DE112015005339T5 - Halbleitervorrichtung, Modul und elektronisches Gerät - Google Patents

Halbleitervorrichtung, Modul und elektronisches Gerät Download PDF

Info

Publication number
DE112015005339T5
DE112015005339T5 DE112015005339.5T DE112015005339T DE112015005339T5 DE 112015005339 T5 DE112015005339 T5 DE 112015005339T5 DE 112015005339 T DE112015005339 T DE 112015005339T DE 112015005339 T5 DE112015005339 T5 DE 112015005339T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
insulator
transistor
leader
semiconductor
ladder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112015005339.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Shunpei Yamazaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Publication of DE112015005339T5 publication Critical patent/DE112015005339T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1222—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer
    • H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1248—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition or shape of the interlayer dielectric specially adapted to the circuit arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78603—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the insulating substrate or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78606—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with supplementary region or layer in the thin film or in the insulated bulk substrate supporting it for controlling or increasing the safety of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78645—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate
    • H01L29/78648—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film with multiple gate arranged on opposing sides of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Liquid Crystal (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

Ein Element mit stabilen elektrischen Eigenschaften oder eine Vorrichtung, die mehrere Arten von Elementen mit stabilen elektrischen Eigenschaften beinhaltet, wird bereitgestellt. Die Halbleitervorrichtung beinhaltet einen ersten Isolator, einen Transistor über dem ersten Isolator, einen zweiten Isolator über dem Transistor und einen dritten Isolator über dem zweiten Isolator. Der zweite Isolator weist eine Öffnung auf, die bis zu dem ersten Isolator reicht. Die Öffnung ist mit einem vierten Isolator gefüllt. Der erste Isolator, der dritte Isolator und der vierte Isolator weisen jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit auf als der zweite Isolator.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise einen Transistor oder eine Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen eines Transistors oder einer Halbleitervorrichtung. Die vorliegende Erfindung betrifft beispielsweise eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, einen Prozessor oder ein elektronisches Gerät. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Anzeigevorrichtung, einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, einer Licht emittierenden Vorrichtung, einer Speichervorrichtung oder eines elektronischen Geräts. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren einer Anzeigevorrichtung, einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, einer Licht emittierenden Vorrichtung, einer Speichervorrichtung oder eines elektronischen Geräts.
  • Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das obige technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der in dieser Beschreibung und dergleichen offenbarten Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft zusätzlich einen Prozess, eine Maschine, Herstellung oder eine Zusammensetzung.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet eine Halbleitervorrichtung im Allgemeinen eine Vorrichtung, die durch Anwenden von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine Halbleiterschaltung und ein elektronisches Gerät beinhalten in einigen Fällen eine Halbleitervorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Eine Technik, mit der ein Transistor unter Verwendung eines Halbleiters über einem Substrat mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet wird, hat Aufmerksamkeit erregt. Der Transistor wird für vielfältige Halbleitervorrichtungen, wie z. B. einen integrierten Schaltkreis und eine Anzeigevorrichtung, verwendet. Silizium ist als Halbleiter bekannt, der für einen Transistor verwendbar ist.
  • Als Silizium, das als Halbleiter eines Transistors verwendet wird, wird entweder amorphes Silizium oder polykristallines Silizium in Abhängigkeit vom Zweck verwendet. Beispielsweise wird im Falle eines Transistors, der in einer großen Anzeigevorrichtung enthalten ist, vorzugsweise amorphes Silizium verwendet, das verwendet werden kann, um mit der bestehenden Technik einen Film auf einem großen Substrat auszubilden. Im Falle eines Transistors, der in einer sehr leistungsfähigen Anzeigevorrichtung enthalten ist, bei der eine Treiberschaltung und eine Pixelschaltung über demselben Substrat ausgebildet sind, wird vorzugsweise polykristallines Silizium verwendet, das verwendet werden kann, um einen Transistor mit hoher Feldeffektbeweglichkeit auszubilden. Als Verfahren zum Ausbilden von polykristallinem Silizium ist eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung oder eine Laserlichtbehandlung bekannt, die an amorphem Silizium durchgeführt wird.
  • In den letzten Jahren sind Transistoren, die Oxidhalbleiter (typischerweise In-Ga-Zn-Oxid) enthalten, intensiv entwickelt worden.
  • Oxidhalbleiter sind seit frühen Zeiten erforscht worden. 1988 wurde ein kristallines In-Ga-Zn-Oxid offenbart, das für ein Halbleiterelement verwendet werden kann (siehe Patentdokument 1). 1995 wurde ein Transistor erfunden, der einen Oxidhalbleiter enthält, und seine elektrischen Eigenschaften wurden offenbart (siehe Patentdokument 2).
  • Der Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, weist Besonderheiten auf, die sich von denjenigen eines Transistors unterscheiden, der amorphes Silizium oder polykristallines Silizium enthält. Beispielsweise ist es bekannt, dass eine Anzeigevorrichtung, bei der ein Transistor verwendet wird, der einen Oxidhalbleiter enthält, geringen Stromverbrauch aufweist. Ein Oxidhalbleiter kann durch ein Sputterverfahren oder dergleichen abgeschieden werden und daher in einem Transistor in einer großen Anzeigevorrichtung verwendet werden. Da ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, eine hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweist, kann eine sehr leistungsfähige Anzeigevorrichtung erhalten werden, bei der beispielsweise eine Treiberschaltung und eine Pixelschaltung über demselben Substrat ausgebildet sind. Es gibt außerdem einen Vorteil, dass die Investitionen verringert werden können, weil ein Teil von Fertigungseinrichtungen für einen Transistor, der amorphes Silizium enthält, nachgerüstet und genutzt werden kann.
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. S63-239117
    • [Patentdokument 2] Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung Nr. H11-505377
  • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe ist, ein Element mit stabilen elektrischen Eigenschaften bereitzustellen. Eine Aufgabe ist, eine Vorrichtung bereitzustellen, die mehrere Arten von Elementen mit stabilen elektrischen Eigenschaften beinhaltet. Eine Aufgabe ist, einen Transistor mit stabilen elektrischen Eigenschaften bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen Transistor mit selbstsperrenden elektrischen Eigenschaften bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen Transistor mit kleinem Subthreshold-Swing-Wert bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen Transistor mit geringem Kurzkanaleffekt bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen Transistor mit geringem Leckstrom in einem Sperrzustand bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen Transistor mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen sehr zuverlässigen Transistor bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, einen Transistor mit guten Frequenzeigenschaften bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die den Transistor beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, ein Modul bereitzustellen, das die Halbleitervorrichtung beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, ein elektronisches Gerät bereitzustellen, das die Halbleitervorrichtung oder das Modul beinhaltet. Eine weitere Aufgabe ist, eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, ein neuartiges Modul bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, ein neuartiges elektronisches Gerät bereitzustellen.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung müssen nicht alle Aufgaben erfüllt werden. Weitere Aufgaben sind aus den Erläuterungen der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Mittel zur Lösung der Probleme
    • (1) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen ersten Isolator, einen Transistor über dem ersten Isolator, einen zweiten Isolator über dem Transistor und einen dritten Isolator über dem zweiten Isolator beinhaltet. Der zweite Isolator weist eine Öffnung auf, die bis zu dem ersten Isolator reicht. Die Öffnung ist mit einem vierten Isolator gefüllt. Der erste Isolator, der dritte Isolator und der vierte Isolator weisen jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit auf als der zweite Isolator.
    • (2) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (1), bei der die Öffnung so angeordnet ist, dass sie den Transistor von vier Seiten umgibt.
    • (3) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen ersten Isolator, einen Transistor über dem ersten Isolator, einen zweiten Isolator über dem Transistor und einen dritten Isolator über dem zweiten Isolator beinhaltet. Der zweite Isolator weist eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung auf, die bis zu dem ersten Isolator bzw. bis zu dem Transistor reichen. Die erste Öffnung ist mit einem vierten Isolator gefüllt. Die zweite Öffnung ist mit einem Leiter gefüllt. Der erste Isolator, der dritte Isolator, der vierte Isolator und der Leiter weisen jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit auf als der zweite Isolator.
    • (4) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (3), bei der die erste Öffnung so angeordnet ist, dass sie den Transistor von vier Seiten umgibt.
    • (5) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (3) oder (4), bei der der Leiter einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist und der erste Bereich eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit aufweist als der zweite Bereich.
    • (6) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (5), bei der der erste Bereich zwischen dem zweiten Bereich und jeweils dem zweiten Isolator und dem dritten Isolator angeordnet ist.
    • (7) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (5) oder (6), bei der der erste Bereich einen Bereich aufweist, der in Kontakt mit dem Transistor ist.
    • (8) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen (5) bis (7), bei der der erste Bereich einen Bereich aufweist, der in Kontakt mit der zweiten Öffnung ist.
    • (9) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen (5) bis (8), bei der der erste Bereich einen Bereich aufweist, in dem die Stickstoffkonzentration höher ist als die Stickstoffkonzentration in dem zweiten Bereich.
    • (10) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen (5) bis (9), bei der der erste Bereich ein Wasserstoff absorbierendes Metall enthält.
    • (11) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen (1) bis (10), bei der der Transistor einen Oxidhalbleiter enthält.
    • (12) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen ersten Transistor, einen ersten Isolator über dem ersten Transistor, einen zweiten Isolator über dem ersten Isolator, einen zweiten Transistor über dem zweiten Isolator, einen dritten Isolator über dem zweiten Transistor und einen vierten Isolator über dem dritten Isolator beinhaltet. Der dritte Isolator weist eine Öffnung auf, die bis zu dem zweiten Isolator reicht. Die Öffnung ist mit einem fünften Isolator gefüllt. Der zweite Isolator, der vierte Isolator und der fünfte Isolator weisen jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit auf als der dritte Isolator.
    • (13) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (12), bei der die Öffnung so angeordnet ist, dass sie den zweiten Transistor von vier Seiten umgibt.
    • (14) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform (12) oder (13), bei der der zweite Transistor einen Oxidhalbleiter enthält.
    • (15) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Modul, das die Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen (1) bis (14) und eine gedruckte Leiterplatte beinhaltet.
    • (16) Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Gerät, das die Halbleitervorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen (1) bis (14) oder das Modul gemäß der Ausführungsform (15) sowie einen Lautsprecher, eine Bedienungstaste oder/und eine Batterie beinhaltet.
  • Ein Element mit stabilen elektrischen Eigenschaften kann bereitgestellt werden. Eine Vorrichtung, die mehrere Arten von Elementen mit stabilen elektrischen Eigenschaften beinhaltet, kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit stabilen elektrischen Eigenschaften kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit selbstsperrenden elektrischen Eigenschaften kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit kleinem Subthreshold-Swing-Wert kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit geringem Kurzkanaleffekt kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit geringem Leckstrom in einem Sperrzustand kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit ausgezeichneten elektrischen Eigenschaften kann bereitgestellt werden. Ein sehr zuverlässiger Transistor kann bereitgestellt werden. Ein Transistor mit guten Frequenzeigenschaften kann bereitgestellt werden.
  • Eine Halbleitervorrichtung, die den Transistor beinhaltet, kann bereitgestellt werden. Ein Modul, das die Halbleitervorrichtung beinhaltet, kann bereitgestellt werden. Ein elektronisches Gerät, das die Halbleitervorrichtung oder das Modul beinhaltet, kann bereitgestellt werden. Eine neuartige Halbleitervorrichtung kann bereitgestellt werden. Ein neuartiges Modul kann bereitgestellt werden. Ein neuartiges elektronisches Gerät kann bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Wirkungen dem Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht im Wege steht. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht notwendigerweise alle vorstehend aufgeführten Wirkungen erzielen. Weitere Wirkungen sind aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A und 1B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2A bis 2C sind Querschnittsansichten einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3A und 3B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4A und 4B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5A und 5B sind Querschnittsansichten einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6A und 6B sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 7A und 7B sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 8A und 8B sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 9A und 9B sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 10A und 10B sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 11A bis 11G sind Ansichten, die ein Beispiel für eine ALD-Einrichtung darstellen.
  • 12A und 12B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die einen Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 13A bis 13C sind Querschnittsansichten, die einen Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 14A bis 14C sind Querschnittsansichten, die einen Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 15 ist ein Bandschema eines Bereichs, der einen Oxidhalbleiter einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
  • 16A und 16B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die einen Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 17A bis 17C sind Querschnittsansichten, die einen Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 18A bis 18C sind Querschnittsansichten eines Transistors einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 19A und 19B sind Schaltpläne, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 20 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 22 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 23A und 23B sind Schaltpläne, die eine Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 24 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 25 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 26 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 27A und 27B sind Draufsichten, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 28A und 28B sind Blockschemata, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 29A und 29B sind Querschnittsansichten, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 30A und 30B sind Querschnittsansichten, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 31A und 31B sind Querschnittsansichten, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 32A1, 32A2, 32A3, 32B1, 32B2 und 32B3 sind perspektivische Ansichten und Querschnittsansichten von Halbleitervorrichtungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 33 ist ein Blockschema, das eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 34 ist ein Schaltplan, der eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 35A bis 35C sind ein Schaltplan, eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 36 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 37A und 37B sind ein Schaltplan und eine Querschnittsansicht, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 38A bis 38F sind perspektivische Ansichten, die jeweils ein elektronisches Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
  • 39A bis 39D sind Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder eines Querschnitts eines CAAC-OS und eine schematische Querschnittsansicht des CAAC-OS.
  • 40A bis 40D sind Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder einer Fläche eines CAAC-OS.
  • 41A bis 41C sind Schemata, die Strukturanalyse eines CAAC-OS und eines einkristallinen Oxidhalbleiters durch XRD zeigen.
  • 42A und 42B sind Schemata, die Elektronenbeugungsbilder (electron diffraction patterns) eines CAAC-OS zeigen.
  • 43 ist ein Schema, das eine Veränderung in einem Kristallteil eines In-Ga-Zn-Oxides zeigt, die durch Elektronenbestrahlung angeregt wird.
  • 44A bis 44D sind Schemata, die einen Abscheidungsmechanismus eines CAAC-OS darstellen.
  • 45 ist ein Schema, das eine Kristallstruktur von InMZnO4 darstellt.
  • 46A bis 46E sind Schemata, die einen Abscheidungsmechanismus eines CAAC-OS darstellen.
  • 47A bis 47C sind Schemata, die einen Abscheidungsmechanismus eines CAAC-OS darstellen.
  • 48 ist ein Schema, das einen Abscheidungsmechanismus eines CAAC-OS darstellt.
  • 49 ist ein Dreiecksdiagramm, das die Zusammensetzung eines In-M-Zn-Oxides zeigt.
  • Beste Methode zum Durchführen der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt, und es erschließt sich einem Fachmann ohne Weiteres, dass Modi und Details, welche hierbei offenbart sind, auf verschiedene Weise modifiziert werden können. Außerdem wird die vorliegende Erfindung nicht als auf die Beschreibung der Ausführungsformen und der Beispiele beschränkt angesehen. Wenn Strukturen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, werden gemeinsame Bezugszeichen für gleiche Abschnitte in unterschiedlichen Zeichnungen verwendet. Es sei angemerkt, dass gleiche Schraffur für ähnliche Teile verwendet wird und dass die ähnlichen Teile in einigen Fällen nicht eigens mit Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Größe, die Dicke von Filmen (Schichten) oder Bereiche in Zeichnungen mitunter der Klarheit halber übertrieben dargestellt sind.
  • In dieser Beschreibung können die Begriffe „Film” und „Schicht” gegeneinander ausgetauscht werden.
  • Eine Spannung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Potentialdifferenz zwischen einem bestimmten Potential und einem Bezugspotential (z. B. einem Source-Potential oder einem Erdpotential (GND)). Eine Spannung kann als Potential bezeichnet werden und umgekehrt. Es sei angemerkt, dass im Allgemeinen ein Potential (eine Spannung) relativ ist und je nach der Menge bezüglich eines bestimmten Potentials bestimmt wird. Deshalb beträgt ein Potential, das als „Erdpotential” oder dergleichen bezeichnet wird, nicht immer 0 V. Beispielsweise kann das niedrigste Potential in einer Schaltung als „Erdpotential” dargestellt werden. Alternativ kann ein im Wesentlichen mittleres Potential in einer Schaltung als „Erdpotential” dargestellt werden. In diesen Fällen werden ein positives Potential und ein negatives Potential unter Verwendung des Potentials als Bezugspotential festgelegt.
  • Es sei angemerkt, dass die Ordinalzahlen, wie z. B. „erstes” und „zweites”, der Einfachheit halber verwendet werden und nicht die Reihenfolge von Schritten oder die Reihenfolge der übereinander angeordneten Schichten darstellen. Deshalb kann beispielsweise der Begriff „erstes” nach Bedarf durch den Begriff „zweites”, „drittes” oder dergleichen ersetzt werden. Außerdem entsprechen in einigen Fällen die Ordinalzahlen in dieser Beschreibung und dergleichen nicht den Ordinalzahlen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmen.
  • Es sei angemerkt, dass ein „Halbleiter” in einigen Fällen Eigenschaften eines „Isolators” aufweist, wenn z. B. die Leitfähigkeit genügend niedrig ist. Des Weiteren kann man einen „Halbleiter” und einen „Isolator” in einigen Fällen nicht genau voneinander unterscheiden, da eine Grenze zwischen ihnen nicht deutlich ist. Dementsprechend kann ein „Halbleiter” in dieser Beschreibung in einigen Fällen auch als „Isolator” bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein „Isolator” in dieser Beschreibung in einigen Fällen auch als „Halbleiter” bezeichnet werden.
  • Ferner weist beispielsweise ein „Halbleiter” in einigen Fällen Eigenschaften eines „Leiters” auf, wenn die Leitfähigkeit ausreichend hoch ist. Des Weiteren kann man einen „Halbleiter” und einen „Leiter” in einigen Fällen nicht genau voneinander unterscheiden, da eine Grenze zwischen ihnen nicht deutlich ist. Dementsprechend kann ein „Halbleiter” in dieser Beschreibung in einigen Fällen als „Leiter” bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein „Leiter” in dieser Beschreibung in einigen Fällen als „Halbleiter” bezeichnet werden.
  • Es sei angemerkt, dass sich beispielsweise Verunreinigungen in einem Halbleiter auf Elemente, die sich von den Hauptbestandteilen unterscheiden, des Halbleiters beziehen. Zum Beispiel handelt es sich bei einem Element, dessen Konzentration niedriger als 0,1 Atom-% ist, um eine Verunreinigung. Wenn eine Verunreinigung enthalten ist, kann die Zustandsdichte (density of states, DOS) in einem Halbleiter gebildet werden, die Ladungsträgerbeweglichkeit kann reduziert werden, oder die Kristallinität kann verringert werden. In dem Fall, in dem der Halbleiter ein Oxidhalbleiter ist, umfassen Beispiele für eine Verunreinigung, die Eigenschaften des Halbleiters verändert, die Elemente der Gruppe 1, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 14, die Elemente der Gruppe 15 und Übergangsmetalle verschieden von den Hauptbestandteilen; insbesondere gibt es beispielsweise Wasserstoff (im Wasser enthalten), Lithium, Natrium, Silizium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff und Stickstoff. Im Falle eines Oxidhalbleiters können Sauerstofffehlstellen durch Eintritt von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, gebildet werden. In dem Fall, in dem es sich bei dem Halbleiter um Silizium handelt, umfassen Beispiele für eine Verunreinigung, die Eigenschaften des Halbleiters verändert, Sauerstoff, die Elemente der Gruppe 1 außer Wasserstoff, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 13 und die Elemente der Gruppe 15.
  • In dieser Beschreibung umfasst der Ausdruck „A weist einen Bereich mit einer Konzentration B auf” beispielsweise „die Konzentration im gesamten Bereich eines Bereichs von A in der Tiefenrichtung beträgt B”, „die Durchschnittskonzentration in einem Bereich von A in der Tiefenrichtung beträgt B”, „der mittlere Wert einer Konzentration in einem Bereich von A in der Tiefenrichtung beträgt B”, „der Maximalwert einer Konzentration in einem Bereich von A in der Tiefenrichtung beträgt B”, „der Minimalwert einer Konzentration in einem Bereich von A in der Tiefenrichtung beträgt B”, „ein Näherungswert einer Konzentration in einem Bereich von A in der Tiefenrichtung beträgt B” und „eine Konzentration in einem Bereich von A, in dem bei einer Messung ein wahrscheinlicher Wert erhalten wird, beträgt B”.
  • In dieser Beschreibung umfasst der Ausdruck „A weist einen Bereich mit einer Größe B, einer Länge B, einer Dicke B, einer Breite B oder einem Abstand B auf” beispielsweise „die Größe, die Länge, die Dicke, die Breite oder der Abstand des gesamten Bereichs eines Bereichs von A beträgt B”, „der Durchschnittswert der Größe, der Länge, der Dicke, der Breite oder des Abstandes eines Bereichs von A beträgt B”, „der mittlere Wert der Größe, der Länge, der Dicke, der Breite oder des Abstandes eines Bereichs von A beträgt B”, „der Maximalwert der Größe, der Länge, der Dicke, der Breite oder des Abstandes eines Bereichs von A beträgt B”, „der Minimalwert der Größe, der Länge, der Dicke, der Breite oder des Abstandes eines Bereichs von A beträgt B”, „ein Näherungswert der Größe, der Länge, der Dicke, der Breite oder des Abstandes eines Bereichs von A beträgt B” und „die Größe, die Länge, die Dicke, die Breite oder der Abstand eines Bereichs von A, in dem bei einer Messung ein wahrscheinlicher Wert erhalten wird, beträgt B”.
  • Es sei angemerkt, dass sich die Kanallänge beispielsweise auf den Abstand zwischen einer Source (einem Source-Bereich oder einer Source-Elektrode) und einem Drain (einem Drain-Bereich oder einer Drain-Elektrode) in einem Bereich, in dem ein Halbleiter (oder ein Abschnitt, in dem ein Strom in einem Halbleiter fließt, wenn ein Transistor eingeschaltet ist) und eine Gate-Elektrode einander überlappen, oder in einem Bereich bezieht, in dem in einer Draufsicht auf den Transistor ein Kanal gebildet wird. Bei einem Transistor sind Kanallängen nicht notwendigerweise in sämtlichen Bereichen gleich. Mit anderen Worten: Die Kanallänge eines Transistors ist in einigen Fällen nicht auf einen einzigen Wert beschränkt. Deshalb bezieht sich die Kanallänge in dieser Beschreibung auf einen von Werten, nämlich den Maximalwert, den Minimalwert oder den Durchschnittswert in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird.
  • Die Kanalbreite bezieht sich beispielsweise auf die Länge eines Abschnitts, in dem eine Source und ein Drain einander in einem Bereich zugewandt sind, in dem ein Halbleiter (oder ein Abschnitt, in dem ein Strom in einem Halbleiter fließt, wenn ein Transistor eingeschaltet ist) und eine Gate-Elektrode einander überlappen, oder in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird. Bei einem Transistor weisen Kanalbreiten nicht notwendigerweise in sämtlichen Bereichen den gleichen Wert auf. Mit anderen Worten: Die Kanalbreite eines Transistors ist in einigen Fällen nicht auf einen einzigen Wert beschränkt. Deshalb bezieht sich die Kanalbreite in dieser Beschreibung auf einen von Werten, nämlich den Maximalwert, den Minimalwert oder den Durchschnittswert in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird.
  • Es sei angemerkt, dass sich in einigen Fällen abhängig von Transistorstrukturen eine Kanalbreite in einem Bereich, in dem ein Kanal tatsächlich gebildet wird (nachstehend als wirksame Kanalbreite bezeichnet), von einer Kanalbreite, die in einer Draufsicht auf einen Transistor gezeigt ist (nachstehend als scheinbare Kanalbreite bezeichnet), unterscheidet. Bei einem Transistor mit einer dreidimensionalen Struktur ist zum Beispiel eine wirksame Kanalbreite größer als eine scheinbare Kanalbreite, die in einer Draufsicht auf den Transistor gezeigt ist, und in einigen Fällen kann man ihren Einfluss nicht ignorieren. Bei einem miniaturisierten Transistor mit einer dreidimensionalen Struktur ist beispielsweise der Anteil eines Kanalbereichs, der in einer Seitenfläche eines Halbleiters gebildet wird, in einigen Fällen hoch. In diesem Fall ist eine wirksame Kanalbreite, die erhalten wird, wenn ein Kanal tatsächlich gebildet wird, größer als eine scheinbare Kanalbreite, die in der Draufsicht gezeigt ist.
  • Bei einem Transistor mit einer dreidimensionalen Struktur ist eine wirksame Kanalbreite unter Umständen schwer zu messen. Die Einschätzung einer wirksamen Kanalbreite aus einem Bemessungswert erfordert beispielsweise eine Annahme, dass die Form eines Halbleiters bekannt ist. Deshalb ist in dem Fall, in dem die Form eines Halbleiters nicht genau bekannt ist, eine genaue wirksame Kanalbreite schwer zu messen.
  • In dieser Beschreibung wird deshalb in einigen Fällen in einer Draufsicht auf einen Transistor eine scheinbare Kanalbreite, d. h. eine Länge eines Abschnitts, in dem eine Source und ein Drain einander in einem Bereich zugewandt sind, in dem ein Halbleiter und eine Gate-Elektrode einander überlappen, als Breite eines umschlossenen Kanals (surrounded channel width, SCW) bezeichnet. In dieser Beschreibung kann außerdem in dem Fall, in dem der Begriff „Kanalbreite” einfach verwendet wird, er eine Breite eines umschlossenen Kanals und eine scheinbare Kanalbreite bezeichnen. Alternativ kann in dieser Beschreibung in dem Fall, in dem der Begriff „Kanalbreite” einfach verwendet wird, er in einigen Fällen auch eine wirksame Kanalbreite bezeichnen. Es sei angemerkt, dass die Werte einer Kanallänge, einer Kanalbreite, einer wirksamen Kanalbreite, einer scheinbaren Kanalbreite, einer Breite eines umschlossenen Kanals und dergleichen bestimmt werden können, indem ein Querschnitts-TEM-Bild (cross-sectional TEM image) und dergleichen aufgenommen und analysiert werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine Feldeffektbeweglichkeit, ein Stromwert pro Kanalbreite und dergleichen eines Transistors durch Berechnung ermittelt werden, eine Breite eines umschlossenen Kanals für die Berechnung genutzt werden kann. In diesem Fall können sich die Werte von denjenigen unterscheiden, die unter Verwendung einer wirksamen Kanalbreite ermittelt werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung die Formulierung „A weist eine derartige Form auf, dass sich ein Endabschnitt über einen Endabschnitt von B hinaus erstreckt” beispielsweise auf den Fall hindeuten kann, in dem in einer Draufsicht oder einer Querschnittsansicht mindestens ein Endabschnitt von A weiter außen positioniert ist als mindestens ein Endabschnitt von B. Daher kann beispielsweise die Formulierung „A weist eine derartige Form auf, dass sich ein Endabschnitt über einen Endabschnitt von B hinaus erstreckt” als Alternative durch die Formulierung „ein Endabschnitt von A ist in einer Draufsicht weiter außen positioniert als ein Endabschnitt von B” dargestellt werden.
  • In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „parallel”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und er umfasst daher auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Der Begriff „im Wesentlichen parallel” bedeutet, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –30° und kleiner als oder gleich 30° ist. Der Begriff „senkrecht” bedeutet, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und er umfasst daher auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist. Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht” bedeutet, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 60° und kleiner als oder gleich 120° ist.
  • In dieser Beschreibung sind die trigonalen und rhomboedrischen Kristallsysteme in einem hexagonalen Kristallsystem enthalten.
  • In dieser Beschreibung kann für den Begriff „Halbleiter” auch der Begriff „Oxidhalbleiter” verwendet werden. Als Halbleiter kann ein Halbleiter der Gruppe 14, wie z. B. Silizium oder Germanium, ein Verbindungshalbleiter, wie z. B. Siliziumcarbid, Germaniumsilizid, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinkselenid oder Cadmiumsulfid, oder ein Oxidhalbleiter verwendet werden.
  • Eine Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Die Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet mindestens eine Art von Element. Insbesondere kann eine Vorrichtung, die mindestens eine Art von Halbleiterelement beinhaltet, als Halbleitervorrichtung bezeichnet werden.
  • 1A ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang den Strichpunktlinien C1-C2 und C3-C4 in 1A. Es sei angemerkt, dass einige Bestandteile, wie z. B. ein Isolator, der Einfachheit halber in der Draufsicht weggelassen werden können.
  • Die Vorrichtung in 1B beinhaltet einen Isolator 102, einen Isolator 108, einen Isolator 118, einen Isolator 128 und ein Element 150. Der Isolator 102 ist über dem Substrat 100 bereitgestellt. Das Element 150 ist über dem Isolator 102 bereitgestellt. Der Isolator 118 ist über dem Isolator 102 und dem Element 150 bereitgestellt und weist eine Öffnung auf, die bis zu dem Isolator 102 reicht. Der Isolator 128 ist in der Öffnung des Isolators 118 bereitgestellt und weist einen Bereich in Kontakt mit dem Isolator 102 auf. Der Isolator 108 ist über dem Isolator 118 und dem Isolator 128 bereitgestellt und weist einen Bereich in Kontakt mit dem Isolator 128 auf.
  • Als das Substrat 100 kann beispielsweise ein Isolatorsubstrat, ein Halbleitersubstrat oder ein Leitersubstrat verwendet werden. Als Isolatorsubstrat wird beispielsweise ein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat, ein stabilisiertes Zirkonoxid-Substrat (z. B. ein Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid-Substrat) oder ein Harzsubstrat verwendet. Als Halbleitersubstrat wird beispielsweise ein Halbleitersubstrat aus einem einzigen Material, z. B. aus Silizium, Germanium oder dergleichen, oder ein Verbindungshalbleitersubstrat aus Siliziumkarbid, Siliziumgermanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinkoxid, Galliumoxid oder dergleichen verwendet. Es wird ein Halbleitersubstrat, in dem ein Isolatorbereich in dem vorstehenden Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, z. B. ein Silizium-auf-Isolator-(silicon on insulator, SOI-)Substrat, oder dergleichen verwendet. Als Leitersubstrat wird ein Graphitsubstrat, ein Metallsubstrat, ein Legierungssubstrat, ein leitendes Harzsubstrat oder dergleichen verwendet. Es wird ein Substrat, das ein Metallnitrid enthält, ein Substrat, das ein Metalloxid enthält, oder dergleichen verwendet. Es wird ein Isolatorsubstrat, das mit einem Leiter oder einem Halbleiter versehen ist, ein Halbleitersubstrat, das mit einem Leiter oder einem Isolator versehen ist, ein Leitersubstrat, das mit einem Halbleiter oder einem Isolator versehen ist, oder dergleichen verwendet. Alternativ kann ein beliebiges dieser Substrate, über dem ein Element bereitgestellt ist, verwendet werden. Als Element, das über dem Substrat bereitgestellt ist, wird ein Kondensator, ein Widerstand, ein Schaltelement, ein Licht emittierendes Element, ein Speicherelement oder dergleichen verwendet.
  • Alternativ kann ein flexibles Substrat als das Substrat 100 verwendet werden. Als Verfahren zum Bereitstellen der Vorrichtung über einem flexiblen Substrat ist ein Verfahren vorhanden, bei dem die Vorrichtung über einem nichtflexiblen Substrat gebildet wird und dann die Vorrichtung abgetrennt und auf das Substrat 100, das ein flexibles Substrat ist, transferiert wird. In diesem Fall wird eine Trennschicht vorzugsweise zwischen dem nichtflexiblen Substrat und der Vorrichtung bereitgestellt. Als das Substrat 100 kann ein Blatt, das eine Faser enthält, ein Film oder eine Folie verwendet werden. Das Substrat 100 kann eine Elastizität aufweisen. Das Substrat 100 kann eine Eigenschaft aufweisen, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn man aufhört, es zu biegen oder ziehen. Alternativ kann das Substrat 100 eine Eigenschaft aufweisen, nicht in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Das Substrat 100 weist eine Dicke von beispielsweise größer als oder gleich 5 μm und kleiner als oder gleich 700 μm, bevorzugt größer als oder gleich 10 μm und kleiner als oder gleich 500 μm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 15 μm und kleiner als oder gleich 300 μm auf. Wenn das Substrat 100 eine kleine Dicke aufweist, kann das Gewicht der Halbleitervorrichtung verringert werden. Wenn das Substrat 100 eine kleine Dicke aufweist, kann auch im Falle der Verwendung von Glas oder dergleichen das Substrat 100 eine Elastizität oder eine Eigenschaft aufweisen, in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, wenn man aufhört, es zu biegen oder ziehen. Deshalb kann ein Stoß verringert werden, der der Halbleitervorrichtung über dem Substrat 100 gegeben wird, wenn sie fallen gelassen wird oder so ähnlich. Das heißt, dass eine dauerhafte Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden kann.
  • Für das Substrat 100, das ein flexibles Substrat ist, kann beispielsweise ein Metall, eine Legierung, ein Harz, Glas oder eine Faser davon verwendet werden. Das flexible Substrat 100 weist vorzugsweise einen niedrigeren Längenausdehnungskoeffizienten auf, damit eine Verformung aufgrund der Umgebung unterdrückt wird. Das flexible Substrat 100 wird beispielsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet, dessen Längenausdehnungskoeffizient niedriger als oder gleich 1 × 10–3/K, niedriger als oder gleich 5 × 10–5/K oder niedriger als oder gleich 1 × 10–5/K ist. Beispiele für das Harz umfassen Polyester, Polyolefin, Polyamid (z. B. Nylon oder Aramid), Polyimid, Polycarbonat und Acryl. Im Besonderen wird vorzugsweise Aramid für das flexible Substrat 100 verwendet, da sein Längenausdehnungskoeffizient niedrig ist.
  • Wie in 1A und 1B dargestellt, beinhaltet die Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Isolator 102 unter dem Element 150, den Isolator 108 über dem Element 150 und den Isolator 128, der das Element 150 in allen Richtungen umgibt. Der Isolator 102, der Isolator 108 und der Isolator 128 weisen Sperreigenschaften auf.
  • Der Isolator 118, der hier aus einer einschichtigen Schicht besteht, kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen, wobei die Schichten nicht notwendigerweise sukzessiv ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Schicht, die zu dem Isolator 118 wird, in Schritten vor und nach der Ausbildung des Elements 150 ausgebildet werden.
  • Der Isolator 102 ist ein Isolator mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit (d. h. mit Sperreigenschaften gegen Wasserstoff). Der Isolator 108 ist ein Isolator mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit. Der Isolator 128 ist ein Isolator mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit. Der Isolator 118 ist ein Isolator mit hoher Wasserstoffdurchlässigkeit. Mit anderen Worten: Isolatoren mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 102, der Isolator 108 und der Isolator 128) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Wasserstoff durch als ein Isolator mit hoher Wasserstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 118).
  • Da der Atomradius oder dergleichen von Wasserstoff klein ist, diffundiert Wasserstoff mit großer Wahrscheinlichkeit in einem Isolator (d. h. der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff ist groß). Beispielsweise weist ein Isolator mit niedriger Dichte eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Mit anderen Worten: Ein Isolator mit hoher Dichte weist eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Die Dichte eines Isolators mit niedriger Dichte ist im ganzen Isolator nicht immer niedrig; ein Isolator, der einen Teil mit niedriger Dichte aufweist, wird auch als Isolator mit niedriger Dichte bezeichnet. Das liegt daran, dass der Teil mit niedriger Dichte als Weg für Wasserstoff dient. Obwohl eine Dichte, mit der Wasserstoff durchgelassen werden kann, nicht beschränkt ist, ist sie typischerweise niedriger als 2,6 g/cm3. Beispiele für einen Isolator mit niedriger Dichte umfassen anorganische Isolatoren, wie z. B. Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid, und organische Isolatoren, wie z. B. Polyester, Polyolefin, Polyamid (z. B. Nylon oder Aramid), Polyimid, Polycarbonat oder Acryl. Beispiele für einen Isolator mit hoher Dichte umfassen Magnesiumoxid, Aluminiumoxid, Germaniumoxid, Galliumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid und Tantaloxid. Es sei angemerkt, dass ein Isolator mit niedriger Dichte und ein Isolator mit hoher Dichte nicht auf diese Isolatoren beschränkt sind. Beispielsweise können die Isolatoren eines oder mehrere von Bor, Stickstoff, Fluor, Neon, Phosphor, Chlor und Argon enthalten.
  • Ein Isolator, der Kristallkorngrenzen enthält, kann eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit aufweisen. Mit anderen Worten: Wasserstoff passiert mit geringerer Wahrscheinlichkeit einen Isolator, der keine Korngrenzen oder nur wenige Korngrenzen enthält. Beispielsweise weist ein nicht polykristalliner Isolator (z. B. ein amorpher Isolator) eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit auf als ein polykristalliner Isolator.
  • Ein Isolator, der eine hohe Bindungsenergie an Wasserstoff aufweist, weist in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Beispielsweise kann dann, wenn ein Isolator, der eine Wasserstoffverbindung durch Bindung mit Wasserstoff bildet, eine Bindungsenergie aufweist, bei der Wasserstoff nicht bei Temperaturen während der Herstellung und des Betriebs der Vorrichtung abgegeben wird, der Isolator in die Kategorie eines Isolators mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit fallen. Beispielsweise weist ein Isolator, der bei höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 1000°C, höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 1000°C, oder höher als oder gleich 400°C und niedriger als oder gleich 1000°C eine Wasserstoffverbindung bildet, in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Ein Isolator, der bei höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 1000°C, höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 1000°C, oder höher als oder gleich 400°C und niedriger als oder gleich 1000°C eine Wasserstoffverbindung bildet und Wasserstoff abgibt, weist in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Ein Isolator, der bei höher als oder gleich 20°C und niedriger als oder gleich 400°C, höher als oder gleich 20°C und niedriger als oder gleich 300°C, oder höher als oder gleich 20°C und niedriger als oder gleich 200°C eine Wasserstoffverbindung bildet und Wasserstoff abgibt, weist in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Wasserstoff, der leicht abgegeben und freigesetzt wird, kann als überschüssiger Wasserstoff bezeichnet werden.
  • Der Isolator 102 ist ein Isolator mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit (d. h. mit Sperreigenschaften gegen Sauerstoff). Der Isolator 108 ist ein Isolator mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit. Der Isolator 128 ist ein Isolator mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit. Der Isolator 118 ist ein Isolator mit hoher Sauerstoffdurchlässigkeit. Mit anderen Worten: Isolatoren mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 102, der Isolator 108 und der Isolator 128) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Sauerstoff durch als ein Isolator mit hoher Sauerstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 118).
  • Der Isolator 102 ist ein Isolator mit niedriger Wasserdurchlässigkeit (d. h. mit Sperreigenschaften gegen Wasser). Der Isolator 108 ist ein Isolator mit niedriger Wasserdurchlässigkeit. Der Isolator 128 ist ein Isolator mit niedriger Wasserdurchlässigkeit. Der Isolator 118 ist ein Isolator mit hoher Wasserdurchlässigkeit. Mit anderen Worten: Isolatoren mit niedriger Wasserdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 102, der Isolator 108 und der Isolator 128) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Wasser durch als ein Isolator mit hoher Wasserdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 118).
  • Das Element 150 umfasst einen Transistor, einen Kondensator, einen Widerstand, ein Speicherelement, ein Anzeigeelement, ein Licht emittierendes Element, ein photoelektrisches Umwandlungselement oder dergleichen. Diese Elemente könnten die Eigenschaften des Elements 150 aufgrund der Wanderung von Wasser, Wasserstoff oder Sauerstoff verändern. Daher wird, wie in 1A und 1B gezeigt, das Element 150 von dem Isolator umgeben, der eine niedrige Wasserdurchlässigkeit, eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit und/oder eine niedrige Sauerstoffdurchlässigkeit aufweist; daher können die Schwankungen der Eigenschaften des Elements 150 unterdrückt werden.
  • Ein Beispiel wird beschrieben, in dem die Eigenschaften der Elemente durch Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff verändert werden.
  • Als Material des Transistors kann ein Halbleiter der Gruppe 14, wie z. B. Silizium oder Germanium, ein Verbindungshalbleiter, wie z. B. Siliziumcarbid, Germaniumsilizid, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinkselenid, Cadmiumsulfid oder ein Oxidhalbleiter, oder ein organischer Halbleiter verwendet werden.
  • Beispielsweise werden die Eigenschaften eines Transistors, der Silizium, Germanium, Siliziumcarbid, Germaniumsilizid oder dergleichen enthält, durch Wasserstoff verbessert und durch Sauerstoff verschlechtert. Es wird daher bevorzugt, dass Wasserstoff in der Nähe des Elements 150 verbleibt und dass kein überschüssiger Sauerstoff in der Nähe des Elements 150 verbleibt. Es sei angemerkt, dass überschüssiger Sauerstoff Sauerstoff meint, der sich in einem Isolator oder dergleichen befindet und der nicht mit/von dem Isolator oder dergleichen verbunden/freigesetzt wird, oder Sauerstoff mit niedriger Bindungsenergie an dem Isolator oder dergleichen meint.
  • Hier kann ein Isolator, der überschüssigen Sauerstoff enthält, Sauerstoff abgeben, dessen Menge (in die Anzahl von Sauerstoffatomen umgerechnet) bei einer Thermodesorptions-Spektroskopie-(thermal desorption spectroscopy, TDS-)Analyse bei einer Oberflächentemperatur im Bereich von 100°C bis 700°C oder 100°C bis 500°C größer als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, größer als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3 oder größer als oder gleich 1 × 1020 Atome/cm3 ist.
  • Das Verfahren zum Messen der Menge an abgegebenem Sauerstoff mittels der TDS-Analyse wird nachstehend beschrieben.
  • Die Gesamtmenge eines Gases, das bei der TDS-Analyse von einer Messprobe abgegeben wird, ist proportional zum Integralwert der Ionenintensität des abgegebenen Gases. Dann wird ein Vergleich mit einer Referenzprobe angestellt, wodurch die Gesamtmenge des abgegebenen Gases berechnet werden kann.
  • Zum Beispiel kann die Anzahl von Sauerstoffmolekülen (NO2), die von einer Messprobe abgegeben werden, nach der folgenden Formel berechnet werden, wobei die TDS-Ergebnisse eines Siliziumsubstrats, das Wasserstoff mit einer vorbestimmten Dichte enthält und bei dem es sich um eine Referenzprobe handelt, und die TDS-Ergebnisse der Messprobe verwendet werden. Dabei ist davon auszugehen, dass alle Gase mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 32, die bei der TDS-Analyse erhalten werden, aus einem Sauerstoffmolekül stammen. Es sei angemerkt, dass CH3OH, welches ein Gas mit dem Masse-Ladungs-Verhältnis von 32 ist, nicht berücksichtigt wird, da sein Vorhandensein unwahrscheinlich ist. Zusätzlich wird auch ein Sauerstoffmolekül, das ein Sauerstoffatom mit einer Massenzahl von 17 oder 18 enthält, das ein Isotop eines Sauerstoffatoms ist, nicht berücksichtigt, da der Anteil an einem solchen Molekül in der Natur minimal ist. NO2 = NH2/SH2 × SO2 × α
  • Der Wert, NH2, wird durch die Umwandlung der Anzahl von Wasserstoffmolekülen, die aus der Referenzprobe desorbiert werden, in Dichten erhalten. Der Wert, SH2, ist der Integralwert der Ionenintensität in dem Fall, in dem die Referenzprobe der TDS-Analyse unterzogen wird. Hier ist der Referenzwert der Referenzprobe auf NH2/SH2 eingestellt. Der Wert, SO2, ist der Integralwert der Ionenintensität in dem Fall, in dem die Messprobe durch die TDS analysiert wird. Der Wert, α, ist ein Koeffizient, der bei der TDS-Analyse die Ionenintensität beeinflusst. Bezüglich der Details der vorstehenden Formel nehme man Bezug auf die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H6-275697 . Die Menge an abgegebenem Sauerstoff wird mit einer thermischen Desorptionsspektroskopievorrichtung EMD-WA1000S/W, hergestellt von ESCO Ltd., gemessen, wobei ein Siliziumsubstrat, das eine vorbestimmte Menge an Wasserstoffatomen enthält, als Referenzprobe verwendet wird.
  • Ferner wird bei der TDS-Analyse Sauerstoff teilweise als Sauerstoffatom erfasst. Das Verhältnis zwischen Sauerstoffmolekülen und Sauerstoffatomen kann aus der Ionisationsrate der Sauerstoffmoleküle berechnet werden. Es sei angemerkt, dass, da der obige Wert, α, die Ionisationsrate der Sauerstoffmoleküle umfasst, auch die Anzahl der abgegebenen Sauerstoffatome ermittelt werden kann, indem die Anzahl der abgegebenen Sauerstoffmoleküle abgeschätzt wird.
  • Es sei angemerkt, dass NO2 die Anzahl der abgegebenen Sauerstoffmoleküle darstellt. Die Anzahl von abgegebenem Sauerstoff, umgerechnet in Sauerstoffatome, beträgt das Doppelte der Anzahl der abgegebenen Sauerstoffmoleküle.
  • Des Weiteren kann der Isolator, von dem durch eine Wärmebehandlung Sauerstoff abgegeben wird, ein Peroxidradikal enthalten. Insbesondere ist die Spindichte eines Signals, die auf das Peroxidradikal zurückzuführen ist, höher als oder gleich 5 × 1017 Spins/cm3. Es sei angemerkt, dass der Isolator, der ein Peroxidradikal enthält, bei Elektronenspinresonanz (ESR) ein asymmetrisches Signal mit einem g-Faktor von ungefähr 2,01 aufweisen kann.
  • Die Eigenschaften eines Transistors, der einen Oxidhalbleiter oder dergleichen enthält, verschlechtern sich durch Wasser und Wasserstoff und verbessern sich durch Sauerstoff; daher verbleibt Sauerstoff vorzugsweise in der Nähe des Elements 150. Zudem wird es bevorzugt, dass in der Nähe des Elements 150 kein Wasser und kein Wasserstoff (insbesondere überschüssiger Wasserstoff) existieren oder nur wenig Wasser und Wasserstoff existieren.
  • Wenn ein Kondensator den Halbleiter enthält, der als Beispiel für ein Material des Transistors angegeben wird, könnten die Eigenschaften des Kondensators durch Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff verändert werden. Des Weiteren könnten dann, wenn ein Widerstand den Halbleiter enthält, der als Beispiel für ein Material des Transistors angegeben wird, die Eigenschaften des Widerstandes durch Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff verändert werden.
  • Wenn ein Speicherelement den oben beschriebenen Transistor, Kondensator und/oder Widerstand beinhaltet, könnten die Eigenschaften des Speicherelements durch Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff verändert werden. Die Veränderung der Eigenschaften des Speicherelements könnte ein Problem, dass Daten nicht in das Speicherelement geschrieben und/oder von ihm gelesen werden können, ein Problem, dass die geschriebenen Daten gelöscht werden, oder dergleichen verursachen. Beispiele für das Speicherelement umfassen ein Dynamic Random Access Memory (DRAM), ein Static Random Access Memory (SRAM), ein Ferroelectric Random Access Memory (FeRAM), ein Resistive Random Access Memory (ReRAM), ein Magnetoresistive Random Access Memory (MRAM) und einen Flash-Speicher.
  • Wenn ein Anzeigeelement den oben beschriebenen Kondensator und/oder Widerstand beinhaltet, könnten beispielsweise die Eigenschaften des Anzeigeelements durch Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff verändert werden. Die Veränderung der Eigenschaften des Anzeigeelements könnte ein Problem dahingehend, dass Bilder nicht angezeigt werden, oder Anzeigeschwankungen der Anzeigegraustufe oder eine Ungleichmäßigkeit bei der Anzeige verursachen. Im Falle der Verwendung eines organischen Elektrolumineszenz-(EL-)Elements, das ein Licht emittierendes Element ist, könnte die Qualität einer Elektrode und/oder einer organischen Verbindung durch Wasser und/oder Sauerstoff verändert werden.
  • Beispielsweise werden die Eigenschaften eines photoelektrischen Umwandlungselements, das Silizium enthält, durch Wasser und Wasserstoff verbessert und durch Sauerstoff verschlechtert; daher verbleiben Wasser und Wasserstoff vorzugsweise in der Nähe des Elements 150. Zudem existiert Sauerstoff vorzugsweise nicht in der Nähe des Elements 150.
  • Wenn das Element 150 von Isolatoren mit Sperreigenschaften umgeben wird, kann, wie oben beschrieben, die Veränderung der Eigenschaften des Elements 150 unterdrückt werden. Wasser, Wasserstoff und/oder Sauerstoff, die in der Nähe des Elements 150 verbleiben, können/kann in einigen Fällen die Eigenschaften des Elements 150 stabilisieren.
  • <Modifikationsbeispiel der Vorrichtung: 1>
  • 2A, 2B und 2C sind Querschnittsansichten von Vorrichtungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei denen jeweils das Element 150 der in 1A und 1B gezeigten Vorrichtung mit einer Elektrode und dergleichen verbunden ist.
  • Die Vorrichtung in 2A weist drei Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 auf, welche bis zu dem Element 150 reichen. Die drei Öffnungen sind jeweils mit Leitern 121, 122 und 123 gefüllt. Der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123 weisen jeweils beispielsweise eine Funktion zum Eingeben eines Signals in das Element 150 und/oder eine Funktion zum Ausgeben eines Signals von dem Element 150 auf. Obwohl die Anzahl von Öffnungen in den nicht einschränkenden Beispielen in 2A und dergleichen drei ist, kann sie ungleich drei sein.
  • Der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123 sind jeweils ein Leiter mit Sperreigenschaften.
  • Der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123 sind jeweils ein Leiter mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit. Leiter mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit (z. B. der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Wasserstoff durch als ein Isolator mit hoher Wasserstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 118).
  • Da der Atomradius oder dergleichen von Wasserstoff klein ist, diffundiert Wasserstoff mit großer Wahrscheinlichkeit in einem Leiter (d. h. der Diffusionskoeffizient von Wasserstoff ist groß). Ein Leiter mit niedriger Dichte weist beispielsweise eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Mit anderen Worten: Ein Leiter mit hoher Dichte weist eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Die Dichte eines Leiters mit niedriger Dichte ist im ganzen Leiter nicht immer niedrig; ein Leiter, der einen Teil mit niedriger Dichte aufweist, wird auch als Leiter mit niedriger Dichte bezeichnet. Das liegt daran, dass der Teil mit niedriger Dichte als Weg für Wasserstoff dient. Obwohl eine Dichte, mit der Wasserstoff durchgelassen werden kann, nicht beschränkt ist, ist sie typischerweise niedriger als 6,0 g/cm3. Beispiele für einen Leiter mit hoher Dichte umfassen ein Metall, wie z. B. Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Zirkonium, Niob, Molybdän, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Silber, Indium, Zinn, Hafnium, Tantal, Wolfram, Iridium, Platin oder Gold, eine Legierung, die mindestens eines dieser Metallelemente enthält, und eine Verbindung, wie z. B. ein Oxid oder ein Nitrid, das mindestens eines dieser Metallelemente enthält. Es sei angemerkt, dass ein Leiter mit hoher Dichte nicht auf diese Leiter beschränkt ist. Beispielsweise können die Leiter eines oder mehrere von Bor, Fluor, Neon, Phosphor, Chlor und Argon enthalten.
  • Ein Leiter, der Kristallkorngrenzen enthält, kann eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit aufweisen. Mit anderen Worten: Wasserstoff passiert mit geringerer Wahrscheinlichkeit einen Leiter, der keine Korngrenzen oder nur wenige Korngrenzen enthält. Beispielsweise weist ein nicht polykristalliner Leiter (z. B. ein amorpher Leiter) eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit auf als ein polykristalliner Leiter.
  • Ein Leiter, der eine hohe Bindungsenergie an Wasserstoff aufweist, weist in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Beispielsweise kann dann, wenn ein Leiter, der eine Wasserstoffverbindung durch Bindung mit Wasserstoff bildet (auch als Wasserstoff absorbierende Legierung bezeichnet), eine hohe Bindungsenergie aufweist, bei der Wasserstoff bei Temperaturen während der Herstellung und des Betriebs der Vorrichtung nicht abgegeben wird, der Leiter in die Kategorie eines Leiters mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit fallen. Beispielsweise weist ein Leiter, der bei höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 1000°C, höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 1000°C, oder höher als oder gleich 400°C und niedriger als oder gleich 1000°C eine Wasserstoffverbindung bildet, in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Ein Leiter, der bei höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 1000°C, höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 1000°C, oder höher als oder gleich 400°C und niedriger als oder gleich 1000°C eine Wasserstoffverbindung bildet und Wasserstoff abgibt, weist in einigen Fällen eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Ein Leiter, der bei höher als oder gleich 20°C und niedriger als oder gleich 400°C, höher als oder gleich 20°C und niedriger als oder gleich 300°C, oder höher als oder gleich 20°C und niedriger als oder gleich 200°C eine Wasserstoffverbindung bildet und Wasserstoff abgibt, weist in einigen Fällen eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit auf.
  • Der Leiter 121 ist ein Leiter mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit. Der Leiter 122 ist ein Leiter mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit. Der Leiter 123 ist ein Leiter mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit. Mit anderen Worten: Leiter mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit (z. B. der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Sauerstoff durch als ein Isolator mit hoher Sauerstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 118). Der Leiter 121 ist insbesondere ein Leiter mit niedriger Sauerstoffreaktionsfähigkeit (niedriger Reaktionsfähigkeit mit Sauerstoff). Der Leiter 122 ist ein Leiter mit niedriger Sauerstoffreaktionsfähigkeit. Der Leiter 123 ist ein Leiter mit niedriger Sauerstoffreaktionsfähigkeit. Ein Leiter mit niedriger Sauerstoffreaktionsfähigkeit wird bei Temperaturen während der Herstellung und des Betriebs der Vorrichtung nicht oxidiert oder nur geringfügig oxidiert (z. B. die Dicke eines oxidierten Bereichs ist kleiner als 10 nm, bevorzugt kleiner als 5 nm, stärker bevorzugt kleiner als 3 nm). Ein Leiter mit niedriger Sauerstoffreaktionsfähigkeit reagiert kaum mit Sauerstoff, sein Widerstand wird kaum erhöht, und der Leiter ist daher geeignet, Strom durchzulassen.
  • Der Leiter 121 ist ein Leiter mit niedriger Wasserdurchlässigkeit. Der Leiter 122 ist ein Leiter mit niedriger Wasserdurchlässigkeit. Der Leiter 123 ist ein Leiter mit niedriger Wasserdurchlässigkeit. Mit anderen Worten: Leiter mit niedriger Wasserdurchlässigkeit (z. B. der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Wasser durch als ein Isolator mit hoher Wasserdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 118).
  • Das Element 150 umfasst einen Transistor, einen Kondensator, einen Widerstand, ein Speicherelement, ein Anzeigeelement oder dergleichen. Diese Elemente könnten die Eigenschaften des Elements 150 aufgrund der Wanderung von Wasser, Wasserstoff oder Sauerstoff verändern. Daher wird, wie in 2A gezeigt, das Element 150 von dem Isolator und dem Leiter umgeben, die eine niedrige Wasserdurchlässigkeit, eine niedrige Wasserstoffdurchlässigkeit und/oder eine niedrige Sauerstoffdurchlässigkeit aufweisen, und die Schwankungen der Eigenschaften des Elements 150 können unterdrückt werden.
  • Es sei angemerkt, dass eine Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die in 2A gezeigte Vorrichtung beschränkt ist.
  • Die Vorrichtung in 2B weist drei Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 auf, welche bis zu dem Element 150 reichen. Ein Leiter 121a, ein Leiter 122a und ein Leiter 123a sind entlang den Seitenflächen und den Bodenflächen der dazugehörigen Öffnungen bereitgestellt. Ein Leiter 121b, ein Leiter 122b und ein Leiter 123b sind an dem Leiter 121a, dem Leiter 122a bzw. dem Leiter 123a bereitgestellt. Der Leiter 121a und der Leiter 121b weisen die gleiche Funktion auf wie der Leiter 121. Der Leiter 122a und der Leiter 122b weisen die gleiche Funktion auf wie der Leiter 122. Der Leiter 123a und der Leiter 123b weisen die gleiche Funktion auf wie der Leiter 123. Obwohl die Anzahl von Öffnungen in den nicht einschränkenden Beispielen in 2B und dergleichen drei ist, kann sie ungleich drei sein.
  • Die in 2A gezeigte Vorrichtung ist ein Beispiel, in dem ein Leiter eine Vielzahl von Funktionen aufweist, während die in 2B gezeigte Vorrichtung ein Beispiel ist, in dem zwei Leiter ihnen zugehörige Funktionen aufweisen; beispielsweise weisen der Leiter 121a, der Leiter 122a und der Leiter 123a Sperreigenschaften auf, und der Leiter 121b, der Leiter 122b und der Leiter 123b weisen eine hohe Leitfähigkeit auf. Die Vorrichtung in 2B, bei der zwei Leiter ihnen zugehörige Funktionen aufweisen, kann bei der Konfiguration der Vorrichtung durch die Kombination von Leitern einen höheren Grad der Freiheit aufweisen. Zudem können die jeweiligen Funktionen der Leiter im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem ein Leiter verwendet wird.
  • Wenn der Leiter 121a, der Leiter 122a und der Leiter 123a Sperreigenschaften aufweisen, weisen der Leiter 121b, der Leiter 122b und der Leiter 123b nicht notwendigerweise Sperreigenschaften auf, obwohl sie Sperreigenschaften aufweisen können. Beispielsweise können der Leiter 121b, der Leiter 122b und der Leiter 123b unterschiedliche Sperreigenschaften aufweisen.
  • Es sei angemerkt, dass eine Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die in 2A und 2B gezeigten Vorrichtungen beschränkt ist.
  • Die Vorrichtung in 2C weist drei Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 auf, welche bis zu dem Element 150 reichen. Ein Leiter 121c, ein Leiter 122c und ein Leiter 123c sind entlang den Seitenflächen der dazugehörigen Öffnungen bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass der Leiter 121c, der Leiter 122c und der Leiter 123c nicht an den Bodenflächen der Öffnungen bereitgestellt sind. Ein Leiter 121d, ein Leiter 122d und ein Leiter 123d sind in den dazugehörigen Öffnungen bereitgestellt. Der Leiter 121c und der Leiter 121d weisen die gleiche Funktion auf wie der Leiter 121. Der Leiter 121c und der Leiter 122d weisen die gleiche Funktion auf wie der Leiter 122. Der Leiter 123c und der Leiter 123d weisen die gleiche Funktion auf wie der Leiter 123. Obwohl die Anzahl von Öffnungen in den nicht einschränkenden Beispielen in 2C und dergleichen drei ist, kann sie ungleich drei sein.
  • Die in 2C gezeigte Vorrichtung ist ein Beispiel, in dem zwei Leiter ihnen zugehörige Funktionen aufweisen; beispielsweise weisen der Leiter 121c, der Leiter 122c und der Leiter 123c Sperreigenschaften auf, und der Leiter 121d, der Leiter 122d und der Leiter 123d weisen eine hohe Leitfähigkeit auf. Die Vorrichtung in 2C, bei der zwei Leiter ihnen zugehörige Funktionen aufweisen, kann bei der Konfiguration der Vorrichtung durch die Kombination von Leitern einen höheren Grad der Freiheit aufweisen. Zudem können die jeweiligen Funktionen der Leiter im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem ein Leiter verwendet wird. Bei der in 2C gezeigten Vorrichtung sind der Leiter 121d, der Leiter 122d und der Leiter 123d elektrisch mit dem Element 150 verbunden, ohne dass der Leiter 121c, der Leiter 122c und der Leiter 123c dazwischen angeordnet sind. Daher sind der Leiter 121c, der Leiter 122c und der Leiter 123c nicht auf Leiter beschränkt und können beispielsweise Halbleiter oder Isolatoren sein. Wenn der Leiter 121c, der Leiter 122c und der Leiter 123c Isolatoren sind, kann beispielsweise ein beliebiger der oben beschriebenen Isolatoren mit hohen Sperreigenschaften verwendet werden.
  • Wenn der Leiter 121c, der Leiter 122c und der Leiter 123c Sperreigenschaften aufweisen, weisen der 121d, der Leiter 122d und der Leiter 123d nicht notwendigerweise Sperreigenschaften auf, obwohl sie Sperreigenschaften aufweisen können. Beispielsweise können der Leiter 121d, der Leiter 122d und der Leiter 123d unterschiedliche Sperreigenschaften aufweisen.
  • <Modifikationsbeispiel der Vorrichtung: 2>
  • 3A und 3B sowie 4A und 4B zeigen Modifikationsbeispiele der in 1A und 1B gezeigten Vorrichtung: Vorrichtungen, die in 3A und 3B sowie 4A und 4B gezeigt sind, beinhalten eine Vielzahl der Elemente. Es sei angemerkt, dass 3A und 4A Draufsichten auf die Vorrichtungen sind und dass 3B und 4B Querschnittsansichten der Vorrichtungen sind.
  • Die in 3A und 3B gezeigte Vorrichtung weist in einem Bereich, der von einem Isolator mit Sperreigenschaften umgeben wird, eine Elementgruppe auf, die zwei oder mehr Elemente (z. B. ein Element 150a und ein Element 150b) umfasst, die in einer Zeilenrichtung angeordnet sind. Die in 4A und 4B gezeigte Vorrichtung weist in einem Bereich, der von einem Isolator mit Sperreigenschaften umgeben wird, eine Elementgruppe auf, die zwei oder mehr Elemente (z. B. ein Element 150a, ein Element 150b, ein Element 150c und ein Element 150d) umfasst, die in einer Zeilenrichtung und in einer Spaltenrichtung angeordnet sind.
  • Die in 3A und 3B sowie 4A und 4B gezeigten Vorrichtungen, die jeweils in einem Bereich, der von einem Isolator mit Sperreigenschaften umgeben wird, eine Elementgruppe aufweisen, können im Vergleich zu der in 1A und 1B gezeigten Vorrichtung in hohem Maße integriert sein.
  • Es sei angemerkt, dass in den in 3A und 3B sowie 4A und 4B gezeigten Vorrichtungen, die Elemente und dergleichen wie in den in 2A bis 2C gezeigten Vorrichtungen mit Elektroden verbunden sein können.
  • <Modifikationsbeispiel der Vorrichtung: 3>
  • 5A und 5B sind Querschnittsansichten von Vorrichtungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Vorrichtung in 5A beinhaltet den Isolator 102, den Isolator 108, den Isolator 118 und den Isolator 128, das Element 150, einen Isolator 218, den Leiter 121, den Leiter 122 und den Leiter 123, einen Leiter 221 sowie ein Element 151. Das Element 151 ist über dem Substrat 100 bereitgestellt. Der Isolator 218 ist über dem Substrat 100 und dem Element 151 bereitgestellt. Der Isolator 102 ist über dem Isolator 218 bereitgestellt. Das Element 150 ist über dem Isolator 102 bereitgestellt. Der Isolator 118 ist über dem Isolator 102 und dem Element 150 bereitgestellt und weist eine Öffnung auf, die bis zu dem Isolator 102 reicht. Der Isolator 128 ist in der Öffnung des Isolators 118 bereitgestellt und weist einen Bereich in Kontakt mit dem Isolator 102 auf. Der Isolator 108 ist über dem Isolator 118 und dem Isolator 128 bereitgestellt und weist einen Bereich in Kontakt mit dem Isolator 128 auf.
  • Die Vorrichtung in 5A weist drei Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 auf, welche bis zu dem Element 150 reichen. Die drei Öffnungen sind mit Leitern 121, 122 und 123 gefüllt. Der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123 weisen jeweils beispielsweise eine Funktion zum Eingeben eines Signals in das Element 150 und/oder eine Funktion zum Ausgeben eines Signals von dem Element 150 auf. Obwohl die Anzahl von Öffnungen in den nicht einschränkenden Beispielen in 5A und dergleichen drei ist, kann sie ungleich drei sein.
  • Die Vorrichtung in 5A weist eine Öffnung in dem Isolator 102 und dem Isolator 218 auf, welche bis zu dem Element 151 reicht. Die Öffnung ist mit einem Leiter 221 gefüllt. Der Leiter 221 weist beispielsweise eine Funktion zum Eingeben eines Signals in das Element 151 und/oder eine Funktion zum Ausgeben eines Signals von dem Element 151 auf. Beispielsweise können über den Leiter 221 Signale zwischen dem Element 150 und dem Element 151 übertragen werden. Obwohl die Anzahl von Öffnungen in den nicht einschränkenden Beispielen in 5A und dergleichen eins ist, kann sie ungleich eins sein.
  • Der Isolator 218, der hier aus einer einschichtigen Schicht besteht, kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen, wobei die Schichten nicht notwendigerweise sukzessiv ausgebildet werden. Beispielsweise kann die Schicht, die zu dem Isolator 218 wird, in Schritten vor und nach der Ausbildung des Elements 151 ausgebildet werden.
  • Der Isolator 218 ist ein Isolator mit hoher Wasserstoffdurchlässigkeit. Mit anderen Worten: Isolatoren mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 102, der Isolator 108 und der Isolator 128) lassen mit geringerer Wahrscheinlichkeit Wasserstoff durch als ein Isolator mit hoher Wasserdurchlässigkeit (z. B. der Isolator 218).
  • Bezüglich des Leiters 221 wird auf den Leiter 121 Bezug genommen.
  • Bezüglich des Elements 151 wird auf das Element 150 Bezug genommen. Es sei angemerkt, dass das Element 151 vorzugsweise von einem anderen Typ als des Elements 150 ist. Beispielsweise werden die Eigenschaften des Elements 151 durch Wasserstoff verbessert, während die Eigenschaften des Elements 150 durch Wasserstoff verschlechtert werden, in welchem Falle Wasserstoff nur auf das Element 151 übertragen werden kann, da das Element 150 jeweils von einem Isolator und einem Leiter mit niedriger Wasserstoffdurchlässigkeit umgeben wird. Demzufolge können die Eigenschaften des Elements 151 verbessert werden, und es kann verhindert werden, dass das Element 150 verschlechtert wird. In einem anderen Fall, in dem die Eigenschaften des Elements 150 durch Sauerstoff verbessert werden, während die Eigenschaften des Elements 151 durch Sauerstoff verschlechtert werden, kann Sauerstoff nur dem Element 150 zugeführt werden, da das Element 150 von einem Isolator und einem Leiter jeweils mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit umgeben wird. Demzufolge können die Eigenschaften des Elements 150 verbessert werden, und es kann verhindert werden, dass das Element 151 verschlechtert wird.
  • Da es sich bei dem Element 150 und dem Element 151 um unterschiedliche Typen handelt, kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, bei der die jeweiligen Eigenschaften der Elemente 150 und 151 genutzt werden. Beispielsweise kann eine Schaltungskonfiguration einer Speichervorrichtung, die später beschrieben wird, bereitgestellt werden.
  • Indem das Element 150 und das Element 151 übereinander angeordnet werden, kann die Fläche der Vorrichtung im Vergleich zu einer Struktur verringert werden, bei der die Elemente nicht übereinander angeordnet sind.
  • Die Anzahl von Arten des Elements 151 kann, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, eins sein, und sie kann auch zwei oder mehr sein.
  • Obwohl das Element 150 in dem nicht einschränkenden Beispiel über dem Element 151 bereitgestellt ist, kann das Element 151 beispielsweise von einem Isolator mit Sperreigenschaften umgeben sein.
  • Die in 5B gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung in 5A darin, dass der Leiter 221 nicht bereitgestellt ist und dass der Leiter 121 das Element 150 durchdringt, um bis zu dem Element 151 zu reichen. Bezüglich der Vorrichtung in 5B wird daher auf die Vorrichtung in 5A Bezug genommen.
  • Der Leiter 121 ist elektrisch mit dem Element 151 und dem Element 150 verbunden. Es sei angemerkt, dass der Leiter 121 nicht notwendigerweise elektrisch mit dem Element 151 und/oder dem Element 150 verbunden ist. Da das Element 150 und das Element 151 elektrisch über einen Leiter verbunden sind, kann der Grad der Freiheit bei dem Design der Vorrichtung erhöht werden, was zu einer hohen Integration der Vorrichtung führen könnte. Des Weiteren wird die Anzahl von Schritten verringert, was zu einer vereinfachten Herstellung der Vorrichtung führen könnte.
  • Obwohl in 5A und 5B ein Leiter, wie bei der in 2A gezeigten Vorrichtung, als Elektrode verwendet wird, können zwei Leiter, wie bei der in 2B oder 2C gezeigten Vorrichtung, als Elektrode verwendet werden.
  • <Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung: 1>
  • Ein Verfahren zum Herstellen der in 5A gezeigten Vorrichtung wird anhand von Querschnittsansichten in 6A und 6B, 7A und 7B sowie 8A und 8B beschrieben.
  • Zuerst wird das Substrat 100 vorbereitet.
  • Dann wird das Element 151 ausgebildet. Das Element 151 wird hier in einem nicht einschränkenden Beispiel für die Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über dem Substrat 100 ausgebildet. Beispielsweise kann das Element 151 unter Verwendung eines Teils des Substrats 100 in dem Fall ausgebildet werden, in dem ein Halbleitersubstrat als das Substrat 100 verwendet wird.
  • Als Nächstes wird der Isolator 218 ausgebildet (siehe 6A). Der Isolator 218 kann durch ein Sputterverfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungs-(chemical vapor deposition, CVD-)Verfahren, ein Molekularstrahlepitaxie-(molecular beam epitaxy, MBE-)Verfahren, ein Laserstrahlabscheidungs-(pulsed laser deposition, PLD-)Verfahren, ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition; ALD-)Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • CVD-Verfahren können in ein plasmaunterstütztes CVD-(plasma enhanced CVD, PECVD-)Verfahren, bei dem Plasma verwendet wird, ein thermisches CVD-(TCVD-)Verfahren, bei dem Wärme verwendet wird, ein Photo-CVD-Verfahren, bei dem Licht verwendet wird, und dergleichen eingeteilt werden. Des Weiteren kann das CVD-Verfahren je nach dem Quellengas ein Metall-CVD(MCVD-)Verfahren und ein metallorganisches CVD-(MOCVD-)Verfahren umfassen.
  • Im Falle eines PECVD-Verfahrens kann ein Film mit hoher Qualität bei relativ niedriger Temperatur ausgebildet werden. Des Weiteren wird bei einem TCVD-Verfahren kein Plasma verwendet, und daher verursacht es geringere Plasmaschäden an einem Objekt. Beispielsweise könnte eine Leitung, eine Elektrode, ein Element (z. B. Transistor oder Kondensator) oder dergleichen in einer Halbleitervorrichtung durch Empfangen der Ladungen vom Plasma aufgeladen werden. In diesem Fall könnten die akkumulierten Ladungen die Leitung, die Elektrode, das Element oder dergleichen in der Halbleitervorrichtung beschädigen. Im Falle der Verwendung eines TCVD-Verfahrens werden keine solchen Plasmaschäden verursacht, und daher kann die Ausbeute einer Halbleitervorrichtung erhöht werden. Da bei der Abscheidung durch ein TCVD-Verfahren keine Plasmaschäden auftreten, kann ferner ein Film mit geringen Defekten erhalten werden.
  • Ein ALD-Verfahren verursacht auch geringere Plasmaschäden an einem Objekt. Ein ALD-Verfahren verursacht bei der Abscheidung keine Plasmaschäden, so dass ein Film mit wenigen Defekten (sehr kleinen Löchern, pinholes) erhalten werden kann.
  • Im Unterschied zu einem Abscheidungsverfahren, bei dem Teilchen abgeschieden werden, die von einem Target oder dergleichen abgegeben worden sind, wird bei einem CVD-Verfahren und einem ALD-Verfahren ein Film durch eine Reaktion an einer Oberfläche eines Objekts ausgebildet. Daher ermöglichen ein CVD-Verfahren und ein ALD-Verfahren fast unabhängig von der Form eines Objekts eine vorteilhafte Stufenabdeckung. Insbesondere ermöglicht ein ALD-Verfahren eine ausgezeichnete Stufenabdeckung und eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Dicke und kann beispielsweise zum Bedecken einer Oberfläche einer Öffnung mit hohem Seitenverhältnis vorteilhaft verwendet werden. Im Gegensatz dazu weist ein ALD-Verfahren eine relativ niedrige Abscheidungsrate auf; daher ist es in einigen Fällen zu bevorzugen, dass ein ALD-Verfahren mit einem weiteren Abscheidungsverfahren mit hoher Abscheidungsrate, wie z. B. einem CVD-Verfahren, kombiniert wird.
  • Wenn ein CVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren verwendet wird, kann die Zusammensetzung eines auszubildenden Films mit einem Verhältnis der Durchflussrate der Quellengase gesteuert werden. Beispielsweise kann durch das CVD-Verfahren oder das ALD-Verfahren ein Film mit einer erforderlichen Zusammensetzung ausgebildet werden, indem das Verhältnis der Durchflussrate eines Quellengases reguliert wird. Außerdem kann mittels eines CVD-Verfahrens oder eines ALD-Verfahrens durch Änderung des Verhältnisses der Durchflussrate der Quellengase während der Ausbildung des Films ein Film ausgebildet werden, dessen Zusammensetzung sich stetig verändert. In dem Fall, in dem der Film während der Änderung des Verhältnisses der Durchflussrate der Quellengase ausgebildet wird, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem der Film unter Verwendung einer Vielzahl von Abscheidungskammern ausgebildet wird, die Zeitdauer zur Abscheidung verringert werden, weil die Zeitdauer zum Übertragen und zum Regulieren des Drucks ausgelassen wird. Daher können Halbleitervorrichtungen mit verbesserter Produktivität hergestellt werden.
  • Der Isolator 218 wird nicht notwendigerweise zu diesem Zeitpunkt ausgebildet; ein Teil einer Schicht, die den Isolator 218 bildet, kann vor oder zur gleichen Zeit wie das Element 151 ausgebildet werden. Folglich kann der Isolator 218 eine mehrschichtige Struktur aus einem ersten Isolator unter dem Element 151 und einem zweiten Isolator über dem Element 151 aufweisen.
  • Die obere Oberfläche des Isolators 218 wird vorzugsweise durch eine chemisch-mechanische Polier-(CMP-)Behandlung oder dergleichen planarisiert, nachdem der Isolator 218 ausgebildet worden ist.
  • Als Nächstes wird der Isolator 102 ausgebildet. Der Isolator 102 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Ein ALD-Verfahren wird besonders bevorzugt, da damit Stufen ausreichend bedeckt werden können; der Isolator 102 kann entlang der Form des Isolators 218 ausgebildet werden, auch wenn Teilchen oder dergleichen daran haften. Daher kann der Isolator 102, der durch ein ALD-Verfahren ausgebildet wird, den Isolator 218 zuverlässig bedecken. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise eine ALD-Einrichtung, die später beschrieben wird, zum Ausbilden der Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Als Nächstes wird ein Fotolack oder dergleichen über dem Isolator 102 ausgebildet, und eine Öffnung, bei der das Element 151 freiliegt, wird unter Verwendung des Fotolacks in dem Isolator 102 und dem Isolator 218 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass ein einfacher Ausdruck „ein Fotolack wird ausgebildet” auch den Fall meint, in dem eine Antireflexionsschicht unter dem Fotolack ausgebildet wird.
  • Der Fotolack wird entfernt, nachdem das Objekt durch Ätzen oder dergleichen verarbeitet worden ist. Zur Entfernung des Fotolacks werden/wird eine Plasmabehandlung und/oder ein Nassätzen verwendet. Es sei angemerkt, dass als Plasmabehandlung eine Plasmaveraschung bevorzugt wird. In dem Fall, in dem der Fotolack oder dergleichen unzureichend entfernt wird, kann der verbleibende Fotolack oder dergleichen unter Verwendung von Ozonwasser und/oder Flusssäure mit einer Konzentration von höher als oder gleich 0,001 Vol-% und niedriger als oder gleich 1 Vol-% und dergleichen entfernt werden.
  • Als Nächstes wird ein Leiter, der zu dem Leiter 221 wird, ausgebildet. Der Leiter kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Öffnung in dem Isolator 102 und dem Isolator 218 vorzugsweise mit dem Leiter gefüllt ist. Daher wird dann, wenn das Seitenverhältnis der Öffnung hoch ist, ein CVD-Verfahren (z. B. ein MCVD-Verfahren) oder ein ALD-Verfahren vorzugsweise verwendet. Alternativ kann ein mehrschichtiger Leiter in 2B durch Kombination von einem CVD-Verfahren und einem ALD-Verfahren ausgebildet werden; beispielsweise wird ein Leiter durch ein ALD-Verfahren ausgebildet, um die Seitenfläche und die Bodenfläche der Öffnung zu bedecken, und dann wird ein weiterer Leiter durch ein CVD-Verfahren über dem Leiter ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Teil des Leiters, der zu dem Leiter 221 wird, über dem Isolator 102 entfernt, so dass der Leiter 221 nur in der Öffnung in dem Isolator 102 und dem Isolator 218 verbleibt (siehe 6B). Ein CMP-Verfahren oder dergleichen kann verwendet werden, um den Leiter zu entfernen, der zu dem Leiter 221 wird.
  • Als Nächstes wird das Element 150 über dem Isolator 102 und dem Leiter 221 ausgebildet (siehe 7A).
  • Als Nächstes wird der Isolator 118 ausgebildet (siehe 7B). Der Leiter 118 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Der Isolator 118 wird nicht notwendigerweise zu diesem Zeitpunkt ausgebildet; ein Teil einer Schicht, die den Isolator 118 bildet, kann vor oder zur gleichen Zeit wie das Element 150 ausgebildet werden. Folglich kann der Isolator 118 eine mehrschichtige Struktur aus einem ersten Isolator unter dem Element 150 und einem zweiten Isolator über dem Element 150 aufweisen.
  • Als Nächstes wird ein Fotolack oder dergleichen über dem Isolator 118 ausgebildet, und eine Öffnung, bei der der Isolator 102 freiliegt, wird unter Verwendung des Fotolacks in dem Isolator 118 ausgebildet. Der Fotolack wird entfernt, nachdem das Objekt durch Ätzen oder dergleichen verarbeitet worden ist.
  • Die obere Oberfläche des Isolators 118 wird vorzugsweise planarisiert, nachdem der Isolator 118 ausgebildet worden ist.
  • Als Nächstes wird ein Isolator, der zudem Isolator 128 wird, ausgebildet. Der Isolator kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Öffnung in dem Isolator 118 vorzugsweise mit dem Isolator gefüllt ist. Daher wird dann, wenn das Seitenverhältnis der Öffnung hoch ist, ein CVD-Verfahren (z. B. ein MCVD-Verfahren) oder ein ALD-Verfahren vorzugsweise verwendet. Alternativ kann ein mehrschichtiger Isolator durch Kombination von einem CVD-Verfahren und einem ALD-Verfahren ausgebildet werden; beispielsweise wird ein Isolator durch ein ALD-Verfahren ausgebildet, um die Seitenfläche und die Bodenfläche der Öffnung zu bedecken, und dann wird ein weiterer Isolator durch ein CVD-Verfahren über dem Leiter ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Teil des Isolators, der zu dem Isolator 128 wird, über dem Isolator 118 entfernt, so dass der Isolator 128 nur in der Öffnung in dem Isolator 118 verbleibt (siehe 8B). Ein CMP-Verfahren oder dergleichen kann verwendet werden, um den Isolator zu entfernen, der zu dem Isolator 128 wird.
  • Als Nächstes wird der Isolator 108 ausgebildet. Der Isolator 108 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Ein ALD-Verfahren wird besonders bevorzugt, da dadurch Stufe ausreichend bedeckt werden können; der Isolator 108 kann entlang der Form des Isolators 118 ausgebildet werden, auch wenn Teilchen oder dergleichen daran haften. Daher kann der Isolator 108, der durch ein ALD-Verfahren ausgebildet wird, den Isolator 118 zuverlässig bedecken. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise eine ALD-Einrichtung, die später beschrieben wird, zum Ausbilden der Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Als Nächstes wird ein Fotolack oder dergleichen über dem Isolator 108 ausgebildet, und drei Öffnungen, bei denen das Element 150 freiliegt, werden unter Verwendung des Fotolacks in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 ausgebildet. Der Fotolack wird entfernt, nachdem die Objekte durch Ätzen oder dergleichen verarbeitet worden sind.
  • Als Nächstes werden Leiter, die zu dem Leiter 121, dem Leiter 122 und dem Leiter 123 werden, ausgebildet. Die Leiter können durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 vorzugsweise mit den Leitern gefüllt sind. Daher wird dann, wenn das Seitenverhältnis der Öffnungen hoch ist, ein CVD-Verfahren (z. B. ein MCVD-Verfahren) oder ein ALD-Verfahren vorzugsweise verwendet. Alternativ können mehrschichtige Leiter in 2B durch Kombination von einem CVD-Verfahren und einem ALD-Verfahren ausgebildet werden; beispielsweise wird ein Leiter durch ein ALD-Verfahren ausgebildet, um die Seitenflächen und die Bodenflächen der Öffnungen zu bedecken, und dann wird ein weiterer Leiter durch ein CVD-Verfahren über dem Leiter ausgebildet.
  • Als Nächstes werden Teile der Leiter, die zu dem Leiter 121, dem Leiter 122 und dem Leiter 123 werden, über dem Isolator 108 entfernt, so dass der Leiter 121, der Leiter 122 und der Leiter 123 nur in den Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 verbleiben (siehe 8B). Ein CMP-Verfahren oder dergleichen kann verwendet werden, um die Leiter zu entfernen, die zu dem Leiter 121, dem Leiter 122 und dem Leiter 123 werden.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die in 5A dargestellte Vorrichtung hergestellt werden.
  • <Verfahren zum Herstellen der Vorrichtung: 2>
  • Ein Verfahren zum Herstellen der in 5B gezeigten Vorrichtung wird anhand von Querschnittsansichten in 9A und 9B sowie 10A und 10B beschrieben. Da das Herstellungsverfahren der in 5B gezeigten Vorrichtung demjenigen der in 5A gezeigten Vorrichtung ähnlich ist, kann auf das Herstellungsverfahren der in 5A gezeigten Vorrichtung Bezug genommen werden.
  • Zuerst wird das Substrat 100 vorbereitet.
  • Dann wird das Element 151 ausgebildet.
  • Als Nächstes wird der Isolator 218 ausgebildet.
  • Die obere Oberfläche des Isolators 218 wird vorzugsweise planarisiert, nachdem der Isolator 218 ausgebildet worden ist.
  • Als Nächstes wird der Isolator 102 ausgebildet (siehe 9A).
  • Das Element 150 wird dann über dem Isolator 102 ausgebildet.
  • Als Nächstes wird der Isolator 118 ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Fotolack oder dergleichen über dem Isolator 118 ausgebildet, und eine Öffnung, bei der der Isolator 102 freiliegt, wird unter Verwendung des Fotolacks in dem Isolator 118 ausgebildet. Der Fotolack wird entfernt, nachdem das Objekt durch Ätzen oder dergleichen verarbeitet worden ist.
  • Als Nächstes wird ein Isolator, der zu dem Isolator 128 wird, ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Teil des Isolators, der zu dem Isolator 128 wird, über dem Isolator 118 entfernt, so dass der Isolator 128 nur in der Öffnung in dem Isolator 118 verbleibt (siehe 9B).
  • Als Nächstes wird der Isolator 108 ausgebildet.
  • Als Nächstes wird ein Fotolack oder dergleichen über dem Isolator 108 ausgebildet, und eine Öffnung, bei der das Element 151 freiliegt, wird unter Verwendung des Fotolacks in dem Isolator 108 und dem Isolator 118, dem Element 150 sowie dem Isolator 102 und dem Isolator 218 ausgebildet. Der Fotolack wird entfernt, nachdem die Objekte durch Ätzen oder dergleichen verarbeitet worden sind.
  • Als Nächstes wird die Öffnung mit einer Opferschicht 126 gefüllt (siehe 10A). Der oben beschriebene Isolator, Halbleiter oder Leiter kann für die Opferschicht 126 verwendet werden. Um die Öffnung mit der Opferschicht 126 zu füllen, wird der Isolator, Halbleiter oder Leiter, der zu der Opferschicht 126 wird, ausgebildet, und dann wird der Isolator, Halbleiter oder Leiter über dem Isolator 108 durch ein CMP-Verfahren oder dergleichen entfernt.
  • Als Nächstes wird ein Fotolack oder dergleichen über dem Isolator 108 und der Opferschicht 126 ausgebildet, und zwei Öffnungen, bei denen das Element 150 freiliegt, werden unter Verwendung des Fotolacks in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 ausgebildet. Der Fotolack wird entfernt, nachdem die Objekte durch Ätzen oder dergleichen verarbeitet worden sind.
  • Dann wird die Opferschicht 126 unter gewählten Bedingungen entfernt, so dass die Isolatoren, die Halbleiter und die Leiter der Vorrichtung verbleiben können.
  • Als Nächstes werden Leiter, die zu dem Leiter 121, dem Leiter 122 und dem Leiter 123 werden, ausgebildet.
  • Als Nächstes werden Teile der Leiter, die zu dem Leiter 121, dem Leiter 122 und dem Leiter 123 werden, über dem Isolator 108 entfernt, um den Leiter 121, der in der Öffnung in dem Isolator 108 und dem Isolator 118, dem Element 150 sowie dem Isolator 102 und dem Isolator 218 verbleibt, und den Leiter 122 und den Leiter 123 zu bilden, die in den zwei Öffnungen in dem Isolator 108 und dem Isolator 118 verbleiben (siehe 10B). Die Leiter, die zu dem Leiter 121, dem Leiter 122 und dem Leiter 123 werden, können durch ein CMP-Verfahren oder dergleichen entfernt werden.
  • Durch die vorstehenden Schritte kann die in 5B dargestellte Vorrichtung hergestellt werden.
  • <ALD-Verfahren>
  • Ein Beispiel wird beschrieben, in dem ein Isolator, ein Halbleiter oder ein Leiter in einer Öffnung durch ein ALD-Verfahren ausgebildet wird.
  • Hier werden die in 7B und 8A gezeigten Schritte als Beispiele beschrieben. In 11A bis 11G ist eine Probe, die den Isolator 102 und den Isolator 118 umfasst, der Einfachheit halber vergrößert.
  • Zuerst wird die Probe in eine ALD-Einrichtung eingeführt. Die Probe wird auf einen Träger der ALD-Einrichtung gelegt. Die Temperatur des Trägers kann in Abhängigkeit von der Art eines Gases, das zur Abscheidung verwendet wird, angemessen festgelegt werden, so dass sie beispielsweise höher als oder gleich 15°C und niedriger als oder gleich 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 70°C und niedriger als oder gleich 300°C ist. Die ALD-Einrichtung wird dann unter Verwendung einer Vakuumpumpe evakuiert.
  • Als Nächstes wird der ALD-Einrichtung ein Oxidationsgas zugeführt. Sauerstoff, Ozon, Wasser, Distickstoffoxid, ein Alkohol (z. B. Methanol oder Ethanol) und/oder Wasserstoffperoxid können/kann als Oxidationsgas verwendet werden. Das Oxidationsgas wird zugeführt, wodurch in einigen Fällen Hydroxyl an der Probenoberfläche gebildet wird.
  • Als Nächstes wird die Zufuhr des Oxidationsgases unterbrochen, und ein Inertgas wird der ALD-Einrichtung zur Reinigung zugeführt. Stickstoff, Argon oder dergleichen kann als Inertgas verwendet werden. Es sei angemerkt, dass das Oxidationsgas unter Verwendung einer Vakuumpumpe entfernt werden kann, ohne dass ein Inertgas zugeführt wird. Der Schritt zum Zuführen eines Oxidationsgases wird nicht notwendigerweise durchgeführt.
  • Als Nächstes wird der ALD-Einrichtung ein Vorläufer zugeführt. Der Vorläufer reagiert mit dem Hydroxyl an der Probenoberfläche und adsorbiert es chemisch, wodurch eine Vorläuferschicht 190 ausgebildet wird. Die chemische Adsorption wird abgeschlossen, wenn die Probenoberfläche mit der Vorläuferschicht 190 bedeckt ist (siehe 11A). Ein Metallkomplex kann als Vorläufer verwendet werden. Ein Metallkomplex, der einen oder mehrere Liganden umfasst, der/die aus einem Halogen (z. B. Fluor, Chlor, Brom oder Jod), einem Alkyl (z. B. CH3 oder C2H5), einem Alkoxid (z. B. OCH3 oder OC2H5), einem Amid (z. B. N(CH3)2, NCH3C2H5, oder N(C2H5)2), Cyclopentadienyl, substituiertem Cyclopentadienyl (z. B. Pentamethylcyclopentadienyl) und Inden ausgewählt wird/werden, kann verwendet werden. Alternativ kann ein Diketonat-Komplex oder ein Amidinat-Komplex verwendet werden. Als Zentralmetall des Metallkomplexes kann Magnesium, Aluminium, Gallium, Yttrium, Zirkonium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal verwendet werden.
  • Dann wird die Zufuhr des Vorläufers unterbrochen. Ein Inertgas wird der ALD-Einrichtung zur Reinigung zugeführt (siehe 11B). Es sei angemerkt, dass der Vorläufer unter Verwendung einer Vakuumpumpe entfernt werden kann, ohne dass ein Inertgas zugeführt wird.
  • Ein Oxidationsgas wird der ALD-Einrichtung zugeführt, wodurch eine Metalloxidschicht 128a an der Probenoberfläche ausgebildet wird (siehe 11C).
  • Als Nächstes wird die Zufuhr des Oxidationsgases unterbrochen, und ein Inertgas wird der ALD-Einrichtung zur Reinigung zugeführt. Es sei angemerkt, dass das Oxidationsgas unter Verwendung einer Vakuumpumpe entfernt werden kann, ohne dass ein Inertgas zugeführt wird.
  • Als Nächstes wird der ALD-Einrichtung ein Vorläufer zugeführt. Der Vorläufer reagiert mit dem Hydroxyl an der Oberfläche der Metalloxidschicht 128a und adsorbiert es chemisch, wodurch eine Vorläuferschicht 190 ausgebildet wird. Die chemische Adsorption wird abgeschlossen, wenn die Probenoberfläche mit der Vorläuferschicht 190 bedeckt ist (siehe 11D).
  • Dann wird die Zufuhr des Vorläufers unterbrochen. Ein Inertgas wird der ALD-Einrichtung zur Reinigung zugeführt. Es sei angemerkt, dass der Vorläufer unter Verwendung einer Vakuumpumpe entfernt werden kann, ohne dass ein Inertgas zugeführt wird.
  • Als Nächstes wird der ALD-Einrichtung ein Oxidationsgas zugeführt, wodurch eine Metalloxidschicht 128b ausgebildet wird, deren Dicke zweimal so groß ist wie diejenige der Metalloxidschicht 128a (siehe 11E). Auf diese Weise reagiert die Vorläuferschicht 190 wiederholt mit einem Oxidationsgas, wodurch eine Metalloxidschicht 128c, mit der eine Öffnung in dem Isolator 118 gefüllt wird, ausgebildet werden kann (siehe 11F).
  • Als Nächstes wird die Metalloxidschicht 128c von der oberen Oberfläche entfernt, so dass der Isolator 118 freiliegen kann und sich die obere Oberfläche der Metalloxidschicht 128c sowie die obere Oberfläche des Isolators 118 auf der gleichen Ebene befinden. Daher kann der Isolator 128 in der Öffnung in dem Isolator 118 verbleiben (siehe 11G). Ein CMP-Verfahren oder dergleichen kann für den Prozess verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Metalloxidschicht 128c verbleiben kann, um als der Isolator 128 und der Isolator 108 zu dienen.
  • Obwohl die Metalloxidschicht hier ausgebildet wird, indem ein Oxidationsgas und eine Vorläuferschicht reagieren, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise reagiert ein Radikal, das durch Umwandlung eines Oxidationsgases in Plasma erzeugt wird, mit einer Vorläuferschicht, um eine Metalloxidschicht zu bilden. Im Falle der Erzeugung eines Radikals unter Verwendung von Plasma kann nicht nur ein Oxidationsgas, sondern auch ein Nitrierungsgas oder ein Reduktionsgas verwendet werden, in welchem Falle eine Metallnitridschicht oder eine Metallschicht ausgebildet werden kann. Daher kann ein Leiter, der zu dem Leiter 121 oder dergleichen wird, der in dem in 10B gezeigten Schritt ausgebildet wird, oder ein Teil des Leiters durch ein ALD-Verfahren ausgebildet werden.
  • <Transistor 1>
  • 12A und 12B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Transistors, der als Element einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 12A ist eine Draufsicht und 12B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie A1-A2 und der Strichpunktlinie A3-A4 in 12A. Es sei angemerkt, dass einige Bestandteile in der Draufsicht in 12A nicht dargestellt sind, um die Zeichnung zu vereinfachen.
  • Der Transistor in 12A und 12B beinhaltet einen Leiter 413 über einem Isolator 400, einen Isolator 402 über dem Isolator 400 und dem Leiter 413, einen Halbleiter 406a über dem Isolator 402, einen Halbleiter 406b über dem Halbleiter 406a, einen Leiter 416a und einen Leiter 416b, die in Kontakt mit einer oberen Oberfläche und einer Seitenfläche des Halbleiters 406b sind und voneinander entfernt sind, einen Halbleiter 406c über dem Halbleiter 406b, dem Leiter 416a und dem Leiter 416b, einen Isolator 412 über dem Halbleiter 406c sowie einen Leiter 404 über dem Isolator 412. Der Leiter 413 ist ein Teil des Transistors in 12A und 12B, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Leiter 413 ein von dem Transistor unabhängiger Bestandteil sein.
  • Der Leiter 404 weist einen Bereich auf, der in dem Querschnitt entlang der Linie A3-A4 der oberen Oberfläche und der Seitenfläche des Halbleiters 406b zugewandt ist, wobei der Isolator 412 dazwischen angeordnet ist. Der Leiter 413 weist einen Bereich auf, der einer Bodenfläche des Halbleiters 406b zugewandt ist, wobei der Isolator 402 dazwischen angeordnet ist.
  • Der Halbleiter 406b dient als Kanalbildungsbereich des Transistors. Der Leiter 404 dient als erste Gate-Elektrode (auch als Vorder-Gate-Elektrode bezeichnet) des Transistors. Der Leiter 413 dient als zweite Gate-Elektrode (auch als Rück-Gate-Elektrode bezeichnet) des Transistors. Der Leiter 416a und der Leiter 416b dienen als Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors. Der Isolator 400 weist Sperreigenschaften auf.
  • Wie in 12B dargestellt, kann der Halbleiter 406b von einem elektrischen Feld des Leiters 404 und/oder des Leiters 413 elektrisch umschlossen werden (eine Struktur, bei der ein Halbleiter von einem elektrischen Feld eines Leiters elektrisch umschlossen ist, wird als Struktur mit umschlossenem Kanal (surrounded channel structure bzw. s-Kanal-Struktur) bezeichnet). Deshalb wird ein Kanal in dem gesamten Halbleiter 406b (der oberen Oberfläche, unteren Oberfläche und Seitenflächen) gebildet. Bei der s-Kanal-Struktur kann eine große Menge an Strom zwischen einer Source und einem Drain eines Transistors fließen, so dass ein hoher Durchlassstrom erhalten werden kann.
  • In dem Fall, in dem der Transistor die s-Kanal-Struktur aufweist, wird ein Kanal auch in der Seitenfläche des Halbleiters 406b gebildet. Deshalb wird dann, wenn der Halbleiter 406b eine größere Dicke aufweist, der Kanalbereich größer. Mit anderen Worten: Je dicker der Halbleiter 406b ist, desto höher ist der Durchlassstrom des Transistors. Außerdem wird dann, wenn der Halbleiter 406b dicker wird, der Anteil des Bereichs mit hoher Ladungsträger-Steuerbarkeit erhöht, was zum kleineren Subthreshold-Swing-Wert führt. Beispielsweise weist der Halbleiter 406b einen Bereich mit einer Dicke von größer als oder gleich 20 nm, bevorzugt größer als oder gleich 40 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 60 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 100 nm auf. Um zu verhindern, dass die Produktionseffizienz der Halbleitervorrichtung verringert wird, weist der Halbleiter 406b zusätzlich einen Bereich mit einer Dicke von beispielsweise kleiner als oder gleich 300 nm, bevorzugt kleiner als oder gleich 200 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 150 nm auf.
  • Die s-Kanal-Struktur ist für einen miniaturisierten Transistor geeignet, da ein hoher Durchlassstrom erhalten werden kann. Eine Halbleitervorrichtung, die den miniaturisierten Transistor beinhaltet, kann einen hohen Integrationsgrad und eine hohe Dichte aufweisen. Zum Beispiel weist der Transistor einen Bereich auf, in dem die Kanallänge bevorzugt kleiner als oder gleich 40 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 30 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 20 nm ist und die Kanalbreite des Transistors bevorzugt kleiner als oder gleich 40 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 30 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 20 nm ist.
  • Bezüglich des Isolators 400 wird auf den Isolator 102 Bezug genommen.
  • Der Leiter 413 kann beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Leiter ausgebildet werden, der eine oder mehrere Art/en von Bor, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Silizium, Phosphor, Aluminium, Titan, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gallium, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Ruthenium, Silber, Indium, Zinn, Tantal und Wolfram enthält. Beispielsweise kann auch eine Legierung oder eine Verbindung verwendet werden, und es kann eine Legierung, die Aluminium enthält, eine Legierung, die Kupfer und Titan enthält, eine Legierung, die Kupfer und Mangan enthält, eine Verbindung, die Indium, Zinn und Sauerstoff enthält, eine Verbindung, die Titan und Stickstoff enthält, oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Isolator 402 kann beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Isolator ausgebildet werden, der Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor, Argon, Gallium, Germanium, Yttrium, Zirkonium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal enthält. Der Isolator 402 kann unter Verwendung von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid ausgebildet werden.
  • Der Isolator 402 enthält vorzugsweise in dem Fall, in dem der Halbleiter 406b ein Oxidhalbleiter ist, überschüssigen Sauerstoff.
  • Der Leiter 416a und der Leiter 416b können jeweils beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Leiter ausgebildet werden, der eine oder mehrere Art/en von Bor, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Silizium, Phosphor, Aluminium, Titan, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gallium, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Ruthenium, Silber, Indium, Zinn, Tantal und Wolfram enthält. Beispielsweise kann auch eine Legierung oder eine Verbindung verwendet werden, und es kann eine Legierung, die Aluminium enthält, eine Legierung, die Kupfer und Titan enthält, eine Legierung, die Kupfer und Mangan enthält, eine Verbindung, die Indium, Zinn und Sauerstoff enthält, eine Verbindung, die Titan und Stickstoff enthält, oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Isolator 412 kann beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Isolator ausgebildet werden, der Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor, Argon, Gallium, Germanium, Yttrium, Zirkonium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal enthält. Der Isolator 402 kann unter Verwendung von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid ausgebildet werden.
  • Der Isolator 412 enthält vorzugsweise in dem Fall, in dem der Halbleiter 406b ein Oxidhalbleiter ist, überschüssigen Sauerstoff.
  • Der Leiter 404 kann beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Leiter ausgebildet werden, der eine oder mehrere Art/en von Bor, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Silizium, Phosphor, Aluminium, Titan, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gallium, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Ruthenium, Silber, Indium, Zinn, Tantal und Wolfram enthält. Beispielsweise kann auch eine Legierung oder eine Verbindung verwendet werden, und es kann eine Legierung, die Aluminium enthält, eine Legierung, die Kupfer und Titan enthält, eine Legierung, die Kupfer und Mangan enthält, eine Verbindung, die Indium, Zinn und Sauerstoff enthält, eine Legierung, die Titan und Stickstoff enthält, oder dergleichen verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass der Leiter 413 nicht notwendigerweise ausgebildet wird (siehe 13A). Der Isolator 412 und der Halbleiter 406c können sich über den Leiter 404 erstrecken (siehe 13B). Der Isolator 412 und der Halbleiter 406c erstrecken sich nicht notwendigerweise über den Leiter 404 (siehe 13C). In dem Querschnitt entlang der Linie A1-A2 kann die Breite des Leiters 413 größer als diejenige des Halbleiters 406b sein (siehe 14A). Der Leiter 413 kann durch eine Öffnung in Kontakt mit dem Leiter 404 sein (siehe 14B). Der Leiter 404 ist nicht notwendigerweise bereitgestellt (siehe 14C).
  • <Halbleiter>
  • Der Halbleiter 406a, der Halbleiter 406b und der Halbleiter 406c werden beschrieben.
  • Indem der Halbleiter 406a über dem Halbleiter 406b und der Halbleiter 406c unter dem Halbleiter 406b platziert werden, können elektrische Eigenschaften des Transistors in einigen Fällen verbessert werden.
  • Es handelt sich bei dem Halbleiter 406b beispielsweise um einen Oxidhalbleiter, der Indium enthält. Der Oxidhalbleiter 406b kann beispielsweise eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit (Elektronenbeweglichkeit) aufweisen, indem er Indium enthält. Der Halbleiter 406b enthält vorzugsweise ein Element M. Das Element M ist vorzugsweise Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn oder dergleichen. Weitere Elemente, die als Element M verwendet werden können, sind Bor, Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und dergleichen. Es sei angemerkt, dass zwei oder mehr der vorstehenden Elemente in Kombination als Element M verwendet werden können. Das Element M ist beispielsweise ein Element mit hoher Bindungsenergie an Sauerstoff. Es handelt sich bei dem Element M um ein Element, dessen Bindungsenergie an Sauerstoff höher ist als diejenige von Indium. Es handelt sich bei dem Element M beispielsweise um ein Element, das die Energielücke des Oxidhalbleiters erhöhen kann. Ferner enthält der Halbleiter 406b vorzugsweise Zink. Wenn der Oxidhalbleiter Zink enthält, wird der Oxidhalbleiter in einigen Fällen leicht kristallisiert.
  • Es sei angemerkt, dass der Halbleiter 406b nicht auf den Indium enthaltenden Oxidhalbleiter beschränkt ist. Es kann sich bei dem Halbleiter 406b beispielsweise um einen Oxidhalbleiter, der Zink, aber kein Indium enthält, einen Oxidhalbleiter, der Gallium, aber kein Indium enthält, oder einen Oxidhalbleiter handeln, der Zinn, aber kein Indium enthält, z. B. ein Zinkzinnoxid oder ein Galliumzinnoxid.
  • Für den Halbleiter 406b kann beispielsweise ein Oxid mit großer Energielücke verwendet werden. Die Energielücke des Halbleiters 406b ist beispielsweise größer als oder gleich 2,5 eV und kleiner als oder gleich 4,2 eV, bevorzugt größer als oder gleich 2,8 eV und kleiner als oder gleich 3,8 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 eV und kleiner als oder gleich 3,5 eV.
  • Es handelt sich bei dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406c beispielsweise um Oxidhalbleiter, die ein oder mehrere Element/e oder zwei oder mehr Elemente enthalten, das/die abgesehen von Sauerstoff in dem Halbleiter 406b enthalten ist/sind. Da der Halbleiter 406a und der Halbleiter 406c jeweils ein oder mehrere Element/e oder zwei oder mehr Elemente enthalten, das/die abgesehen von Sauerstoff in dem Halbleiter 406b enthalten ist/sind, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Defektzustand an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406b sowie an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter 406b und dem Helbleiter 406c gebildet wird.
  • Der Halbleiter 406a, der Halbleiter 406b und der Halbleiter 406c enthalten vorzugsweise mindestens Indium. Im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als der Halbleiter 406a werden in der Annahme, dass die Summe von In und M 100 Atom-% beträgt, der In-Anteil und der M-Anteil bevorzugt auf niedriger als 50 Atom-% bzw. höher als 50 Atom-%, stärker bevorzugt niedriger als 25 Atom-% bzw. höher als 75 Atom-% eingestellt. Im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als der Halbleiter 406b werden in der Annahme, dass die Summe von In und M 100 Atom-% beträgt, der In-Anteil und der M-Anteil bevorzugt auf höher als 25 Atom-% bzw. niedriger als 75 Atom-%, stärker bevorzugt höher als 34 Atom-% bzw. niedriger als 66 Atom-% eingestellt. Im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als der Halbleiter der 406c werden in der Annahme, dass die Summe von In und M 100 Atom-% beträgt, der In-Anteil und der M-Anteil bevorzugt auf niedriger als 50 Atom-% bzw. höher als 50 Atom-%, stärker bevorzugt niedriger als 25 Atom-% bzw. höher als 75 Atom-% eingestellt. Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Halbleiter 406c um ein Oxid der gleichen Art wie das Oxid des Halbleiters 406a handeln kann. Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen der Halbleiter 406a und/oder der Halbleiter 406c nicht notwendigerweise Indium enthalten/enthält. Es kann sich bei dem Halbleiter 406a und/oder dem Halbleiter 406c beispielsweise um Galliumoxid handeln. Es sei angemerkt, dass es sich bei den Atomverhältnissen der Elemente in dem Halbleiter 406a, dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406c nicht notwendigerweise um einfache Verhältnisse aus ganzen Zahlen handelt.
  • Als der Halbleiter 406b wird ein Oxid mit einer Elektronenaffinität verwendet, die höher ist als diejenigen des Halbleiters 406a und des Halbleiters 406c. Als der Halbleiter 406b wird beispielsweise ein Oxid mit einer Elektronenaffinität verwendet, die um 0,07 eV oder mehr und 1,3 eV oder weniger, bevorzugt 0,1 eV oder mehr und 0,7 eV oder weniger, stärker bevorzugt 0,15 eV oder mehr und 0,4 eV oder weniger höher ist als diejenigen des Halbleiters 406a und des Halbleiters 406c. Es sei angemerkt, dass die Elektronenaffinität eine Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Minimum des Leitungsbandes bezeichnet.
  • Ein Indium-Gallium-Oxid weist eine niedrige Elektronenaffinität und eine hohe Sauerstoff blockierende Eigenschaft auf. Deshalb enthält der Halbleiter 406c vorzugsweise ein Indiumgalliumoxid. Der Anteil an Galliumatomen [Ga/(In + Ga)] ist beispielsweise höher als oder gleich 70%, bevorzugt höher als oder gleich 80%, stärker bevorzugt höher als oder gleich 90%.
  • Wenn dabei eine Gate-Spannung angelegt wird, wird ein Kanal in dem Halbleiter 406b gebildet, der unter dem Halbleiter 406a, dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406c die höchste Elektronenaffinität aufweist.
  • In einigen Fällen gibt es dabei einen gemischten Bereich aus dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406b zwischen dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406b. Des Weiteren gibt es in einigen Fällen einen gemischten Bereich aus dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406c zwischen dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406c. Der gemischte Bereich weist eine niedrige Dichte der Defektzustände auf. Aus diesem Grund weist die Schichtanordnung, die den Halbleiter 406a, den Halbleiter 406b und den Halbleiter 406c umfasst, eine Bandstruktur auf, bei der sich die Energie an jeder Grenzfläche und in der Nähe der Grenzfläche stetig verändert (einen stetigen Übergang) (siehe 15). Es sei angemerkt, dass Grenzen des Halbleiters 406a, des Halbleiters 406b und des Halbleiters 406c in einigen Fällen nicht deutlich sind.
  • Dabei bewegen sich Elektronen hauptsächlich in dem Halbleiter 406b, nicht in dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406c. Wie oben beschrieben, wird dann, wenn die Dichte der Defektzustände an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406b sowie die Dichte der Defektzustände an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406c abnehmen, die Elektronenbewegung in dem Halbleiter 406b mit geringerer Wahrscheinlichkeit gesperrt, und der Durchlassstrom des Transistors kann erhöht werden.
  • Mit der Verringerung der Faktoren, die die Elektronenbewegung hemmen, kann der Durchlassstrom des Transistors erhöht werden. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass sich Elektronen effizient bewegen, falls es keinen Faktor gibt, der die Elektronenbewegung hemmt. Die Elektronenbewegung wird beispielsweise in dem Fall gehemmt, in dem eine physikalische Ungleichmäßigkeit in dem Kanalbildungsbereich groß ist.
  • Um den Durchlassstrom des Transistors zu erhöhen, ist beispielsweise die mittlere quadratische (root mean square, RMS-)Rauheit einer oberen Oberfläche oder einer Bodenfläche des Halbleiters 406b (einer Bildungsoberfläche; hier des Halbleiters 406a) in einem Messbereich von 1 μm × 1 μm kleiner als 1 nm, bevorzugt kleiner als 0,6 nm, stärker bevorzugt kleiner als 0,5 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als 0,4 nm. Die mittlere Oberflächenrauheit (auch als Ra bezeichnet) in dem Messbereich von 1 μm × 1 μm ist kleiner als 1 nm, bevorzugt kleiner als 0,6 nm, stärker bevorzugt kleiner als 0,5 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als 0,4 nm. Die maximale Differenz (P – V) in dem Messbereich von 1 μm × 1 μm ist kleiner als 10 nm, bevorzugt kleiner als 9 nm, stärker bevorzugt kleiner als 8 nm, noch stärker bevorzugt kleiner als 7 nm. Die RMS-Rauheit, Ra, und P – V können mit einem Rastersondenmikroskop SPA-500, hergestellt von SII Nano Technology Inc, gemessen werden.
  • Darüber hinaus ist die Dicke des Halbleiters 406c vorzugsweise möglichst klein, um den Durchlassstrom des Transistors zu erhöhen. Der Halbleiter 406c weist beispielsweise einen Bereich mit einer Dicke von kleiner als 10 nm, bevorzugt kleiner als oder gleich 5 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 3 nm auf. Währenddessen weist der Halbleiter 406c eine Funktion auf, zu verhindern, dass Elemente, die abgesehen von Sauerstoff in dem angrenzenden Isolator enthalten sind (wie z. B. Wasserstoff und Silizium), in den Halbleiter 406b eindringen, in dem ein Kanal gebildet wird. Aus diesem Grund weist der Halbleiter 406c vorzugsweise eine gewisse Dicke auf. Der Halbleiter 406c weist beispielsweise einen Bereich mit einer Dicke von größer als oder gleich 0,3 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 2 nm auf. Der Halbleiter 406c weist vorzugsweise eine Sauerstoffundurchlässigkeit auf, um zu unterdrücken, dass Sauerstoff, der von dem Isolator 402 und dergleichen abgegeben wird, nach außen diffundiert.
  • Um die Zuverlässigkeit zu verbessern, ist vorzugsweise die Dicke des Halbleiters 406a groß, und die Dicke des Halbleiters 406c ist klein. Zum Beispiel weist der Halbleiter 406a einen Bereich mit einer Dicke von beispielsweise größer als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 20 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 40 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 60 nm auf. Wenn die Dicke des Halbleiters 406a groß wird, kann ein Abstand von einer Grenzfläche zwischen dem angrenzenden Isolator und dem Halbleiter 406a bis zu dem Halbleiter 406b, in dem ein Kanal gebildet wird, groß werden. Da die Produktivität für die Halbleitervorrichtung reduziert werden könnte, weist der Halbleiter 406a einen Bereich mit einer Dicke von beispielsweise kleiner als oder gleich 200 nm, bevorzugt kleiner als oder gleich 120 nm, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 80 nm auf.
  • Zwischen dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406a ist beispielsweise ein Bereich mit einer Siliziumkonzentration, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, von höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 2 × 1018 Atome/cm3 bereitgestellt. Zwischen dem Halbleiter 406b und dem Halbleiter 406c ist ein Bereich mit einer Siliziumkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, von höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 2 × 1018 Atome/cm3 bereitgestellt.
  • Der Halbleiter 406b weist einen Bereich mit einer Wasserstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, von höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 2 × 1020 Atome/cm3, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3 auf. Vorzugsweise wird die Wasserstoffkonzentration in dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406c verringert, um die Wasserstoffkonzentration in dem Halbleiter 406b zu verringern. Der Halbleiter 406a und der Halbleiter 406c weisen jeweils einen Bereich mit einer Wasserstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, von höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 2 × 1020 Atome/cm3, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3 auf. Des Weiteren weist der Halbleiter 406b einen Bereich mit einer Stickstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, von höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1017 Atome/cm3 auf. Vorzugsweise wird die Stickstoffkonzentration in dem Halbleiter 406a und dem Halbleiter 406c verringert, um die Stickstoffkonzentration in dem Halbleiter 406b zu verringern. Der Halbleiter 406a und der Halbleiter 406c weisen einen Bereich mit einer Stickstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, von höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, noch stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 1015 Atome/cm3 und niedriger als oder gleich 5 × 1017 Atome/cm3 auf.
  • Die oben beschriebene dreischichtige Struktur ist ein Beispiel. Beispielsweise kann eine zweischichtige Struktur ohne den Halbleiter 406a oder den Halbleiter 406c zum Einsatz kommen. Eine vierschichtige Struktur kann alternativ zum Einsatz kommen, bei der ein beliebiger der Halbleiter, die als Beispiele für den Halbleiter 406a, den Halbleiter 406b und den Halbleiter 406c beschrieben worden sind, unter oder über dem Halbleiter 406a oder unter oder über dem Halbleiter 406c bereitgestellt ist. Eine n-schichtige Struktur (n ist eine ganze Zahl, die gleich 5 oder größer ist) kann zum Einsatz kommen, bei der einer oder mehrere der Halbleiter, die als Beispiele für den Halbleiter 406a, den Halbleiter 406b und den Halbleiter 406c beschrieben worden sind, in zwei oder mehr Positionen der folgenden Positionen bereitgestellt ist: über dem Halbleiter 406a, unter dem Halbleiter 406a, über dem Halbleiter 406c und unter dem Halbleiter 406c.
  • <Struktur des Oxidhalbleiters>
  • Eine Struktur eines Oxidhalbleiters wird nachstehend beschrieben.
  • Ein Oxidhalbleiter wird in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und in einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter klassifiziert. Beispiele für einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen nanokristallinen Oxidhalbleiter (nanocrystalline oxide semiconductor, nc-OS), einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-like OS, a-ähnlichen OS) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
  • Aus einer anderen Sicht wird ein Oxidhalbleiter in einen amorphen Oxidhalbleiter und in einen kristallinen Oxidhalbleiter klassifiziert. Beispiele für einen kristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen einkristallinen Oxidhalbleiter, einen CAAC-OS, einen polykristallinen Oxidhalbleiter und einen nc-OS.
  • Es ist bekannt, dass eine amorphe Struktur im Allgemeinen wie folgt definiert ist: Sie ist metastabil, nicht fixiert sowie isotrop und weist keine ungleichmäßige Struktur auf. Mit anderen Worten: Eine amorphe Struktur weist einen flexiblen Bindungswinkel und eine Nahordnung aber keine Fernordnung auf.
  • Dies bedeutet, dass man einen eigentlich stabilen Oxidhalbleiter nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen kann. Außerdem kann man einen Oxidhalbleiter, der nicht isotrop ist (z. B. einen Oxidhalbleiter, der in einem mikroskopischen Bereich eine regelmäßige Struktur aufweist) nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen. Es sei angemerkt, dass ein a-ähnlicher OS, obwohl er eine regelmäßige Struktur in einem mikroskopischen Bereich aufweist, gleichzeitig einen Hohlraum (void) enthält und eine instabile Struktur aufweist. Aus diesem Grund weist ein a-ähnlicher OS physikalische Eigenschaften auf, die denjenigen eines amorphen Oxidhalbleiters ähnlich sind.
  • <CAAC-OS>
  • Zuerst wird ein CAAC-OS beschrieben.
  • Ein CAAC-OS ist einer von Oxidhalbleitern, die eine Vielzahl von Kristallteilen mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen (auch als Pellets bezeichnet).
  • In einem kombinierten Analysebild (auch als hochauflösendes TEM-Bild bezeichnet) aus einem Hellfeldbild und einem Beugungsbild eines CAAC-OS, welches mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) aufgenommen wird, kann eine Vielzahl von Pellets beobachtet werden. Im hochauflösenden TEM-Bild wird jedoch eine Grenze zwischen Pellets, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Korngrenze auftritt.
  • Im Folgenden wird ein CAAC-OS, der mit TEM beobachtet wird, beschrieben. 39A zeigt ein hochauflösendes TEM-Bild eines Querschnitts des CAAC-OS, der aus einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Probenoberfläche beobachtet wird. Das hochauflösende TEM-Bild wird mittels einer Funktion zum Korrigieren einer sphärischen Aberration aufgenommen. Das hochauflösende TEM-Bild, das mittels einer Funktion zum Korrigieren einer sphärischen Aberration aufgenommen wird, wird insbesondere als Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild bezeichnet. Das Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bild kann beispielsweise mit einem Analyse-Elektronenmikroskop mit atomarer Auflösung (atomic resolution analytical electron microscope) JEM-ARM200F, hergestellt von JEOL Ltd., aufgenommen werden.
  • 39B ist ein vergrößertes Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild eines Bereichs (1) in 39A. 39B zeigt, dass Metallatome in übereinander angeordneter Weise in einem Pellet angeordnet sind. Jede Metallatomlage weist eine Konfiguration auf, die eine Unebenheit einer Oberfläche, über welcher der CAAC-OS ausgebildet ist (die Oberfläche wird nachstehend als Bildungsoberfläche bezeichnet), oder eine Unebenheit einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS widerspiegelt, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS angeordnet.
  • Der CAAC-OS weist, wie in 39B gezeigt, eine charakteristische Atomanordnung auf. Die charakteristische Atomanordnung wird durch eine Hilfslinie in 39C dargestellt. 39B und 39C belegen, dass die Größe eines Pellets ungefähr 1 nm bis 3 nm beträgt und dass die Größe eines Raums, der durch die sich neigenden Pellets erzeugt wird, ungefähr 0,8 nm beträgt. Deshalb kann das Pellet auch als Nanokristall (nanocrystal, nc) bezeichnet werden. Es sei angemerkt, dass ein CAAC-OS auch als Oxidhalbleiter, der Nanokristalle mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned nanocrystals, CANC) enthält, bezeichnet werden kann.
  • Entsprechend den Cs-korrigierten hochauflösenden TEM-Bildern wird hier die schematische Anordnung von Pellets 5100 eines CAAC-OS über einem Substrat 5120 als solche Struktur dargestellt, bei der Ziegel oder Blöcke übereinander angeordnet sind (siehe 39D). Der Teil, in dem sich, wie in 39C beobachtet, die Pellets neigen, entspricht einem Bereich 5161, der in 39D gezeigt ist.
  • 40A zeigt ein Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild einer Fläche des CAAC-OS, der aus einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche beobachtet wird. 40B, 40C und 40D sind vergrößerte Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder von einem Bereich (1), einem Bereich (2) bzw. einem Bereich (3) in 40A. 40B, 40C und 40D deuten darauf hin, dass Metallatome in einer dreieckigen, viereckigen oder sechseckigen Konfiguration in einem Pellet angeordnet sind. Zwischen verschiedenen Pellets gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung der Metallatome.
  • Als Nächstes wird ein CAAC-OS, der durch Röntgenstrahlbeugung (X-ray diffraction, XRD) analysiert wird, beschrieben. Wenn beispielsweise die Struktur eines CAAC-OS, der einen InGaZnO4-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, erscheint ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von ca. 31°, wie in 41A gezeigt. Dieser Peak stammt aus der (009)-Fläche des InGaZnO4-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS ausgerichtet sind.
  • Es sei angemerkt, dass bei der Strukturanalyse des CAAC-OS durch ein Out-of-Plane-Verfahren, neben dem Peak bei 2θ von ca. 31° ein weiterer Peak erscheinen kann, wenn 2θ bei ca. 36° liegt. Der Peak bei 2θ von ca. 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS enthalten ist. Es wird bevorzugt, dass in dem durch ein Out-of-Plane-Verfahren analysierten CAAC-OS ein Peak erscheint, wenn 2θ bei ca. 31° liegt, und dass kein Peak erscheint, wenn 2θ bei ca. 36° liegt.
  • Andererseits erscheint bei einer Strukturanalyse des CAAC-OS durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method), bei dem ein Röntgenstrahl auf eine Probe in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse einfällt, ein Peak, wenn 2θ bei ca. 56° liegt. Dieser Peak stammt aus der (110)-Fläche des InGaZnO4-Kristalls. Im Falle des CAAC-OS wird, wie in 41B gezeigt, kein deutlicher Peak beobachtet, wenn eine Analyse (ϕ-Scan) durchgeführt wird, wobei 2θ auf ca. 56° festgelegt wird und die Probe um einen Normalenvektor der Probenfläche als Achse (Achse) gedreht wird. Im Gegensatz dazu werden im Falle eines einkristallinen InGaZnO4-Oxidhalbleiters, wie in 41C gezeigt, sechs Peaks, die aus den der (110)-Fläche entsprechenden Kristallflächen stammen, beobachtet, wenn ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf ca. 56° festgelegt wird. Also zeigt die Strukturanalyse mit XRD, dass die Richtungen der a-Achsen und b-Achsen in dem CAAC-OS verschieden sind.
  • Als Nächstes wird ein CAAC-OS, der durch Elektronenbeugung analysiert wird, beschrieben. Wenn beispielsweise ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung parallel zur Probenoberfläche auf einen CAAC-OS, der einen InGaZnO4-Kristall enthält, einfällt, kann ein Beugungsbild (auch als Feinbereichs-(selected-area)Transmissionselektronenbeugungsbild bezeichnet) in 42A aufgenommen werden. In diesem Beugungsbild sind Punkte enthalten, die auf die (009)-Fläche eines InGaZnO4-Kristalls zurückzuführen sind. Daher deutet die Elektronenbeugung auch darauf hin, dass Pellets, die in dem CAAC-OS enthalten sind, eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS ausgerichtet sind. Währenddessen zeigt 42B ein Beugungsbild, das aufgenommen wird, indem ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die senkrecht zur Probenoberfläche ist, auf dieselbe Probe einfällt. Wie in 42B gezeigt, wird ein ringförmiges Beugungsbild beobachtet. Daher deutet die Elektronenbeugung auch darauf hin, dass die a-Achsen und b-Achsen der Pellets, die in dem CAAC-OS enthalten sind, keine regelmäßige Ausrichtung aufweisen. Es wird davon ausgegangen, dass der erste Ring in 42B aus der (010)-Fläche, der (100)-Fläche und dergleichen des InGaZnO4-Kristalls stammt. Es wird davon ausgegangen, dass der zweite Ring in 42B aus der (110)-Fläche und dergleichen stammt.
  • Wie oben beschrieben, handelt es sich bei dem CAAC-OS um einen Oxidhalbleiter mit hoher Kristallinität. Das Eindringen von Verunreinigungen, die Bildung von Defekten oder dergleichen könnte die Kristallinität eines Oxidhalbleiters reduzieren. Dies bedeutet, dass der CAAC-OS nur geringe Verunreinigungen und Defekte (z. B. Sauerstofffehlstellen) aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass die Verunreinigung ein Element, das verschieden von den Hauptkomponenten des Oxidhalbleiters ist, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium oder ein Übergangsmetallelement, bezeichnet. Beispielsweise extrahiert ein Element (insbesondere Silizium oder dergleichen), das eine höhere Bindungsstärke an Sauerstoff aufweist als ein in einem Oxidhalbleiter enthaltenes Metallelement, Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiter, was eine Unordnung der Atomanordnung und eine reduzierte Kristallinität des Oxidhalbleiters zur Folge hat. Ein Schwermetall, wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlenstoffdioxid oder dergleichen weist einen großen Atomradius (oder molekularen Radius) auf und stört daher die Atomanordnung des Oxidhalbleiters und reduziert die Kristallinität.
  • Die Eigenschaften eines Oxidhalbleiters, der Verunreinigungen oder Defekte aufweist, könnten durch Licht, Hitze oder dergleichen verändert werden. Verunreinigungen, die in dem Oxidhalbleiter enthalten sind, könnten beispielsweise als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen dienen. Darüber hinaus dienen Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen, wenn Wasserstoff dorthin eingefangen wird.
  • Der CAAC-OS, der eine geringe Menge an Verunreinigungen und eine geringe Menge an Sauerstofffehlstellen aufweist, ist ein Oxidhalbleiter mit niedriger Ladungsträgerdichte: insbesondere niedriger als 8 × 1011/cm3, bevorzugt niedriger als 1 × 1011/cm3, stärker bevorzugt niedriger als 1 × 1010/cm3, und höher als oder gleich 1 × 10–9/cm3. Ein derartiger Oxidhalbleiter wird als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter bezeichnet. Ein CAAC-OS weist eine niedrige Verunreinigungskonzentration und eine niedrige Dichte der Defektzustände auf. Daher kann der CAAC-OS als Oxidhalbleiter mit stabilen Eigenschaften bezeichnet werden.
  • <nc-OS>
  • Als Nächstes wird ein nc-OS beschrieben.
  • In einem hochauflösenden TEM-Bild weist ein nc-OS einen Bereich, in dem ein Kristallteil beobachtet wird, und einen Bereich auf, in dem ein Kristallteil nicht deutlich beobachtet wird. In den meisten Fällen ist die Größe eines Kristallteils, der in dem nc-OS enthalten ist, größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, oder größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm. Ein Oxidhalbleiter mit einem Kristallteil, dessen Größe größer als 10 nm und kleiner als oder gleich 100 nm ist, kann als mikrokristalliner Oxidhalbleiter bezeichnet werden. In einem hochauflösenden TEM-Bild des nc-OS wird beispielsweise eine Korngrenze in einigen Fällen nicht deutlich beobachtet. Es sei angemerkt, dass es eine Möglichkeit gibt, dass der Ursprung des Nanokristalls gleich demjenigen eines Pellets in einem CAAC-OS ist. Ein Pellet des nc-OS kann deshalb in der folgenden Beschreibung als Pellet bezeichnet werden.
  • In dem nc-OS weist ein mikroskopischer Bereich (zum Beispiel ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, im Besonderen ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm) eine regelmäßige Atomanordnung auf. Es gibt keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS. Daher wird keine Orientierung des ganzen Films beobachtet. Deshalb kann man den nc-OS von einem a-ähnlichen OS oder einem amorphen Oxidhalbleiter in Abhängigkeit von einem Analyseverfahren nicht unterscheiden. Wenn beispielsweise der nc-OS durch ein Out-of-Plane-Verfahren unter Verwendung eines Röntgenstrahls mit einem Durchmesser analysiert wird, der größer ist als die Größe eines Pellets, erscheint kein Peak, der eine Kristallfläche zeigt. Außerdem wird ein Halo-Muster (halo pattern) in einem Elektronenbeugungsbild des nc-OS gezeigt, das mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser (z. B. größer als oder gleich 50 nm), der größer ist als die Größe eines Pellets, aufgenommen wird. Währenddessen erscheinen Punkte in einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild (nanobeam electron diffraction pattern) des nc-OS, das aufgenommen wird, indem ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser, der nahe der oder kleiner als die Größe eines Pellets ist, angewendet wird. In einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS sind außerdem in einigen Fällen Bereiche mit hoher Leuchtdichte in Kreisform (Ringform) gezeigt. Auch in einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS ist in einigen Fällen eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich gezeigt.
  • Da es, wie zuvor beschrieben, keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen den Pellets (Nanokristallen) gibt, kann der nc-OS auch als Oxidhalbleiter, der ungeordnet ausgerichtete Nanokristalle (random aligned nanocrystals, RANC) enthält, oder als Oxidhalbleiter, der nicht ausgerichtete Nanokristalle (non-aligned nanocrystals, NANC) enthält, bezeichnet werden.
  • Der nc-OS ist ein Oxidhalbleiter, der im Vergleich zu einem amorphen Oxidhalbleiter eine hohe Regelmäßigkeit aufweist. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass der nc-OS eine niedrigere Dichte der Defektzustände aufweist als ein a-ähnlicher OS und ein amorpher Oxidhalbleiter. Jedoch gibt es keine Regelmäßigkeit der Kristallorientierung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS. Daher weist der nc-OS eine höhere Dichte der Defektzustände auf als der CAAC-OS.
  • <a-ähnlicher OS>
  • Ein a-ähnlicher OS weist eine Struktur auf, die zwischen derjenigen des nc-OS und derjenigen des amorphen Oxidhalbleiters liegt.
  • In einem hochauflösenden TEM-Bild des a-ähnlichen OS kann ein Hohlraum beobachtet werden. Darüber hinaus bestehen im hochauflösenden TEM-Bild ein Bereich, in dem ein Kristallteil deutlich beobachtet wird, und ein Bereich, in dem kein Kristallteil beobachtet wird.
  • Der a-ähnliche OS weist eine instabile Struktur auf, da er einen Hohlraum enthält. Um zu befestigen, dass der a-ähnliche OS eine instabile Struktur im Vergleich zu einem CAAC-OS und einem nc-OS aufweist, wird eine Veränderung der Struktur, die durch Elektronenbestrahlung verursacht wird, im Folgenden beschrieben.
  • Ein a-ähnlicher OS (Probe A), ein nc-OS (Probe B) und ein CAAC-OS (Probe C) werden als Proben, die einer Elektronenbestrahlung unterzogen werden, vorbereitet. Jede der Proben ist ein In-Ga-Zn-Oxid.
  • Zuerst wird ein hochauflösendes Querschnitts-TEM-Bild jeder Probe aufgenommen. Die hochauflösenden Querschnitts-TEM-Bilder zeigen, dass alle Proben Kristallteile aufweisen.
  • Es sei angemerkt, dass es wie folgt bestimmt wird, welcher Teil als Kristallteil angesehen wird. Es ist bekannt, dass eine Einheitszelle des InGaZnO4-Kristalls eine Struktur aufweist, bei der neun Schichten, d. h. drei In-O-Schichten und sechs Ga-Zn-O-Schichten, in der Richtung der c-Achse übereinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen diesen benachbarten Schichten ist gleich dem Gitterabstand auf der (009)-Fläche (auch als d-Wert (d value) bezeichnet). Der Wert berechnet sich aus einer Kristallstrukturanalyse zu 0,29 nm. Daher wird ein Abschnitt, in dem der Gitterabstand zwischen Gitter-Randzonen größer als oder gleich 0,28 nm und kleiner als oder gleich 0,30 nm ist, als Kristallteil von InGaZnO4 angesehen. Jede Gitter-Randzone entspricht der a-b-Fläche des InGaZnO4-Kristalls.
  • 43 zeigt die Veränderung der durchschnittlichen Größe von Kristallteilen (an 22 Punkten bis 45 Punkten) in jeder Probe. Es sei angemerkt, dass die Größe eines Kristallteils der Länge einer Gitter-Randzone entspricht. 43 deutet darauf hin, dass die Größe eines Kristallteils in dem a-ähnlichen OS mit der Zunahme der kumulativen Elektronendosis zunimmt. Insbesondere wächst, wie durch (1) in 43 gezeigt, ein Kristallteil, der am Anfang der TEM-Beobachtung ungefähr 1,2 nm misst (auch als anfänglicher Kern (initial nucleus) bezeichnet), bis zu einer Größe von ungefähr 2,6 nm bei einer kumulativen Elektronendosis von 4,2 × 108 e–/nm2. Die Größe eines Kristallteils in dem nc-OS und dem CAAC-OS verändert sich im Gegensatz dazu in nur geringem Maße vom Anfang der Elektronenbestrahlung bis zu einer kumulativen Elektronendosis von 4,2 × 108 e–/nm2. Insbesondere sind, wie bei (2) und (3) in 43 gezeigt, die durchschnittlichen Kristallgrößen in dem nc-OS und dem CAAC-OS ungefähr 1,4 nm bzw. ungefähr 2,1 nm, unabhängig von der kumulativen Elektronendosis.
  • Auf diese Weise wird das Wachstum des Kristallteils in dem a-ähnlichen OS durch Elektronenbestrahlung angeregt. In dem nc-OS und dem CAAC-OS wird im Gegensatz dazu das Wachstum des Kristallteils durch Elektronenbestrahlung kaum angeregt. Deshalb weist der a-ähnliche OS eine instabile Struktur auf im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS.
  • Der a-ähnliche OS weist eine niedrigere Dichte auf als der nc-OS und der CAAC-OS, da er einen Hohlraum enthält. Die Dichte des a-ähnlichen OS ist insbesondere höher als oder gleich 78,6% und niedriger als 92,3% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Die Dichte des nc-OS und die Dichte des CAAC-OS sind jeweils höher als oder gleich 92,3% und niedriger als 100% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Es sei angemerkt, dass es schwierig ist, einen Oxidhalbleiter mit einer Dichte, die niedriger als 78% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters ist, abzuscheiden.
  • Im Falle eines Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 ist beispielsweise die Dichte eines Einkristalls InGaZnO4 mit einer rhomboedrischen Kristallstruktur 6,357 g/cm3. Dementsprechend ist im Falle des Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 die Dichte des a-ähnlichen OS höher als oder gleich 5,0 g/cm3 und niedriger als 5,9 g/cm3. Im Falle des Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1 sind beispielsweise die Dichte des nc-OS und die Dichte des CAAC-OS jeweils höher als oder gleich 5,9 g/cm3 und niedriger als 6,3 g/cm3.
  • Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen kein einkristalliner Oxidhalbleiter mit der gleichen Zusammensetzung existiert. In diesem Fall werden einkristalline Oxidhalbleiter mit verschiedenen Zusammensetzungen in einem angemessenen Verhältnis kombiniert, was ermöglicht, die Dichte, die derjenigen eines einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gewünschten Zusammensetzung entspricht, zu berechnen. Die Dichte eines einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gewünschten Zusammensetzung kann aus einem gewichteten Durchschnitt entsprechend dem Kombinationsverhältnis der einkristallinen Oxidhalbleiter mit verschiedenen Zusammensetzungen berechnet werden. Es sei angemerkt, dass es bevorzugt wird, möglichst wenige Arten von einkristallinen Oxidhalbleitern für die Berechnung der Dichte zu verwenden.
  • Wie zuvor beschrieben, weisen Oxidhalbleiter verschiedene Strukturen und verschiedene Eigenschaften auf. Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiter eine mehrschichtige Schicht, die beispielsweise zwei oder mehr aus einem amorphen Oxidhalbleiter, einem a-ähnlichen OS, einem nc-OS und einem CAAC-OS umfasst, sein kann.
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden eines CAAC-OS-Films wird im Folgenden beschrieben.
  • 44A ist eine schematische Innenansicht einer Filmausbildungskammer. Der CAAC-OS-Film kann durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden.
  • Wie in 44A gezeigt, sind ein Substrat 5220 und ein Target 5230 derart angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Plasma 5240 wird zwischen dem Substrat 5220 und dem Target 5230 erzeugt. Ein Erwärmungsmechanismus 5260 ist unter dem Substrat 5220 angeordnet. Das Target 5230 ist an einer Grundplatte (backing plate) angebracht (nicht in der Zeichnung dargestellt). Eine Vielzahl von Magneten ist derart angeordnet, dass sie dem Target 5230 zugewandt sind, wobei die Grundplatte dazwischen angeordnet ist. Ein Sputterverfahren, bei dem die Abscheidungsrate unter Nutzung eines Magnetfeldes der Magnete erhöht wird, wird als Magnetron-Sputterverfahren bezeichnet.
  • Der Abstand d zwischen dem Substrat 5220 und dem Target 5230 (auch als Target-Substrat-Abstand (T-S-Abstand) bezeichnet) ist größer als oder gleich 0,01 m und kleiner als oder gleich 1 m, bevorzugt größer als oder gleich 0,02 m und kleiner als oder gleich 0,5 m. Die Filmausbildungskammer ist größtenteils mit einem Abscheidungsgas (z. B. einem Sauerstoffgas, einem Argongas oder einem Gasgemisch, das 5 Vol-% oder mehr Sauerstoff enthält) gefüllt, und der Druck in der Filmausbildungskammer wird auf höher als oder gleich 0,01 Pa und niedriger als oder gleich 100 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 0,1 Pa und niedriger als oder gleich 10 Pa reguliert. Hier beginnt ein Entladen, indem eine Spannung mit einem gewissen Wert oder höher an das Target 5230 angelegt wird, und das Plasma 5240 wird beobachtet. Das Magnetfeld bildet einen Plasmabereich mit hoher Dichte in der Nähe des Targets 5230. In dem Plasmabereich mit hoher Dichte wird das Abscheidungsgas ionisiert, so dass ein Ion 5201 erzeugt wird. Beispiele für das Ion 5201 umfassen ein Sauerstoffkation (O+) und ein Argonkation (Ar+).
  • Hierbei weist das Target 5230 eine polykristalline Struktur auf, die eine Vielzahl von Kristallkörnern enthält und bei der eine Spaltfläche in einem der Kristallkörner existiert. Beispielsweise ist eine Kristallstruktur von InMZnO4 (das Element M ist beispielsweise Aluminium, Gallium, Yttrium oder Zinn), das in dem Target 5230 enthalten ist, in 45 dargestellt. Es sei angemerkt, dass 45 die Kristallstruktur von InMZnO4 darstellt, welches aus einer Richtung beobachtet wird, die parallel zur a-b-Achse ist. Bei dem Kristall von InMZnO4 sind Sauerstoffatome negativ aufgeladen, wodurch eine Abstoßungskraft zwischen den zwei benachbarten M-Zn-O-Schichten erzeugt wird. Folglich weist der InMZnO4-Kristall eine Spaltfläche zwischen den zwei benachbarten M-Zn-O-Schichten auf.
  • Das Ion 5201, das in dem Plasmabereich mit hoher Dichte erzeugt wird, wird durch ein elektrisches Feld zur Seite des Targets 5230 hin beschleunigt und kollidiert dann mit dem Target 5230. Dabei wird ein Pellet 5200, das ein flaches plattenförmiges oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen ist, von der Spaltfläche abgetrennt (44A). Das Pellet 5200 befindet sich zwischen den zwei Spaltflächen, die in 45 gezeigt sind. Daher ist dann, wenn das Pellet 5200 beobachtet wird, dessen Querschnitt wie in 44B gezeigt, und dessen obere Oberfläche ist wie in 44C gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Struktur des Pellets 5200 durch eine Auswirkung der Kollision des Ions 5201 verzerrt werden kann. Es sei angemerkt, dass bei der Abtrennung des Pellets 5200 auch ein Teilchen 5203 von dem Target 5230 gesputtert wird. Das Teilchen 5203 weist ein Atom oder ein Aggregat von mehreren Atomen auf. Daher kann das Teilchen 5203 als Atomteilchen bezeichnet werden.
  • Es handelt sich bei dem Pellet 5200 um ein flaches plattenförmiges (pelletförmiges) gesputtertes Teilchen mit einer dreieckigen Fläche, z. B. einer Fläche in Form eines gleichseitigen Dreiecks. Alternativ handelt es sich bei dem Pellet 5200 um ein flaches plattenförmiges (pelletförmiges) gesputtertes Teilchen mit einer sechseckigen Fläche, z. B. einer Fläche in Form eines gleichseitigen Sechsecks. Die Form einer flachen Fläche des Pellets 5200 ist jedoch nicht auf ein Dreieck oder ein Sechseck beschränkt. Die flache Fläche kann zum Beispiel eine Form aufweisen, die durch Kombination von zwei oder mehr Dreiecken gebildet wird. Beispielsweise kann ein Viereck (z. B. Rhombus) durch Kombination von zwei Dreiecken (z. B. gleichseitigen Dreiecken) gebildet sein.
  • Die Dicke des Pellets 5200 wird abhängig von der Art des Abscheidungsgases und dergleichen bestimmt. Die Dicke des Pellets 5200 ist beispielsweise größer als oder gleich 0,4 nm und kleiner als oder gleich 1 nm, bevorzugt größer als oder gleich 0,6 nm und kleiner als oder gleich 0,8 nm. Zudem ist die Breite des Pellets 5200 beispielsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1,2 nm und kleiner als oder gleich 2,5 nm. Zum Beispiel kollidiert das Ion 5201 mit dem das In-M-Zn-Oxid enthaltenden Target 5230. Dann wird das Pellet 5200 abgetrennt, das drei Schichten umfasst, nämlich eine M-Zn-O-Schicht, eine In-O-Schicht und eine M-Zn-O-Schicht. Es sei angemerkt, dass bei der Abtrennung des Pellets 5200 auch das Teilchen 5203 von dem Target 5230 gesputtert wird. Das Teilchen 5203 weist ein Atom oder ein Aggregat von mehreren Atomen auf. Daher kann das Teilchen 5203 als Atomteilchen bezeichnet werden.
  • Das Pellet 5200 kann eine Ladung aufnehmen, wenn es das Plasma 5240 passiert, so dass seine Seitenflächen negativ oder positiv aufgeladen werden. Beispielsweise nimmt das Pellet 5200 eine negative Ladung von O2– in dem Plasma 5240 auf. Als Ergebnis können Sauerstoffatome an den Oberflächen des Pellets 5200 negativ aufgeladen werden. Zudem wird das Pellet 5200 in einigen Fällen mit Indium, dem Element M, Zink, Sauerstoff oder dergleichen in dem Plasma 5240 kombiniert, um zu wachsen, wenn es das Plasma 5240 passiert.
  • Das Pellet 5200 und das Teilchen 5203, die das Plasma 5240 passiert haben, erreichen eine Oberfläche des Substrats 5220. Es sei angemerkt, dass die Teilchen 5203 teilweise durch eine Vakuumpumpe oder dergleichen nach außen ausgestoßen werden, weil die Masse des Teilchens 5203 klein ist.
  • Als Nächstes wird eine Abscheidung des Pellets 5200 und des Teilchens 5203 an der Oberfläche des Substrats 5220 anhand von 46A bis 46E beschrieben.
  • Zuerst wird das erste Pellet 5200 über dem Substrat 5220 abgeschieden. Da das Pellet 5200 eine flache plattenförmige Form aufweist, wird es derart abgeschieden, dass die flache Fläche der Oberfläche des Substrats 5220 zugewandt ist (46A). Hier geht eine Ladung an einer Oberfläche des Pellets 5200 auf der Seite des Substrats 5220 durch das Substrat 5220 verloren.
  • Als Nächstes erreicht das zweite Pellet 5200 das Substrat 5220. Da hier eine andere Oberfläche des ersten Pellets 5200 und Oberflächen des zweiten Pellets 5200 aufgeladen sind, stoßen sie einander ab (46B).
  • Als Ergebnis wird verhindert, dass das zweite Pellet 5200 über dem ersten Pellet 5200 abgeschieden wird, und das zweite Pellet 5200 wird über der Oberfläche des Substrats 5220 abgeschieden, wobei es etwas von dem ersten Pellet 5200 entfernt ist (46C). Durch Wiederholung dieses Prozesses werden Millionen der Pellets 5200 über der Oberfläche des Substrats 5220 abgeschieden, um eine Dicke entsprechend einer Schicht aufzuweisen. Ein Bereich, in dem kein Pellet 5200 abgeschieden wird, wird zwischen benachbarten Pellets 5200 gebildet.
  • Als Nächstes erreicht das Teilchen 5203 die Oberfläche des Substrats 5220 (46D).
  • Das Teilchen 5203 kann nicht über einem aktiven Bereich, wie z. B. der Oberfläche des Pellets 5200, abgeschieden werden. Daher wird das Teilchen 5203 abgeschieden, um einen Bereich zu füllen, in dem keine Pellets 5200 abgeschieden werden. Die Teilchen 5203 wachsen in horizontaler (seitlicher) Richtung zwischen den Pellets 5200, wodurch die Pellets 5200 miteinander verbunden werden. Auf diese Weise werden die Teilchen 5203 abgeschieden, bis die Bereiche gefüllt sind, in denen keine Pellets 5200 abgeschieden worden sind. Dieser Mechanismus ist einem Abscheidungsmechanismus des ALD-Verfahrens ähnlich.
  • Es sei angemerkt, dass es mehrere Mechanismen für das seitliche Wachstum der Teilchen 5203 zwischen den Pellets 5200 geben kann. Beispielsweise können, wie in 46E gezeigt, die Pellets 5200 von Seitenflächen der ersten M-Zn-O-Schichten aus verbunden werden. In diesem Fall werden, nachdem die ersten M-Zn-O-Schichten verbunden worden sind, die In-O-Schichten und die zweiten M-Zn-O-Schichten in dieser Reihenfolge verbunden (der erste Mechanismus).
  • Alternativ werden, wie in 47A gezeigt, zuerst die Teilchen 5203 mit den Seiten der ersten M-Zn-O-Schichten verbunden, so dass jede Seite der ersten M-Zn-O-Schicht ein Teilchen 5203 aufweist. Dann wird, wie in 47B gezeigt, das Teilchen 5203 mit jeder Seite der In-O-Schichten verbunden. Danach wird, wie in 47C gezeigt, das Teilchen 5203 mit jeder Seite der zweiten M-Zn-O-Schichten verbunden (der zweite Mechanismus). Es sei angemerkt, dass die Verbindung auch gebildet werden kann, indem die Abscheidungen in 47A, 47B und 47C gleichzeitig erfolgen (der dritte Mechanismus).
  • Wie oben gezeigt, werden die obigen drei Mechanismen als Mechanismen für das seitliche Wachstum der Teilchen 5203 zwischen den Pellets 5200 angesehen. Jedoch können die Teilchen 5203 seitlich zwischen den Pellets 5200 durch andere Mechanismen wachsen.
  • Auf diese Weise kann auch dann, wenn sich die Orientierungen einer Vielzahl von Pellets 5200 voneinander unterscheiden, das Entstehen von Kristallgrenzen unterdrückt werden, da die Teilchen 5203 seitlich wachsen, um Lücken zwischen der Vielzahl von Pellets 5200 zu füllen. Zudem wird, da die Teilchen 5203 die Vielzahl von Pellets 5200 gleichmäßig verbinden, eine Kristallstruktur, die sich von einem Einkristall und einem Polykristall unterscheidet, gebildet. Mit anderen Worten: Eine Kristallstruktur, die eine Verzerrung zwischen sehr kleinen Kristallbereichen (Pellets 5200) aufweist, wird gebildet. Die Bereiche, die die Lücken zwischen den Kristallbereichen füllen, sind verzerrte Kristallbereiche, und daher ist es unpassend zu sagen, dass die Bereiche eine amorphe Struktur aufweisen.
  • Wenn die Teilchen 5203 die Bereiche zwischen den Pellets 5200 vollständig füllen, wird eine erste Schicht ausgebildet, die eine Dicke aufweist, die fast gleich derjenigen des Pellets 5200 ist. Dann wird ein neues erstes Pellet 5200 über der ersten Schicht abgeschieden, und eine zweite Schicht wird ausgebildet. Durch Wiederholung dieses Zyklus wird die mehrschichtige Dünnschichtstruktur gebildet (44D).
  • Die Art der Abscheidung der Pellets 5200 hängt von der Oberflächentemperatur des Substrats 5220 oder dergleichen ab. Beispielsweise wandern die Pellets 5200 über dem Substrat 5220, wenn die Oberflächentemperatur des Substrats 5220 hoch ist. Folglich nimmt der Anteil der Pellets 5200 zu, die ohne die Teilchen 5203 direkt miteinander verbunden werden, wodurch ein CAAC-OS mit hoher Orientierung ausgebildet wird. Die Oberflächentemperatur des Substrats 5220 zur Bildung des, CAAC-OS ist höher als oder gleich 100°C und niedriger als 500°C, bevorzugt höher als oder gleich 140°C und niedriger als 450°C, stärker bevorzugt höher als oder gleich 170°C und niedriger als 400°C. Selbst wenn ein großes Substrat der 8. oder höheren Generation als das Substrat 5220 verwendet wird, tritt eine Verkrümmung oder dergleichen somit kaum auf.
  • Im Gegensatz dazu wandern die Pellets 5200 über dem Substrat 5220 nicht so leicht, wenn die Oberflächentemperatur des Substrats 5220 niedrig ist. Als Ergebnis werden die Pellets 5200 übereinander angeordnet, um einen nanokristallinen Oxidhalbleiter (nc-OS) oder dergleichen mit geringer Orientierung auszubilden (siehe 48). Bei dem nc-OS werden die Pellets 5200 möglicherweise mit gewissen Abständen abgeschieden, da die Pellets 5200 negativ aufgeladen sind. Daher weist der nc-OS-Film nur eine geringe Orientierung jedoch eine gewisse Regelmäßigkeit auf, und weist er daher eine dichtere Struktur auf als ein amorpher Oxidhalbleiter.
  • Wenn bei einem CAAC-OS Räume zwischen den Pellets äußerst klein sind, können die Pellets ein großes Pellet bilden. Die Innenseite des großen Pellets weist eine einkristalline Struktur auf. Die Größe des Pellets kann beispielsweise größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, größer als oder gleich 15 nm und kleiner als oder gleich 100 nm oder größer als oder gleich 20 nm und kleiner als oder gleich 50 nm sein, wenn man es von oben beobachtet.
  • Wie in einem derartigen Modell gezeigt, geht man davon aus, dass die Pellets 5200 auf dem Substrat 5220 abgeschieden werden. Ein CAAC-OS kann abgeschieden werden, auch wenn eine Bildungsoberfläche keine Kristallstruktur aufweist; deshalb unterscheidet sich ein Wachstumsmechanismus in diesem Fall von dem epitaktischen Wachstum. Zudem kann selbst ein gleichmäßiger Film aus einem CAAC-OS oder einem nc-OS über einem großen Glassubstrat oder dergleichen ausgebildet werden. Zum Beispiel kann ein CAAC-OS ausgebildet werden, auch wenn die Oberfläche (Bildungsoberfläche) des Substrats 5220 eine amorphe Struktur aufweist (wie z. B. amorphes Siliziumoxid).
  • Zusätzlich sind selbst dann, wenn die Oberfläche (Bildungsoberfläche) des Substrats 5220 eine ungleichmäßige Form aufweist, die Pellets 5200 entsprechend der Form angeordnet.
  • Die Zusammensetzung eines CAAC-OS wird nachstehend beschrieben. Zur Erläuterung der Zusammensetzung wird der Fall eines In-M-Zn-Oxides, das ein zu einem CAAC-OS werdender Oxidhalbleiter ist, beispielhaft beschrieben. Das Element M ist Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn oder dergleichen. Weitere Elemente, die als Element M verwendet werden können, umfassen Bor, Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal und Wolfram.
  • 49 ist ein Dreiecksdiagramm, dessen Eckpunkte In, M und Zn bezeichnen. In dem Diagramm stellt [In] die Atomkonzentration von In dar, [M] stellt die Atomkonzentration des Elements M dar und [Zn] stellt die Atomkonzentration von Zn dar.
  • Es ist bekannt, dass ein Kristall eines In-M-Zn-Oxides eine homologe Struktur aufweist, und er wird durch InMO3(ZnO)m (m ist eine natürliche Zahl) dargestellt. Da In und M gegeneinander ausgetauscht werden können, kann der Kristall auch durch In1+αM1-αO3(ZnO)m dargestellt werden. Diese Zusammensetzung wird durch eine der Strichlinien dargestellt, die als [In]:[M]:[Zn] = 1 + α:1 – α:1, [In]:[M]:[Zn] = 1 + α:1 – α:2, [In]:[M]:[Zn] = 1 + α:1 – α:3, [In]:[M]:[Zn] = 1 + α:1 – α:4 und [In]:[M]:[Zn] = 1 + α:1 – α:5 dargestellt werden. Es sei angemerkt, dass die fette Linie auf der Strichlinie beispielsweise die Zusammensetzung darstellt, die ermöglicht, dass ein Oxid, das als Rohstoff vermischt und einem Brennen bei 1350°C unterzogen wird, zu einer festen Lösung wird.
  • Deshalb kann ein CAAC-OS, der einen großen Bereich mit einer einkristallinen Struktur aufweist, erhalten werden, wenn ein Oxid eine Zusammensetzung aufweist, die nahe an der vorstehenden Zusammensetzung liegt, die ermöglicht, dass das Oxid zu einer festen Lösung wird. Wenn ein In-M-Zn-Oxid durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, unterscheidet sich in einigen Fällen die Zusammensetzung eines Targets von der Zusammensetzung eines Films. Beispielsweise ist im Falle der Verwendung eines In-M-Zn-Oxides als Target, bei dem ein Atomverhältnis 1:1:1, 1:1:1,2, 3:1:2, 4:2:4,1, 1:3:2, 1:3:4 oder 1:4:5 ist, ein Atomverhältnis eines Films 1:1:0,7 (ungefähr 0,5 bis 0,9), 1:1:0,9 (ungefähr 0,8 bis 1,1), 3:1:1,5 (ungefähr 1 bis 1,8), 4:2:3 (ungefähr 2,6 bis 3,6), 1:3:1,5 (ungefähr 1 bis 1,8), 1:3:3 (ungefähr 2,5 bis 3,5) oder 1:4:4 (ungefähr 3,4 bis 4,4). Um einen Film mit einer erwünschten Zusammensetzung zu erhalten, kann daher eine Zusammensetzung eines Targets in Hinblick auf eine Veränderung der Zusammensetzung gewählt werden.
  • Wenn ein CAAC-OS abgeschieden wird, unterscheidet sich mitunter infolge einer Erwärmung einer Substratoberfläche (der Oberfläche, auf der der CAAC-OS abgeschieden wird), einer Raumerwärmung oder dergleichen die Zusammensetzung des Films von derjenigen eines als Quelle dienenden Targets oder dergleichen. Zum Beispiel ist es, da sich Zinkoxid leichter sublimiert als Indiumoxid, Galliumoxid oder dergleichen, wahrscheinlich, dass die Quelle und der Film unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Deshalb wird eine Quelle vorzugsweise unter Berücksichtigung der Veränderung der Zusammensetzung gewählt. Es sei angemerkt, dass eine Differenz zwischen der Zusammensetzung der Quelle und derjenigen des Films auch durch einen Druck oder ein Gas, das für die Abscheidung verwendet wird, sowie durch eine Temperatur beeinflusst wird.
  • <Transistor 2>
  • 16A und 16B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht eines Transistors, der als Element einer Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. 16A ist eine Draufsicht und 16B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie F1-F2 und der Strichpunktlinie F3-F4 in 16A. Es sei angemerkt, dass einige Bestandteile in der Draufsicht in 16A nicht dargestellt sind, um die Zeichnung zu vereinfachen.
  • Der Transistor in 16A und 16B beinhaltet einen Leiter 513 über einem Isolator 500, einen Isolator 503, der sich über dem Isolator 500 und auf gleicher Ebene wie der Leiter 513 befindet, einen Isolator 502 über dem Leiter 513 und dem Isolator 503, einen Halbleiter 506a über dem Isolator 502, einen Halbleiter 506b über dem Halbleiter 506a, einen Leiter 516a und einen Leiter 516b, die voneinander entfernt und in Kontakt mit der oberen Oberfläche des Halbleiters 506b sind, einen Halbleiter 506c über dem Isolator 502, dem Halbleiter 506b, dem Leiter 516a und dem Leiter 516b, einen Isolator 512 über dem Halbleiter 506c sowie einen Leiter 504 über dem Isolator 512. Obwohl der Leiter 513 in diesem nicht einschränkenden Beispiel einem Teil des Transistors entspricht, kann beispielsweise der Leiter 513 ein von dem Transistor unabhängiger Bestandteil sein.
  • Bezüglich des Isolators 500 wird auf den Isolator 400 Bezug genommen. Bezüglich des Leiters 513 wird auf den Leiter 413 Bezug genommen. Bezüglich des Isolators 502 wird auf den Isolator 402 Bezug genommen. Bezüglich des Halbleiters 506a wird auf den Halbleiter 406a Bezug genommen. Bezüglich des Halbleiters 506b wird auf den Halbleiter 406b Bezug genommen. Bezüglich des Leiters 516a wird auf den Leiter 416a Bezug genommen. Bezüglich des Leiters 516b wird auf den Leiter 416b Bezug genommen. Bezüglich des Halbleiters 506c wird auf den Halbleiter 406c Bezug genommen. Bezüglich des Isolators 512 wird auf den Isolator 412 Bezug genommen. Bezüglich des Leiters 504 wird auf den Leiter 404 Bezug genommen.
  • Der Isolator 503 kann beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Isolator ausgebildet werden, der Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor, Argon, Gallium, Germanium, Yttrium, Zirkonium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal enthält. Der Isolator 503 kann beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid ausgebildet werden.
  • Wie in 16B dargestellt, weist der Transistor eine s-Kanal-Struktur auf. Es ist weniger wahrscheinlich, dass das elektrische Feld von dem Leiter 504 und dem Leiter 513 durch den Leiter 516a, den Leiter 516b und dergleichen an der Seitenfläche des Halbleiters 506b verhindert wird.
  • Es sei angemerkt, dass der Leiter 513 nicht notwendigerweise ausgebildet wird (siehe 17A). Der Isolator 512 und der Halbleiter 506c können sich über den Leiter 504 erstrecken (siehe 17B). Der Isolator 512 und der Halbleiter 506c erstrecken sich nicht notwendigerweise über den Leiter 504 (siehe 17C). In dem Querschnitt entlang der Linie F1-F2 kann die Breite des Leiters 513 größer als diejenige des Halbleiters 506b sein (siehe 18A). Der Leiter 513 und der Leiter 504 können durch eine Öffnung in Kontakt miteinander sein (siehe 18B). Der Leiter 504 ist nicht notwendigerweise bereitgestellt (siehe 18C).
  • <Schaltung>
  • Im Folgenden wird ein Beispiel für eine Schaltung einer Halbleitervorrichtung beschrieben, die einen Transistor oder dergleichen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • <CMOS-Inverter>
  • Ein Schaltplan in 19A zeigt eine Konfiguration eines sogenannten CMOS-Inverters, bei dem ein p-Kanal-Transistor 2200 und ein n-Kanal-Transistor 2100 in Reihe miteinander geschaltet sind und ihre Gates miteinander verbunden sind.
  • <Struktur der Halbleitervorrichtung: 1>
  • 20 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung in 19A. Die in 20 gezeigte Halbleitervorrichtung beinhaltet den Transistor 2200 und den Transistor 2100. Der Transistor 2100 ist oberhalb des Transistors 2200 angeordnet. Obwohl ein Beispiel gezeigt ist, in dem der in 16A und 16B gezeigte Transistor als der Transistor 2100 verwendet wird, ist eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann einer der Transistoren, die in 12A und 12B, 13A bis 13C, 14A bis 14C, 17A bis 17C sowie 18A bis 18C dargestellt sind, als der Transistor 2100 verwendet werden. Deshalb wird bezüglich des Transistors 2100 nach Bedarf auf die Beschreibung der oben erwähnten Transistoren Bezug genommen.
  • Es handelt sich bei dem in 20 gezeigten Transistor 2200 um einen Transistor, bei dem ein Halbleitersubstrat 450 verwendet wird. Der Transistor 2200 beinhaltet einen Bereich 472a in dem Halbleitersubstrat 450, einen Bereich 472b in dem Halbleitersubstrat 450, einen Isolator 462 und einen Leiter 454.
  • Bei dem Transistor 2200 weisen der Bereich 472a und der Bereich 472b Funktionen eines Source-Bereichs und eines Drain-Bereichs auf. Der Isolator 462 weist eine Funktion als Gate-Isolator auf. Der Leiter 454 weist eine Funktion als Gate-Elektrode auf. Deshalb kann der Widerstand eines Kanalbildungsbereichs durch ein Potential gesteuert werden, das an den Leiter 454 angelegt wird. Mit anderen Worten: Das Leiten oder Nichtleiten zwischen dem Bereich 472a und dem Bereich 472b kann durch das Potential gesteuert werden, das an den Leiter 454 angelegt wird.
  • Für das Halbleitersubstrat 450 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat aus einem einzigen Material, z. B. aus Silizium, Germanium oder dergleichen, oder ein Verbindungshalbleitersubstrat aus Siliziumkarbid, Siliziumgermanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinkoxid, Galliumoxid oder dergleichen verwendet werden. Ein einkristallines Siliziumsubstrat wird vorzugsweise als das Halbleitersubstrat 450 verwendet.
  • Als das Halbleitersubstrat 450 wird ein Halbleitersubstrat verwendet, das n-Typ-Leitfähigkeit verleihende Verunreinigungen enthält. Als das Halbleitersubstrat 450 kann jedoch auch ein Halbleitersubstrat verwendet werden, das p-Typ-Leitfähigkeit verleihende Verunreinigungen enthält. In diesem Fall kann eine Wanne, die die n-Typ-Leitfähigkeit verleihenden Verunreinigungen enthält, in einem Bereich bereitgestellt sein, in dem der Transistor 2200 ausgebildet ist. Alternativ kann es sich bei dem Halbleitersubstrat 450 um ein i-Typ-Halbleitersubstrat handeln.
  • Eine obere Oberfläche des Halbleitersubstrats 450 weist vorzugsweise eine (110)-Fläche auf. Somit können die Durchlasseigenschaften (on-state characteristics) des Transistors 2200 verbessert werden.
  • Es handelt sich bei dem Bereich 472a und dem Bereich 472b um Bereiche, die p-Typ-Leitfähigkeit verleihende Verunreinigungen enthalten. Dementsprechend weist der Transistor 2200 eine Struktur eines p-Kanal-Transistors auf.
  • Es sei angemerkt, dass der Transistor 2200 durch einen Bereich 460 und dergleichen von einem benachbarten Transistor getrennt ist. Es handelt sich bei dem Bereich 460 um einen isolierenden Bereich.
  • Die in 20 gezeigte Halbleitervorrichtung beinhaltet einen Isolator 464, einen Isolator 466, einen Isolator 468, einen Isolator 402, einen Leiter 480a, einen Leiter 480b, einen Leiter 480c, einen Leiter 478a, einen Leiter 478b, einen Leiter 478c, einen Leiter 476a, einen Leiter 476b, einen Leiter 474a, einen Leiter 474b, einen Leiter 474c, einen Leiter 496a, einen Leiter 496b, einen Leiter 496c, einen Leiter 496d, einen Leiter 498a, einen Leiter 498b, einen Leiter 498c, einen Isolator 490, einen Isolator 502, einen Isolator 492, einen Isolator 428, einen Isolator 408 und einen Isolator 494.
  • Der Isolator 402, der Isolator 428 und der Isolator 408 sind Isolatoren, die Sperreigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten: Die in 20 gezeigte Halbleitervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der der Transistor 2100 von Isolatoren mit Sperreigenschaften umgeben ist und die derjenigen der in 5A gezeigten Vorrichtung ähnlich ist. Insbesondere entsprechen der Transistor 2100 und der Transistor 2200 dem Element 150 bzw. dem Element 151.
  • Der Isolator 464 ist über dem Transistor 2200 angeordnet. Der Isolator 466 ist über dem Isolator 464 angeordnet. Der Isolator 468 ist über dem Isolator 466 angeordnet. Der Isolator 490 ist über dem Isolator 468 angeordnet. Der Transistor 2100 ist über dem Isolator 490 angeordnet. Der Isolator 492 ist über dem Transistor 2100 angeordnet. Der Isolator 494 ist über dem Isolator 492 angeordnet.
  • Der Isolator 464 weist eine Öffnung, die bis zu dem Bereich 472a reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Bereich 472b reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 454 reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 480a, der Leiter 480b und der Leiter 480c eingebettet.
  • Der Isolator 466 weist eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 480a reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 480b reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 480c reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 478a, der Leiter 478b und der Leiter 478c eingebettet.
  • Der Isolator 468 und der Isolator 402 weisen eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 478b reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 478c reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 476a und der Leiter 476b eingebettet.
  • Der Isolator 490 weist eine Öffnung, die einen Kanalbildungsbereich des Transistors 2100 überlappt, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 476a reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 476b reicht. In den Öffnungen sind die Leiter 474a, der Leiter 474b und der Leiter 474c eingebettet.
  • Der Leiter 474a kann eine Funktion als Gate-Elektrode des Transistors 2100 aufweisen. Beispielsweise können die elektrischen Eigenschaften des Transistors 2100, wie z. B. die Schwellenspannung, gesteuert werden, indem ein vorbestimmtes Potential an den Leiter 474a angelegt wird. Beispielsweise kann der Leiter 474a mit dem Leiter 404, der eine Funktion als Gate-Elektrode des Transistors 2100 aufweist, elektrisch verbunden sein. In diesem Fall kann der Durchlassstrom des Transistors 2100 erhöht werden. Außerdem kann ein Punch-Through-Phänomen unterdrückt werden; daher können die elektrischen Eigenschaften des Transistors 2100 in einem Sättigungsbereich stabil sein.
  • Der Isolator 408 und der Isolator 492 weisen eine Öffnung, die durch den Leiter 516b, bei dem es sich um eine von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 2100 handelt, bis zu dem Leiter 474b reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 516a reicht, bei dem es sich um die andere von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 2100 handelt, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 504 reicht, bei dem es sich um die Gate-Elektrode des Transistors 2100 handelt, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 474c reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 496a, der Leiter 496b, der Leiter 496c und der Leiter 496d eingebettet. Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen die Öffnungen durch einen der Bestandteile des Transistors 2100 oder dergleichen hindurch bereitgestellt sind.
  • Der Isolator 494 weist eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 496a reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 496b und dem Leiter 496d reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 496c reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 498a, der Leiter 498b und der Leiter 498c eingebettet.
  • Der Isolator 464, der Isolator 466, der Isolator 468, der Isolator 490, der Isolator 492 und der Isolator 494 können jeweils beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Isolator ausgebildet werden, der Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor, Argon, Gallium, Germanium, Yttrium, Zirkonium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal enthält. Der Isolator 401 kann beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid ausgebildet werden.
  • Einer oder mehrere von dem Isolator 464, dem Isolator 466, dem Isolator 468, dem Isolator 490, dem Isolator 492 und dem Isolator 494 umfasst/umfassen vorzugsweise einen Isolator mit Sperreigenschaften.
  • Ein Isolator mit einer Funktion zum Sperren von Sauerstoff und Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, kann beispielsweise eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus einem Isolator aufweisen, der Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor, Argon, Gallium, Germanium, Yttrium, Zirkonium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal enthält.
  • Der Leiter 480a, der Leiter 480b, der Leiter 480c, der Leiter 478a, der Leiter 478b, der Leiter 478c, der Leiter 476a, der Leiter 476b, der Leiter 474a, der Leiter 474b, der Leiter 474c, der Leiter 496a, der Leiter 496b, der Leiter 496c, der Leiter 496d, der Leiter 498a, der Leiter 498b und der Leiter 498c können jeweils beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Leiter ausgebildet werden, der eine oder mehrere Art/en von Bor, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Silizium, Phosphor, Aluminium, Titan, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gallium, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Ruthenium, Silber, Indium, Zinn, Tantal und Wolfram enthält. Beispielsweise kann auch eine Legierung oder eine Verbindung verwendet werden, und es kann eine Legierung, die Aluminium enthält, eine Legierung, die Kupfer und Titan enthält, eine Legierung, die Kupfer und Mangan enthält, eine Legierung, die Indium, Zinn und Sauerstoff enthält, eine Legierung, die Titan und Stickstoff enthält, oder dergleichen verwendet werden. Einer oder mehrere von dem Leiter 480a, dem Leiter 480b, dem Leiter 480c, dem Leiter 478a, dem Leiter 478b, dem Leiter 478c, dem Leiter 476a, dem Leiter 476b, dem Leiter 474a, dem Leiter 474b, dem Leiter 474c, dem Leiter 496a, dem Leiter 496b, dem Leiter 496c, dem Leiter 496d, dem Leiter 498a, dem Leiter 498b und dem Leiter 498c umfasst/umfassen vorzugsweise einen Leiter mit Sperreigenschaften.
  • Es sei angemerkt, dass eine Halbleitervorrichtung in 21 gleich der Halbleitervorrichtung in 20 ist, mit Ausnahme der Struktur des Transistors 2200. Deshalb wird bezüglich der Halbleitervorrichtung in 21 auf die Beschreibung der Halbleitervorrichtung in 20 Bezug genommen. Bei der Halbleitervorrichtung in 21 ist der Transistor 2200 ein FIN-Transistor. Bei dem FIN-Transistor 2200 ist die effektive Kanalbreite erhöht; somit können die Durchlasseigenschaften des Transistors 2200 verbessert werden. Außerdem können, da der Beitrag des elektrischen Feldes der Gate-Elektrode erhöht werden kann, die Sperreigenschaften des Transistors 2200 verbessert werden.
  • Es sei angemerkt, dass eine Halbleitervorrichtung in 22 gleich der Halbleitervorrichtung in 20 ist, mit Ausnahme der Struktur des Transistors 2200. Deshalb wird bezüglich der Halbleitervorrichtung in 22 auf die Beschreibung der Halbleitervorrichtung in 20 Bezug genommen. Bei der Halbleitervorrichtung in 22 wird der Transistor 2200 unter Verwendung eines SOI-Substrats ausgebildet. Bei der Struktur in 22 ist ein Bereich 456 von dem Halbleitersubstrat 450 getrennt, wobei ein Isolator 452 dazwischen bereitgestellt ist. Da das SOI-Substrat verwendet wird, kann ein Punch-Through-Phänomen unterdrückt werden; daher können die Sperreigenschaften des Transistors 2200 verbessert werden. Es sei angemerkt, dass der Isolator 452 ausgebildet werden kann, indem ein Teil des Halbleitersubstrats 450 in einen Isolator umgewandelt wird. Beispielsweise kann Siliziumoxid als der Isolator 452 verwendet werden.
  • Bei jeder der in 20 bis 22 gezeigten Halbleitervorrichtungen wird ein p-Kanal-Transistor unter Verwendung eines Halbleitersubstrats ausgebildet, und ein n-Kanal Transistor wird oberhalb von ihm ausgebildet; somit kann eine von dem Element eingenommene Fläche verringert werden. Das heißt, dass der Integrationsgrad der Halbleitervorrichtung verbessert werden kann. Außerdem kann der Herstellungsprozess im Vergleich zu dem Fall vereinfacht werden, in dem ein n-Kanal-Transistor und ein p-Kanal-Transistor unter Verwendung desselben Halbleitersubstrats ausgebildet werden; somit kann die Produktivität für die Halbleitervorrichtung erhöht werden. Überdies kann die Ausbeute der Halbleitervorrichtung verbessert werden. Bei dem p-Kanal-Transistor können unter Umständen einige komplizierte Schritte weggelassen werden, wie beispielsweise ein Ausbilden von leicht dotierten Drain-(LDD-)Bereichen, ein Ausbilden einer flachen Grabenisolationsstruktur (shallow trench structure) oder eine Verformungsgestaltung. Somit können die Produktivität für die und Ausbeute der Halbleitervorrichtung in einigen Fällen im Vergleich zu einer Halbleitervorrichtung erhöht werden, bei der ein n-Kanal-Transistor unter Verwendung des Halbleitersubstrats ausgebildet wird.
  • <CMOS-Analogschalter>
  • Ein Schaltplan in 19B zeigt eine Konfiguration, bei der Sources des Transistors 2100 und des Transistors 2200 miteinander verbunden sind und Drains des Transistors 2100 und des Transistors 2200 miteinander verbunden sind. Bei einer derartigen Konfiguration können die Transistoren als sogenannter CMOS-Analogschalter dienen.
  • <Speichervorrichtung 1>
  • Ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung (Speichervorrichtung) ist in 23A und 23B gezeigt, die den Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, gespeicherte Daten auch ohne Stromversorgung halten kann und keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Schreibvorgänge aufweist.
  • Die in 23A dargestellte Halbleitervorrichtung beinhaltet einen Transistor 3200, bei dem ein erster Halbleiter verwendet wird, einen Transistor 3300, bei dem ein zweiter Halbleiter verwendet wird, und einen Kondensator 3400. Es sei angemerkt, dass ein beliebiger der oben beschriebenen Transistoren als der Transistor 3300 verwendet werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Transistor 3300 vorzugsweise um einen Transistor mit geringem Sperrstrom handelt. Beispielsweise kann ein Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird, als der Transistor 3300 verwendet werden. Da der Sperrstrom des Transistors 3300 gering ist, können gespeicherte Daten über einen langen Zeitraum an einem vorbestimmten Knoten der Halbleitervorrichtung gehalten werden. Mit anderen Worten: Der Stromverbrauch der Halbleitervorrichtung kann verringert werden, da ein Auffrischungsvorgang unnötig wird oder die Häufigkeit der Auffrischungsvorgänge sehr niedrig sein kann.
  • In 23A ist eine erste Leitung 3001 elektrisch mit einer Source des Transistors 3200 verbunden. Eine zweite Leitung 3002 ist elektrisch mit einem Drain des Transistors 3200 verbunden. Eine dritte Leitung 3003 ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 3300 verbunden. Eine vierte Leitung 3004 ist elektrisch mit dem Gate des Transistors 3300 verbunden. Das Gate des Transistors 3200 und der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 3300 sind elektrisch mit der einen Elektrode des Kondensators 3400 verbunden. Eine fünfte Leitung 3005 ist elektrisch mit der anderen Elektrode des Kondensators 3400 verbunden.
  • Die Halbleitervorrichtung in 23A weist ein Merkmal auf, dass das Potential des Gates des Transistors 3200 gehalten werden kann, und kann somit wie folgt Daten schreiben, halten und lesen.
  • Das Schreiben und das Halten von Daten werden beschrieben. Zuerst wird das Potential der vierten Leitung 3004 auf ein Potential, auf dem der Transistor 3300 eingeschaltet wird, eingestellt, so dass der Transistor 3300 eingeschaltet wird. Dementsprechend wird das Potential der dritten Leitung 3003 einem Knoten FG zugeführt, an dem das Gate des Transistors 3200 und die eine Elektrode des Kondensators 3400 elektrisch miteinander verbunden sind. Das heißt, dass dem Gate des Transistors 3200 eine vorbestimmte Ladung zugeführt wird (Schreiben). Hier wird eine der zwei Arten von Ladungen zugeführt, die verschiedene Potentialpegel liefern (nachstehend als niedrige Ladung und hohe Ladung bezeichnet). Danach wird das Potential der vierten Leitung 3004 auf ein Potential, auf dem der Transistor 3300 ausgeschaltet wird, eingestellt, so dass der Transistor 3300 ausgeschaltet wird. Auf diese Weise wird die Ladung an dem Knoten FG gehalten (Halten).
  • Da der Sperrstrom des Transistors 3300 gering ist, wird die Ladung des Knotens FG lange Zeit gehalten.
  • Nachfolgend wird das Lesen von Daten beschrieben. Ein geeignetes Potential (ein Lesepotential) wird der fünften Leitung 3005 zugeführt, während der ersten Leitung 3001 ein vorbestimmtes Potential (ein konstantes Potential) zugeführt wird, wodurch das Potential der zweiten Leitung 3002 je nach der Menge der an dem Knoten FG gehaltenen Ladung variiert. Das liegt daran, dass im Falle der Verwendung eines n-Kanal-Transistors als der Transistor 3200 eine scheinbare Schwellenspannung Vth_H zu dem Zeitpunkt, zu dem die hohe Ladung dem Gate des Transistors 3200 zugeführt wird, niedriger ist als eine scheinbare Schwellenspannung Vth_L zu dem Zeitpunkt, zu dem die niedrige Ladung dem Gate des Transistors 3200 zugeführt wird. Eine scheinbare Schwellenspannung bezieht sich hier auf das Potential der fünften Leitung 3005, das nötig ist, um den Transistor 3200 in „einen Durchlasszustand” zu versetzen. Daher wird das Potential der fünften Leitung 3005 auf ein Potential V0 zwischen Vth_H und Vth_L eingestellt, wodurch die dem Knoten FG zugeführte Ladung bestimmt werden kann. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem beim Schreiben die hohe Ladung dem Knoten FG zugeführt wird und das Potential der fünften Leitung 3005 auf V0 (> Vth_H) liegt, der Transistor 3200 in „den Durchlasszustand” versetzt. In dem Fall, in dem beim Schreiben die niedrige Ladung dem Knoten FG zugeführt wird, bleibt der Transistor 3200 noch in „einem Sperrzustand”, auch wenn das Potential der fünften Leitung 3005 auf V0 (< Vth_L) liegt. Daher können die Daten, die an dem Knoten FG gehalten werden, gelesen werden, indem das Potential der zweiten Leitung 3002 bestimmt wird.
  • Es sei angemerkt, dass es in dem Fall, in dem Speicherzellen als Array angeordnet sind, notwendig ist, dass beim Lesevorgang Daten einer gewünschten Speicherzelle gelesen werden. In dem Fall, in dem Daten der anderen Speicherzellen nicht gelesen werden, kann die fünfte Leitung 3005 mit einem Potential versorgt werden, auf dem sich der Transistor 3200, unabhängig von der dem Knoten FG zugeführten Ladung, in „einem Sperrzustand” befindet, nämlich mit einem Potential, das niedriger ist als Vth_H. Alternativ kann die fünfte Leitung 3005 mit einem Potential versorgt werden, auf dem der Transistor 3200, unabhängig von der dem Knoten FG zugeführten Ladung, in „einen Durchlasszustand” versetzt wird, nämlich mit einem Potential, das höher ist als Vth_L.
  • <Struktur der Halbleitervorrichtung: 2>
  • 24 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung in 23A. Die in 24 gezeigte Halbleitervorrichtung beinhaltet den Transistor 3200, den Transistor 3300 und den Kondensator 3400. Der Transistor 3300 und der Kondensator 3400 sind oberhalb des Transistors 3200 angeordnet. Es sei angemerkt, dass bezüglich des Transistors 3300 auf die Beschreibung des vorstehenden Transistors 2100 Bezug genommen wird. Des Weiteren wird bezüglich des Transistors 3200 auf die Beschreibung des Transistors 2200 in 20 Bezug genommen. Es sei angemerkt, dass in 20 der Transistor 2200 als p-Kanal-Transistor darstellt ist; jedoch kann es sich bei dem Transistor 3200 um einen n-Kanal-Transistor handeln.
  • Es handelt sich bei dem in 24 dargestellten Transistor 3200 um einen Transistor, bei dem ein Halbleitersubstrat 450 verwendet wird. Der Transistor 3200 beinhaltet einen Bereich 472a in dem Halbleitersubstrat 450, einen Bereich 472b in dem Halbleitersubstrat 450, einen Isolator 462 und einen Leiter 454.
  • Die in 24 dargestellte Halbleitervorrichtung beinhaltet den Isolator 464, den Isolator 466, den Isolator 468, den Isolator 402, den Leiter 480a, den Leiter 480b, den Leiter 480c, den Leiter 478a, den Leiter 478b, den Leiter 478c, den Leiter 476a, den Leiter 476b, den Leiter 474a, den Leiter 474b, den Leiter 474c, den Leiter 496a, den Leiter 496b, den Leiter 496c, den Leiter 496d, den Leiter 498a, den Leiter 498b, den Leiter 498c, den Leiter 498d, den Isolator 490, den Isolator 502, den Isolator 492, den Isolator 428, den Isolator 408 und den Isolator 494.
  • Der Isolator 402, der Isolator 428 und der Isolator 408 sind Isolatoren, die Sperreigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten: Die in 24 gezeigte Halbleitervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der der Transistor 3300 von Isolatoren mit Sperreigenschaften umgeben ist und die derjenigen der in 5A gezeigten Vorrichtung ähnlich ist. Insbesondere entsprechen der Transistor 3300 und der Transistor 3200 dem Element 150 bzw. dem Element 151. Es sei angemerkt, dass die in 24 gezeigte Halbleitervorrichtung das Element 150a und das Element 150b wie bei der in 3A und 3B gezeigten Vorrichtung beinhalten kann, wobei der Kondensator 3400, der Transistor 3300 und der Transistor 3200, die in 24 gezeigt sind, dem Element 150a, dem Element 150b bzw. dem Element 151 entsprechen.
  • Der Isolator 464 ist über dem Transistor 3200 angeordnet. Der Isolator 466 ist über dem Isolator 464 angeordnet. Der Isolator 468 ist über dem Isolator 466 angeordnet. Der Isolator 402 ist über dem Isolator 468 angeordnet. Der Isolator 490 ist über dem Isolator 402 angeordnet. Der Transistor 3300 ist über dem Isolator 490 angeordnet. Der Isolator 492 ist über dem Transistor 3300 angeordnet. Der Isolator 494 ist über dem Isolator 492 angeordnet.
  • Der Isolator 464 weist eine Öffnung, die bis zu dem Bereich 472a reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Bereich 472b reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 454 reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 480a, der Leiter 480b und der Leiter 480c eingebettet.
  • Der Isolator 466 weist eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 480a reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 480b reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 480c reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 478a, der Leiter 478b und der Leiter 478c eingebettet.
  • Der Isolator 468 und der Isolator 402 weisen eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 478b reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 478c reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 476a und der Leiter 476b eingebettet.
  • Der Isolator 490 weist eine Öffnung, die den Kanalbildungsbereich des Transistors 3300 überlappt, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 476a reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 476b reicht. In den Öffnungen sind die Leiter 474a, der Leiter 474b und der Leiter 474c eingebettet.
  • Der Leiter 474a kann eine Funktion als Bottom-Gate-Elektrode des Transistors 3300 aufweisen. Alternativ können beispielsweise die elektrischen Eigenschaften des Transistors 3300, wie z. B. die Schwellenspannung, gesteuert werden, indem ein vorbestimmtes Potential an den Leiter 474a angelegt wird. Als weitere Alternative können beispielsweise der Leiter 474a und der Leiter 404, bei dem es sich um die Top-Gate-Elektrode des Transistors 3300 handelt, elektrisch miteinander verbunden sein. Daher kann der Durchlassstrom des Transistors 3300 erhöht werden. Ein Punch-Through-Phänomen kann unterdrückt werden; daher können stabile elektrische Eigenschaften im Sättigungsbereich des Transistors 3300 erhalten werden.
  • Der Isolator 408 und der Isolator 492 weisen eine Öffnung, die durch den Leiter 516b, bei dem es sich um eine von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 3300 handelt, bis zu dem Leiter 474b reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 514 reicht, der den Leiter 516a überlappt, bei dem es sich um die andere von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 3300 handelt, wobei der Isolator 512 dazwischen angeordnet ist, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 504 reicht, bei dem es sich um die Gate-Elektrode des Transistors 3300 handelt, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 474c durch den Leiter 516a reicht, bei dem es sich um die andere von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 3300 handelt. In den Öffnungen sind der Leiter 496a, der Leiter 496b, der Leiter 496c und der Leiter 496d eingebettet. Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen ein Bestandteil des Transistors 3300 oder dergleichen durch andere Bestandteile hindurch bereitgestellt ist.
  • Der Isolator 494 weist eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 496a reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 496b reicht, eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 496c reicht, und eine Öffnung auf, die bis zu dem Leiter 496d reicht. In den Öffnungen sind der Leiter 498a, der Leiter 498b, der Leiter 498c und der Leiter 498d eingebettet.
  • Mindestens einer des Isolators 464, des Isolators 466, des Isolators 468, des Isolators 490, des Isolators 492 und des Isolators 494 umfasst vorzugsweise einen Isolator mit Sperreigenschaften.
  • Der Leiter 498d kann beispielsweise in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus einem Leiter ausgebildet werden, der eine oder mehrere Art/en von Bor, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Silizium, Phosphor, Aluminium, Titan, Chrom, Mangan, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gallium, Yttrium, Zirkonium, Molybdän, Ruthenium, Silber, Indium, Zinn, Tantal und Wolfram enthält. Beispielsweise kann eine Legierung oder eine Verbindung des oben angegebenen Elements verwendet werden, und es kann eine Verbindung, die Aluminium enthält, eine Verbindung, die Kupfer und Titan enthält, eine Verbindung, die Kupfer und Mangan enthält, eine Verbindung, die Indium, Zinn und Sauerstoff enthält, eine Verbindung, die Titan und Stickstoff enthält, oder dergleichen verwendet werden. Der Leiter 498d umfasst vorzugsweise einen Leiter mit Sperreigenschaften.
  • Die Source oder der Drain des Transistors 3200 ist über den Leiter 480b, den Leiter 478b, den Leiter 476a, den Leiter 474b und den Leiter 496c elektrisch mit dem Leiter 516b verbunden, bei dem es sich um eine Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 3300 handelt. Der Leiter 454, bei dem es sich um die Gate-Elektrode des Transistors 3200 handelt, ist über den Leiter 480c, den Leiter 478c, den Leiter 476b, den Leiter 474c und den Leiter 496d elektrisch mit dem Leiter 516a verbunden, bei dem es sich um die andere Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 3300 handelt.
  • Der Kondensator 3400 beinhaltet eine Elektrode, die elektrisch mit der anderen Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 3300 verbunden ist, den Leiter 514 und einen Isolator 512. Weil der Isolator 512 durch den gleichen Schritt wie der als Gate-Isolator des Transistors 3300 dienende Isolator 512 ausgebildet werden kann, kann die Produktivität verbessert werden. Wenn eine Schicht, die durch den gleichen Schritt wie der als Gate-Elektrode des Transistors 3300 dienende Leiter 504 ausgebildet wird, als der Leiter 514 verwendet wird, kann die Produktivität verbessert werden.
  • Für die Strukturen weiterer Bestandteile kann nach Bedarf auf die Beschreibung von 20 und dergleichen Bezug genommen werden.
  • Eine Halbleitervorrichtung in 25 ist gleich der Halbleitervorrichtung in 24, mit Ausnahme der Struktur des Transistors 3200. Deshalb wird bezüglich der Halbleitervorrichtung in 25 auf die Beschreibung der Halbleitervorrichtung in 24 Bezug genommen. Bei dem Transistor 3200 der Halbleitervorrichtung in 25 handelt es sich insbesondere um einen FIN-Transistor. Für den FIN-Transistor 3200 wird auf die Beschreibung des Transistors 2200 in 21 Bezug genommen. Es sei angemerkt, dass in 21 der Transistor 2200 als p-Kanal-Transistor darstellt ist; jedoch kann es sich bei dem Transistor 3200 um einen n-Kanal-Transistor handeln.
  • Eine Halbleitervorrichtung in 26 ist gleich der Halbleitervorrichtung in 24, mit Ausnahme einer Struktur des Transistors 3200. Deshalb wird bezüglich der Halbleitervorrichtung in 26 auf die Beschreibung der Halbleitervorrichtung in 24 Bezug genommen. Bei der Halbleitervorrichtung in 26 ist insbesondere der Transistor 3200 in dem Halbleitersubstrat 450 bereitgestellt, das ein SOI-Substrat ist. Bezüglich des Transistors 3200, der in dem Halbleitersubstrat 450 bereitgestellt ist, das ein SOI-Substrat ist, wird auf die Beschreibung des Transistors 2200 in 22 Bezug genommen. Es sei angemerkt, dass in 22 der Transistor 2200 als p-Kanal-Transistor darstellt ist; jedoch kann es sich bei dem Transistor 3200 um einen n-Kanal-Transistor handeln.
  • <Speichervorrichtung 2>
  • Die Halbleitervorrichtung in 23B unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung in 23A darin, dass der Transistor 3200 nicht bereitgestellt ist. In diesem Fall können ebenfalls Daten auf eine ähnliche Weise wie bei der Halbleitervorrichtung in 23A geschrieben und gehalten werden.
  • Es wird das Lesen von Daten aus der Halbleitervorrichtung in 23B beschrieben. Wenn der Transistor 3300 in einen Durchlasszustand versetzt wird, werden die dritte Leitung 3003, die sich in einem potentialfreien Zustand (Floating-Zustand) befindet, und der Kondensator 3400 miteinander leitend verbunden, und die Ladung wird zwischen der dritten Leitung 3003 und dem Kondensator 3400 neu verteilt. Folglich wird das Potential der dritten Leitung 3003 verändert. Der Betrag der Veränderung des Potentials der dritten Leitung 3003 variiert je nach dem Potential der einen Elektrode des Kondensators 3400 (oder je nach der Ladung, die in dem Kondensator 3400 akkumuliert ist).
  • Das Potential der dritten Leitung 3003 nach der Neuverteilung der Ladung ist beispielsweise (CB × VB0 + C × V)/(CB + C), wobei V das Potential der einen Elektrode des Kondensators 3400 darstellt, C die Kapazität des Kondensators 3400 darstellt, CB die Kapazitätskomponente der dritten Leitung 3003 darstellt und VB0 das Potential der dritten Leitung 3003 vor der Neuverteilung der Ladung darstellt. Daher kann man feststellen, dass in der Annahme, dass sich die Speicherzelle in einem der zwei Zustände befindet, in denen das Potential der einen Elektrode des Kondensators 3400 bei V1 und V0 (V1 > V0) liegt, das Potential der dritten Leitung 3003 in dem Fall, in dem das Potential V1 (= (CB × VB0 + C × V1)/(CB + C)) gehalten wird, höher ist als das Potential der dritten Leitung 3003 in dem Fall, in dem das Potential V0 (= (CB × VB0 + C × V0)/(CB + C)) gehalten wird.
  • Dann können, indem das Potential der dritten Leitung 3003 mit einem vorbestimmten Potential verglichen wird, Daten gelesen werden.
  • In diesem Fall kann ein Transistor, der den ersten Halbleiter enthält, für eine Treiberschaltung zum Ansteuern einer Speicherzelle verwendet werden, und ein Transistor, der den zweiten Halbleiter enthält, kann als der Transistor 3300 über der Treiberschaltung angeordnet sein.
  • Mit einem Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird und der einen geringen Sperrstrom aufweist, kann die oben beschriebene Halbleitervorrichtung lange Zeit gespeicherte Daten halten. Mit anderen Worten: Der Stromverbrauch der Halbleitervorrichtung kann verringert werden, da ein Auffrischungsvorgang unnötig wird oder die Häufigkeit der Auffrischungsvorgänge sehr niedrig sein kann. Ferner können gespeicherte Daten lange Zeit gehalten werden, auch wenn kein Strom zugeführt wird (es sei angemerkt, dass ein Potential vorzugsweise fest ist).
  • Bei der Halbleitervorrichtung wird keine hohe Spannung zum Schreiben von Daten benötigt, und eine Verschlechterung von Elementen tritt mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf. Im Unterschied zu einem herkömmlichen nichtflüchtigen Speicher ist es beispielsweise nicht notwendig, Elektronen in ein potentialfreies Gate (Floating-Gate) zu injizieren und aus ihm zu extrahieren. Daher wird kein Problem, wie z. B. eine Verschlechterung eines Isolators, verursacht. Das heißt: Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat keine Beschränkung dafür, wie viel Mal Daten überschrieben werden können, welche bei einem herkömmlichen nichtflüchtigen Speicher ein Problem darstellt, und ihre Zuverlässigkeit wird erheblich verbessert. Des Weiteren werden Daten je nach dem Durchlass-/Sperrzustand des Transistors geschrieben, wodurch ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb erzielt werden kann.
  • <Abbildungsvorrichtung>
  • Nachstehend wird eine Abbildungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 27A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine Abbildungsvorrichtung 200 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Abbildungsvorrichtung 200 beinhaltet einen Pixelabschnitt 210 und Peripherieschaltungen zum Ansteuern des Pixelabschnitts 210 (eine Peripherieschaltung 260, eine Peripherieschaltung 270, eine Peripherieschaltung 280 und eine Peripherieschaltung 290). Der Pixelabschnitt 210 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln 211, die in einer Matrix mit p Zeilen und q Spalten (p und q sind jeweils eine natürliche Zahl größer als oder gleich 2) angeordnet sind. Die Peripherieschaltung 260, die Peripherieschaltung 270, die Peripherieschaltung 280 und die Peripherieschaltung 290 sind jeweils mit einer Vielzahl von Pixeln 211 verbunden, und ein Signal zum Ansteuern der Vielzahl von Pixeln 211 wird zugeführt. In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet „eine Peripherieschaltung” oder „eine Treiberschaltung” in einigen Fällen sämtliche der Peripherieschaltungen 260, 270, 280 und 290. Beispielsweise kann die Peripherieschaltung 260 als Teil der Peripherieschaltung betrachtet werden.
  • Die Abbildungsvorrichtung 200 beinhaltet vorzugsweise eine Lichtquelle 291. Die Lichtquelle 291 kann Erfassungslicht P1 emittieren.
  • Die Peripherieschaltung umfasst mindestens eine Logikschaltung, einen Schalter, einen Puffer, eine Verstärkerschaltung und/oder eine Umwandlungsschaltung. Die Peripherieschaltung kann über einem Substrat bereitgestellt werden, über dem der Pixelabschnitt 210 ausgebildet wird. Ein Teil der oder die gesamte Peripherieschaltung kann unter Verwendung einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. eines IC, befestigt werden. Es sei angemerkt, dass als Peripherieschaltung eine oder mehrere der Peripherieschaltungen 260, 270, 280 und 290 ausgelassen werden kann.
  • Wie in 27B dargestellt, können die Pixel 211 derart bereitgestellt werden, dass sie in dem in der Abbildungsvorrichtung 200 enthaltenen Pixelabschnitt 210 geneigt sind. Wenn die Pixel 211 schief angeordnet sind, kann der Abstand zwischen Pixeln (Pitch) in der Zeilenrichtung und der Spaltenrichtung verkürzt werden. Demzufolge kann die Qualität eines Bildes, das mit der Abbildungsvorrichtung 200 aufgenommen wird, verbessert werden.
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels: 1>
  • Das in der Abbildungsvorrichtung 200 enthaltene Pixel 211 wird mit einer Vielzahl von Subpixeln 212 ausgebildet, und jedes Subpixel 212 wird mit einem Filter kombiniert, der Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich durchlässt (Farbfilter), wodurch Daten erhalten werden können, um eine Farbbildanzeige zu erhalten.
  • 28A ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für das Pixel 211 zeigt, mit dem ein Farbbild erhalten wird. Das Pixel 211, das in 28A dargestellt ist, umfasst ein Subpixel 212, das mit einem Farbfilter bereitgestellt ist, der Licht in einem roten (R) Wellenlängenbereich durchlässt (auch als ein Subpixel 212R bezeichnet), ein Subpixel 212, das mit einem Farbfilter bereitgestellt ist, der Licht in einem grünen (G) Wellenlängenbereich durchlässt (auch als ein Subpixel 212G bezeichnet), und ein Subpixel 212, das mit einem Farbfilter bereitgestellt ist, der Licht in einem blauen (B) Wellenlängenbereich durchlässt (auch als ein Subpixel 212B bezeichnet). Das Subpixel 212 kann als Photosensor dienen.
  • Das Subpixel 212 (das Subpixel 212R, das Subpixel 212G und das Subpixel 212B) ist elektrisch mit einer Leitung 231, einer Leitung 247, einer Leitung 248, einer Leitung 249 und einer Leitung 250 verbunden. Außerdem sind das Subpixel 212R, das Subpixel 212G und das Subpixel 212B mit entsprechenden Leitungen 253 verbunden, die voneinander unabhängig sind. In dieser Beschreibung und dergleichen werden beispielsweise die Leitung 248 und die Leitung 249, die mit dem Pixel 211 in der n-ten Zeile verbunden sind (n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich p), als eine Leitung 248[n] und eine Leitung 249[n] bezeichnet. Die Leitung 253, die mit dem Pixel 211 in der m-ten Spalte verbunden ist (m ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich q), wird beispielsweise als eine Leitung 253[m] bezeichnet. Es sei angemerkt, dass in 28A die Leitungen 253, die mit dem Subpixel 212R, dem Subpixel 212G und dem Subpixel 212B in dem Pixel 211 in der m-ten Spalte verbunden sind, als eine Leitung 253[m]R, eine Leitung 253[m]G und eine Leitung 253[m]B bezeichnet werden. Die Subpixel 212 sind über die vorstehenden Leitungen elektrisch mit der Peripherieschaltung verbunden.
  • Die Abbildungsvorrichtung 200 weist eine Struktur auf, bei der das Subpixel 212 über einen Schalter elektrisch mit dem Subpixel 212 in einem benachbarten Pixel 211, das mit einem Farbfilter versehen ist, der Licht in dem gleichen Wellenlängenbereich wie das Subpixel 212 durchlässt, verbunden ist. 28B zeigt ein Verbindungbeispiel der Subpixel 212: das Subpixel 212 in dem Pixel 211, das in einer n-ten Zeile und einer m-ten Spalte angeordnet ist, und das Subpixel 212 in dem benachbarten Pixel 211, das in einer (n + 1)-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist. In 28B sind das Subpixel 212R, das in der n-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist, und das Subpixel 212R, das in der (n + 1)-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist, über einen Schalter 201 miteinander verbunden. Das Subpixel 212G, das in der n-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist, und das Subpixel 212G, das in der (n + 1)-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist, sind über einen Schalter 202 miteinander verbunden. Das Subpixel 212B, das in der n-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist, und das Subpixel 212B, das in der (n + 1)-ten Zeile und der m-ten Spalte angeordnet ist, sind über einen Schalter 203 miteinander verbunden.
  • Der Farbfilter, der in dem Subpixel 212 verwendet wird, ist nicht auf rote (R), grüne (G) und blaue (B) Farbfilter beschränkt, und es können Farbfilter verwendet werden, die Licht von Zyan (C), Gelb (Y) und Magenta (M) durchlassen. Indem die Subpixel 212, die Licht in drei unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen, in einem einzelnen Pixel 211 bereitgestellt sind, kann ein Vollfarbbild erhalten werden.
  • Das Pixel 211, das das Subpixel 212 umfasst, das mit einem Farbfilter versehen ist, der gelbes (Y) Licht durchlässt, kann zusätzlich zu den Subpixeln 212 bereitgestellt werden, die mit den Farbfiltern versehen sind, die rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Licht durchlassen. Das Pixel 211, das das Subpixel 212 umfasst, das mit einem Farbfilter versehen ist, der blaues (B) Licht durchlässt, kann zusätzlich zu den Subpixeln 212 bereitgestellt werden, die mit den Farbfiltern versehen sind, die zyanfarbenes (C), gelbes (Y) und magentafarbenes (M) Licht durchlassen. Wenn die Subpixel 212, die Licht in vier unterschiedlichen Wellenlängenbereichen erfassen, in einem Pixel 211 bereitgestellt sind, kann die Reproduzierbarkeit von Farben eines erhaltenen Bildes erhöht werden.
  • Beispielsweise ist in 28A in Bezug auf das Subpixel 212, das einen roten Wellenlängenbereich erfasst, das Subpixel 212, das einen grünen Wellenlängenbereich erfasst, und das Subpixel 212, das einen blauen Wellenlängenbereich erfasst, das Zahlenverhältnis dieser Pixel (oder das Verhältnis des Licht empfangenden Bereichs) nicht notwendigerweise 1:1:1. Beispielsweise kann die Bayer-Anordnung zum Einsatz kommen, bei der das Zahlenverhältnis der Pixel (das Verhältnis des Licht empfangenden Bereichs) auf Rot:Grün:Blau = 1:2:1 eingestellt wird. Alternativ kann das Zahlenverhältnis der Pixel (das Verhältnis des Licht empfangenden Bereichs) von Rot und Grün zu Blau 1:6:1 sein.
  • Obwohl die Anzahl der Subpixel 212, die in dem Pixel 211 bereitgestellt sind, eins sein kann, sind vorzugsweise zwei oder mehr Subpixel bereitgestellt. Wenn beispielsweise zwei oder mehr Subpixel 212, die den gleichen Wellenlängenbereich erfassen, bereitgestellt sind, erhöht sich die Redundanz, und die Zuverlässigkeit der Abbildungsvorrichtung 200 kann erhöht werden.
  • Wenn ein Infrarot-(IR-)Filter, der infrarotes Licht durchlässt und sichtbares Licht absorbiert oder reflektiert, als Filter verwendet wird, kann die Abbildungsvorrichtung 200 erhalten werden, die infrarotes Licht erfasst.
  • Wenn ein Neutraldichte-(ND-)Filter (dunkler Filter) verwendet wird, kann ferner die Ausgangssättigung verhindert werden, die auftritt, wenn eine große Lichtmenge in ein photoelektrisches Umwandlungselement (Licht empfangendes Element) eintritt. Durch Kombination von ND-Filtern mit unterschiedlichen Dimmungsvermögen kann der Dynamikbereich der Abbildungsvorrichtung vergrößert werden.
  • Neben dem vorstehend beschriebenen Filter kann das Pixel 211 mit einer Linse bereitgestellt werden. Ein Anordnungsbeispiel des Pixels 211, eines Filters 254 und einer Linse 255 wird anhand der Querschnittsansichten in 29A und 29B beschrieben. Mit der Linse 255 kann das photoelektrische Umwandlungselement einfallendes Licht in effizienter Weise empfangen. Insbesondere tritt Licht 256, wie in 29A dargestellt, in ein photoelektrisches Umwandlungselement 220 über die Linse 255, den Filter 254 (einen Filter 254R, einen Filter 254G und einen Filter 254B), eine Pixelschaltung 230 und dergleichen ein, die in dem Pixel 211 bereitgestellt sind.
  • Wie von einem Bereich dargestellt, der von Strichpunktlinien umschlossen ist, könnte jedoch ein Teil des Lichts 256, der durch Pfeile gekennzeichnet ist, durch einige Leitungen 257 blockiert werden. Eine vorzuziehende Struktur ist demzufolge wie folgt: Die Linse 255 und der Filter 254 sind auf der Seite des photoelektrischen Umwandlungselements 220 bereitgestellt, so dass das photoelektrische Umwandlungselement 220 das Licht 256 in effizienter Weise empfangen kann, wie in 29B dargestellt. Wenn das Licht 256 von der Seite des photoelektrischen Umwandlungselements 220 in das photoelektrische Umwandlungselement 220 einfällt, kann die Abbildungsvorrichtung 200 mit hoher Empfindlichkeit bereitgestellt werden.
  • Als das photoelektrische Umwandlungselement 220 in 29A und 29B kann ein photoelektrisches Umwandlungselement verwendet werden, bei dem ein p-n-Übergang oder ein p-i-n-Übergang gebildet wird.
  • Das photoelektrische Umwandlungselement 220 kann unter Verwendung einer Substanz ausgebildet sein, die eine Funktion zum Absorbieren einer Strahlung und zum Erzeugen der elektrischen Ladungen aufweist. Beispiele für die Substanz, die eine Funktion zum Absorbieren einer Strahlung und zum Erzeugen der elektrischen Ladungen aufweist, umfassen Selen, Bleiiodid, Quecksilberiodid, Galliumarsenid, Cadmiumtellurid und eine Cadmium-Zink-Legierung.
  • Wenn beispielsweise Selen für das photoelektrische Umwandlungselement 220 verwendet wird, kann das photoelektrische Umwandlungselement 220 einen Lichtabsorptionskoeffizienten in einem breiten Wellenlängenbereich, wie z. B. von sichtbarem Licht, ultraviolettem Licht, Infrarotlicht, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, aufweisen.
  • Ein Pixel 211 in der Abbildungsvorrichtung 200 kann zusätzlich zu dem Subpixel 212 in 28A und 28B das Subpixel 212 mit einem ersten Filter beinhalten.
  • <Konfigurationsbeispiel des Pixels: 2>
  • Nachstehend wird ein Beispiel für ein Pixel beschrieben, das einen Transistor, der Silizium enthält, und einen Transistor umfasst, der einen Oxidhalbleiter enthält.
  • 30A und 30B sind jeweils eine Querschnittsansicht eines Elements in einer Abbildungsvorrichtung. Die Abbildungsvorrichtung in 30A beinhaltet über einem Siliziumsubstrat 300 einen Transistor 351, der Silizium enthält, einen Transistor 352 und einen Transistor 353, die einen Oxidhalbleiter enthalten und über dem Transistor 351 angeordnet sind, und in einem Siliziumsubstrat 300 eine Photodiode 360. Die Transistoren und die Photodiode 360 sind elektrisch mit verschiedenen Steckern 370 und Leitungen 371 verbunden. Außerdem beinhaltet die Photodiode 360 eine Anode 361 und eine Kathode 362. Die Anode 361 ist elektrisch mit dem Stecker 370 über einen niederohmigen Bereich 363 verbunden.
  • Die Abbildungsvorrichtung beinhaltet eine Schicht 310, die auf dem Siliziumsubstrat 300 den Transistor 351 und in dem Siliziumsubstrat 300 die Photodiode 360 umfasst, eine Schicht 320, die in Kontakt mit der Schicht 310 ist und die Leitungen 371 umfasst, eine Schicht 330, die in Kontakt mit der Schicht 320 ist und den Transistor 352 sowie den Transistor 353 umfasst, und eine Schicht 340, die in Kontakt mit der Schicht 330 ist und eine Leitung 372 sowie eine Leitung 373 umfasst.
  • In dem Beispiel der Querschnittsansicht in 30A ist eine lichtempfangende Oberfläche der Photodiode 360 auf der Seite bereitgestellt, die einer Oberfläche des Siliziumsubstrats 300 zugewandt ist, an dem der Transistor 351 ausgebildet ist. Bei dieser Struktur kann ein Lichtweg ohne Beeinflussung der Transistoren und der Leitungen sichergestellt werden. Daher kann ein Pixel mit hohem Öffnungsverhältnis ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die lichtempfangende Oberfläche der Photodiode 360 dieselbe sein kann wie die Oberfläche, an der der Transistor 351 ausgebildet ist.
  • In dem Fall, in dem ein Pixel unter Verwendung von Transistoren, die einen Oxidhalbleiter enthalten, ausgebildet wird, kann die Schicht 310 den Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, umfassen. Alternativ kann die Schicht 310 ausgelassen sein, und das Pixel kann lediglich Transistoren, die einen Oxidhalbleiter enthalten, beinhalten.
  • In dem Fall, in dem ein Pixel unter Verwendung von Transistoren, die Silizium enthalten, ausgebildet wird, kann die Schicht 330 ausgelassen sein. Ein Beispiel für eine Querschnittsansicht, in der die Schicht 330 nicht bereitgestellt ist, ist in 30B gezeigt. In dem Fall, in dem die Schicht 330 nicht bereitgestellt wird, kann die Leitung 372 der Schicht 340 ausgelassen sein.
  • Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Siliziumsubstrat 300 um ein SOI-Substrat handeln kann. Des Weiteren kann das Siliziumsubstrat 300 durch ein Substrat ersetzt werden, das aus Germanium, Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid, Indiumphosphid, Galliumnitrid oder einem organischen Halbleiter gebildet wird.
  • Hierbei wird ein Isolator 402 zwischen der Schicht 310, die den Transistor 351 und die Photodiode 360 umfasst, und der Schicht 330, die den Transistor 352 und den Transistor 353 umfasst, bereitgestellt. Jedoch gibt es keine Beschränkung bezüglich der Position des Isolators 402.
  • Wasserstoff in einem Isolator, der in der Umgebung eines Kanalbildungsbereichs des Transistors 351 bereitgestellt ist, schließt freie Bindungen von Silizium ab; dementsprechend kann die Zuverlässigkeit des Transistors 351 verbessert werden. Im Gegensatz dazu ist Wasserstoff in dem Isolator, der in der Umgebung des Transistors 352 und des Transistors 353 bereitgestellt ist, eine der Ursachen des Bildens eines Ladungsträgers in dem Oxidhalbleiter. Daher kann der Wasserstoff eine Verringerung der Zuverlässigkeit des Transistors 352 und des Transistors 353 verursachen. Deshalb wird in dem Fall, in dem der Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird, über dem Transistor, bei dem Silizium verwendet wird, bereitgestellt wird, vorzugsweise zwischen den Transistoren der Isolator 402 mit Sperreigenschaften bereitgestellt. Jeder der Transistoren 352 und 353 wird vorzugsweise von den Isolatoren 428 und 328 mit Sperreigenschaften in allen Richtungen umschlossen. Zudem wird der Isolator 408 mit Sperreigenschaften vorzugsweise über dem Transistor 352 und dem Transistor 353 bereitgestellt, um die Transistoren zu bedecken. Wenn der Wasserstoff in einem Bereich unterhalb des Isolators 402 eingeschlossen wird, kann die Zuverlässigkeit des Transistors 351 verbessert werden. Außerdem kann es verhindert werden, dass der Wasserstoff von einem Teil unterhalb des Isolators 402 in einen Teil oberhalb des Isolators 402 diffundiert; daher kann die Zuverlässigkeit des Transistors 352, des Transistors 353 und dergleichen erhöht werden.
  • Mit anderen Worten: Die in 30A und 30B gezeigte Halbleitervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der der Transistor 352 und der Transistor 353 von Isolatoren mit Sperreigenschaften umgeben sind. Die in 30A und 30B gezeigte Halbleitervorrichtung entspricht daher einer Kombination aus der in 3A und 3B gezeigten Vorrichtung und der in 5A gezeigten Vorrichtung. Insbesondere entsprechen der Transistor 352, der Transistor 353 und der Transistor 351 dem Element 150a, dem Element 150b bzw. dem Element 151. Die Photodiode 360 kann dem Element 151 entsprechen. Der Transistor 351 und die Photodiode 360 können dem Element 151 entsprechen.
  • In der Querschnittsansicht in 30A können die Photodiode 360 in der Schicht 310 und der Transistor in der Schicht 330 derart ausgebildet sein, dass sie einander überlappen. Diese Struktur kann den Integrationsgrad von Pixeln erhöhen. Mit anderen Worten kann die Auflösung der Abbildungsvorrichtung erhöht werden.
  • Ein Filter 354 und/oder eine Linse 355 können/kann, wie in 31A und 31B gezeigt, über oder unter dem Pixel angeordnet sein. Bezüglich des Filters 354 und der Linse 355 werden auf den Filter 254 bzw. die Linse 255 Bezug genommen.
  • Wie in 32A1 und 32B1 dargestellt, kann ein Teil der oder die ganze Abbildungsvorrichtung gekrümmt werden. 32A1 stellt einen Zustand dar, in dem die Abbildungsvorrichtung in der Richtung der Strichpunktlinie X1-X2 gekrümmt ist. 32A2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 32A1 darstellt. 32A3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 32A1 darstellt.
  • 32B1 stellt einen Zustand dar, in dem die Abbildungsvorrichtung in der Richtung der Strichpunktlinie X3-X4 und in der Richtung der Strichpunktlinie Y3-Y4 gekrümmt ist. 32B2 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 32B1 darstellt. 32B3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt entlang der Strichpunktlinie Y3-Y4 in 32B1 darstellt.
  • Die gekrümmte Abbildungsvorrichtung ermöglicht, die Bildfeldwölbung und den Astigmatismus zu verringern. Daher kann das optische Design einer Linse und dergleichen leicht gemacht werden, die in Kombination mit der Abbildungsvorrichtung verwendet wird. Beispielsweise kann die Anzahl von Linse, die zur Korrektur einer Aberration verwendet wird, verringert werden; dementsprechend kann eine Verringerung der Größe oder des Gewichts von elektronischen Geräten und dergleichen, bei denen die Abbildungsvorrichtung verwendet wird, erzielt werden. Außerdem kann die Qualität eines aufgenommen Bildes verbessert werden.
  • <CPU>
  • Im Folgenden wird eine CPU beschrieben, die eine Halbleitervorrichtung, wie z. B. einen beliebigen der vorstehend beschriebenen Transistoren oder die vorstehend beschriebene Speichervorrichtung, beinhaltet.
  • 33 ist ein Blockschema, das ein Konfigurationsbeispiel einer CPU darstellt, die einen beliebigen der vorstehend beschriebenen Transistoren als Bestandteil beinhaltet.
  • Die in 33 dargestellte CPU beinhaltet über einem Substrat 1190 eine arithmetische logische Einheit (arithmetic logic unit, ALU) 1191, eine ALU-Steuerung 1192, einen Befehlsdecoder 1193, eine Interrupt-Steuerung 1194, eine Zeitsteuerung 1195, ein Register 1196, eine Registersteuerung 1197, eine Busschnittstelle 1198, ein wiederbeschreibbares ROM 1199 und eine ROM-Schnittstelle 1189. Ein Halbleitersubstrat, ein SOI-Substrat, ein Glassubstrat oder dergleichen wird als das Substrat 1190 verwendet. Das ROM 1199 und die ROM-Schnittstelle 1189 können über einem separaten Chip bereitgestellt sein. Es ist unnötig zu erwähnen, dass die CPU in 33 nur ein Beispiel ist, in dem die Konfiguration vereinfacht worden ist, und dass eine reale CPU je nach der Anwendung verschiedene Konfigurationen aufweisen kann. Beispielsweise kann die CPU die folgende Konfiguration aufweisen: Eine Struktur, die die in 33 dargestellte CPU oder eine arithmetische Schaltung aufweist, wird als einzelner Kern betrachtet; eine Vielzahl von solchen Kernen ist enthalten; und die Kerne arbeiten parallel zueinander. Die Anzahl der Bits, die die CPU in einer internen arithmetischen Schaltung oder in einem Datenbus verarbeiten kann, kann beispielsweise 8, 16, 32 oder 64 sein.
  • Ein Befehl, der über die Busschnittstelle 1198 in die CPU eingegeben wird, wird in den Befehlsdecoder 1193 eingegeben, darin decodiert und dann in die ALU-Steuerung 1192, die Interrupt-Steuerung 1194, die Registersteuerung 1197 und die Zeitsteuerung 1195 eingegeben.
  • Die ALU-Steuerung 1192, die Interrupt-Steuerung 1194, die Registersteuerung 1197 und die Zeitsteuerung 1195 führen verschiedene Steuerungen entsprechend dem decodierten Befehl aus. Insbesondere erzeugt die ALU-Steuerung 1192 Signale zum Steuern des Betriebs der ALU 1191. Während die CPU ein Programm ausführt, beurteilt die Interrupt-Steuerung 1194 eine Interrupt-Anforderung aus einer externen Eingabe-/Ausgabevorrichtung oder einer Peripherieschaltung auf Grundlage der Priorität oder eines Maskenzustandes und verarbeitet die Anforderung. Die Registersteuerung 1197 erzeugt eine Adresse des Registers 1196, und entsprechend dem Zustand der CPU liest/schreibt sie Daten aus dem/in das Register 1196.
  • Die Zeitsteuerung 1195 erzeugt Signale zum Steuern der Betriebszeiten der ALU 1191, der ALU-Steuerung 1192, des Befehlsdecoders 1193, der Interrupt-Steuerung 1194 und der Registersteuerung 1197. Die Zeitsteuerung 1195 beinhaltet beispielsweise einen internen Taktgenerator zum Erzeugen eines internen Taktsignals, das auf einem Referenztaktsignal basiert, und führt das interne Taktsignal den vorstehenden Schaltungen zu.
  • Bei der in 33 dargestellten CPU ist eine Speicherzelle in dem Register 1196 bereitgestellt. Für die Speicherzelle des Registers 1196 kann ein beliebiger der vorstehend beschriebenen Transistoren, die vorstehend beschriebene Speichervorrichtung oder dergleichen verwendet werden.
  • Bei der in 33 dargestellten CPU wählt die Registersteuerung 1197 einen Vorgang aus, bei dem Daten entsprechend einem Befehl der ALU 1191 in dem Register 1196 gehalten werden. Das heißt, dass die Registersteuerung 1197 auswählt, ob Daten von einem Flip-Flop oder einem Kondensator in der Speicherzelle gehalten werden, die in dem Register 1196 enthalten ist. Wenn die Datenhaltung durch das Flip-Flop ausgewählt wird, wird der Speicherzelle des Registers 1196 eine Stromversorgungsspannung zugeführt. Wenn die Datenhaltung durch den Kondensator ausgewählt wird, werden die Daten in dem Kondensator überschrieben, und es kann die Zuführung einer Stromversorgungsspannung zu der Speicherzelle in dem Register 1196 unterbrochen werden.
  • 34 ist ein Beispiel für einen Schaltplan eines Speicherelements 1200, das als der Register 1196 verwendet werden kann. Das Speicherelement 1200 beinhaltet eine Schaltung 1201, in der gespeicherte Daten flüchtig sind, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, eine Schaltung 1202, in der gespeicherte Daten nichtflüchtig sind, auch wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, einen Schalter 1203, einen Schalter 1204, ein Logikelement 1206, einen Kondensator 1207 und eine Schaltung 1220, die eine Auswahlfunktion aufweist. Die Schaltung 1202 beinhaltet einen Kondensator 1208, einen Transistor 1209 und einen Transistor 1210. Es sei angemerkt, dass das Speicherelement 1200 nach Bedarf ferner ein weiteres Element, wie z. B. eine Diode, einen Widerstand oder einen Induktor, beinhalten kann.
  • Hier kann die vorstehend beschriebene Speichervorrichtung als die Schaltung 1202 verwendet werden. Wenn die Zuführung einer Stromversorgungsspannung zu dem Speicherelement 1200 unterbrochen wird, wird GND (0 V) oder ein Potential, bei dem der Transistor 1209 in der Schaltung 1202 ausgeschaltet wird, weiterhin in ein Gate des Transistors 1209 eingegeben. Beispielsweise ist das Gate des Transistors 1209 über eine Last, wie z. B. einen Widerstand, geerdet.
  • Hier ist ein Beispiel gezeigt, in dem es sich bei dem Schalter 1203 um einen Transistor 1213 mit einem Leitungstyp (z. B. einen n-Kanal-Transistor) und bei dem Schalter 1204 um einen Transistor 1214 mit einem Leitungstyp, der dem einen Leitungstyp entgegengesetzt ist (z. B. einen p-Kanal-Transistor), handelt. Ein erster Anschluss des Schalters 1203 entspricht einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213, ein zweiter Anschluss des Schalters 1203 entspricht dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213, und das Leiten oder Nichtleiten zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Schalters 1203 (d. h. der Durchlass-/Sperrzustand des Transistors 1213) wird durch ein Steuersignal RD ausgewählt, das in ein Gate des Transistors 1213 eingegeben wird. Ein erster Anschluss des Schalters 1204 entspricht einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 1214, ein zweiter Anschluss des Schalters 1204 entspricht dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1214, und das Leiten oder Nichtleiten zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des Schalters 1204 (d. h. der Durchlass-/Sperrzustand des Transistors 1214) wird durch das Steuersignal RD ausgewählt, das in ein Gate des Transistors 1214 eingegeben wird.
  • Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 1209 ist elektrisch mit einer Elektrode eines Paars von Elektroden des Kondensators 1208 und einem Gate des Transistors 1210 verbunden. Der Verbindungsabschnitt wird hier als Knoten M2 bezeichnet. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 1210 ist elektrisch mit einer Leitung, die ein niedriges Stromversorgungspotential zuführen kann (z. B. einer GND-Leitung), verbunden, und der andere Anschluss ist elektrisch mit dem ersten Anschluss des Schalters 1203 (dem einen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213) verbunden. Der zweite Anschluss des Schalters 1203 (der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213) ist elektrisch mit dem ersten Anschluss des Schalters 1204 (dem einen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1214) verbunden. Der zweite Anschluss des Schalters 1204 (der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 1214) ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, die ein Stromversorgungspotential VDD zuführen kann. Der zweite Anschluss des Schalters 1203 (der andere Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213), der erste Anschluss des Schalters 1204 (der eine Anschluss von Source und Drain des Transistors 1214), ein Eingangsanschluss des Logikelements 1206 und eine Elektrode eines Paars von Elektroden des Kondensators 1207 sind elektrisch miteinander verbunden. Der Verbindungsabschnitt wird hier als Knoten M1 bezeichnet. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 1207 kann mit einem konstanten Potential versorgt werden. Beispielsweise kann die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 1207 mit einem niedrigen Stromversorgungspotential (z. B. GND) oder einem hohen Stromversorgungspotential (z. B. VDD) versorgt werden. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 1207 ist elektrisch mit der Leitung, die ein niedriges Stromversorgungspotential zuführen kann (z. B. einer GND-Leitung), verbunden. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 1208 kann mit einem konstanten Potential versorgt werden. Beispielsweise kann die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 1208 mit dem niedrigen Stromversorgungspotential (z. B. GND) oder dem hohen Stromversorgungspotential (z. B. VDD) versorgt werden. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 1208 ist elektrisch mit der Leitung, die ein niedriges Stromversorgungspotential zuführen kann (z. B. einer GND-Leitung), verbunden.
  • Der Kondensator 1207 und der Kondensator 1208 müssen nicht notwendigerweise bereitgestellt sein, solange die parasitäre Kapazität des Transistors, der Leitung oder dergleichen aktiv genutzt wird.
  • Ein Steuersignal WE wird in das Gate des Transistors 1209 eingegeben. Hinsichtlich jedes der Schalter 1203 und 1204 wird ein leitender Zustand oder ein nichtleitender Zustand zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss durch das Steuersignal RD ausgewählt, das sich von dem Steuersignal WE unterscheidet. Wenn sich der erste Anschluss und der zweite Anschluss eines der Schalter im leitenden Zustand befinden, befinden sich der erste Anschluss und der zweite Anschluss des anderen Schalters im nichtleitenden Zustand.
  • Ein Signal, das den in der Schaltung 1201 gehaltenen Daten entspricht, wird in den anderen Anschluss von Source und Drains des Transistors 1209 eingegeben. 34 stellt ein Beispiel dar, in dem ein Signal, das aus der Schaltung 1201 ausgegeben wird, in den anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1209 eingegeben wird. Der logische Wert eines Signals, das aus dem zweiten Anschluss des Schalters 1203 (dem anderen Anschluss von Source und Drains des Transistors 1213) ausgegeben wird, wird durch das Logikelement 1206 invertiert, und das invertierte Signal wird über die Schaltung 1220 in die Schaltung 1201 eingegeben.
  • In dem Beispiel in 34 wird ein Signal, das aus dem zweiten Anschluss des Schalters 1203 (dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213) ausgegeben wird, über das Logikelement 1206 und die Schaltung 1220 in die Schaltung 1201 eingegeben; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Das Signal, das aus dem zweiten Anschluss des Schalters 1203 (dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213) ausgegeben wird, kann in die Schaltung 1201 eingegeben werden, ohne dass sein logischer Wert invertiert wird. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem die Schaltung 1201 einen Knoten beinhaltet, an dem ein Signal gehalten wird, das durch Inversion des logischen Wertes eines aus dem Eingangsanschluss eingegebenen Signals erhalten wird, das Signal, das aus dem zweiten Anschluss des Schalters 1203 (dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 1213) ausgegeben wird, in den Knoten eingegeben werden.
  • In 34 kann es sich bei den Transistoren, die in dem Speicherelement 1200 enthalten sind, mit Ausnahme des Transistors 1209, jeweils um einen Transistor handeln, bei dem ein Kanal in einem Film, der unter Verwendung eines anderen Halbleiters als eines Oxidhalbleiters ausgebildet wird, oder in dem Substrat 1190 gebildet wird. Es kann sich bei dem Transistor beispielsweise um einen Transistor handeln, dessen Kanal in einem Siliziumfilm oder einem Siliziumsubstrat gebildet wird. Als Alternative kann es sich bei allen Transistoren in dem Speicherelement 1200 um einen Transistor handeln, bei dem ein Kanal in einem Oxidhalbleiter gebildet wird. Als weitere Alternative kann das Speicherelement 1200, neben dem Transistor 1209, einen Transistor beinhalten, bei dem ein Kanal in einem Oxidhalbleiter gebildet wird, und es kann ein Transistor, bei dem ein Kanal in einem Film, der unter Verwendung eines anderen Halbleiters als eines Oxidhalbleiters ausgebildet wird, oder in dem Substrat 1190 gebildet wird, für die sonstigen Transistoren verwendet werden.
  • Als die Schaltung 1201 in 34 kann beispielsweise eine Flip-Flop-Schaltung verwendet werden. Als das Logikelement 1206 kann beispielsweise ein Inverter oder ein getakteter Inverter verwendet werden.
  • In einem Zeitraum, während dessen das Speicherelement 1200 nicht mit der Stromversorgungsspannung versorgt wird, kann die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die in der Schaltung 1201 gespeicherten Daten mit dem Kondensator 1208 halten, der in der Schaltung 1202 bereitgestellt ist.
  • Der Sperrstrom eines Transistors, bei dem ein Kanal in einem Oxidhalbleiter gebildet wird, ist sehr gering. Zum Beispiel ist der Sperrstrom eines Transistors, bei dem ein Kanal in einem Oxidhalbleiter gebildet wird, wesentlich geringer als derjenige eines Transistors, bei dem ein Kanal in Silizium mit Kristallinität gebildet wird. Daher wird dann, wenn der Transistor als der Transistor 1209 verwendet wird, ein in dem Kondensator 1208 gehaltenes Signal auch in einem Zeitraum, während dessen die Stromversorgungsspannung nicht dem Speicherelement 1200 zugeführt wird, lange Zeit gehalten. Das Speicherelement 1200 kann demzufolge den gespeicherten Inhalt (Daten) auch in einem Zeitraum halten, während dessen die Zuführung der Stromversorgungsspannung unterbrochen ist.
  • Da das vorstehend beschriebene Speicherelement einen Vorladevorgang mit dem Schalter 1203 und dem Schalter 1204 ausführt, kann die Zeit verkürzt werden, die für die Schaltung 1201 erforderlich ist, um ursprüngliche Daten wieder zu halten, nachdem die Zuführung der Stromversorgungsspannung wieder aufgenommen worden ist.
  • Bei der Schaltung 1202 wird ein Signal, das von dem Kondensator 1208 gehalten wird, in das Gate des Transistors 1210 eingegeben. Deshalb wird, nachdem die Zuführung der Stromversorgungsspannung zu dem Speicherelement 1200 wieder aufgenommen worden ist, der Transistor 1210 in Abhängigkeit von dem Signal, das von dem Kondensator 1208 gehaltenen wird, ein- oder ausgeschaltet, und ein diesem Zustand entsprechendes Signal kann aus der Schaltung 1202 gelesen werden. Ein ursprüngliches Signal kann folglich selbst dann genau gelesen werden, wenn ein Potential, das dem von dem Kondensator 1208 gehaltenen Signal entspricht, in einem gewissen Maße variiert.
  • Indem das vorstehend beschriebene Speicherelement 1200 bei einer Speichervorrichtung, wie z. B. einem Register oder einem Cache-Speicher, das/der in einem Prozessor enthalten ist, eingesetzt wird, kann verhindert werden, dass Daten der Speichervorrichtung infolge der Unterbrechung der Zuführung der Stromversorgungsspannung verloren gehen. Überdies kann, gleich nachdem die Zuführung der Stromversorgungsspannung wieder aufgenommen worden ist, die Speichervorrichtung in einen Zustand zurückkehren, der gleich demjenigen vor der Unterbrechung der Stromversorgung ist. Deshalb kann die Stromversorgung auch für eine kurze Zeit in dem Prozessor oder einer oder mehreren Logikschaltung/en, die in dem Prozessor enthalten ist/sind, unterbrochen werden, was einen geringeren Stromverbrauch zur Folge hat.
  • Obwohl das Speicherelement 1200 bei einer CPU verwendet wird, kann das Speicherelement 1200 auch bei einer LSI, wie z. B. einem Digitalsignalprozessor (DSP), einer benutzerdefinierten LSI (Custom-LSI) oder einer programmierbaren logischen Vorrichtung (programmable logic device, PLD), und einer Funkfrequenz-(radio frequency, RF)Vorrichtung verwendet werden.
  • <Anzeigevorrichtung>
  • Nachstehend wird eine Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 35A bis 35C sowie 37A und 37B beschrieben.
  • Beispiele für ein Anzeigeelement, das in der Anzeigevorrichtung bereitgestellt ist, umfassen ein Flüssigkristallelement (auch als Flüssigkristallanzeigeelement bezeichnet) und ein Licht emittierendes Element (auch als Licht emittierendes Anzeigeelement bezeichnet). Das Licht emittierende Element umfasst in seiner Kategorie ein Element, dessen Leuchtdichte von einem Strom oder einer Spannung gesteuert wird, und umfasst in seiner Kategorie insbesondere ein anorganisches Elektrolumineszenz-(EL-)Element, ein organisches EL-Element und dergleichen. Eine Anzeigevorrichtung, die ein EL-Element beinhaltet (EL-Anzeigevorrichtung), und eine Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement beinhaltet (Flüssigkristallanzeigevorrichtung), werden nachstehend als Beispiele für die Anzeigevorrichtung beschrieben.
  • Es sei angemerkt, dass die nachstehend beschriebene Anzeigevorrichtung einen Bildschirm, in dem ein Anzeigeelement eingeschlossen ist, und ein Modul, in dem ein IC, wie z. B. ein Regler, an dem Bildschirm montiert ist, in ihrer Kategorie umfasst.
  • Die nachstehend beschriebene Anzeigevorrichtung bezeichnet eine Bildanzeigevorrichtung oder eine Lichtquelle (einschließlich einer Beleuchtungsvorrichtung). Die Anzeigevorrichtung umfasst ein beliebiges der nachfolgenden Module: ein Modul, das mit einem Verbinder versehen ist, wie z. B. einem FPC oder einem TCP; ein Modul, bei dem eine gedruckte Leiterplatte am Ende eines TCP vorgesehen ist; und ein Modul, bei dem ein integrierter Schaltkreis (integrated circuit, IC) direkt an einem Anzeigeelement durch ein COG-Verfahren montiert ist.
  • 35A bis 35C stellen ein Beispiel für eine EL-Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. 35A ist ein Schaltplan eines Pixels einer EL-Anzeigevorrichtung. 35B ist eine Draufsicht, die die ganze EL-Anzeigevorrichtung zeigt.
  • 35A stellt ein Beispiel für einen Schaltplan eines Pixels dar, das bei einer EL-Anzeigevorrichtung verwendet wird.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Fachmann eine Ausführungsform der Erfindung schaffen könnte, selbst wenn Abschnitte, mit denen sämtliche Anschlüsse eines aktiven Elements (z. B. eines Transistors oder einer Diode), eines passiven Elements (z. B. eines Kondensators oder eines Widerstandes) oder dergleichen verbunden sind, nicht spezifiziert sind. Mit anderen Worten kann eine Ausführungsform der Erfindung ersichtlich sein, auch wenn Verbindungsabschnitte nicht spezifiziert sind. Ferner kann es manchmal in dem Fall, in dem ein Verbindungsabschnitt in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist, bestimmt werden, dass eine Ausführungsform der Erfindung, in der kein Verbindungsabschnitt spezifiziert ist, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist. Insbesondere ist es in dem Fall, in dem die Anzahl der Abschnitte, mit denen ein Anschluss verbunden wird, mehr als eins sein könnte, nicht erforderlich, die Abschnitte zu spezifizieren, mit denen der Anschluss verbunden ist. Es könnte daher möglich sein, eine Ausführungsform der Erfindung zu bilden, indem nur Abschnitte spezifiziert werden, mit denen einige Anschlüsse eines aktiven Elements (z. B. eines Transistors oder einer Diode), eines passiven Elements (z. B. eines Kondensators oder eines Widerstandes) oder dergleichen verbunden sind.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Fachmann die Erfindung spezifizieren könnte, wenn mindestens der Verbindungsabschnitt einer Schaltung spezifiziert ist. Alternativ könnte ein Fachmann die Erfindung spezifizieren, wenn mindestens eine Funktion einer Schaltung spezifiziert ist. Mit anderen Worten kann dann, wenn eine Funktion einer Schaltung spezifiziert ist, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersichtlich sein. Ferner kann bestimmt werden, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, deren Funktion spezifiziert ist, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart ist. Daher ist dann, wenn ein Verbindungsabschnitt einer Schaltung spezifiziert ist, die Schaltung als eine Ausführungsform der Erfindung offenbart, auch wenn keine Funktion spezifiziert ist, und eine Ausführungsform der Erfindung kann gebildet werden. Alternativ ist dann, wenn eine Funktion einer Schaltung spezifiziert ist, die Schaltung als eine Ausführungsform der Erfindung offenbart, auch wenn kein Verbindungsabschnitt spezifiziert ist, und eine Ausführungsform der Erfindung kann gebildet werden.
  • Die EL-Anzeigevorrichtung in 35A beinhaltet ein Schaltelement 743, einen Transistor 741, einen Kondensator 742 und ein Licht emittierendes Element 719.
  • Es sei angemerkt, dass 35A und dergleichen jeweils ein Beispiel für eine Schaltungsstruktur darstellen; folglich kann ein weiterer Transistor bereitgestellt werden. Im Gegensatz dazu ist es möglich, jeden Knoten in 35A und dergleichen nicht mit einem weiteren Transistor, einem weiteren Schalter, einem weiteren passiven Element oder dergleichen zu versehen.
  • Ein Gate des Transistors 741 ist elektrisch mit einem Anschluss des Schaltelements 743 und einer Elektrode des Kondensators 742 verbunden. Eine Source des Transistors 741 ist elektrisch mit der anderen Elektrode des Kondensators 742 und einer Elektrode des Licht emittierenden Elements 719 verbunden. Ein Drain des Transistors 741 wird mit einem Leistungsversorgungspotential VDD versorgt. Der andere Anschluss des Schaltelements 743 ist elektrisch mit einer Signalleitung 744 verbunden. Ein konstantes Potential wird der anderen Elektrode des Licht emittierenden Elements 719 zugeführt. Das konstante Potential ist ein Erdpotential GND oder ein Potential, das niedriger ist als das Erdpotential GND.
  • Es ist zu bevorzugen, einen Transistor als das Schaltelement 743 zu verwenden. Wenn der Transistor als Schaltelement verwendet wird, kann die Fläche eines Pixels verringert werden, so dass die EL-Anzeigevorrichtung eine hohe Auflösung aufweisen kann. Als das Schaltelement 743 kann ein Transistor, der durch den gleichen Schritt wie der Transistor 741 ausgebildet wird, verwendet werden, so dass EL-Anzeigevorrichtungen mit hoher Produktivität hergestellt werden können. Es sei angemerkt, dass als der Transistor 741 und/oder das Schaltelement 743 beispielsweise einer der vorstehend beschriebenen Transistoren verwendet werden kann.
  • 35B ist eine Draufsicht auf die EL-Anzeigevorrichtung. Die EL-Anzeigevorrichtung beinhaltet ein Substrat 700, ein Substrat 750, ein Dichtungsmittel 734, eine Treiberschaltung 735, eine Treiberschaltung 736, ein Pixel 737 und eine FPC 732. Das Dichtungsmittel 734 ist zwischen dem Substrat 700 und dem Substrat 750 derart angeordnet, dass es das Pixel 737, die Treiberschaltung 735 und die Treiberschaltung 736 umschließt. Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung 735 und/oder die Treiberschaltung 736 außerhalb des Dichtungsmittels 734 angeordnet sein können/kann.
  • 35C ist eine Querschnittsansicht der EL-Anzeigevorrichtung entlang einem Teil der Strichpunktlinie M-N in 35B.
  • 35C stellt eine Struktur des Transistors 741 dar, der die Folgenden beinhaltet: einen Leiter 704a über dem Substrat 700; einen Isolator 712a über dem Leiter 704a; einen Isolator 712b über dem Isolator 712a; einen Halbleiter 706a und einen Halbleiter 706b, die sich über dem Isolator 712b befinden und den Leiter 704a überlappen; einen Leiter 716a und einen Leiter 716b in Kontakt mit dem Halbleiter 706a und dem Halbleiter 706b; einen Isolator 718a über dem Halbleiter 706b, dem Leiter 716a und dem Leiter 716b; einen Isolator 718b über dem Leiter 718b; einen Isolator 718c über dem Isolator 718b; und einen Leiter 714a, der sich über dem Isolator 718c befindet und den Halbleiter 706b überlappt. Es sei angemerkt, dass die Struktur des Transistors 741 nur ein Beispiel ist; der Transistor 741 kann eine Struktur, die sich von derjenigen in 35C unterscheidet, aufweisen.
  • Somit dient bei dem Transistor 741 in 35C der Leiter 704a als Gate-Elektrode, der Isolator 712a und der Isolator 712b dienen als Gate-Isolator, der Leiter 716a dient als Source-Elektrode, der Leiter 716b dient als Drain-Elektrode, der Isolator 718a, der Isolator 718b und der Isolator 718c dienen als Gate-Isolator, und der Leiter 714a dient als Gate-Elektrode. Es sei angemerkt, dass sich in einigen Fällen elektrische Eigenschaften des Halbleiters 706 verändern, wenn Licht in den Halbleiter 706 eintritt. Um dies zu verhindern, ist es zu bevorzugen, dass einer oder mehrere von dem Leiter 704a, dem Leiter 716a, dem Leiter 716b und dem Leiter 714a eine lichtundurchlässige Eigenschaft aufweisen.
  • Es sei angemerkt, dass die Grenzfläche zwischen dem Isolator 718a und dem Isolator 718b durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Dies bedeutet, dass die Grenze zwischen ihnen in einigen Fällen nicht deutlich ist. Zum Beispiel unterscheiden sich in dem Fall, in dem der Isolator 718a und der Isolator 718b unter Verwendung der gleichen Art von Isolatoren ausgebildet sind, in einigen Fällen der Isolator 718a und der Isolator 718b abhängig von einem Beobachtungsverfahren nicht voneinander.
  • 35C stellt eine Struktur des Kondensators 742 dar, der die Folgenden beinhaltet: einen Leiter 704b über dem Substrat; den Isolator 712a über dem Leiter 704b; den Isolator 712b über dem Isolator 712a; den Leiter 716a, der sich über dem Isolator 712b befindet und den Leiter 704b überlappt; den Isolator 718a über dem Leiter 716a; den Isolator 718b über dem Isolator 718a; den Isolator 718c über dem Isolator 718b; und einen Leiter 714b, der sich über dem Isolator 718c befindet und den Leiter 716a überlappt. Bei dieser Struktur sind ein Teil des Isolators 718a und ein Teil des Isolators 718b in einem Bereich entfernt, in dem der Leiter 716a und der Leiter 714b einander überlappen.
  • Bei dem Kondensator 742 dienen der Leiter 704b und der Leiter 714b jeweils als eine Elektrode, und der Leiter 716a dient als die andere Elektrode.
  • Somit kann der Kondensator 742 unter Verwendung eines Films des Transistors 741 ausgebildet sein. Der Leiter 704a und der Leiter 704b sind vorzugsweise die gleichen Art von Leitern, in welchem Falle der Leiter 704a und der Leiter 704b durch den gleichen Schritt ausgebildet werden können. Darüber hinaus sind der Leiter 714a und der Leiter 714b vorzugsweise die gleichen Art von Leitern, in welchem Falle der Leiter 714a und der Leiter 714b durch den gleichen Schritt ausgebildet werden können.
  • Der Kondensator 742 in 35C weist eine hohe Kapazität pro Fläche auf, die von dem Kondensator eingenommen wird. Folglich weist die EL-Anzeigevorrichtung in 35C eine hohe Anzeigequalität auf. Es sei angemerkt, dass, obwohl der Kondensator 742 in 35C die Struktur aufweist, bei der der Teil des Isolators 718a und der Teil des Isolators 718b entfernt sind, um die Dicke des Bereichs zu verringern, in dem der Leiter 716a und der Leiter 714b einander überlappen, die Struktur des Kondensators einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die Struktur beschränkt ist. Zum Beispiel kann eine Struktur, bei der ein Teil des Isolators 718c entfernt ist, um die Dicke des Bereichs zu verringern, in dem der Leiter 716a und der Leiter 714b einander überlappen, verwendet werden.
  • Der Isolator 402 ist unter dem Transistor 741 und dem Kondensator 742 angeordnet. Der Isolator 720 und der Isolator 408 über dem Isolator 720 sind über dem Transistor 741 und dem Kondensator 742 angeordnet. Der Isolator 428 ist an der Seitenfläche des Transistors 741 und des Kondensators 742 angeordnet. Dabei können der Isolator 720 und der Isolator 408 eine Öffnung, die bis zu dem Leiter 716a reicht, der als Source-Elektrode des Transistors 741 dient, aufweisen. Ein Leiter 781 ist über dem Isolator 408 angeordnet. Der Leiter 781 kann elektrisch mit dem Transistor 741 durch die Öffnung in dem Isolator 720 und dem Isolator 408 verbunden sein.
  • Eine Trennwand 784 mit einer Öffnung, die bis zu dem Leiter 781 reicht, ist über dem Leiter 781 angeordnet. Eine Licht emittierende Schicht 782, die durch die Öffnung in der Trennwand 784 in Kontakt mit dem Leiter 781 ist, ist über der Trennwand 784 angeordnet. Ein Leiter 783 ist über der Licht emittierenden Schicht 782 angeordnet. Ein Bereich, in dem der Leiter 781, die Licht emittierende Schicht 782 und der Leiter 783 einander überlappen, dient als das Licht emittierende Element 719.
  • Der Isolator 402, der Isolator 428 und der Isolator 408 sind Isolatoren, die Sperreigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten: Die in 35A, 35B und 35C gezeigte Halbleitervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der der Transistor 741 von Isolatoren mit Sperreigenschaften umgeben ist und die derjenigen der in 1A gezeigten Vorrichtung ähnlich ist. Insbesondere entspricht der Transistor 741 dem Element 150. Es sei angemerkt, dass die in 35A, 35B und 35C gezeigte Anzeigevorrichtung das Element 150a und das Element 150b wie bei der in 3A und 3B gezeigten Vorrichtung beinhalten kann, wobei der Kondensator 742 und der Transistor 741, die in 35A, 35B und 35C gezeigt sind, dem Element 150a bzw. dem Element 150b entsprechen. Die in 5A gezeigte Vorrichtung kann derart modifiziert sein, dass die Anzeigevorrichtung in 35A, 35B und 35C darüber das Element 150 und das Element 151 beinhaltet, wobei der Transistor 741 und das Licht emittierende Element 719 dem Element 150 bzw. dem Element 151 entsprechen.
  • Es sei angemerkt, dass ein Transistor, ein Kondensator, eine Leitungsschicht und dergleichen derart übereinander angeordnet sein können, dass die EL-Anzeigevorrichtung hochintegriert ist.
  • 36 ist eine Querschnittsansicht, die ein Pixel einer EL-Anzeigevorrichtung darstellt, die über einem Halbleitersubstrat hergestellt ist.
  • Die in 36 gezeigte EL-Anzeigevorrichtung beinhaltet ein Halbleitersubstrat 801, ein Substrat 802, einen Isolator 803, einen Isolator 804, einen Isolator 805, eine Klebeschicht 806, einen Filter 807, einen Filter 808, einen Filter 809, einen Isolator 811, einen Isolator 812, einen Isolator 813, einen Isolator 814, einen Isolator 815, einen Isolator 816, einen Isolator 817, einen Isolator 818, einen Isolator 819, einen Isolator 820, einen Isolator 821, einen Leiter 831, einen Leiter 832, einen Leiter 833, einen Leiter 834, einen Leiter 835, einen Leiter 836, einen Leiter 837, einen Leiter 838, einen Leiter 839, einen Leiter 840, einen Leiter 841, einen Leiter 842, einen Leiter 843, einen Leiter 844, einen Leiter 845, einen Leiter 846, einen Leiter 847, einen Leiter 848, einen Leiter 849, einen Leiter 850, einen Leiter 851, einen Leiter 852, einen Leiter 853, einen Leiter 854, einen Leiter 855, einen Leiter 856, einen Leiter 857, einen Leiter 858, einen Leiter 859, einen Leiter 860, einen Leiter 861, einen Leiter 862, einen Isolator 871, einen Leiter 872, einen Isolator 873, einen Isolator 874, einen Bereich 875, einen Bereich 876, einen Isolator 877, einen Isolator 878, einen Isolator 881, einen Leiter 882, einen Isolator 883, einen Isolator 884, einen Bereich 885, einen Bereich 886, eine Schicht 887, eine Schicht 888 und eine Licht emittierende Schicht 893.
  • Ein Transistor 891 beinhaltet das Halbleitersubstrat 801, den Isolator 871, den Leiter 872, den Isolator 873, den Isolator 874 und den Bereich 875 sowie den Bereich 876. Das Halbleitersubstrat 801 dient als Kanalbildungsbereich. Der Isolator 871 weist eine Funktion als Gate-Isolator auf. Der Leiter 872 weist eine Funktion als Gate-Elektrode auf. Der Isolator 873 weist eine Funktion als Seitenwand-Isolator auf. Der Isolator 874 weist eine Funktion als Seitenwand-Isolator auf. Der Bereich 875 weist eine Funktion als Source-Bereich und/oder Drain-Bereich auf. Der Bereich 876 weist eine Funktion als Source-Bereich und/oder Drain-Bereich auf.
  • Der Leiter 872 weist einen Bereich auf, der mit einem Teil des Halbleitersubstrats 801 überlappt, wobei der Isolator 871 dazwischen angeordnet ist. Der Bereich 875 und der Bereich 876 sind Bereiche, in denen dem Halbleitersubstrat 801 Verunreinigungen zugesetzt sind. In dem Fall, in dem das Halbleitersubstrat 801 ein Siliziumsubstrat ist, können der Bereich 875 und der Bereich 876 jeweils ein Bereich sein, der ein Silizid enthält, wie z. B. Wolframsilizid, Titansilizid, Kobaltsilizid oder Nickelsilizid. Der Bereich 875 und der Bereich 876 können in selbstjustierender Weise unter Verwendung des Leiters 872, des Isolators 873, des Isolators 874 und dergleichen ausgebildet werden, und der Bereich 875 und der Bereich 876 sind dementsprechend in dem Substrat 801 derart angeordnet, dass ein Kanalbildungsbereich zwischen dem Bereich 875 und dem Bereich 876 angeordnet ist.
  • Da der Transistor 891 den Isolator 873 beinhaltet, kann der Bereich 875 von dem Kanalbildungsbereich getrennt sein. Mit dem Isolator 873 kann verhindert werden, dass der Transistor 891 durch ein in dem Bereich 875 erzeugtes elektrisches Feld beschädigt oder verschlechtert wird. Da der Transistor 891 den Isolator 874 beinhaltet, kann der Bereich 876 von dem Kanalbildungsbereich getrennt sein. Mit dem Isolator 874 kann verhindert werden, dass der Transistor 891 durch ein in dem Bereich 876 erzeugtes elektrisches Feld beschädigt oder verschlechtert wird. Es sei angemerkt, dass bei dem Transistor 891 der Abstand zwischen dem Bereich 876 und einem Kanalbildungsbereich größer ist als der Abstand zwischen dem Bereich 875 und einem Kanalbildungsbereich. Diese Struktur ermöglicht sowohl einen hohen Durchlassstrom als auch eine hohe Zuverlässigkeit in dem Fall, in dem beim Betrieb des Transistors 891 eine Potentialdifferenz zwischen dem Bereich 876 und einem Kanalbildungsbereich mit großer Wahrscheinlichkeit größer ist als eine Potentialdifferenz zwischen dem Bereich 875 und einem Kanalbildungsbereich.
  • Ein Transistor 892 beinhaltet den Isolator 881, den Leiter 882, den Isolator 883, den Isolator 884, den Bereich 885 und den Bereich 886. Das Halbleitersubstrat 801 weist eine Funktion als Kanalbildungsbereich auf. Der Isolator 881 weist eine Funktion als Gate-Isolator auf. Der Leiter 882 weist eine Funktion als Gate-Elektrode auf. Der Isolator 883 weist eine Funktion als Seitenwand-Isolator auf. Der Isolator 884 weist eine Funktion als Seitenwand-Isolator auf. Der Bereich 885 weist eine Funktion als Source-Bereich und/oder Drain-Bereich auf. Der Bereich 886 weist eine Funktion als Source-Bereich und/oder Drain-Bereich auf.
  • Der Leiter 882 weist einen Bereich auf, der mit einem Teil des Halbleitersubstrats 801 überlappt, wobei der Isolator 881 dazwischen angeordnet ist. Der Bereich 885 und der Bereich 886 sind Bereiche, in denen dem Halbleitersubstrat 801 Verunreinigungen zugesetzt sind. In dem Fall, in dem das Halbleitersubstrat 801 ein Siliziumsubstrat ist, können der Bereich 885 und der Bereich 886 jeweils ein Bereich sein, der ein Silizid enthält. Der Bereich 885 und der Bereich 886 können in selbstjustierender Weise unter Verwendung des Leiters 882, des Isolators 883, des Isolators 884 und dergleichen ausgebildet werden, und der Bereich 885 und der Bereich 886 sind dementsprechend in dem Substrat 801 derart angeordnet, dass ein Kanalbildungsbereich zwischen dem Bereich 885 und dem Bereich 886 angeordnet ist.
  • Da der Transistor 892 den Isolator 883 beinhaltet, kann der Bereich 885 von dem Kanalbildungsbereich getrennt sein. Mit dem Isolator 883 kann verhindert werden, dass der Transistor 892 durch ein in dem Bereich 885 erzeugtes elektrisches Feld beschädigt oder verschlechtert wird. Da der Transistor 892 den Isolator 884 beinhaltet, kann der Bereich 886 von dem Kanalbildungsbereich getrennt sein. Mit dem Isolator 884 kann verhindert werden, dass der Transistor 892 durch ein in dem Bereich 886 erzeugtes elektrisches Feld beschädigt oder verschlechtert wird. Es sei angemerkt, dass bei dem Transistor 892 der Abstand zwischen dem Bereich 886 und einem Kanalbildungsbereich größer ist als der Abstand zwischen dem Bereich 885 und einem Kanalbildungsbereich. Diese Struktur ermöglicht sowohl einen hohen Durchlassstrom als auch eine hohe Zuverlässigkeit in dem Fall, in dem beim Betrieb des Transistors 892 eine Potentialdifferenz zwischen dem Bereich 886 und einem Kanalbildungsbereich mit großer Wahrscheinlichkeit größer ist als eine Potentialdifferenz zwischen dem Bereich 885 und einem Kanalbildungsbereich.
  • Der Isolator 877 ist angeordnet, um den Transistor 891 und den Transistor 892 zu bedecken, und weist eine Funktion als Schutzfilm für den Transistor 891 und den Transistor 892 auf. Der Isolator 803, der Isolator 804 und der Isolator 805 weisen eine Funktion zum Trennen von Elementen auf. Beispielsweise sind der Transistor 891 und der Transistor 892 voneinander isoliert, wobei der Isolator 803 und der Isolator 804 dazwischen angeordnet sind.
  • Der Leiter 851, der Leiter 852, der Leiter 853, der Leiter 854, der Leiter 855, der Leiter 856, der Leiter 857, der Leiter 858, der Leiter 859, der Leiter 860, der Leiter 861 und der Leiter 862 weisen jeweils eine Funktion zum elektrischen Verbindung von Elementen, einem Element und einer Leitung, sowie Leitungen auf, und diese Leiter können als Leitung oder Stecker bezeichnet werden.
  • Der Leiter 831, der Leiter 832, der Leiter 833, der Leiter 834, der Leiter 835, der Leiter 836, der Leiter 837, der Leiter 838, der Leiter 839, der Leiter 840, der Leiter 841 der Leiter 842, der Leiter 843, der Leiter 844, der Leiter 845, der Leiter 846, der Leiter 847, der Leiter 849 und der Leiter 850 weisen jeweils eine Funktion als Leitung, Elektrode und/oder lichtundurchlässige Schicht auf.
  • Beispielsweise weisen der Leiter 836 und der Leiter 844 jeweils eine Funktion als Elektrode eines Kondensators auf, der den Isolator 817 beinhaltet; der Leiter 838 und der Leiter 845 weisen jeweils eine Funktion als Elektrode eines Kondensators auf, der den Isolator 818 beinhaltet; der Leiter 840 und der Leiter 846 weisen jeweils eine Funktion als Elektrode eines Kondensators auf, der den Isolator 819 beinhaltet; und der Leiter 842 und der Leiter 847 weisen jeweils eine Funktion als Elektrode eines Kondensators auf, der den Isolator 820 beinhaltet. Es sei abgemerkt, dass der Leiter 836 und der Leiter 838 elektrisch miteinander verbunden sein können. Der Leiter 844 und der Leiter 845 können elektrisch miteinander verbunden sein. Der Leiter 840 und der Leiter 842 können elektrisch miteinander verbunden sein. Der Leiter 846 und der Leiter 847 können elektrisch miteinander verbunden sein.
  • Der Isolator 811, der Isolator 812, der Isolator 813, der Isolator 814, der Isolator 815 und der Isolator 816 weisen jeweils eine Funktion als Zwischenschicht-Isolator auf. Die oberen Oberflächen des Isolators 811, des Isolators 812, des Isolators 813, des Isolators 814, des Isolators 815 und des Isolators 816 sind vorzugsweise flach.
  • Der Leiter 831, der Leiter 832, der Leiter 833 und der Leiter 834 sind über dem Isolator 811 bereitgestellt. Der Leiter 851 ist in einer Öffnung in dem Isolator 811 bereitgestellt und verbindet den Leiter 831 elektrisch mit dem Bereich 875. Der Leiter 852 ist in einer Öffnung in dem Isolator 811 bereitgestellt und verbindet den Leiter 833 elektrisch mit dem Bereich 885. Der Leiter 853 ist in einer Öffnung in dem Isolator 811 bereitgestellt und verbindet den Leiter 834 elektrisch mit dem Bereich 886.
  • Der Leiter 835, der Leiter 836, der Leiter 837 und der Leiter 838 sind über dem Isolator 812 bereitgestellt. Der Isolator 817 ist über dem Leiter 836 bereitgestellt. Der Leiter 844 ist über dem Isolator 817 bereitgestellt. Der Isolator 818 ist über dem Leiter 838 bereitgestellt. Der Leiter 845 ist über dem Isolator 818 bereitgestellt. Der Leiter 854 ist in einer Öffnung in dem Isolator 812 bereitgestellt. Der Leiter 854 verbindet elektrisch den Leiter 835 mit dem Leiter 831. Der Leiter 855 ist in einer Öffnung in dem Isolator 812 bereitgestellt. Der Leiter 855 verbindet elektrisch den Leiter 837 mit dem Leiter 833.
  • Der Leiter 839, der Leiter 840, der Leiter 841 und der Leiter 842 sind über dem Isolator 813 bereitgestellt. Der Isolator 819 ist über dem Leiter 840 bereitgestellt. Der Leiter 846 ist über dem Isolator 819 bereitgestellt. Der Isolator 820 ist über dem Leiter 842 bereitgestellt. Der Leiter 847 ist über dem Isolator 820 bereitgestellt. Der Leiter 856 ist in einer Öffnung in dem Isolator 813 bereitgestellt. Der Leiter 856 verbindet elektrisch den Leiter 839 mit dem Leiter 835. Der Leiter 857 ist in einer Öffnung in dem Isolator 813 bereitgestellt. Der Leiter 857 verbindet elektrisch den Leiter 840 mit dem Leiter 844. Der Leiter 858 ist in einer Öffnung in dem Isolator 813 bereitgestellt. Der Leiter 858 verbindet elektrisch den Leiter 841 mit dem Leiter 837. Der Leiter 859 ist in einer Öffnung in dem Isolator 813 bereitgestellt. Der Leiter 859 verbindet elektrisch den Leiter 842 mit dem Leiter 845.
  • Der Leiter 843 ist über dem Isolator 814 bereitgestellt. Der Leiter 860 ist in einer Öffnung in dem Isolator 814 bereitgestellt. Der Leiter 860 verbindet elektrisch den Leiter 843 mit dem Leiter 846. Der Leiter 860 verbindet elektrisch den Leiter 843 mit dem Leiter 847.
  • Der Leiter 848 ist über dem Isolator 815 bereitgestellt und kann sich in einem potentialfreien Zustand befinden. Es sei angemerkt, dass der Leiter 848 nicht auf einen Leiter beschränkt ist, solange er eine Funktion als lichtundurchlässige Schicht aufweist: beispielsweise kann der Leiter 848 ein Isolator oder ein Halbleiter mit einer lichtundurchlässigen Eigenschaft sein.
  • Der Leiter 849 ist über dem Isolator 816 bereitgestellt. Der Isolator 821 ist über dem Isolator 816 und dem Leiter 849 bereitgestellt. Der Isolator 821 weist eine Öffnung auf, bei der der Leiter 849 freiliegt. Die Licht emittierende Schicht 893 ist über dem Leiter 849 und dem Isolator 821 bereitgestellt. Der Leiter 850 ist über der Licht emittierenden Schicht 893 bereitgestellt.
  • Die Licht emittierende Schicht 893 emittiert durch eine Potentialdifferenz zwischen dem Leiter 849 und dem Leiter 850 Licht; daher bilden der Leiter 849, der Leiter 850 und die Licht emittierende Schicht 893 ein Licht emittierendes Element. Es sei angemerkt, dass der Isolator 821 eine Funktion als Trennwand aufweist.
  • Der Isolator 878 ist über dem Leiter 850 bereitgestellt. Der Isolator 878 bedeckt das Licht emittierende Element und weist eine Funktion als Schutzisolator auf. Der Isolator 878 kann beispielsweise Sperreigenschaften aufweisen oder eine Struktur bilden, bei der das Licht emittierende Element von Isolatoren mit Sperreigenschaften umschlossen ist.
  • Eine Substanz mit Lichtdurchlässigkeit kann für das Substrat 802 verwendet werden. Beispielsweise kann bezüglich des Substrats 802 auf das Substrat 750 Bezug genommen werden. Die Schicht 887 und die Schicht 888 sind auf dem Substrat 802 bereitgestellt. Die Schicht 887 und die Schicht 888 weisen eine Funktion als lichtundurchlässige Schicht auf. Ein Harz, ein Metall oder dergleichen kann für die lichtundurchlässige Schicht verwendet werden. Die Schicht 887 und die Schicht 888 können den Kontrast verbessern und den Farbverlauf bei der EL-Anzeigevorrichtung verringern.
  • Der Filter 807, der Filter 808 und der Filter 809 weisen jeweils eine Funktion als Farbfilter auf. Bezüglich des Filters 807, des Filters 808 und des Filters 809 kann beispielsweise auf den Filter 254 Bezug genommen werden. Der Filter 808 weist einen Bereich auf, der mit der Schicht 888, dem Substrat 802 und der Schicht 887 überlappt. Der Filter 807 weist einen Bereich auf, der mit dem Filter 808 und der Schicht 888 überlappt. Der Filter 809 weist einen Bereich auf, der mit dem Filter 808 und der Schicht 887 überlappt. Der Filter 807, der Filter 808 und der Filter 809 können unterschiedliche Dicken aufweisen, in welchem Falle Licht effizienter von dem Licht emittierenden Element extrahiert werden könnte.
  • Eine Klebeschicht 806 ist zwischen dem Isolator 878 und dem Filter 807, dem Filter 808 sowie dem Filter 809 bereitgestellt.
  • Da die EL-Anzeigevorrichtung in 36 eine mehrschichtige Struktur aus dem Transistor, dem Kondensator, der Leitungsschicht und dergleichen aufweist, kann die Pixelfläche verringert werden. Eine hochintegrierte EL-Anzeigevorrichtung kann bereitgestellt werden.
  • Bisher sind Beispiele für die EL-Anzeigevorrichtung beschrieben worden. Als Nächstes wird ein Beispiel für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben.
  • 37A ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel eines Pixels einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung darstellt. Ein Pixel, das in 37A und 37B gezeigt ist, beinhaltet einen Transistor 751, einen Kondensator 752 und ein Element (Flüssigkristallelement) 753, in dem ein Raum zwischen einem Paar von Elektroden mit einem Flüssigkristall gefüllt ist.
  • Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 751 ist elektrisch mit einer Signalleitung 755 verbunden, und ein Gate des Transistors 751 ist elektrisch mit einer Abtastleitung 754 verbunden.
  • Eine Elektrode des Kondensators 752 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 751 verbunden, und die andere Elektrode des Kondensators 752 ist elektrisch mit einer Leitung zur Zufuhr eines gemeinsamen Potentials verbunden.
  • Eine Elektrode des Flüssigkristallelements 753 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 751 verbunden, und die andere Elektrode des Flüssigkristallelements 753 ist elektrisch mit einer Leitung, der ein gemeinsames Potential zugeführt wird, verbunden. Das gemeinsame Potential, das der Leitung, die elektrisch mit der anderen Elektrode des Kondensators 752 verbunden ist, zugeführt wird, kann sich von demjenigen, das der anderen Elektrode des Flüssigkristallelements 753 zugeführt wird, unterscheiden.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung in der Annahme, dass die Draufsicht auf die Flüssigkristallanzeigevorrichtung derjenigen der EL-Anzeigevorrichtung ähnlich ist, gegeben wird. 37B ist eine Querschnittsansicht der Flüssigkristallanzeigevorrichtung entlang der Strichpunktlinie M-N in 35B. In 37B ist die FPC 732 über den Anschluss 731 mit der Leitung 733a verbunden. Es sei angemerkt, dass die Leitung 733a unter Verwendung der gleichen Art von Leiter wie der Leiter des Transistors 751 oder unter Verwendung der gleichen Art von Halbleiter wie der Halbleiter des Transistors 751 ausgebildet werden kann.
  • Bezüglich des Transistors 751 wird auf die Beschreibung des Transistors 741 Bezug genommen. Bezüglich des Kondensators 752 wird auf die Beschreibung des Kondensators 742 Bezug genommen. Es sei angemerkt, dass die Struktur des Kondensators 752 in 37B der Struktur des Kondensators 742 in 35C entspricht, obwohl sie nicht darauf beschränkt ist.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter als Halbleiter des Transistors 751 verwendet wird, der Sperrstrom des Transistors 751 sehr gering sein kann. Deshalb ist es unwahrscheinlich, dass eine elektrische Ladung, die in dem Kondensator 752 gehalten wird, austritt, so dass die Spannung, die an das Flüssigkristallelement 753 angelegt wird, lange Zeit gehalten werden kann. Folglich kann während eines Zeitraums, in dem bewegte Bilder mit wenigen Bewegungen oder ein Standbild angezeigt werden/wird, der Transistor 751 ausgeschaltet gehalten werden, wodurch der Strom zum Ansteuern des Transistors 751 in diesem Zeitraum gespart werden kann; infolgedessen kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit geringem Stromverbrauch bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die Fläche, die von dem Kondensator 752 eingenommen wird, verringert werden; daher kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit hohem Öffnungsverhältnis oder eine hochauflösende Flüssigkristallanzeigevorrichtung bereitgestellt werden.
  • Ein Isolator 721 ist über dem Transistor 751 und dem Kondensator 752 angeordnet. Der Isolator 721 weist eine Öffnung auf, die bis zu dem Transistor 751 reicht. Ein Leiter 791 ist über dem Isolator 721 angeordnet. Der Leiter 791 ist elektrisch mit dem Transistor 751 durch die Öffnung in dem Isolator 721 verbunden.
  • Der Isolator 402, der Isolator 428 und der Isolator 408 sind Isolatoren, die Sperreigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten: Die in 37A und 37B gezeigte Halbleitervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der der Transistor 741 von Isolatoren mit Sperreigenschaften umgeben ist und die derjenigen der in 1A gezeigten Vorrichtung ähnlich ist. Insbesondere entspricht der Transistor 751 dem Element 150. Es sei angemerkt, dass die in 37A und 37B gezeigte Anzeigevorrichtung das Element 150a und das Element 150b wie bei der in 3A und 3B gezeigten Vorrichtung beinhalten kann, wobei der Kondensator 752 und der Transistor 751, die in 37A und 37B gezeigt sind, dem Element 150a bzw. dem Element 150b entsprechen. Die in 5A gezeigte Vorrichtung kann derart modifiziert sein, dass die in 37A und 37B gezeigte Anzeigevorrichtung darüber das Element 150 und das Element 151 beinhaltet, wobei der Transistor 751 und das Flüssigkristallelement 753 dem Element 150 bzw. dem Element 151 entsprechen.
  • Ein Isolator 792, der als Ausrichtungsfilm dient, ist über dem Leiter 791 angeordnet. Eine Flüssigkristallschicht 793 ist über dem Isolator 792 angeordnet. Ein Isolator 794, der als Ausrichtungsfilm dient, ist über der Flüssigkristallschicht 793 angeordnet. Ein Abstandshalter 795 ist über dem Isolator 794 angeordnet. Ein Leiter 796 ist über dem Abstandshalter 795 und dem Isolator 794 angeordnet. Ein Substrat 797 ist über dem Leiter 796 angeordnet.
  • Dank der vorstehend beschriebenen Struktur kann eine Anzeigevorrichtung, die einen eine kleine Fläche einnehmenden Kondensator beinhaltet, eine Anzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität oder eine hochauflösende Anzeigevorrichtung bereitgestellt werden.
  • Beispielsweise können in dieser Beschreibung und dergleichen ein Anzeigeelement, eine Anzeigevorrichtung, die eine ein Anzeigeelement beinhaltende Vorrichtung ist, ein Licht emittierendes Element und eine Licht emittierende Vorrichtung, die eine ein Licht emittierendes Element beinhaltende Vorrichtung ist, verschiedene Modi verwenden oder verschiedene Elemente beinhalten. Beispielsweise umfasst das Anzeigeelement, die Anzeigevorrichtung, das Licht emittierende Element oder die Licht emittierende Vorrichtung mindestens eines von einem Elektrolumineszenz-(EL-)Element (z. B. einem EL-Element, das organische und anorganische Materialien enthält, einem organischen EL-Element oder einem anorganischen EL-Element), einer Licht emittierenden Diode (LED) für Weiß, Rot, Grün, Blau oder dergleichen, einem Transistor (einem Transistor, der in Abhängigkeit von Strom Licht emittiert), einem Elektronen-Emitter, einem Flüssigkristallelement, elektronischer Tinte, einem elektrophoretischen Element, einem Grating Light Valve (GLV), einem Plasmabildschirm (plasma display panel, PDP), einem Anzeigeelement mittels eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD), einem Digital Micro Shutter (DMS), einem Element für einen Bildschirm mit interferometrisch arbeitendem Modulator (interferometic modulator display, IMOD), einem MEMS-Shutter-Anzeigeelement, einem MEMS-Anzeigeelement vom optischen Interferenztyp, einem Elektrobenetzungselement, einer piezoelektrischen Keramikanzeige und einem Anzeigeelement, das eine Kohlenstoffnanoröhre enthält. Abgesehen von den obigen Elementen können Anzeigemedien enthalten sein, deren Kontrast, Leuchtdichte, Reflexionsgrad, Durchlässigkeit oder dergleichen durch einen elektrischen oder magnetischen Effekt verändert wird.
  • Es sei angemerkt, dass Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die EL-Elemente beinhalten, eine EL-Anzeige umfassen. Beispiele für eine Anzeigevorrichtung, die einen Elektronen-Emitter beinhaltet, umfassen einen Feldemissionsbildschirm (field emission display, FED), einen SED-Typ-Flachbildschirm (SED: surface-conduction electron-emitter display bzw. oberflächenleitender Elektronen-Emitter-Bildschirm) und dergleichen. Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Flüssigkristallelemente beinhalten, umfassen eine Flüssigkristallanzeige (eine durchlässige Flüssigkristallanzeige, eine halbdurchlässige Flüssigkristallanzeige, eine reflektierende Flüssigkristallanzeige, eine Direktansicht-Flüssigkristallanzeige oder eine Projektionsflüssigkristallanzeige). Beispiele für eine Anzeigevorrichtung, die elektronische Tinte oder ein elektrophoretisches Element beinhaltet, umfassen elektronisches Papier. Im Falle einer halbdurchlässigen Flüssigkristallanzeige oder einer reflektierenden Flüssigkristallanzeige dienen einige oder sämtliche Pixel-Elektroden als reflektierende Elektroden. Beispielsweise sind einige oder alle Pixel-Elektroden derart ausgebildet, dass sie Aluminium, Silber oder dergleichen enthalten. In einem solchen Fall kann eine Speicherschaltung, wie z. B. ein SRAM, unter den reflektierenden Elektroden angeordnet sein. Daher kann der Stromverbrauch weiter verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass im Falle der Verwendung einer LED Graphen oder Graphit unter einer Elektrode oder einem Nitridhalbleiter der LED bereitgestellt werden kann. Graphen oder Graphit kann ein mehrschichtiger Film sein, bei dem eine Vielzahl von Schichten übereinander angeordnet ist. Wie vorstehend beschrieben, kann durch Bereitstellen von Graphen oder Graphit ein Nitridhalbleiter, wie z. B. ein Kristalle aufweisender GaN-Halbleiter vom n-Typ, darüber leicht ausgebildet werden. Des Weiteren kann darüber ein Kristalle aufweisender GaN-Halbleiter vom p-Typ oder dergleichen bereitgestellt werden; auf diese Weise kann die LED ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass eine AlN-Schicht zwischen dem Kristalle aufweisenden GaN-Halbleiter vom n-Typ und Graphen oder Graphit bereitgestellt werden kann. Die GaN-Halbleiter, die in der LED enthalten sind, können durch MOCVD ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die GaN-Halbleiter, die in der LED enthalten sind, auch durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden können, wenn das Graphen bereitgestellt ist.
  • <Elektronisches Gerät>
  • Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für Anzeigevorrichtungen, Personal-Computer oder Bildwiedergabevorrichtungen verwendet werden, die mit Aufzeichnungsmedien versehen sind (typischerweise Vorrichtungen, die den Inhalt von Aufzeichnungsmedien, wie z. B. Digital Versatile Discs (DVDs), wiedergeben und Bildschirme zum Anzeigen der wiedergegebenen Bilder aufweisen). Weitere Beispiele für elektronische Geräte, die mit der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet werden können, sind Mobiltelefone, Spielmaschinen einschließlich tragbarer Spielkonsolen, tragbare Datenendgeräte, E-Book-Lesegeräte, Kameras, wie z. B. Videokameras und digitale Fotokameras, Videobrillen (am Kopf befestigte Bildschirme), Navigationssysteme, Audio-Wiedergabevorrichtungen (z. B. Auto-Audiosysteme und digitale Audio-Player), Kopierer, Telefaxgeräte, Drucker, Multifunktionsdrucker, Geldautomaten (GA) und Warenautomaten. 38A bis 38F stellen konkrete Beispiele für diese elektronischen Geräte dar.
  • 38A stellt eine tragbare Spielkonsole dar, die ein Gehäuse 901, ein Gehäuse 902, einen Anzeigeabschnitt 903, einen Anzeigeabschnitt 904, ein Mikrofon 905, einen Lautsprecher 906, eine Bedientaste 907, einen Stift 908 und dergleichen beinhaltet. Die tragbare Spielkonsole in 38A beinhaltet die zwei Anzeigeabschnitte 903 und 904; jedoch ist die Anzahl der in einer tragbaren Spielekonsole enthaltenen Anzeigeabschnitte nicht darauf beschränkt.
  • 38B stellt ein tragbares Datenendgerät dar, das ein erstes Gehäuse 911, ein zweites Gehäuse 912, einen ersten Anzeigeabschnitt 913, einen zweiten Anzeigeabschnitt 914, ein Gelenk 915, eine Bedientaste 916 und dergleichen beinhaltet. Der erste Anzeigeabschnitt 913 ist in dem ersten Gehäuse 911 bereitgestellt, und der zweite Anzeigeabschnitt 914 ist in dem zweiten Gehäuse 912 bereitgestellt. Das erste Gehäuse 911 und das zweite Gehäuse 912 sind durch das Gelenk 915 miteinander verbunden, und der Winkel zwischen dem ersten Gehäuse 911 und dem zweiten Gehäuse 912 kann mit dem Gelenk 915 verändert werden. Ein Bild auf dem ersten Anzeigeabschnitt 913 kann entsprechend dem Winkel an dem Gelenk 915 zwischen dem ersten Gehäuse 911 und dem zweiten Gehäuse 912 umgeschaltet werden. Eine Anzeigevorrichtung mit einer Positionseingabefunktion kann als der erste Anzeigeabschnitt 913 und/oder der zweite Anzeigeabschnitt 914 verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Positionseingabefunktion hinzugefügt werden kann, indem ein Touchscreen in einer Anzeigevorrichtung bereitgestellt wird. Alternativ kann die Positionseingabefunktion hinzugefügt werden, indem ein „Photosensor” genanntes photoelektrisches Umwandlungselement in einem Pixelabschnitt einer Anzeigevorrichtung bereitgestellt wird.
  • 38C stellt einen Laptop-Computer dar, der ein Gehäuse 921, einen Anzeigeabschnitt 922, eine Tastatur 923, ein Zeigegerät 924 und dergleichen beinhaltet.
  • 38D stellt einen elektrischen Gefrier-Kühlschrank dar, der ein Gehäuse 931, eine Tür für einen Kühlschrank 932, eine Tür für einen Gefrierschrank 933 und dergleichen beinhaltet.
  • 38E stellt eine Videokamera dar, die ein erstes Gehäuse 941, ein zweites Gehäuse 942, einen Anzeigeabschnitt 943, Bedientasten 944, eine Linse 945, ein Gelenk 946 und dergleichen beinhaltet. Die Bedientasten 944 und die Linse 945 sind für das erste Gehäuse 941 bereitgestellt, und der Anzeigeabschnitt 943 ist für das zweite Gehäuse 942 bereitgestellt. Das erste Gehäuse 941 und das zweite Gehäuse 942 sind durch das Gelenk 946 miteinander verbunden, und der Winkel zwischen dem ersten Gehäuse 941 und dem zweiten Gehäuse 942 kann mit dem Gelenk 946 verändert werden. Bilder, die auf dem Anzeigeabschnitt 943 angezeigt werden, können entsprechend dem Winkel an dem Gelenk 946 zwischen dem ersten Gehäuse 941 und dem zweiten Gehäuse 942 umgeschaltet werden.
  • 38F stellt ein Auto dar, das eine Karosserie 951, Räder 952, ein Armaturenbrett 953, Scheinwerfer 954 und dergleichen beinhaltet.
  • Erläuterung der Bezugszeichen
    • 100: Substrat, 102: Isolator, 108: Isolator, 118: Isolator, 121: Leiter, 121a: Leiter, 121b: Leiter, 121c: Leiter, 121d: Leiter, 122: Leiter, 122a: Leiter, 122b: Leiter, 122c: Leiter, 122d: Leiter, 123: Leiter, 123a: Leiter, 123b: Leiter, 123c: Leiter, 123d: Leiter, 126: Opferschicht, 128: Isolator, 128a: Metalloxidschicht, 128b: Metalloxidschicht, 128c: Metalloxidschicht, 150: Element, 150a: Element, 150b: Element, 150c: Element, 150d: Element, 151: Element, 190: Vorläuferschicht, 200: Abbildungsvorrichtung, 201: Schalter, 202: Schalter, 203: Schalter, 210: Pixelabschnitt, 211: Pixel, 212: Subpixel, 212B: Subpixel, 212G: Subpixel, 212R: Subpixel, 218: Isolator, 220: photoelektrisches Umwandlungselement, 221: Leiter, 230: Pixelschaltung, 231: Leitung, 247: Leitung, 248: Leitung, 249: Leitung, 250: Leitung, 253: Leitung, 254: Filter, 254B: Filter, 254G: Filter, 254R: Filter, 255: Linse, 256: Licht, 257: Leitung, 260: Peripherieschaltung, 270: Peripherieschaltung, 280: Peripherieschaltung, 290: Peripherieschaltung, 291: Lichtquelle, 300: Siliziumsubstrat, 310: Schicht, 320: Schicht, 330: Schicht, 340: Schicht, 351: Transistor, 352: Transistor, 353: Transistor, 354: Filter, 355: Linse, 360: Photodiode, 361: Anode, 362: Kathode, 363: niederohmiger Bereich, 370: Stecker, 371: Leitung, 372: Leitung, 373: Leitung, 400: Isolator, 401: Isolator, 402: Isolator, 404: Leiter, 406a: Halbleiter, 406b: Halbleiter, 406c: Halbleiter, 408: Isolator, 412: Isolator, 413: Leiter, 416a: Leiter, 416b: Leiter, 422: Isolator, 428: Isolator, 450: Halbleitersubstrat, 452: Isolator, 454: Leiter, 456: Bereich, 460: Bereich, 462: Isolator, 464: Isolator, 466: Isolator, 468: Isolator, 472a: Bereich, 472b: Bereich, 474a: Leiter, 474b: Leiter, 474c: Leiter, 476a: Leiter, 476b: Leiter, 478a: Leiter, 478b: Leiter, 478c: Leiter, 480a: Leiter, 480b: Leiter, 480c: Leiter, 490: Isolator, 492: Isolator, 494: Isolator, 496a: Leiter, 496b: Leiter, 496c: Leiter, 496d: Leiter, 498a: Leiter, 498b: Leiter, 498c: Leiter, 498d: Leiter, 500: Isolator, 502: Isolator, 503: Isolator, 504: Leiter, 506a: Halbleiter, 506b: Halbleiter, 506c: Halbleiter, 512: Isolator, 513; Leiter, 514: Leiter, 516a: Leiter, 516b: Leiter, 700: Substrat, 704a: Leiter, 704b: Leiter, 706: Halbleiter, 706a: Halbleiter, 706b: Halbleiter, 712a: Isolator, 712b: Isolator, 714a: Leiter, 714b: Leiter, 716a: Leiter, 716b: Leiter, 718a: Isolator, 718b: Isolator, 718c: Isolator, 719: Licht emittierendes Element, 720: Isolator, 721: Isolator, 731: Anschluss, 732: FPC, 733a: Leitung, 734: Dichtungsmittel, 735: Treiberschaltung, 736: Treiberschaltung, 737: Pixel, 741: Transistor, 742: Kondensator, 743: Schaltelement, 744: Signalleitung, 750: Substrat, 751: Transistor, 752: Kondensator, 753: Flüssigkristallelement, 754: Abtastleitung, 755: Signalleitung, 781: Leiter, 782: Licht emittierende Schicht, 783: Leiter, 784: Trennwand, 791: Leiter, 792: Isolator, 793: Flüssigkristallschicht, 794: Isolator, 795: Abstandshalter, 796: Leiter, 797: Substrat, 801: Halbleitersubstrat, 802: Substrat, 803: Isolator, 804: Isolator, 805: Isolator, 806: Klebeschicht, 807: Filter, 808: Filter, 809: Filter, 811: Isolator, 812: Isolator, 813: Isolator, 814: Isolator, 815: Isolator, 816: Isolator, 817: Isolator, 818: Isolator, 819: Isolator, 820: Isolator, 821: Isolator, 831: Isolator, 832: Leiter, 833: Leiter, 834: Leiter, 835: Leiter, 836: Leiter, 837: Leiter, 838: Leiter, 839: Leiter, 840: Leiter, 841: Leiter, 842: Leiter, 843: Leiter, 844: Leiter, 845: Leiter, 846: Leiter, 847: Leiter, 848: Leiter, 849: Leiter, 850: Leiter, 851: Leiter, 852: Leiter, 853: Leiter, 854: Leiter, 855: Leiter, 856: Leiter, 857: Leiter, 858: Leiter, 859: Leiter, 860: Leiter, 861: Leiter, 862: Leiter, 871: Isolator, 872: Leiter, 873: Isolator, 874: Isolator, 875: Bereich, 876: Bereich, 877: Isolator, 878: Isolator, 881: Isolator, 882: Leiter, 883: Isolator, 884: Isolator, 885: Bereich, 886: Bereich, 887: Schicht, 888: Schicht, 891: Transistor, 892: Transistor, 893: Licht emittierende Schicht, 901: Gehäuse, 902: Gehäuse, 903: Anzeigeabschnitt, 904: Anzeigeabschnitt, 905: Mikrofon, 906: Lautsprecher, 907: Bedientaste, 908: Stift, 911: Gehäuse, 912: Gehäuse, 913: Anzeigeabschnitt, 914: Anzeigeabschnitt, 915: Gelenk, 916: Bedientaste, 921: Gehäuse, 922: Anzeigeabschnitt, 923: Tastatur, 924: Zeigegerät, 931: Gehäuse, 932: Tür für einen Kühlschrank, 933: Tür für einen Gefrierschrank, 941: Gehäuse, 942: Gehäuse, 943: Anzeigeabschnitt, 944: Bedientaste, 945: Linse, 946: Gelenk, 951: Karosserie, 952: Räder, 953: Armaturenbrett, 954: Scheinwerfer, 1189: ROM-Schnittstelle, 1190: Substrat, 1191: ALU, 1192: ALU-Steuerung, 1193: Befehlsdecoder, 1194: Interrupt-Steuerung, 1195: Zeitsteuerung, 1196: Register, 1197: Registersteuerung, 1198: Busschnittstelle, 1199: ROM, 1200: Speicherelement, 1201: Schaltung, 1202: Schaltung, 1203: Schalter, 1204: Schalter, 1206: Logikelement, 1207: Kondensator, 1208: Kondensator, 1209: Transistor, 1210: Transistor, 1213: Transistor, 1214: Transistor, 1220: Schaltung, 2100: Transistor, 2200: Transistor, 2330: Schicht, 2340: Schicht, 3001: Leitung, 3002: Leitung, 3003: Leitung, 3004: Leitung, 3005: Leitung, 3200: Transistor, 3300: Transistor, 3400: Kondensator, 5100: Pellet, 5120: Substrat, 5161: Bereich, 5200: Pellet, 5201: Ion, 5203: Teilchen, 5220: Substrat, 5230: Target, 5240: Plasma, 5260: Erwärmungsmechanismus.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2014-242064 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 28. November 2014, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen ersten Isolator; einen Transistor über dem ersten Isolator; einen zweiten Isolator über dem Transistor; und einen dritten Isolator über dem zweiten Isolator, wobei der zweite Isolator eine Öffnung umfasst, die bis zu dem ersten Isolator reicht, wobei die Öffnung mit einem vierten Isolator gefüllt ist, und wobei der erste Isolator, der dritte Isolator und der vierte Isolator jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit aufweisen als der zweite Isolator.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Transistor eine obere Oberfläche, eine Bodenfläche und vier Seiten aufweist, und wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass sie die vier Seiten des Transistors umgibt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Kanalbildungsbereich des Transistors einen Oxidhalbleiter umfasst.
  4. Modul, das umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1; und eine gedruckte Leiterplatte.
  5. Elektronisches Gerät, das umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder das Modul nach Anspruch 4; und einen Lautsprecher, eine Bedienungstaste oder/und eine Batterie.
  6. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen ersten Isolator; einen Transistor über dem ersten Isolator; einen zweiten Isolator über dem Transistor; und einen dritten Isolator über dem zweiten Isolator, wobei der zweite Isolator eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung aufweist, die bis zu dem ersten Isolator bzw. bis zu dem Transistor reichen, wobei die erste Öffnung mit einem vierten Isolator gefüllt ist, wobei die zweite Öffnung mit einem Leiter gefüllt ist, und wobei der erste Isolator, der dritte Isolator, der vierte Isolator und der Leiter jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit aufweisen als der zweite Isolator.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Transistor eine obere Oberfläche, eine Bodenfläche und vier Seiten aufweist, und wobei die erste Öffnung so angeordnet ist, dass sie die vier Seiten des Transistors umgibt.
  8. Halbleiter nach Anspruch 6, wobei der Leiter einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfasst, und wobei der erste Bereich eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit aufweist als der zweite Bereich.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich zwischen dem zweiten Bereich und jeweils dem zweiten Isolator und dem dritten Isolator angeordnet ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich einen Bereich umfasst, der in Kontakt mit dem Transistor ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich einen Bereich umfasst, der in Kontakt mit Seitenflächen der zweiten Öffnung ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich einen Bereich umfasst, in dem eine Stickstoffkonzentration höher ist als eine Stickstoffkonzentration in dem zweiten Bereich.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste Bereich ein Wasserstoff absorbierendes Metall umfasst.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Kanalbildungsbereich des Transistors einen Oxidhalbleiter umfasst.
  15. Modul, das umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6; und eine gedruckte Leiterplatte.
  16. Elektronisches Gerät, das umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder das Modul nach Anspruch 15; und einen Lautsprecher, eine Bedienungstaste oder/und eine Batterie.
  17. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen ersten Transistor; einen ersten Isolator über dem ersten Transistor; einen zweiten Isolator über dem ersten Isolator; einen zweiten Transistor über dem zweiten Isolator; einen dritten Isolator über dem zweiten Transistor; und einen vierten Isolator über dem dritten Isolator, wobei der dritte Isolator eine Öffnung umfasst, die bis zu dem zweiten Isolator reicht, wobei die Öffnung mit einem fünften Isolator gefüllt ist, und wobei der zweite Isolator, der vierte Isolator und der fünfte Isolator jeweils eine niedrigere Wasserstoffdurchlässigkeit aufweisen als der dritte Isolator.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der zweite Transistor eine obere Oberfläche, eine Bodenfläche und vier Seiten aufweist, und wobei die Öffnung so angeordnet ist, dass sie die vier Seiten des zweiten Transistors umgibt.
  19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei ein Kanalbildungsbereich des zweiten Transistors einen Oxidhalbleiter umfasst.
  20. Modul, das umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17; und eine gedruckte Leiterplatte.
  21. Elektronisches Gerät, das umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17 oder das Modul nach Anspruch 20; und einen Lautsprecher, eine Bedienungstaste oder/und eine Batterie.
DE112015005339.5T 2014-11-28 2015-11-19 Halbleitervorrichtung, Modul und elektronisches Gerät Pending DE112015005339T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-242064 2014-11-28
JP2014242064 2014-11-28
PCT/IB2015/058947 WO2016083952A1 (en) 2014-11-28 2015-11-19 Semiconductor device, module, and electronic device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112015005339T5 true DE112015005339T5 (de) 2017-08-17

Family

ID=56073700

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112015005339.5T Pending DE112015005339T5 (de) 2014-11-28 2015-11-19 Halbleitervorrichtung, Modul und elektronisches Gerät

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9698276B2 (de)
JP (2) JP6671154B2 (de)
KR (3) KR20210039507A (de)
DE (1) DE112015005339T5 (de)
TW (1) TWI669819B (de)
WO (1) WO2016083952A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6598436B2 (ja) * 2014-08-08 2019-10-30 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、及び光電変換装置の製造方法
TWI682632B (zh) 2014-12-26 2020-01-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置
JP6887307B2 (ja) 2017-05-19 2021-06-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法
JP7163294B2 (ja) 2017-09-05 2022-10-31 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
JP6853770B2 (ja) * 2017-11-30 2021-03-31 株式会社Ｊｏｌｅｄ 半導体装置および表示装置
US10243015B1 (en) * 2018-01-16 2019-03-26 Omnivision Technologies, Inc. Silicon photosensor array integrated circuit on [110]substrate with deep, anisotropically-etched, trench isolation
JP7374918B2 (ja) 2018-10-12 2023-11-07 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
CN109712531B (zh) * 2019-01-04 2021-02-26 Oppo广东移动通信有限公司 电子设备、角度检测方法及存储介质
KR101979265B1 (ko) * 2019-01-28 2019-08-28 이민희 전력 반도체 모듈 패키지 및 이의 제조방법
US20220173249A1 (en) 2019-04-29 2022-06-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US11678587B2 (en) * 2019-10-21 2023-06-13 Cornell University Ferroelectric and multiferroic material structures
US20220375938A1 (en) * 2019-11-08 2022-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and manufacturing method thereof
WO2022043826A1 (ja) * 2020-08-27 2022-03-03 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、表示装置、及び電子機器
CN113078265B (zh) * 2021-03-26 2023-04-07 联合微电子中心有限责任公司 一种cmos图像传感器及其制作方法

Family Cites Families (136)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60198861A (ja) 1984-03-23 1985-10-08 Fujitsu Ltd 薄膜トランジスタ
JPH0244256B2 (ja) 1987-01-28 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho Ingazn2o5deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho
JPS63210023A (ja) 1987-02-24 1988-08-31 Natl Inst For Res In Inorg Mater ＩｎＧａＺｎ↓４Ｏ↓７で示される六方晶系の層状構造を有する化合物およびその製造法
JPH0244258B2 (ja) 1987-02-24 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho Ingazn3o6deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho
JPH0244260B2 (ja) 1987-02-24 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho Ingazn5o8deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho
JPH0244262B2 (ja) 1987-02-27 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho Ingazn6o9deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho
JPH0244263B2 (ja) 1987-04-22 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho Ingazn7o10deshimesarerurotsuhoshokeinosojokozoojusurukagobutsuoyobisonoseizoho
JPH05251705A (ja) 1992-03-04 1993-09-28 Fuji Xerox Co Ltd 薄膜トランジスタ
JP3298974B2 (ja) 1993-03-23 2002-07-08 電子科学株式会社 昇温脱離ガス分析装置
JP3479375B2 (ja) 1995-03-27 2003-12-15 科学技術振興事業団 亜酸化銅等の金属酸化物半導体による薄膜トランジスタとｐｎ接合を形成した金属酸化物半導体装置およびそれらの製造方法
EP0820644B1 (de) 1995-08-03 2005-08-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Halbleiteranordnung mit einem transparenten schaltungselement
JP3625598B2 (ja) 1995-12-30 2005-03-02 三星電子株式会社 液晶表示装置の製造方法
JP4170454B2 (ja) 1998-07-24 2008-10-22 Ｈｏｙａ株式会社 透明導電性酸化物薄膜を有する物品及びその製造方法
JP2000150861A (ja) 1998-11-16 2000-05-30 Tdk Corp 酸化物薄膜
JP3276930B2 (ja) 1998-11-17 2002-04-22 科学技術振興事業団 トランジスタ及び半導体装置
TW460731B (en) 1999-09-03 2001-10-21 Ind Tech Res Inst Electrode structure and production method of wide viewing angle LCD
JP4089858B2 (ja) 2000-09-01 2008-05-28 国立大学法人東北大学 半導体デバイス
KR20020038482A (ko) 2000-11-15 2002-05-23 모리시타 요이찌 박막 트랜지스터 어레이, 그 제조방법 및 그것을 이용한표시패널
JP3997731B2 (ja) 2001-03-19 2007-10-24 富士ゼロックス株式会社 基材上に結晶性半導体薄膜を形成する方法
JP2002289859A (ja) 2001-03-23 2002-10-04 Minolta Co Ltd 薄膜トランジスタ
JP3925839B2 (ja) 2001-09-10 2007-06-06 シャープ株式会社 半導体記憶装置およびその試験方法
JP4090716B2 (ja) 2001-09-10 2008-05-28 雅司 川崎 薄膜トランジスタおよびマトリクス表示装置
EP1443130B1 (de) 2001-11-05 2011-09-28 Japan Science and Technology Agency Homologer einkristalliner dünner film mit natürlichem supergitter, herstellungsverfahren dafür und vorrichtung, bei der der einkristalline dünne film verwendet wird
JP4164562B2 (ja) 2002-09-11 2008-10-15 独立行政法人科学技術振興機構 ホモロガス薄膜を活性層として用いる透明薄膜電界効果型トランジスタ
JP4083486B2 (ja) 2002-02-21 2008-04-30 独立行政法人科学技術振興機構 ＬｎＣｕＯ（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）単結晶薄膜の製造方法
US7049190B2 (en) 2002-03-15 2006-05-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Method for forming ZnO film, method for forming ZnO semiconductor layer, method for fabricating semiconductor device, and semiconductor device
JP3933591B2 (ja) 2002-03-26 2007-06-20 淳二 城戸 有機エレクトロルミネッセント素子
US7339187B2 (en) 2002-05-21 2008-03-04 State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Transistor structures
JP2004022625A (ja) 2002-06-13 2004-01-22 Murata Mfg Co Ltd 半導体デバイス及び該半導体デバイスの製造方法
US7105868B2 (en) 2002-06-24 2006-09-12 Cermet, Inc. High-electron mobility transistor with zinc oxide
US7067843B2 (en) 2002-10-11 2006-06-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Transparent oxide semiconductor thin film transistors
TWI229935B (en) 2002-11-13 2005-03-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and method for fabricating the same
JP4166105B2 (ja) 2003-03-06 2008-10-15 シャープ株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2004273732A (ja) 2003-03-07 2004-09-30 Sharp Corp アクティブマトリクス基板およびその製造方法
JP4108633B2 (ja) 2003-06-20 2008-06-25 シャープ株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに電子デバイス
US7262463B2 (en) 2003-07-25 2007-08-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transistor including a deposited channel region having a doped portion
US7282782B2 (en) 2004-03-12 2007-10-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Combined binary oxide semiconductor device
EP2246894B2 (de) 2004-03-12 2018-10-10 Japan Science and Technology Agency Amorpher Oxid- und Dünnschichttransistor
US7297977B2 (en) 2004-03-12 2007-11-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Semiconductor device
US7145174B2 (en) 2004-03-12 2006-12-05 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Semiconductor device
US7211825B2 (en) 2004-06-14 2007-05-01 Yi-Chi Shih Indium oxide-based thin film transistors and circuits
JP2006100760A (ja) 2004-09-02 2006-04-13 Casio Comput Co Ltd 薄膜トランジスタおよびその製造方法
US7285501B2 (en) 2004-09-17 2007-10-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of forming a solution processed device
US7298084B2 (en) 2004-11-02 2007-11-20 3M Innovative Properties Company Methods and displays utilizing integrated zinc oxide row and column drivers in conjunction with organic light emitting diodes
KR20070085879A (ko) 2004-11-10 2007-08-27 캐논 가부시끼가이샤 발광 장치
US7791072B2 (en) 2004-11-10 2010-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Display
US7453065B2 (en) 2004-11-10 2008-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Sensor and image pickup device
RU2402106C2 (ru) 2004-11-10 2010-10-20 Кэнон Кабусики Кайся Аморфный оксид и полевой транзистор с его использованием
US7868326B2 (en) 2004-11-10 2011-01-11 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor
US7863611B2 (en) 2004-11-10 2011-01-04 Canon Kabushiki Kaisha Integrated circuits utilizing amorphous oxides
US7829444B2 (en) 2004-11-10 2010-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor manufacturing method
US7579224B2 (en) 2005-01-21 2009-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a thin film semiconductor device
TWI412138B (zh) 2005-01-28 2013-10-11 Semiconductor Energy Lab 半導體裝置，電子裝置，和半導體裝置的製造方法
TWI445178B (zh) 2005-01-28 2014-07-11 Semiconductor Energy Lab 半導體裝置，電子裝置，和半導體裝置的製造方法
US7858451B2 (en) 2005-02-03 2010-12-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device, semiconductor device and manufacturing method thereof
US7948171B2 (en) 2005-02-18 2011-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting device
JP5046529B2 (ja) * 2005-02-25 2012-10-10 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US7566633B2 (en) * 2005-02-25 2009-07-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
US20060197092A1 (en) 2005-03-03 2006-09-07 Randy Hoffman System and method for forming conductive material on a substrate
US8681077B2 (en) 2005-03-18 2014-03-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, and display device, driving method and electronic apparatus thereof
WO2006105077A2 (en) 2005-03-28 2006-10-05 Massachusetts Institute Of Technology Low voltage thin film transistor with high-k dielectric material
US7645478B2 (en) 2005-03-31 2010-01-12 3M Innovative Properties Company Methods of making displays
US8300031B2 (en) 2005-04-20 2012-10-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device comprising transistor having gate and drain connected through a current-voltage conversion element
JP2006344849A (ja) 2005-06-10 2006-12-21 Casio Comput Co Ltd 薄膜トランジスタ
US7691666B2 (en) 2005-06-16 2010-04-06 Eastman Kodak Company Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby
US7402506B2 (en) 2005-06-16 2008-07-22 Eastman Kodak Company Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby
US7507618B2 (en) 2005-06-27 2009-03-24 3M Innovative Properties Company Method for making electronic devices using metal oxide nanoparticles
KR100711890B1 (ko) 2005-07-28 2007-04-25 삼성에스디아이 주식회사 유기 발광표시장치 및 그의 제조방법
JP2007059128A (ja) 2005-08-23 2007-03-08 Canon Inc 有機ｅｌ表示装置およびその製造方法
JP4850457B2 (ja) 2005-09-06 2012-01-11 キヤノン株式会社 薄膜トランジスタ及び薄膜ダイオード
JP4280736B2 (ja) 2005-09-06 2009-06-17 キヤノン株式会社 半導体素子
JP5116225B2 (ja) 2005-09-06 2013-01-09 キヤノン株式会社 酸化物半導体デバイスの製造方法
JP2007073705A (ja) 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc 酸化物半導体チャネル薄膜トランジスタおよびその製造方法
JP5078246B2 (ja) 2005-09-29 2012-11-21 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、及び半導体装置の作製方法
EP1998375A3 (de) 2005-09-29 2012-01-18 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Halbleitervorrichtung mit Halbleiter-Oxidschicht und Herstellungsverfahren
JP5037808B2 (ja) 2005-10-20 2012-10-03 キヤノン株式会社 アモルファス酸化物を用いた電界効果型トランジスタ、及び該トランジスタを用いた表示装置
KR20090115222A (ko) 2005-11-15 2009-11-04 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체장치 제조방법
TWI292281B (en) 2005-12-29 2008-01-01 Ind Tech Res Inst Pixel structure of active organic light emitting diode and method of fabricating the same
US7867636B2 (en) 2006-01-11 2011-01-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Transparent conductive film and method for manufacturing the same
JP4977478B2 (ja) 2006-01-21 2012-07-18 三星電子株式会社 ＺｎＯフィルム及びこれを用いたＴＦＴの製造方法
US7576394B2 (en) 2006-02-02 2009-08-18 Kochi Industrial Promotion Center Thin film transistor including low resistance conductive thin films and manufacturing method thereof
US7977169B2 (en) 2006-02-15 2011-07-12 Kochi Industrial Promotion Center Semiconductor device including active layer made of zinc oxide with controlled orientations and manufacturing method thereof
KR20070101595A (ko) 2006-04-11 2007-10-17 삼성전자주식회사 ＺｎＯ ＴＦＴ
US20070252928A1 (en) 2006-04-28 2007-11-01 Toppan Printing Co., Ltd. Structure, transmission type liquid crystal display, reflection type display and manufacturing method thereof
JP5028033B2 (ja) 2006-06-13 2012-09-19 キヤノン株式会社 酸化物半導体膜のドライエッチング方法
JP4999400B2 (ja) 2006-08-09 2012-08-15 キヤノン株式会社 酸化物半導体膜のドライエッチング方法
JP4609797B2 (ja) 2006-08-09 2011-01-12 Ｎｅｃ液晶テクノロジー株式会社 薄膜デバイス及びその製造方法
JP4332545B2 (ja) 2006-09-15 2009-09-16 キヤノン株式会社 電界効果型トランジスタ及びその製造方法
JP4274219B2 (ja) 2006-09-27 2009-06-03 セイコーエプソン株式会社 電子デバイス、有機エレクトロルミネッセンス装置、有機薄膜半導体装置
JP5164357B2 (ja) 2006-09-27 2013-03-21 キヤノン株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
US7622371B2 (en) 2006-10-10 2009-11-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fused nanocrystal thin film semiconductor and method
US7772021B2 (en) 2006-11-29 2010-08-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Flat panel displays comprising a thin-film transistor having a semiconductive oxide in its channel and methods of fabricating the same for use in flat panel displays
JP2008140684A (ja) 2006-12-04 2008-06-19 Toppan Printing Co Ltd カラーｅｌディスプレイおよびその製造方法
TWI366916B (en) * 2006-12-19 2012-06-21 Sony Corp Solid-state imaging device and imaging apparatus
KR101303578B1 (ko) 2007-01-05 2013-09-09 삼성전자주식회사 박막 식각 방법
US8207063B2 (en) 2007-01-26 2012-06-26 Eastman Kodak Company Process for atomic layer deposition
JP5121254B2 (ja) 2007-02-28 2013-01-16 キヤノン株式会社 薄膜トランジスタおよび表示装置
KR100851215B1 (ko) 2007-03-14 2008-08-07 삼성에스디아이 주식회사 박막 트랜지스터 및 이를 이용한 유기 전계 발광표시장치
US7795613B2 (en) 2007-04-17 2010-09-14 Toppan Printing Co., Ltd. Structure with transistor
KR101325053B1 (ko) 2007-04-18 2013-11-05 삼성디스플레이 주식회사 박막 트랜지스터 기판 및 이의 제조 방법
KR20080094300A (ko) 2007-04-19 2008-10-23 삼성전자주식회사 박막 트랜지스터 및 그 제조 방법과 박막 트랜지스터를포함하는 평판 디스플레이
KR101334181B1 (ko) 2007-04-20 2013-11-28 삼성전자주식회사 선택적으로 결정화된 채널층을 갖는 박막 트랜지스터 및 그제조 방법
CN101663762B (zh) 2007-04-25 2011-09-21 佳能株式会社 氧氮化物半导体
KR101345376B1 (ko) 2007-05-29 2013-12-24 삼성전자주식회사 ＺｎＯ 계 박막 트랜지스터 및 그 제조방법
US8202365B2 (en) 2007-12-17 2012-06-19 Fujifilm Corporation Process for producing oriented inorganic crystalline film, and semiconductor device using the oriented inorganic crystalline film
JP4623179B2 (ja) 2008-09-18 2011-02-02 ソニー株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法
JP5451280B2 (ja) 2008-10-09 2014-03-26 キヤノン株式会社 ウルツ鉱型結晶成長用基板およびその製造方法ならびに半導体装置
KR20110084523A (ko) 2008-11-07 2011-07-25 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
SG182208A1 (en) 2008-12-15 2012-07-30 Semiconductor Energy Lab Manufacturing method of soi substrate and manufacturing method of semiconductor device
US8766269B2 (en) * 2009-07-02 2014-07-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting device, lighting device, and electronic device
KR20240042253A (ko) 2009-10-29 2024-04-01 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
KR20120102653A (ko) 2009-10-30 2012-09-18 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 반도체 장치의 제작방법
KR101329849B1 (ko) 2009-11-28 2013-11-14 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP5497417B2 (ja) 2009-12-10 2014-05-21 富士フイルム株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びにその薄膜トランジスタを備えた装置
JP2011138934A (ja) 2009-12-28 2011-07-14 Sony Corp 薄膜トランジスタ、表示装置および電子機器
JP5663254B2 (ja) * 2010-02-08 2015-02-04 シャープ株式会社 水素製造装置および水素製造方法
KR101754380B1 (ko) 2010-04-23 2017-07-05 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치의 제작 방법
US9209314B2 (en) 2010-06-16 2015-12-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Field effect transistor
WO2011158704A1 (en) 2010-06-18 2011-12-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
US8541266B2 (en) 2011-04-01 2013-09-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
US9012905B2 (en) 2011-04-08 2015-04-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device including transistor comprising oxide semiconductor and method for manufacturing the same
US9111795B2 (en) * 2011-04-29 2015-08-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device with capacitor connected to memory element through oxide semiconductor film
US8610482B2 (en) 2011-05-27 2013-12-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Trimming circuit and method for driving trimming circuit
US9385238B2 (en) 2011-07-08 2016-07-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Transistor using oxide semiconductor
US8951862B2 (en) 2012-01-10 2015-02-10 Macronix International Co., Ltd. Damascene word line
JP6175740B2 (ja) * 2012-03-30 2017-08-09 株式会社Ｊｏｌｅｄ 薄膜トランジスタおよびその製造方法並びに表示装置および電子機器
JP2013236068A (ja) 2012-04-12 2013-11-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及び半導体装置の作製方法
US9224770B2 (en) * 2012-04-26 2015-12-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor device and method
JP6026844B2 (ja) * 2012-10-17 2016-11-16 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
KR102222344B1 (ko) 2013-05-02 2021-03-02 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치
CN109888022A (zh) 2013-05-20 2019-06-14 株式会社半导体能源研究所 半导体装置
TWI664731B (zh) 2013-05-20 2019-07-01 半導體能源研究所股份有限公司 半導體裝置
US9647125B2 (en) 2013-05-20 2017-05-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing the same
DE102014208859B4 (de) 2013-05-20 2021-03-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Halbleitervorrichtung
US9343579B2 (en) 2013-05-20 2016-05-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR20160144492A (ko) * 2014-04-18 2016-12-16 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체 장치 및 전자 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016111352A (ja) 2016-06-20
KR20230058538A (ko) 2023-05-03
US9698276B2 (en) 2017-07-04
TW201626567A (zh) 2016-07-16
WO2016083952A1 (en) 2016-06-02
US20160155850A1 (en) 2016-06-02
KR20170086546A (ko) 2017-07-26
TWI669819B (zh) 2019-08-21
JP2020107898A (ja) 2020-07-09
JP6671154B2 (ja) 2020-03-25
KR20210039507A (ko) 2021-04-09
KR102524983B1 (ko) 2023-04-21
JP6880267B2 (ja) 2021-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112015005339T5 (de) Halbleitervorrichtung, Modul und elektronisches Gerät
US9960261B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
DE112014006711B4 (de) Halbleitervorrichtung, Herstellungsverfahren dafür und elektronische Vorrichtung
DE112016001703T5 (de) Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren derselben
DE112016002769T5 (de) Halbleitervorrichtung, Herstellungsverfahren dafür und elektronisches Gerät
DE112017000905T5 (de) Halbleitervorrichtung, Herstellungsverfahren dafür, Anzeigevorrichtung und elektronisches Gerät
DE112015002423T5 (de) Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung
DE112014006046T5 (de) Licht emittierende Vorrichtung
DE112015004272T5 (de) Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung
DE102014020047B3 (de) Halbleitervorrichtung
DE102014225301A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112014005486T5 (de) Anzeigevorrichtung
DE112015000676T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE112014004839T5 (de) Anzeigevorrichtung
JP2021168388A (ja) 半導体装置
DE102013217808A1 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102016211938A1 (de) Logikschaltung, Halbleitervorrichtung, elektronisches Bauelement und elektronische Vorrichtung
US20160284856A1 (en) Semiconductor device
DE112017000551T5 (de) Halbleitervorrichtung und anzeigevorrichtung, die die halbleitervorrichtung beinhaltet
DE112015001024T5 (de) Eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung umfasst, ein Anzeigemodul, das die Anzeigevorrichtung umfasst und ein elektronisches Gerät, das die Halbleitervorrichtung, die Anzeigevorrichtung oder das Anzeigemodul umfasst
JP6828119B2 (ja) 表示装置
DE112018000887T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung
US9991393B2 (en) Semiconductor device, module, and electronic device
DE112018001210T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung
DE112015002491T5 (de) Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren dafür

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0021336000

Ipc: H01L0023280000

R016 Response to examination communication