DE112016000496T5

DE112016000496T5 - Insassenschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE112016000496T5
Application number: DE112016000496.6T
Authority: DE
Inventors: Shunpei Yamazaki; Takayuki Ikeda; Yoshiyuki Kurokawa
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-01-16
Also published as: US11027684B2; JP6685240B2; US20180009403A1; JP2020113787A; WO2016120742A1; DE112016000496B4; JP7299296B2; US20210291771A1; JP2023121770A; US20240140341A1; JPWO2016120742A1; JP2022033124A; JP6987916B2; US11794679B2

Abstract

Eine Insassenschutzvorrichtung wird bereitgestellt, die einen Insassen ohne Verzögerung schützen kann. Ein Bild, das von einer Abbildungsvorrichtung aufgenommen worden ist, wird analysiert, um zu entscheiden, ob es ein sich dem eigenen Auto näherndes Objekt gibt. In dem Fall, in dem eine Kollision zwischen dem Objekt und dem eigenen Auto als unvermeidbar angesehen wird, wird eine Airbagvorrichtung vor der Kollision aktiviert, wodurch der Insasse ohne Verzögerung geschützt werden kann. Indem Selen für ein Licht empfangendes Element der Abbildungsvorrichtung verwendet wird, kann ein präzises Bild selbst bei schwacher Beleuchtung erhalten werden. Eine Abbildung in einem Global-Shutter-System führt zu einem präzisen Bild mit geringer Verzerrung. Dies ermöglicht eine präzisere Bildanalyse.

Description

Technisches Gebiet
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Insassenschutzvorrichtung. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren einer Insassenschutzvorrichtung.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehende technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, Herstellung oder eine Zusammensetzung (Materialzusammensetzung).
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet eine Halbleitervorrichtung im Allgemeinen eine Vorrichtung, die durch Nutzen der Halbleitereigenschaften funktionieren kann. Daher handelt es sich bei einem Halbleiterelement, wie z. B. einem Transistor oder einer Diode, und einer Halbleiterschaltung um Halbleitervorrichtungen. Des Weiteren können eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine Abbildungsvorrichtung, ein elektronisches Gerät und dergleichen jeweils ein Halbleiterelement oder eine Halbleiterschaltung beinhalten. Deshalb können eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine Abbildungsvorrichtung, ein elektronisches Gerät und dergleichen jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
Stand der Technik
In den letzten Jahren sind Airbagvorrichtungen, die Insassen vor dem Aufprall von Kollisionen von Autos schützen, in zunehmendem Maße in die Praxis umgesetzt worden. Im Allgemeinen weist eine Airbagvorrichtung die folgende Schutzfunktion für einen Insassen auf: Wenn eine Autokollision von einem Beschleunigungssensor erfasst wird, wird eine Gasversorgungssvorrichtung (ein Gasgenerator) in Betrieb genommen, um einen Airbag mit einem Gas aufzublähen, das schlagartig von dem Gasgenerator erzeugt wird.
Als Airbagvorrichtungen sind neben denjenigen, die an einem Lenkrad, einem Instrumentenbrett und dergleichen montiert werden, um den Fahrer zu schützen, ein Beifahrerairbag zum Schützen eines Beifahrers, ein Rücksitzairbag zum Schützen eines Insassen auf dem Rücksitz und dergleichen bekannt. Außerdem sind ein Seitenairbag zum Schützen eines Insassen vor dem Aufprall bei einer Seitenkollision, ein Airbag, der sich zur Decke hin aufbläht, ein Luftgurt (airbelt), d. h. ein Sicherheitsgurt mit einem eingebauten Airbag, und dergleichen bekannt.
Des Weiteren kommen auch sogenannte „Smart Airbags” in zunehmendem Maße in der Praxis zur Anwendung, die die Statur eines Insassen, die Positionsbeziehung zwischen Insassen und Airbag, die Weise, wie der Sicherheitsgurt befestigt ist, dieden Sitzzustand in einem Kindersitz und dergleichen erfassen, um zu entscheiden, ob der Airbag aufgebläht werden soll oder nicht, und um den Aufblähungszustand, das Aufblähungsverfahren und dergleichen zu bestimmen.
Patentdokument 1 offenbart eine Airbagvorrichtung, nämlich eine Airbagvorrichtung für eine Seitenkollision (einen Seitenairbag), bei der elektromagnetische Wellen oder Ultraschallwellen zur Kollisionsvorhersage verwendet werden, um zu verhindern, dass eine Fehlfunktion des Beschleunigungssensors beim Öffnen oder Schließen der Tür auftritt. Des Weiteren offenbart Patentdokument 2 die folgende technische Idee: Die Aufprallkraft eines Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist und das durch einen Bildsensor abgebildet wird, bei einer Kollision wird abgeschätzt, um den Zeitpunkt, zu dem eine Airbagvorrichtung anfängt zu arbeiten, und den Druck im Airbag zu optimieren.
[Dokument des Standes der Technik]
[Patentdokument]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H5-345556
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-182508

Zusammenfassunq der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die Kollisionsvorhersage in Patentdokument 1, bei der elektromagnetische Wellen oder Ultraschallwellen verwendet werden, stellt lediglich Informationen über den Abstand zwischen dem Auto und einem Objekt bereit, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, und kann keine Vorhersagen über das Objekt an sich treffen, mit dem eine Kollision zu erwarten ist; demzufolge ist es schwierig, die Aufprallkraft bei der Kollision abzuschätzen. Bei dem in Patentdokument 2 offenbarten Verfahren verringert sich die Genauigkeit der Kollisionsvorhersage vor allem bei schwacher Beleuchtung, z. B. bei Nacht, da die Abbildung mit einem üblichen Bildsensor (Abbildungsvorrichtung) schwierig ist. Außerdem verändert sich der seitliche Ausblick während der Fahrt des Autos im Vergleich zu dem Ausblick nach vorne oder hinten bezüglich der Fahrtrichtung schnell. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Bild des seitlichen Ausblicks, das während der Fahrt des Autos aufgenommen worden ist, verzerrt ist, wodurch eine Bildanalyse schwierig wird. Aus diesem Grund ist das in Patentdokument 2 offenbarte Verfahren dahingehend problematisch, dass sich die Genauigkeit der Kollisionsvorhersage, vor allem bei der Vorhersage einer Seitenkollision, verringert.
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die einen Insassen ohne Verzögerung vor dem Aufprall bei einer Autokollision schützen kann, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die selbst bei schwacher Beleuchtung, z. B. bei Nacht, präzise arbeiten kann, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die selbst während der Fahrt eines Autos präzise arbeiten kann, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die einen Insassen sicher schützen kann, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine neuartige Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle Aufgaben erfüllen muss. Es sei angemerkt, dass weitere Aufgaben aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüche und dergleichen ersichtlich werden und weitere Aufgaben von der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüche und dergleichen abgeleitet werden können.
Mittel zur Lösung des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Insassenschutzvorrichtung, die eine Abbildungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung und eine Airbagvorrichtung beinhaltet. Bei der Insassenschutzvorrichtung beinhaltet die Abbildungsvorrichtung ein Licht empfangendes Element, das Selen enthält, und einen Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält. Die Steuervorrichtung beinhaltet ein Mittel zum Vorhersagen einer Kollision unter Verwendung eines Bildes, das von der Abbildungsvorrichtung aufgenommen worden ist, und ein Mittel zur Aktivierung der Airbagvorrichtung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Insassenschutzvorrichtung, die eine Abbildungsvorrichtung, eine Steuervorrichtung und eine Airbagvorrichtung beinhaltet. Bei der Insassenschutzvorrichtung beinhaltet die Abbildungsvorrichtung ein Licht empfangendes Element, das Selen enthält, und einen Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält. Die Steuervorrichtung beinhaltet ein Mittel zum Vorhersagen einer Kollision unter Verwendung eines Bildes, das von der Abbildungsvorrichtung aufgenommen worden ist, und ein Mittel zur Aktivierung der Airbagvorrichtung vor der Kollision auf Basis der Vorhersage.
Bei der Insassenschutzvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Vielzahl von Abbildungsvorrichtungen verwendet. Des Weiteren arbeitet die Abbildungsvorrichtung vorzugsweise mit einem Global-Shutter-System. Des Weiteren enthält der Oxidhalbleiter vorzugsweise In und/oder Zn.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Fahrzeuge, wie z. B. Automobile oder Busse, sondern auf alle beweglichen Objekte anwendbar ist. Beispielsweise kann sie auf verschiedene bewegliche Gegenstände angewendet werden, wie z. B. Eisenbahnfahrzeuge, darunter eine elektrische Bahn und eine Lokomotive, Baufahrzeuge, darunter einen Kranwagen und einen Bulldozer, bemannte Roboter, Luftfahrzeuge, darunter ein Flugzeug und einen Hubschrauber, Schiffe, U-Boote und Raumschiffe.
Wirkung der Erfindung
Es kann eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die einen Insassen ohne Verzögerung vor dem Aufprall bei einer Autokollision schützen kann, bereitgestellt werden. Ferner kann eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die selbst bei schwacher Beleuchtung, z. B. bei Nacht, präzise arbeiten kann, bereitgestellt werden. Ferner kann eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die selbst während der Fahrt eines Autos präzise arbeiten kann, bereitgestellt werden. Ferner kann eine Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen, die einen Insassen sicher schützen kann, bereitgestellt werden. Ferner kann eine neuartige Insassenschutzvorrichtung oder dergleichen bereitgestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Effekte dem Vorhandensein weiterer Effekte nicht im Wege steht. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht notwendigerweise alle Effekte erfüllen. Es sei angemerkt, dass weitere Effekte aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüchen und dergleichen ersichtlich sein und weitere Effekte von der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Ansprüche und dergleichen abgeleitet werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Ansichten, die ein Auto 100 darstellen.
[2] Blockschemata, die jeweils eine Insassenschutzvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
[3] Ansichten, die Beispiele für die Anordnung von Abbildungsvorrichtungen darstellen.
[4] Ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[5] Ein Ablaufdiagramm, das ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[6] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[7] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[8] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[9] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[10] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[11] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[12] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[13] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[14] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[15] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[16] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[17] Eine Ansicht, die ein Betriebsbeispiel einer Insassenschutzvorrichtung darstellt.
[18] Schemata, die ein Konfigurationsbeispiel einer Abbildungsvorrichtung darstellen.
[19] Ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel einer Peripherieschaltung darstellt.
[20] Schemata, die ein Konfigurationsbeispiel einer Abbildungsvorrichtung darstellen.
[21] Schemata, die Beispiele für Schaltungskonfigurationen darstellen.
[22] Eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung darstellt.
[23] Ansichten, die Beispiele für einen Transistor und einen Kondensator darstellen.
[24] Ein Schema, das eine Energiebandstruktur darstellt.
[25] Ansichten, die Beispiele für Transistoren darstellen.
[26] Eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung darstellt.
[27] Eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung darstellt.
[28] Eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung darstellt.
[29] Querschnittsansichten, die jeweils eine Anschlusskonfiguration eines photoelektrischen Umwandlungselements darstellen.
[30] Ansichten, die Beispiele für eine gekrümmte Abbildungsvorrichtung darstellen.
[31] Ansichten, die Beispiele für Transistoren darstellen.
[32] Ansichten, die Beispiele für Transistoren darstellen.
[33] Ansichten, die ein Beispiel für einen Transistor darstellen.
[34] Ansichten, die ein Beispiel für einen Transistor darstellen.
[35] Ansichten, die ein Beispiel für einen Transistor darstellen.
[36] Ansichten, die ein Beispiel für einen Transistor darstellen.
[37] Ein Schema, das eine Energiebandstruktur darstellt.
[38] Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder eines Querschnitts eines CAAC-OS und eine schematische Querschnittsansicht des CAAC-OS.
[39] Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder einer Ebene eines CAAC-OS.
[40] Diagramme, die eine XRD-Strukturanalyse eines CAAC-OS und eines einkristallinen Oxidhalbleiters zeigen.
[41] Aufnahmen, die Elektronenbeugungsbilder eines CAAC-OS zeigen.
[42] Ein Diagramm, das eine Veränderung von Kristallteilen eines In-Ga-Zn-Oxids infolge einer Elektronenbestrahlung zeigt.
Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist, und es wird von einem Fachmann leicht verstanden, dass ihre Modi und Details auf verschiedene Weise modifiziert werden können. Außerdem sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden.
In jeder Zeichnung, die in dieser Beschreibung erläutert wird, kann zum besseren Verständnis der Erfindung die Größe, die Dicke einer Schicht oder ein Bereich jeder Komponente übertrieben dargestellt sein oder weggelassen werden. Deshalb ist das Größenverhältnis nicht auf das dargestellte beschränkt. Des Weiteren kann bei einer Draufsicht (auch als „Planansicht” bezeichnet), einer perspektivischen Ansicht oder dergleichen die Darstellung von einigen Komponenten zum besseren Verständnis der Zeichnungen weggelassen werden. Des Weiteren kann die Darstellung von einigen verdeckten Linien weggelassen werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden Ordnungszahlen, wie z. B. „erstes” und „zweites”, verwendet, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden, und sie bezeichnen weder die Priorität noch die Reihenfolge, wie z. B. die Reihenfolge von Schritten oder die Reihenfolge der übereinander angeordneten Schichten. Ferner kann ein Begriff ohne eine Ordnungszahl in dieser Beschreibung und dergleichen in einem Patentanspruch mit einer Ordnungszahl versehen sein, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden. Außerdem kann ein Begriff mit einer Ordnungszahl in dieser Beschreibung und dergleichen in einem Patentanspruch mit einer anderen Ordnungszahl versehen sein. Außerdem kann ein Begriff mit einer Ordnungszahl in dieser Beschreibung und dergleichen in einem Patentanspruch mit keiner Ordnungszahl versehen sein.
Des Weiteren bedeutet die explizite Erläuterung „X und Y sind verbunden” in dieser Beschreibung und dergleichen, dass der Fall, in dem X und Y elektrisch verbunden sind, der Fall, in dem X und Y funktional verbunden sind, und der Fall, in dem X und Y direkt verbunden sind, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart sind. Dementsprechend ist, ohne Beschränkung auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, beispielsweise auf eine in Zeichnungen oder Texten dargestellte Verbindungsbeziehung, auch eine in Zeichnungen oder Texten nicht dargestellte Verbindungsbeziehung in den Zeichnungen und den Texten offenbart.
Des Weiteren bezeichnet in dieser Beschreibung und dergleichen „parallel” beispielsweise einen Zustand, in dem zwei gerade Linien mit einem Winkel von größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° angeordnet sind. Daher umfasst der Begriff auch der Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zusätzlich bezeichnet „senkrecht” beispielsweise einen Zustand, in dem zwei gerade Linien mit einem Winkel von größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° angeordnet sind. Daher umfasst der Begriff auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen bei der Verwendung der Begriffe „identisch”, „derselbe”, „gleich”, „gleichmäßig” und dergleichen (darunter auch ihre Synonyme), die beim Beschreiben von Rechenwerten und tatsächlichen Messwerten verwendet werden, ein Fehlerbereich von ±20% mit eingeschlossen ist, sofern nicht anders angegeben.
Ferner bezeichnet in dieser Beschreibung und dergleichen ein hohes Stromversorgungspotential VDD (nachstehend einfach als „VDD” oder „H-Potential” bezeichnet) ein Stromversorgungspotential, das höher ist als ein niedriges Stromversorgungspotential VSS. In ähnlicher Weise bezeichnet das niedrige Stromversorgungspotential VSS (nachstehend einfach als „VSS” oder „L-Potential” bezeichnet) ein Stromversorgungspotential, das niedriger ist als das hohe Stromversorgungspotential VDD. Außerdem kann ein Erdpotential als VDD oder VSS verwendet werden. Beispielsweise handelt es sich in dem Fall, in dem ein Erdpotential als VDD dient, bei VSS um ein Potential, das niedriger ist als das Erdpotential; und es handelt sich in dem Fall, in dem ein Erdpotential als VSS dient, bei VDD um ein Potential, das höher ist als das Erdpotential.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „Film” und der Begriff „Schicht” je nach der Sachlage oder den Umständen untereinander ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann der Begriff „leitende Schicht” gegebenenfalls in den Begriff „leitender Film” umgewandelt werden. Es kann auch der Begriff „Isolierfilm” gegebenenfalls in den Begriff „Isolierschicht” umgewandelt werden.
In dieser Beschreibung werden ferner trigonale und rhomboedrische Kristallsysteme durch ein hexagonales Kristallsystem dargestellt.
(Ausführungsform 1)
Eine Insassenschutzvorrichtung 110 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben. 1(A) ist eine perspektivische Ansicht, die das äußere Erscheinungsbild eines Autos 100 darstellt, das die Insassenschutzvorrichtung 110 beinhaltet. 1(B) ist eine Draufsicht auf das Auto 100. Es sei angemerkt, dass zum besseren Verständnis der Zeichnungen die Darstellung von einigen Komponenten des Autos 100 in 1(B) und dergleichen weggelassen wird. 1(C) ist eine Draufsicht auf das Auto 100, in dem Airbags 108 aufgebläht sind. Des Weiteren zeigt 2 Blockschemata der Insassenschutzvorrichtung 110.
«Konfigurationsbeispiele des Autos 100 und der Insassenschutzvorrichtung 110»
Auf der Vorderseite des Autos 100 sind eine Abbildungsvorrichtung 111a und eine Abbildungsvorrichtung 111b bereitgestellt. Außerdem sind eine Abbildungsvorrichtung 112a und eine Abbildungsvorrichtung 112b auf einer rechten Seitenfläche bereitgestellt. Außerdem sind eine Abbildungsvorrichtung 113a und eine Abbildungsvorrichtung 113b auf einer linken Seitenfläche bereitgestellt. Außerdem sind eine Abbildungsvorrichtung 114a und eine Abbildungsvorrichtung 114b auf der Hinterseite bereitgestellt.
Das Auto 100 beinhaltet ferner eine Airbagvorrichtung 131 in einem Lenkrad 101 und eine Airbagvorrichtung 132 in einem Armaturenbrett 102. Des Weiteren ist eine Airbagvorrichtung 133a in einer Tür 103a bereitgestellt, und eine Airbagvorrichtung 133b ist in einer Tür 103b bereitgestellt. Des Weiteren ist eine Airbagvorrichtung 134a in einer Tür 104a bereitgestellt, und eine Airbagvorrichtung 134b ist in einer Tür 104b bereitgestellt. Das Auto 100 beinhaltet ferner eine Steuervorrichtung 120.
Die Insassenschutzvorrichtung 110 beinhaltet die vorstehend beschriebenen Abbildungsvorrichtungen, die vorstehend beschriebenen Airbagvorrichtungen und die Steuervorrichtung 120. Insbesondere sind die Abbildungsvorrichtung 111a, die Abbildungsvorrichtung 111b, die Abbildungsvorrichtung 112a, die Abbildungsvorrichtung 112b, die Abbildungsvorrichtung 113a, die Abbildungsvorrichtung 113b, die Abbildungsvorrichtung 114a und die Abbildungsvorrichtung 114b jeweils mit der Steuervorrichtung 120 verbunden, und die Airbagvorrichtung 131, die Airbagvorrichtung 132, die Airbagvorrichtung 133a, die Airbagvorrichtung 133b, die Airbagvorrichtung 134a und die Airbagvorrichtung 134b sind jeweils mit der Steuervorrichtung 120 verbunden (siehe 2(A)).
Es sei angemerkt, dass die Abbildungsvorrichtungen und die Airbagvorrichtungen mit der Steuervorrichtung 120 entweder durch ein Drahtverbindungsverfahren oder durch ein drahtloses Verbindungsverfahren verbunden sein können. Bei einem Drahtverbindungsverfahren, z. B. einer direkten Verbindung über eine Metallleitung, ist der Einfluss von Rauschen geringer als bei einem drahtlosen Verbindungsverfahren, wie z. B. bei einer Verbindung per drahtlose Kommunikation. Anstelle der Metallleitung kann auch eine optische Faser oder dergleichen verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn ein drahtloses Verbindungsverfahren verwendet wird, die Menge an verwendeten Drähten zur Verbindung verringert werden. Außerdem kann der Freiheitsgrad der Platzierung der Abbildungsvorrichtungen und der Airbagvorrichtungen erhöht werden. Daher kann die Insassenschutzvorrichtung 110 leicht installiert werden.
Des Weiteren kann zusätzlich zu den Abbildungsvorrichtungen ein Sensor 119 mit der Steuervorrichtung 120 verbunden sein (siehe 2(B)). Beispiele für den Sensor 119 umfassen einen elektromagnetischen Sensor, einen Ultraschallsensor, einen Infrarotsensor und einen Beschleunigungssensor. Eine Vielzahl von Arten von Sensoren 119 kann mit der Steuervorrichtung 120 verbunden sein.
Die Abbildungsvorrichtung 111a und die Abbildungsvorrichtung 111b weisen jeweils eine Funktion zum Abbilden eines vorderen Ausblicks des Autos 100 auf. Des Weiteren weisen die Abbildungsvorrichtung 112a und die Abbildungsvorrichtung 112b jeweils eine Funktion zum Abbilden eines Ausblicks nach der rechten Seite des Autos 100 auf. Des Weiteren weisen die Abbildungsvorrichtung 113a und die Abbildungsvorrichtung 113b jeweils eine Funktion zum Abbilden eines Ausblicks auf der linken Seite des Autos 100 auf. Des Weiteren weisen die Abbildungsvorrichtung 114a und die Abbildungsvorrichtung 114b jeweils eine Funktion zum Abbilden eines hinteren Ausblicks des Autos 100 auf.
Beispielsweise werden Bilder, die von der Abbildungsvorrichtung 112a und der Abbildungsvorrichtung 112b aufgenommen worden sind, zu der Steuervorrichtung 120 gesendet. Die Steuervorrichtung 120 vergleicht die Bilder miteinander, um die Position, die Geschwindigkeit und dergleichen eines sich dem Auto 100 von rechts nähernden Objektes zu bestimmen. Aus diesem Grund werden die Abbildungsvorrichtung 112a und die Abbildungsvorrichtung 112b vorzugsweise auf der gleichen Höhe h vom Erdboden aus installiert. Außerdem ist der Abstand L zwischen der Abbildungsvorrichtung 112a und der Abbildungsvorrichtung 112b 50 cm oder mehr, bevorzugt 1 m oder mehr, bevorzugter 2 m oder mehr. Je größer der Abstand L, desto stärker kann die Erfassungsgenauigkeit der Position, der Geschwindigkeit und dergleichen eines sich dem Auto 100 nähernden Objektes verbessert werden. Die vorstehende Beschreibung gilt ebenfalls für die Abbildungsvorrichtung 111a und die Abbildungsvorrichtung 111b, die Abbildungsvorrichtung 113a und die Abbildungsvorrichtung 113b sowie für die Abbildungsvorrichtung 114a und die Abbildungsvorrichtung 114b.
Alternativ können die Abbildungsvorrichtungen auch in der Nähe des Daches des Autos 100 installiert werden. Die Abbildungsvorrichtungen, die auf höheren Positionen installiert werden, können ein weiter entferntes Objekt abbilden. Dementsprechend kann ein sich dem Auto 100 näherndes Objekt früh erfasst werden. 3(A) stellt ein Beispiel dar, in dem die Abbildungsvorrichtung 111a, die Abbildungsvorrichtung 111b, die Abbildungsvorrichtung 112a und die Abbildungsvorrichtung 112b in der Nähe des Daches des Autos 100 installiert sind.
Außerdem kann durch Erhöhung der Anzahl von verwendeten Abbildungsvorrichtungen die Erfassungsgenauigkeit der Position, der Geschwindigkeit und dergleichen eines sich dem Auto 100 nähernden Objektes weiter erhöht werden. 3(B) und 3(C) stellen ein Beispiel, in dem eine Abbildungsvorrichtung 111c zwischen der Abbildungsvorrichtung 111a und der Abbildungsvorrichtung 111b bereitgestellt ist, bzw. ein Beispiel dar, in dem eine Abbildungsvorrichtung 112c zwischen der Abbildungsvorrichtung 112a und der Abbildungsvorrichtung 112b bereitgestellt ist.
In dem Beispiel dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Abbildungsvorrichtungen in einer Richtung bereitgestellt; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Je nach Zweck oder Verwendung ist es möglich, lediglich eine Abbildungsvorrichtung in einer Richtung bereitzustellen.
«Betriebsbeispiel der Insassenschutzvorrichtung 110»
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Insassenschutzvorrichtung 110 anhand von Zeichnungen beschrieben.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsweise der Insassenschutzvorrichtung 110 darstellt. Zuerst werden Ausblicke durch die Vielzahl von Abbildungsvorrichtungen, die Bilder in bestimmten Richtungen aufnehmen, abgebildet (Schritt S310). Die aufgenommenen Bilder werden jeweils zu der Steuervorrichtung 120 gesendet. Unter Verwendung dieser Bilder und des Abstandes L erstellt die Steuervorrichtung 120 ein dreidimensionales Bild mittels Triangulationsverfahrens oder dergleichen (Schritt S320). Anhand des vorher hergestellten dreidimensionalen Bildes entscheidet die Steuervorrichtung 120, ob es ein sich dem Auto 100 näherndes Objekt gibt (Schritt S330). In dem Fall, in dem es kein sich dem Auto 100 näherndes Objekt gibt, wird zu dem Schritt S310 zurückgekehrt, um ein neues dreidimensionales Bild zu erstellen.
In dem Fall, in dem es ein sich dem Auto 100 näherndes Objekt gibt, wird das Objekt als ein Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, erkannt. Dann wird die Form des Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, mit einer Datenbank abgeglichen, um die Art des Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, zu identifizieren (Schritt S340). Beispielsweise wird das Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, als Tier, Mensch, Zweirad, Kleinwagen, großes Auto, Wand oder Telefonmast identifiziert. Je nach der Art des Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, ist bei der Kollision der Aufprall des Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, auf das Auto 100 unterschiedlich stark. Es sei angemerkt, dass die Art des Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, präziser identifiziert werden kann, indem das dreidimensionale Bild mit einem elektromagnetischen Sensor, einem Ultraschallsensor, einem Infrarotsensor und/oder dergleichen in Kombination verwendet werden/wird.
Anschließend schätzt die Steuervorrichtung 120 die Größe der Aufprallkraft bei der Kollision anhand der vorher festgelegten Art des Objektes, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, und der relativen Geschwindigkeit ab (Schritt S350).
Anschließend entscheidet die Steuervorrichtung 120 anhand des Abstandes zwischen dem Auto 100 und dem Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, sowie einer Veränderung der relativen Geschwindigkeit, ob das Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, mit dem Auto 100 kollidieren wird oder nicht (Schritt S360). In dem Fall, in dem die Möglichkeit einer Kollision als niedrig angesehen wird, kehrt der Arbeitsablauf zu dem Schritt S310 zurück. In dem Fall, in dem die Möglichkeit einer Kollision als hoch angesehen wird, sendet die Steuervorrichtung 120 ein Signal zum Aktivieren der Airbagvorrichtung zu der Airbagvorrichtung, so dass die Airbagvorrichtung ausgelöst wird (Schritt S370).
Der Enddruck im Airbag wird gemäß der vorher abgeschätzten Größe der Aufprallkraft festgelegt. Indem der Druck im Airbag angemessen gesteuert wird, wird optimaler Insassenschutz gewährleistet. Alternativ kann der Aufprall sofort nach der Kollision von einem Beschleunigungssensor oder dergleichen erfasst werden, um den Druck im Airbag zu regulieren. Außerdem kann, da die Airbagvorrichtung vor der Kollision aktiviert werden kann, der Insasse ohne Verzögerung geschützt werden.
Des Weiteren kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da genug Zeit zwischen der Aktivierung der Airbagvorrichtung und der Kollision vorhanden ist, der Airbag vor der Kollision durch ein mechanisches Verfahren, z. B. durch eine Pumpe, aufgebläht werden; bei oder nach der Kollision kann der Airbag durch einen Gasgenerator schlagartig aufgebläht werden.
Des Weiteren kann eine Vielzahl von Gasgeneratoren in der Airbagvorrichtung bereitgestellt werden; beispielsweise können der Druck, die Aufblähungsgeschwindigkeit und dergleichen des Airbags reguliert werden, indem die Gasgeneratoren sequenziell in Betrieb genommen werden. In dem Fall, in dem eine Vielzahl von Gasgeneratoren in der Airbagvorrichtung bereitgestellt wird, können die Sprengkräfte der Gasgeneratoren einander gleich oder voneinander unterschiedlich sein.
Wenn eine Vielzahl von Gasgeneratoren in der Airbagvorrichtung bereitgestellt wird, kann die Menge an verwendetem Sprengstoff pro Gasgenerator verringert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines zweiten Unfalls aufgrund der Auslösung der Airbagvorrichtung verringert werden kann. Der Explosionsknall, der verursacht wird, wenn der Gasgenerator in Betrieb genommen wird, kann auch verringert werden, was eine psychologische Belastung des Insassen abmildern kann.
Außerdem können in der Airbagvorrichtung, an der eine Vielzahl von Gasgeneratoren montiert wird, selbst dann, wenn einer der Gasgeneratoren mangelhaft funktioniert, die anderen Gasgeneratoren die Auslösung der Airbagvorrichtung sicherstellen. Daher kann die Redundanz der Airbagvorrichtung erhöht werden. Das heißt, dass die Redundanz der Insassenschutzvorrichtung erhöht werden kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine sehr zuverlässige Insassenschutzvorrichtung, die sicher ausgelöst wird, bereitgestellt werden.
Des Weiteren kann dann, wenn das vorstehend beschriebene Verfahren zum Einsatz kommt, bei dem der Airbag durch ein mechanisches Verfahren, z. B. durch eine Pumpe, vor einer Kollision aufgebläht wird, der Airbag in dem Fall, in dem eine Kollision knapp vermieden worden ist, oder im Falle einer leichten Kollision, für die der Gasgenerator nicht in Betrieb genommen werden muss, zur Wiederverwendung verwahrt werden. Ebenfalls kann in der Airbagvorrichtung, an der eine Vielzahl von Gasgeneratoren montiert ist, der Airbag in dem Fall, in dem ein Gasgenerator nach der Auslösung der Airbagvorrichtung nicht benutzt worden ist, zur Wiederverwendung verwahrt werden. Da die Airbagvorrichtung nicht ersetzt werden muss, können die Instandhaltungskosten des Autos 100 verringert werden.
Des Weiteren kann die Größe der Aufprallkraft bei einer Kollision unter Verwendung der Abbildungsvorrichtungen vor der Kollision abgeschätzt werden, und nach dem Erfassen der Kollision kann der Airbag mit einem Druck, einer Aufblähungsgeschwindigkeit und dergleichen, die dem abgeschätzten Aufprall entsprechen, aufgebläht werden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Vielzahl von Gasgeneratoren entweder gleichzeitig oder sequenziell in Betrieb genommen werden.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsweise der Insassenschutzvorrichtung 110 in diesem Fall darstellt. Bis zu dem Schritt S350 gleicht der Arbeitsablauf in 5 demjenigen in 4. Als Nächstes wird entschieden, ob das Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, mit dem Auto 100 kollidiert ist oder nicht (Schritt S365). In dem Fall, in dem bestimmt wird, dass keine Kollision erfolgt ist, kehrt der Arbeitsablauf zu dem Schritt S310 zurück. In dem Fall, in dem bestimmt wird, dass eine Kollision erfolgt ist, sendet die Steuervorrichtung 120 zu der Airbagvorrichtung ein Signal zum Aktivieren der Airbagvorrichtung, so dass die Airbagvorrichtung ausgelöst wird (Schritt S370).
[Betriebsbeispiel 1]
Es wird ein Betriebsbeispiel der Insassenschutzvorrichtung 110 in dem Fall, in dem ein Auto 900 mit der Vorderseite des Autos 100 kollidiert, anhand von 6 bis 8 beschrieben.
Zuerst erkennt die Steuervorrichtung 120 anhand von Bildern, die von der Abbildungsvorrichtung 111a und der Abbildungsvorrichtung 111b aufgenommen worden sind, das sich dem Auto 100 nähernde Auto 900 (siehe 6). Anschließend legt sich die Steuervorrichtung 120 auf die Art des Autos 900, d. h. Personenkraftwagen, anhand der Form des Autos 900 fest. Des Weiteren wird die Größe der Aufprallkraft bei einer Kollision anhand der Art des Autos 900, der relativen Geschwindigkeit des Autos 100 bezüglich des Autos 900 und dergleichen abgeschätzt.
Wenn eine Kollision als unvermeidbar angesehen wird, aktiviert die Steuervorrichtung 120 die Airbagvorrichtung 131 und die Airbagvorrichtung 132 vor der Kollision. Dann beginnen sich ihre jeweiligen Airbags 108 aufzublähen (siehe 7). Sofort nach der Kollision wird die Aufblähung der jeweiligen Airbags 108 abgeschlossen (siehe 8). Der Druck in den jeweiligen Airbags 108 wird anhand der abgeschätzten Größe des Aufpralls festgelegt.
Auf diese Weise kann der Insasse ohne Verzögerung vor dem Aufprall bei einer Autokollision geschützt werden.
[Betriebsbeispiel 2]
Es wird ein Betriebsbeispiel der Insassenschutzvorrichtung 110 in dem Fall, in dem das Auto 900 mit der rechten Seite des Autos 100 kollidiert, anhand von 9 bis 11 beschrieben.
Zuerst erkennt die Steuervorrichtung 120 anhand von Bildern, die von der Abbildungsvorrichtung 112a und der Abbildungsvorrichtung 112b aufgenommen worden sind, das sich dem Auto 100 nähernde Auto 900 (siehe 9). Anschließend legt sich die Steuervorrichtung 120 auf die Art des Autos 900, d. h. Personenkraftwagen, anhand der Form des Autos 900 fest. Des Weiteren wird die Größe der Aufprallkraft bei einer Kollision anhand der Art des Autos 900, der relativen Geschwindigkeit des Autos 100 bezüglich des Autos 900 und dergleichen abgeschätzt.
Wenn eine Kollision als unvermeidbar angesehen wird, aktiviert die Steuervorrichtung 120 die Airbagvorrichtung 133a und die Airbagvorrichtung 133b vor der Kollision. Dann beginnen sich ihre jeweiligen Airbags 108 aufzublähen (siehe 10). Sofort nach der Kollision wird die Aufblähung der beiden Airbags 108 abgeschlossen (siehe 11). Der Druck in den jeweiligen Airbags 108 zu diesem Zeitpunkt wird anhand der abgeschätzten Größe des Aufpralls festgelegt.
Auf diese Weise kann der Insasse ohne Verzögerung vor dem Aufprall bei einer Autokollision geschützt werden.
[Betriebsbeispiel 3]
Es wird ein Betriebsbeispiel der Insassenschutzvorrichtung 110 für Autos in dem Fall, in dem das Auto 900 mit der Hinterseite des Autos 100 kollidiert, anhand von 12 bis 14 beschrieben.
Zuerst erkennt die Steuervorrichtung 120 anhand von Bildern, die von der Abbildungsvorrichtung 114a und der Abbildungsvorrichtung 114b aufgenommen worden sind, das sich dem Auto 100 nähernde Auto 900 (siehe 12). Anschließend legt sich die Steuervorrichtung 120 auf die Art des Autos 900, d. h. Personenkraftwagen, anhand der Form des Autos 900 fest. Des Weiteren wird die Größe der Aufprallkraft bei einer Kollision anhand der Art des Autos 900, der relativen Geschwindigkeit des Autos 100 bezüglich des Autos 900 und dergleichen abgeschätzt.
Wenn eine Kollision als unvermeidbar angesehen wird, aktiviert die Steuervorrichtung 120 die Airbagvorrichtung 131, die Airbagvorrichtung 132, eine Airbagvorrichtung 135a und eine Airbagvorrichtung 135b vor der Kollision. Dann beginnen sich ihre jeweiligen Airbags 108 aufzublähen (siehe 13). Sofort nach der Kollision wird die Aufblähung der jeweiligen Airbags 108 abgeschlossen (siehe 14). Der Druck in den jeweiligen Airbags 108 zu diesem Zeitpunkt wird anhand der abgeschätzten Größe des Aufpralls festgelegt.
Auf diese Weise kann der Insasse ohne Verzögerung vor dem Aufprall bei einer Autokollision geschützt werden.
[Betriebsbeispiel 4]
Es wird ein Betriebsbeispiel der Insassenschutzvorrichtung 110 in dem Fall, in dem das Auto 900 mit der Vorderseite des Autos 100 kollidiert, anhand von 15 bis 17 beschrieben.
Zuerst erkennt die Steuervorrichtung 120 anhand von Bildern, die von der Abbildungsvorrichtung 111a und der Abbildungsvorrichtung 111b aufgenommen worden sind, das sich dem Auto 100 nähernde Auto 900 (siehe 15). Anschließend legt sich die Steuervorrichtung 120 auf die Art des Autos 900, d. h. Personenkraftwagen, anhand der Form des Autos 900 fest. Des Weiteren wird die Größe der Aufprallkraft bei einer Kollision anhand der Art des Autos 900, der relativen Geschwindigkeit des Autos 100 bezüglich des Autos 900 und dergleichen abgeschätzt.
Hier beinhalten die Airbagvorrichtung 131 und die Airbagvorrichtung 132 jeweils eine Vielzahl von Gasgeneratoren. Außerdem hat die Steuervorrichtung 120 auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Abschätzung die Entscheidung getroffen, dass ein zweistufiger Vorgang am geeignetsten ist.
Beim Erfassen einer Kollision zwischen dem Auto 100 und dem Auto 900 nimmt die Steuervorrichtung 120 einen ersten Gasgenerator, der in der Airbagvorrichtung 131 enthalten ist, und einen ersten Gasgenerator in Betrieb, der in der Airbagvorrichtung 132 enthalten ist (siehe 16).
Anschließend nimmt die Steuervorrichtung 120 einen zweiten Gasgenerator, der in der Airbagvorrichtung 131 enthalten ist, und einen zweiten Gasgenerator in Betrieb, der in der Airbagvorrichtung 132 enthalten ist (siehe 17).
Durch das Aufblähen der Airbags 108 in einer Vielzahl von Schritten können der Innendruck und die Aufblähungsgeschwindigkeit der Airbags 108 optimiert werden. Dies ermöglicht einen optimalen Insassenschutz.
Es sei angemerkt, dass gemäß der Größe der Aufprallkraft, dem Aufprallwinkel zwischen dem eigenen Auto und einem Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, und dergleichen die Steuervorrichtung 120 entscheiden kann, welche Airbagvorrichtung ausgelöst werden soll. Beispielsweise können im Falle einer Kollision an der rechten Seite des Autos 100, zusätzlich zu der Airbagvorrichtung 133a und der Airbagvorrichtung 133b, auch die Airbagvorrichtung 131 oder die Airbagvorrichtung 132 ausgelöst werden.
Des Weiteren kann eine Airbagvorrichtung, deren Airbag sich zur Decke hin oder zum Fußboden hin aufbläht, in dem Auto 100 bereitgestellt werden und kann gemäß der abgeschätzten Größe des Aufpralls, dem Aufprallwinkel zwischen dem eigenen Auto und einem Objekt, mit dem eine Kollision zu erwarten ist, und dergleichen ausgelöst werden. Beispielsweise kann dann, wenn die Steuervorrichtung 120 ein seitliches Umkippen des Autos 100 oder die Möglichkeit des Umkippens erkennt, sich der Airbag zur Decke hin oder zum Fußboden hin aufblähen.
Des Weiteren kann ein Sensor, der die Anwesenheit oder die Abwesenheit eines Insassen, seines Sitzzustandes, Größe, Gewicht und dergleichen erkennt, in dem Auto installiert werden, um zu bestimmen, welche Airbagvorrichtung ausgelöst werden soll, und um den Innendruck und die Aufblähungsgeschwindigkeit eines sich aufblähenden Airbags und dergleichen zu bestimmen.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Abbildungsvorrichtung 115, die als die in Ausführungsform 1 gezeigte Abbildungsvorrichtung verwendet werden kann, anhand von Zeichnungen beschrieben.
«Konfigurationsbeispiel der Abbildungsvorrichtung 115»
18(A) ist eine Draufsicht, die ein Konfigurationsbeispiel der Abbildungsvorrichtung 115 darstellt. Die Abbildungsvorrichtung 115 beinhaltet einen Pixelabschnitt 140, eine erste Schaltung 260, eine zweite Schaltung 270, eine dritte Schaltung 280 und eine vierte Schaltung 290. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen die erste Schaltung 260 bis zu der vierten Schaltung 290 und dergleichen als „Peripherieschaltung” oder „Treiberschaltung” bezeichnet werden können. Beispielsweise kann die erste Schaltung 260 als Teil der Peripherieschaltung betrachtet werden.
18(B) ist ein Schema, das ein Konfigurationsbeispiel des Pixelabschnitts 140 darstellt. Der Pixelabschnitt 140 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln 141 (Abbildungselementen), die in einer Matrix mit p Spalten und q Zeilen (p und q sind jeweils eine natürliche Zahl von größer als oder gleich 2) angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass in 18(B) n eine natürliche Zahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich p ist und dass m eine natürliche Zahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich q ist.
Beispielsweise kann die Abbildungsvorrichtung 115 mit den Pixeln 141, die in einer Matrix von 1920×1080 angeordnet sind, ein Bild mit sogenannter „Full High Definition” (auch als „2K-Auflösung”, „2K1 K”, „2K” und dergleichen bezeichnet) aufnehmen. Des Weiteren kann die Abbildungsvorrichtung 115 beispielsweise mit den Pixeln 141, die in einer Matrix von 4096×2160 angeordnet sind, ein Bild mit sogenannter „Ultra High Definition” (auch als „4K-Auflösung”, „4K2K”, „4K” und dergleichen bezeichnet) aufnehmen. Des Weiteren kann die Abbildungsvorrichtung 115 beispielsweise mit den Pixeln 141, die in einer Matrix von 8192×4320 angeordnet sind, ein Bild mit sogenannter „Super High Definition” (auch als „8K-Auflösung”, „8K4K”, „8K” und dergleichen bezeichnet) aufnehmen. Mit einer größeren Anzahl von Pixeln 141 kann die Abbildungsvorrichtung 115 ein Bild mit 16K- oder 32K-Auflösung aufnehmen.
Die erste Schaltung 260 und die zweite Schaltung 270 sind mit der Vielzahl von Pixeln 141 verbunden und weisen eine Funktion zum Zuführen von Signalen zum Ansteuern der Vielzahl von Pixeln 141 auf. Die erste Schaltung 260 kann ferner eine Funktion zum Verarbeiten eines analogen Signals aufweisen, das von den Pixeln 141 ausgegeben wird. Des Weiteren kann die dritte Schaltung 280 eine Funktion zum Steuern des Zeitpunktes, zu dem die Peripherieschaltung angesteuert werden soll, z. B. eine Funktion zum Erzeugen eines Taktsignals, aufweisen. Sie kann ferner eine Funktion zum Ändern der Frequenz eines von außen zugeführten Taktsignals aufweisen. Außerdem kann die dritte Schaltung 280 eine Funktion zum Zuführen eines Referenzpotentialsignals (z. B. eines Sägezahnwellensignals) aufweisen.
19 stellt ein Konfigurationsbeispiel der ersten Schaltung 260 dar. Die erste Schaltung 260, die in 19 beispielhaft dargestellt ist, beinhaltet eine Signalverarbeitungsschaltung 261, eine Spaltentreiberschaltung 262 und eine Ausgangsschaltung 263. Die Signalverarbeitungsschaltung 261 beinhaltet eine Schaltung 264, die in jeder Spalte bereitgestellt ist. Des Weiteren beinhaltet die Schaltung 264 eine Schaltung 264a, die Rauschen durch ein CDS-(Correlated Double Sampling)Verfahren entfernen kann (auch als „CDS-Schaltung” bezeichnet), eine Zählerschaltung 264b und eine Latch-Schaltung 264c. Des Weiteren weist die Schaltung 264 eine Analog-digital-Umwandlungsfunktion auf. Die Signalverarbeitungsschaltung 261 kann als spaltenparallele (Spalten-Typ) Analog-digital-Umwandlungsvorrichtung dienen.
Die Schaltung 264a beinhaltet einen Komparator, einen Schalter und einen Kondensator. Zwei Eingangsanschlüsse des Komparators sind über den Schalter miteinander verbunden. Es sei angemerkt, dass als Schalter ein Transistor, ein MEMS-(Micro Electro Mechanical Systems)Element oder dergleichen verwendet werden kann. Des Weiteren ist ein Anschluss des Komparators über den Kondensator mit einer Leitung 267 verbunden. Der andere Anschluss des Komparators ist mit einer Leitung 123 verbunden, die in jeder Spalte bereitgestellt ist. Es sei angemerkt, dass der andere Anschluss des Komparators und die Leitung 123 über einen Kondensator miteinander verbunden sein können.
Die Schaltung 264a weist eine Funktion zum Vergleichen des Potentials eines analogen Signals (Abbildungsdaten), das von der Leitung 123 eingegeben wird, mit demjenigen eines Referenzpotentialsignals (z. B. eines Sägezahnwellensignals), das von der Leitung 267 eingegeben wird, und zum Ausgeben eines H-Potentials oder eines L-Potentials auf. In die Zählerschaltung 264b werden ein Taktsignal von einer Leitung 268 sowie das H-Potential oder das L-Potential, das von der Schaltung 264a ausgegeben wird, eingegeben. Die Zählerschaltung 264b misst die Dauer der Periode, in der das H-Potential oder das L-Potential eingegeben wird, und gibt das Messergebnis an die Latch-Schaltung 264c als digitales Signal mit einem digitalen N-Bit-Wert aus. Außerdem wird ein Setzsignal oder ein Rücksetzsignal aus einer Leitung 265 in die Zählerschaltung 264b eingegeben. Die Latch-Schaltung 264c weist eine Funktion zum Halten des digitalen Signals auf. Außerdem wird ein Setzsignal oder ein Rücksetzsignal aus einer Leitung 266 in die Latch-Schaltung 264c eingegeben.
Die Spaltentreiberschaltung 262 wird auch als Spaltenauswahlschaltung, horizontale Treiberschaltung oder dergleichen bezeichnet. Die Spaltentreiberschaltung 262 erzeugt ein Auswahlsignal zum Auswählen einer Spalte, aus der die Abbildungsdaten gelesen werden sollen, die in der Latch-Schaltung 264c gehalten werden. Die Spaltentreiberschaltung 262 kann unter Verwendung eines Schieberegisters oder dergleichen ausgebildet werden. Spalten werden durch die Spaltentreiberschaltung 262 sequenziell ausgewählt, und die Abbildungsdaten, die von den Latch-Schaltungen 264c in den ausgewählten Spalten ausgegeben worden sind, werden über eine Leitung 269 in die Ausgangsschaltung 263 eingegeben. Die Leitung 269 kann als horizontale Transferleitung dienen.
Die Abbildungsdaten, die in die Ausgangsschaltung 263 eingegeben werden, werden in der Ausgangsschaltung 263 verarbeitet und zur Außenseite der Abbildungsvorrichtung 115 ausgegeben. Die Ausgangsschaltung 263 kann beispielsweise unter Verwendung einer Pufferschaltung ausgebildet werden. Des Weiteren kann die Ausgangsschaltung 263 eine Funktion zum Steuern des Zeitpunktes aufweisen, zu dem ein Signal zur Außenseite der Abbildungsvorrichtung 115 ausgegeben wird.
Des Weiteren weist die zweite Schaltung 270 eine Funktion zum Erzeugen und Ausgeben eines Auswahlsignals zur Auswahl des Pixels 141 auf, aus dem ein Signal gelesen werden soll. Es sei angemerkt, dass die zweite Schaltung 270 auch als Zeilenauswahlschaltung oder vertikale Treiberschaltung bezeichnet werden kann. Auf diese Weise können Abbildungsdaten, die ein analoges Signal sind, in ein digitales Signal mit einem digitalen N-Bit-Wert umgewandelt werden, der zur Außenseite ausgegeben werden soll.
Die Peripherieschaltung umfasst eine Logikschaltung, einen Schalter, einen Puffer, eine Verstärkerschaltung und/oder eine Umwandlungsschaltung. Des Weiteren können Transistoren oder dergleichen, die in der Peripherieschaltung verwendet werden, unter Verwendung eines Teils eines Halbleiters ausgebildet werden, der zum Herstellen einer Pixeltreiberschaltung 112 ausgebildet wird, die nachstehend beschrieben wird. Des Weiteren kann eine Halbleitervorrichtung, wie z. B. ein IC-Chip, für einen Teil oder die gesamte Peripherieschaltung verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass bei der Peripherieschaltung mindestens eine der ersten Schaltung 260 bis vierten Schaltung 290 weggelassen werden kann. Beispielsweise kann die erste Schaltung 260 oder die vierte Schaltung 290 weggelassen werden, indem eine Funktion der ersten Schaltung 260 oder der vierten Schaltung 290 zu der anderen der ersten Schaltung 260 und der vierten Schaltung 290 zugesetzt wird. Als weiteres Beispiel kann die zweite Schaltung 270 oder die dritte Schaltung 280 weggelassen werden, indem eine Funktion der zweiten Schaltung 270 oder der dritten Schaltung 280 zu der anderen der zweiten Schaltung 270 und der dritten Schaltung 280 zugesetzt wird. Als weiteres Beispiel können dann, wenn eine der ersten Schaltung 260 bis vierten Schaltung 290 zusätzlich Funktionen der anderen Schaltungen bei der Peripherieschaltung aufweist, die anderen Schaltungen bei der Peripherieschaltung weggelassen werden.
Des Weiteren kann, wie in 20 dargestellt, der Pixelabschnitt 140 oberhalb der ersten Schaltung 260 bis vierten Schaltung 290 bereitgestellt werden, so dass er diese überlappt. 20(A) ist eine Draufsicht auf die Abbildungsvorrichtung 115, in der der Pixelabschnitt 140 oberhalb der ersten Schaltung 260 bis vierten Schaltung 290 ausgebildet ist, so dass er diese überlappt. Des Weiteren ist 20(B) eine perspektivische Ansicht zum Erläutern der Konfiguration der Abbildungsvorrichtung 115, die in 20(A) dargestellt ist.
Indem der Pixelabschnitt 140 oberhalb der ersten Schaltung 260 bis vierten Schaltung 290 bereitgestellt wird, so dass er diese überlappt, kann die Fläche, die von dem Pixelabschnitt 140 eingenommen wird, in Bezug auf die Größe der Abbildungsvorrichtung 115 vergrößert werden. Dementsprechend kann die Lichtempfindlichkeit der Abbildungsvorrichtung 115 verbessert werden. Des Weiteren kann der Dynamikbereich der Abbildungsvorrichtung 115 verbessert werden. Des Weiteren kann die Auflösung der Abbildungsvorrichtung 115 verbessert werden. Des Weiteren kann die Qualität eines Bildes, das von der Abbildungsvorrichtung 115 aufgenommen wird, erhöht werden. Des Weiteren kann der Integrationsgrad der Abbildungsvorrichtung 115 verbessert werden.
«Konfigurationsbeispiel einer Schaltung des Pixels 141»
21(A) bis 21(C) stellen jeweils eine Schaltung 610 als Beispiel für eine Schaltung dar, die als Pixel 114 verwendet werden kann.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „über” oder „unter” in dieser Beschreibung und dergleichen nicht unbedingt bedeutet, dass eine Komponente direkt über oder direkt unter und in direktem Kontakt mit einer anderen Komponente platziert ist. Beispielsweise bedeutet die Formulierung „eine Elektrode B über einer Isolierschicht A” nicht notwendigerweise, dass die Elektrode B über und in direktem Kontakt mit der Isolierschicht A ausgebildet ist, und sie schließt den Fall nicht aus, in dem eine weitere Komponente zwischen der Isolierschicht A und der Elektrode B bereitgestellt ist.
Wenn beispielsweise ein Transistor mit umgekehrter Polarität verwendet wird oder wenn die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, können ferner die Funktionen einer „Source” und eines „Drains” in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen oder dergleichen untereinander ausgetauscht werden. Demzufolge ist es schwierig zu definieren, welche eine Source oder ein Drain ist. Somit können die Begriffe „Source” und „Drain”, die in dieser Beschreibung verwendet werden, untereinander ausgetauscht werden.
Des Weiteren bezeichnet eine Spannung in den meisten Fällen einen Potentialunterschied zwischen einem gegebenen Potential und einem Referenzpotential (z. B. einem Erdpotential oder einem Source-Potential). Demzufolge kann eine Spannung auch als Potential bezeichnet werden.
[Beispiel 1 für eine Pixelschaltung]
Die Schaltung 610, die in 21(A) dargestellt ist, beinhaltet ein photoelektrisches Umwandlungselement 601, einen Transistor 602, einen Transistor 604 und einen Kondensator 606. Eine/einer von einer Source und einem Drain des Transistors 602 ist elektrisch mit dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 verbunden, und die/der andere der Source und des Drains des Transistors 602 ist über einen Knoten 607 elektrisch mit einem Gate des Transistors 604 verbunden.
Als Transistor 602 wird vorzugsweise ein Transistor verwendet, in dem ein Oxidhalbleiter für eine Halbleiterschicht verwendet wird, in der ein Kanal gebildet wird (auch als „OS-Transistor” bezeichnet).
In einem OS-Transistor kann ein Strom, der zwischen einer Source und einem Drain fließt, wenn sich der Transistor in einem Sperrzustand befindet (auch als „Sperrstrom” bezeichnet), sehr niedrig sein; daher kann der Kondensator 606 klein sein. Alternativ kann der Kondensator 606 weggelassen werden, wie in 21(B) dargestellt. Des Weiteren ist es weniger wahrscheinlich, dass das Potential des Knotens 607 schwankt, wenn ein OS-Transistor als Transistor 602 verwendet wird. Daher kann eine Abbildungsvorrichtung bereitgestellt werden, bei der es weniger wahrscheinlich ist, dass sie durch Rauschen beeinflusst wird.
Es sei angemerkt, dass ein OS-Transistor als Transistor 602 verwendet werden kann. Es sei angemerkt, dass in den Schaltplänen dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen an das Schaltungssymbol eines Transistors „OS” angehängt wird, um zu zeigen, dass für diesen Transistor vorzugsweise ein OS-Transistor verwendet wird.
Ein Diodenelement, in dem ein pn-Übergang oder ein pin-Übergang in einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, kann als photoelektrisches Umwandlungselement 601 verwendet werden. Alternativ kann ein pin-Diodenelement oder dergleichen, in dem ein amorpher Siliziumfilm, ein mikrokristalliner Siliziumfilm oder dergleichen verwendet wird, verwendet werden. Alternativ kann ein als Diode geschalteter Transistor verwendet werden. Alternativ kann ein veränderlicher Widerstand oder dergleichen, der einen photoelektrischen Effekt nutzt, unter Verwendung von Silizium, Germanium, Selen oder dergleichen ausgebildet werden.
Des Weiteren kann das photoelektrische Umwandlungselement unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das zur Erzeugung einer Ladung durch Absorbieren einer Strahlung geeignet ist. Beispiele für das Material, das zum Erzeugen einer Ladung durch Absorbieren einer Strahlung geeignet ist, umfassen Bleiiodid, Quecksilberiodid, Galliumarsenid, CdTe und CdZn.
[Beispiel 2 für eine Pixelschaltung]
21(C) stellt die Schaltung 610 dar, in der eine Photodiode als photoelektrisches Umwandlungselement 601 verwendet wird. Die Schaltung 610, die in 21(C) dargestellt ist, beinhaltet das photoelektrische Umwandlungselement 601, den Transistor 602, einen Transistor 603, den Transistor 604, einen Transistor 605 und den Kondensator 606. Eine/einer von einer Source und einem Drain des Transistors 602 ist elektrisch mit einer Kathode des photoelektrischen Umwandlungselements 601 verbunden, und der andere Anschluss ist elektrisch mit dem Knoten 607 (Ladungsakkumulationsbereich) verbunden. Eine Anode des photoelektrischen Umwandlungselements 601 ist elektrisch mit einer Leitung 611 verbunden. Eine/einer von einer Source und einem Drain des Transistors 603 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden, und der andere Anschluss ist elektrisch mit einer Leitung 608 verbunden. Ein Gate des Transistors 604 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden, eine/einer von einer Source und einem Drain ist elektrisch mit dem Knoten 607 und einer Leitung 609 verbunden, und der andere Anschluss ist elektrisch mit einer/einem von einer Source und einem Drain des Transistors 605 verbunden. Die/der andere der Source und des Drains des Transistors 605 ist elektrisch mit der Leitung 608 verbunden. Eine Elektrode des Kondensators 606 ist elektrisch mit dem Knoten 607 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit der Leitung 611 verbunden.
Der Transistor 602 kann als Transfertransistor dienen. Einem Gate des Transistors 602 wird ein Transfersignal TX zugeführt. Der Transistor 603 kann als Rücksetztransistor dienen. Einem Gate des Transistors 603 wird ein Rücksetzsignal RST zugeführt. Der Transistor 604 kann als Verstärkertransistor dienen. Der Transistor 605 kann als Auswahltransistor dienen. Einem Gate des Transistors 605 wird ein Auswahlsignal SEL zugeführt. Außerdem wird der Leitung 608 VDD zugeführt, und VSS wird der Leitung 611 zugeführt.
Als Nächstes wird die Arbeitsweise der Schaltung 610 beschrieben, die in 21(C) dargestellt ist. Zuerst wird der Transistor 603 eingeschaltet, so dass dem Knoten 607 VDD zugeführt wird (Rücksetzvorgang). Dann wird der Transistor 603 ausgeschaltet, so dass VDD an dem Knoten 607 gehalten wird. Als Nächstes wird der Transistor 602 eingeschaltet, so dass das Potential des Knotens 607 entsprechend der Menge an Licht, die von dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 empfangen wird, geändert wird (Akkumulationsvorgang). Danach wird der Transistor 602 ausgeschaltet, so dass das Potential des Knotens 607 gehalten wird. Als Nächstes wird der Transistor 605 eingeschaltet, so dass ein Potential, das auf dem Potential des Knotens 607 basiert, aus der Leitung 609 ausgegeben wird (Auswahlvorgang). Durch Messen des Potentials der Leitung 609 kann die Menge an Licht, die von dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 empfangen wird, bestimmt werden.
Als Transistor 602 und Transistor 603 werden vorzugsweise OS-Transistoren verwendet. Da der Sperrstrom eines OS-Transistors, wie vorstehend beschrieben, sehr niedrig sein kann, kann der Kondensator 606 klein sein. Alternativ kann der Kondensator 606 weggelassen werden. Des Weiteren ist es weniger wahrscheinlich, dass das Potential des Knotens 607 schwankt, wenn OS-Transistoren als Transistor 602 und Transistor 603 verwendet werden. Daher kann eine Abbildungsvorrichtung bereitgestellt werden, bei der es weniger wahrscheinlich ist, dass sie durch Rauschen beeinflusst wird.
«Global-Shutter-System, Rolling-Shutter-System»
Somit vollzieht die Abbildungsvorrichtung 115 eine Abbildung durch Steuern des ganzen Pixelabschnitts 140, in dem der Rücksetzvorgang, der Akkumulationsvorgang und der Auswahlvorgang an jedem Pixel 141 wiederholt durchgeführt werden. Als Abbildungsverfahren, bei denen der gesamte Pixelabschnitt 140 gesteuert wird, sind ein Global-Shutter-System und ein Rolling-Shutter-System bekannt.
In dem Global-Shutter-System werden der Rücksetzvorgang und der Akkumulationsvorgang im Wesentlichen gleichzeitig an sämtlichen Pixeln 141 durchgeführt, und dann wird zeilenweise ein Lesevorgang sequenziell durchgeführt. Deshalb kann selbst im Falle eines beweglichen Objektes ein qualitativ hochwertiges Bild mit geringer Verzerrung erhalten werden.
In dem Rolling-Shutter-System wird hingegen der Akkumulationsvorgang nicht an sämtlichen Pixeln 141 gleichzeitig durchgeführt, sondern wird zeilenweise sequenziell durchgeführt. Daher ist, da sich der Zeitpunkt der Abbildung in der ersten Zeile von demjenigen in der letzten Zeile unterscheidet, die Abbildung an sämtlichen Pixeln 141 zur gleichen Zeit nicht sichergestellt. Folglich wird im Falle eines sich bewegenden Objektes ein Bild mit großer Verzerrung erhalten.
Um das Global-Shutter-System zu erhalten, muss das Potential des Ladungsakkumulationsbereichs für lange Zeit gehalten werden, bis ein sequenzielles Lesen von Signalen aus den Pixeln abgeschlossen wird. Wenn beispielsweise OS-Transistoren als Transistor 602 und Transistor 603 verwendet werden, kann das Potential des Ladungsakkumulationsbereichs für lange Zeit gehalten werden. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn beispielsweise Transistoren, deren Kanalbildungsbereiche unter Verwendung von Silizium oder dergleichen ausgebildet sind, als Transistor 602 und Transistor 603 verwendet werden, das Potential des Ladungsakkumulationsbereichs aufgrund ihres hohen Sperrstroms nicht für lange Zeit gehalten werden, wodurch die Verwendung des Global-Shutter-Systems erschwert wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch Verwendung eines OS-Transistors für das Pixel 141 das Global-Shutter-System leicht erhalten werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für den Fall, in dem die bei der vorstehenden Ausführungsform gezeigte Abbildungsvorrichtung 115 einen CMOS-Bildsensor beinhaltet, bei dem es sich um eine Art von Festkörper-Abbildungsvorrichtung handelt, anhand von Zeichnungen beschrieben. 22 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils des Pixels 141, das in der Abbildungsvorrichtung 115 enthalten ist, und eine Querschnittsansicht eines Peripherieschaltungsbereichs 252, bei dem es sich um einen Teil der Peripherieschaltung handelt. Des Weiteren zeigt 23(A) eine vergrößerte Ansicht des Transistors 602. Ebenfalls zeigt 23(B) eine vergrößerte Ansicht des Kondensators 606. Ebenfalls zeigt 25(A) eine vergrößerte Ansicht eines Transistors 281. Ebenfalls zeigt 25(B) eine vergrößerte Ansicht eines Transistors 282. Es sei angemerkt, dass die Struktur des bei dieser Ausführungsform gezeigten Transistors 602 auch für die anderen bei der vorstehenden Ausführungsform gezeigten Transistoren verwendet werden kann.
Bei der bei dieser Ausführungsform beispielhaft beschriebenen Abbildungsvorrichtung 115 wird ein n-Typ-Halbleiter für ein Substrat 401 verwendet. Des Weiteren wird ein p-Typ-Halbleiter 221 des photoelektrischen Umwandlungselements 601 in dem Substrat 401 bereitgestellt. Des Weiteren dient ein Teil des Substrats 401 als n-Typ-Halbleiter 223 des photoelektrischen Umwandlungselements 601.
Außerdem ist der Transistor 281 auf dem Substrat 401 bereitgestellt. Der Transistor 281 kann als p-Kanal-Transistor dienen. Des Weiteren ist eine p-Typ-Halbleiterwanne 220 in einem Teil des Substrats 401 bereitgestellt. Die Wanne 220 kann durch ein ähnliches Verfahren wie dasjenige zum Ausbilden des p-Typ-Halbleiters 221 bereitgestellt werden. Die Wanne 220 und der p-Typ-Halbleiter 221 können gleichzeitig ausgebildet werden. Des Weiteren ist der Transistor 282 auf der Wanne 220 bereitgestellt. Der Transistor 282 kann als n-Kanal-Transistor dienen. Kanäle des Transistors 281 und des Transistors 282 werden in dem Substrat 401 ausgebildet.
Des Weiteren ist eine Isolierschicht 403 über dem photoelektrischen Umwandlungselement 601, dem Transistor 281 und dem Transistor 282 ausgebildet, und eine Isolierschicht 404 ist über der Isolierschicht 403 ausgebildet.
Die Isolierschicht 403 kann als Einzelschicht oder Schichtanordnung ausgebildet werden, die ein Oxidmaterial, wie z. B. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirconiumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid, ein Nitridmaterial, wie z. B. Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid oder Aluminiumnitridoxid, oder dergleichen enthält. Die Isolierschicht 403 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein thermisches Oxidationsverfahren, ein Beschichtungsverfahren, ein Druckverfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
Die Isolierschicht 404 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Isolierschicht 403 ähnlich sind. Es sei angemerkt, dass die Isolierschicht 403 und die Isolierschicht 404 vorzugsweise unter Verwendung eines Isoliermaterials ausgebildet werden, der eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, einem Alkalimetall und einem Erdalkalimetall, aufweist. Es sei angemerkt, dass die Isolierschicht 403 oder die Isolierschicht 404 weggelassen werden kann bzw. eine weitere Isolierschicht darüber angeordnet werden kann.
Des Weiteren ist in der bei dieser Ausführungsform gezeigten Abbildungsvorrichtung 115 eine Isolierschicht 405 mit einer planaren Oberfläche über der Isolierschicht 404 bereitgestellt. Die Isolierschicht 405 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Isolierschicht 403 ähnlich sind. Es ist auch möglich, dass für die Isolierschicht 405 ein Material mit einer niedrigen dielektrischen Konstante (ein Material mit niedrigem k), ein Harz auf Siloxan-Basis, ein Phosphorsilikatglas (PSG), ein Borophosphorsilikatglas (BPSG) oder dergleichen verwendet wird. Außerdem kann die Oberfläche der Isolierschicht 405 einer chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Behandlung (nachstehend auch als „CMP-Behandlung” bezeichnet) unterzogen werden. Die CMP-Behandlung kann eine Unebenheit der Oberfläche eines Materials verringern und eine Abdeckung mit einer Isolierschicht oder einer leitenden Schicht, die später ausgebildet wird, verbessern.
Außerdem wird eine Öffnung 224 in Bereichen der Isolierschicht 403 bis 405 ausgebildet, die das Substrat 401 (den n-Typ-Halbleiter 223) überlappen, und eine Öffnung 225 wird in Bereichen der Isolierschichten 403 bis 405 ausgebildet, die den p-Typ-Halbleiter 221 überlappen. Des Weiteren werden Kontaktstecker 406 in der Öffnung 224 und der Öffnung 225 ausgebildet. Die Kontaktstecker 406 werden jeweils durch ein Füllen der Öffnungen mit einem leitenden Material ausgebildet, die in der Isolierschicht bereitgestellt ist. Als leitendes Material kann beispielsweise ein leitendes Material mit einer hohen Einbettfähigkeit, wie z. B. Wolfram oder Polysilizium, verwendet werden. Obwohl nicht dargestellt, können ferner die Seitenfläche und die Unterseite des Materials mit einer Sperrschicht (einer Schicht zur Verhinderung einer Diffusion), nämlich eine Titanschicht, eine Titannitridschicht, eine Schichtanordnung aus diesen Schichten oder dergleichen bedeckt sein. In diesem Fall kann der Sperrfilm als Teil des Kontaktsteckers angesehen werden. Es sei angemerkt, dass die Anzahl und die Position der Öffnung 224 und der Öffnung 225 nicht sonderlich beschränkt sind. Daher kann eine Abbildungsvorrichtung mit hohem Freiheitsgrad der Platzierung bereitgestellt werden.
Des Weiteren werden eine Leitung 421 und eine Leitung 429 über der Isolierschicht 405 ausgebildet. Die Leitung 421 ist über den Kontaktstecker 406, der in der Öffnung 224 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem n-Typ-Halbleiter 223 verbunden. Ebenfalls ist die Leitung 429 über den Kontaktstecker 406, der in der Öffnung 225 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem p-Typ-Halbleiter 221 verbunden.
Des Weiteren ist eine Isolierschicht 407 derart bereitgestellt, dass sie die Leitung 421 und die Leitung 429 bedeckt. Die Isolierschicht 407 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Isolierschicht 405 ähnlich sind. Außerdem kann eine Oberfläche der Isolierschicht 407 einer CMP-Behandlung unterzogen werden. Die CMP-Behandlung kann eine Unebenheit der Oberfläche eines Materials verringern und eine Abdeckung mit einer Isolierschicht oder einer leitenden Schicht, die später ausgebildet wird, verbessern.
Die Leitung 421 und die Leitung 429 können jeweils mit einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtige Struktur aufweisen, die unter Verwendung eines Metalls, wie z. B. Aluminium, Titan, Chrom, Nickel, Kupfer, Yttrium, Zirconium, Molybdän, Mangan, Silber, Tantal und Wolfram, oder einer Legierung, die ein beliebiges dieser Metalle als ihren Hauptbestandteil enthält, ausgebildet wird. Beispiele umfassen eine einschichtige Struktur aus einem Mangan enthaltenden Kupferfilm, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Aluminiumfilm über einem Titanfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Aluminiumfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Kupfer-Magnesium-Aluminium-Legierungsfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Titanfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm ausgebildet ist, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm über dem Titanfilm oder dem Titannitridfilm angeordnet ist und ein weiterer Titanfilm oder ein weiterer Titannitridfilm darüber ausgebildet ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm ausgebildet ist, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm über dem Molybdänfilm oder dem Molybdännitridfilm angeordnet ist und ein weiterer Molybdänfilm oder ein weiterer Molybdännitridfilm darüber ausgebildet ist, und eine dreischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist und ein weiterer Wolframfilm darüber ausgebildet ist. Ferner kann ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm verwendet werden, in dem Aluminium mit einem oder mehreren Element/en kombiniert ist, das/die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt wird/werden.
Es sei angemerkt, dass ein leitendes Material, das Sauerstoff enthält, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), Zinkoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt worden ist, oder ein leitendes Material, das Stickstoff enthält, wie z. B. Titannitrid oder Tantalnitrid, verwendet werden kann. Es ist ebenfalls möglich, eine mehrschichtige Struktur zu verwenden, bei der ein Material, das das vorstehende Metallelement enthält, mit dem leitenden Material ausgebildet wird, das Sauerstoff enthält. Es ist ebenfalls möglich, eine mehrschichtige Struktur zu verwenden, bei der ein Material, das das vorstehende Metallelement enthält, mit dem leitenden Material ausgebildet wird, das Stickstoff enthält. Es ist ebenfalls möglich, eine mehrschichtige Struktur zu verwenden, bei der ein Material, das das vorstehende Metallelement enthält, mit dem leitenden Material, das Sauerstoff enthält, und dem leitenden Material, das Stickstoff enthält, ausgebildet wird.
Der Transistor 602, der Transistor 289 und der Kondensator 606 sind über der Isolierschicht 407 ausgebildet, wobei eine Isolierschicht 408 und eine Isolierschicht 409 dazwischen liegen. Neben dem Transistor 602 kann ein nicht dargestellter Transistor oder dergleichen ebenfalls über der Isolierschicht 407 ausgebildet werden, wobei die Isolierschicht 408 und die Isolierschicht 409 dazwischen liegen. Es sei angemerkt, dass es sich in dem bei dieser Ausführungsform gezeigten Beispiel bei dem Transistor 602, dem Transistor 289 und dergleichen jeweils um einen Top-Gate-Transistor handelt; jedoch kann ein Bottom-Gate-Transistor auch verwendet werden.
Alternativ kann für die Transistoren auch ein invertierender Staggered-Transistor oder ein Forward-Staggered-Transistor verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, einen Dual-Gate-Transistor zu verwenden, bei dem eine Halbleiterschicht, in der ein Kanal gebildet wird, zwischen zwei Gate-Elektroden liegt. Des Weiteren sind die Transistoren nicht auf diejenigen mit einer Einzel-Gate-Struktur beschränkt; ein Multi-Gate-Transistor bzw. Mehrfach-Gate-Transistor mit einer Vielzahl von Kanalbildungsbereichen, wie z. B. ein Doppel-Gate-Transistor, kann verwendet werden.
Ferner können Transistoren mit verschiedenen Strukturen, wie z. B. einem planaren Typ, einem FIN-Typ und einem Tri-Gate-Typ, für die Transistoren verwendet werden.
Die vorstehenden Transistoren können ähnliche Strukturen oder unterschiedliche Strukturen aufweisen. Die Größe des Transistors (z. B. die Kanallänge und die Kanalbreite) oder dergleichen jedes Transistors in angemessener Weise angepasst werden kann. In dem Fall, in dem sämtliche der Vielzahl von Transistoren in der Abbildungsvorrichtung 115 die gleiche Struktur aufweisen, können die Transistoren gleichzeitig in dem gleichen Prozess ausgebildet werden.
Der Transistor 602 umfasst eine Elektrode 243, die als Gate-Elektrode dienen kann, eine Elektrode 244, die als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode dienen kann, eine Elektrode 245, die als der andere Anschluss von Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen kann, eine Isolierschicht 117, die als Gate-Isolierschicht dienen kann, und eine Halbleiterschicht 242 (siehe 23(A)).
Es sei angemerkt, dass in 22 die Elektrode 245 ausgebildet wird, so dass sie nicht nur als Elektrode 245, die als der andere Anschluss von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 602 dient, sondern auch als Elektrode, die als eine Elektrode des Kondensators 606 dienen kann, dienen kann. Jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Elektrode, die als der andere Anschluss von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 602 dient, und die Elektrode, die als die eine Elektrode des Kondensators 606 dienen kann, können unter Verwendung unterschiedlicher Elektroden ausgebildet werden.
Des Weiteren weist der Kondensator 606 eine Struktur auf, bei der die Elektrode 245, die als die eine Elektrode des Kondensators 606 dienen kann, und eine Elektrode 273, die als die andere Elektrode dienen kann, einander überlappen, wobei eine Isolierschicht 277 und eine Halbleiterschicht 272c dazwischen liegen (siehe 23(B)). Außerdem kann die Elektrode 273 gleichzeitig mit der Elektrode 243 ausgebildet werden. Des Weiteren können die Isolierschicht 277 und die Halbleiterschicht 272c als Dielektrikum dienen. Außerdem kann die Isolierschicht 277 gleichzeitig mit der Isolierschicht 117 ausgebildet werden. Außerdem kann die Halbleiterschicht 272c gleichzeitig mit einer Halbleiterschicht 242c ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass entweder die Isolierschicht 277 oder die Halbleiterschicht 272c kann weggelassen werden.
Die Isolierschicht 408 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Isoliermaterials ausgebildet, der eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, einem Alkalimetall und einem Erdalkalimetall, aufweist. Beispiele für das Isoliermaterial umfassen Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Galliumoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid und Aluminiumoxynitrid. Es sei angemerkt, dass dann, wenn Siliziumnitrid, Galliumoxid, Hafniumoxid, Yttriumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen als Isoliermaterial verwendet wird, verhindert wird, dass Verunreinigungen, die von der Seite des photoelektrischen Umwandlungselements 601 diffundieren, die Halbleiterschicht 242 erreichen. Es sei angemerkt, dass die Isolierschicht 408 durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Verdampfungsverfahren, ein thermisches Oxidationsverfahren oder dergleichen ausgebildet werden kann. Als Isolierschicht 408 kann eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus beliebigen dieser Materialien verwendet werden.
Die Isolierschicht 409 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Isolierschicht 403 ähnlich sind. Außerdem wird in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter für die Halbleiterschicht 242 verwendet wird, vorzugsweise eine Isolierschicht verwendet, die mehr Sauerstoff als Sauerstoff in der stöchiometrischen Zusammensetzung aufweist, um die Isolierschicht 409 auszubilden. Von der Isolierschicht, die mehr Sauerstoff enthält als Sauerstoff in der stöchiometrischen Zusammensetzung, wird ein Teil des Sauerstoffs bei Erwärmung abgegeben. Die Isolierschicht, die mehr Sauerstoff enthält als Sauerstoff in der stöchiometrischen Zusammensetzung, ist eine Isolierschicht, bei der die Menge an abgegebenem Sauerstoff, in Sauerstoffatome umgerechnet, größer als oder gleich 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt größer als oder gleich 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³ bei einer TDS-Analyse ist, bei der eine Wärmebehandlung derart durchgeführt wird, dass die Oberflächentemperatur der Isolierschicht höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 700°C, bevorzugt höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 500°C ist.
Außerdem kann die Isolierschicht, die mehr Sauerstoff enthält als Sauerstoff in der stöchiometrischen Zusammensetzung, durch eine Behandlung zum Hinzufügen von Sauerstoff zu einer Isolierschicht ausgebildet werden. Die Behandlung zum Zufügen von Sauerstoff kann durch eine Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden, oder sie kann mit einer Ionenimplantationseinrichtung, einer Ionendotiereinrichtung oder einer Plasmabehandlungseinrichtung durchgeführt werden. Als Gas zum Zufügen von Sauerstoff kann ein Sauerstoffgas von ¹⁶O₂, ¹⁸O₂ oder dergleichen, ein Stickstoffoxidgas, ein Ozongas oder dergleichen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung die Behandlung zum Zufügen von Sauerstoff auch als „Sauerstoffdotierbehandlung” bezeichnet wird.
Halbleiterschichten des Transistors 602, des Transistors 289 und dergleichen können unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiters, eines polykristallinen Halbleiters, eines mikrokristallinen Halbleiters, eines nanokristallinen Halbleiters, eines semi-amorphen Halbleiters, eines amorphen Halbleiters oder dergleichen ausgebildet werden. Beispielsweise kann amorphes Silizium oder mikrokristallines Germanium verwendet werden. Alternativ kann ein Verbundhalbleiter, wie z. B. Siliziumcarbid, Galliumarsenid, ein Oxidhalbleiter oder ein Nitridhalbleiter, ein organischer Halbleiter oder dergleichen verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, in dem ein Oxidhalbleiter für die Halbleiterschicht 242 verwendet wird. Außerdem kann es sich bei der Halbleiterschicht 242 um eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus einer Vielzahl von Schichten handeln. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem es sich bei der Halbleiterschicht 242 um eine Schichtanordnung aus einer Vielzahl von Schichten handelt, Halbleitermaterialien der gleichen Art übereinander angeordnet werden können oder unterschiedliche Arten von Halbleitermaterialien übereinander angeordnet werden können. Bei dieser Ausführungsform wird der Fall beschrieben, in dem es sich bei der Halbleiterschicht 242 um eine Schichtanordnung aus einer Halbleiterschicht 242a, einer Halbleiterschicht 242b und der Halbleiterschicht 242c handelt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Halbleiterschicht 242a, die Halbleiterschicht 242b und die Halbleiterschicht 242c unter Verwendung eines Materials ausgebildet, das In und/oder Ga enthält. Typische Beispiele sind ein In-Ga-Oxid (ein Oxid, das In und Ga enthält), ein In-Zn-Oxid (ein Oxid, das In und Zn enthält) und ein In-M-Zn-Oxid (ein Oxid, das In, ein Element M und Zn enthält; bei dem Element M handelt es sich um eine oder mehrere Art/en von Element/en, das/die aus Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd und Hf ausgewählt wird/werden, und es repräsentiert ein Metallelement, dessen Bindungsstärke an Sauerstoff höher ist als diejenige von In).
Die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242c werden vorzugsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet, das eine oder mehrere Arten von Metallelementen enthält, das einem Metallelement/die Metallelementen gleich ist/sind, das/die in der Halbleiterschicht 242b enthalten ist/sind. Durch Verwendung eines derartigen Materials können verhindert werden, dass Grenzflächenzustände an einer Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b und an einer Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242c und der Halbleiterschicht 242b gebildet wird. Daher werden Ladungsträger mit geringerer Wahrscheinlichkeit an den Grenzflächen gestreut oder eingefangen, was zu einer Verbesserung der Feldeffektbeweglichkeit des Transistors führt. Zudem können Schwankungen der Schwellenspannung des Transistors verringert werden. Deshalb kann eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften erhalten werden.
Die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242c haben jeweils eine Dicke von größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Außerdem hat die Halbleiterschicht 242b eine Dicke von größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, noch bevorzugter größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
Wenn es sich bei der Halbleiterschicht 242b um ein In-M-Zn-Oxid handelt und bei der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242c auch jeweils um ein In-M-Zn-Oxid handelt, enthalten die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242c ferner jeweils In, M und Zn im Atomverhältnis von x₁:y₁:z₁, und enthält die Halbleiterschicht 242b In, M und Zn im Atomverhältnis von x₂:y₂:z₂. In diesem Fall werden die Halbleiterschicht 242a, die Halbleiterschicht 242c und die Halbleiterschicht 242b derart ausgewählt, dass y₁/x₁ größer als y₂/x₂ ist. Vorzugsweise werden die Halbleiterschicht 242a, die Halbleiterschicht 242c und die Halbleiterschicht 242b derart ausgewählt, dass y₁/x₁ 1,5-mal oder mehr so groß ist wie y₂/x₂. Es wird darüber hinaus bevorzugt, dass die Halbleiterschicht 242a, die Halbleiterschicht 242c und die Halbleiterschicht 242b derart ausgewählt werden, dass y₁/x₁ zweimal oder mehr so groß ist wie y₂/x₂. Es ist noch bevorzugter, dass die Halbleiterschicht 242a, die Halbleiterschicht 242c und die Halbleiterschicht 242b derart ausgewählt werden, dass y₁/x₁ dreimal oder mehr so groß ist wie y₂/x₂. Dabei ist y₁ bevorzugt größer als oder gleich x₁ in der Halbleiterschicht 242b, wobei in diesem Falle der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann. Jedoch wird dann, wenn y₁ dreimal oder mehr so groß ist wie x₁, die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors verringert; folglich ist y₁ vorzugsweise kleiner als das Dreifache von x₁. Wenn die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242c jeweils die vorstehende Zusammensetzung aufweisen, kann es sich bei der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242c jeweils um eine Schicht handeln, in der Sauerstofffehlstellen mit geringerer Wahrscheinlichkeit erzeugt werden als in der Halbleiterschicht 242b.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn es sich bei der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242c jeweils um ein In-M-Zn-Oxid handelt, die Prozentsätze von In und dem Element M, wobei Zn und O nicht berücksichtigt werden, vorzugsweise wie folgt sind: Der Prozentsatz von In ist niedriger als 50 Atom-% und derjenige von M ist höher als oder gleich 50 Atom-%; noch bevorzugter ist der Prozentsatz von In niedriger als 25 Atom-% und derjenige von M ist höher als oder gleich 75 Atom-%. Wenn es sich bei der Halbleiterschicht 242b um ein In-M-Zn-Oxid handelt, sind ferner die Prozentsätze von In und dem Element M, wobei Zn und O nicht berücksichtigt werden, bevorzugt wie folgt: der Prozentsatz von In ist höher als oder gleich 25 Atom-%, und derjenige von dem Element M ist niedriger als 75 Atom-%; noch bevorzugter sind die Prozentsätze von In und dem Element M sind noch bevorzugter wie folgt: Der Prozentsatz von In ist höher als oder gleich 34 Atom-% und derjenige von dem Element M ist niedriger als 66 Atom-% ist.
Beispielsweise kann ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2, 1:3:4, 1:3:6, 1:6:4, 1:9:6 oder dergleichen ausgebildet wird, oder ein In-Ga-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga = 1:9 oder dergleichen ausgebildet wird, oder Galliumoxid sowohl für die Halbleiterschicht 242a, die In oder Ga enthält, als auch für die Halbleiterschicht 242c, die In oder Ga enthält, verwendet werden. Des Weiteren kann ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 3:1:2, 1:1:1, 5:5:6, 4:2:4,1 oder dergleichen ausgebildet wird, für die Halbleiterschicht 242b verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Atomverhältnisse der Halbleiterschicht 242a, der Halbleiterschicht 242b und der Halbleiterschicht 242c jeweils innerhalb eines Fehlerbereiches von ±20% von dem vorstehend beschriebenen Atomverhältnis abweichen können.
Um stabile elektrische Eigenschaften des Transistors, bei dem die Halbleiterschicht 242b verwendet wird, zu erhalten, wird vorzugsweise die Halbleiterschicht 242b in hohem Maße gereinigt und intrinsisch, indem Verunreinigungen und Sauerstofffehlstellen darin verringert werden, so dass die Halbleiterschicht 242b als intrinsische oder im Wesentlichen intrinsische Oxidhalbleiterschicht angesehen werden kann. Des Weiteren handelt es sich vorzugsweise bei der Halbleiterschicht 242b um eine Halbleiterschicht, bei der mindestens der Kanalbildungsbereich als intrinsische oder im Wesentlichen intrinsische Halbleiterschicht angesehen werden kann.
Es sei angemerkt, dass die im Wesentlichen intrinsische Oxidhalbleiterschicht eine Oxidhalbleiterschicht bezeichnet, in der die Ladungsträgerdichte niedriger als 8 × 10¹¹/cm³ oder niedriger als 1 × 10¹¹/cm³ und höher als oder gleich 1 × 10^–9/cm³.
[Energiebandstruktur des Oxidhalbleiters]
Hier werden die Funktion und der Effekt der Halbleiterschicht 242, die eine Schichtanordnung aus der Halbleiterschicht 242a, der Halbleiterschicht 242b und der Halbleiterschicht 242c ist, anhand eines Energiebandstrukturdiagramms, das in 24 gezeigt ist, beschrieben. 24 ist ein Energiebandstrukturdiagramm eines Abschnitts, die von Strichpunktlinie C1-C2 in 23(A) dargestellt ist. 24 stellt die Energiebandstruktur des Kanalbildungsbereichs des Transistors 602 dar.
In 24 bezeichnen Ec382, Ec383a, Ec383b, Ec383c und Ec386 die Energie des Leitungsbandminimums der Isolierschicht 409, diejenige der Halbleiterschicht 242a, diejenige der Halbleiterschicht 242b, diejenige der Halbleiterschicht 242c und diejenige der Isolierschicht 117.
Hier entspricht eine Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Leitungsbandminimum (auch als „Elektronenaffinität” bezeichnet) einem Wert, der durch Subtraktion einer Energielücke von einer Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Maximum des Valenzbandes (auch als „Ionisierungspotential” bezeichnet) ermittelt wird. Es sei angemerkt, dass die Energielücke mittels eines spektroskopischen Ellipsometers (UT-300; hergestellt von HORIBA JOBIN YVON S. A. S.) gemessen werden kann. Außerdem kann die Energiedifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Maximum des Valenzbandes mittels eines Ultraviolett-Photoelektronenspektroskopie-(UPS-)Geräts (VersaProbe; hergestellt von ULVAC-PHI, Inc.) gemessen werden.
Es sei angemerkt, dass ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,5 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,5 eV aufweist. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:4 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,4 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,5 eV auf. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:6 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,3 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,5 eV auf. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:2 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,9 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,3 eV auf. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:8 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,5 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,4 eV auf. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:10 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,5 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,5 eV auf. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 3,2 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 4,7 eV auf. Außerdem weist ein In-Ga-Zn-Oxid, das unter Verwendung eines Targets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 3:1:2 ausgebildet wird, eine Energielücke von etwa 2,8 eV und eine Elektronenaffinität von etwa 5,0 eV auf.
Da die Isolierschicht 409 und die Isolierschicht 117 Isolatoren sind, liegen Ec382 und Ec386 näher am Vakuumniveau (weisen sie jeweils eine geringere Elektronenaffinität auf) als Ec383a, Ec383b und Ec383c.
Ferner liegt Ec383a näher am Vakuumniveau als Ec383b. Insbesondere liegt Ec383a vorzugsweise um 0,05 eV oder mehr, um 0,07 eV oder mehr, um 0,1 eV oder mehr, oder um 0,15 eV oder mehr und um 2 eV oder weniger, um 1 eV oder weniger, um 0,5 eV oder weniger oder um 0,4 eV oder weniger näher am Vakuumniveau als Ec383b.
Ferner liegt Ec383c näher am Vakuumniveau als Ec383b. Insbesondere liegt Ec383c vorzugsweise um 0,05 eV oder mehr, um 0,07 eV oder mehr, um 0,1 eV oder mehr, oder um 0,15 eV oder mehr und um 2 eV oder weniger, um 1 eV oder weniger, um 0,5 eV oder weniger oder um 0,4 eV oder weniger näher am Vakuumniveau als Ec383b.
Ferner werden Mischbereiche in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b und in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242b und der Halbleiterschicht 242c Mischbereiche gebildet; demzufolge ändert sich die Energie des Leitungsbandminimums kontinuierlich. Mit anderen Worten: Kein Zustand oder nur wenige Zustände existieren an diesen Grenzflächen.
Dementsprechend bewegen sich Elektronen hauptsächlich durch die Halbleiterschicht 242b in der mehrschichtigen Struktur mit der Energiebandstruktur. Demzufolge beeinflussen Grenzflächenzustände selbst dann, wenn die Zustände an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242a und der Isolierschicht 409 oder an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242c und der Isolierschicht 117 existieren, den Elektronenübergang kaum. Außerdem existieren keine oder nur wenige Zustände an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b und an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242c und der Halbleiterschicht 242b; somit wird ein Elektronenübergang in diesen Bereichen nicht unterbunden. Demzufolge kann mit den vorstehenden mehrschichtigen Strukturen der Oxidhalbleiter der Transistor 602 eine hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweisen.
Es sei angemerkt, dass sich, obwohl sich Einfangzustände 390, wie in 24 gezeigt, aufgrund von Verunreinigungen oder Defekten in der Nähe der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242a und der Isolierschicht 409 und der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 242c und der Isolierschicht 117 bilden könnten; jedoch kann die Halbleiterschicht 242b dank des Vorhandenseins der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242c entfernt von den Einfangzuständen befinden.
Des Weiteren kann beispielsweise eine Oberseite und eine Seitenfläche der Halbleiterschicht 242b, die über der Halbleiterschicht 242a ausgebildet ist, mit der Halbleiterschicht 242c bedeckt werden. Auf diese Weise ist die Halbleiterschicht 242b mit der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242c bedeckt, wodurch der Einfluss der vorstehenden Einfangzustände weiter verringert werden kann.
Jedoch könnte in dem Fall, in dem eine Energiedifferenz zwischen Ec383a oder Ec383c und Ec383b klein ist, ein Elektron in der Halbleiterschicht 242b den Einfangzustand erreichen, indem sie die Energiedifferenz überwinden. Da das Elektron in den Einfangzuständen eingefangen wird, wird eine negative Festladung an der Grenzfläche zu der Isolierschicht erzeugt, was dazu führt, dass sich die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschiebt.
Deshalb sind die Energiedifferenz zwischen Ec383a und Ec383b und diejenige zwischen Ec383c und Ec383b bevorzugt 0,1 eV oder größer, bevorzugter 0,15 eV oder größer, wobei in diesem Falle Schwankungen der Schwellenspannung des Transistors verringert werden können und der Transistor vorteilhafte elektrische Eigenschaften aufweisen kann.
Des Weiteren sind die Bandlücken der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242c vorzugsweise größer als die Bandlücke der Halbleiterschicht 242b.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit geringen Schwankungen der elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Dementsprechend kann eine Halbleitervorrichtung mit geringen Schwankungen der elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Dementsprechend kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
Außerdem weist ein Oxidhalbleiter eine Energielücke von 2 eV oder mehr auf; demzufolge kann ein Transistor, in dem ein Oxidhalbleiter für eine Halbleiterschicht verwendet wird, in der ein Kanal gebildet wird, einen sehr geringen Sperrstrom aufweisen. Insbesondere kann der Sperrstrom pro Mikrometer der Kanalbreite bei Raumtemperatur niedriger als 1 × 10^–20 A, bevorzugt niedriger als 1 × 10^–22 A, noch bevorzugter niedriger als 1 × 10^–24 A sein. Das heißt, dass das On/Off-Verhältnis 20 Stellen oder größer und 150 Stellen oder kleiner sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit geringem Stromverbrauch bereitgestellt werden. Demzufolge kann eine Abbildungsvorrichtung oder eine Halbleitervorrichtung mit geringem Stromverbrauch bereitgestellt werden.
Außerdem ermöglicht, da ein OS-Transistor einen sehr niedrigen Sperrstrom aufweist, die Verwendung eines OS-Transistors als Transistor 602 eine Verringerung der Größe des Kondensators 606. Daher kann die Licht empfangende Fläche des photoelektrischen Umwandlungselements 601 vergrößert werden. Des Weiteren kann die Verwendung eines OS-Transistors als Transistor 602 zu einer Verringerung des ungewollten Stromflusses (auch als „Leckstrom” oder „Ableitstrom” bezeichnet) führen, der zwischen der Source und dem Drain fließt. Dementsprechend kann der Stromverbrauch der Abbildungsvorrichtung 115 verringert werden. Außerdem kann Rauschen, das bei der Elektrode 244 und der Elektrode 245 auftritt, verringert werden, wodurch die Qualität eines Bildes, das von der Abbildungsvorrichtung 115 aufgenommen worden ist, verbessert werden kann. Des Weiteren kann eine in hohem Maße zuverlässige Abbildungsvorrichtung 115 bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Abbildungsvorrichtung oder eine Halbleitervorrichtung mit hoher Lichtempfindlichkeit bereitgestellt werden. Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Abbildungsvorrichtung oder eine Halbleitervorrichtung mit einem großen Dynamikbereich bereitgestellt werden.
Des Weiteren kann, da ein Oxidhalbleiter eine große Bandlücke aufweist, eine Halbleitervorrichtung, bei der ein Oxidhalbleiter verwendet wird, in einem großen Temperaturbereich der Umgebung verwendet werden kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Abbildungsvorrichtung oder eine Halbleitervorrichtung, die in einem großen Temperaturbereich arbeiten kann, bereitgestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die vorstehend beschriebene dreischichtige Struktur ein Beispiel ist. Beispielsweise kann eine zweischichtige Struktur, bei der entweder die Halbleiterschicht 242a oder die Halbleiterschicht 242c nicht ausgebildet ist, zum Einsatz kommen.
[Oxidhalbleiter]
Hier wird ein Oxidhalbleiter, der für die Halbleiterschicht 242 verwendet werden kann, im Detail beschrieben.
<Struktur eines Oxidhalbleiters>
Die Struktur eines Oxidhalbleiters wird nachstehend beschrieben.
Oxidhalbleiter werden in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und in einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter eingeteilt. Beispiele für einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen CAAC-OS (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse), einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor, nanokristallinen Oxidhalbleiter), einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-like OS: amorphous like oxide semiconductor) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
Von einer anderen Perspektive aus gesehen, werden Oxidhalbleiter in einen amorphen Oxidhalbleiter und in einen kristallinen Oxidhalbleiter eingeteilt. 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 wird: als 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.
Umgekehrt kann man einen grundsätzlich stabilen Oxidhalbleiter nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen. Außerdem kann man einen Oxidhalbleiter, der nicht isotrop ist (z. B. denjenigen mit einer regelmäßigen Struktur in einem mikroskopischen Bereich), nicht vollständig amorphen Oxidhalbleiter nennen. Es sei angemerkt, dass, obwohl ein a-ähnlicher OS eine regelmäßige Struktur in einem mikroskopischen Bereich aufweist, einen Hohlraum (auch als Void bezeichnet) enthält und eine instabile Struktur aufweist. Aus diesem Grund sind seine physikalischen Eigenschaften denjenigen eines amorphen Oxidhalbleiters ähnlich.
<CAAC-OS>
Zuerst wird ein CAAC-OS beschrieben.
Ein CAAC-OS ist einer der Oxidhalbleiter, 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, das mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) erhalten wird, kann eine Vielzahl von Pellets beobachtet werden. Im Gegensatz dazu kann im hochauflösenden TEM-Bild eine Grenze zwischen Pellets, das heißt eine Kristallkorngrenze (auch als Korngrenze bezeichnet), nicht eindeutig beobachtet werden. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund der Kristallkorngrenze auftritt.
Ein CAAC-OS, der mit einem TEM beobachtet wird, wird nachstehend beschrieben. 38(A) zeigt ein hochauflösendes TEM-Bild eines Querschnitts des CAAC-OS, der von einer Richtung betrachtet wird, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist. Zum Betrachten des hochauflösenden TEM-Bildes wurde eine Korrekturfunktion der sphärischen Aberration verwendet. Das hochauflösende TEM-Bild, das mittels der Korrekturfunktion der sphärischen Aberration erhalten wird, wird insbesondere als Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild bezeichnet. Das Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bild kann beispielsweise mit einem analytischen Elektronenmikroskop mit atomarer Auflösung (atomic resolution analytical electron microscope) JEM-ARM200F, hergestellt von JEOL Ltd., aufgenommen werden.
38(B) zeigt ein vergrößertes Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild eines Bereichs (1) in 38(A). 38(B) deutet darauf hin, dass Metallatome in einem Pellet geschichtet angeordnet sind. Jede Metallatomlage weist eine Konfiguration auf, die eine Unebenheit einer Oberfläche, über der ein CAAC-OS-Film ausgebildet wird (auch als Bildungsoberfläche bezeichnet), oder seiner Oberseite widerspiegelt, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Bildungsoberfläche oder der Oberseite des CAAC-OS.
Der CAAC-OS weist, wie in 38(B) gezeigt, eine charakteristische Atomanordnung auf. Die charakteristische Atomanordnung wird durch eine Hilfslinie in 38(C) dargestellt. 38(B) und 38(C) belegen, dass die Größe eines Pellets größer als oder gleich 1 nm oder größer als oder gleich 3 nm ist und dass der Raum zwischen Pellets, der durch die Neigung gebildet wird, ungefähr 0,8 nm beträgt. Deshalb kann das Pellet auch als Nanokristall (nc) bezeichnet werden. Des Weiteren kann der CAAC-OS auch als Oxidhalbleiter, der CANC (c-axis aligned nanocrystal, Nanokristalle mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse) enthält, bezeichnet werden.
Den Cs-korrigierten hochauflösenden TEM-Bildern zufolge wird hier die Anordnung von Pellets 5100 eines CAAC-OS über einem Substrat 5120 als Struktur schematisch dargestellt, bei der Ziegel oder Blöcke übereinander angeordnet sind (siehe 38(D)). Der Teil, in dem sich, wie in 38(C) beobachtet, die Pellets neigen, entspricht einem Bereich 5161, der in 38(D) gezeigt ist.
Außerdem zeigt 39(A) ein Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild einer Ebene des CAAC-OS, der in einer Richtung betrachtet wird, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Probenoberfläche ist. 39(B), 39(C) und 39(D) zeigen ein vergrößertes Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild eines Bereichs (1), dasjenige eines Bereichs (2) und dasjenige eines Bereichs (3). 39(A). 39(B), 39(C) und 39(D) 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 beschrieben, der durch Röntgenbeugung (X-ray diffraction, XRD) analysiert wird. Wenn beispielsweise die Struktur eines CAAC-OS, der einen InGaZnO₄-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, könnte ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ von ungefähr 31° erscheinen, wie in 40(A) gezeigt. Dieser Peak stammt aus der (009)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls, was feststellen kann, dass Kristalle in dem CAAC-OS eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der Oberseite ist, ausgerichtet sind.
Es sei angemerkt, dass bei der Strukturanalyse des CAAC-OS durch ein Out-of-Plane-Verfahren neben dem Peak bei 2θ von ungefähr 31° ein weiterer Peak erscheinen kann, wenn 2θ bei ungefähr 36° liegt. Der Peak bei 2θ von ungefähr 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es wird bevorzugt, dass in dem durch ein Out-of-Plane-Verfahren analysierten CAAC-OS ein Peak erscheint, wenn 2θ bei ungefähr 31° liegt, und kein Peak erscheint, wenn 2θ bei ungefähr 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 von einer Richtung einfällt, die im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse ist, ein Peak, wenn 2θ bei ungefähr 56° liegt. Dieser Peak ist auf die (110)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls zurückzuführen. Im Falle des CAAC-OS wird, wie in 40(B) gezeigt, kein eindeutiger Peak erscheint, selbst wenn eine Analyse (ϕ-Scan) durchgeführt wird, wobei 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird, während die Probe um einen Normalenvektor der Probenoberfläche als Achse (Achse) gedreht wird. Im Gegensatz dazu werden in dem Fall, in dem ein einkristalliner InGaZnO₄-Oxidhalbleiter einem ϕ-Scan unterzogen wird, wie in 40(C) gezeigt, sechs Peaks, die aus den der (110)-Ebene entsprechenden Kristallebenen stammen, beobachtet, wobei 20 auf ungefähr 56° festgelegt wird. Dementsprechend kann die Strukturanalyse mit XRD feststellen, dass die a-Achsen und die b-Achsen in dem CAAC-OS unregelmäßig ausgerichtet sind.
Als Nächstes wird ein CAAC-OS beschrieben, der durch Elektronenbeugung analysiert wird. Wenn beispielsweise ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die parallel zur Probenoberfläche ist, auf einen CAAC-OS mit einem InGaZnO₄-Kristall einfällt, kann ein in 41(A) gezeigtes Beugungsbild (auch als Feinbereichs-(selected-area)Transmissionselektronenbeugungsbild bezeichnet) erhalten werden. Dieses Beugungsbild umfasst Punkte, die auf die (009)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls zurückzuführen ist. Daher deutet auch die Elektronenbeugung 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 ausgerichtet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der Oberseite ist. Währenddessen zeigt 41(B) ein Beugungsbild, das erhalten wird, indem ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm auf dieselbe Probe senkrecht zur Probenoberfläche einfällt. In 41(B) kann ein ringförmiges Beugungsbild beobachtet werden. Daher deutet auch die Elektronenbeugung darauf hin, dass die a-Achsen und die b-Achsen der Pellets, die in dem CAAC-OS enthalten sind, keine Ausrichtung aufweisen. Es sei angemerkt, dass wahrscheinlich der erste Ring in 41(B) auf die (010)-Ebene, die (100)-Ebene und dergleichen des InGaZnO₄-Kristalls zurückzuführen ist. Ferner ist wahrscheinlich der zweite Ring in 41(B) auf die (110)-Ebene und dergleichen zurückzuführen ist.
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. Umgekehrt kann der CAAC-OS als Oxidhalbleiter mit nur geringen Verunreinigungen und Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen) angesehen.
Es sei angemerkt, dass eine Verunreinigung ein Element bezeichnet, das sich von den Hauptbestandteilen eines Oxidhalbleiters unterscheidet, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium oder ein Übergangsmetallelement. Beispielsweise extrahiert Silizium, das ein Element ist, das eine höhere Bindungsstärke an Sauerstoff aufweist als ein in einem Oxidhalbleiter enthaltenes Metallelement, Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiter, was eine Unordnung der Atomanordnung des Oxidhalbleiters und eine Verringerung der Kristallinität zur Folge hat. Außerdem weist ein Schwermetall, wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlendioxid oder dergleichen einen großen Atomradius (oder molekularen Radius) auf und stört daher die Atomanordnung des Oxidhalbleiters und verringert 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 könnten Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen dienen, wenn Wasserstoff darin eingefangen wird.
Es handelt sich bei dem CAAC-OS, der nur geringe Verunreinigungen und Sauerstofffehlstellen aufweist, um einen Oxidhalbleiter mit niedriger Ladungsträgerdichte. Insbesondere kann ein solcher Oxidhalbleiter eine Ladungsträgerdichte aufweisen, die niedriger als 8 × 10¹¹/cm³, bevorzugt niedriger als 1 × 10¹¹/cm³, bevorzugter niedriger als 1 × 10¹⁰/cm³, und höher als oder gleich 1 × 10^–9/cm³ ist. Ein derartiger Oxidhalbleiter wird als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter bezeichnet. Ein CAAC-OS weist eine niedrige Verunreinigungskonzentration und eine niedrige Defektzustandsdichte auf. Das heißt, dass der CAAC-OS als Oxidhalbleiter mit stabilen Eigenschaften bezeichnet werden kann.
<nc-OS>
Als Nächstes wird ein nc-OS beschrieben.
Ein hochauflösendes TEM-Bild eines nc-OS umfasst einen Bereich, in dem ein Kristallteil beobachtet werden kann, und einen Bereich, in dem kein eindeutiger Kristallteil beobachtet werden kann. 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. Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiter mit einem Kristallteil, dessen Größe größer als 10 nm und kleiner als oder gleich 100 nm ist, mitunter als mikrokristalliner Oxidhalbleiter bezeichnet wird. In einem hochauflösenden TEM-Bild des nc-OS kann beispielsweise in einigen Fällen eine Kristallkorngrenze nicht eindeutig beobachtet werden. Es sei angemerkt, dass eine Möglichkeit besteht, dass der Ursprung des Nanokristalls demjenigen eines Pellets in einem CAAC-OS gleicht. Ein Kristallteil des nc-OS kann deshalb nachstehend als Pellet bezeichnet werden.
In dem nc-OS weist ein mikroskopischer Bereich (z. B. ein Bereich, der größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm ist, im Besonderen ein Bereich, der größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm ist) eine regelmäßige Atomanordnung auf. Ferner gibt es keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS. Demzufolge wird keine Ausrichtung des gesamten Films betrachtet. Deshalb kann man in einigen Fällen den nc-OS in Abhängigkeit von einem Analyseverfahren nicht von einem a-ähnlichen OS oder einem amorphen Oxidhalbleiter 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 auf eine Kristallebene hindeutet. Außerdem wird ein einem Halo-Muster (halo Pattern) ähnliches Beugungsbild beobachtet, wenn der nc-OS einer Elektronenbeugung mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser (z. B. 50 nm oder größer), der größer ist als die Größe eines Pellets, unterzogen wird. Währenddessen werden Punkte betrachtet, wenn der nc-OS einer Nanostrahl-Elektronenbeugung unter Verwendung eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser unterzogen wird, der nahe der oder kleiner als die Größe eines Pellets ist. Außerdem werden dann, wenn der nc-OS einer Nanostrahl-Elektronenbeugung unterzogen wird, in einigen Fällen Bereiche mit hoher Leuchtdichte in Kreisform (Ringform) betrachtet. Außerdem wird in einigen Fällen auch eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich betrachtet.
Da es, wie zuvor beschrieben, keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen Pellets (Nanokristallen) gibt, kann der nc-OS auch als Oxidhalbleiter, der RANC (random aligned nanocrystals, zufällig ausgerichtete Nanokristalle) enthält, oder als Oxidhalbleiter, der NANC (non-aligned nanocrystals, nicht ausgerichtete Nanokristalle) enthält, bezeichnet werden.
Der nc-OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine höhere Regelmäßigkeit aufweist als ein amorpher Oxidhalbleiter. Deshalb weist der nc-OS eine niedrigere Dichte der Defektzustände auf als der a-ähnliche OS und ein amorpher Oxidhalbleiter. Es sei angemerkt, dass keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS betrachtet wird. Daher weist der nc-OS eine höhere Dichte der Defektzustände auf als der CAAC-OS.
<a-ähnlicher OS>
Ein a-ähnlicher OS ist ein Oxidhalbleiter mit einer Struktur, 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 umfasst das hochauflösende TEM-Bild ein Bereich, in dem ein Kristallteil eindeutig beobachtet werden kann, und ein Bereich, in dem kein Kristallteil beobachtet wird.
Der a-ähnliche OS weist eine instabile Struktur auf, da er einen Hohlraum enthält. Um nachzuweisen, dass der a-ähnliche OS im Vergleich zu dem CAAC-OS und dem nc-OS eine instabile Struktur aufweist, wird nachstehend eine durch Elektronenbestrahlung verursachte Strukturveränderung beschrieben.
Ein a-ähnlicher OS (als Probe A bezeichnet), ein nc-OS (als Probe B bezeichnet) und ein CAAC-OS (als Probe C bezeichnet) werden als Proben vorbereitet, die einer Elektronenbestrahlung unterzogen werden. Jede der Proben ist ein In-Ga-Zn-Oxid.
Zunächst wird ein hochauflösendes Querschnitts-TEM-Bild jeder Probe erhalten. Die hochauflösenden Querschnitts-TEM-Bilder zeigen, dass alle Proben Kristallteile aufweisen.
Es sei angemerkt, dass auf die folgende Weise bestimmt werden kann, welcher Teil als Kristallteil angesehen wird. Beispielsweise ist bekannt, dass eine Einheitszelle eines InGaZnO₄-Kristalls eine Struktur aufweist, bei der neun Schichten, d. h. drei In-O-Schichten und sechs Ga-Zn-O-Schichten, in Richtung der c-Achse übereinander in geschichteter Weise angeordnet sind. Der Abstand zwischen den benachbarten Schichten ist gleich dem Gitterabstand (auch als d-Wert (d value) bezeichnet) auf der (009)-Ebene. Der Wert berechnet sich aus einer Kristallstrukturanalyse zu 0,29 nm. Daher kann ein Bereich, in dem der Abstand zwischen Gitter-Randzonen (lattice fringes) größer als oder gleich 0,28 nm und kleiner als oder gleich 0,30 nm ist, als Kristallteil von InGaZnO₄ angesehen werden. Es sei angemerkt, dass die Gitter-Randzone entspricht der a-b-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls.
42 zeigt beispielhaft die untersuchte durchschnittliche Größe von Kristallteilen (durchschnittliche Kristallgröße) (an 22 Punkten bis 45 Punkten) in jeder Probe. Es sei angemerkt, dass die Größe eines Kristallteils der Länge der vorstehend beschriebenen Gitter-Randzone entspricht. 42 deutet darauf hin, dass der Kristallteil in dem a-ähnlichen OS mit der Zunahme der kumulativen Dosis von Elektronen (kumulativen Elektronendosis) größer wird. Insbesondere wächst, wie durch (1) in 42 gezeigt, ein Kristallteil, der am Anfang der TEM-Beobachtung ungefähr 1,2 nm misst (auch als ursprünglicher Kern (initial nucleus) bezeichnet), bis auf eine Größe von ungefähr 2,6 nm bei einer kumulativen Dosis von 4,2 × 10⁸ e^–/nm². Im Gegensatz dazu verändert sich die Größe des Kristallteils in dem nc-OS und diejenige in dem CAAC-OS nur in geringem Maße vom Beginn der Elektronenbestrahlung bis zu einer kumulativen Dosis von Elektronen von 4,2 × 10⁸ e^–/nm². Insbesondere betragen, wie durch (2) und (3) in 42 gezeigt, die Größe des Kristallteils in dem nc-OS und diejenige in dem CAAC-OS ungefähr 1,4 nm bzw. ungefähr 2,1 nm, unabhängig von der kumulativen Dosis von Elektronen.
In dem a-ähnlichen OS wird in einigen Fällen solches Wachstum des Kristallteils infolge der Elektronenbestrahlung betrachtet. Es wird herausgefunden, dass in dem nc-OS und dem CAAC-OS im Gegensatz dazu das Wachstum des Kristallteils infolge der Elektronenbestrahlung kaum beobachtet wird. Das heißt, dass es herausgefunden wird, dass der a-ähnliche OS im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS eine instabile Struktur aufweist.
Da er einen Hohlraum enthält, weist ferner der a-ähnliche OS eine Struktur mit einer niedrigeren Dichte auf als diejenige des nc-OS und diejenige des CAAC-OS. Die Dichte des a-ähnlichen OS ist insbesondere höher als oder gleich 78,6% und niedriger als 92,3% der Dichte eines einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Außerdem sind die Dichte des nc-OS und diejenige des CAAC-OS jeweils höher als oder gleich 92,3% und niedriger als 100% der Dichte des Einkristalls mit der gleichen Zusammensetzung. Die Abscheidung an sich einen Oxidhalbleiter mit einer Dichte, die niedriger als 78% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters ist, ist schwierig.
Bezüglich eines Oxidhalbleiters, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis] erfüllt wird, beträgt beispielsweise die Dichte von einkristallinem InGaZnO₄ mit einer rhomboedrischen Kristallstruktur 6,357 g/cm³. Dementsprechend ist beispielsweise bezüglich des Oxidhalbleiters, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis] erfüllt wird, die Dichte des a-ähnlichen OS höher als oder gleich 5,0 g/cm³ und niedriger als 5,9 g/cm³.
Ferner sind beispielsweise bezüglich des Oxidhalbleiters, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis] erfüllt wird, 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 Einkristall mit der gleichen Zusammensetzung existiert. In diesem Fall werden Einkristalle mit unterschiedlichen Zusammensetzungen in einem angemessenen Verhältnis kombiniert, was es ermöglicht, die Dichte, die derjenigen eines Einkristalls mit einer gewünschten Zusammensetzung entspricht, zu ermitteln. Die Dichte, die derjenigen des Einkristalls mit der gewünschten Zusammensetzung entspricht, kann unter Verwendung eines gewichteten Durchschnitts bezüglich des Kombinationsverhältnisses der Einkristalle mit unterschiedlichen Zusammensetzungen ermitteln werden. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise so wenige Arten von Einkristallen wie möglich für die Berechnung der Dichte kombiniert werden.
Oxidhalbleiter weisen, wie oben beschrieben, verschiedene Strukturen und verschiedene Eigenschaften auf. Es sei angemerkt, dass es sich bei einem Oxidhalbleiter um eine Schichtanordnung handeln kann, die beispielsweise zwei oder mehr Arten von einem folgenden Oxidhalbleiter umfasst: einen amorphen Oxidhalbleiter, einen a-ähnlichen OS, einen nc-OS und einen CAAC-OS.
Außerdem kann als Beispiel für einen Oxidhalbleiter, der für die Halbleiterschicht 242a, die Halbleiterschicht 242b und eine Halbleiterschicht 108c verwendet werden kann, ein Oxid, das Indium enthält, angegeben werden. Ein Oxid, der Indium enthält, kann beispielsweise eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit (Elektronenbeweglichkeit) aufweisen. Des Weiteren enthält der Oxidhalbleiter vorzugsweise ein Element M. Das Element Mist vorzugsweise Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn oder dergleichen. Weitere Elemente, die als Element M verwendet werden können, sind Bor, Silizium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen. Es sei angemerkt, dass das Element M eine Kombination aus zwei oder mehr der vorstehenden Elemente kann. Das Element M ist beispielsweise ein Element mit einer hohen Bindungsenergie an Sauerstoff. Das Element M ist beispielsweise ein Element, das eine Funktion zum Erhöhen der Bandlücke des Oxids aufweist. Ferner enthält der Oxidhalbleiter vorzugsweise Zink. Wenn ein Oxid beispielsweise Zink enthält, wird das Oxid leicht kristallisiert.
Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiter nicht auf das Indium enthaltende Oxid beschränkt ist. Der Oxidhalbleiter kann beispielsweise ein Zink-Zinn-Oxid, ein Gallium-Zinn-Oxid oder ein Galliumoxid sein.
Außerdem wird ein Oxid mit einer breiten Bandlücke als das Oxidhalbleiter verwendet. Zum Beispiel ist die Bandlücke des Oxidhalbleiters größer als oder gleich 2,5 eV und niedriger als oder gleich 4,2 eV, bevorzugt größer als oder gleich 2,8 eV und niedriger als oder gleich 3,8 eV, bevorzugter größer als oder gleich 3 eV und niedriger als oder gleich 3,5 eV.
Ein Einfluss von Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiter wird nachstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass es zur Stabilisierung der elektrischen Eigenschaften des Transistors wirksam ist, die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern, um eine niedrige Ladungsträgerdichte und eine hohe Reinheit zu erhalten. Um die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern, wird vorzugsweise auch die Verunreinigungskonzentration in einem benachbarten Film verringert.
Zum Beispiel könnte Silizium in dem Oxidhalbleiter als Ladungsträgerfalle oder Ladungsträgererzeugungsquelle dienen. Deshalb ist die Siliziumkonzentration in dem Oxidhalbleiter, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, niedriger als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als 2 × 10¹⁸ Atome/cm³.
Ferner könnte dann, wenn Wasserstoff in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, die Ladungsträgerdichte erhöht werden. Die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter, die durch SIMS gemessen wird, ist niedriger als oder gleich 2 × 10²⁰ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³. Ferner könnte dann, wenn Stickstoff in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, die Ladungsträgerdichte in einigen Fällen erhöht werden. Die Stickstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter, die durch SIMS gemessen wird, ist niedriger als 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³.
Um die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm zu verringern, werden ferner vorzugsweise die Wasserstoffkonzentrationen in der Isolierschicht 409 und der Isolierschicht 117, die in Kontakt mit der Halbleiterschicht 242 sind, verringert. Die Wasserstoffkonzentrationen in der Isolierschicht 409 und der Isolierschicht 117, die durch SIMS gemessen werden, sind jeweils niedriger als oder gleich 2 × 10²⁰ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³. Um die Stickstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern, werden ferner vorzugsweise die Stickstoffkonzentrationen in der Isolierschicht 409 und der Isolierschicht 117 verringert. Die Stickstoffkonzentrationen in der Isolierschicht 409 und der Isolierschicht 117, die durch SIMS gemessen werden, sind jeweils niedriger als 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³.
Bei dieser Ausführungsform wird zuerst die Halbleiterschicht 242a über der Isolierschicht 409 ausgebildet, und die Halbleiterschicht 242b wird über der Halbleiterschicht 242a ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass die Oxidhalbleiterschicht vorzugsweise durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird. Als Sputterverfahren kann ein HF-Sputterverfahren, ein DC-Sputterverfahren, ein AC-Sputterverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ein DC-Sputterverfahren oder ein AC-Sputterverfahren kann im Vergleich zu einem HF-Sputterverfahren die gleichmäßige Abscheidung erzielen.
Bei dieser Ausführungsform wird als Oxidhalbleiterschicht 242a ein 20 nm dickes In-Ga-Zn-Oxid durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxidtargets (In:Ga:Zn = 1:3:2) ausgebildet. Es sei angemerkt, dass, ohne darauf beschränkt zu sein, weitere Bestandselemente und Zusammensetzungen auf die Halbleiterschicht 242a anwendbar sind.
Des Weiteren kann die Sauerstoffdotierbehandlung nach der Ausbildung der Halbleiterschicht 242a durchgeführt werden.
Als Nächstes wird die Halbleiterschicht 242b über der Halbleiterschicht 242a ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform wird als Oxidhalbleiterschicht 242b ein 30 nm dickes In-Ga-Zn-Oxid durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxidtargets (In:Ga:Zn = 1:1:1) ausgebildet. Es sei angemerkt, dass, ohne darauf beschränkt zu sein, weitere Bestandselemente und Zusammensetzungen auf die Halbleiterschicht 242b anwendbar sind.
Des Weiteren kann die Sauerstoffdotierbehandlung nach der Ausbildung der Halbleiterschicht 242b durchgeführt werden.
Als Nächstes kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden, um Verunreinigungen, wie z. B. Feuchtigkeit oder Wasserstoff, die in der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b enthalten sind, weiter zu verringern, so dass die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242b hochrein werden.
Beispielsweise werden die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242b einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre mit verringertem Druck, einer Inertatmosphäre aus Stickstoff, einem Edelgas oder dergleichen, einer Oxidationsatmosphäre oder einer Atmosphäre aus ultratrockener Luft (einer Luft mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 20 ppm (–55°C bei Umrechnung in einen Taupunkt) oder weniger, bevorzugt 1 ppm oder weniger, bevorzugter 10 ppb oder weniger, in dem Fall, in dem die Messung mit einem Taupunktmessgerät nach einem CRDS (Cavity-Ring-Down-Laserspektroskopie-System) durchgeführt wird) unterzogen. Es sei angemerkt, dass die Oxidationsatmosphäre eine Atmosphäre bezeichnet, die 10 ppm oder mehr an einem Oxidationsgas, wie z. B. Sauerstoff, Ozon oder Stickstoffoxid, enthält. Die Inertatmosphäre bezeichnet ferner eine Atmosphäre, die das vorstehende Oxidationsgas bei niedriger als 10 ppm enthält und mit Stickstoff oder einem Edelgas gefüllt ist.
Außerdem kann durch die Wärmebehandlung Sauerstoff, der in der Isolierschicht 409 enthalten ist, gleichzeitig mit der Abgabe der Verunreinigungen in die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242b diffundieren, so dass Sauerstofffehlstellen in der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b verringert werden können. Es sei angemerkt, dass die Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre von einer Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die 10 ppm oder mehr, 1% oder mehr oder 10% oder mehr Oxidationsgas enthält, gefolgt werden kann. Es sei angemerkt, dass die Wärmebehandlung jederzeit durchgeführt werden kann, nachdem die Halbleiterschicht 242b ausgebildet worden ist. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung durchgeführt werden, nachdem die Halbleiterschicht 242b selektiv geätzt worden ist.
Die Wärmebehandlung kann bei höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 650°C, bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 500°C durchgeführt werden. Die Behandlungszeit ist kürzer als oder gleich 24 Stunden. Eine Wärmebehandlung von über 24 Stunden ist nicht zu bevorzugen, da dann die Produktivität abnimmt.
Als Nächstes wird eine Fotolackmaske über der Halbleiterschicht 242b ausgebildet, und ein Teil der Halbleiterschicht 242a und ein Teil der Halbleiterschicht 242b werden unter Verwendung der Fotolackmaske selektiv geätzt. Zu diesem Zeitpunkt könnte die Isolierschicht 409 teilweise geätzt werden, so dass die Isolierschicht 409 einen Vorsprung aufweisen könnte.
Zum Ätzen der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b kann ein Trockenätzverfahren und/oder ein Nassätzverfahren zum Einsatz kommen. Nach dem Ätzen wird die Fotolackmaske entfernt.
Ferner werden bei dem Transistor 602 die Elektrode 244 und die Elektrode 245, die teilweise in Kontakt mit der Halbleiterschicht 242b sind, über der Halbleiterschicht 242b bereitgestellt. Die Elektrode 244 und die Elektrode 245 (einschließlich einer weiteren Elektrode oder Leitung, die in der gleichen Schicht wie diese ausgebildet wird) können unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Leitung 421 ähnlich sind, ausgebildet werden.
Außerdem umfasst der Transistor 602 die Halbleiterschicht 242c über der Halbleiterschicht 242b, die Elektrode 244 und die Elektrode 245. Die Halbleiterschicht 242c ist teilweise mit der Halbleiterschicht 242b, der Elektrode 244 und die Elektrode 245 in Kontakt.
Bei dieser Ausführungsform wird die Oxidhalbleiterschicht 242c unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxidtargets (In:Ga:Zn = 1:3:2) durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Es sei angemerkt, dass, ohne darauf beschränkt zu sein, weitere Bestandselemente und Zusammensetzungen auf die Halbleiterschicht 242c anwendbar sind. Beispielsweise kann Galliumoxid für die Halbleiterschicht 242c verwendet werden. Des Weiteren kann eine Sauerstoffdotierbehandlung an der Halbleiterschicht 242c durchgeführt werden.
Ferner umfasst der Transistor 602 die Isolierschicht 117 über der Halbleiterschicht 242c. Die Isolierschicht 117 kann als Gate-Isolierschicht dienen. Die Isolierschicht 117 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 409 ähnlich sind, ausgebildet werden. Ferner kann die Sauerstoffdotierbehandlung an der Isolierschicht 117 durchgeführt werden.
Nachdem die Halbleiterschicht 242c und die Isolierschicht 117 ausgebildet worden sind, kann eine Maske über der Isolierschicht 117 ausgebildet werden, und ein Teil der Halbleiterschicht 242c und ein Teil der Isolierschicht 117 können selektiv geätzt werden, wodurch die inselförmige Halbleiterschicht 242c und die inselförmige Isolierschicht 117 erhalten werden.
Des Weiteren umfasst Transistor 602 die Elektrode 243 über der Isolierschicht 117. Die Elektrode 243 (einschließlich einer weiteren Elektrode oder Leitung, die in der gleichen Schicht wie diese ausgebildet wird) kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Leitung 421 ähnlich sind, ausgebildet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel gezeigt, in dem die Elektrode 243 eine Schichtanordnung aus einer Elektrode 243a und einer Elektrode 243b ist. Beispielsweise wird die Elektrode 243a unter Verwendung von Tantalnitrid ausgebildet, und die Elektrode 243b wird unter Verwendung von Kupfer ausgebildet. Die Elektrode 243a dient als Sperrschicht, um Diffusion von Kupfer zu verhindern. Demzufolge kann eine Halbleitervorrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
Des Weiteren umfasst der Transistor 602 ferner eine Isolierschicht 418, die die Elektrode 243 bedeckt. Die Isolierschicht 418 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 409 ähnlich sind, ausgebildet werden. An der Isolierschicht 418 kann ferner eine Sauerstoffdotierbehandlung durchgeführt werden. Des Weiteren kann eine Oberfläche der Isolierschicht 418 einer CMP-Behandlung unterzogen werden.
Außerdem wird eine Isolierschicht 439 über der Isolierschicht 418 bereitgestellt, und eine Isolierschicht 419 wird über der Isolierschicht 439 bereitgestellt. Die Isolierschicht 439 und die Isolierschicht 419 können jeweils unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 405 ähnlich sind, ausgebildet werden. Des Weiteren kann eine Oberfläche der Isolierschicht 419 einer CMP-Behandlung unterzogen werden. Die CMP-Behandlung kann Unebenheiten einer Oberfläche eines Materials verringern und die Abdeckung mit einer Isolierschicht oder einer leitenden Schicht, die später ausgebildet wird, verbessern. Außerdem werden Öffnungen in einem Teil der Isolierschicht 419, in einem Teil der Isolierschicht 439 und in einem Teil der Isolierschicht 418 ausgebildet. Ferner werden Kontaktstecker in den Öffnungen ausgebildet.
Des Weiteren werden eine Leitung 427 und eine Leitung 444 (einschließlich einer weiteren Elektrode oder Leitung, die in der gleichen Schicht wie diese ausgebildet wird) über der Isolierschicht 419 ausgebildet. Die Leitung 444 ist elektrisch mit der Elektrode 273 in der Öffnung, die in der Isolierschicht 419 und der Isolierschicht 418 bereitgestellt ist, über den Kontaktstecker verbunden. In ähnlicher Weise ist die Leitung 427 elektrisch mit der Elektrode 243 in der Öffnung, die in der Isolierschicht 419 und der Isolierschicht 418 bereitgestellt ist, über den Kontaktstecker verbunden.
Die Abbildungsvorrichtung 115 umfasst ferner eine Isolierschicht 415, die die Leitung 427 und die Leitung 444 (einschließlich einer weiteren Elektrode oder Leitung, die in der gleichen Schicht wie diese ausgebildet wird) bedeckt. Die Isolierschicht 415 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 405 ähnlich sind, ausgebildet werden. Außerdem kann eine Oberfläche der Isolierschicht 415 einer CMP-Behandlung unterzogen werden. Die CMP-Behandlung kann Unebenheiten einer Oberfläche eines Materials verringern und die Abdeckung mit einer Isolierschicht oder einer leitenden Schicht, die später ausgebildet wird, verbessern. Außerdem kann eine Öffnung in einem Teil der Isolierschicht 415 ausgebildet werden.
Eine Leitung 422, eine Leitung 423 und die Leitung 266 (einschließlich einer weiteren Elektrode oder Leitung, die in der gleichen Schicht wie diese ausgebildet wird) werden ferner über der Isolierschicht 415 ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass die Leitung 422, die Leitung 423 und die Leitung 266 (einschließlich einer weiteren Elektrode oder Leitung, die in der gleichen Schicht wie diese ausgebildet wird) jeweils elektrisch mit einer Leitung in einer anderen Schicht oder einer Elektrode in einer anderen Schicht über einen Kontaktstecker in einer Öffnung, die in der Isolierschicht ausgebildet ist, verbunden sein können.
Eine Isolierschicht 416 wird ferner bereitgestellt, um die Leitung 422, die Leitung 423 und die Leitung 266 zu bedecken. Die Isolierschicht 416 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 405 ähnlich sind, ausgebildet werden. Eine Oberfläche der Isolierschicht 416 kann ferner einer CMP-Behandlung unterzogen werden.
[Transistor 281, Transistor 282]
25(A) ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Transistors 281, der in 22 als Beispiel eines Transistors, der in einer Peripherieschaltung enthalten ist, dargestellt wird. 25(B) ist ferner eine vergrößerte Querschnittsansicht des Transistors 282, der in 22 dargestellt wird. Bei dieser Ausführungsform wird der Fall beispielhaft beschrieben, in dem es sich bei dem Transistor 281 um einen p-Kanal-Transistor und bei dem Transistor 282 um einen n-Kanal-Transistor handelt.
Der Transistor 281 umfasst einen Kanalbildungsbereich 283, p-Typ-Verunreinigungsbereiche 285 mit hoher Konzentration, eine Isolierschicht 286, eine Elektrode 287 und eine Seitenwand 288. Ferner werden in Bereichen, die die Seitenwand 288 überlappen, wobei die Isolierschicht 286 dazwischen positioniert ist, p-Typ-Verunreinigungsbereiche 284 mit niedriger Konzentration bereitgestellt. Die Isolierschicht 286 kann als Gate-Isolierschicht dienen. Die Elektrode 287 kann als Gate-Elektrode dienen.
Die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 284 mit niedriger Konzentration können derart ausgebildet werden, dass ein Verunreinigungselement unter Verwendung der Elektrode 287 als Maske nach dem Ausbilden der Elektrode 287 und vor dem Ausbilden der Seitenwand 288 eingeführt wird. Mit anderen Worten: Die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 284 mit niedriger Konzentration können in selbstausrichtender Weise ausgebildet werden. Nachdem die Seitenwand 288 ausgebildet worden ist, werden die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 285 mit hoher Konzentration ausgebildet. Des Weiteren können p-Typ-Verunreinigungsbereiche 285 mit hoher Konzentration in dem gleichen Prozess und gleichzeitig wie der p-Typ-Halbleiter 221 ausgebildet werden, der in dem photoelektrischen Umwandlungselement 601 enthalten ist. Es sei angemerkt, dass die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 284 mit niedriger Konzentration den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen wie die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 285 mit hoher Konzentration und eine niedrigere Konzentration der den Leitfähigkeitstyp verleihenden Verunreinigungen aufweisen als die die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 285 mit hoher Konzentration. Des Weiteren werden die p-Typ-Verunreinigungsbereiche 284 mit niedriger Konzentration unter Umständen nicht notwendigerweise bereitgestellt.
Bei dem Transistor 282 wird ein Kanalbildungsbereich 1283 in der Wanne 220 ausgebildet. Der Transistor 282 umfasst ferner den Kanalbildungsbereich 1283, n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1285 mit hoher Konzentration, die Isolierschicht 286, die Elektrode 287 und die Seitenwand 288. Ferner werden in Bereichen, die die Seitenwand 288 überlappen, wobei die Isolierschicht 286 dazwischen positioniert ist, n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1284 mit niedriger Konzentration bereitgestellt.
Die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1284 mit niedriger Konzentration können derart ausgebildet werden, dass ein Verunreinigungselement unter Verwendung der Elektrode 287 als Maske nach dem Ausbilden der Elektrode 287 und vor dem Ausbilden der Seitenwand 288 eingeführt wird. Mit anderen Worten: Die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1284 mit niedriger Konzentration können in selbstausrichtender Weise ausgebildet werden. Nachdem die Seitenwand 288 ausgebildet worden ist, werden die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1285 mit hoher Konzentration ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1284 mit niedriger Konzentration den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen wie die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1285 mit hoher Konzentration und eine niedrigere Konzentration der den Leitfähigkeitstyp verleihenden Verunreinigungen aufweisen als die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1285 mit hoher Konzentration. Des Weiteren werden die n-Typ-Verunreinigungsbereiche 1284 mit niedriger Konzentration unter Umständen nicht notwendigerweise bereitgestellt.
Der Transistor 281 und der Transistor 282 sind durch eine Elementisolationsschicht 414 elektrisch voneinander isoliert. Der Elementisolationsbereich kann durch ein LOCOS-(Local Oxidation of Silicon, lokale Oxidation von Silizium)Verfahren, ein STI-(Shallow Trench Isolation, Flachgrabenisolations-)Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
[Modifikationsbeispiel 1]
26 stellt ein Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung dar, die sich von derjenigen in 22 unterscheidet. Wie in 26 dargestellt, kann auch eine Struktur ohne n-Kanal-Transistor 282 zum Einsatz kommen. Eine CMOS-Schaltung, die für die Peripherieschaltung benötigt wird, kann erhalten werden, indem der n-Kanal-Transistor 289 mit dem p-Kanal-Transistor 281 kombiniert wird. Da der n-Kanal-Transistor 282 nicht bereitgestellt wird, können Herstellungsschritte der Abbildungsvorrichtung 115 verringert werden. Dementsprechend kann eine Abbildungsvorrichtung mit höherer Produktivität bereitgestellt werden. Außerdem kann eine Abbildungsvorrichtung mit niedrigen Kosten hergestellt werden.
[Modifikationsbeispiel 2]
27 stellt ein Strukturbeispiel einer Abbildungsvorrichtung dar, die sich von denjenigen in 22 und in 26 unterscheidet. Sowohl bei dem Transistor 602 als auch bei dem Transistor 289, die in 27 dargestellt sind, ist eine als Rückgate dienende Elektrode 213 in einem Bereich bereitgestellt, der die Halbleiterschicht 242 überlappt, wobei die Isolierschicht 409 dazwischen positioniert ist. Außerdem ist die Elektrode 273, die in dem Kondensator 606 enthalten ist, in einem Bereich bereitgestellt, der die Elektrode 245 überlappt, wobei die Isolierschicht 409 dazwischen positioniert ist.
In dem Fall, in dem die als Rückgate dienende Elektrode 213 sowohl bei dem Transistor 602 als auch bei dem Transistor 289 bereitgestellt wird, kann die Elektrode 273 unter Verwendung eines Teils einer leitenden Schicht zum Ausbilden der Elektrode 213 ausgebildet werden. Die Elektrode 213 und die Elektrode 273 können über der gleichen Schicht und unter Verwendung des gleichen Herstellungsverfahrens und Materials zur gleichen Zeit ausgebildet werden. Das heißt, dass es sich bei der Elektrode 213 und der Elektrode 273 um Schichten handelt, die durch den gleichen Abscheidungsschritt und den gleichen Ätzschritt zu Inselformen verarbeitet werden.
Außerdem können die Elektrode 213 und die Elektrode 273 unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Elektrode 243 ähnlich sind. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Kondensator 606 eine lichtdurchlässige Eigenschaft aufweist, vorzugsweise ein leitendes Material mit einer lichtdurchlässigen Eigenschaft für die Elektrode 245 und die Elektrode 273 verwendet wird. Wenn der Kondensator 606 eine lichtdurchlässige Eigenschaft aufweist, kann das effektive Öffnungsverhältnis erhöht werden. Außerdem muss ein Schritt zum Ausbilden der Elektrode 273 nicht gesondert durchgeführt werden; daher kann die Herstellbarkeit der Abbildungsvorrichtung verbessert werden.
Es sei angemerkt, dass verschiedene Filme, wie z. B. der Metallfilm, der Halbleiterfilm und der anorganische Isolierfilm, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart worden sind, durch ein Sputterverfahren oder ein plasmagestütztes CVD-Verfahren ausgebildet werden können; jedoch können sie auch durch ein anderes Verfahren, z. B. ein thermisches CVD-(Chemical Vapor Deposition)Verfahren, ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein MOCVD-(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)Verfahren oder ein ALD-(Atomic Layer Deposition)Verfahren als thermisches CVD-Verfahren verwendet werden.
Ein thermisches CVD-Verfahren, bei dem es sich um ein Abscheidungsverfahren handelt, bei dem kein Plasma verwendet wird, ist dahingehend vorteilhaft, dass kein Defekt aufgrund eines Plasmaschadens erzeugt wird, da kein Plasma zum Ausbilden eines Films verwendet wird.
Die Abscheidung durch ein thermisches CVD-Verfahren kann derart durchgeführt werden, dass ein Quellengas und ein Oxidator unter einem atmosphärischen Druck oder einem verringerten Druck gleichzeitig einer Kammer zugeführt werden und in der Nähe eines Substrats oder über dem Substrat miteinander reagieren, um über dem Substrat abgeschieden zu werden.
Ferner kann die Abscheidung durch ein ALD-Verfahren wie folgt durchgeführt werden: Der Druck in einer Kammer wird auf einen atmosphärischen Druck oder einen verringerten Druck eingestellt, Quellengase für die Reaktion werden nacheinander in die Kammer eingeleitet, und dann wird die Abfolge der Gaseinleitung wiederholt. Beispielsweise werden der Kammer zwei oder mehr Arten von Quellengasen nacheinander zugeführt, indem die jeweiligen Umschaltventile (auch als Hochgeschwindigkeitsventile bezeichnet) umgeschaltet werden. Um Mischung der Vielzahl von Quellengasen zu vermeiden, wird ein Inertgas (z. B. Argon oder Stickstoff) oder dergleichen gleichzeitig mit oder nach einem ersten Quellengas eingeleitet, und dann wird ein zweites Quellengas eingeleitet. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem das Inertgas gleichzeitig eingeleitet wird, das Inertgas als Trägergas dient; das Inertgas kann auch gleichzeitig mit dem zweiten Quellengas eingeleitet werden. Alternativ kann das erste Quellengas durch Evakuierung statt des Einleitens des Inertgases abgesaugt werden, und dann kann das zweite Quellengas eingeleitet werden. Das erste Quellengas wird an einer Oberfläche des Substrats adsorbiert und als erste Schicht abgeschieden, und dann wird das zweite Quellengas eingeleitet und reagiert mit ihr, um eine zweite Schicht auszubilden, die über die erste Schicht geschichtet wird; somit wird ein dünner Film ausgebildet. Die Abfolge der Gaseinleitung wird mehrfach wiederholt, bis eine gewünschte Dicke erzielt wird, wodurch ein Dünnfilm mit hervorragender Stufenabdeckung ausgebildet werden kann. Die Dicke des Dünnfilms kann durch die Anzahl der Wiederholungen der Abfolge der Gaseinleitung gesteuert werden; deshalb kann die Filmdicke präzise gesteuert werden, die zum Herstellen eines sehr kleinen FET (Feld-Effekt-Transistors) geeignet ist.
Verschiedene Filme, wie z. B. der Metallfilm, der Halbleiterfilm und der anorganische Isolierfilm, die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen offenbart worden sind, können durch ein thermisches CVD-Verfahren, wie z. B. ein MOCVD-Verfahren oder ein ALD-Verfahren, ausgebildet werden. In dem Fall, in dem beispielsweise ein In-Ga-Zn-O-Film abgeschieden wird, werden Trimethylindium (In(CH₃)₃), Trimethylgallium (Ga(CH₃)₃) und Dimethylzink (Zn(CH₃)₂) verwendet. Ohne Beschränkung auf diese Kombination kann ferner Triethylgallium (Ga(C₂H₅)₃) statt Trimethylgallium verwendet werden, und Diethylzink (Zn(C₂H₅)₂) kann statt Dimethylzink verwendet werden.
Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Hafniumoxidfilm mit einer Abscheidungseinrichtung unter Verwendung eines ALD ausgebildet wird, zwei Arten von Gasen, d. h. Ozon (O₃) als Oxidator und ein Quellengas, verwendet, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, die ein Lösungsmittel und eine Hafniumvorläuferverbindung enthält (z. B. Hafniumalkoxid oder Hafniumamid, wie z. B. Tetrakis(dimethylamid)hafnium (TDMAH, Hf[N(CH₃)₂]₄)). Ein weiteres Beispiel für das Material ist Tetrakis(ethylmethylamid)hafnium.
Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Aluminiumoxidfilm mit einer Abscheidungseinrichtung unter Verwendung eines ALD ausgebildet wird, zwei Arten von Gasen, d. h. H₂O als Oxidator und ein Quellengas, verwendet, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel und eine Aluminiumvorläuferverbindung enthält (z. B. Trimethylaluminium (TMA, Al(CH₃)₃)) erhalten wird. Weitere Beispiele für das Material umfassen Tris(dimethylamid)aluminium, Triisobutylaluminium und Aluminium-tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionat).
Zum Beispiel wird in dem Fall, in dem ein Siliziumoxidfilm mit einer Abscheidungseinrichtung unter Verwendung eines ALD ausgebildet wird, Hexachlordisilan an einer Oberfläche adsorbiert, auf der ein Film abgeschieden wird, das in dem Adsorbat enthaltene Chlor wird entfernt, und Radikale eines Oxidationsgases (z. B. O₂ oder Distickstoffmonoxids) werden zugeführt, um mit dem Adsorbat zu reagieren.
Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Wolframfilm mit einer Abscheidungseinrichtung unter Verwendung eines ALD abgeschieden wird, ein WF₆-Gas und ein B₂H₆-Gas abwechselnd eingeleitet, um einen anfänglichen Wolframfilm auszubilden, und dann werden ein WF₆-Gas und ein H₂-Gas abwechselnd eingeleitet, so dass ein Wolframfilm ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein SiH₄-Gas anstelle eines B₂H₆-Gases verwendet werden kann.
Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiterfilm, wie z. B. ein In-Ga-Zn-O-Film, mit einer Abscheidungseinrichtung unter Verwendung eines ALD abgeschieden wird, ein In(CH₃)₃-Gas und ein O₃-Gas abwechselnd eingeleitet, um eine In-O-Schicht auszubilden; dann werden ein Ga(CH₃)₃-Gas und ein O₃-Gas abwechselnd eingeleitet, um eine GaO-Schicht auszubilden, und dann werden ein Zn(CH₃)₂-Gas und ein O₃-Gas abwechselnd eingeleitet, um eine ZnO-Schicht auszubilden. Es sei angemerkt, dass die Reihenfolge dieser Schichten nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Eine Mischoxidschicht, wie z. B. eine In-Ga-O-Schicht, eine In-Zn-O-Schicht oder eine Ga-Zn-O-Schicht, kann unter Verwendung dieser Gase ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass, obwohl ein H₂O-Gas, das durch Bläschenbildung des Wassers mit einem Inertgas, wie z. B. Ar, erhalten wird, statt eines O₃-Gases verwendet werden kann, es bevorzugt wird, ein O₃-Gas zu verwenden, da es keinen H enthält. Ferner kann statt eines In(CH₃)₃-Gases ein In(C₂H₅)₃-Gas verwendet werden. In ähnlicher Weise kann statt eines Ga(CH₃)₃-Gases ein Ga(C₂H₅)₃-Gas verwendet werden.
[Modifikationsbeispiel 3]
28 stellt ein Strukturbeispiel der Abbildungsvorrichtung 115 dar, die sich von denjenigen in 22, 26 und 27 unterscheidet.
Bei der Abbildungsvorrichtung 115, die in 28 dargestellt ist, wird das photoelektrische Umwandlungselement 601 über der Isolierschicht 415 bereitgestellt. Das photoelektrische Umwandlungselement 601, das in 28 dargestellt ist, beinhaltet eine photoelektrische Umwandlungsschicht 681 zwischen einer Elektrode 686, die unter Verwendung eines Metallmaterials oder dergleichen ausgebildet ist, und eine lichtdurchlässigen leitenden Schicht 682. 28 stellt eine Ausführungsform dar, bei der ein auf Selen basierendes Material für die photoelektrische Umwandlungsschicht 681 verwendet wird. Das photoelektrische Umwandlungselement 601, bei dem das auf Selen basierende Material verwendet wird, weist Eigenschaften mit einer hohen externen Quanteneffizienz bezüglich sichtbaren Lichts auf. Dieses photoelektrische Umwandlungselement ermöglicht einen in hohem Maße empfindlichen Sensor, bei dem dank eines Lawinenphänomens die elektronische Verstärkung bezüglich des Betrags des einfallenden Lichts groß ist. Außerdem ist das auf Selen basierende Material, das einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten aufweist, dahingehend vorteilhaft, dass die Dicke der photoelektrischen Umwandlungsschicht 681 leicht verringert werden kann.
Amorphes Selen oder kristallines Selen kann als auf Selen basierendes Material verwendet werden. Kristallines Selen kann erhalten werden, indem beispielsweise amorphes Selen abgeschieden wird und dann eine Wärmebehandlung ausgeführt wird. Wenn die Größe des Kristallkorns von kristallinem Selen kleiner ist als ein Pixelabstand, kann Unregelmäßigkeit der Eigenschaften unter Pixeln verringert werden. Außerdem weist kristallines Selen Eigenschaften mit einer höheren spektralen Empfindlichkeit und einem höheren Lichtabsorptionskoeffizienten bezüglich sichtbaren Lichts auf als amorphes Selen.
Es sei angemerkt, dass die photoelektrische Umwandlungsschicht 681 als Einzelschicht dargestellt ist; jedoch ist es auch möglich, dass eine Struktur zum Einsatz kommt, bei der auf der Seite der Licht empfangenden Oberfläche des auf Selen basierenden Materials Galliumoxid, Ceroxid oder dergleichen als Lochinjektion blockierende Schicht bereitgestellt ist und auf der Seite der Elektrode 686 Nickeloxid, Antimonsulfid oder dergleichen als Lochinjektion blockierende Schicht bereitgestellt ist.
Des Weiteren kann die photoelektrische Umwandlungsschicht 681 eine Schicht sein, die eine Verbindung aus Kupfer, Indium und Selen (CIS) enthält. Alternativ kann sie eine Schicht sein, die eine Verbindung aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen (CIGS) enthält. Mit CIS oder CIGS kann ein photoelektrisches Umwandlungselement ausgebildet werden, das, wie im Falle von einschichtigem Selen, ein Lawinenphänomen nutzen kann.
Des Weiteren kann ein n-Typ-Halbleiter, wie z. B. Cadmiumsulfid oder Zinksulfid, in Kontakt mit CIS oder CIGS, die p-Typ-Halbleiter sind, bereitgestellt werden, um einen Übergang zu bilden.
Vorzugsweise wird eine relativ hohe Spannung (z. B. 10 V oder höher) an das photoelektrische Umwandlungselement angelegt, um ein Lawinenphänomen zu verursachen. Da der OS-Transistor Eigenschaften mit einer höheren Drainspannungsfestigkeit aufweist als ein Si-Transistor, ist es leicht, eine relativ hohe Spannung an das photoelektrische Umwandlungselement anzulegen. Daher kann eine in hohem Maße empfindliche und sehr zuverlässige Abbildungsvorrichtung erhalten werden, indem der OS-Transistor mit einer hohen Drainspannungsfestigkeit und das photoelektrische Umwandlungselement, in dem das auf Selen basierende Material für die photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird, kombiniert werden.
Für die lichtdurchlässige leitende Schicht 682 kann Indiumzinnoxid, Indiumzinnoxid, das Silizium enthält, Indiumoxid, das Zink enthält, Zinkoxid, Zinkoxid, das Gallium enthält, Zinkoxid, das Aluminium enthält, Zinnoxid, Zinnoxid, das Fluor enthält, Zinnoxid, das Antimon enthält, oder Graphen verwendet werden. Außerdem ist die lichtdurchlässige leitende Schicht 682 nicht auf eine Einzelschicht beschränkt und kann eine Schichtanordnung aus unterschiedlichen Filmen sein.
Es sei angemerkt, dass bei der Struktur in 28 die photoelektrische Umwandlungsschicht 681 und die lichtdurchlässige leitende Schicht 682 nicht für jedes Pixel getrennt sind; jedoch können sie für jedes Pixel getrennt werden, wie in 29(A) dargestellt. Des Weiteren wird in einem Bereich, der sich zwischen benachbarten Pixeln befindet und die Elektrode 686 nicht umfasst, vorzugsweise eine Trennwand 477, die aus einem Isolator ausgebildet ist, bereitgestellt, um einen Riss in der photoelektrischen Umwandlungsschicht 681 und der lichtdurchlässigen leitenden Schicht 682 zu vermeiden. Wie in 29(B) dargestellt, kann jedoch auch eine Struktur ohne die Trennwand 477 zum Einsatz kommen. Außerdem sind bei der Struktur, die in 28 dargestellt ist, die lichtdurchlässige leitende Schicht 682 und eine Leitung 487 über eine Leitung 488 und einen Kontaktstecker 489 elektrisch miteinander verbunden; jedoch können, wie in 29(C) und 29(D) dargestellt, die lichtdurchlässige leitende Schicht 682 und die Leitung 487 miteinander in direktem Kontakt sein.
Des Weiteren können die Elektrode 686, die Leitung 487 und dergleichen jeweils eine Struktur aufweisen, bei der eine Vielzahl von leitenden Schichten übereinander angeordnet ist. Beispielsweise kann, wie in 29(E) dargestellt, die Elektrode 686 zwei Schichten, d. h. eine leitende Schicht 686a und eine leitende Schicht 686b, umfassen, und die Leitung 487 kann zwei Schichten, d. h. eine leitende Schicht 487a und eine leitende Schicht 487b, umfassen. Bei der Struktur in 29(E) wird beispielsweise vorzugsweise ein niederohmiges Metall oder dergleichen ausgewählt, um die leitende Schicht 686a und die leitende Schicht 487a auszubilden, und wird vorzugsweise ein Metall oder dergleichen, das die Eigenschaft aufweist, dass es ausgezeichneten Kontakt mit der photoelektrischen Umwandlungsschicht 681 hat, ausgewählt, um die leitende Schicht 686b und die leitende Schicht 487b auszubilden. Eine solche Struktur kann die elektrischen Eigenschaften des photoelektrischen Umwandlungselements verbessern. Außerdem können einige Metalle durch Kontakt mit der lichtdurchlässigen leitenden Schicht 682 eine elektrochemische Korrosion verursachen. Selbst wenn ein solches Metall für die leitende Schicht 487a verwendet wird, kann die leitende Schicht 487b eine elektrochemische Korrosion verhindern.
Für die leitende Schicht 686b und die leitende Schicht 487b kann beispielsweise Molybdän oder Wolfram verwendet werden. Des Weiteren kann für die leitende Schicht 686a und die leitende Schicht 487a beispielsweise Aluminium, Titan oder eine Titan-Aluminium-Titan-Schichtanordnung verwendet werden.
Des Weiteren kann eine Isolierschicht 442 eine mehrschichtige Struktur aufweisen. Die Trennwand 477 kann unter Verwendung eines anorganischen Isolators, eines isolierenden organischen Harzes oder dergleichen ausgebildet werden. Außerdem kann die Trennwand 477 schwarz oder dergleichen gefärbt werden, um die Transistoren und dergleichen vor Licht zu schützen und/oder die Fläche eines Licht empfangenden Abschnitts in jedem Pixel festzulegen.
Es sei angemerkt, dass 28 ein Beispiel für eine Ausführungsform darstellt, bei der der Transistor 289 und der Transistor 602 jeweils ein Rückgate beinhalten; jedoch kann auch eine Ausführungsform ohne Rückgate zum Einsatz kommen. Bei einer alternativen Ausführungsform kann wenigstens ein Transistor, beispielsweise nur der Transistor 289, ein Rückgate beinhalten. Das Rückgate kann elektrisch mit einem Gate verbunden sein, das auf der gegenüberliegenden Seite bereitgestellt ist. Alternativ können dem Rückgate und dem Gate unterschiedliche feste Potentiale zugeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung über Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Rückgates auch für die weiteren Ausführungsformen der Abbildungsvorrichtung gelten kann, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird.
Alternativ kann als photoelektrisches Umwandlungselement 601 ein pin-Diodenelement oder dergleichen, in dem ein amorpher Siliziumfilm, ein mikrokristalliner Siliziumfilm oder dergleichen verwendet wird, verwendet werden. Die Photodiode weist eine Struktur auf, bei der eine n-Typ-Halbleiterschicht, eine i-Typ-Halbleiterschicht und eine p-Typ-Halbleiterschicht sequenziell übereinander angeordnet sind. Amorphes Silizium wird vorzugsweise für die i-Typ-Halbleiterschicht verwendet. Des Weiteren kann amorphes Silizium, mikrokristallines Silizium oder dergleichen, das Dotierstoffe enthält, die die jeweiligen Leitfähigkeitstypen verleihen, für die p-Typ-Halbleiterschicht und die n-Typ-Halbleiterschicht verwendet werden. Eine Photodiode, bei der amorphes Silizium für eine photoelektrische Umwandlungsschicht verwendet wird, weist eine hohe Empfindlichkeit in einem Wellenlängenbereich von sichtbarem Licht auf und kann daher schwaches sichtbares Licht leicht erfassen.
Es sei angemerkt, dass ein PN- oder PIN-Diodenelement vorzugsweise derart bereitgestellt wird, dass die p-Typ-Halbleiterschicht als Licht empfangende Oberfläche dient. Wenn die p-Typ-Halbleiterschicht als Licht empfangende Oberfläche dient, kann der ausgegebene Strom des photoelektrischen Umwandlungselements 601 erhöht werden.
Das vorstehend beschriebene photoelektrische Umwandlungselement 601, das unter Verwendung eines auf Selen basierenden Materials, amorphen Siliziums oder dergleichen ausgebildet wird, kann in einem gewöhnlichen Halbleiterherstellungsprozess ausgebildet werden, der einen Abscheidungsschritt, einen Lithographieschritt, einen Ätzschritt und dergleichen umfasst. Außerdem kann, da der Widerstand des auf Selen basierenden Materials hoch ist, auch die Struktur zum Einsatz kommen, die in 28 dargestellt ist und bei der die photoelektrische Umwandlungsschicht 681 nicht zwischen Pixeln unterbrochen ist.
Des Weiteren kann, wie in 30(A1) und 30(B1) dargestellt, die Abbildungsvorrichtung gekrümmt werden. 30(A1) stellt einen Zustand dar, in dem die Abbildungsvorrichtung in der Richtung von Strich-Doppelpunkt-Linie X1-X2 gekrümmt ist. 30(A2) ist eine Querschnittsansicht des einen Abschnitts, der von Strich-Doppelpunkt-Linie X1-X2 in 30(A1) dargestellt ist. 30(A3) ist eine Querschnittsansicht des einen Abschnitts, der von Strich-Doppelpunkt-Linie Y1-Y2 in 30(A1) dargestellt ist.
30(B1) stellt einen Zustand dar, in dem die Abbildungsvorrichtung in der Richtung von Strich-Doppelpunkt-Linie X3-X4 in der gleichen Zeichnung und in der Richtung von Strich-Doppelpunkt-Linie Y3-Y4 in der gleichen Zeichnung gekrümmt ist. 30(B2) ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt darstellt, der von Strich-Doppelpunkt-Linie X3-X4 in 30(B1) dargestellt ist. 30(B3) ist eine Querschnittsansicht, die einen Abschnitt darstellt, der von Strich-Doppelpunkt-Linie Y3-Y4 in 30(B1) dargestellt ist.
Die gekrümmte Abbildungsvorrichtung ermöglicht, die Bildfeldwölbung und den Astigmatismus zu verringern. Daher kann das optische Design einer Linse oder dergleichen leicht gemacht werden, die in Kombination mit der Abbildungsvorrichtung verwendet wird. Beispielsweise kann die Anzahl von Linsen, die zur Korrektur einer Aberration verwendet wird, verringert werden; dementsprechend kann die Größe oder das Gewicht einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, bei der die Abbildungsvorrichtung verwendet wird, leicht verringert werden. Außerdem kann die Qualität eines aufgenommen Bildes verbessert werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform werden Strukturbeispiele von Transistoren, der für die Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, verwendet werden kann, anhand von Zeichnungen beschrieben.
[Bottom-Gate-Transistor]
Ein Transistor 410, der in 31(A1) beispielhaft dargestellt ist, ist ein kanalschützender Transistor, bei dem es sich um eine Art von Bottom-Gate-Transistor handelt. Der Transistor 410 beinhaltet über der Isolierschicht 409 eine Elektrode 246, die als Gate-Elektrode dienen kann. Des Weiteren ist die Halbleiterschicht 242 über der Elektrode 246 bereitgestellt, wobei eine Isolierschicht 216 dazwischen positioniert ist. Die Elektrode 246 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Elektrode 243 ähnlich sind, ausgebildet werden. Die Isolierschicht 216 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 117 ähnlich sind, ausgebildet werden.
Der Transistor 410 enthält ferner über einem Kanalbildungsbereich der Halbleiterschicht 242 eine Isolierschicht 209, die als Kanalschutzschicht dienen kann. Die Isolierschicht 209 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Isolierschicht 216 ähnlich sind. Des Weiteren sind die Elektrode 244 und die Elektrode 245 über der Isolierschicht 216 derart bereitgestellt, dass sie teilweise in Kontakt mit der Halbleiterschicht 242 sind. Ein Teil der Elektrode 244 und ein Teil der Elektrode 245 werden über der Isolierschicht 209 ausgebildet.
Wenn die Isolierschicht 209 über dem Kanalbildungsbereich ausgebildet wird, kann verhindert werden, dass die Halbleiterschicht 242 während der Ausbildung der Elektrode 244 und der Elektrode 245 freiliegt. Demzufolge kann verhindert werden, dass der Kanalbildungsbereich der Halbleiterschicht 242 während der Ausbildung der Elektroden 244 und der Elektrode 245 geätzt wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
Der Transistor 410 umfasst ferner die Isolierschicht 418 über der Elektrode 244, der Elektrode 245 und der Isolierschicht 209, und er umfasst ferner die Isolierschicht 439 über der Isolierschicht 418.
Ein Transistor 411, der in 31(A2) dargestellt wird, unterscheidet sich von dem Transistor 410 dahingehend, dass die Elektrode 213, die als Rückgate-Elektrode bzw. Rückseiten-Gate-Elektrode dienen kann, über der Isolierschicht 439 bereitgestellt ist. Die Elektrode 213 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens ausgebildet werden, die denjenigen der Elektrode 243 ähnlich sind.
Eine Rückgate-Elektrode wird im Allgemeinen unter Verwendung einer leitenden Schicht ausgebildet und derart positioniert, dass ein Kanalbildungsbereich der Halbleiterschicht zwischen einer Gate-Elektrode und der Rückgate-Elektrode liegt. Die Rückgate-Elektrode kann somit auf eine Weise arbeiten, die derjenigen der Gate-Elektrode ähnlich ist. Das Potential der Rückgate-Elektrode kann demjenigen der Gate-Elektrode gleichen, oder es kann ein Erdpotential, ein beliebiges Potential oder dergleichen sein. Indem das Potential der Rückgate-Elektrode unabhängig von demjenigen der Gate-Elektrode geändert wird, kann ferner die Schwellenspannung des Transistors gesteuert werden.
Die Elektrode 246 und die Elektrode 213 können jeweils als Gate-Elektrode dienen. Demzufolge können die Isolierschichten 216, 209, die Isolierschicht 418 und die Isolierschicht 439 jeweils als Gate-Isolierschicht dienen.
Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem die Elektrode 246 oder die Elektrode 213 als „Gate-Elektrode” bezeichnet wird, die andere Elektrode als „Rückgate-Elektrode” bezeichnet werden kann. Bei dem Transistor 411 wird beispielsweise in dem Fall, in dem die Elektrode 213 als „Gate-Elektrode” bezeichnet wird, die Elektrode 246 als „Rückgate-Elektrode” bezeichnet. In dem Fall, in dem die Elektrode 213 als „Gate-Elektrode” verwendet wird, kann ferner der Transistor 411 als eine Art von Top-Gate-Transistor angesehen werden.
Indem die Elektrode 246 und die Elektrode 213 bereitgestellt sind, wobei die Halbleiterschicht 242 dazwischen bereitgestellt ist, und indem die Elektrode 246 und die Elektrode 213 auf den gleichen Wert eingestellt werden, wird ferner ein Bereich der Halbleiterschicht 242, durch den Ladungsträger fließen, in der Filmdickenrichtung vergrößert; demzufolge erhöht sich die Anzahl von übertragenen Ladungsträgern. Folglich erhöhen sich der Durchlassstrom und die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 411.
Demzufolge handelt es sich bei dem Transistor 411 um einen Transistor, der für die Fläche, die er einnimmt, einen hohen Durchlassstrom auf. Das heißt, dass die Fläche, die von dem Transistor 411 eingenommen wird, für einen benötigten Durchlassstrom klein sein kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Fläche, die von einem Transistor eingenommen wird, verringert werden. Demzufolge kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einem hohen Integrationsgrad bereitgestellt werden.
Die Gate-Elektrode und die Rückgate-Elektrode werden ferner unter Verwendung leitender Schichten ausgebildet, und somit weisen sie jeweils eine Funktion auf, ein elektrisches Feld, das außerhalb des Transistors erzeugt wird, daran zu hindern, die Halbleiterschicht, in der der Kanal gebildet wird, zu beeinflussen (insbesondere eine Funktion zum Blockieren eines elektrischen Feldes, wie z. B. statischer Elektrizität). Wenn die Rückgate-Elektrode größer ausgebildet wird als die Halbleiterschicht, so dass die Halbleiterschicht von der Rückgate-Elektrode bedeckt wird, kann die Funktion zum Blockieren eines elektrischen Feldes verbessert werden. Da die Elektrode 246 und die Elektrode 213 jeweils eine Funktion zum Blockieren eines elektrischen Feldes von der Außenseite aufweisen, beeinflussen Ladungen geladener Teilchen und dergleichen, die unterhalb der Elektrode 246 und oberhalb der Elektrode 213 erzeugt werden, den Kanalbildungsbereich der Halbleiterschicht 242 nicht. Folglich wird eine Degradation infolge eines Stresstests (z. B. eines –GBT-(Gate-Bias-Temperature-)Stresstests, bei dem eine negative Ladung an ein Gate angelegt wird) unterdrückt werden. Außerdem können die Elektrode 246 und die Elektrode 213 blockieren ein elektrisches Feld, das von der Drain-Elektrode erzeugt wird, so dass vermieden wird, dass es die Halbleiterschicht beeinflusst. Daher kann eine Veränderung der steigenden Spannung des Durchlassstroms infolge einer Veränderung der Drainspannung unterdrückt werden. Es sei angemerkt, dass diese Wirkung deutlich wird, wenn Potentiale der Elektrode 246 und der Elektrode 213 zugeführt werden.
Es sei angemerkt, dass der BT-Stresstest ist eine Art von Beschleunigungstest und kann eine Veränderung (eine Veränderung über die Zeit) der Eigenschaften eines Transistors, die durch langfristige Verwendung verursacht wird, in kurzer Zeit auswerten. Im Besonderen ist der Betrag der Änderung der Schwellenspannung eines Transistors durch den BT-Stresstest ein wichtiger Indikator zur Untersuchung der Zuverlässigkeit. Ein kleiner Betrag der Änderung der Schwellenspannung durch den BT-Stresstest deutet darauf hin, dass der Transistor eine höhere Zuverlässigkeit aufweist.
Indem die Elektroden 246 und 213 bereitgestellt werden und die Potentiale der Elektrode 246 und der Elektrode 213 auf den gleichen Wert eingestellt werden, wird ferner der Betrag der Änderung der Schwellenspannung verringert. Demzufolge werden Schwankungen der elektrischen Eigenschaften zwischen einer Vielzahl von Transistoren ebenfalls verringert.
Außerdem weist der Transistor, der die Rückgate-Elektrode umfasst, durch einen +GBT-Stresstest, bei dem eine positive Ladung an ein Gate angelegt wird, eine geringere Änderung der Schwellenspannung auf als ein Transistor, der keine Rückgate-Elektrode umfasst.
Außerdem kann die Rückgate-Elektrode, die unter Verwendung eines leitenden Films mit einer Licht blockierenden Eigenschaft ausgebildet wird, in dem Fall, in dem Licht auf der Seite der Rückgate-Elektrode einfällt, verhindern, dass Licht in die Halbleiterschicht von der Seite der Rückgate-Elektrode eintritt. Deshalb kann eine Photodegradation der Halbleiterschicht verhindert werden, und eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Transistors, wie z. B. eine Verschiebung der Schwellenspannung, kann verhindert werden.
Des Weiteren kann die Elektrode 213 zwischen der Isolierschicht 418 und der Isolierschicht 439 bereitgestellt werden. Eine weitere Isolierschicht kann zwischen der Elektrode 213 und der Isolierschicht 439 bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Außerdem kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
Ein Transistor 420, der in 31(B1) beispielhaft dargestellt ist, ist ein kanalschützender Transistor, bei dem es sich um einen von Bottom-Gate-Transistor handelt. Der Transistor 420 weist eine Struktur auf, die derjenigen des Transistors 410 im Wesentlichen ähnlich ist, jedoch unterscheidet er sich dahingehend, dass die Isolierschicht 209 die Halbleiterschicht 242 bedeckt. Des Weiteren ist die Halbleiterschicht 242 und die Elektrode 244 elektrisch in einer Öffnungsabschnitt miteinander verbunden, der durch selektives Entfernen eines Teils der Isolierschicht 209 ausgebildet wird, der die Halbleiterschicht 242 überlappt. In ähnlicher Weise ist die Halbleiterschicht 242 und die Elektrode 245 elektrisch in einer Öffnungsabschnitt miteinander verbunden, der durch selektives Entfernen eines Teils der Isolierschicht 209 ausgebildet wird, der die Halbleiterschicht 242 überlappt. Ein Bereich der Isolierschicht 209, der den Kanalbildungsbereich überlappt, kann als Kanalschutzschicht dienen.
Ein Transistor 424, der in 31(B2) dargestellt wird, unterscheidet sich von dem Transistor 420 dahingehend, dass die Elektrode 213, die als Rückgate-Elektrode dienen kann, über der Isolierschicht 439 bereitgestellt ist.
Durch die Isolierschicht 209 kann verhindert werden, dass die Halbleiterschicht 242 während der Ausbildung der Elektrode 244 und der Elektrode 245 freiliegt. Demzufolge kann verhindert werden, dass die Dicke der Halbleiterschicht 242 während der Ausbildung der Elektrode 244 und der Elektrode 245 verringert wird.
Außerdem sind bei dem Transistor 420 und bei dem Transistor 424 der Abstand zwischen der Elektrode 244 und der Elektrode 246 sowie der Abstand zwischen der Elektrode 245 und der Elektrode 246 länger als diejenigen bei dem Transistor 410 und bei dem Transistor 411. Demzufolge kann die parasitäre Kapazität, die zwischen der Elektrode 244 und der Elektrode 246 gebildet wird, verringert werden. Die parasitäre Kapazität, die zwischen der Elektrode 245 und der Elektrode 246 gebildet wird, kann ebenfalls verringert werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
Ein Transistor 425, der in 31(C1) dargestellt wird, ist ein kanalgeätzter Transistor, bei dem es sich um einen von Bottom-Gate-Transistoren handelt. Bei dem Transistor 425 sind die Elektrode 244 und die Elektrode 245 ohne Verwendung der Isolierschicht 209 ausgebildet. Demzufolge wird in einigen Fällen ein Teil der Halbleiterschicht 242 geätzt, der während der Ausbildung der Elektrode 244 und der Elektrode 245 freiliegt. Im Gegensatz dazu kann, da die Isolierschicht 209 nicht bereitgestellt ist, die Produktivität des Transistors erhöht werden.
Ein Transistor 426, der in 31(C2) dargestellt wird, unterscheidet sich von dem Transistor 420 dahingehend, dass die Elektrode 213, die als Rückgate-Elektrode dienen kann, über der Isolierschicht 439 bereitgestellt ist.
[Top-gate-Transistor]
Ein Transistor 430, der in 32A1 beispielhaft dargestellt ist, ist eine Art von Top-Gate-Transistor. Bei dem Transistor 430 ist die Halbleiterschicht 242 über der Isolierschicht 409 bereitgestellt, die Elektrode 244, die in Kontakt mit einem Teil der Halbleiterschicht 242 ist, und die Elektrode 245, die in Kontakt mit einem Teil der Halbleiterschicht 242 ist, sind über der Halbleiterschicht 242 und der Isolierschicht 409 bereitgestellt, die Isolierschicht 216 ist über der Halbleiterschicht 242, der Elektrode 244 und der Elektrode 245 bereitgestellt, und die Elektrode 246 ist über der Isolierschicht 216 bereitgestellt.
Bei dem Transistor 430 überlappen die Elektrode 246 und die Elektrode 244 nicht einander, und die Elektrode 246 und die Elektrode 245 überlappen nicht einander; daher können die parasitäre Kapazität, die zwischen der Elektrode 246 und der Elektrode 244 gebildet wird, und die parasitäre Kapazität, die zwischen der Elektrode 246 und der Elektrode 245 gebildet wird, verringert werden. Nach der Ausbildung der Elektrode 246 wird ferner ein Verunreinigungselement 255 in die Halbleiterschicht 242 unter Verwendung der Elektrode 246 als Maske eingeführt, so dass sich Verunreinigungsbereiche in selbstausrichtender Weise (Selbstausrichtung) in der Halbleiterschicht 242 bilden können (siehe 32(A3)). Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
Es sei angemerkt, dass das Einführen des Verunreinigungselements 255 kann mit einer Ionendotiereinrichtung, einer Ionenimplantationseinrichtung oder einer Plasmabehandlungseinrichtung durchgeführt werden.
Als Verunreinigungselement 255 kann beispielsweise mindestens eine Art von Element der Elemente der Gruppe 13 und der Elemente der Gruppe 15 verwendet werden. In dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiter für die Halbleiterschicht 242 verwendet wird, ist es alternativ auch möglich, mindestens eine Art von Element von einem Edelgas, Wasserstoff und Stickstoff als Verunreinigungselement 255 zu verwenden.
Ein Transistor 431, der in 32(A2) dargestellt wird, unterscheidet sich von dem Transistor 430 dahingehend, dass die Elektrode 213 und eine Isolierschicht 217 bereitgestellt sind. Der Transistor 431 umfasst die Elektrode 213, die über der Isolierschicht 409 ausgebildet ist, und die Isolierschicht 217, die über der Elektrode 213 ausgebildet ist. Wie vorstehend beschrieben worden ist, kann die Elektrode 213 als Rückgate-Elektrode dienen. Demzufolge kann die Isolierschicht 217 als Gate-Isolierschicht dienen. Die Isolierschicht 217 kann unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die denjenigen der Isolierschicht 216 ähnlich sind, ausgebildet werden.
Ebenso wie der Transistor 411 handelt es sich bei dem Transistor 431 um einen Transistor, der für die Fläche, die er einnimmt, einen hohen Durchlassstrom auf. Das heißt, dass die Fläche, die von dem Transistor 431 eingenommen wird, für einen benötigten Durchlassstrom klein sein kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Fläche, die von einem Transistor eingenommen wird, verringert werden. Demzufolge kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einem hohen Integrationsgrad bereitgestellt werden.
Ein Transistor 440, der in 32(B1) beispielhaft dargestellt ist, ist einer von Top-Gate-Transistoren. Der Transistor 440 unterscheidet sich von dem Transistor 430 dahingehend, dass die Halbleiterschicht 242 nach dem Ausbilden der Elektrode 244 und der Elektrode 245 ausgebildet wird. Ferner unterscheidet ein Transistor 441, der in 32(B2) beispielhaft dargestellt ist, sich von dem Transistor 440 dahingehend, dass die Elektrode 213 und die Isolierschicht 217 bereitgestellt sind. Bei dem Transistor 440 und bei dem Transistor 441 wird ein Teil der Halbleiterschicht 242 über der Elektrode 244 ausgebildet und wird ein anderer Teil der Halbleiterschicht 242 über der Elektrode 245 ausgebildet.
Ebenso wie der Transistor 411 handelt es sich bei dem Transistor 441 um einen Transistor, der für die Fläche, die er einnimmt, einen hohen Durchlassstrom auf. Das heißt, dass die Fläche, die von dem Transistor 441 eingenommen wird, für einen benötigten Durchlassstrom klein sein kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Fläche, die von einem Transistor eingenommen wird, verringert werden. Demzufolge kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einem hohen Integrationsgrad bereitgestellt werden.
Nach der Ausbildung der Elektrode 246 wird bei dem Transistor 440 und bei dem Transistor 441 ebenfalls das Verunreinigungselement 255 in die Halbleiterschicht 242 unter Verwendung der Elektrode 246 als Maske eingeführt, so dass sich Verunreinigungsbereiche in selbstausrichtender Weise in der Halbleiterschicht 242 bilden kann. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Ferner kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einem hohen Integrationsgrad bereitgestellt werden.
[S-Kanal-Typ-Transistor]
33 stellt ein Strukturbeispiel eines Transistors dar, in dem ein Oxidhalbleiter für die Halbleiterschicht 242 verwendet wird. Ein Transistor 450, der in 33 beispielhaft dargestellt ist, weist eine Struktur auf, bei der die Halbleiterschicht 242b über der Halbleiterschicht 242a ausgebildet ist und die Halbleiterschicht 242c eine Oberseite und eine Seitenfläche der Halbleiterschicht 242b sowie eine Seitenfläche der Halbleiterschicht 242a bedeckt. 33(A) ist eine Draufsicht auf den Transistor 450. 33(B) ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht in der Kanallängsrichtung) eines Abschnitts, der von Strichpunktlinie X1-X2 in 33(A) dargestellt ist. 33(C) ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht in der Kanalbreitenrichtung) eines Abschnitts, der von Strichpunktlinie Y1-Y2 in 33(A) dargestellt ist.
Bei dem Transistor 450, der in 33 dargestellt ist, ist die Halbleiterschicht 242b über einem Vorsprung der Isolierschicht 409 bereitgestellt. Wenn die Halbleiterschicht 242b über dem Vorsprung der Isolierschicht 409 bereitgestellt ist, kann die Seitenfläche der Halbleiterschicht 242b mit der Elektrode 243 bedeckt werden. Das heißt, dass der Transistor 450 eine Struktur aufweist, bei der die Halbleiterschicht 242b elektrisch von einem elektrischen Feld der Elektrode 243 umgeben sein kann. Eine solche Struktur des Transistors, bei der eine Halbleiterschicht, in der ein Kanal gebildet wird, elektrisch von einem elektrischen Feld eines leitenden Films umgeben ist, wird als umschlossene bzw. umgebene Kanal-(s-Kanal-)Struktur (surrounded channel structure, s-channel structure) bezeichnet. Außerdem wird ein Transistor mit der s-Kanal-Struktur auch als „s-Kanal-Typ-Transistor” oder als „s-Kanal-Transistor” bezeichnet.
Bei der s-Kanal-Struktur kann in einigen Fällen ein Kanal in der gesamten (im Großteil der) Halbleiterschicht 242b gebildet werden. Bei einer s-Kanal-Struktur kann der Drainstrom des Transistors erhöht werden, so dass ein höherer Durchlassstrom erhalten werden kann. Des Weiteren kann der gesamte Bereich des Kanalbildungsbereichs der Halbleiterschicht 242b durch ein elektrisches Feld der Elektrode 243 verarmt werden. Dementsprechend kann der Sperrstrom des Transistors mit der s-Kanal-Struktur weiter verringert werden.
Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Höhe des Vorsprungs der Isolierschicht 409 vergrößert wird und die Kanalbreite verkürzt wird, die Effekte der s-Kanal-Struktur, wie z. B. eine Erhöhung des Durchlassstroms und eine Verringerung des Sperrstroms, verstärkt werden können. Ferner kann ein Teil der Halbleiterschicht 242a, der während der Ausbildung der Halbleiterschicht 242b freiliegt, entfernt werden. In diesem Fall können die Seitenflächen der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b miteinander ausgerichtet sein.
Wie bei einem Transistor 451, der in 34 dargestellt ist, kann die Elektrode 213 ferner unterhalb der Halbleiterschicht 242 bereitgestellt sein, wobei eine Isolierschicht dazwischen positioniert ist. 34(A) ist eine Draufsicht auf den Transistor 451. 34(B) ist eine Querschnittsansicht, die von Strichpunktlinie X1-X2 in 34(A) dargestellt ist. 34(C) ist eine Querschnittsansicht, die von Strichpunktlinie Y1-Y2 in 34(A) dargestellt ist.
35 stellt ein weiteres Beispiel für einen Transistor mit der s-Kanal-Struktur dar. Bei einem Transistor 452, der in 35 beispielhaft dargestellt ist, sind die Elektrode 244 und die Elektrode 245 über der Halbleiterschicht 242b bereitgestellt und nicht in Kontakt mit den Seitenflächen der Halbleiterschicht 242b und der Halbleiterschicht 242a. Die Elektrode 244 ist elektrisch mit einer Elektrode 434 in einer Öffnung, die in der Isolierschicht 418, der Isolierschicht 439 und der Isolierschicht 419 bereitgestellt ist, über einen Kontaktstecker verbunden. Die Elektrode 245 ist elektrisch mit einer Elektrode 435 in einer Öffnung, die in der Isolierschicht 418, der Isolierschicht 439 und der Isolierschicht 419 bereitgestellt ist, über einen Kontaktstecker verbunden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Fläche, die von einem Transistor eingenommen wird, verringert werden. Demzufolge kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung mit einem hohen Integrationsgrad bereitgestellt werden.
36 stellt ein weiteres Beispiel für einen Transistor mit der s-Kanal-Struktur dar. Bei einem Transistor 453, der in 36 beispielhaft dargestellt ist, ist die Halbleiterschicht 242b über der Halbleiterschicht 242a bereitgestellt. Der Transistor 453 ist eine Art von Bottom-Gate-Transistor, der eine Rückgate-Elektrode umfasst. 36(A) ist eine Draufsicht auf den Transistor 453. 36(B) ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht in der Kanallängsrichtung), die von Strichpunktlinie X1-X2 in 36(A) dargestellt ist. 36(C) ist eine Querschnittsansicht (eine Querschnittsansicht in der Kanalbreitenrichtung), die von Strichpunktlinie Y1-Y2 in 36(A) dargestellt ist.
Die Elektrode 213, die über der Isolierschicht 439 bereitgestellt ist, ist in einer Öffnung 247a und einer Öffnung 247b, die in der Isolierschicht 216, der Isolierschicht 418 und der Isolierschicht 439 bereitgestellt sind, elektrisch mit der Elektrode 246 verbunden. Daher wird der Elektrode 213 und der Elektrode 246 das gleiche Potential zugeführt. Des Weiteren kann entweder die Öffnung 247a oder die Öffnung 247b weggelassen werden. Des Weiteren können sowohl die Öffnung 247a als auch die Öffnung 247b weggelassen werden. In dem Fall, in dem weder die Öffnung 247a noch die Öffnung 247b bereitgestellt sind, können der Elektrode 213 und der Elektrode 246 unterschiedliche Potentiale zugeführt werden.
Es sei angemerkt, dass der Transistor 453 als Beispiel gezeigt ist, in dem die Halbleiterschicht 242 eine zweischichtige Struktur aus der Halbleiterschicht 242a und der Halbleiterschicht 242b aufweist.
37 ist ein Energiebandstrukturdiagramm eines Abschnitts, der von Strichpunktlinie C3-C4 in 36(B) dargestellt ist. 37 stellt die Energiebandstruktur des Kanalbildungsbereichs des Transistors 453 dar.
In 37 stellt Ec387 die Energie des Leitungsbandminimums der Isolierschicht 418 dar. Die Halbleiterschicht 242 beinhaltet zwei Schichten, d. h. die Halbleiterschicht 242a und die Halbleiterschicht 242b; daher kann die Produktivität des Transistors erhöht werden. Es sei angemerkt, dass die Abwesenheit der Halbleiterschicht 242c zulässt, dass die Einfangzustünde 390 einen größeren Einfluss aufweisen; jedoch kann im Vergleich zu dem Fall, in dem die Halbleiterschicht 242 eine einschichtige Struktur aufweist, eine hohe Feldeffektbeweglichkeit erhalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit geringem Stromverbrauch bereitgestellt werden. Demzufolge kann eine Abbildungsvorrichtung oder dergleichen mit niedrigem Stromverbrauch bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Transistor mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Dementsprechend kann eine Abbildungsvorrichtung oder dergleichen mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
Bezugszeichenliste

100: Auto
101: Lenkrad
102: Armaturenbrett
108: Airbag
110: Insassenschutzvorrichtung
112: Pixeltreiberschaltung
114: Pixel
115: Abbildungsvorrichtung
117: Isolierschicht
119: Sensor
120: Steuervorrichtung
123: Leitung
131: Airbagvorrichtung
132: Airbagvorrichtung
140: Pixelabschnitt
141: Pixel
209: Isolierschicht
213: Elektrode
216: Isolierschicht
217: Isolierschicht
219: Isolierschicht
220: Wanne
221: p-Typ-Halbleiter
223: n-Typ-Halbleiter
224: Öffnung
225: Öffnung
242: Halbleiterschicht
243: Elektrode
244: Elektrode
245: Elektrode
246: Elektrode
252: Peripherieschaltungsbereich
255: Verunreinigungselement
260: Schaltung
261: Signalverarbeitungsschaltung
262: Spaltentreiberschaltung
263: Ausgangsschaltung
264: Schaltung
265: Leitung
266: Leitung
267: Leitung
268: Leitung
269: Leitung
270: Schaltung
273: Elektrode
277: Isolierschicht
280: Schaltung
281: Transistor
282: Transistor
283: Bildungsbereich
284: p-Typ-Verunreinigungsbereich mit niedriger Konzentration
285: p-Typ-Verunreinigungsbereich mit hoher Konzentration
286: Isolierschicht
287: Elektrode
288: Seitenwand
289: Transistor
290: Schaltung
382: Ec
386: Ec
387: Ec
390: Einfangzustand
401: Substrat
403: Isolierschicht
404: Isolierschicht
405: Isolierschicht
406: Kontaktstecker
407: Isolierschicht
408: Isolierschicht
409: Isolierschicht
410: Transistor
411: Transistor
414: Elementisolationsschicht
415: Isolierschicht
416: Isolierschicht
418: Isolierschicht
419: Isolierschicht
420: Transistor
421: Leitung
422: Leitung
423: Leitung
424: Transistor
425: Transistor
427: Leitung
429: Leitung
430: Transistor
431: Transistor
434: Elektrode
435: Elektrode
439: Isolierschicht
440: Transistor
441: Transistor
442: Isolierschicht
444: Leitung
450: Transistor
451: Transistor
452: Transistor
453: Transistor
477: Trennwand
487: Leitung
488: Leitung
489: Kontaktstecker
601: photoelektrisches Umwandlungselement
602: Transistor
603: Transistor
604: Transistor
605: Transistor
606: Kondensator
607: Knoten
608: Leitung
609: Leitung
610: Schaltung
611: Leitung
681: photoelektrische Umwandlungsschicht
682: lichtdurchlässige leitende Schicht
686: Elektrode
900: Auto
1283: Kanalbildungsbereich
1284: n-Typ-Verunreinigungsbereich mit niedriger Konzentration
1285: n-Typ-Verunreinigungsbereich mit hoher Konzentration
5100: Pellet
5120: Substrat
5161: Bereich
103a: Tür
103b: Tür
104a: Tür
104b: Tür
108c: Halbleiterschicht
111a: Abbildungsvorrichtung
111b: Abbildungsvorrichtung
111c: Abbildungsvorrichtung
112a: Abbildungsvorrichtung
112b: Abbildungsvorrichtung
112c: Abbildungsvorrichtung
113a: Abbildungsvorrichtung
113b: Abbildungsvorrichtung
114a: Abbildungsvorrichtung
114b: Abbildungsvorrichtung
133a: Airbagvorrichtung
133b: Airbagvorrichtung
134a: Airbagvorrichtung
134b: Airbagvorrichtung
242a: Halbleiterschicht
242b: Halbleiterschicht
242c: Halbleiterschicht
243a: Elektrode
243b: Elektrode
247a: Öffnung
247b: Öffnung
264a: Schaltung
264b: Zählerschaltung
264c: Latch-Schaltung
272c: Halbleiterschicht
383a: Ec
383b: Ec
383c: Ec
487a: leitende Schicht
487b: leitende Schicht
686a: leitende Schicht
686b: leitende Schicht

Claims

Insassenschutzvorrichtung, die umfasst: eine Abbildungsvorrichtung; eine Steuervorrichtung; und eine Airbagvorrichtung, wobei die Insassenschutzvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Abbildungsvorrichtung umfasst: ein Licht empfangendes Element, das Selen enthält; und einen Transistor, der einen Oxidhalbleiter umfasst, und die Steuervorrichtung konfiguriert ist, eine Kollision unter Verwendung eines Bildes vorherzusagen, das von der Abbildungsvorrichtung aufgenommen worden ist, und die Airbagvorrichtung zu aktivieren.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Vielzahl der Abbildungsvorrichtungen umfasst.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Oxidhalbleiter In enthält.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Oxidhalbleiter Zn enthält.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 1, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abbildungsvorrichtung konfiguriert ist, in einem Global-Shutter-System zu arbeiten.
Insassenschutzvorrichtung, die umfasst: eine Abbildungsvorrichtung; eine Steuervorrichtung; und eine Airbagvorrichtung, wobei die Insassenschutzvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Abbildungsvorrichtung umfasst: ein Licht empfangendes Element, das Selen enthält; und einen Transistor, der einen Oxidhalbleiter umfasst, und die Steuervorrichtung konfiguriert ist, eine Kollision unter Verwendung eines Bildes vorherzusagen, das von der Abbildungsvorrichtung aufgenommen worden ist, und auf Basis der Vorhersage vor der Kollision die Airbagvorrichtung zu aktivieren.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 6, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Vielzahl der Abbildungsvorrichtungen umfasst.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 6, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Oxidhalbleiter In enthält.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 6, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Oxidhalbleiter Zn enthält.
Insassenschutzvorrichtung nach Anspruch 6, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abbildungsvorrichtung konfiguriert ist, in einem Global-Shutter-System zu arbeiten.