenbart, bei der ein Transistor unter Verwendung von Zinkoxid oder einem Oxid auf In-Ga-Zn-Basis als Oxidhalbleiter hergestellt wird und der Transistor als Schaltelement oder dergleichen eines Pixels einer Anzeigevorrichtung verwendet wird (siehe Patentdokumente 1 und 2).
Währenddessen wurde darauf hingewiesen, dass Wasserstoff besonders in einem Oxidhalbleiter eine Quelle für Ladungsträger ist. Deshalb muss man einige Maßnahmen treffen, um zu verhindern, dass Wasserstoff beim Ausbilden des Oxidhalbleiters in den Oxidhalbleiter eintritt. Außerdem werden Schwankungen einer Schwellenspannung unterdrückt, indem die Menge an Wasserstoff, der in dem Oxidhableiterfilm oder einem Gate-Isolierfilm in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, verringert wird (siehe Patentdokument 3).
Des Weiteren ist Wasser eine Quelle für Wasserstoff. Daher kann verhindert werden, dass Wasser von außen in den Oxidhalbleiterfilm eintritt, indem ein Siliziumnitridfilm mit einer Eigenschaft zum Blockieren von Wasser über einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, bereitgestellt ist.
[Referenz]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-123861
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2007-096055
[Patentdokument 3] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-224479

Offenbarung der Erfindung
Jedoch ist, wie Wasserstoff, Stickstoff eine Quelle, die Ladungsträger bereitstellt. Daher wird dann, wenn Stickstoff, der in einem Siliziumnitridfilm enthalten ist, in einen Oxidhalbleiterfilm eintritt, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Transistors, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, typischerweise eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung, verursacht. Zudem gibt es ein Problem mit Schwankungen der elektrischen Eigenschaften zwischen Transistoren.
Daher ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, eine Übertragung von Wasserstoff und Stickstoff auf einen Oxidhalbleiterfilm bei einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, zu unterdrücken. Es ist eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Halbleitervorrichtung, bei der ein einen Oxidhalbleiter beinhaltender Transistor verwendet wird, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit zu verbessern.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, und einen Nitridisolierfilm, der über dem Transistor vorgesehen ist, und eine Menge an Wasserstoffmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³, und eine Menge an Ammoniakmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gate-Elektrode, einen Oxidhalbleiterfilm, der mit einem Teil der Gate-Elektrode überlappt, wobei ein Gate-Isolierfilm dazwischen liegt, ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm, und einen Nitridisolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm. Eine Menge an Wasserstoffmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³, und eine Menge an Ammoniakmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Nitridisolierfilm als Gate-Isolierfilm in einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet. Eine Menge an Wasserstoffmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³, und eine Menge an Ammoniakmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst einen Oxidhalbleiterfilm, ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm, einen Gate-Isolierfilm mindestens über dem Oxidhalbleiterfilm und eine Gate-Elektrode, die mit einem Teil des Oxidhalbleiterfilms überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm dazwischen liegt. Der Gate-Isolierfilm umfasst einen Nitridisolierfilm. Eine Menge an Wasserstoffmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³, und eine Menge an Ammoniakmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm durch Erwärmung abgegeben werden, ist weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³.
Ein Nitridisolierfilm, der Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch Erwärmung abgibt, wird über einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, bereitgestellt, wodurch die Menge an Wasserstoff und Stickstoff, die von dem Nitridisolierfilm auf den Oxidhalbleiterfilm übertragen werden, verringert werden kann. Außerdem kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, von außen in den Oxidhalbleiterfilm unterdrückt werden.
Außerdem wird als Gate-Isolierfilm eines Transistors, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, ein Nitridisolierfilm, der Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch Erwärmung abgibt, bereitgestellt, wodurch die Menge an Wasserstoff und Stickstoff, die von dem Nitridisolierfilm auf den Oxidhalbleiterfilm übertragen werden, verringert werden kann. Außerdem kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, von außen in den Oxidhalbleiterfilm unterdrückt werden.
Mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Transistors, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, unterdrückt, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den begleitenden Zeichnungen:
1A und 1B sind Diagramme, die eine Ausführungsform eines Transistors darstellen;
2A bis 2D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Transistors darstellen;
3A und 3B sind Diagramme, die eine Ausführungsform eines Transistors darstellen;
4A bis 4D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Transistors darstellen;
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Transistors darstellt;
6A und 6B sind Diagramme, die eine Ausführungsform eines Transistors darstellen;
7A und 7B sind Diagramme, die eine Ausführungsform eines Transistors darstellen;
8A bis 8C sind Draufsichten, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellen;
9A und 9B sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellen;
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt;
11A bis 11C sind Querschnittsansichten und eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellen;
12A und 12B stellen eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung dar;
13A bis 13C stellen jeweils ein elektronisches Gerät dar;
14A bis 14C stellen ein elektronisches Gerät dar;
15A und 15B stellen jeweils eine Struktur einer Probe dar;
16A bis 16C zeigen Ergebnisse aus TDS-Analyse;
17A und 17B zeigen Ergebnisse aus TDS-Analyse;
18A und 18B zeigen Ergebnisse aus TDS-Analyse;
19A und 19B zeigen Ergebnisse aus TDS-Analyse;
20A bis 20C zeigen jeweils Vg-Id-Eigenschaften eines Transistors;
21A bis 21C zeigen jeweils Vg-Id-Eigenschaften eines Transistors;
22A bis 22C zeigen jeweils Vg-Id-Eigenschaften eines Transistors; und
23 zeigt eine Menge an von einem Siliziumnitridfilm abgegebenen Wasserstoffmolekülen und eine Menge an von einem Siliziumnitridfilm abgegebenen Ammoniakmolekülen, und Vg-Id-Eigenschaften eines Transistors.
Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt, und es wird leicht von Fachleuten verstanden, dass der Modus und die Details auf verschiedene Weisen verändert werden können, ohne von dem Schutzbereich und Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend soll die vorliegende Erfindung nicht als durch die Beschreibung der nachstehenden Ausführungsformen und Beispiele beschränkt angesehen werden. Zusätzlich werden bei den nachstehenden Ausführungsformen und Beispielen gleiche Teile oder Teile mit ähnlichen Funktionen in unterschiedlichen Zeichnungen mit gleichen Bezugszeichen oder gleichen Schraffurmustern bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Es sei angemerkt, dass in jeder in dieser Beschreibung beschriebenen Zeichnung in einigen Fällen die Größe, die Filmdicke oder der Bereich jeder Komponente aus Gründen der Deutlichkeit übertrieben dargestellt ist. Somit sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf solche Maße beschränkt.
Es sei angemerkt, dass Ausdrücke wie z. B. „erster”, „zweiter” und „dritter” in dieser Beschreibung benutzt werden, um eine Verwechslung von Komponenten zu vermeiden, und die Ausdrücke begrenzen die Komponenten nicht numerisch. Daher kann beispielsweise der Ausdruck „erster” durch den Ausdruck „zweiter”, „dritter” oder dergleichen soweit erforderlich ersetzt werden.
Die Funktionen einer „Source” und eines „Drains” sind manchmal miteinander vertauscht, z. B. wenn die Richtung des Stromflusses im Schaltungsbetrieb geändert wird. Deshalb können die Ausdrücke „Source” und „Drain” in dieser Beschreibung verwendet werden, um den Drain bzw. die Source zu bezeichnen.
Es sei angemerkt, dass eine Spannung einen Unterschied zwischen Potentialen von zwei Punkten bezeichnet und dass ein Potential eine elektrostatische Energie (elektrische potentielle Energie) pro Ladungseinheit (unit charge) an einem gegebenen Punkt in einem elektrostatischen Feld bezeichnet. Es sei angemerkt, dass im Allgemeinen ein Unterschied zwischen einem Potential eines Punktes und einem Bezugspotential (z. B. einem Erdpotential) einfach ein Potential oder eine Spannung genannt wird und dass ein Potential und eine Spannung in vielen Fällen als Synonyme verwendet werden. Deshalb kann in dieser Beschreibung ein Potential auch als Spannung ausgedrückt werden, und eine Spannung kann auch als Potential ausgedrückt werden, sofern nicht anders festgelegt.
Es sei angemerkt, dass ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, ein n-Kanal-Transistor ist. In dieser Beschreibung wird also ein Transistor, der so angesehen werden kann, dass kein Drain-Strom bei einer Gate-Spannung von 0 V darin fließt, als Transistor mit „normalerweise ausgeschaltet”-Eigenschaften (normally-off characteristics) definiert. Andererseits wird ein Transistor, der so angesehen werden kann, dass ein Drain-Strom bei einer Gate-Spannung von 0 V darin fließt, als Transistor mit „normalerweise eingeschaltet”-Eigenschaften (normally-on characteristics) definiert.
(Ausführungsform 1)
Bei dieser Ausführungsform werden eine Halbleitervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
1A und 1B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Transistors 1, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist. 1A ist eine Draufsicht des Transistors 1, und 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A-B in 1A. Es sei angemerkt, dass in 1A ein Substrat 11, einige Bestandteile des Transistors 1 (z. B. ein Gate-Isolierfilm 18), ein Isolierfilm 23, ein Nitridisolierfilm 25 und dergleichen der Einfachheit halber weggelassen sind.
Der Transistor 1 in 1A und 1B beinhaltet eine Gate-Elektrode 15 über dem Substrat 11, den Gate-Isolierfilm 18 über dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15, einen Oxidhalbleiterfilm 19, der mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 18 dazwischen liegt, und ein Paar von Elektroden 21 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 19. Ein Schutzfilm 26, der den Isolierfilm 23 und den Nitridisolierfilm 25 umfasst, ist über dem Gate-Isolierfilm 18, dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Paar von Elektroden 21 ausgebildet.
Der Nitridisolierfilm 25, der über dem Transistor 1 bei dieser Ausführungsform vorgesehen ist, gibt Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch thermische Desorptionsspektroskopie (thermal desorption spectroscopy: TDS) ab. Die Anzahl der Wasserstoffmoleküle und die Anzahl der Ammoniakmoleküle, die Quellen für Stickstoff sind, welche von dem Nitridisolierfilm 25 abgegeben werden, sind klein; daher ist die Menge an Wasserstoff und Stickstoff, die auf den Oxidhalbleiterfilm 19 des Transistors 1 übertragen werden, klein.
Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiterfilm 19 enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, um Wasser zu erzeugen, und ein Defekt wird in einem Gitter (oder einem Teil), von welchem Sauerstoff freigesetzt wird, ausgebildet. Außerdem reagiert ein Teil von Wasserstoff mit Sauerstoff, was als Ladungsträger dienende Elektronen erzeugt. Des Weiteren reagiert Stickstoff, der in dem Oxidhalbleiterfilm 19 enthalten ist, mit einem Metallelement oder Sauerstoff, was zur Erzeugung von als Ladungsträger dienende Elektronen führt. Folglich wird ein Transistor, der den Oxidhalbleiterfilm 19 beinhaltet, hochwahrscheinlich „normalerweise eingeschaltet” (normally-on). Deshalb werden Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 19 so weit wie möglich verringert, wodurch eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden kann und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften verringert werden können. Außerdem kann ein Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise ein Sperrstrom (off-state current), verringert werden.
Ein Nitridisolierfilm, der Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch thermische Desorptionsspektroskopie abgibt, ist über dem Transistor 1 bereitgestellt, wodurch die Menge an Wasserstoff und Ammoniak, die von dem Nitridisolierfilm auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen werden, klein sein kann und die Konzentration von Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 19 verringert werden kann. Des Weiteren ist der Nitridisolierfilm 25 über dem Transistor 1 bereitgestellt; deshalb kann der Eintritt von Wasser von außen in den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden. Mit anderen Worten kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, in den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften können verringert werden. Außerdem kann ein Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise ein Sperrstrom, verringert werden.
Als der Nitridisolierfilm 25 kann Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen in einer Dicke von größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 200 nm verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein „Siliziumoxynitridfilm” einen Film, der mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, bezeichnet und dass ein „Siliziumnitridoxidfilm” einen Film, der mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält, bezeichnet. Außerdem bezeichnet ein „Aluminiumoxynitridfilm” einen Film, der mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält, und ein „Aluminiumnitridoxidfilm” bezeichnet einen Film, der mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält.
Nun wird ein Verfahren zum Messen der Anzahl der abgegebenen Wasserstoffmoleküle und abgegebenen Ammoniakmoleküle unter Verwendung von thermischer Desorptionsspektroskopie (nachstehend als TDS-Analyse bezeichnet) im Folgenden beschrieben.
Die Menge an abgegebenem Gas bei der TDS-Analyse ist proportional zu einem Integralwert eines Spektrums. Deshalb kann die Menge an abgegebenem Gas aus dem Verhältnis zwischen dem Integralwert eines Spektrums eines Isolierfilms und dem Bezugswert einer Standardprobe berechnet werden. Der Bezugswert einer Standardprobe ist das Verhältnis der Dichte eines vorgegebenen, in einer Probe enthaltenen Atoms zu dem Integralwert eines Spektrums.
Zum Beispiel kann die Anzahl der aus einem Isolierfilm abgegebenen Wasserstoffmoleküle (N_H2) mit der Formel (1) unter Verwendung der Ergebnisse der TDS-Analyse eines Siliziumwafers, der Wasserstoff mit einer vorgegebenen Dichte enthält und der die Standardprobe ist, und der Ergebnisse der TDS-Analyse des Isolierfilms ermittelt werden. Hier wird angenommen, dass alle Spektren mit einer Massenzahl von 2, die durch die TDS-Analyse erhalten werden, von einem Sauerstoffmolekül stammen. Zudem wird ein Isotop eines Wasserstoffatoms mit einer Massenzahl, die von 1 unterschiedlich ist, nicht berücksichtigt, weil der Anteil eines solchen Moleküls in der Naturwelt minimal ist. [Formel 1]
N_H2 ist die Anzahl der abgegebenen Wasserstoffmoleküle. N_H2(S) ist der Wert, der durch Umrechnung der Anzahl von aus der Standardprobe desorbierten Wasserstoffmolekülen in Dichten ermittelt wird. S_H2(S) ist der Integralwert eines Spektrums, wenn die Standardprobe einer TDS-Analyse unterzogen wird. Hierbei wird der Bezugswert der Standardprobe auf N_H2(S)/S_H2(S) eingestellt. S_H2 ist der Integralwert eines Spektrums, wenn der Isolierfilm einer TDS-Analyse unterzogen wird. α ist ein Koeffizient, der die Intensität des Spektrums in der TDS-Analyse beeinflusst. Bezüglich Details der Formel 1 nehme man Bezug auf die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H6-275697 . Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Wasserstoffmoleküle, die aus dem oben beschriebenen Isolierfilm abgegeben werden, mittels EMD-WA1000S/W, einer thermischen Desorptionsspektroskopie-Einrichtung, die von ESCO Ltd. hergestellt wird, unter Verwendung eines Siliziumswafers als Standardprobe gemessen wird, der Wasserstoffatome bei 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ enthält.
Außerdem wird in der Formel 1 ein Integralwert eines Spektrums, wenn die Anzahl der aus einem Isolierfilm abgegebenen Ammoniakmoleküle durch die TDS-Analyse gemessen wird, in S_H2 eingesetzt, wodurch die Anzahl der abgegebenen Ammoniakmoleküle ermittelt werden kann.
Weitere Details des Transistors 1 werden nachstehend beschrieben.
Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Eigenschaften eines Materials und dergleichen des Substrats 11, solange das Material eine Wärmebeständigkeit aufweist, die hoch genug ist, um mindestens einer später durchgeführten Wärmebehandlung standzuhalten. Beispielsweise kann ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat oder dergleichen als das Substrat 11 verwendet werden. Alternativ kann ein Einkristall-Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium, Siliziumkarbid oder dergleichen, ein Verbund-Halbleitersubstrat aus Siliziumgermanium oder dergleichen, ein SOI-(silicon an insulator bzw. Silizium auf einem Isolator)Substrat oder dergleichen als das Substrat 11 verwendet werden. Als eine weitere Alternative kann ein beliebiges dieser Substrate, das weiter mit einem Halbleiterelement versehen ist, als das Substrat 11 verwendet werden.
Alternativ kann ein flexibles Substrat als das Substrat 11 verwendet werden, und der Transistor 1 kann direkt auf dem flexiblen Substrat angeordnet werden. Alternativ kann eine Trennschicht zwischen dem Substrat 11 und dem Transistor 1 angeordnet werden. Die Trennschicht kann verwendet werden, wenn ein Teil von oder die gesamte Halbleitervorrichtung über der Trennschicht von dem Substrat 11 getrennt wird und auf ein anderes Substrat übertragen wird. In einem solchen Fall kann der Transistor 1 auch auf ein Substrat mit niedriger Wärmebeständigkeit oder ein flexibles Substrat überführt werden.
Der Basisisolierfilm kann zwischen dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15 vorgesehen sein. Als Basisisolierfilm können ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm, ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Hafniumoxidfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm und dergleichen als Beispiele angegeben werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn ein Siliziumnitridfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Hafniumoxidfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Aluminiumoxidfilm oder dergleichen als Basisisolierfilm verwendet wird, verhindert werden kann, dass Verunreinigungen, wie z. B. ein Alkalimetall, Wasser, Wasserstoff und dergleichen, aus dem Substrat 11 in den Oxidhalbleiterfilm 19 diffundieren.
Die Gate-Elektrode 15 kann unter Verwendung eines Metallelements, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Tantal, Titan, Molybdän und Wolfram ausgewählt wird, einer Legierung, die eines dieser Metallelemente als Komponente enthält, einer Legierung, die diese Metallelemente in Kombination enthält, oder dergleichen ausgebildet werden. Ferner kann/können ein oder mehrere Metallelemente, der/die aus Mangan und Zirkonium ausgewählt werden, verwendet werden. Die Gate-Elektrode 15 kann zudem eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur aus zwei oder mehr Schichten haben. Zum Beispiel können eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Tantalnitridfilm oder einem Wolframnitridfilm gestapelt ist, und eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, angegeben werden. Alternativ kann ein Film, ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm verwendet werden, der Aluminium und ein oder mehrere Elemente enthält, die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt werden.
Die Gate-Elektrode 15 kann auch unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, wie z. B. Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, das Siliziumoxid enthält. Es ist auch möglich, eine Stapelschicht-Struktur zu verwenden, die unter Verwendung des oben genannten lichtdurchlässigen leitenden Materials und des oben genannten Metallelements ausgebildet ist.
Des Weiteren kann ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Sn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf Sn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Basis, ein Metallnitridfilm (wie z. B. ein InN-Film oder ein ZnN-Film) oder dergleichen zwischen der Gate-Elektrode 15 und dem Gate-Isolierfilm 18 angeordnet werden. Diese Filme weisen jeweils eine Austrittsarbeit von höher als oder gleich 5 eV, bevorzugt höher als oder gleich 5,5 eV auf, welche höher ist als die Elektronenaffinität eines Oxidhalbleiters. Somit kann die Schwellenspannung eines Transistors, der den Oxidhalbleiter enthält, in positiver Richtung verschoben werden. Dementsprechend kann ein Schaltelement mit so genannten „normalerweise ausgeschaltet”-Eigenschaften erhalten werden. Beispielsweise wird im Fall der Verwendung eines Oxynitridhalbleiterfilms auf In-Ga-Zn-Basis ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis verwendet, der eine höhere Stickstoffkonzentration aufweist als mindestens der Oxidhalbleiterfilm 19; insbesondere wird ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis verwendet, der eine Stickstoffkonzentration von höher als oder gleich 7 Atom-% aufweist.
Der Gate-Isolierfilm 18 kann derart ausgebildet werden, dass er eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur hat, die beispielsweise einen oder mehrere von einem Siliziumoxidfilm, einem Siliziumoxynitridfilm, einem Siliziumnitridoxidfilm, einem Siliziumnitridfilm, einem Aluminiumoxidfilm, einem Hafniumoxidfilm, einem Galliumoxidfilm und einem Metalloxidfilm auf Ga-Zn-Basis verwendet. Es sei angemerkt, dass ein Bereich in dem Gate-Isolierfilm 18, der mindestens in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 19 steht, vorzugsweise unter Verwendung eines Oxidisolierfilms ausgebildet wird, um die Eigenschaften der Grenzfläche zwischen dem Gate-Isolierfilm 18 und dem Oxidhalbleiterfilm 19 zu verbessern.
Es ist durch Bereitstellen eines Isolierfilms mit einem Blockiereffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen als der Gate-Isolierfilm 18 möglich, Diffusion von Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiterfilm 19 nach außen und den Eintritt von Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in den Oxidhalbleiterfilm 19 zu verhindern. Als Isolierfilm mit einem Blockiereffekt gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen können ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Galliumoxynitridfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Yttriumoxynitridfilm, ein Hafniumoxidfilm und ein Hafniumoxynitridfilm als Beispiele angegeben werden.
Ferner hat der Gate-Isolierfilm 18 eine Stapelschicht-Struktur, bei der ein erster Siliziumnitridfilm unter Verwendung eines Siliziumnitridfilms mit geringeren Defekten ausgebildet ist, ein zweiter Siliziumnitridfilm unter Verwendung eines Siliziumnitridfilms, der eine kleine Anzahl von Wasserstoffmolekülen und Ammoniakmolekülen wie der Nitridisolierfilm 25 abgibt, über dem ersten Siliziumnitridfilm ausgebildet ist, und ein Oxidisolierfilm über dem zweiten Siliziumnitridfilm ausgebildet ist, wodurch der Gate-Isolierfilm 18 unter Verwendung eines Gate-Isolierfilms, der geringere Defekte aufweist und eine kleine Anzahl von Wasserstoffmolekülen und Ammoniakmolekülen abgibt, ausgebildet werden kann. Folglich kann eine Übertragung von Wasserstoff und Stickstoff, die in dem Gate-Isolierfilm 18 enthalten sind, auf den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden.
Durch Verwenden eines Siliziumnitridfilms als der Gate-Isolierfilm 18 kann die folgende Wirkung erhalten werden. Der Siliziumnitridfilm weist eine höhere Dielektrizitätskonstante auf als ein Siliziumoxidfilm und braucht eine größere Dicke für eine gleichwertige Kapazität. Daher kann die physikalische Dicke des Gate-Isolierfilms erhöht werden. Dies macht es möglich, eine Abnahme der Spannungsfestigkeit des Transistors 1 zu unterdrücken und die Spannungsfestigkeit weiter zu erhöhen, wodurch Schäden durch elektrostatische Entladung an einer Halbleitervorrichtung unterdrückt werden können.
Ferner wird in dem Fall, in dem Kupfer für die Gate-Elektrode 15 verwendet wird und ein Siliziumnitridfilm als der Gate-Isolierfilm 18 in Kontakt mit der Gate-Elektrode 15 verwendet wird, als der Gate-Isolierfilm 18 ein Siliziumnitridfilm, der Ammoniakmoleküle durch Erwärmung abgibt, welche so viel wie möglich verringert sind, vorzugsweise verwendet. Deshalb kann als der Siliziumnitridfilm ein Siliziumnitridfilm, der als der Nitridisolierfilm 25 verwendet werden kann, verwendet werden. Folglich kann eine Reaktion zwischen Kupfer und Ammoniakmolekülen unterdrückt werden.
In dem Fall, in dem das Einfangniveau (trap level, auch als Grenzflächenniveau (interface level) bezeichnet) an der Grenzfläche zwischen einem Oxidhalbleiterfilm und einem Gate-Isolierfilm oder in dem Gate-Isolierfilm in einem Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, vorhanden ist, werden eine Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors, wie typischerweise eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung, und ein Anstieg des Sub-Schwellenwert-Hub (subthreshold swing) (S-Werts bzw. S value), der eine Gate-Spannung zum Ändern des Drain-Stroms um eine Größenordnung beim Einschalten des Transistors zeigt, verursacht. Somit besteht ein Problem darin, dass elektrische Eigenschaften zwischen Transistoren schwanken. Unter Verwendung eines Siliziumnitridfilms mit geringeren Defekten als Gate-Isolierfilm können deshalb eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors verringert werden.
Der Gate-Isolierfilm 18 kann unter Verwendung eines Materials mit hohem k, wie z. B. Hafniumsilikat (HfSiO_x), Hafniumsilikat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfSi_xO_yN_z), Hafniumaluminat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfAl_xO_yN_z), Hafniumoxid oder Yttriumoxid, ausgebildet werden, so dass der Gate-Leckstrom des Transistors verringert werden kann.
Die Dicke des Gate-Isolierfilms 18 ist bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 400 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 300 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 250 nm.
Der Oxidhalbleiterfilm 19 enthält vorzugsweise mindestens Indium (In) oder Zink (Zn). Alternativ enthält der Oxidhalbleiterfilm 19 vorzugsweise sowohl In als auch Zn. Um Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors, der den Oxidhalbleiterfilm 19 beinhaltet, zu verringern, enthält vorzugsweise der Oxidhalbleiterfilm 19 einen oder mehrere Stabilisatoren zusätzlich zu In oder Zn.
Als Stabilisator können Gallium (Ga), Zinn (Sn), Hafnium (Hf), Aluminium (Al), Zirkonium (Zr), und dergleichen vorgegeben werden. Als weiterer Stabilisator können Lanthanoide, wie z. B. 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), Lutetium (Lu) und dergleichen, vorgegeben werden.
Als Oxidhalbleiter kann beispielsweise Folgendes verwendet werden: Indiumoxid; Zinnoxid; Zinkoxid; ein zwei Komponenten enthaltendes Metalloxid, wie z. B. ein Metalloxid auf In-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Zn-Mg-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Mg-Basis, ein Metalloxid auf In-Mg-Basis, ein Metalloxid auf In-Ga-Basis oder ein Metalloxid auf In-W-Basis; ein drei Komponenten enthaltendes Metalloxid, wie z. B. ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis (auch als IGZO bezeichnet), ein Metalloxid auf In-Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Ga-Zn-Basis, an Metalloxid auf Al-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Hf-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-La-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Ce-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Pr-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Nd-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sm-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Eu-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Gd-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Tb-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Dy-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Ho-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Er-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Tm-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Yb-Zn-Basis oder ein Metalloxid auf In-Lu-Zn-Basis; oder ein vier Komponenten enthaltendes Metalloxid, wie z. B. ein Metalloxid auf In-Sn-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Hf-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Al-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Hf-Zn-Basis oder ein Metalloxid auf In-Hf-Al-Zn-Basis.
Es sei angemerkt, dass beispielsweise ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis ein Oxid kennzeichnet, welches In, Ga und Zn als Hauptkomponenten enthält, und dass es keine besondere Beschränkung bezüglich des Verhältnisses von In, Ga und Zn gibt. Das Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis kann ein Metallelement, das sich von In, Ga und Zn unterscheidet, enthalten.
Alternativ kann ein Material, das durch InMO₃(ZnO)_m (m > 0, wobei m keine ganze Zahl ist) dargestellt wird, als der Oxidhalbleiter verwendet werden. Es sei angemerkt, dass M ein oder mehrere Metallelemente darstellt, die aus Ga, Fe, Mn und Co ausgewählt werden. Alternativ kann als Oxidhalbleiter ein Material, das durch In₂SnO₅(ZnO)_n (n > 0, wobei n eine ganze Zahl ist) dargestellt wird, verwendet werden.
Es ist möglich, zum Beispiel ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis, das In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), 2:2:1 (= 2/5:2/5:1/5) oder 3:1:2 (= 1/2:1/6:1/3) enthält, oder jedes Oxid, dessen Zusammmensetzung in der Nachbarschaft einer der obigen Zusammensetzungen liegt, zu verwenden. Alternativ kann ein Metalloxid auf In-Sn-Zn-Basis, das In, Sn und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), 2:1:3 (= 1/3:1/6:1/2) oder 2:1:5 (= 1/4:1/8:5/8) enthält, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass ein Anteil jedes Atoms in dem Atomverhältnis des Metalloxides im Fehlerbereich von ±20% schwankt.
Die Zusammensetzung ist jedoch nicht auf diejenigen, die oben beschrieben worden sind, beschränkt, und in Abhängigkeit von den benötigten Halbleitereigenschaften und elektrischen Eigenschaften (z. B. Feldeffektmobilität, Schwellenspannung und Schwankungen) kann ein Material mit der geeigneten Zusammensetzung verwendet werden. Um benötigte Halbleitereigenschaften zu erhalten, ist bevorzugt, dass die Ladungsträgerdichte, die Verunreinigungskonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis eines Metallelements zu Sauerstoff, der Atomabstand, die Dichte und dergleichen auf geeignete Werte eingestellt werden.
Zum Beispiel kann eine hohe Mobilität relativ leicht im Fall der Verwendung des Metalloxides auf In-Sn-Zn-Basis erreicht werden. Doch kann auch in dem Fall, in dem das Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis verwendet wird, die Mobilität durch ein Verringern der Defektdichte in der Masse (bulk) gesteigert werden.
Es sei angemerkt, dass die Energielücke eines Metalloxides, das den Oxidhalbleiterfilm 19 ausbilden kann, 2 eV oder mehr, bevorzugt 2,5 eV oder mehr, stärker bevorzugt 3 eV oder mehr ist. Auf diese Weise kann der Sperrstrom eines Transistors verringert werden, indem ein Oxidhalbleiter mit einer großen Energielücke verwendet wird.
Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 19 eine amorphe Struktur, eine Einkristall-Struktur oder eine polykristalline Struktur aufweisen kann.
Als der Oxidhalbleiterfilm 19 kann ein bezüglich der c-Achse ausgerichteter kristalliner Oxidhalbleiterfilm (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor film, auch als CAAC-OS-Film bezeichnet) mit Kristallbereichen verwendet werden.
Der CAAC-OS-Film ist einer von Oxidhalbleiterfilmen, die eine Vielzahl von Kristallbereichen enthalten, und die meisten der Kristallbereiche passen jeweils in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 100 nm. Deswegen gibt es einen Fall, in dem ein Kristallbereich in dem CAAC-OS-Film in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder weniger als 3 nm passt. Die Dichte der Defektzustände des CAAC-OS-Films ist niedriger als diejenige des mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilms. Der CAAC-OS-Film wird nachstehend ausführlich beschrieben.
In einem Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild des CAAC-OS-Films wird eine Grenze zwischen Kristallbereichen, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenmobilität wegen der Korngrenze auftritt.
Laut des TEM-Bildes des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist, beobachtet wird (Querschnitts-TEM-Bild, cross-sectional TEM image), sind Metallatome in einer geschichteten Weise in den Kristallbereichen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die durch die Form einer Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (eine Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist, wird nachstehend als Ausbildungsoberfläche bezeichnet), oder die Form einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films widergespiegelt wird, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
Andererseits sind laut des TEM-Bildes des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Probenoberfläche ist, beobachtet wird (Flächen-TEM-Bild, plan TEM image), Metallatome in einer dreieckigen oder hexagonalen Konfiguration in den Kristallbereichen angeordnet. Zwischen unterschiedlichen Kristallbereichen gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung der Metallatome.
Aus den Ergebnissen des Querschnitts-TEM-Bildes und des Flächen-TEM-Bildes wird eine Ausrichtung in den Kristallbereichen in dem CAAC-OS-Film gefunden.
Ein CAAC-OS-Film wird einer Strukturanalyse mittels eines Röntgenbeugungs-(X-ray diffraction, XRD-)Geräts unterzogen. Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film, der einen InGaZnO₄-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, erscheint oft ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von zirka 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ist, ausgerichtet sind.
Andererseits erscheint dann, wenn der CAAC-OS-Film durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method) analysiert wird, bei dem ein Röntgenstrahl in eine Probe in einer Richtung eintritt, die im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse ist, oft ein Peak bei 2θ von zirka 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (ϕ-Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird. In dem Fall, in dem die Probe ein Einkristall-Oxidhalbleiterfilm aus InGaZnO₄ ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallebenen, die der (110)-Ebene gleich sind. Dagegen wird im Fall eines CAAC-OS-Films ein Peak nicht deutlich beobachtet, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird.
Nach den obigen Ergebnissen sind in dem CAAC-OS-Film mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse die c-Achsen in einer Richtung, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist, ausgerichtet, während die Richtungen von a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallbereichen verschieden sind. Jede Metallatomlage, die im Querschnitts-TEM-Bild als in einer geschichteten Weise angeordnet beobachtet wird, entspricht daher einer Ebene, die parallel zur a-b-Ebene des Kristalls ist.
Es sei angemerkt, dass der Kristallbereich gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films gebildet wird oder durch eine Kristallisierungsbehandlung, wie z. B. eine Wärmebehandlung, gebildet wird. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ist, ausgerichtet. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem eine Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen verändert wird, die c-Achse nicht immer parallel zu dem Normalenvektor der Ausbildungsoberfläche oder dem Normalenvektor der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films sein.
Ferner ist der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film nicht notwendigerweise gleichmäßig. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden des CAAC-OS-Films von der Nachbarschaft der nach oben weisenden Oberfläche des Films aus beginnt, der Grad der Kristallinität in der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche unter Umständen höher als derjenige in der Nähe der Ausbildungsoberfläche. Ferner wird bei einem Fremdstoffzusatz zu dem CAAC-OS-Film die Kristallinität in einem Bereich, dem der Fremdstoff zugesetzt wird, verändert, und der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film variiert in Abhängigkeit vom Ort.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn der einen InGaZnO₄-Kristall enthaltende CAAC-OS-Film durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, auch ein Peak bei 2θ von zirka 36° zusätzlich zu dem Peak bei 2θ von zirka 31° beobachtet werden kann. Der Peak bei 2θ von zirka 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es ist bevorzugt, dass in dem CAAC-OS-Film ein Peak bei 2θ von zirka 31° erscheint und kein Peak bei 2θ von zirka 36° erscheint.
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.
Alternativ kann der Oxidhalbleiterfilm 19 eine Stapelschicht-Struktur haben, bei der eine Vielzahl von Oxidhalbleiterfilmen gestapelt ist. Beispielsweise kann der Oxidhalbleiterfilm 19 eine Stapelschicht-Struktur aus einem ersten Oxidhalbleiterfilm und einem zweiten Oxidhalbleiterfilm aufweisen, welche unter Verwendung von Metalloxiden mit verschiedenen Zusammensetzungen ausgebildet sind. Alternativ kann beispielsweise der erste Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines von einem zwei Komponenten enthaltenden Metalloxid, einem drei Komponenten enthaltenden Metalloxid und einem vier Komponenten enthaltenden Metalloxid ausgebildet sein, während der zweite Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines dieser Oxide, das sich von dem Oxid des ersten Oxidhalbleiterfilms unterscheidet, ausgebildet sein kann.
Ferner können die Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms und des zweiten Oxidhalbleiterfilms gleich sein, während sich die Zusammensetzungen der Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms und des zweiten Oxidhalbleiterfilms voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann der erste Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 3:1:2 enthalten, und der zweite Oxidhalbleiterfilm kann In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 enthalten. Alternativ kann der erste Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 2:1:3 enthalten, und der zweite Oxidhalbleiterfilm kann In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthalten. Es sei angemerkt, dass ein Anteil jedes Atoms in dem Atomverhältnis des Oxidhalbleiterfilms im Fehlerbereich von ±20% schwankt.
In diesem Fall enthält einer aus dem ersten Oxidhalbleiterfilm und dem zweite Oxidhalbleiterfilm, der näher an der Gate-Elektrode (auf der Kanalseite) liegt, In und Ga vorzugsweise in einem Verhältnis von In > Ga. Der andere Oxidhalbleiterfilm, der weiter entfernt von der Gate-Elektrode (auf der Kanalrückseite) liegt, enthält vorzugsweise In und Ga in einem Verhältnis von In ≤ Ga.
Ferner kann der Oxidhalbleiterfilm 19 eine dreischichtige Struktur aus einem ersten Oxidhalbleiterfilm, einem zweiten Oxidhalbleiterfilm und einem dritten Oxidhalbleiterfilm aufweisen, bei der die Bestandteile gleich sein können, während die Zusammensetzungen der Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms, des zweiten Oxidhalbleiterfilms und des dritten Oxidhalbleiterfilms unterschiedlich sind. Beispielsweise kann der erste Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthalten, der zweite Oxidhalbleiterfilm kann In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 3:1:2 enthalten, und der dritte Oxidhalbleiterfilm kann In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 enthalten.
Im Vergleich zu einem Oxidhalbleiterfilm, der mehr In als Ga und Zn in einem Atomverhältnis enthält, typischerweise dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, und einem Oxidhalbleiterfilm, der Ga, Zn und In in dem gleichen Atomverhältnis enthält, typischerweise dem dritten Oxidhalbleiterfilm, hat ein Oxidhalbleiterfilm, der weniger In als Ga und Zn in einem Atomverhältnis enthält, typischerweise der erste Oxidhalbleiterfilm, der In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthält, wenige Sauerstofffehlstellen, und kann folglich eine Zunahme der Ladungsträgerdichte unterdrücken. Ferner ist wahrscheinlich, dass der zweite Oxidhalbleiterfilm zu einem CAAC-OS-Film wird, wenn der erste Oxidhalbleiterfilm, der In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthält, eine amorphe Struktur hat.
Da die Bestandsteile des ersten Oxidhalbleiterfilms, des zweiten Oxidhalbleiterfilms und des dritten Oxidhalbleiterfilms gleich sind, hat der erste Oxidhalbleiterfilm weniger Einfangniveaus an der Grenzfläche zu dem zweiten Oxidhalbleiterfilm. Deshalb kann dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 19 die obige Struktur hat, der Betrag der Schwankungen der Schwellenspannung des Transistors infolge einer Veränderung über die Zeit oder einem BT-Fotobelastungstest (BT photostress test) verringert werden.
In einem Oxidhalbleiter trägt das s-Orbital von Schwermetall hauptsächlich zum Ladungsträgertransport bei, und wenn der In-Gehalt in dem Oxidhalbleiter erhöht wird, ist eine Zunahme der Überlappung der s-Orbitale hochwahrscheinlich. Somit weist ein Oxid, das In und Ga in einem Verhältnis von In > Ga enthält, eine höhere Ladungsträgermobilität auf als ein Oxid, das In und Ga in einem Verhältnis von In ≤ Ga enthält. Außerdem ist in Ga die Bildungsenergie für eine Sauerstofffehlstelle höher als in In, und deshalb ist weniger wahrscheinlich als in In, dass eine Sauerstofffehlstelle erzeugt wird. Folglich weist das Oxid, das In und Ga in einem Verhältnis von In ≤ Ga enthält, stabilere Eigenschaften auf als das Oxid, das In und Ga in einem Verhältnis von In > Ga enthält.
Ein Oxidhalbleiter, der In und Ga in einem Verhältnis von In > Ga enthält, wird auf der Kanalseite verwendet, und ein Oxidhalbleiter, der In und Ga in einem Verhältnis von In ≤ Ga enthält, wird auf der Kanalrückseite verwendet, so dass die Feldeffektmobilität und die Zuverlässigkeit des Transistors weiter verbessert werden können.
Zudem können der erste Oxidhalbleiterfilm, der zweite Oxidhalbleiterfilm und der dritte Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung von Oxidhalbleitern mit verschiedenen Kristallinitäten ausgebildet sein. Mit anderen Worten: diese Oxidhalbleiterfilme können nach Bedarf mit jedem beliebigen eines Einkristall-Oxidhalbleiters, eines polykristallinen Oxidhalbleiters, eines amorphen Oxidhalbleiters und eines CAAC-OS ausgebildet sein. Wird ein amorpher Oxidhalbleiter als der erste Oxidhalbleiterfilm oder als der zweite Oxidhalbleiterfilm verwendet, wird eine innere Spannung oder eine äußere Spannung des Oxidhalbleiterfilms 19 verringert, Schwankungen der Eigenschaften des Transistors werden verringert und die Zuverlässigkeit des Transistors kann weiter verbessert werden.
Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 19 ist bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 30 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, sogar noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 20 nm.
Die Konzentration von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen in dem Oxidhalbleiterfilm 19, ermittelt durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), ist bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁶ Atome/cm³. Das liegt daran, dass dann, wenn Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle an einen Oxidhalbleiter gebunden werden, einige der Alkalimetalle oder der Erdalkalimetalle Ladungsträger erzeugen, so dass der Sperrstrom des Transistors ansteigt.
In dem Oxidhalbleiterfilm 19 ist die Wasserstoffkonzentration, ermittelt durch Sekundärionen-Massenspektrometrie, bevorzugt niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³, sogar noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³.
Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiterfilm 19 enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, um Wasser zu erzeugen, und ein Defekt wird in einem Gitter (oder einem Teil), von welchem Sauerstoff freigesetzt wird, ausgebildet. Außerdem bewirkt eine Bindung zwischen einem Teil von Wasserstoff und Sauerstoff Erzeugung von als Ladungsträger dienenden Elektronen. Folglich werden die wasserstoffhaltigen Verunreinigungen so viel wie möglich in dem Schritt zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms verringert, wodurch die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm reduziert werden kann. Daher wird ein Oxidhalbleiterfilm, von dem Wasserstoff so weit wie möglich entfernt worden ist, für einen Kanalbildungsbereich verwendet, wodurch eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden kann und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften verringert werden können. Außerdem kann ein Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise ein Sperrstrom, verringert werden.
Darüber hinaus wird die Stickstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 19 auf niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ eingestellt, wodurch eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden kann und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften verringert werden können.
Verschiedene Experimente können den niedrigen Sperrstrom eines Transistors beweisen, der einen hochreinen Oxidhalbleiterfilm, von dem Wasserstoff so weit wie möglich entfernt worden ist, für einen Kanalbildungsbereich beinhaltet. Auch wenn zum Beispiel ein Element eine Kanalbreite von 1 × 10⁶ μm und eine Kanallänge von 10 μm aufweist, kann der Sperrstrom niedriger als oder gleich dem Messgrenzwert eines Halbleiterparameteranalysators sein, das heißt niedriger als oder gleich 1 × 10^–13 A bei einer Spannung (Drain-Spannung) zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode von 1 V bis 10 V. In diesem Fall ist festzustellen, dass der Sperrstrom 100 zA/μm oder weniger beträgt. Außerdem wurde der Sperrstrom unter Verwendung einer Schaltung gemessen, bei der ein Kondensator und ein Transistor miteinander verbunden sind und die Ladung, die zu dem Kondensator hin oder von dem Kondensator weg fließt, durch den Transistor gesteuert wird. Bei der Messung wurde ein gereinigter Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbildungsbereich des Transistors verwendet, und der Sperrstrom des Transistors wurde aus einer Veränderung der Menge der Ladung des Kondensators pro Einheitszeit gemessen. Im Ergebnis findet man, dass in dem Fall, in dem die Spannung zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 3 V ist, ein niedrigerer Sperrstrom von mehreren Zehn Yoktoampere pro Mikrometer (yA/μm) erhalten werden kann. Demzufolge weist der Transistor, der den hochreinen Oxidhalbleiterfilm für den Kanalbildungsbereich beinhaltet, einen sehr niedrigen Sperrstrom auf.
Das Paar von Elektroden 21 wird derart ausgebildet, dass es eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur hat, die als leitendes Material eines von Metallen, wie z. B. Aluminium, Titan, Chrom, Nickel, Kupfer, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Silber, Tantal und Wolfram, oder eine Legierung, die eines dieser Metalle als ihre Hauptkomponente enthält, enthält. Beispielsweise können eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm gestapelt ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Wolframfilm gestapelt ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Kupfer-Magnesium-Aluminium-Legierungsfilm ausgebildet ist; eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm und ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind; und eine dreischichtige Struktur, bei der ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm und ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, angegeben werden. Es sei angemerkt, dass ein durchsichtiges leitendes Material, das Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid enthält, verwendet werden kann.
Obwohl das Paar von Elektroden 21 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Isolierfilm 23 bei dieser Ausführungsform bereitgestellt ist, kann das Paar von Elektroden 21 zwischen dem Gate-Isolierfilm 18 und dem Oxidhableiterfilm 19 bereitgestellt sein.
Um die Eigenschaften der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 23 und dem Oxidhalbleiterfilm 19 zu verbessern, wird ein Oxidisolierfilm vorzugsweise als der Isolierfilm 23 verwendet. Als der Isolierfilm 23 kann Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid, Metalloxid auf Ga-Zn-Basis oder dergleichen in einer Dicke von größer als oder gleich 150 nm und kleiner als oder gleich 400 nm verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 1 in 1A und 1B mit Bezug auf 2A bis 2C beschrieben.
Wie in 2A dargestellt, wird die Gate-Elektrode 15 über dem Substrat 11 ausgebildet, und der Gate-Isolierfilm 18 wird über der Gate-Elektrode 15 ausgebildet.
Ein Verfahren zum Ausbilden der Gate-Elektrode 15 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein leitender Film durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet, und eine Maske wird dann durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet. Dann wird ein Teil des leitenden Films unter Verwendung der Maske geätzt, um die Gate-Elektrode 15 auszubilden. Danach wird die Maske entfernt.
Es sei angemerkt, dass statt des oben genannten Ausbildungsverfahrens die Gate-Elektrode 15 durch ein elektrolytisches Plattierungsverfahren (electrolytic plating method), ein Druckverfahren, ein Tintenstrahlverfahren oder dergleichen ausgebildet werden kann.
Ein 100 nm dicker Wolframfilm wird hier durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Als Nächstes wird eine Maske durch einen Fotolithografieprozess ausgebildet, und der Wolframfilm wird einem Trockenätzen unter Verwendung der Maske unterzogen, um die Gate-Elektrode 15 auszubilden.
Der Gate-Isolierfilm 18 wird durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet.
In dem Fall, in dem der Gate-Isolierfilm 18 unter Verwendung eines Siliziumoxidfilms oder eines Siliziumoxynitridfilms ausgebildet wird, werden vorzugsweise ein Silizium enthaltendes Abscheidungsgas und ein Oxidationsgas als Quellengas verwendet. Als typische Beispiele für das Silizium enthaltende Abscheidungsgas können Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid angegeben werden. Als Oxidationsgas können Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dergleichen als Beispiele angegeben werden.
In dem Fall, in dem ferner eine Stapelschicht-Struktur aus einem Siliziumnitridfilm und einem Oxidisolierfilm als der Gate-Isolierfilm 18 ausgebildet wird, wird der Siliziumnitridfilm bevorzugt durch ein Zwei-Schritt-Ausbildungsverfahren gestapelt. Zunächst wird ein erster Siliziumnitridfilm mit geringen Defekten durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet, bei dem ein Gemischgas von Silan, Stickstoff und Ammoniak als Quellengas verwendet wird. Dann wird ein Quellengas mit einem Durchflussverhältnis verwendet, das demjenigen eines Quellengases, das für den später zu beschreibenden Nitridisolierfilm 25 verwendet wird, ähnlich ist, wodurch ein Siliziumnitridfilm, der eine kleine Anzahl der Wasserstoffmoleküle und Ammoniakmoleküle abgibt, als der zweite Siliziumnitridfilm ausgebildet werden kann. Durch ein derartiges Ausbildungsverfahren kann ein Siliziumnitridfilm, der geringe Defekte hat und eine kleine Anzahl der Wasserstoffmoleküle und Ammoniakmoleküle abgibt, als der Gate-Isolierfilm 18 ausgebildet werden.
Außerdem kann in dem Fall, in dem ein Galliumoxidfilm als der Gate-Isolierfilm 18 ausgebildet wird, ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD-)Verfahren benutzt werden.
Hier wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren der Gate-Isolierfilm 18 ausgebildet, in dem der 300 nm dicke erste Siliziumnitridfilm, der 50 nm dicke zweite Siliziumnitridfilm und der 50 nm dicke Siliziumoxynitridfilm gestapelt sind.
Wie in 2B dargestellt, wird als Nächstes ein Oxidhalbleiterfilm 19 über dem Gate-Isolierfilm 18 ausgebildet.
Ein Ausbildungsverfahren des Oxidhalbleiterfilms 19 wird nachstehend beschrieben. Ein Oxidhalbleiterfilm wird über dem Gate-Isolierfilm 18 durch ein Sputterverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Laserstrahlverdampfungsverfahren, ein Laserabtragungsverfahren oder dergleichen ausgebildet. Nachdem eine Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet worden ist, wird dann der Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung der Maske teilweise geätzt. Auf diese Weise wird wie in 2B der Oxidhalbleiterfilm 19, der über dem Gate-Isolierfilm 18 liegt und einer Elementtrennung unterzogen wird, um teilweise mit der Gate-Elektrode 15 zu überlappen, ausgebildet. Danach wird die Maske entfernt.
Alternativ kann unter Verwendung eines Druckverfahrens zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 19 der Oxidhalbleiterfilm 19, der einer Elementtrennung unterzogen worden ist, direkt ausgebildet werden.
In dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, kann angemessen eine Leistungsversorgungsvorrichtung zum Erzeugen von Plasma eine HF-Leistungsversorgungsvorrichtung, eine Wechselstromversorgungsvorrichtung, eine Gleichstromversorgungsvorrichtung oder dergleichen sein.
Als Sputtergas wird angemessen ein Edelgas (typischerweise Argon), ein Sauerstoffgas oder ein Gemischgas von einem Edelgas und Sauerstoff verwendet. Im Fall der Verwendung des Gemischgases von einem Edelgas und Sauerstoff ist der Anteil an Sauerstoff vorzugsweise höher als derjenige eines Edelgases.
Zusätzlich kann ein Target gemäß der Zusammensetzung des auszubildenden Oxidhalbleiterfilms angemessen ausgewählt werden.
In dem Fall, in dem beispielsweise der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 750°C, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 350°C ausgebildet wird, kann der Oxidhalbleiterfilm ein CAAC-OS-Film sein.
Beispielsweise wird ein CAAC-OS-Film durch ein Sputterverfahren mit einem polykristallinen Oxidhalbleiter-Sputtertarget ausgebildet. Wenn Ionen mit dem Sputtertarget kollidieren, könnte ein im Sputtertarget enthaltener Kristallbereich vom Target entlang einer a-b-Ebene abgetrennt werden. Mit anderen Worten: ein gesputtertes Teilchen mit einer Ebene, die parallel zur a-b-Ebene ist (ebenes plattenförmiges gesputtertes Teilchen oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen), könnte vom Sputtertarget abgetrennt werden. In diesem Fall erreicht das ebene plattenförmige gesputterte Teilchen unter Bewahrung seines Kristallzustandes ein Substrat, wodurch der CAAC-OS-Film abgeschieden werden kann.
Für die Abscheidung des CAAC-OS-Films finden vorzugsweise die folgenden Bedingungen Anwendung.
Durch Unterdrücken der Anzahl der Verunreinigungen, die in den CAAC-OS-Film während der Abscheidung eintreten, kann es verhindert werden, dass der Kristallzustand durch die Verunreinigungen verdorben wird. Beispielsweise ist eine Verringerung der in der Abscheidungskammer vorhandenen Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff) bevorzugt. Außerdem kann die Konzentration der Verunreinigungen in einem Abscheidungsgas verringert werden. Insbesondere wird ein Abscheidungsgas verwendet, dessen Taupunkt niedriger als oder gleich –80°C, bevorzugt niedriger als oder gleich –100°C ist.
Durch Erhöhen der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung tritt wahrscheinlich eine Wanderung eines gesputterten Teilchens auf, nachdem das gesputterte Teilchen eine Oberfläche eines Substrats erreicht hat. Konkret gesagt ist die Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich die untere Entspannungsgrenze des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 500°C. Durch Erhöhen 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 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 höher als oder gleich 30 Vol.-%, bevorzugt 100 Vol.-%.
Als Beispiel für das Sputtertarget wird nachstehend ein Target aus einem Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis beschrieben.
Das Target aus einem Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis, das polykristallin ist, wird durch Mischen von InO_x-Pulver, GaO_y-Pulver und ZnO_z-Pulver in einem vorbestimmten Molverhältnis, Ausüben von Druck und Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 1000°C und niedriger als oder gleich 1500°C geschaffen. Es sei angemerkt, dass X, Y und Z jeweils eine vorgegebene positive Zahl sind. Hier beträgt das vorbestimmte Molverhältnis von InO_x-Pulver zu GaO_y-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 nach Bedarf in Abhängigkeit vom gewünschten Sputtertarget bestimmt werden.
Nachdem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet worden ist, kann weiterhin eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, so dass der Oxidhalbleiterfilm einer Deyhdratisierung oder einer Dehydrierung unterzogen wird. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze (strain point) des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
Die Wärmebehandlung wird in einer Inertgasatmosphäre, die Stickstoff oder ein Edelgas wie z. B. Helium, Neon, Argon, Xenon oder Krypton enthält, durchgeführt. Alternativ kann die Wärmebehandlung zuerst in einer Inertgasatmosphäre und dann in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, dass die obige Inertgasatmosphäre und die obige Sauerstoffatmosphäre Wasserstoff, Wasser und dergleichen nicht enthalten. Die Zeitdauer für die Behandlung beträgt 3 Minuten bis 24 Stunden.
Ein Elektroofen, eine RTA-Vorrichtung oder dergleichen kann für die Wärmebehandlung verwendet werden. Unter Verwendung einer RTA-Vorrichtung kann die Wärmebehandlung auch bei einer Temperatur, die höher als oder gleich der unteren Entspannungsgrenze des Substrats ist, durchgeführt werden, wenn die Erwärmungszeit kurz ist. Deshalb kann die Zeitdauer für die Wärmebehandlung verkürzt werden.
Durch die Wärmebehandlung nach dem Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms kann die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³ sein.
Hier wird ein 35 nm dicker Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet, eine Maske wird über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet und dann wird ein Teil des Oxidhalbleiterfilms selektiv geätzt. Als Nächstes wird nach dem Entfernen der Maske eine Wärmebehandlung in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt, so dass der Oxidhalbleiterfilm 19 ausgebildet wird.
Als Nächstes wird wie in 2C das Paar von Elektroden 21 ausgebildet.
Ein Verfahren zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird ein leitender Film durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet. Eine Maske wird dann durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet. Danach wird der leitende Film unter Verwendung der Maske geätzt, um das Paar von Elektroden 21 auszubilden. Danach wird die Maske entfernt.
Hier werden ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm durch ein Sputterverfahren sequenziell gestapelt. Als Nächstes wird eine Maske durch einen Fotolithografieprozess über dem Titanfilm ausgebildet, und der Wolframfilm, der Aluminiumfilm und der Titanfilm werden einem Trockenätzen unter Verwendung der Maske unterzogen, um das Paar von Elektroden 21 auszubilden.
Es sei angemerkt, dass eine Wärmebehandlung durchgeführt werden kann, nachdem das Paar von Elektroden 21 ausgebildet worden ist. Diese Wärmebehandlung kann in einer Weise durchgeführt werden, die derjenigen der Wärmebehandlung ähnlich ist, die nach dem Ausbilden des Oxidhalbleiterfilm 19 durchgeführt wird.
Nachdem das Paar von Elektroden 21 ausgebildet worden ist, wird eine Reinigungsbehandlung bevorzugt durchgeführt, um einen Ätzrückstand zu entfernen. Durch diese Reinigungsbehandlung kann ein Kurzschluss des Paars von Elektroden 21 unterdrückt werden. Die Reinigungsbehandlung kann unter Verwendung einer alkalischen Lösung, wie z. B. einer Tetramethylammoniumhydroxid-(TMAH-)Lösung; einer säurehaltigen Lösung, wie z. B. einer Flusssäurelösung oder einer Oxalsäurelösung; oder Wassers durchgeführt werden.
Als Nächstes wird der Isolierfilm 23 über dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Paar von Elektroden 21 ausgebildet. Der Isolierfilm 23 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Als der Isolierfilm 23 wird hier ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet.
Als Nächstes kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze (strain point) des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C. Durch die Wärmebehandlung kann Wasser, Wasserstoff und dergleichen, die in dem Isolierfilm 23 enthalten sind, abgegeben werden.
Die Wärmebehandlung wird hier eine Stunde lang bei 350°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
Als Nächstes wird der Niridisolierfilm 25 über dem Isolierfilm 23 ausgebildet. Der Niridisolierfilm 25 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Vefahren oder dergleichen ausgebildet werden.
In dem Fall, in dem ein Siliziumnitridfilm durch das Plasma-CVD-Verfahren als der Nitridisolierfilm 25 ausgebildet wird, werden ein Abscheidungsgas, das Silizium, Stickstoff und Ammoniak enthält, als Quellengas verwendet. Als Quellengas wird eine kleine Menge an Ammoniak im Vergleich zu der Menge an Stickstoff verwendet, wodurch Ammoniak in dem Plasma dissoziiert wird und aktivierte Spezies erzeugt werden. Die aktivierten Spezies spalten eine Bindung zwischen Silizium und Wasserstoff, die in einem Silizium enthaltenden Abscheidungsgas enthalten sind, und eine Dreifachbindung zwischen Stickstoffmolekülen. Als Ergebnis kann ein dichter Siliziumnitridfilm ausgebildet werden, der geringe Defekte aufweist, in dem eine Bindung zwischen Silizium und Stickstoff gefördert wird und in dem die Anzahl der Bindungen zwischen Silizium und Wasserstoff klein ist. Andererseits werden dann, wenn die Menge an Ammoniak im Verhältnis zu Stickstoff in einem Quellengas groß ist, die Spaltung eines Silizium enthaltenden Abscheidungsgases und die Spaltung von Stickstoff nicht gefördert, so dass ein undichter bzw. zerstreuter Siliziumnitridfilm ausgebildet wird, in dem eine Bindung zwischen Silizium und Wasserstoff verbleibt und Defekte zugenommen haben. Deshalb wird bei einem Quellengas das Verhältnis der Durchflussmenge vom Stickstoff zum Ammoniak auf größer als oder gleich 5 und kleiner als oder gleich 50, bevorzugt größer als oder gleich 10 und kleiner als oder gleich 50 eingestellt.
Hier wird der 50 nm dicke Siliziumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren in einer Reaktionskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung ausgebildet, wobei Silan mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 100 sccm als Quellengas verwendet werden, der Druck in der Behandlungskammer 200 Pa ist, die Substrattemperatur 220°C ist und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W mittels einer Hochfrequenzleistungsversorgung von 27,12 MHz zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Plasma-CVD-Vorrichtung eine Parallel-Platten-Plasma-CVD-Vorrichtung ist, bei der die Elektrodenfläche 6000 cm² ist und bei der die Leistung pro Flächeneinheit (Leistungsdichte), in die die zugeführte Leistung umgewandelt ist, 1,7 × 10^–1 Wcm² ist.
Durch die vorgegebenen Schritte kann ein Schutzfilm 26, der den Isolierfilm 23 und Nitridisolierfilm 25 umfasst, welcher die kleine Menge an Wasserstoffmolekülen und Ammoniakmolekülen abgibt, ausgebildet werden.
Als Nächstes kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze (strain point) des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
Durch die vorgegebenen Schritte kann ein Nitridisolierfilm, der die kleine Menge an Wasserstoffmolekülen und Ammoniakmolekülen abgibt, über einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, ausgebildet werden. Des Weiteren kann ein Transistor mit verbesserter Zuverlässigkeit, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt wird, hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Transistor mit einer anderen Struktur als diejenige bei der Ausführungsform 1 anhand von 3A und 3B beschrieben. Ein Transistor 3 bei dieser Ausführungsform ist ein Transistor mit einem oben liegenden Gate (top-gate transistor), welcher von den Transistoren bei der Ausführungsform 1 verschieden ist.
3A und 3B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht des Transistors 3. 3A ist eine Draufsicht des Transistors 3, und 3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A-B in 3A. Es sei angemerkt, dass in 3A ein Substrat 31, ein Basisisolierfilm 33, einige Bestandteile des Transistors 3 (z. B. ein Isolierfilm 37 und ein Nitridisolierfilm 39) und dergleichen der Einfachheit halber ausgelassen sind.
Der Transistor 3 in 3A und 3B beinhaltet einen Oxidhalbleiterfilm 34 über dem Basisisolierfilm 33, ein Paar Elektroden 35 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 34, einen Gate-Isolierfilm 40 in Kontakt mit dem Basisisolierfilm 33, dem Oxidhalbleiterfilm 34 und dem Paar Elektroden 35, und eine Gate-Elektrode 41, die mit dem Oxidhalbleiterfilm 34 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 40 dazwischen liegt.
Der Gate-Isolierfilm 40 in dem Transistor 3 bei dieser Ausführungsform umfasst einen Isolierfilm 37 und einen Nitridisolierfilm 39. Als der Isolierfilm 37 wird der Oxidisolierfilm, der als der Gate-Isolierfilm 18 bei der Ausführungsform 1 verwendet wird, angemessen verwendet, wodurch der Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 34 und dem Gate-Isolierfilm 40 verringert werden kann. Als der Nitridisolierfilm 39 kann ein Nitridisolierfilm wie der Nitridisolierfilm 25 bei der Ausführungsform 1 verwendet werden, welcher Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch thermische Desorptionsspektroskopie abgibt. Die Anzahl der Wasserstoffmoleküle und die Anzahl der Ammoniakmoleküle, die von dem Nitridisolierfilm 39 abgegeben werden, sind klein; daher ist die Menge an Wasserstoff und Stickstoff, die auf den Oxidhalbleiterfilm 34 in dem Transistor 3 übertragen werden, klein.
Als Ergebnis ist in dem Transistor 3 die Menge an Wasserstoff und Stickstoff, die von dem Gate-Isolierfilm 40 auf den Oxidhalbleiterfilm 34 übertragen werden, klein, und die Konzentration von Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 34 kann verringert werden. Des Weiteren ist der Nitridisolierfilm 39 in dem Gate-Isolierfilm des Transistors 3 enthalten, wodurch der Eintritt von Wasser von außen in den Oxidhalbleiterfilm 34 unterdrückt werden kann. Mit anderen Worten kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, in den Oxidhalbleiterfilm 34 unterdrückt werden. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften können verringert werden. Außerdem kann ein Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise ein Sperrstrom, verringert werden.
Weitere Details des Transistors 3 werden nachstehend beschrieben.
Als das Substrat 31 kann ein Substrat, das als Beispiel für das Substrat 11 bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, angemessen verwendet werden.
Als der Basisisolierfilm 33 wird ein Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, vorzugsweise verwendet. Der Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, kann durch eine Wärmebehandlung Sauerstoff in einen Oxidhalbleiterfilm hinein verbreiten. Typische Beispiele für den Basisisolierfilm 33 sind Filme aus Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Galliumoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid und dergleichen.
Die Dicke des Basisisolierfilms 33 ist größer als oder gleich 50 nm, bevorzugt größer als oder gleich 200 nm und kleiner als oder gleich 3000 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 300 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm. Durch Verwendung des dicken Basisisolierfilms 33 kann die Anzahl der Sauerstoffmoleküle, die von dem Basisisolierfilms 33 abgegeben werden, erhöht werden, und der Grenzflächenzustandsdichte (interface state density) an der Grenzfläche zwischen dem Basisisolierfilm 33 und einem nachstehend auszubildenden Oxidhalbleiterfilm kann verringert werden.
Hier bedeutet „das Abgeben eines Teils von Sauerstoff durch eine Wärmebehandlung”, dass die Menge an abgegebenem Sauerstoff, der in Sauerstoffatome umgesetzt wird, größer als oder gleich 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt größer als oder gleich 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³ bei der TDS-Analyse ist.
Der Oxidhalbleiterfilms 34 kann in einer Weise, die derjenigen des Oxidhalbleiterfilms 19 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden.
Das Paar von Elektroden 35 kann in einer Weise, die derjenigen des Paars von Elektroden 21 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Länge des Paars von Elektroden 35 in der Kanalbreitenrichtung länger ist als diejenige des Oxidhalbleiterfilms 34; wenn der Querschnitt in der Kanallängenrichtung gesehen wird, bedeckt das Paar von Elektroden 35 Endabschnitte des Oxidhalbleiterfilms 34. Mit einer derartigen Struktur wird die Kontaktfläche zwischen dem Paar von Elektroden 35 und dem Oxidhalbleiterfilm 34 erhöht. Deshalb kann der Kontaktwiderstand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 34 und dem Paar von Elektroden 35 verringert werden, und der Sperrstrom des Transistors kann erhöht werden.
Bei dieser Ausführungsform ist das Paar von Elektroden 35 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 34 und dem Isolierfilm 37 bereitgestellt; jedoch kann das Paar von Elektroden 35 zwischen dem Basisisolierfilm 33 und dem Oxidhableiterfilm 34 bereitgestellt sein.
Außerdem sind der Isolierfilm 23 und der Nitridisolierfilm 25 über dem Gate-Isolierfilm 40 und der Gate-Elektrode 41 wie bei der Ausführungsform 1 bereitgestellt, wodurch der Eintritt von Wasser von außen in den Transistor 3, der den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, weiterhin unterdrückt werden kann.
Die Gate-Elektrode 41 kann auf eine Weise, die derjenigen der Gate-Elektrode 15 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Transistors in 3A und 3B anhand von 4A bis 4D beschrieben.
Wie in 4A dargestellt, wird der Basisisolierfilm 33 über dem Substrat 31 ausgebildet. Als Nächstes wird der Oxidhalbleiterfilm 34 über dem Basisisolierfilm 33 ausgebildet.
Der Basisisolierfilm 33 wird durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Wenn der Oxidisolierfilm, von dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, durch ein Sputterverfahren als der Basisisolierfilm 33 ausgebildet wird, ist die Menge an Sauerstoff in einem Abscheidungsgas vorzugsweise hoch, und es können Sauerstoff, ein Gasmischgas aus Sauerstoff und einem Edelgas oder dergleichen, verwendet werden. Typischerweise ist die Sauerstoffkonzentration in einem Abscheidungsgas vorzugsweise 6% bis 100%.
In dem Fall, in dem ein Oxidisolierfilm durch ein CVD-Verfahren als der Basisisolierfilm 33 ausgebildet wird, wird Wasserstoff oder Wasser, der/das von einem Quellengas stammt, in einigen Fällen in den Oxidisolierfilm gemischt werden. Somit wird, nachdem der Oxidisolierfilm durch ein CVD-Verfahren ausgebildet worden ist, eine Wärmebehandlung vorzugsweise als Deyhdratisierung oder Dehydrierung durchgeführt.
Wenn Sauerstoff zu dem Oxidisolierfilm, der durch ein CVD-Verfahren ausgebildet wird, zugesetzt wird, kann die Menge an Sauerstoff, der durch Erwärmung abgegeben wird, erhöht werden. Als das Verfahren zum Zusetzen von Sauerstoff zu dem Oxidisolierfilm wird ein Ionenimplantationsverfahren, ein Ionendotierungsverfahren, ein Plasma-Immersions-Ionenimplantationsverfahren, eine Plasmabehandlung oder dergleichen verwendet.
Der Oxidhalbleiterfilm 34 kann angemessen durch ein Ausbildungsverfahren, die demjenigen des Oxidhalbleiterfilms 19 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden.
Um die Orientierung der Kristallbereiche in dem CAAC-OS-Film zu verbessern, wird die Ebenheit der Oberfläche des Basisisolierfilms 33, der als Basisisolierfilm des Oxidhalbleiterfilms dient, vorzugsweise verbessert. Typischerweise kann der Basisisolierfilm 33 derart ausgebildet werden, dass er eine durchschnittliche Oberflächenrauheit (Ra) von 1 nm oder kleiner, 0,3 nm oder kleiner oder 0,1 nm oder kleiner aufweist. Es sei angemerkt, dass Ra durch Entwickeln, in drei Dimensionen, der arithmetischen mittleren Oberflächenrauheit, die durch JIS B 0601 definiert ist, derart erhalten wird, dass man diese auf eine gekrümmte Oberfläche anwenden kann, und Ra kann als „durchschnittlicher Wert der Absolutwerte von Abweichungen von einer Referenzoberfläche zu einer spezifischen Oberfläche” ausgedrückt werden und ist durch die Formel 2 definiert. [Formel 2]
Die bestimmte Oberfläche ist hier eine Oberfläche, die ein Gegenstand der Rauheitsmessung ist, wobei sie ein viereckiges Gebiet ist, das von vier durch die Koordinaten (x₁, y₁, f(x₁, y₁)), (x₁, y₂, f(x₁, y₂)), (x₂, y₁, f(x₂, y₁)) und (x₂, y₂, f(x₂, y₂)) bezeichneten Punkten dargestellt ist. S₀ ist die Fläche eines Rechtecks, das durch Projizieren der spezifischen Oberfläche auf die x-y Fläche erhalten ist, und Z₀ ist die Höhe der Referenzoberfläche (die durchschnittliche Höhe der spezifischen Oberfläche). Ra kann unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskops (atomic force microsope: AFM) gemessen werden.
Als Ebnungsbehandlung zum Verbessern der Ebenheit der Oberfläche des Basisisolierfilms 33 kann eine oder mehrere aus einer chemisch-mechanischem Polier-(CMP-)Behandlung, einer Trockenätzbehandlung, einer Plasma-Behandlung (umgekehrtes Sputtern, reverse sputtering) und dergleichen ausgewählt werden. Die Plasma-Behandlung ist eine Behandlung, bei der kleine Unebenheit der Oberfläche verringert wird, indem ein Inertgas wie z. B. ein Argongas in eine Vakuumkammer eingeleitet wird und ein elektrisches Feld angelegt wird, so dass eine zu verarbeitende Oberfläche als Kathode dient.
Als Nächstes wird eine Wärmebehandlung vorzugsweise durchgeführt. Durch diese Wärmebehandlung kann ein Teil von Sauerstoff, der in dem Basisisolierfilm 33 enthalten ist, in den Nahbereich der Grenzfläche zwischen dem Basisisolierfilm 33 und dem Oxidhalbleiterfilm 34 diffundieren. Als Ergebnis kann der Grenzflächenzustand in dem Nahbereich der Grenzfläche zwischen dem Basis-Isolierfilm 33 und dem Oxidhalbleiterfilm 34 verringert werden.
Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze (strain point) des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
Die Wärmebehandlung wird in einer Inertgasatmosphäre, die Stickstoff oder ein Edelgas wie z. B. Helium, Neon, Argon, Xenon oder Krypton enthält, durchgeführt. Alternativ kann die Wärmebehandlung zuerst in einer Inertgasatmosphäre und dann in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden. Es ist bevorzugt, dass die obige Inertgasatmosphäre und die obige Sauerstoffatmosphäre Wasserstoff, Wasser und dergleichen nicht enthalten. Die Zeitdauer der Behandlung beträgt 3 Minuten bis 24 Stunden.
Als Nächstes wird, wie in 4B dargestellt, das Paar von Elektroden 35 ausgebildet. Das Paar von Elektroden 35 kann soweit erforderlich durch ein Ausbildungsverfahren ausgebildet werden, das demjenigen des Paars von Elektroden 21 ähnlich ist, das bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist. Alternativ kann das Paar von Elektroden 35 durch ein Druckverfahren oder ein Tintenstrahlverfahren ausgebildet werden.
Dann werden, wie in 4C dargestellt, der Isolierfilm 37 und der Nitridisolierfilm 39, die in dem Gate-Isolierfilm 40 enthalten sind, ausgebildet.
Der Isolierfilm 37 wird durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren oder dergleichen ausgebildet.
Als der Nitridisolierfilm 39 kann wie der Nitridisolierfilm 25 bei der Ausführungsform 1 ein Nitridisolierfilm ausgebildet werden, welcher Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch thermische Desorptionsspektroskopie abgibt.
Als Nächstes wird, wie in 4D dargestellt, die Gate-Elektrode 41 über dem Gate-Isolierfilm 40 ausgebildet. Die Gate-Elektrode 41 kann angemessen durch ein Ausbildungsverfahren, das demjenigen der Gate-Elektrode 15 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden.
Als Nächstes kann auf eine Weise, die derjenigen bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist typischerweise höher als oder gleich 150°C und niedriger als die untere Entspannungsgrenze (strain point) des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 450°C.
Durch die vorgegebenen Schritte kann ein Transistor mit verbesserter Zuverlässigkeit, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt wird, hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Transistor mit einer anderen Struktur als die Transistoren bei der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2 anhand von 5 beschrieben. Ein Transistor 5 nach dieser Ausführungsform beinhaltet eine Vielzahl von Gate-Elektroden, die einander zugewandt sind, wobei ein Oxidhalbleiterfilm dazwischen liegt.
Der Transistor 5 in 5 beinhaltet die Gate-Elektrode 15 über dem Substrat 11, den Gate-Isolierfilm 18 über dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15, den Oxidhalbleiterfilm 19, der mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 18 dazwischen liegt, und das Paar von Elektroden 21 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 19. Der Schutzfilm 26, der den Isolierfilm 23 und den Nitridisolierfilm 25 umfasst, ist über dem Gate-Isolierfilm 18, dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Paar von Elektroden 21 ausgebildet. Überdies ist eine Gate-Elektrode 61 enthalten, die mit dem Oxidhalbleiterfilm 19 überlappt, wobei der Schutzfilm 26 dazwischen liegt.
Die Gate-Elektrode 61 kann auf eine Weise, die derjenigen der Gate-Elektrode 15 bei der Ausführungsform 1 ähnlich ist, ausgebildet werden.
Der Transistor 5 nach dieser Ausführungsform beinhaltet die Gate-Elektrode 15 und die Gate-Elektrode 61, die einander zugewandt sind, wobei der Oxidhalbleiterfilm 19 dazwischen liegt. Durch Anlegen verschiedener Potentiale an die Gate-Elektrode 15 und die Gate-Elektrode 61 kann die Schwellenspannung des Transistors 5 gesteuert werden. Alternativ kann dann, wenn das gleiche Potential an die Gate-Elektrode 15 und die Gate-Elektrode 61 angelegt wird, der Durchlassstrom des Transistors 5 erhöht werden. Ein Nitridisolierfilm, der Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 3 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³, bevorzugt weniger als oder gleich 5 × 10²¹ Moleküle/cm³, stärker bevorzugt weniger als oder gleich 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch thermische Desorptionsspektroskopie abgibt, ist zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 19 und der Gate-Elektrode 61 bereitgestellt, wodurch die Menge an Wasserstoff und Ammoniak, die von dem Nitridisolierfilm auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen werden, klein sein kann und die Konzentration von Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 19 verringert werden kann. Des Weiteren ist der Nitridisolierfilm 25 zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 19 und der Gate-Elektrode 61 bereitgestellt; deshalb kann der Eintritt von Wasser von außen in den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden. Mit anderen Worten kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, in den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften können verringert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Struktur eines Transistors und eines Schutzfilms, bei der eine Übertragung von Wasserstoff und Stickstoff auf einen Oxidhalbleiterfilm unterdrückt wird und Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden können, anhand von 6A und 6B beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung der gleichen Strukturen wie bei der Ausführungsform 1 ausgelassen wird.
In einem Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, verursachen Sauerstofffehlstellen in einem Oxidhalbleiterfilm Defekte der elektrischen Eigenschaften des Transistors. Beispielsweise verschiebt sich die Schwellenspannung eines Transistors, der einen Sauerstofffehlstellen aufweisenden Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, leicht in negativer Richtung, und ein solcher Transistor neigt dazu, normalerweise eingeschaltet (normally-on) zu sein. Das liegt daran, dass elektrische Ladungen wegen der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter erzeugt werden und dadurch der Widerstand abfällt.
Wenn ferner der Oxidhalbleiterfilm eine Sauerstofffehlstelle aufweist, wird als Problem die Menge an Veränderung der elektrischen Eigenschaften, typischerweise der Schwellenspannung des Transistors, wegen einer Veränderung über die Zeit oder eines Vorspannungs-Temperatur-Belastungstests (bias-temperature stress test, nachstehend auch als BT-Belastungstest bezeichnet) erhöht.
Bei dieser Ausführungsform werden ein Transistor mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften, in dem eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt wird, und ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben. Zudem werden ein hochzuverlässiger Transistor, in dem Schwankungen der elektrischen Eigenschaften wegen einer Veränderung über die Zeit oder eines BT-Fotobelastungstests gering sind, und ein Herstellungsverfahren dafür beschrieben.
6A und 6B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Transistors 7, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist. 6A ist eine Draufsicht des Transistors 7, und 66 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A-B in 6A. Es sei angemerkt, dass in 6A das Substrat 11, einige Bestandteile des Transistors 7 (z. B. der Gate-Isolierfilm 18), ein Isolierfilm 24a, ein Isolierfilm 24b, der Nitridisolierfilm 25, ein Ebnungsfilm 27 und dergleichen der Einfachheit halber ausgelassen sind.
Der Transistor 7 in 6A und 6B beinhaltet die Gate-Elektrode 15 über dem Substrat 11, den Gate-Isolierfilm 18 über dem Substrat 11 und der Gate-Elektrode 15, einen Oxidhalbleiterfilm 19, der mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 18 dazwischen liegt, und ein Paar von Elektroden 21 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 19. Ein Schutzfilm 28, der den Isolierfilm 24a, den Isolierfilm 24b und den Nitridisolierfilm 25 umfasst, ist über dem Gate-Isolierfilm 18, dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Paar von Elektroden 21 ausgebildet. Des Weiteren kann der Ebnungsfilm 27 über dem Schutzfilm 28 bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann in einer Öffnung 30, die in dem Schutzfilm 28 und dem Ebnungsfilm 27 ausgebildet ist, ein leitender Film 29, der mit einer des Paars von Elektroden 21 verbunden ist, bereitgestellt sein.
In dem Transistor 7 bei dieser Ausführungsform ist der Isolierfilm 24a in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 19 ausgebildet. Der Isolierfilm 24a ist ein Oxidisolierfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 24a auch als Film dient, der später beim Ausbilden des Isolierfilms 24b Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 19 mildert.
Als der Oxidisolierfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt, kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen in einer Dicke von größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 150 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 30 nm verwendet werden.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Anzahl der Defekte in dem Isolierfilm 24a klein ist; insbesondere ist einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte (spin density) eines Signals bei g = 2,001, das auf offene Bindungen von Silizium zurückzuführen ist, niedriger als oder gleich 3 × 10¹⁷ Spins/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁶ Spins/cm³. Das liegt daran, dass dann, wenn die Defektdichte in dem Isolierfilm 24a hoch ist, Sauerstoff an den Defekt gebunden werden kann und die Durchlässigkeit für Sauerstoff, in dem Isolierfilm 24a abnimmt.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Anzahl der Defekte an einer Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 24a und dem Oxidhalbleiterfilm 19 klein ist; insbesondere ist einer ESR-Messung zufolge, bei der ein magnetisches Feld parallel zu der Oberfläche des Films angelegt wird, die Spin-Dichte eines Signals bei g = 1,93, das auf Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm zurückzuführen ist, niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁷ Spins/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich einer unteren Nachweisgrenze. Die Spin-Dichte wegen der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 19 ist niedriger als oder gleich der oben beschriebenen Spin-Dichte, wodurch hinsichtlich Vg-Id-Eigenschaften des Transistors, der den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, Schwankugen der Gate-Spannung, bei der der Transistor eingeschaltet wird, in dem Fall, in dem es verschiedene Drain-Spannungen gibt, verringert werden kann.
Es sei angemerkt, dass sich nicht alle Sauerstoffatome, die von außen in den Isolierfilm 24a eintreten, aus dem Isolierfilm 24a nach außen übertragen und ein Teil von Sauerstoff in einigen Fällen in dem Isolierfilm 24a verbleibt. Überdies findet in einigen Fällen eine Fortbewegung von Sauerstoff in dem Isolierfilm 24a derart statt, dass Sauerstoff in den Isolierfilm 24a eintritt und sich Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 24a enthalten ist, aus dem Isolierfilm 24a nach außen überträgt.
Wenn der Oxidisolierfilm, durch den Sauerstoff hindurch tritt, als der Isolierfilm 24a ausgebildet wird, kann Sauerstoff, der aus dem Oxidisolierfilm über dem Isolierfilm 24a abgegeben wird, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, durch den Isolierfilm 24a auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen werden.
Der Isolierfilm 24b ist in Kontakt mit dem Isolierfilm 24a ausgebildet. Der Isolierfilm 24b ist unter Verwendung eines Oxidisolierfilms, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, ausgebildet. Ein derartiger Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, ist ein Oxidisolierfilm, von dem ein Teil des Sauerstoffs durch Erwärmung abgegeben wird. Der Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, ist wie der Basisisolierfilm 33 bei der Ausführungsform 2 ein Oxidisolierfilm, bei dem die Menge an abgegebenem Sauerstoff, umgerechnet in Sauerstoffatome, größer als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt größer als oder gleich 3 × 10²⁰ Atome/cm³ bei einer TDS-Analyse ist.
Als der Isolierfilm 24a kann ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 370°C gehalten; der Druck in der Behandlungskammer, in die ein Quellengas eingebracht wird, ist höher als oder gleich 30 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 40 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa; und eine Hochfrequenzleistung wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn das Verhältnis der Menge des Oxidationsgases zu der Menge des Silizium enthaltenden Abscheidungsgases 100 oder größer ist, der Wasserstoffgehalt in dem Oxidisolierfilm 24a verringert werden kann. Folglich kann die Menge an Wasserstoff, der in den Oxidhalbleiterfilm 24a eintritt, verringert werden; somit kann die Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors in negativer Richtung unterdrückt werden.
Als der Isolierfilm 24b kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen in einer Dicke von größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 400 nm verwendet werden.
Es ist ferner bevorzugt, dass der Isolierfilm 24b wenige Defekte aufweist; typischerweise ist einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte eines Signals bei g = 2,001, das auf offene Bindungen von Silizium zurückzuführen ist, niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Spins/cm³. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 24b weiter entfernt von dem Oxidhalbleiterfilm 19 liegt als der Isolierfilm 24a; somit kann der Isolierfilm 24b eine höhere Defektdichte aufweisen als der Isolierfilm 24a.
Als der Isolierfilm 24b wird ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: das Substrat, das in einer evakuierten Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung angeordnet ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 260°C, bevorzugt höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 240°C gehalten; der Druck in der Behandlungskammer, in die ein Quellengas eingebracht wird, ist höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa; und eine Hochfrequenzleistung von höher als oder gleich 0,17 W/cm² und niedriger als oder gleich 0,5 W/cm², bevorzugt höher als oder gleich 0,25 W/cm² und niedriger als oder gleich 0,35 W/cm² wird einer Elektrode in der Behandlungskammer zugeführt.
Als Bedingungen zum Ausbilden des Isolierfilms 24b wird die Hochfrequenzleistung mit der obigen Leistungsdichte zu der Behandlungskammer unter dem obigen Druck zugeführt, wodurch die Effizienz des Zerfalls des Quellengases in Plasma erhöht wird, Sauerstoffradikale vermehrt werden, und die Oxidation des Quellengases gefördert wird. Somit wird der Sauerstoffgehalt in dem Isolierfilm 24b höher als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung. Andererseits ist in dem Film, der bei einer Substrattemperatur im obigen Temperaturbereich ausgebildet wird, die Bindungsstärke zwischen Silizium und Sauerstoff gering, und dementsprechend wird ein Teil des Sauerstoffs in dem Film durch Erwärmung im nachfolgenden Schritt abgegeben. Dadurch ist es möglich, einen Oxidisolierfilm auszubilden, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird. Des Weiteren ist der Isolierfilm 24a über dem Oxidhalbleiterfilm 19 angeordnet. Beim Schritt zum Ausbilden des Isolierfilms 24b dient der Isolierfilm 24a als Film, der Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 19 abmildert. Folglich kann der Isolierfilm 24b mittels der Hochfrequenzleistung mit einer hohen Leistungsdichte ausgebildet werden, während Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 19 verringert werden.
Wenn der Isolierfilm 24b über dem Isolierfilm 24a während einer Wärmebehandlung ausgebildet wird, wird Sauerstoff auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen und Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 19 können kompensiert werden. Wenn alternativ der Isolierfilm 24b über dem Isolierfilm 24a ausgebildet wird und dann einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wird Sauerstoff auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen und Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 19 können kompensiert werden. Folglich kann die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden.
Wenn der Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, über einer Kanalrückseite des Oxidhalbleiterfilms 19 (einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 19, die einer der Gate-Elektrode 15 zugewandten Oberfläche entgegengesetzt liegt) bereitgestellt wird, wobei der Oxidisolierfilm, durch den Sauerstoff hindruch tritt, dazwischen liegt, kann Sauerstoff zur Kanalrückseite des Oxidhalbleiterfilms 19 übertragen werden, und Sauerstofffehlstellen auf der Kanalrückseite können verringert werden.
In dem Fall, in dem in dem Schritt zum Ausbilden des Isolierfilms 24b der Oxidhalbleiterfilm 19 nicht beschädigt wird, ist der Isolierfilm 24a nicht notwendigerweise bereitgestellt und nur der Isolierfilm 24b, der ein Oxidisolierfilm ist, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, kann als Schutzfilm bereitgestellt sein.
Der Nitridisolierfilm 25 ist über dem Isolierfilm 24b ausgebildet. Wenn der Nitridisolierfilm 25 bereitgestellt wird, ist die Menge an Wasserstoff und Ammoniak, die von dem Nitridisolierfilm auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen werden, klein, und die Konzentration von Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 19 kann verringert werden. Des Weiteren ist der Nitridisolierfilm 25 über dem Transistor 7 bereitgestellt, wodurch der Eintritt von Wasser von außen in den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden kann. Mit anderen Worten kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, in den Oxidhalbleiterfilm 19 unterdrückt werden. Es ist bevorzugt, dass eine Blockierungseigenschaft des Nitridisolierfilms 25 gegen Sauerstoff hoch ist, weil die Übertragung des Sauerstoffs, der in dem Isolierfilm 24b enthalten ist, nach außen unterdrückt werden kann und Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 24b enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm 19 übertragen werden kann. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften können verringert werden. Außerdem kann ein Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise ein Sperrstrom, verringert werden. Zudem kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften wegen einer Veränderung über die Zeit oder eines BT-Fotobelastungstests unterdrückt werden.
Für den Ebnungsfilm 27 kann ein organisches Material wie z. B. Acrylharz, Epoxidharz, Benzocyclobuten-Harz, Polyimid, Polyamid oder dergleichen verwendet werden. Abgesehen von derartigen organischen Materialien ist es möglich, ein Silikonharz oder dergleichen zu verwenden. Es sei angemerkt, dass der Ebnungsfilm durch Stapeln einer Vielzahl von Isolierfilmen, die unter Verwendung dieser Materialien ausgebildet werden, ausgebildet werden kann.
Das organische Material, das für den Ebnungsfilm 27 verwendet wird, enthält mehr Wasser oder Gas als ein anorganischer Isolierfilm, und das Wasser und das Gas werden in einigen Fällen auf den Oxidhableiterfilm durch eine Wärmebehandlung übertragen. Des Weiteren lässt das organische Material leicht Wasser von außen durch. Infolgedessen wird der Ebnungsfilm 27 ausgebildet, wodurch elektrische Eigenschaften eines Transistors, der den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, durch das Wasser oder Gas verändert werden, und die Zuverlässigkeit des Transistors kann reduziert werden.
Deshalb ist wie bei dem Transistor 7 in 6A und 6B der Nitridisolierfilm 25, der eine Funktion zum Unterdrücken des Eintritts von Wasser hat, vorzugsweise zwischen dem Transistor 7 und dem Ebnungsfilm 27 bereitgestellt.
Zudem ist der Nitridisolierfilm 25 bevorzugt zwischen dem Isolierfilm 24b und dem Ebnungsfilm 27 bereitgestellt, weil die Adhäsion zwischen dem Nitridisolierfilm 25 und dem Ebnungsfilm 27 verbessert wird.
Für den leitenden Film 29 kann das Material, das für das Paar von Elektroden 21 verwendet wird, angemessen verwendet werden. Als der leitende Film 29 kann ein lichtdurchlässiges leitendes Material verwendet werden, wie z. B. Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid (im Folgenden als ITO bezeichnet), Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, das Siliziumoxid enthält.
Als der Gate-Isolierfilm 18 kann ein Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, verwendet werden. Ein Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, wird als der Gate-Isolierfilm 18 verwendet, wodurch der Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Gate-Isolierfilm 18 verringert werden kann, eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden kann, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors verringert werden können.
Nach dem Schritt zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 über dem Oxidhalbleiterfilm 19, das in 2C der Ausführungsform 1 dargestellt ist, kann ein Oxidhalbleiterfilm mit wenigen Sauerstofffehlstellen durch Aussetzen des Oxidhalbleiterfilms 19 einem Plasma, das in einer Sauerstoffatmosphäre erzeugt wird, und durch Zuführen von Sauerstoff zu dem Oxidhalbleiterfilm 19 ausgebildet werden. Atmosphären von Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und dergleichen können als Beispiele für die Sauerstoffatmosphären angegeben werden. Zusätzlich wird bei der Plasmabehandlung bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm 19 einem Plasma ausgesetzt wird, der erzeugt wird, ohne dass eine Vorspannung an die Seite des Substrats 11 angelegt wird. Folglich kann der Oxidhalbleiterfilm 19 mit Sauerstoff versorgt werden, ohne beschädigt zu werden; somit kann die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 19 verringert werden. Außerdem können Verunreinigungen, die auf der Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 19 infolge der Ätzbehandlung zum Ausbilden des Paars von Elektroden 21 verbleiben, beispielsweise ein Halogen wie z. B. Fluor oder Chlor, entfernt werden.
Durch die vorgegebenen Schritte kann ein Transistor mit verbesserter Zuverlässigkeit, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt wird, hergestellt werden. Ferner kann ein Transistor, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften wegen einer Veränderung über die Zeit oder eines BT-Fotobelastungstests klein ist, hergestellt werden. Typischerweise kann ein Transistor mit hoher Zuverlässigkeit, in dem Schwankungen der Schwellenspannung gering sind, hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Struktur eines Gate-Isolierfilms, die von derjenigen der Ausführungsform 2 unterschiedlich ist, anhand von 7A und 7B beschrieben.
7A und 7B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Transistors 9, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist. 7A ist eine Draufsicht des Transistors 9, und 7B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A-B in 7A. Es sei angemerkt, dass in 7A das Substrat 31, der Basisisolierfilm 33, einige Bestandteile des Transistors 9 (z. B. ein Isolierfilm 38a, ein Isolierfilm 38b und der Nitridisolierfilm 39), ein Ebnungsfilm 43 und dergleichen der Einfachheit halber ausgelassen sind.
Der Transistor 9 in 7A und 7B beinhaltet den Oxidhalbleiterfilm 34 über dem Basisisolierfilm 33 und das Paar von Elektroden 35 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 34. Außerdem beinhaltet der Transistor 9 einen Gate-Isolierfilm 42, der den Isolierfilm 38a, den Isolierfilm 38b und den Nitridisolierfilm 39 umfasst, und eine Gate-Elektrode 41, die mit dem Oxidhalbleiterfilm 34 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 42 dazwischen liegt. Ein Ebnungsfilm 43, der den Gate-Isolierfilm 42 und die Gate-Elektrode 41 bedeckt, kann enthalten sein. Darüber hinaus kann ein leitender Film 45, der durch eine Öffnung 47, die in dem Gate-Isolierfilm 42 und dem Ebnungsfilm 43 vorgesehen ist, in Kontakt mit einer des Paars von Elektroden 35 steht, enthalten sein.
In dem Transistor 9 bei dieser Ausführungsform ist der Isolierfilm 38a in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 34 ausgebildet. Der Isolierfilm 38a ist ein Oxidisolierfilm, durch den hindurch Sauerstoff tritt. Als der Isolierfilm 38a kann der Isolierfilm 24a bei der Ausführungsform 4 angemessen verwendet werden.
Wenn der Oxidisolierfilm, durch den Sauerstoff hindurch tritt, als der Isolierfilm 38a ausgebildet wird, kann Sauerstoff, der aus dem Oxidisolierfilm über dem Isolierfilm 38a abgegeben wird, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, auf den Oxidhalbleiterfilm 34 durch den Isolierfilm 38a übetragen werden.
Der Isolierfilm 38b ist in Kontakt mit dem Isolierfilm 38a ausgebildet. Der Isolierfilm 38b ist ein Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung. Als der Isolierfilm 38b kann der Isolierfilm 24b bei der Ausführungsform 4 angemessen verwendet werden.
Wenn der Isolierfilm 38b über dem Isolierfilm 38a während einer Wärmebehandlung ausgebildet wird, wird Sauerstoff auf den Oxidhalbleiterfilm 34 übertragen und Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 34 können kompensiert werden. Wenn alternativ der Isolierfilm 38b über dem Isolierfilm 38a ausgebildet wird und dann einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wird Sauerstoff auf den Oxidhalbleiterfilm 34 übertragen und Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 34 können kompensiert werden. Folglich kann die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden.
Als der Gate-Isolierfilm wird ein Isolierfilm mit wenigen Defekten verwendet, wodurch eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden kann und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors verringert werden können.
In dem Fall, in dem in dem Schritt zum Ausbilden des Isolierfilms 38b der Oxidhalbleiterfilm 34 nicht beschädigt wird, ist der Isolierfilm 38a nicht notwendigerweise bereitgestellt, und nur der Isolierfilm 38b, der ein Oxidisolierfilm ist, von dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, kann bereitgestellt sein.
Der Nitridisolierfilm 39 ist über dem Isolierfilm 38b ausgebildet. Wenn der Nitridisolierfilm 39 bereitgestellt wird, ist die Menge an Wasserstoff und Ammoniak, die von dem Nitridisolierfilm auf den Oxidhalbleiterfilm 34 übertragen werden, klein, und die Konzentration von Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 34 kann verringert werden. Des Weiteren ist der Nitridisolierfilm 39 über dem Transistor 9 bereitgestellt, wodurch der Eintritt von Wasser von außen in den Oxidhalbleiterfilm 34 unterdrückt werden kann. Mit anderen Worten kann der Eintritt von Wasserstoff, der in Wasser enthalten ist, in den Oxidhalbleiterfilm 34 unterdrückt werden. Es ist bevorzugt, dass eine Sperreigenschaft des Nitridisolierfilms 39 gegen Sauerstoff hoch ist, weil die Übertragung des Sauerstoffs, der in dem Isolierfilm 38b enthalten ist, nach außen unterdrückt werden kann und Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 38b enthalten ist, auf den Oxidhalbleiterfilm 34 übertragen werden kann. Als Ergebnis kann eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften können verringert werden. Außerdem kann ein Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise ein Sperrstrom, verringert werden. Zudem kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften wegen einer Veränderung über die Zeit oder eines BT-Fotobelastungstests unterdrückt werden.
Der Ebnungsfilm 43 kann angemessen unter Verwendung des Materials des Ebnungsfilms 27, der bei der Ausführungsform 4 beschrieben worden ist, ausgebildet werden.
Es sei angemerkt, dass der Nitridisolierfilm 39 bevorzugt zwischen dem Isolierfilm 38b und dem Ebnungsfilm 43 bereitgestellt ist, weil die Adhäsion zwischen dem Nitridisolierfilm 39 und dem Ebnungsfilm 43 verbessert wird.
Für den leitenden Film 45 kann das Material des leitenden Films 29, das bei der Ausführungsform 4 beschrieben worden ist, angemessen verwendet werden.
Wie bei der Ausführungsform 4 kann bei dieser Ausführungsform nach dem Schritt zum Ausbilden des Paars von Elektroden 35 über dem Oxidhalbleiterfilm 34, was in 4B der Ausführungsform 2 dargestellt ist, ein Oxidhalbleiterfilm mit wenigen Sauerstofffehlstellen durch Aussetzen des Oxidhalbleiterfilms 34 einem Plasma, das in einer Sauerstoffatmosphäre erzeugt wird, und durch Zuführen von Sauerstoff zu dem Oxidhalbleiterfilm 34 ausgebildet werden. Folglich kann der Oxidhalbleiterfilm 34 mit Sauerstoff versorgt werden, ohne beschädigt zu werden; somit kann die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 34 verringert werden.
Durch die vorgegebenen Schritte kann ein Transistor mit verbesserter Zuverlässigkeit, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt wird, hergestellt werden. Ferner kann ein Transistor, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften infolge einer Veränderung über die Zeit oder eines BT-Fotobelastungstests klein ist, hergestellt werden. Typischerweise kann ein Transistor mit hoher Zuverlässigkeit, in dem Schwankungen der Schwellenspannung gering sind, hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die bei dieser Ausführungsform beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen angemessen in Kombination mit einer/einem der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen, Verfahren und dergleichen verwendet werden können.
(Ausführungsform 6)
Eine Halbleitervorrichtung (auch als Anzeigevorrichtung bezeichnet), die eine Anzeigefunktion aufweist, kann unter Verwendung des Transistors hergestellt werden, dessen Beispiele bei den vorstehenden Ausführungsformen angeführt worden sind. Darüber hinaus können einige oder alle Treiberschaltungen, die den Transistor beinhalten, über einem Substrat, wo der Pixelabschnitt ausgebildet ist, ausgebildet werden, wodurch ein System auf dem Bildschirm (system an panel) erhalten werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die den Transistor verwendet, dessen Beispiele bei den vorstehenden Ausführungsformen angeführt worden sind, anhand von 8A bis 8C, 9A und 9B, 10 sowie 11A bis 11C beschrieben. 9A, 9B und 10 sind Querschnittsansichten, die Querschnittsstrukturen entlang der Strichpunktlinie M-N in 8B darstellen.
In 8A ist ein Dichtungsmaterial 905 derart angeordnet, dass es einen Pixelabschnitt 902 über einem ersten Substrat 901 umgibt, wobei der Pixelabschnitt 902 mit einem zweiten Substrat 906 abgedichtet ist. In 8A sind eine Signalleitungstreiberschaltung 903 und eine Abtastleitungstreiberschaltung 904 jeweils unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters oder eines polykristallinen Halbleiters über einem getrennt vorbereiteten Substrat ausgebildet, und in einem Bereich, der von dem von dem Dichtungsmaterial 905 umgebenen Bereich unterschiedlich ist, über dem ersten Substrat 901 montiert. Des Weiteren werden verschiedene Signale und Potentiale von flexiblen gedruckten Schaltungen (flexible printed circuits, FPCs) 918a und 918b zu der Signalleitungstreiberschaltung 903, der Abtastleitungstreiberschaltung 904 und dem Pixelabschnitt 902 zugeführt.
In 8B und 8C ist das Dichtungsmaterial 905 derart angeordnet, dass es den Pixelabschnitt 902 und die Abtastleitungstreiberschaltung 904 umgibt, die über dem ersten Substrat 901 angeordnet sind. Das zweite Substrat 906 ist über dem Pixelabschnitt 902 und der Abtastleitungstreiberschaltung 904 angeordnet. Infolgedessen sind der Pixelabschnitt 902 und die Abtastleitungstreiberschaltung 904 zusammen mit einem Anzeigeelement durch das erste Substrat 901, das Dichtungsmaterial 905 und das zweite Substrat 906 abgedichtet. In 8B und 8C ist eine Signalleitungstreiberschaltung 903, die unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters oder eines polykristallinen Halbleiters über einem getrennt vorbereiteten Substrat ausgebildet ist, in einem anderen Bereich als dem von dem Dichtungsmaterial 905 umgebenen Bereich über dem ersten Substrat 901 montiert. In 8B und 8C werden verschiedene Signale und Potentiale von einer FPC 918 zu der Signalleitungstreiberschaltung 903, der Abtastleitungstreiberschaltung 904 und dem Pixelabschnitt 902 zugeführt.
Obwohl 8B und 8C jeweils ein Beispiel zeigen, in dem die Signalleitungstreiberschaltung 903 getrennt ausgebildet und auf dem ersten Substrat 901 montiert ist, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Die Abtastleitungstreiberschaltung kann getrennt ausgebildet und dann montiert werden, oder es kann nur ein Teil der Signalleitungstreiberschaltung oder ein Teil der Abtastleitungstreiberschaltung getrennt ausgebildet und dann montiert werden.
Es sei angemerkt, dass ein Verbindungsverfahren einer getrennt ausgebildeten Treiberschaltung keinen speziellen Beschränkungen unterliegt und dass ein Chip auf Glas-(chip an glass, COG-)Verfahren, ein Drahtanbindungsverfahren, ein Automatisches Anbinden mittels Band-(tape automated bonding, TAB-)Verfahren oder dergleichen kann verwendet werden. 8A zeigt ein Beispiel, in dem die Signalleitungstreiberschaltung 903 und die Abtastleitungstreiberschaltung 904 durch ein COG-Verfahren montiert sind. 8B zeigt ein Beispiel, in dem die Signalleitungstreiberschaltung 903 durch ein COG-Verfahren montiert ist. 8C zeigt ein Beispiel, in dem die Signalleitungstreiberschaltung 903 durch ein TAB-Verfahren montiert ist.
Die Anzeigevorrichtung umfasst in ihrer Kategorie ein Anzeigefeld, bei dem ein Anzeigeelement abgedichtet ist, und ein Modul, bei dem eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC), die einen Regler oder dergleichen beinhaltet, auf dem Anzeigefeld montiert ist.
Eine Anzeigevorrichtung in dieser Beschreibung bezeichnet eine Bildanzeigevorrichtung, eine Anzeigevorrichtung oder eine Lichtquelle (einschließlich einer Beleuchtungsvorrichtung). Die Anzeigevorrichtung umfasst ferner in ihrer Kategorie auch die folgenden Module: ein Modul, an dem ein Verbinder, wie z. B. ein FPC oder ein Tape Carrier Package (TCP), angebracht ist; ein Modul mit einem TCP, dessen Ende mit einer gedruckten Leiterplatte versehen ist; und ein Modul, bei dem eine integrierte Schaltung (IC) durch ein COG-Verfahren direkt auf einem Anzeigeelement montiert ist.
Der Pixelabschnitt und die Abtastleitungstreiberschaltung, die über dem ersten Substrat angeordnet sind, beinhalten eine Vielzahl von Transistoren, und ein beliebiger der Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann verwendet werden.
Als Anzeigeelement, das in der Anzeigevorrichtung angeordnet ist, kann ein Flüssigkristallelement (auch als Flüssigkristallanzeigeelement bezeichnet) oder ein Licht emittierendes Element (auch als Licht emittierendes Anzeigeelement bezeichnet) verwendet werden. Ein Licht emittierendes Element umfasst in seinem Bereich ein Element, dessen Leuchtdichte durch einen Strom oder eine Spannung gesteuert wird, und insbesondere ein anorganisches Elektrolumineszenz-(EL-)Element, ein organisches EL-Element und dergleichen. Darüber hinaus kann ein Anzeigemedium, dessen Kontrast durch einen elektrischen Effekt geändert wird, wie z. B. elektronische Tinte, verwendet werden.
Eine Licht emittierende Vorrichtung in 9A beinhaltet eine Verbindungsanschlusselektrode 915 und eine Anschlusselektrode 916. Die Verbindungsanschlusselektrode 915 und die Anschlusselektrode 916 sind elektrisch mit einem Anschluss, der in der FPC 918 enthalten ist, durch einen anisotropen leitenden Stoff 919 verbunden.
Die Verbindungsanschlusselektrode 915 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie eine erste Elektrode 930 ausgebildet, und die Anschlusselektrode 916 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie ein Paar von Elektroden jedes eines Transistors 910 und eines Transistors 911 ausgebildet.
Eine Licht emittierende Vorrichtung in 9B beinhaltet Verbindungsanschlusselektroden 915a, 915b und eine Anschlusselektrode 916. Die Verbindungsanschlusselektroden 915a, 915b und die Anschlusselektrode 916 sind elektrisch mit einem Anschluss, der in der FPC 918 enthalten ist, durch einen anisotropen leitenden Stoff 919 verbunden.
Die Verbindungsanschlusselektrode 915a wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie eine erste Elektrode 930 ausgebildet, die Verbindungsanschlusselektrode 915b wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie eine zweite Elektrode 941 ausgebildet, und die Anschlusselektrode 916 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie ein Paar von Elektroden jedes eines Transistors 910 und eines Transistors 911 ausgebildet.
Wie in 10 gezeigt beinhaltet ferner die Halbleitervorrichtung eine Verbindungsanschlusselektrode 955 und eine Anschlusselektrode 916. Die Verbindungsanschlusselektrode 955 und die Anschlusselektrode 916 sind durch einen anisotropen leitenden Stoff 919 elektrisch mit einem Anschluss, der in der FPC 918 enthalten ist, verbunden.
Die Verbindungsanschlusselektrode 955 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie eine zweite Elektrode 951 ausgebildet, und die Anschlusselektrode 916 wird unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie ein Paar von Elektroden jedes eines Transistors 910 und eines Transistors 911 ausgebildet.
Der Pixelabschnitt 902 und die Abtastleitungstreiberschaltung 904, die über dem ersten Substrat 901 angeordnet sind, beinhalten jeweils eine Vielzahl von Transistoren. 9A, 9B und 10 zeigen den Transistor 910, der in dem Pixelabschnitt 902 enthalten ist, und den Transistor 911, der in der Abtastleitungstreiberschaltung 904 enthalten ist. In 9A ist der Schutzfilm 26, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, oder ein Isolierfilm 924, der dem Schutzfilm 28 bei der Ausführungsform 4 entspricht, über dem Transistor 910 und über dem Transistor 911 angeordnet. In 9B ist ein Ebnungsfilm 921 ferner über dem Isolierfilm 924 angeordnet. Es sei angemerkt, dass ein Isolierfilm 923 als Basisfilm dient.
Bei dieser Ausführungsform kann jeder der Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, als der Transistor 910 und der Transistor 911 verwendet werden.
Darüber hinaus zeigt 10 ein Beispiel, in dem ein leitender Film 917 über dem Isolierfilm 924 derart angeordnet ist, dass er mit einem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiterfilms des Transistors 911 für die Treiberschaltung überlappt. Bei dieser Ausführungsform wird der leitende Film 917 unter Verwendung des gleichen leitenden Films wie die erste Elektrode 930 ausgebildet. Das Vorhandensein des leitenden Films 917, der mit dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiterfilms überlappt, kann die Menge an Veränderung der Schwellenspannung des Transistors 911 vor und nach einem BT-Belastungstest weiter verringern. Der leitende Film 917 kann ein Potential aufweisen, das gleich oder unterschiedlich von demjenigen der Gate-Elektrode des Transistors 911 ist, und der leitende Film 917 kann als zweite Gate-Elektrode dienen. Das Potential des leitenden Films 917 kann GND, 0 V oder in einem offenen Zustand (floating state) sein.
Außerdem hat der leitende Film 917 eine Funktion zum Blockieren eines äußeren elektrischen Feldes. Mit anderen Worten: der leitende Film 917 hat eine Funktion zum Vermeiden, dass ein äußeres elektrisches Feld das Innen (einen Schaltungsabschnitt einschließlich des Transistors) beeinflusst (besonders eine Funktion zum Vermeiden statischer Elektrizität). Eine derartige Sperrfunktion des leitenden Films 917 kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors wegen des Einflusses von einem äußeren elektrischen Feld, wie z. B. statischer Elektrizität, verhindern. Der leitende Film 917 kann für jeden der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Transistoren verwendet werden.
Bei dem Anzeigefeld ist der Transistor 910 in dem Pixelabschnitt 902 elektrisch mit einem Anzeigeelement verbunden. Es existiert keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Art des Anzeigeelements, solange das Anzeigen erfolgen kann, und es können verschiedene Arten von Anzeigeelementen zum Einsatz kommen.
Die erste Elektrode und die zweite Elektrode (von denen jede Pixelelektrode, gemeinsame Elektrode, Gegenelektrode oder dergleichen genannt werden kann) zum Anlegen einer Spannung an das Anzeigeelement kann lichtdurchlässige Eigenschaften oder lichtreflektierende Eigenschaften aufweisen, was von der Richtung, in der das Licht extrahiert wird, der Position, in der die Elektrode angeordnet ist, und der Musterstruktur der Elektrode abhängt.
Die erste Elektrode 930, die zweite Elektrode 931 und die zweite Elektrode 941 können unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, so beispielsweise Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid (indium tin oxide; nachstehend als ITO bezeichnet), Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist.
Alternativ können die erste Elektrode 930, die zweite Elektrode 931 und die zweite Elektrode 941 unter Verwendung von einem oder mehreren Materialien ausgebildet werden, die aus Metallen, wie z. B. Wolfram (W), Molybdän (Mo), Zirkonium (Zr), Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Tantal (Ta), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Titan (Ti), Platin (Pt), Aluminium (Al), Kupfer (Cu) und Silber (Ag); einer Legierung eines beliebigen dieser Metalle; und einem Nitrid eines beliebigen dieser Metalle ausgewählt werden.
Die erste Elektrode 930, die zweite Elektrode 931 und die zweite Elektrode 941 können unter Verwendung einer leitenden Zusammensetzung ausgebildet werden, die ein leitendes Makromolekül (auch als leitendes Polymer bezeichnet) enthält. Als leitendes Hochmolekül kann ein so genanntes π-Elektronen-konjugiertes leitendes Polymer verwendet werden. Zum Beispiel können Polyanilin oder ein Derivat davon, Polypyrrol oder ein Derivat davon, Polythiophen oder ein Derivat davon, ein Copolymer zweier oder mehrerer von Anilin, Pyrrol und Thiophen oder ein Derivat davon und dergleichen angegeben werden.
Ein Beispiel für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einem Flüssigkristallelement als einem Anzeigeelement ist in 9A und 9B gezeigt. 9A zeigt ein Beispiel, in dem ein Verfahren mit vertikalem elektrischem Feld eingesetzt wird.
In 9A beinhaltet ein Flüssigkristallelement 913, das ein Anzeigeelement ist, die erste Elektrode 930, eine zweite Elektrode 931 und eine Flüssigkristallschicht 908. Es sei angemerkt, dass ein Isolierfilm 932 und ein Isolierfilm 933, die als Ausrichtungsfilme dienen, derart angeordnet sind, dass die Flüssigkristallschicht 908 dazwischen liegt. Die zweite Elektrode 931 ist auf der Seite des zweiten Substrats 906 angeordnet. Die zweite Elektrode 931 überlappt mit der ersten Elektrode 930, wobei die Flüssigkristallschicht 908 dazwischen liegt.
9B zeigt ein Beispiel, in dem ein Fringe Field Switching-(FFS-)Modus, der einer von horizontalen elektrischen Feldmodi ist, eingesetzt wird.
In 9B beinhaltet ein Flüssigkristallelement 943, das ein Anzeigeelement ist, die erste Elektrode 930, die zweite Elektrode 941 und die Flüssigkristallschicht 908, die über dem Ebnungsfilm 921 ausgebildet sind. Die zweite Elektrode 941 dient als gemeinsame Elektrode. Ein Isolierfilm 944 ist zwischen der ersten Elektrode 930 und der zweiten Elektrode 941 bereitgestellt. Der Isolierfilm 944 wird unter Verwendung eines Siliziumnitridfilms ausgebildet. Ein Isolierfilm 932 und ein Isolierfilm 933, die als Ausrichtungsfilme dienen, sind derart angeordnet, dass die Flüssigkristallschicht 908 dazwischen liegt.
Ein Abstandshalter 935 ist ein säulenförmiger Abstandshalter, der durch selektives Ätzen eines Isolierfilms erhalten wird, und ist bereitgestellt, um den Abstand zwischen der ersten Elektrode 930 und der zweiten Elektrode 931 (einer Zellenlücke, cell gap) zu steuern. Alternativ kann ein kugelförmiger Abstandshalter verwendet werden.
Wenn ein Flüssigkristallelement als das Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotropischer Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein hochmolekularer Flüssigkristall, ein Polymer-disperser Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein anti-ferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial zeigt 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 ein Flüssigkristall, der eine blaue Phase zeigt, für die kein Ausrichtungsfilm (alignment film) notwendig ist, verwendet werden. 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. Da die blaue Phase nur in einem schmalen Temperaturbereich auftritt, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, in die ein chirales Material eingemischt ist, für die Flüssigkristallschicht verwendet, um den Temperaturbereich zu verbessern. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Flüssigkristall mit einer blauen Phase und ein chirales Material enthält, weist eine kurze Antwortzeit von 1 ms oder weniger und eine optische Isotropie auf, was den Ausrichtungsprozess (alignment process) überflüssig macht und zu einer Reduktion der Sichtwinkelabhängigkeit beiträgt. Ferner können, da ein Ausrichtungsfilm nicht bereitgestellt sein muss und eine Reibbehandlung nicht erforderlich ist, ein durch die Reibbehandlung hervorgerufener Schaden aufgrund elektrostatischer Entladung verhindert werden und Defekte und Schäden an der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in dem Herstellungsprozess verringert werden. Somit kann die Produktivität der Flüssigkristallanzeigevorrichtung erhöht werden.
Das erste Substrat 901 und das zweite Substrat 906 sind durch das Dichtungsmaterial 925 an der Stelle befestigt. Als das Dichtungsmaterial 925 kann ein organisches Harz, wie z. B. ein wärmeaushärtendes Harz oder ein photohärtendes Harz, verwendet werden.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in 9A steht das Dichtungsmaterial 925 in Kontakt mit einem Gate-Isolierfilm 922, und der Ebnungsfilm 921 ist auf einer weiter innen liegenden Seite bereitgestellt als das Dichtungsmaterial 925. Es sei angemerkt, dass der Gate-Isolierfilm 922 durch Stapeln eines Siliziumnitridfilms und eines Siliziumoxynitridfilms ausgebildet ist. Wenn der Isolierfilm 924 selektiv geätzt wird, ist es außerdem bevorzugt, dass der Siliziumnitridfilm durch Ätzen des Siliziumoxynitridfilms in der oberen Schicht des Gate-Isolierfilms 922 freigelegt wird. Als Ergebnis steht das Dichtungsmaterial 925 in Kontakt mit dem Siliziumnitridfilm, der in dem Gate-Isolierfilm 922 ausgebildet ist, und der Eintritt von Wasser von außen in das Dichtungsmaterial 925 kann unterdrückt werden.
In der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in 9B steht das Dichtungsmaterial 925 in Kontakt mit dem Isolierfilm 924. Der Ebnungsfilm 921 ist auf einer weiter innen liegenden Seite bereitgestellt als das Dichtungsmaterial 925, und das Dichtungsmaterial 925 steht in Kontakt mit dem Siliziumnitridfilm auf der Oberfläche des Isolierfilms 924; somit kann der Eintritt von Wasser von außen in das Dichtungsmaterial 925 unterdrückt werden.
Die Größe eines Speicherkondensators, der in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung ausgebildet ist, wird unter Berücksichtigung des Leckstroms des Transistors eingestellt, der in dem Pixelabschnitt oder dergleichen vorgesehen ist, so dass eine Ladung während eines vorgegebenen Zeitraums gehalten werden kann. Unter Verwendung des Transistors, der den hochreinen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, reicht es aus, einen Speicherkondensator mit einer Kapazität bereitzustellen, die 1/3 oder weniger, vorzugsweise 1/5 oder weniger einer Flüssigkristallkapazität jedes Pixels beträgt; dadurch kann das Öffnungsverhältnis eines Pixels erhöht werden.
In der Anzeigevorrichtung sind eine Schwarzmatrix (ein Licht blockierender Film), ein optisches Element (ein optisches Substrat), wie z. B. ein Polarisationselement, ein Retardationselement oder ein Antireflexelement und dergleichen soweit erforderlich bereitgestellt. Beispielsweise kann eine zirkulare Polarisation unter Verwendung eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats erzielt werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
Als Anzeigeverfahren in dem Pixelabschnitt kann ein Progressivverfahren, ein Zeilensprungverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ferner sind Farbelemente, die bei der Farbanzeige in einem Pixel gesteuert werden, nicht auf drei Farben beschränkt: R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau). Beispielsweise können R, G, B und W (W entspricht Weiß) oder R, G, B und eines oder mehrere von Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen verwendet werden. Ferner können die Größen von Anzeigebereichen zwischen jeweiligen Punkten von Farbelementen unterschiedlich sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf eine Anzeigevorrichtung für eine Farbanzeige beschränkt, sondern kann auch auf eine Anzeigevorrichtung für eine monochrome Anzeige angewendet werden.
11A bis 11C stellen ein Beispiel für die Anzeigevorrichtung in 9A dar, in dem ein gemeinsamer Verbindungsabschnitt (Kontaktabschnitt) zur elektrischen Verbindung mit der zweiten Elektrode 931, die auf dem zweiten Substrat 906 angeordnet ist, über dem ersten Substrat 901 ausgebildet ist.
Es sei angemerkt, dass das Kontaktloch in dem Pixelabschnitt und die Öffnungen in dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt getrennt beschrieben werden, weil sich ihre Größen ziemlich voneinander unterscheiden. In 9A und 96 sowie 11A bis 11C sind der Pixelabschnitt 902 und der gemeinsame Verbindungsabschnitt nicht mit dem gleichen Ausmaß dargestellt. Beispielsweise ist die Länge der Strichpunktlinie I-J in dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt ungefähr 500 μm, während die Größe des Transistors des Pixelabschnitts 902 weniger als 50 μm ist; daher ist die Fläche des gemeinsamen Verbindungsabschnitts das Zehn- oder Mehrfache von derjenigen des Transistors. Jedoch sind die Ausmaße des Pixelabschnitts 902 und des gemeinsamen Verbindungsabschnitts in 9A und 9B sowie 11A bis 11C der Einfachheit halber geändert.
Der gemeinsame Verbindungsabschnitt ist in einer Position, die mit dem Dichtungsmaterial zum Binden des ersten Substrats 901 an das zweite Substrat 906 überlappt, bereitgestellt und ist elektrisch mit der zweiten Elektrode 931 über leitende Teilchen in dem Dichtungsmaterial verbunden. Alternativ ist der gemeinsame Verbindungsabschnitt in einer Position angeordnet, die nicht mit dem Dichtungsmaterial überlappt (außer des Pixelabschnitts), und eine leitende Teilchen enthaltende Paste ist getrennt von dem Dichtungsmaterial derart angeordnet, dass sie mit dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt überlappt, wodurch der gemeinsame Verbindungsabschnitt elektrisch mit der zweiten Elektrode 931 verbunden ist.
11A ist eine Querschnittsansicht des gemeinsamen Verbindungsabschnitts entlang der Linie I-J in der Draufsicht in 11B.
Eine gemeinsame Potentialleitung 975 ist über einem Gate-Isolierfilm 922 angeordnet und wird unter Verwendung des gleichen Materials und durch die gleichen Schritte wie die Source-Elektrode 971 oder die Drain-Elektrode 973 des Transistors 910 in 9A und 9B ausgebildet.
Ferner ist die gemeinsame Potentialleitung 975 mit dem Isolierfilm 924 und dem Ebnungsfilm 921 bedeckt, und eine Vielzahl von Öffnungen ist in dem Isolierfilm 924 und dem Ebnungsfilm 921 in einer Position, die mit der gemeinsamen Potentialleitung 975 überlappt, enthalten. Diese Öffnungen werden durch die gleichen Schritte wie ein Kontaktloch ausgebildet, das die erste Elektrode 930 und eine der Source-Elektrode 971 und der Drain-Elektrode 973 des Transistors 910 verbindet.
Ferner ist die gemeinsame Potentialleitung 975 mit der gemeinsamen Elektrode 977 durch die Öffnung verbunden. Die gemeinsame Elektrode 977 ist über dem Ebnungsfilm 921 angeordnet und wird unter Verwendung des gleichen Materials und durch die gleichen Schritte wie die Verbindungsanschlusselektrode 915 und die erste Elektrode 930 in dem Pixelabschnitt ausgebildet.
Auf diese Weise kann der gemeinsame Verbindungsabschnitt durch den gleichen Prozess wie das Schaltelement in dem Pixelabschnitt 902 ausgebildet werden.
Die gemeinsame Elektrode 977 ist eine Elektrode, die in Kontakt mit den leitenden Teilchen in dem Dichtungsmaterial steht, und ist elektrisch mit der zweiten Elektrode 931 des zweiten Substrats 906 verbunden.
Alternativ kann wie in 11C gezeigt eine gemeinsame Potentialleitung 985 unter Verwendung des gleichen Materials und durch die gleichen Schritte wie die Gate-Elektrode des Transistors 910 ausgebildet werden.
In dem gemeinsamen Verbindungsabschnitt in 11C ist die gemeinsame Potentialleitung 985 unter dem Gate-Isolierfilm 922, dem Isolierfilm 924 und dem Ebnungsfilm 934 angeordnet, und eine Vielzahl von Öffnungen ist in dem Gate-Isolierfilm 922, dem Isolierfilm 924 und dem Ebnungsfilm 934 in einer Position ausgebildet, die mit der gemeinsamen Potentialleitung 985 überlappt. Diese Öffnungen werden durch Ätzen des Isolierfilms 924 und des Ebnungsfilms 921 und weiteres selektives Ätzen des Gate-Isolierfilms 922, die die gleichen Schritte wie ein Kontaktloch sind, das die erste Elektrode 930 und eine der Source-Elektrode 971 und der Drain-Elektrode 973 des Transistors 910 verbindet, ausgebildet.
Ferner ist die gemeinsame Potentialleitung 985 durch den Öffnungsteil mit der gemeinsamen Elektrode 987 verbunden. Die gemeinsame Elektrode 987 ist über dem Ebnungsfilm 921 angeordnet und wird unter Verwendung des gleichen Materials und durch die gleichen Schritte wie die Verbindungsanschlusselektrode 915 und die erste Elektrode 930 in dem Pixelabschnitt ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einem FFS-Modus in 9B die gemeinsamen Elektroden 977 und 987 jeweils mit der zweiten Elektrode 941 verbunden sind
Dann kann als Anzeigeelement in der Anzeigevorrichtung ein Licht emittierendes Element, das Elektrolumineszenz nutzt, verwendet werden. Licht emittierende Elemente, die Elektrolumineszenz nutzen, werden in Übereinstimmung damit klassifiziert, ob ein Licht emittierendes Material eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung ist. Im Allgemeinen wird das Erstere als ein organisches EL-Element bezeichnet und wird das Letztere als ein anorganisches EL-Element bezeichnet.
Bei dem organischen EL-Element werden durch Anlegen einer Spannung an ein Licht emittierendes Element Elektronen und Löcher getrennt von einem Paar von Elektroden in eine Schicht injiziert, die eine Licht emittierende organische Verbindung enthält, und es fließt ein Strom. Die Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, und dadurch wird die Licht emittierende organische Verbindung angeregt. Die Licht emittierende organische Verbindung kehrt vom angeregten Zustand in einen Grundzustand zurück, wodurch Licht emittiert wird. Aufgrund eines solchen Mechanismus wird dieses Licht emittierende Element als lichtemittierendes Element mit Stromanregung bezeichnet.
Die anorganischen EL-Elemente werden entsprechend ihren Elementstrukturen als anorganisches Dispersions-EL-Element und anorganisches Dünnfilm-EL-Element klassifiziert. Das anorganische Dispersions-EL-Element umfasst eine Licht emittierende Schicht, bei der Teilchen eines Licht emittierenden Materials in einem Bindemittel dispergiert sind, und sein Lichtemissionsmechanismus ist eine Lichtemission vom Typ einer Donator-Akzeptor-Rekombination, welche ein Donator-Niveau und ein Akzeptor-Niveau nutzt. Das anorganische Dünnfilm-EL-Element hat eine Struktur, bei der eine Licht emittierende Schicht zwischen dielektrischen Schichten angeordnet ist, die ferner zwischen Elektroden angeordnet sind, wobei der Lichtemissionsmechanismus eine Lichtemission vom lokalisierten Typ ist, der einen Innenschalenelektronenübergang von Metallionen nutzt. Es sei angemerkt, dass hier ein Beispiel für ein organisches EL-Element als Licht emittierendes Element beschrieben wird.
Um Licht aus dem Licht emittierenden Element zu extrahieren, reicht es aus, dass mindestens eine eines Paars von Elektroden durchsichtig ist. Ein Transistor und ein Licht emittierendes Element sind über einem Substrat ausgebildet. Das Licht emittierende Element kann eine Struktur mit Emission nach oben (top emission structure), bei der eine Lichtemission durch die Oberfläche, die dem Substrat entgegengesetzt liegt, hindurch extrahiert wird; eine Struktur mit Emission nach unten (bottom emission structure), bei der eine Lichtemission durch die 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 Licht emittierendes Element mit jeder von diesen Emissionsstrukturen kann verwendet werden.
Ein Beispiel für eine Licht emittierende Vorrichtung, bei der ein Licht emittierendes Element als Anzeigeelement verwendet wird, ist in 10 gezeigt. Ein Licht emittierendes Element 963, das ein Anzeigeelement ist, ist elektrisch mit dem Transistor 910 in dem Pixelabschnitt 902 verbunden. Es sei angemerkt, dass die Struktur des Licht emittierenden Elements 963 eine Stapelschicht-Struktur aus der ersten Elektrode 930, einer Licht emittierenden Schicht 961 und der zweiten Elektrode 931 ist; die Struktur ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Struktur des Licht emittierenden Elements 963 kann in Abhängigkeit von der Richtung, in der Licht aus dem Licht emittierenden Element 963 extrahiert wird, oder dergleichen angemessen geändert werden.
Ein Siliziumnitridfilm 950 ist zwischen dem Ebnungsfilm 921 und der ersten Elektrode 930 bereitgestellt. Der Siliziumnitridfilm 950 steht in Kontakt mit Seitenflächen des Ebnungsfilms 921 und des Isolierfilms 924. Eine Trennwand 960 ist über Endbereichen des Siliziumnitridfilms 950 und der ersten Elektrode 930 bereitgestellt. Eine Trennwand 960 kann unter Verwendung eines organischen Isoliermaterials oder eines anorganischen Isoliermaterials ausgebildet werden. Es wird besonders bevorzugt, dass die Trennwand 960 unter Verwendung eines photoempfindlichen Harzmaterials so ausgebildet wird, dass sie eine Öffnung über der ersten Elektrode 930 aufweist, so dass eine Seitenwand der Öffnung eine geneigte Oberfläche mit einer kontinuierlichen Krümmung aufweist.
Die Licht emittierende Schicht 961 kann als einschichtige Struktur oder Stapelschicht-Struktur, die eine Vielzahl von Schichten beinhaltet, ausgebildet werden.
Eine Schutzschicht kann über der zweiten Elektrode 931 und der Trennwand 960 ausgebildet sein, um zu verhindern, dass Sauerstoff, Wasserstoff, Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder dergleichen in das Licht emittierende Element 963 eintritt. Als Schutzschicht kann ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm, ein Aluminiumoxidflm, ein Aluminiumnitridfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Aluminiumnitridoxidfilm, ein DLC-Film oder dergleichen ausgebildet sein. Ferner ist in einem Bereich, der durch das erste Substrat 901, das zweite Substrat 906 und ein Dichtungsmaterial 936 abgedichtet ist, ein Füllmaterial 964 angeordnet und eingeschlossen. Es ist bevorzugt, dass auf diese Weise das Licht emittierende Element mit einem Schutzfilm (wie z. B. einem Laminatfilm oder einem Ultraviolett-härtenden Harzfilm) oder einem Abdeckmaterial mit hoher Luftundurchlässigkeit und geringer Entgasung zusammengepackt (abgedichtet) ist, so dass das Anzeigefeld nicht der Außenluft ausgesetzt wird.
Als das Dichtungsmaterial 936 kann ein organisches Harz, wie z. B. ein wärmeaushärtendes Harz oder ein photohärtendes Harz, ein Frittglas (fritted glass) einschließlich eines niedrigschmelzenden Glases oder dergleichen verwendet werden. Das Frittglas wird bevorzugt, weil seine Barriereeigenschaft gegen Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Sauerstoff, hoch ist. Ferner wird in dem Fall, in dem das Frittglas als das Dichtungsmaterial 936 verwendet wird, wie in 10 das Frittglas über dem Siliziumnitridfilm 950 angeordnet, wodurch die Adhäsion des Siliziumnitridfilms 950 an dem Frittglas hoch wird und der Eintritt von Wasser von außen in das Dichtungsmaterial 936 verhindert werden kann.
Als das Füllmaterial 964 kann ebenso wie ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon, ein Ultraviolett-härtendes Harz oder ein wärmeaushärtendes Harz verwendet werden: Polyvinylchlorid (PVC), ein Acrylharz, Polyimid, ein Epoxidharz, ein Silikonharz, Polyvinylbutyral (PVB), Ethylenvinylacetat (EVA) oder dergleichen kann verwendet werden. Beispielsweise wird Stickstoff für das Füllmaterial verwendet.
Gegebenenfalls kann ein optischer Film, wie z. B. eine polarisierende Platte, eine zirkular polarisierende Platte (einschließlich einer elliptisch polarisierenden Platte), eine Retardationsplatte (eine Lambda-Viertel-Platte oder eine Lambda-Halbe-Platte) oder ein Farbfilter je nach Bedarf für eine Licht emittierende Oberfläche des Licht emittierenden Elements verwendet werden. Des Weiteren kann eine polarisierende Platte oder eine zirkular polarisierende Platte mit einem Antireflexionsfilm versehen sein. Es kann beispielsweise eine Blendschutzbehandlung (anti-glare treatment) durchgeführt werden, durch die reflektiertes Licht durch Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gestreut werden kann, um die Blendung zu verringern.
Ferner kann ein 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 den gleichen Grad an Lesbarkeit wie normales Papier aufweist, es niedrigeren Leistungsverbrauch aufweist als andere Anzeigevorrichtungen und es dünn und leichtgewichtig ausgebildet werden kann.
Da der Transistor wegen statischer Elektrizität oder dergleichen leicht zerstört werden kann, wird vorzugsweise eine Schutzschaltung zum Schützen der Treiberschaltung bereitgestellt. Die Schutzschaltung wird vorzugsweise unter Verwendung eines nicht-linearen Elements ausgebildet.
Wie oben beschrieben worden ist, kann unter Verwendung eines der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Transistoren eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung mit einer Anzeigefunktion bereitgestellt werden.
Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit den Strukturen der anderen Ausführungsformen implementiert werden.
(Ausführungsform 7)
Eine Halbleitervorrichtung, die eine Bildsensorfunktion zum Lesen von Daten über ein Objekt aufweist, kann unter Verwendung des Transistors ausgebildet werden, der bei einer der Ausführungsformen 1 bis 6 beschrieben worden ist.
Ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung, die eine Bildsensorfunktion aufweist, ist in 12A dargestellt. 12A zeigt eine äquivalente Schaltung eines Fotosensors, und 12B zeigt eine Querschnittansicht mit Darstellung eines Teils des Fotosensors.
Bei einer Fotodiode 602 ist eine Elektrode elektrisch mit einer Fotodioden-Rücksetzsignalleitung 658 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit einem Gate eines Transistors 640 verbunden. Eine/einer einer Source und eines Drain des Transistors 640 ist elektrisch mit einer Fotosensor-Referenzsignalleitung 672 verbunden, und die/der andere der Source und des Drain ist elektrisch mit einer/einem einer Source und eines Drain eines Transistors 656 verbunden. Ein Gate des Transistors 656 ist elektrisch mit einer Gate-Signalleitung 659 verbunden, und die/der andere der Source und des Drain des Transistors ist elektrisch mit einer Fotosensor-Ausgangssignalleitung 671 verbunden.
Es sei angemerkt, dass in Schaltschemata in dieser Beschreibung ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, mit einem Bezugszeichen „OS” bezeichnet ist, so dass er als Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, identifiziert werden kann. In 12A sind der Transistor 640 und der Transistor 656 jeweils ein Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, wobei der bei einer der Ausführungsformen 1 bis 6 beschriebene Transistor dafür Anwendung finden kann. Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Transistor mit einer Struktur, die derjenigen des bei der Ausführungsform 4 beschriebenen Transistors 7 ähnlich ist, verwendet wird.
12B ist eine Querschnittsansicht der Fotodiode 602 und des Transistors 640 in dem Fotosensor. Der Transistor 640 und die Fotodiode 602, die als Sensor dienen, sind über einem Substrat 601 (Elementsubstrat) mit einer isolierenden Oberfläche angeordnet. Ein Substrat 613 ist über der Fotodiode 602 und dem Transistor 640 angeordnet, wobei eine Klebeschicht 608 dazwischen liegt.
Ein Isolierfilm 632, ein Ebnungsfilm 633 und ein Ebnungsfilm 634 sind über dem Transistor 640 bereitgestellt. Die Fotodiode 602 beinhaltet eine Elektrode 641b, die über dem Ebnungsfilm 633 ausgebildet ist, einen ersten Halbleiterfilm 606a, einen zweiten Halbleiterfilm 606b und einen dritten Halbleiterfilm 606c in dieser Reihenfolge über der Elektrode 641b, eine Elektrode 642, die über dem Ebnungsfilm 634 bereitgestellt und über die ersten bis dritten Halbleiterfilme elektrisch mit der Elektrode 641b verbunden ist, und eine Elektrode 641a, die in der gleichen Schicht wie die Elektrode 641b bereitgestellt und elektrisch mit der Elektrode 642 verbunden ist.
Die Elektrode 641b ist elektrisch mit einer leitenden Schicht 643, die über dem Ebnungsfilm 634 ausgebildet ist, verbunden, und die Elektrode 642 ist über die Elektrode 641a elektrisch mit einem leitenden Film 645 verbunden. Der leitende Film 645 ist elektrisch mit einer Gate-Elektrode des Transistors 640 verbunden, und die Fotodiode 602 ist daher 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 Verunreinigungselement enthält, ausgebildet sein. Der erste Halbleiterfilm 606a wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Halbleiter-Quellengases, das ein Verunreinigungselement 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 Verunreinigungselement enthält, ausgebildet werden, und dann kann ein Verunreinigungselement durch ein Diffusionsverfahren oder ein Ionenimplantationsverfahren in den amorphen Siliziumfilm eingebracht werden. Ein Erwärmen oder dergleichen kann nach dem Einbringen des Verunreinigungselements mittels eines Ioneninjektionsverfahrens oder dergleichen durchgeführt werden, um das Verunreinigungselement zu verbreiten. 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 Verunreinigungselement enthält, ausgebildet. Der dritte Halbleiterfilm 606c wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Verwendung eines Halbleiter-Quellengases, das ein Verunreinigungselement 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 Verunreinigungselement enthält, ausgebildet werden, und dann kann ein Verunreinigungselement durch ein Diffusionsverfahren oder ein Ionenimplantationsverfahren in den amorphen Siliziumfilm eingebracht werden. Erwärmung oder dergleichen kann nach dem Einbringen des Verunreinigungselements durch ein Ionenimplantationsverfahren oder dergleichen durchgeführt werden, um das Verunreinigungselement zu verbreiten. 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 Mobilität von Löchern, die durch den fotoelektrischen Effekt erzeugt werden, ist zudem niedriger als die Mobilität 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 durch eine Oberfläche des Substrats 601 hindurch, über dem die pin-Fotodiode ausgebildet ist, von der Fotodiode 602 empfangen wird, in elektrische Signale umgewandelt wird. Ferner handelt es sich bei Licht, das durch den Halbleiterfilm mit einem Leitfähigkeitstyp, der demjenigen des Halbleiterfilms auf der Lichtempfangsfläche entgegengesetzt liegt, hindurch tritt, um Störlicht; deshalb ist die Elektrode vorzugsweise unter Verwendung eines lichtblockierenden leitenden Films ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die Seite des n-Typ-Halbleiterfilms alternativ als Lichtempfangsfläche verwendet werden kann.
Unter Verwendung eines Isoliermaterials können der Isolierfilm 632, der Ebnungsfilm 633 und der Ebnungsfilm 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.
Für die Ebnungsfilme 633 und 634 kann beispielsweise ein organisches Isoliermaterial mit Wärmebeständigkeit verwendet werden, wie beispielsweise Polyimid, Acrylharz, ein auf Benzocyclobuten basierendes Harz, Polyamid oder Epoxidharz. Es ist möglich, neben solchen organischen Isoliermaterialien 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.
Wenn das Licht, das in die Fotodiode 602 eintritt, detektiert wird, können Daten eines zu detektierenden Objekts gelesen werden. Es sei angemerkt, dass eine Lichtquelle, wie z. B. eine Hintergrundbeleuchtung, beim Lesen einer Information über ein Objekt verwendet werden kann.
Die Struktur, das Verfahren und dergleichen bei dieser Ausführungsform können in Kombination mit Strukturen, Verfahren und dergleichen bei anderen Ausführungsformen und Beispielen angemessen verwendet werden.
(Ausführungsform 8)
Eine in dieser Beschreibung offenbarte Halbleitervorrichtung kann auf verschiedene elektronische Geräte (einschließlich Spielautomaten) angewendet werden. Beispiele für elektronische Geräte umfassen ein Fernsehgerät (auch als Fernseher oder Fernsehempfänger bezeichnet), einen Monitor eines Computers oder dergleichen, Kameras wie z. B. eine Digitalkamera und eine digitale Videokamera, einen Digitalfotorahmen, ein Mobiltelefon, einen tragbaren Spielautomaten, ein tragbares Informationsendgerät, eine Audiowiedergabevorrichtung, einen Spielautomaten (z. B. einen Pachinko-Automaten oder einen Glücksspielautomaten), eine Spielkonsole und dergleichen. Konkrete Beispiele für diese elektronischen Geräte sind in 13A bis 13C gezeigt.
13A 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 ist. Ferner ist ein Energieversorgungskabel 9005 zum Zuführen einer Leistung an dem Gehäuse 9001 bereitgestellt.
Die Halbleitervorrichtung, die bei einer der vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, kann für den Anzeigeabschnitt 9003 verwendet werden, so dass das elektronische Gerät hohe Zuverlässigkeit aufweisen kann.
Der Anzeigeabschnitt 9003 hat eine berührungsempfindliche Eingabefunktion. 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 betreiben und eine Information eingeben. Zudem kann dann, wenn der Tisch mit 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 7 beschriebenen Halbleitervorrichtung mit einem Bildsensor der Anzeigeabschnitt 9003 als Touchscreen dienen.
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.
13B stellt ein Fernsehgerät 9100 dar. In dem Fernsehgerät 9100 ist ein Anzeigeabschnitt 9103 in einem Gehäuse 9101 eingebaut, und ein Bild kann auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt werden. Es sei angemerkt, dass hier das Gehäuse 9101 von einem Fuß 9105 getragen wird.
Das Fernsehgerät 9100 kann mittels eines Bedienungsschalters des Gehäuses 9101 oder einer separaten Fernbedienung 9110 betrieben werden. Mit einer Bedienungstaste 9109 der Fernbedienung 9110 können zu empfangende Fernsehsender und die Lautstärke gesteuert werden, so dass ein Bild, das auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt wird, gesteuert werden kann. Des Weiteren kann die Fernbedienung 9110 mit einem Anzeigebereich 9107 versehen sein, auf dem die von der Fernbedienung 9110 ausgegebenen Daten angezeigt werden.
Das Fernsehgerät 9100, das in 13B gezeigt ist, ist mit einem Empfänger, einem Modem und dergleichen versehen. Durch Verwendung des Empfängers kann das Fernsehgerät 9100 allgemeine Fernsehsendungen empfangen. Wenn ferner das Fernsehgerät 9100 über das Modem drahtgebunden oder drahtlos mit einem Kommunikationsnetz verbunden ist, kann Datenkommunikation in einer Richtung (von einem Sender zu einem Empfänger) oder in zwei Richtungen (zwischen einem Sender und einem Empfänger oder zwischen Empfängern) 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.
13C stellt einen Computer dar, der ein 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.
14A und 14B stellen einen zusammenklappbaren Tablet-Computer dar. In 14A ist der Tablet-Computer offen und beinhaltet ein Gehäuse 9630, einen Anzeigeabschnitt 9631a, einen Anzeigeabschnitt 9631b, einen Schalter 9034 zum Schalten von Anzeigemodi, einen Netzschalter 9035, einen Schalter 9036 zum Schalten in einen Stromsparmodus, eine Spange 9033 und einen Bedienungsschalter 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-Bereich 9632a sein, und Daten können durch Berühren angezeigter Bedienungstasten 9638 eingegeben werden. Obwohl eine Struktur als Beispiel gezeigt ist, bei der ein halber Bereich des Anzeigebereichs 9631a nur eine Anzeigefunktion hat und der andere halbe Bereich auch eine Touchscreenfunktion hat, ist die Struktur des Anzeigeabschnitts 9631a nicht darauf beschränkt. Jedoch wird die Struktur des Anzeigeabschnitts 9631a nicht auf diese beschränkt, und der ganze Anzeigeabschnitt 9631a kann eine Touchscreenfunktion haben. Beispielsweise kann der ganze Anzeigeabschnitt 9631a Tastaturknöpfe anzeigen und als Touchscreen dienen, während der Anzeigeabschnitt 9631b als Anzeigebildschirm verwendet werden kann.
In dem Anzeigeabschnitt 9631b kann wie bei dem Anzeigeabschnitt 9631a ein Teil des Anzeigeabschnitts 9631b ein Touchscreen-Bereich 9632b sein. Wenn ein Finger, ein Stift oder dergleichen die Stelle, an der ein Schalter 9639 zum Schalten der Tastaturanzeige auf dem Touchscreen angezeigt wird, berührt, können Tastaturknöpfe auf dem Anzeigeabschnitt 9631b angezeigt werden.
Eine berührungsempfindliche Eingabe kann auf den Touchscreen-Bereichen 9632a und 9632b zur gleichen Zeit durchgeführt werden.
Der Schalter 9034 zum Schalten von Anzeigemodi ermöglicht Umschaltung zwischen einem Hochformat und einem Querformat, zwischen Farbanzeige und monochromer Anzeige und dergleichen. Mit dem Schalter 9036 zum Schalten in einen Stromsparmodus kann man die Leuchtdichte der Anzeige entsprechend der Menge an Außenlicht beim Verwenden optimieren, das durch einen optischen Sensor in dem Tablet-Computer detektiert wird. Der Tablet-Computer kann eine weitere Detektorvorrichtung, wie z. B. einen Sensor zum Bestimmen der Neigung (z. B. ein Kreiselinstrument oder einen Beschleunigungssensor) zusätzlich zu dem optischen Sensor beinhalten.
Obwohl der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b die gleiche Anzeigefläche in 14A aufweisen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Anzeigeabschnitt 9631a und der Anzeigeabschnitt 9631b können verschiedene Flächen oder verschiedene Anzeigequalität haben. Beispielsweise kann einer von ihnen ein Anzeigefeld sein, das Bilder mit höherer Auflösung anzeigen kann als das andere Anzeigefeld.
14B zeigt den Tablet-Computer, der zugeklappt ist. Der Tablet-Computer beinhaltet das Gehäuse 9630, eine Solarbatterie 9633 und eine Lade- und Entladesteuerschaltung 9634. Es sei angemerkt, dass 14B ein Beispiel darstellt, in dem die Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 eine Batterie 9635 und einen Gleichspannungswandler 9636 beinhaltet.
Da der Tablet-Computer zusammenklappbar ist, kann das Gehäuse 9630 geschlossen werden, wenn der Tablet-Computer nicht verwendet wird. Somit können die Anzeigeabschnitte 9631a und 9631b geschützt werden. Daher kann ein Tablet-Computer, der hohe Haltbarkeit und hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich der Langzeitverwendung aufweist, bereitgestellt werden.
Der Tablet-Computer in 14A und 14B kann auch 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 durch berührungsempfindliche Eingabe angezeigt werden, eine Funktion zum Steuern der Verarbeitung mittels verschiedener Arten von Software (Programmen) und dergleichen aufweisen.
Die Solarbatterie 9633, die an der Oberfläche des Tablet-Computers angebaut ist, führt Energie zu einem Touchscreen, einem Anzeigeabschnitt, einem Bildsignalprozessor und dergleichen zu. Es sei angemerkt, dass die Solarbatterie 9633 an einer oder beiden Oberflächen des Gehäuses 9630 angeordnet sein kann, so dass die Batterie 9635 auf effiziente Weise aufgeladen werden kann. Wenn eine Lithiumionenbatterie als die Batterie 9635 verwendet wird, besteht ein Vorteil der Verkleinerung oder dergleichen.
Die Struktur und der Betrieb der Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 in 14B werden unter Bezugnahme auf ein Blockschema in 14C beschrieben. Die Solarbatterie 9633, die Batterie 9635, der Gleichspannungswandler 9636, ein Wandler 9637, Schalter SW1 bis SW3 und der Anzeigeabschnitt 9631 sind in 14C dargestellt, und die Batterie 9635, der Gleichspannungswandler 9636, der Wandler 9637 und die Schalter SW1 bis SW3 entsprechen der Lade- und Entladesteuerschaltung 9634 in 14B.
Zuerst wird ein Beispiel für den Betrieb in dem Fall, in dem Energie von der Solarbatterie 9633 unter Verwendung von Außenlicht erzeugt wird, beschrieben. Die Spannung der von der Solarbatterie 9633 erzeugten Energie wird durch den Gleichspannungswandler 9636 erhöht oder verringert, so dass eine zum Aufladen der Batterie 9635 benötigte Spannung erhalten wird. Wenn der Anzeigeabschnitt 9631 mit der Energie aus der Solarbatterie 9633 bedient wird, wird der Schalter SW1 eingeschaltet, und die Spannung der Energie wird durch den Wandler 9637 auf eine Spannung, die für die Bedienung des Anzeigeabschnitts 9631 erforderlich ist, erhöht oder verringert. Wenn ferner keine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 9631 durchgeführt wird, wird der Schalter SW1 ausgeschaltet und ein Schalter SW2 wird eingeschaltet, so dass die Batterie 9635 aufgeladen werden kann.
Die Solarbatterie 9633 wird hier zwar als Beispiel für ein Energieerzeugungsmittel gezeigt, es gibt aber keine besondere Beschränkung bezüglich eines Verfahrens zum Aufladen der Batterie 9635, und die Batterie 9635 kann mittels eines anderen Energieerzeugungsmittels wie z. B. eines piezoelektrischen Elements oder eines thermoelektrischen Wandlerelements (Peltier-Elements) aufgeladen werden. Beispielsweise kann die Batterie 9635 mittels eines kontaktfreien Energieübertragungsmoduls aufgeladen werden, das fähig ist, durch drahtloses (kontaktloses) Übertragen und Empfangen von Energie aufzuladen, oder ein anderes Mittel zum Aufladen kann damit in einer Kombination verwendet werden.
Die Struktur, das Verfahren und dergleichen bei dieser Ausführungsform können in Kombination mit Strukturen, Verfahren und dergleichen bei anderen Ausführungsformen angemessen verwendet werden.
[Beispiel 1]
In diesem Beispiel werden Ergebnisse einer Auswertung eines Nitridisolierfilms, der für den Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, beschrieben. Detailliert werden Ergebnisse der Auswertung der Anzahl der Wasserstoffmoleküle, Ammoniakmoleküle und Wassermoleküle, die durch Erwärmung abgegeben werden, beschrieben.
Zuerst wird ein Verfahren zum Herstellen der ausgewerteten Proben beschrieben. Die hergestellten Proben haben jeweils eine Struktur 1 oder eine Struktur 2.
Ein Siliziumnitridfilm 993 wurde über einem Siliziumwafer 991 durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Ausbildungsbedingungen, die für den Nitridisolierfilm 25 bei der Ausführungsform 1 (siehe 1B) verwendet werden können, ausgebildet, so dass die Probe mit der Struktur 1 ausgebildet wurde (siehe 15A).
Der Siliziumnitridfilm 993 wurde unter drei Bedingungen ausgebildet, nämlich einer Bedingung 1, einer Bedingung 2 und einer Bedingung 3. Die Probe, die unter der Bedingung 1 ausgebildet wurde, wird als eine Probe A1 bezeichnet. Die Probe, die unter der Bedingung 2 ausgebildet wurde, wird als eine Probe A2 bezeichnet. Die Probe, die unter der Bedingung 3 ausgebildet wurde, wird als eine Probe A3 bezeichnet. Die Proben A1 bis A3 haben jeweils den Siliziumnitridfilm 993 in einer Dicke von 50 nm.
Die Bedingung 1 war wie folgt: die Temperatur des Siliziumwafers 991 war 220°C; das Quellengas war Silan, Stickstoff und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, 5000 sccm bzw. 100 sccm; der Druck der Behandlungskammer war 200 Pa; und die Hochfrequenzleistung, die zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wurde, war 27,12 MHz und 1000 W (die Leistungsdichte war 1,6 × 10^–1 W/cm²). Das Verhältnis der Durchflussmenge von Stickstoff zu Ammoniak war 50.
Die Bedingung 2 war gleich der Bedingung 1, außer dass die Hochfrequenzleistung, die zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wurde, 150 W war (die Leistungsdichte war 2,5 × 10^–2 W/cm²).
Die Bedingung 3 war wie folgt: die Temperatur des Siliziumwafers 991 war 220°C; das Quellengas war Silan, Stickstoff und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 30 sccm, 1500 sccm bzw. 1500 sccm; der Druck der Behandlungskammer war 200 Pa; und die Hochfrequenzleistung, die zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wurde, war 27,12 MHz und 150 W (die Leistungsdichte war 2,5 × 10^–2 W/cm²). Das Verhältnis der Durchflussmenge von Stickstoff zu Ammoniak war 1.
TDS-Analysen wurden an den Proben A1 bis A3 durchgeführt. Bei jeder der Proben wurde der Siliziumwafer 991 bei 65°C oder höher und 610°C oder niedriger erwärmt.
Die Peaks der Kurven, die in den durch TDS erhaltenen Ergebnissen gezeigt sind, erscheinen wegen einer Abgabe von Atomen oder Molekülen nach außen, die in den analysierten Proben (den Proben A1 bis A3 in diesem Beispiel) enthalten sind. Die Gesamtzahl der Atome oder Moleküle, die nach außen abgegeben werden, entspricht dem Integralwert des Peaks. Deshalb kann die Anzahl der Atome oder Moleküle, die in dem Siliziumnitridfilm enthalten sind, aus dem Grad der Peakintensität bestimmt werden.
16A bis 16C sowie 17A und 17B zeigen die Ergebnisse der TDS-Analysen an den Proben A1 bis A3. 16A ist ein Diagramm der Menge eines abgegebenen Gases, das ein M/z von 2 hat, typischerweise der Wasserstoffmoleküle, gegenüber der Substrattemperatur. 16B ist ein Diagramm der Menge eines abgegebenen Gases, das ein M/z von 18 hat, typischerweise der Wasserstoffmoleküle, gegenüber der Substrattemperatur. 16C ist ein Diagramm einer Menge an abgegebenen Wasserstoffmolekülen, die aus einem Integralwert eines Peaks einer Kurve in 16A berechnet wurde. 17A ist ein Diagramm der Menge an einem abgegebenen Gas, das ein M/z von 17 hat, typischerweise der Ammoniakmoleküle, gegenüber der Substrattemperatur. 17B ist ein Diagramm einer Menge an abgegebenen Ammoniakmolekülen, die aus einem Integralwert eines Peaks einer Kurve in 17A berechnet wurde. In diesen TDS-Analysen war die untere Nachweisgrenze von Wasserstoffmolekülen 1 × 10²¹ Moleküle/cm³, und die untere Nachweisgrenze von Ammoniakmolekülen war 2 × 10²⁰ Moleküle/cm³.
Wie in 16A gezeigt, ist die TDS-Intensität von Wasserstoffmolekülen der Probe A2 höher als diejenige der Probe A1 und diejenige der Probe 3. Wie in 16C gezeigt, ist die Menge der abgegebenen Wasserstoffmoleküle der Probe A2 gegenüber der Substrattemperatur ca. das Fünffache derjenigen der Probe A1 und derjenigen der Probe A3. Wie in 16B gezeigt, wird in den Proben A1 bis A3 ein Peak, der auf die Abgabe von Wasserstoffmolekülen hindeutet, beobachtet, wenn die Temperatur jedes Substrats im Bereich von höher als oder gleich 100°C bis niedriger als oder gleich 200°C lag. Es sei angemerkt, dass nur in der Probe A3 ein scharfer Peak in dem Bereich detektiert wurde.
Im Gegensatz dazu ist, wie in 17A gezeigt, die TDS-Intensität von Ammoniakmolekülen der Probe A3 höher als diejenige der Probe A1 und diejenige der Probe A2. Wie in 17B gezeigt, ist die Menge der abgegebenen Ammoniakmoleküle der Probe A3 gegenüber der Substrattemperatur mindestens ca. größer als oder gleich dem Sechzehnfachen derjenigen der Probe A1 und derjenigen der Probe A2. Die Menge der abgegebenen Ammoniakmoleküle der Probe A2 ist kleiner als oder gleich der unteren Nachweisgrenze.
Als Nächstes wird die Struktur 2 beschrieben, die für einige der hergestellten Proben verwendet wurde. Ein Siliziumoxynitridfilm 995 wurde über dem Siliziumwafer 991 durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter Ausbildungsbedingungen, die für den Isolierfilm 24b bei der Ausführungsform 4 (siehe 6B) verwendet werden können, ausgebildet, und der Siliziumnitridfilm 993 wurde über dem Siliziumoxynitridfilm 995 auf eine Weise, die bei der Struktur 1 ähnlich ist, ausgebildet, so dass die Probe mit der Struktur 2 ausgebildet wurde (siehe 15B).
In jeder der Proben mit der Struktur 2 ist der Siliziumoxynitridfilm 955 ein Siliziumoxynitridfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, um einen Effekt zum Unterdrücken der Übertragung von Wasser auf den Siliziumnitridfilm 993 zu bestimmen. 19A und 19B zeigen die Ergebnisse der TDS-Analysen an Proben, wobei jeweils nur der Siliziumoxynitridfilm 995 in einer Dicke von 400 nm über einem Siliziumwafer ausgebildet wurde. in jeder der Proben wurde der Siliziumwafer 991 bei 70°C oder höher und 570°C oder niedriger erwärmt. 19A ist ein Diagramm der Menge eines abgegebenen Gases, das ein M/z von 32 hat, typischerweise der Sauerstoffmoleküle, gegenüber der Substrattemperatur. 19B ist ein Diagramm der Menge eines abgegebenen Gases, das ein M/z von 18 hat, typischerweise der Wassermoleküle, gegenüber der Substrattemperatur. Der Siliziumoxynitridfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, enthält nicht nur Sauerstoff (siehe 19A), sondern auch Wasser (siehe 19B); daher kann bestimmt werden, ob der Siliziumnitridfilm 993 einen Effekt zum Unterdrücken der Übertragung von Wasser hat oder nicht, indem eine Menge der abgegebenen Wassermoleküle gegenüber der Substrattemperatur der Proben A4 bis A6 mit der Struktur 2 bestimmt wird.
Die Bedingungen zum Ausbilden des Siliziumoxynitridfilms 995 waren wie folgt: die Temperatur des Siliziumwafers 991 war 220°C; das Quellengas war Silan und Stickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 160 sccm bzw. 4000 sccm; der Druck der Behandlungskammer war 200 Pa; und die Hochfrequenzleistung, die zu parallelen Plattenelektroden zugeführt wurde, war 27,12 MHz und 1500 W (die Leistungsdichte war 2,5 × 10^–1 W/cm²). Die Dicke des Siliziumoxynitridfilms 995 war 400 nm.
In den Proben mit der Struktur 2 wurde der Siliziumnitridfilm 993 unter den drei Bedingungen ausgebildet, nämlich der Bedingung 1, der Bedingung 2 und der Bedingung 3. Die Probe, die die Struktur 2 hat und unter der Bedingung 1 ausgebildet wird, wird als eine Probe A4 bezeichnet. Die Probe, die die Struktur 2 hat und unter der Bedingung 2 ausgebildet wird, wird als eine Probe A5 bezeichnet. Die Probe, die die Struktur 2 hat und unter der Bedingung 3 ausgebildet wird, wird als eine Probe A6 bezeichnet. Die Proben A4 bis A6 haben jeweils den Siliziumnitridfilm 993 in einer Dicke von 50 nm. Die Details der Bedingungen 1 bis 3 sind gleich denjenigen der Struktur 1.
TDS-Analysen wurden an den Proben A4 bis A6 durchgeführt, um einen Effekt zum Unterdrücken der Übertragung von Wasser zu bestimmen. Bei jeder der Proben wurde der Siliziumwafer 991 bei 70°C oder höher und 580°C oder niedriger erwärmt.
18A und 18B zeigen die Ergebnisse der TDS-Analysen an den Proben A4 bis A6 mit der Struktur 2. 18A ist ein Diagramm einer Menge der abgegebenen Wasserstoffmoleküle gegenüber der Substrattemperatur. 18B ist ein Diagramm einer Menge der abgegebenen Wassermoleküle gegenüber der Substrattemperatur.
Wie in 18A gezeigt, ist die TDS-Intensität von Wasserstoffmolekülen der Probe A5 höher als diejenige der Probe A4 und diejenige der Probe A6. Wie in 18B gezeigt, ist ein kleiner Peak in der TDS-Intensität von Wassermolekülen beobachtet; jedoch wird kein großer Unterschied in den Proben A4 bis A6 beobachtet.
Die Proben A4 bis A6 mit der Struktur 2 haben jeweils eine sehr niedrige Intensität eines Peaks, der auf die Abgabe von Wassermolekülen hindeutet, trotz des Vorhandenseins des Siliziumoxyinitridfims 995, der Wasser enthält. Somit kann unter den Bedingungen zum Ausbilden der Proben A4 bis A6 ein Isolierfilm, der die Übertragung von Wasser unterdrücken kann, ausgebildet werden.
Jedoch hat die Probe A2, die einen Siliziumnitridfilm umfasst, der eine derjenigen der Probe 5 ähnliche Bedingung verwendet, eine große Anzahl von abgegebenen Wasserstoffmolekülen, und die Probe A3 hat eine große Anzahl von abgegebenen Ammoniakmolekülen. in einem Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, werden dann, wenn Wasserstoff und Stickstoff in einem Oxidhalbleiterfilm enthalten sind, Elektronen, die als Ladungsträger dienen, in dem Oxidhalbleiterfilm erzeugt, und der Transistor wird „normalerweise eingeschaltet”. Infolgedessen sind Wasserstoffmoleküle und Ammoniakmoleküle, die Stickstoffzufuhrquellen sind, beide Verunreinigungen, die elektrische Eigenschaften eines Transistors ändern. Beispielsweise ist in der Probe A3 die Menge an abgegebenen Ammoniakmolekülen groß, was bedeutet, dass es viele Stickstoffquellen gibt; durch Ausbilden eines solchen Isolierfilms über einem Transistor oder in einem Gate-Isolierfilm eines Transistors wird der Transistor „normalerweise eingeschaltet”.
Auf diese Weise wird der Nitridisolierfilm, der eine kleine Anzahl von Wasserstoffmolekülen und Ammoniakmolekülen abgibt, wie z. B. der Siliziumnitridfilm, der unter der für die Probe A1 und die Probe A4 verwendeten Bedingung 1 ausgebildet wird, über einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, bereitgestellt. Als Ergebnis kann ein Transistor, in dem eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt wird, oder ein Transistor, dessen Zuverlässigkeit verbessert wird, hergestellt werden. Ferner wird als Gate-Isolierfilm des Transistors, der den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, ein Nitridisolierfilm, der eine kleine Anzahl von abgegebenen Wasserstoffmolekülen und abgegebenen Ammoniakmolekülen abgibt, wie z. B. ein Siliziumnitridfilm, der unter der für die Probe A1 und die Probe A4 verwendeten Bedingung 1 ausgebildet wird, bereitgestellt, wodurch ein Transistor, in dem Schwankungen der elektrischen Eigenschaften unterdrückt werden, oder ein Transistor mit verbesserter Zuverlässigkeit hergestellt werden.
Anschließend wurden Transistoren hergestellt, die Silizimnitridfilme beinhalten, die unter den Bedingungen 1 bis 3 ausgebildet wurden, und die Vg-Id-Eigenschaften wurden gemessen.
Ein Herstellungsprozess eines Transistors, der jeweils in einer Probe B1, einer Probe B2 und einer Probe B3 enthalten ist, wird beschrieben. In diesem Beispiel wird der Prozess anhand von 2A bis 2D beschrieben.
Wie in 2A gezeigt wurde zuerst ein Glassubstrat als das Substrat 11 verwendet, und die Gate-Elektrode 15 wurde über dem Substrat 11 ausgebildet.
Ein 100 nm dicker Wolframfilm wurde durch ein Sputterverfahren ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem Wolframfilm ausgebildet, und ein Teil des Wolframfilms wurde unter Verwendung der Maske geätzt, so dass die Gate-Elektrode 15 ausgebildet wurde.
Als Nächstes wurde der Gate-Isolierfilm 18 über der Gate-Elektrode 15 ausgebildet.
Als der Gate-Isolierfilm 18 wurde eine gestapelte Schicht umfassend einen 50 nm dicken Siliziumnitridfilm und einen 200 nm dicken Siliziumoxynitridfilm ausgebildet. Der Siliziumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan und Stickstoff wurden mit 50 sccm bzw. 5000 sccm zu einer Behandlungskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 60 Pa reguliert; und eine Leistung von 150 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Der Siliziumoxynitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan und Distickstoffmonoxid wurden mit 20 sccm bzw. 3000 sccm zu der Behandlungskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 40 Pa reguliert; und eine Leistung von 100 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt. Es sei angemerkt, dass sowohl der Siliziumnitridfilm als auch der Siliziumoxynitridfilm bei einer Substrattemperatur von 350°C ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde der Oxidhalbleiterfilm 19, der mit der Gate-Elektrode 15 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 18 dazwischen liegt, ausgebildet.
Hier wurde ein IGZO-Film, der ein CAAC-OS-Film war, durch ein Sputterverfahren über dem Gate-Isolierfilm 18 ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem IGZO-Film ausgebildet, und der IGZO-Film wurde unter Verwendung der Maske teilweise geätzt. Dann wurde der geätzte IGZO-Film einer Wärmebehandlung unterzogen, so dass der Oxidhalbleiterfilm 19 ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass der in diesem Beispiel ausgebildete IGZO-Film eine Dicke von 35 nm hat.
Der IGZO-Film wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet; Argon mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 50 sccm wurden einer Behandlungskammer einer Sputtervorrichtung als Sputtergas zugeführt; der Druck in der Behandlungskammer wurde auf 0,6 Pa reguliert; und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der IGZO-Film bei einer Substrattemperatur von 170°C ausgebildet wurde.
Als Nächstes wurden Wasser, Wasserstoff und dergleichen, die in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten waren, durch eine Wärmebehandlung abgegeben. Hier wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
Auf 2B kann man bezüglich der Struktur, die durch die Schritte bis hierin erhalten wurde, Bezug nehmen.
Nachdem die Gate-Elektrode freigelegt worden war, indem der Gate-Isolierfilm 18 teilweise geätzt wurde (nicht abgebildet), wurde als nächstes wie in 2C das Paar von Elektroden 21 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 19 ausgebildet.
Ein leitender Film wurde über dem Gate-Isolierfilm 18 und dem Oxidhalbleiterfilm 19 ausgebildet, eine Maske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet, und der leitende Film wurde unter Verwendung der Maske teilweise geätzt, so dass das Paar von Elektroden 21 ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass als leitender Film ein 400 nm dicker Aluminiumfilm über einem 50 nm dicken Wolframfilm ausgebildet wurde und ein 100 nm dicker Titanfilm über dem Aluminiumfilm ausgebildet wurde.
Nachdem das Substrat in eine Behandlungskammer unter verringertem Druck transportiert worden war und bei 220°C erwärmt worden war, wurde dann das Substrat in eine Behandlungskammer, die mit Distickstoffmonoxid gefüllt war, transportiert. Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm 19 einem Sauerstoff-Plasma ausgesetzt, das derart erzeugt wurde, dass eine obere Elektrode in der Behandlungskammer mit einer Hochfrequenzleistung von 150 W unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle versorgt wurde.
Dann wurde nach der vorstehenden Plasma-Behandlung der Isolierfilm 23 sukzessiv über dem Oxidhalbleiterfilm 19 und dem Paar von Elektroden 21 ohne Aussetzung zur Atmosphäre ausgebildet. Ein 50 nm dicker erster Siliziumoxynitridfilm und ein 400 nm dicker zweiter Siliziumoxynitridfilm wurden gestapelt.
Der erste Siliziumoxynitridfilm wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 30 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengase verwendet; der Druck in einer Behandlungskammer war 40 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 150 W wurde zu parallelen Plattenelektroden zugeführt.
Der zweite Siliziumoxynitridfilm wurde durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 160 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengas verwendet; der Druck in der Behandlungskammer war 200 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 1500 W wurde zu den parallelen Plattenelektroden zugeführt. Unter den obigen Bedingungen ist möglich, einen Siliziumoxynitridfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung und aus dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, auszubilden.
Als Nächstes wurden Wasser, Wasserstoff und dergleichen von dem Isolierfilm 23 durch eine Wärmebehandlung abgegeben. Die Wärmebehandlung wurde hier eine Stunde lang bei 350°C in einer Atmosphäre von Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
Als Nächstes wurde wie in 2D gezeigt der Nitridisolierfilm 25 über dem Isolierfilm 23 ausgebildet.
In der Probe B1 wurde als der Nitridisolierfilm 25 der Siliziumnitridfilm unter der Bedingung 1 der Probe A1 ausgebildet.
In der Probe B2 wurde als der Nitridisolierfilm 25 der Siliziumnitridfilm unter der Bedingung 2 der Probe A2 ausgebildet.
In der Probe B3 wurde als der Nitridisolierfilm 25 der Siliziumnitridfilm unter der Bedingung 3 der Probe A3 ausgebildet.
Obwohl nicht gezeigt, wurden als Nächstes Teile des Isolierfilms 23 und des Nitridisolierfilms 25 geätzt, und Öffnungen, durch die ein Teil des Paars von Elektroden freigelegt wurde, wurden ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein Ebnungsfilm (nicht abgebildet) über dem Nitridisolierfilm 25 ausgebildet. Hier wurde der Nitridisolierfilm 25 mit einer Zusammensetzung beschichtet, und Belichtung und Entwicklung wurden durchgeführt, so dass ein Ebnungsfilm mit einer Öffnung, durch die das Paar von Elektroden teilweise freigelegt wurde, ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass als Ebnungsfilm ein 1,5 μm dickes Acrylharz ausgebildet wurde. Eine Wärmebehandlung wurde dann durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang bei einer Temperatur von 250°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Als Nächstes wird ein leitender Film, der mit einem Teil des Paars von Elektroden verbunden ist, ausgebildet (nicht abgebildet). Hier wurde ein 100 nm dicker ITO-Film, der Siliziumoxid enthielt, durch ein Sputterverfahren ausgebildet.
Durch diese Schritte wurden Transistoren in den Proben B1 bis B3 hergestellt.
Als Nächstes wurden Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in den Proben B1 bis B3 gemessen.
Als Nächstes wurde ein Pressure-Cooker-Test (pressure cooker test: PCT) als beschleunigter Lebensdauertest durchgeführt, um die Feuchtigkeitsbeständigkeit zu bestimmen. In dem PCT in diesem Beispiel wurden die Proben B1 bis B3 15 Stunden lang unter den folgenden Bedingungen gehalten: die Temperatur war 130°C, die Humidität war 85% und der Druck war 0,23 MPa.
20A bis 20C, 21A bis 21C sowie 22A bis 22C zeigen Anfangs-Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren, die in den Proben B1 bis B3 enthalten sind, und Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren, die in den Proben B1 bis B3 enthalten sind, nach dem Pressure-Cooker-Test.
Es sei angemerkt, dass bei jeder Probe Vg-Id-Eigenschaften eines Transistors 1, dessen Kanallänge (L) 2 μm ist und dessen Kanalbreite (W) 50 μm ist, und eines Transistors 2, dessen Kanallänge (L) 6 μm ist und dessen Kanalbreite (W) 50 μm ist, gemessen wurden. Die Anfangseigenschaften der Transistoren 1 in den Proben B1 bis B3 sind in 20A, 21A und 22A gezeigt, die Anfangseigenschaften der Transistoren 2 in den Proben B1 bis B3 sind in 20B, 21B und 22B gezeigt, und die Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren 2 in den Proben B1 bis B3 nach dem Pressure-Cooker-Test sind in 20C, 21C und 22C gezeigt. Außerdem wurden bei jeder Probe 24 Transistoren mit der gleichen Struktur auf dem Substrat hergestellt.
Laut der Vg-Id-Eigenschaften in 21A haben die Transistoren keine Schalteigenschaften. Ferner sind laut der Vg-Id-Eigenschaften in 22A Schwankungen der Schwellenspannung der Transistoren groß. Jedoch wird laut der Vg-Id-Eigenschaften in 20A gefunden, dass die Transistoren vorteilhafte Schalteigenschaften aufweisen und Schwankungen der Schwellenspannung der Transistoren gering sind.
Es wird gefunden, dass Schwankungen der Schwellenspannung des Transistors in den Anfangseigenschaften der Vg-Id-Eigenschaften in 20B und 22B geringer sind als diejenigen in den Anfangseigenschaften der Vg-Id-Eigenschaften in 21B.
Die Vg-Id-Eigenschaften in 20C haben vorteilhaftere Schalteigenschaften als die Vg-Id-Eigenschaften nach dem Pressure-Cooker-Test in 21C und 22C.
Aus den vorstehenden Gründen wird ein Nitridisolierfilm, der eine kleine Anzahl von Wasserstoffmolekülen und Ammoniakmolekülen abgibt, über einem Transistor ausgebildet, wodurch eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung verringert werden kann und die Zuverlässigkeit des Transistors verbessert werden kann.
Als Nächstes wurde eine Vielzahl von Proben hergestellt, indem der Nitridisolierfilm 25 durch den gleichen Prozess wie die Proben B1 bis B3 in diesem Beispiel und unter einer anderen Bedingung als den Bedingungen 1 bis 3 ausgebildet wird. Bei jeder Probe wurden 24 Transistoren mit der gleichen Struktur auf dem Substrat hergestellt, und die Anfangs-Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren wurden miteinander verglichen. Es sei angemerkt, dass bei jedem der Transistoren die Kanallänge (L) 2 μm beträgt und die Kanalbreite (W) 50 μm beträgt.
23 zeigt eine Beziehung zwischen einer Menge an abgegebenen Wasserstoffmolekülen und einer Menge an abgegebenen Ammoniakmolekülen von dem Nitridisolierfilm 25 und den Anfangs-Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren in der Vielzahl von Proben, in denen der Nitridisolierfilm 25 unter einer Bedingung der Proben B1 bis B3 oder einer anderen Bedingung als der Bedingungen 1 bis 3 ausgebildet wird.
In 23 stellt die horizontale Achse die Menge an Wasserstoffmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm 25 abgegeben werden, dar, und die vertikale Achse stellt die Menge an Ammoniakmolekülen, die von dem Nitridisolierfilm 25 abgegeben werden, dar. Außerdem stellen Kreise in 23 dar, dass der Unterschied zwischen der maximalen Schwellenspannung und der minimalen Schwellenspannung (Vth_max – Vth_min) in den 24 Transistoren auf dem Substrat kleiner als oder gleich 1 V ist. Des Weiteren stellen Dreiecke dar, dass Vth_max – Vth größer als 1 V und kleiner als oder gleich 3 V ist. Zudem stellen Kreuze dar, dass Vth_max – Vth_min größer als 3 V ist.
In 23 sind Kreuze nicht in dem Bereich aufgezeichnet, in dem die Menge an von dem Nitridisolierfilm 25 abgegebenen Wasserstoffmolekülen kleiner als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³ ist und die Menge an von dem Nitridisolierfilm 25 abgegebenen Ammoniakmolekülen kleiner als 1 × 10²² Moleküle/cm³ ist. Folglich findet man, dass ein Nitridisolierfilm, der Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³ abgibt, über einem Transistor bereitgestellt wird, wodurch Schwankungen der Schwellenspannung des Transistors verringert werden können. Darüber hinaus kann eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden.
Erläuterung der Bezugszeichen

1: Transistor, 3: Transistor, 5: Transistor, 7: Transistor, 9: Transistor, 11: Substrat, 15: Gate-Elektrode, 18: Gate-Isolierfilm, 19: Oxidhalbleiterfilm, 21: Elektrode, 23: Isolierfilm, 24a: Isolierfilm, 24b: Isolierfilm, 25: Nitridisolierfilm, 26: Schutzfilm, 27: Ebnungsfilm, 28: Schutzfilm, 29: leitender Film, 30: Öffnung, 31: Substrat, 33: Basisisolierfilm, 34: Oxidhalbleiterfilm, 35: Elektrode, 37: Isolierfilm, 38a: Isolierfilm, 38b: Isolierfilm, 39: Nitridisolierfilm, 40: Gate-Isolierfilm, 41: Gate-Elektrode, 42: Gate-Isolierfilm, 43: Ebnungsfilm, 45: leitender Film, 47: Öffnung, 61: Gate-Elektrode, 601: Substrat, 602: Fotodiode, 606a: Halbleiterfilm, 606b: Halbleiterfilm, 606c: Halbleiterfilm, 608: Klebeschicht, 613: Substrat, 632: Isolierfilm, 633: Ebnungsfilm, 634: Ebnungsfilm, 640: Transistor, 641a: Elektrode, 641b: Elektrode, 642: Elektrode, 643: leitender Film, 645: leitender Film, 656: Transistor, 658: Fotodioden-Rücksetzsignalleitung, 659: Gate-Signalleitung, 671: Fotosensor-Ausgangssignalleitung, 672: Fotosensor-Referenzsignalleitung, 901: Substrat, 902: Pixelabschnitt, 903: Signalleitungstreiberschaltung, 904: Abtastleitungstreiberschaltung, 905: Dichtungsmaterial, 906: Substrat, 908: Flüssigkristallschicht, 910: Transistor, 911: Transistor, 913: Flüssigkristallelement, 915: Verbindungsanschlusselektrode, 915a: Verbindungsanschlusselektrode, 915b: Verbindungsanschlusselektrode, 916: Anschlusselektrode, 917: leitender Film, 918: FPC, 918b: FPC, 919: anisotroper leitender Stoff, 921: Ebnungsfilm, 922: Gate-Isolierfilm, 923: Isolierfilm, 924: Isolierfilm, 925: Dichtungsmaterial, 930: Elektrode, 931: Elektrode, 932: Isolierfilm, 933: Isolierfilm, 935: Abstandshalter, 936: Dichtungsmaterial, 941: Elektrode, 943: Flüssigkristallelement, 944: Isolierfilm, 950: Siliziumnitridfilm, 951: Elektrode, 955: Verbindungsanschlusselektrode, 960: Trennwand, 961: Licht emittierende Schicht, 963: Licht emittierendes Element, 964: Füllmaterial, 971: Source-Elektrode, 973: Drain-Elektrode, 975: gemeinsame Potentialleitung, 977: gemeinsame Elektrode, 985: gemeinsame Potentialleitung, 987: gemeinsame Elektrode, 991: Siliziumwafer, 993, Siliziumnitridfilm, 995: Siliziumoxynitridfilm, 9000: Tisch, 9001: Gehäuse, 9002: Beinabschnitt, 9003: Anzeigeabschnitt, 9004: angezeigter Knopf, 9005: Energieversorgungskabel, 9033: Spange, 9034: Schalter, 9035: Netzschalter, 9036: Schalter, 9038: Bedienungsschalter, 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: Bereich, 9632b: Bereich, 9633: Solarbatterie, 9634: Lade- und Entladesteuerschaltung, 9635: Batterie, 9636: Gleichspannungswandler, 9637: Wandler, 9638: Bedienungstaste, 9639: Schalter.

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-147703 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 29. Juni 2012, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.

Claims

Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine Gate-Elektrode; einen Oxidhalbleiterfilm, der mit einem Teil der Gate Elektrode überlappt, wobei ein Gate-Isolierfilm dazwischen liegt; ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm; und einen Nitridisolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, wobei der Nitridisolierfilm Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³ durch Erwärmung abgibt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Paar von Elektroden zwischen dem Gate-Isolierfilm und dem Oxidhalbleiterfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Paar von Elektroden zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Nitridisolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Ebnungsfilm über dem Nitridisolierfilm angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Ebnungsfilm ein organisches Harz ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Oxidisolierfilm zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Nitridisolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Nitridisolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Oxidisolierfilm Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Nitridisolierfilm Siliziumnitrid oder Siliziumnitridoxid ist.
Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Oxidhalbleiterfilm; ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm; einen Gate-Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm; und eine Gate-Elektrode über dem Gate-Isolierfilm, wobei der Gate-Isolierfilm einen Nitridisolierfilm umfasst, und wobei der Nitridisolierfilm Wasserstoffmoleküle von weniger als 5 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²² Moleküle/cm³ durch Erwärmung abgibt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Paar von Elektroden zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Nitridisolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Oxidisolierfilm zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Nitridisolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Oxidisolierfilm, dessen Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung, zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Nitridisolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Oxidisolierfilm Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Nitridisolierfilm Siliziumnitrid oder Siliziumnitridoxid ist.
Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine Gate-Elektrode; einen Oxidhalbleiterfilm, der mit einem Teil der Gate Elektrode überlappt, wobei ein Gate-Isolierfilm dazwischen liegt; ein Paar von Elektroden in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm; und einen Isolierfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, wobei mindestens einer von dem Gate-Isolierfilm und dem Isolierfilm einen Nitridisolierfilm umfasst, der Wasserstoffmoleküle von weniger als 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ und Ammoniakmoleküle von weniger als 1 × 10²¹ Moleküle/cm³ durch thermische Desorptionsspektroskopie abgibt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Paar von Elektroden zwischen dem Gate-Isolierfilm und dem Oxidhalbleiterfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Oxidhalbleiterfilm zwischen dem Paar von Elektroden und dem Gate-Isolierfilm liegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Nitridisolierfilm Siliziumnitrid oder Siliziumnitridoxid ist.