DE112016001033T5 - Halbleitervorrichtung, Verfahren zum Herstellen derselben oder Anzeigevorrichtung mit derselben - Google Patents

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Junichi Koezuka
Kenichi Okazaki
Yasuharu Hosaka
Masami Jintyou
Takahiro IGUCHI
Shunpei Yamazaki
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Abstract

Bei einem Transistor, der einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, wird eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt. Der Transistor beinhaltet eine erste Gate-Elektrode, einen ersten isolierenden Film, einen Oxidhalbleiterfilm, eine Source-Elektrode, eine Drain-Elektrode, einen zweiten isolierenden Film, eine zweite Gate-Elektrode und einen dritten isolierenden Film. Der Oxidhalbleiterfilm umfasst einen ersten Oxidhalbleiterfilm auf der Seite der ersten Gate-Elektrode und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Oxidhalbleiterfilm. Der erste Oxidhalbleiterfilm und der zweite Oxidhalbleiterfilm enthalten In, M und Zn (M ist Al, Ga, Y oder Sn). In einem Bereich des zweiten Oxidhalbleiterfilms ist die Anzahl von In-Atomen kleiner als diejenige in dem ersten Oxidhalbleiterfilm. Die zweite Gate-Elektrode enthält mindestens ein Metallelement, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, und eine Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung beinhaltet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren der Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiterfilm beinhaltet.
  • 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 ist, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Die vorliegende Erfindung betrifft zusätzlich einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine lichtemittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, ein Betriebsverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet eine Halbleitervorrichtung im Allgemeinen eine Vorrichtung, die unter Nutzung von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Ein Halbleiterelement, wie z. B. ein Transistor, eine Halbleiterschaltung, eine arithmetische Vorrichtung und eine Speichervorrichtung sind jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung. Eine Abbildungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine lichtemittierende Vorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine Energieerzeugungsvorrichtung (darunter auch eine Dünnschichtsolarzelle, eine organische Dünnschichtsolarzelle und dergleichen) und eine elektronische Vorrichtung können jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
  • Stand der Technik
  • Die Aufmerksamkeit konzentriert sich auf eine Technik zum Ausbilden eines Transistors (auch als Feldeffekttransistor (FET) oder Dünnschichttransistor (thin film transistor, TFT) bezeichnet) unter Verwendung eines Halbleiterdünnfilms, der über einem Substrat mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet ist. Derartige Transistoren werden für eine breite Palette elektronischer Vorrichtungen, wie z. B. einen integrierten Schaltkreis (integrated circuit, IC) oder eine Bildanzeigevorrichtung (Anzeigevorrichtung), verwendet. Ein Halbleitermaterial, das typischerweise Silizium ist, ist als Material für einen Halbleiterdünnfilm, der für einen Transistor verwendet werden kann, weithin bekannt. Als weiteres Material erregt ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit.
  • Es ist eine zuverlässige Halbleitervorrichtung offenbart, bei der ein Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird, mit stabilen elektrischen Eigenschaften versehen ist (siehe z. B. Patentdokument 1). Bei der Halbleitervorrichtung sind Oxidhalbleiterfilme mit unterschiedlichen Zusammensetzungen derart übereinander angeordnet, dass ein Oxidhalbleiterfilm, der viel In enthält, auf der Kanalseite bereitgestellt ist und ein Oxidhalbleiterfilm, der viele Stabilisatoren, wie z. B. Ga, enthält, auf der Kanalrückseite bereitgestellt ist.
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-175715
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der Oxidhalbleiterfilm, der viel In enthält, könnte eine kleine Energiebandlücke (Eg) (beispielsweise kleiner als 3,0 eV) aufweisen. In diesem Fall wird ein Oxidhalbleiterfilm mit größerer Eg (beispielsweise 3,0 eV oder größer und 3,5 eV oder kleiner) von Licht stärker beeinflusst als ein Oxidhalbleiterfilm mit kleinerer Eg. Beispielsweise wird die Zuverlässigkeit eines Transistors, der den Oxidhalbleiterfilm mit kleinerer Eg beinhaltet, manchmal infolge eines Vorspannung-Temperatur-Stresstests, bei dem eine negative Vorspannung angelegt wird und eine Lichtbestrahlung ausgeführt wird (infolge eines negativen GBT-Tests mit Licht), reduziert.
  • Der negative GBT-Stresstest mit Lichtbestrahlung ist eine Art von Beschleunigungstest und kann in kurzer Zeit eine durch langfristige Verwendung verursachte Veränderung der Eigenschaften von Transistoren auswerten. Insbesondere ist der Betrag der Verschiebung zwischen der Schwellenspannung (ΔVth) des Transistors vor einem negativen GBT-Stresstest mit Lichtbestrahlung und derjenigen danach ein wichtiger Indikator zum Untersuchen der Zuverlässigkeit. Je geringer die Verschiebung zwischen der Schwellenspannung (ΔVth) vor einem negativen GBT-Stresstest mit Lichtbestrahlung und derjenigen danach ist, desto höher ist die Zuverlässigkeit des Transistors.
  • Angesichts der vorstehenden Probleme ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei einem Transistor mit einem Oxidhalbleiterfilm eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit zu verbessern. Im Besonderen ist eine Aufgabe, bei einem Transistor mit einem Oxidhalbleiterfilm, der viel In enthält, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit zu verbessern. Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit niedrigem Stromverbrauch bereitzustellen. Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Herstellen einer neuartigen Halbleitervorrichtung bereitzustellen. Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Anzeigevorrichtung bereitzustellen.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung der vorstehenden Aufgabe das Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht berührt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es unnötig, alle Aufgaben zu erfüllen. Andere Aufgaben als die vorstehenden Aufgaben werden aus der Erläuterung der Beschreibung und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, der beinhaltet: eine erste Gate-Elektrode, einen ersten isolierenden Film über der ersten Gate-Elektrode, einen Oxidhalbleiterfilm über dem ersten isolierenden Film, eine Source-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist, eine Drain-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist, einen zweiten isolierenden Film über dem Oxidhalbleiterfilm, eine zweite Gate-Elektrode über dem zweiten isolierenden Film und einen dritten isolierenden Film über der zweiten Gate-Elektrode. Der Oxidhalbleiterfilm umfasst einen ersten Oxidhalbleiterfilm auf der Seite der ersten Gate-Elektrode und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Oxidhalbleiterfilm. Der erste Oxidhalbleiterfilm und der zweite Oxidhalbleiterfilm enthalten In, M und Zn (M ist Al, Ga, Y oder Sn). In einem Bereich des zweiten Oxidhalbleiterfilms ist die Anzahl der In-Atome kleiner als diejenige in dem ersten Oxidhalbleiterfilm. Die zweite Gate-Elektrode enthält mindestens ein Metallelement, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, der beinhaltet: eine erste Gate-Elektrode, einen ersten isolierenden Film über der ersten Gate-Elektrode, einen Oxidhalbleiterfilm über dem ersten isolierenden Film, eine Source-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist, eine Drain-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist, einen zweiten isolierenden Film über dem Oxidhalbleiterfilm, eine zweite Gate-Elektrode über dem zweiten isolierenden Film und einen dritten isolierenden Film über der zweiten Gate-Elektrode. Die zweite Gate-Elektrode ist durch einen Öffnungsabschnitt in dem ersten isolierenden Film und dem zweiten isolierenden Film elektrisch mit der ersten Gate-Elektrode verbunden. Der Oxidhalbleiterfilm umfasst einen ersten Oxidhalbleiterfilm auf der Seite der ersten Gate-Elektrode und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Oxidhalbleiterfilm. Der erste Oxidhalbleiterfilm und der zweite Oxidhalbleiterfilm enthalten In, M und Zn (M ist Al, Ga, Y oder Sn). In einem Bereich des zweiten Oxidhalbleiterfilms ist die Anzahl der In-Atome kleiner als diejenige in dem ersten Oxidhalbleiterfilm. Die zweite Gate-Elektrode enthält mindestens ein Metallelement, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform wird bevorzugt, dass der erste Oxidhalbleiterfilm einen Bereich, in dem In > M (M ist Al, Ga, Y oder Sn) erfüllt wird, aufweist und dass der zweite Oxidhalbleiterfilm einen Bereich, in dem In ≤ M (M ist Al, Ga, Y oder Sn) erfüllt wird, aufweist.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform wird bevorzugt, dass die zweite Gate-Elektrode einen dritten Oxidhalbleiterfilm und einen vierten Oxidhalbleiterfilm über dem dritten Oxidhalbleiterfilm umfasst, dass der dritte Oxidhalbleiterfilm einen Bereich, in dem In ≤ M (M ist Al, Ga, Y oder Sn) erfüllt wird, aufweist und dass der vierte Oxidhalbleiterfilm einen Bereich, in dem In ≥ M (M ist Al, Ga, Y oder Sn) erfüllt wird, aufweist.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform enthält der Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise einen Kristallteil mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform enthält der dritte isolierende Film vorzugsweise Wasserstoff und/oder Stickstoff.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung einer der vorstehenden Ausführungsformen und ein Anzeigeelement beinhaltet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigemodul, das die Anzeigevorrichtung und einen Berührungssensor beinhaltet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Vorrichtung, die die Halbleitervorrichtung einer der vorstehenden Ausführungsformen, die Anzeigevorrichtung oder das Anzeigemodul und eine Bedientaste oder eine Batterie beinhaltet.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer ersten Gate-Elektrode, Ausbilden eines ersten isolierenden Films über der ersten Gate-Elektrode, Ausbilden eines ersten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten isolierenden Film, Ausbilden eines zweiten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten Oxidhalbleiterfilm, Ausbilden einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, Ausbilden eines zweiten isolierenden Films über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode, Ausbilden eines dritten Oxidhalbleiterfilms, der als zweite Gate-Elektrode dient, über dem zweiten isolierenden Film und Ausbilden eines dritten isolierenden Films, der Wasserstoff enthält, über dem dritten Oxidhalbleiterfilm. In dem Schritt zum Ausbilden des ersten Oxidhalbleiterfilms wird der erste Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein erstes Sauerstoffgas enthält, und das erste Sauerstoffgas wird dem ersten isolierenden Film zugesetzt. In dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Oxidhalbleiterfilms wird der zweite Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein zweites Sauerstoffgas enthält. In dem Schritt zum Ausbilden des dritten Oxidhalbleiterfilms wird der dritte Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein drittes Sauerstoffgas enthält, und das dritte Sauerstoffgas wird dem zweiten isolierenden Film zugesetzt. In dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films oder nach dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films wird dem dritten Oxidhalbleiterfilm der Wasserstoff von dem dritten isolierenden Film zugesetzt.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform werden vorzugsweise der erste Oxidhalbleiterfilm, der zweite Oxidhalbleiterfilm und der dritte Oxidhalbleiterfilm jeweils durch ein Sputterverfahren ausgebildet.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer ersten Gate-Elektrode, Ausbilden eines ersten isolierenden Films über der ersten Gate-Elektrode, Ausbilden eines ersten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten isolierenden Film, Ausbilden eines zweiten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten Oxidhalbleiterfilm, Ausbilden einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, Ausbilden eines zweiten isolierenden Films über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode, Ausbilden eines dritten Oxidhalbleiterfilms, der als zweite Gate-Elektrode dient, über dem zweiten isolierenden Film, Ausbilden eines vierten Oxidhalbleiterfilms, der als zweite Gate-Elektrode dient, über dem dritten Oxidhalbleiterfilm und Ausbilden eines dritten isolierenden Films, der Wasserstoff enthält, über dem vierten Oxidhalbleiterfilm. In dem Schritt zum Ausbilden des ersten Oxidhalbleiterfilms wird der erste Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein erstes Sauerstoffgas enthält, und das erste Sauerstoffgas wird dem ersten isolierenden Film zugesetzt. In dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Oxidhalbleiterfilms wird der zweite Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein zweites Sauerstoffgas enthält. In dem Schritt zum Ausbilden des dritten Oxidhalbleiterfilms wird der dritte Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein drittes Sauerstoffgas enthält, und das dritte Sauerstoffgas wird dem zweiten isolierenden Film zugesetzt. In dem Schritt zum Ausbilden des vierten Oxidhalbleiterfilms wird der vierte Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre ausgebildet, die ein viertes Sauerstoffgas enthält. In dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films oder nach dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films wird dem vierten Oxidhalbleiterfilm der Wasserstoff von dem dritten isolierenden Film zugesetzt.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform werden vorzugsweise der erste Oxidhalbleiterfilm, der zweite Oxidhalbleiterfilm, der dritte Oxidhalbleiterfilm und der vierte Oxidhalbleiterfilm jeweils durch ein Sputterverfahren ausgebildet.
  • Bei der vorstehenden Ausführungsform ist die Durchflussmenge des dritten Sauerstoffgases vorzugsweise höher als die Durchflussmenge des vierten Sauerstoffgases.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei einem Transistor mit einem Oxidhalbleiterfilm eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt werden, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden. Im Besonderen kann bei einem Transistor mit einem Oxidhalbleiterfilm, der viel In enthält, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften unterdrückt werden, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann alternativ eine sehr zuverlässige Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann alternativ eine neuartige Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann alternativ ein Verfahren zum Herstellen einer neuartigen Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann alternativ eine neuartige Anzeigevorrichtung bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Wirkungen das Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht berührt. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt nicht notwendigerweise alle oben genannten Wirkungen. Weitere Wirkungen werden aus der Erläuterung der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A bis 1C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, welche eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 2A bis 2C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, welche eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 3A bis 3C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, welche eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 4A bis 4C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, welche eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 5A bis 5D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 6A und 6B stellen jeweils eine Bandstruktur dar.
  • 7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 8A bis 8F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 9A bis 9F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 10A bis 10F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 11A bis 11F sind Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung darstellen.
  • 12A und 12B sind Modelldarstellungen von Sauerstoff, der in einem Oxidhalbleiterfilm wandert.
  • 13 zeigt TDS-Messergebnisse.
  • 14A und 14B zeigen TDS-Messergebnisse.
  • 15A und 15B zeigen TDS-Messergebnisse.
  • 16 zeigt die Messtemperaturabhängigkeit eines leitenden Oxidfilms.
  • 17A bis 17D sind Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder eines Querschnitts eines CAAC-OS und eine schematische Querschnittsansicht eines CAAC-OS.
  • 18A bis 18D sind Cs-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder einer Ebene eines CAAC-OS.
  • 19A bis 19C zeigen Strukturanalyse eines CAAC-OS und eines einkristallinen Oxidhalbleiters durch XRD.
  • 20A und 20B zeigen Elektronenbeugungsbilder eines CAAC-OS.
  • 21 zeigt eine durch Elektronenbestrahlung hervorgerufene Veränderung von Kristallteilen eines In-Ga-Zn-Oxids.
  • 22 zeigt ein Abscheidungsverfahren eines CAAC-OS.
  • 23A bis 23C stellen einen InMZnO4-Kristall dar.
  • 24A bis 24F stellen ein Abscheidungsverfahren eines CAAC-OS dar.
  • 25A bis 25G sind Darstellungen, die die Positionen zeigen, an die sich ein Teilchen an ein Pellet heftet.
  • 26A bis 26G sind Darstellungen, die die Positionen zeigen, an die sich ein Teilchen an ein Pellet heftet.
  • 27A und 27B sind eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung zeigt, und ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 28 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 29 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 30 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 31 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 32 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 33 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 34 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 35 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 36 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 37 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 38 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 39 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 40 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 41 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 42 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 43 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 44 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 45 ist ein Schaltplan, der eine Ausführungsform eines Pixels zeigt.
  • 46A und 46B sind ein Blockdiagramm und ein Schaltplan, welche eine Anzeigevorrichtung darstellen.
  • 47A und 47B sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, welche eine Anzeigevorrichtung darstellen.
  • 48A und 48B sind perspektivische Ansichten, die ein Beispiel für einen Touchscreen zeigen.
  • 49A und 49B sind Querschnittsansichten, die Beispiele für eine Anzeigevorrichtung zeigen.
  • 50 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Berührungssensor darstellt.
  • 51A und 51B sind Querschnittsansichten, die Beispiele für einen Touchscreen zeigen.
  • 52A und 52B sind ein Blockdiagramm und ein Zeitdiagramm eines Berührungssensors.
  • 53 ist ein Schaltplan eines Berührungssensors.
  • 54A und 54B stellen Anzeige eines Bildes auf einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • 55A und 55B stellen Anzeige eines Bildes auf einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • 56A bis 56E stellen ein Beispiel für ein Verfahren zum Anzeigen von Bildern auf einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform dar.
  • 57A bis 57E stellen ein Beispiel für ein Verfahren zum Anzeigen von Bildern auf einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform dar.
  • 58 ist eine Darstellung eines Anzeigemoduls.
  • 59A bis 59G stellen elektronische Vorrichtungen dar.
  • 60A und 60B sind perspektivische Ansichten, die eine Anzeigevorrichtung zeigen.
  • 61 stellt eine Struktur einer Abscheidungsvorrichtung dar.
  • 62A und 62B stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 63 stellt Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 64A und 64B stellen Ergebnisse eines GBT-Tests eines Transistors und Ergebnisse des wiederholten GBT-Tests eines Transistors dar.
  • 65 ist ein Querschnitts-STEM-Bild eines Transistors.
  • 66A und 66B stellen eine Struktur, die für die Berechnung verwendet wurde, und Berechnungsergebnisse der Stromdichteverteilung dar.
  • 67A und 67B stellen eine Struktur, die für die Berechnung verwendet wurde, und Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 68A und 68B stellen jeweils Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 69A und 69B stellen jeweils die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung eines Transistors dar.
  • 70A und 70B stellen jeweils die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung eines Transistors dar.
  • 71A und 71B stellen jeweils Berechnungsergebnisse der Schwankungen der Id-Vg-Eigenschaften in einem Subthreshold-Bereich eines Transistors dar.
  • 72A und 72B stellen jeweils eine Struktur dar, die für die Berechnung verwendet wurde.
  • 73A und 73B stellen jeweils die Potentialverteilung in der Dickenrichtung beim Anlegen von NBTS dar.
  • 74A bis 74C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten eines Transistors.
  • 75A bis 75C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten eines Transistors.
  • 76A und 76B stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 77A und 77B stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 78A und 78B stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 79A und 79B stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 80A und 80B stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 81A bis 81C stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 82A bis 82C stellen jeweils Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 83 stellt Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors dar.
  • 84A und 84B stellen die maximale Feldeffektbeweglichkeit von Transistoren und die Schwellenspannungen der Transistoren dar.
  • 85A und 85B stellen jeweils die Verteilung eines Potentials dar, das an einen Transistor angelegt wird.
  • 86 ist eine konzeptionelle Darstellung eines Potentials, das an einen Transistor angelegt wird.
  • 87 ist eine konzeptionelle Darstellung eines Potentials, das an einen Transistor angelegt wird.
  • 88A und 88B sind jeweils eine konzeptionelle Darstellung eines Potentials, das an einen Transistor angelegt wird.
  • 89 stellt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannungen von Transistoren dar.
  • 90 stellt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannungen von Transistoren dar.
  • 91 stellt Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften von Transistoren dar.
  • Beste Art zur Ausführung der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt, und es erschließt sich ohne Weiteres, dass ihre Arten und Details auf verschiedene Weise modifiziert werden können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf den Inhalt der nachfolgenden Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Position, die Größe, der Bereich oder dergleichen jeder der Strukturen, die in Zeichnungen und dergleichen dargestellt sind, in einigen Fällen der Einfachheit halber nicht genau repräsentiert sind. Die offenbarte Erfindung ist deshalb nicht notwendigerweise auf die Position, die Größe, den Bereich oder dergleichen beschränkt, welche in den Zeichnungen und dergleichen offenbart sind.
  • Es sei angemerkt, dass Ordnungszahlen, wie z. B. „erstes”, „zweites” und dergleichen, in dieser Beschreibung und dergleichen aus Zweckmäßigkeitsgründen verwendet werden, und sie kennzeichnen weder die Reihenfolge von Schritten noch die Anordnungsreihenfolge von Schichten. Deshalb kann beispielsweise eine Beschreibung erfolgen, auch wenn „erstes” nach Bedarf durch „zweites” oder „drittes” ersetzt wird. Außerdem sind die Ordnungszahlen in dieser Beschreibung und dergleichen nicht notwendigerweise gleich denjenigen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung spezifizieren.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung Begriffe zum Beschreiben der Anordnung, wie z. B. „über”, „oberhalb”, „unter” und „unterhalb”, aus Zweckmäßigkeitsgründen verwendet werden, wenn eine Positionsbeziehung zwischen Komponenten unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben wird. Die Positionsbeziehung zwischen Komponenten wird ferner nach Bedarf entsprechend einer Richtung geändert, in der eine jeweilige Komponente beschrieben wird. Deshalb gibt es keine Beschränkung bezüglich der Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, und die Beschreibung kann je nach der Situation angemessen vorgenommen werden.
  • Wenn Strukturen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in dieser Beschreibung und dergleichen beschrieben werden, werden gemeinsame Bezugszeichen für die gleichen Abschnitte in unterschiedlichen Zeichnungen verwendet.
  • Die „Halbleitervorrichtung” in dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet alle Vorrichtungen, die unter Nutzung von Halbleitereigenschaften arbeiten können. Ein Halbleiterelement, wie z. B. ein Transistor, eine Halbleiterschaltung, eine arithmetische Vorrichtung und eine Speichervorrichtung sind jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung. Eine Abbildungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine lichtemittierende Vorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine Energieerzeugungsvorrichtung (darunter auch eine Dünnschichtsolarzelle, eine organische Dünnschichtsolarzelle und dergleichen) und eine elektronische Vorrichtung können jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen weist ein „Halbleiter” in einigen Fällen Eigenschaften eines „Isolators” auf, wenn beispielsweise die Leitfähigkeit ausreichend niedrig ist. Des Weiteren kann man einen „Halbleiter” und einen „Isolator” in einigen Fällen nicht genau voneinander unterscheiden, da eine Grenze zwischen dem „Halbleiter” und dem „Isolator” nicht deutlich ist. Dementsprechend kann ein „Halbleiter” in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen als „Isolator” bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein „Isolator” in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen als „Halbleiter” bezeichnet werden. Ein „Isolator” in dieser Beschreibung und dergleichen kann in einigen Fällen als „Halbisolator” bezeichnet werden.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen weist ein „Halbleiter” in einigen Fällen Eigenschaften eines „Leiters” auf, wenn beispielsweise die Leitfähigkeit ausreichend hoch ist. Des Weiteren kann man einen „Halbleiter” und einen „Leiter” in einigen Fällen nicht genau voneinander unterscheiden, da eine Grenze zwischen dem „Halbleiter” und dem „Leiter” nicht deutlich ist. Dementsprechend kann ein „Halbleiter” in dieser Beschreibung in einigen Fällen als „Leiter” bezeichnet werden. In ähnlicher Weise kann ein „Leiter” in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen als „Halbleiter” bezeichnet werden.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen handelt es sich bei einem Transistor um ein Element, das mindestens drei Anschlüsse aufweist, nämlich ein Gate, einen Drain und eine Source. Zudem weist der Transistor einen Kanalbereich zwischen einem Drain (einem Drain-Anschluss, einem Drain-Bereich oder einer Drain-Elektrode) und einer Source (einem Source-Anschluss, einem Source-Bereich oder einer Source-Elektrode) auf, und ein Strom kann durch den Drain-Bereich, den Kanalbereich und den Source-Bereich fließen. Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung und dergleichen ein Kanalbereich auf einen Bereich bezieht, durch den ein Strom hauptsächlich fließt.
  • Des Weiteren könnten dann, wenn beispielsweise Transistoren mit unterschiedlichen Polaritäten verwendet werden oder eine Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, Funktionen einer Source und eines Drains miteinander vertauscht werden. Deshalb können die Begriffe „Source” und „Drain” in dieser Beschreibung und dergleichen miteinander vertauscht werden.
  • Es sei angemerkt, dass sich die Kanallänge beispielsweise auf einen Abstand zwischen einer Source (Source-Bereich oder Source-Elektrode) und einem Drain (Drain-Bereich oder Drain-Elektrode) in einem Bereich, in dem ein Halbleiter (oder ein Abschnitt, in dem ein Strom in einem Halbleiter fließt, wenn ein Transistor eingeschaltet ist) und eine Gate-Elektrode einander überlappen, oder in einem Bereich bezieht, in dem in einer Draufsicht auf den Transistor ein Kanal gebildet wird. Bei einem Transistor sind Kanallängen nicht notwendigerweise in allen Bereichen gleich. Mit anderen Worten: Die Kanallänge eines Transistors ist in einigen Fällen nicht auf einen einzigen Wert beschränkt. Deshalb handelt es sich bei der Kanallänge in dieser Beschreibung und dergleichen um einen beliebigen Wert, den Maximalwert, den Minimalwert oder den Durchschnittswert in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird.
  • Die Kanalbreite bezieht sich beispielsweise auf die Länge eines Abschnitts, in dem eine Source und ein Drain in einem Bereich, in dem ein Halbleiter (oder ein Abschnitt, in dem ein Strom in einem Halbleiter fließt, wenn ein Transistor eingeschaltet ist) und eine Gate-Elektrode einander überlappen, oder in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird, einander zugewandt sind. Bei einem Transistor sind Kanalbreiten nicht notwendigerweise in allen Bereichen gleich. Mit anderen Worten: Die Kanalbreite eines Transistors ist in einigen Fällen nicht auf einen einzigen Wert beschränkt. Deshalb handelt es sich bei der Kanalbreite in dieser Beschreibung und dergleichen um einen beliebigen Wert, den Maximalwert, den Minimalwert oder den Durchschnittswert in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird.
  • Es sei angemerkt, dass der Ausdruck „elektrisch verbunden” in dieser Beschreibung und dergleichen den Fall umfasst, in dem Komponenten über ein „Objekt mit einer elektrischen Funktion” verbunden sind. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines „Objekts mit einer elektrischen Funktion”, solange zwischen Komponenten, die über das Objekt verbunden sind, elektrische Signale übertragen und empfangen werden können. Beispiele für ein „Objekt mit einer elektrischen Funktion” sind ein Schaltelement, wie z. B. ein Transistor, ein Widerstand, eine Spule, ein Kondensator und Elemente mit verschiedenen Funktionen sowie eine Elektrode und eine Leitung.
  • Eine Spannung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Potentialdifferenz zwischen einem bestimmten Potential und einem Bezugspotential (z. B. einem Source-Potential oder einem Erdpotential (GND)). Deshalb kann eine Spannung auch als Potential bezeichnet werden.
  • Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung und dergleichen ein Siliziumoxynitridfilm auf einen Film bezieht, in dem der Anteil an Sauerstoff höher ist als derjenige an Stickstoff. Der Siliziumoxynitridfilm enthält vorzugsweise Sauerstoff, Stickstoff, Silizium und Wasserstoff in den jeweiligen Bereichen von 55 Atom-% bis 65 Atom-%, 1 Atom-% bis 20 Atom-%, 25 Atom-% bis 35 Atom-% und 0,1 Atom-% bis 10 Atom-%. Des Weiteren bezieht sich ein Siliziumnitridoxidfilm auf einen Film, in dem der Anteil an Stickstoff höher ist als derjenige an Sauerstoff. Der Siliziumnitridoxidfilm enthält vorzugsweise Stickstoff, Sauerstoff, Silizium und Wasserstoff in den jeweiligen Bereichen von 55 Atom-% bis 65 Atom-%, 1 Atom-% bis 20 Atom-%, 25 Atom-% bis 35 Atom-% und 0,1 Atom-% bis 10 Atom-%.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen können die Begriffe „Film” und „Schicht” je nach Sachlage oder Umständen untereinander ausgetauscht werden. Beispielsweise kann der Begriff „leitende Schicht” in einigen Fällen in den Begriff „leitender Film” umgewandelt werden. Es kann auch der Begriff „isolierender Film” in einigen Fällen in den Begriff „isolierende Schicht” umgewandelt werden.
  • In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „parallel”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und er umfasst daher auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zudem bedeutet der Begriff „im Wesentlichen parallel”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –30° und kleiner als oder gleich 30° ist. Zudem bedeutet der Begriff „senkrecht”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und es umfasst daher auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist. Der Begriff „im Wesentlichen senkrecht” bedeutet, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 60° und kleiner als oder gleich 120° ist.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung anhand von 1A bis 1C, 2A bis 2C, 3A bis 3C, 4A bis 4C, 5A bis 5D, 6A und 6B, 7A bis 7D, 8A bis 8F, 9A bis 9F, 10A bis 10F, 11A bis 11F, 12A und 12B, 13, 14A und 14B, 15A und 15B sowie 16 beschrieben.
  • <1-1. Strukturbeispiel 1 einer Halbleitervorrichtung>
  • 1A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100, der eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 1A, und 1C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 1A. Es sei angemerkt, dass in 1A einige Komponenten des Transistors 100 (z. B. ein isolierender Film, der als Gate-Isolierfilm dient) nicht dargestellt sind, um Komplexität zu vermeiden. Außerdem kann die Richtung der Strichpunktlinie X1-X1 als Kanallängsrichtung bezeichnet werden, und die Richtung der Strichpunktlinie Y1-Y2 kann als Kanalquerrichtung bezeichnet werden. Wie in 1A sind in einigen Fällen einige Komponenten in den Draufsichten auf Transistoren, die nachstehend beschrieben werden, nicht dargestellt.
  • Der Transistor 100 beinhaltet einen leitenden Film 104, der über einem Substrat 102 liegt und als erste Gate-Elektrode dient, einen isolierenden Film 106 über dem Substrat 102 und dem leitenden Film 104, einen isolierenden Film 107 über dem isolierenden Film 106, einen Oxidhalbleiterfilm 108 über dem isolierenden Film 107, einen leitenden Film 112a, der als Source-Elektrode dient, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 108 verbunden ist, einen leitenden Film 112b, der als Drain-Elektrode dient, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 108 verbunden ist, isolierende Filme 114 und 116 über dem Oxidhalbleiterfilm 108 und den leitenden Filmen 112a und 112b, einen Oxidhalbleiterfilm 120a über dem isolierenden Film 116 liegt und elektrisch mit dem leitenden Film 112b verbunden ist, einen Oxidhalbleiterfilm 120b über dem isolierenden Film 116 sowie einen isolierenden Film 118 über dem isolierenden Film 116 und den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b.
  • Bei dem Transistor 100 dienen die isolierenden Filme 106 und 107 als erster Gate-Isolierfilm des Transistors 100, die isolierenden Filme 114 und 116 dienen als zweiter Gate-Isolierfilm des Transistors 100, und der isolierende Film 118 dient als isolierender Schutzfilm des Transistors 100. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen die isolierenden Filme 106 und 107 gemeinsam als erster isolierender Film bezeichnet werden, die isolierenden Filme 114 und 116 gemeinsam als zweiter isolierender Film bezeichnet werden und der isolierende Film 118 als dritter isolierender Film bezeichnet wird. Bei dem Transistor 100 dient der Oxidhalbleiterfilm 120a als Pixelelektrode einer Anzeigevorrichtung, und der Oxidhalbleiterfilm 120b dient als zweite Gate-Elektrode des Transistors 100.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108 umfasst einen Oxidhalbleiterfilm 108b und einen Oxidhalbleiterfilm 108c über dem Oxidhalbleiterfilm 108b. Der Oxidhalbleiterfilm 108b liegt näher an dem als erste Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 104 als der Oxidhalbleiterfilm 108c. Der Oxidhalbleiterfilm 108b und der Oxidhalbleiterfilm 108c enthalten jeweils In, M (M ist Al, Ga, Y oder Sn) und Zn.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108b weist vorzugsweise einen Bereich auf, in dem beispielsweise der Anteil an In-Atomen höher ist als der Anteil an M-Atomen. Der Oxidhalbleiterfilm 108c weist vorzugsweise einen Bereich auf, in dem die Anzahl von In-Atomen kleiner ist als diejenige in dem Oxidhalbleiterfilm 108b.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108b mit dem Bereich, in dem der Anteil an In-Atomen höher ist als derjenige an M-Atomen, kann die Feldeffektbeweglichkeit (auch einfach als Beweglichkeit oder μFE bezeichnet) des Transistors 100 erhöhen. Insbesondere kann die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 100 10 cm2/Vs, bevorzugt 30 cm2/Vs überschreiten.
  • Zum Beispiel ermöglicht es die Verwendung des Transistors mit einer hohen Feldeffektbeweglichkeit für einen Gate-Treiber, der ein Gate-Signal erzeugt (insbesondere für einen Demultiplexer, der mit einem Ausgangsanschluss eines Schieberegisters verbunden ist, das in einem Gate-Treiber enthalten ist), dass eine Halbleitervorrichtung oder eine Anzeigevorrichtung einen schmalen Rahmen aufweist.
  • Dagegen macht es der Oxidhalbleiterfilm 108b mit dem Bereich, in dem der Anteil an In-Atomen höher ist als derjenige an M-Atomen, leichter, bei einer Lichtabstrahlung elektrische Eigenschaften des Transistors 100 zu verändern. Jedoch ist bei der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Oxidhalbleiterfilm 108c über dem Oxidhalbleiterfilm 108b ausgebildet. Ferner weist der Oxidhalbleiterfilm 108c mit dem Bereich, in dem der Anteil an In-Atomen niedriger ist als derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm 108b, eine größere Eg auf als der Oxidhalbleiterfilm 108b. Aus diesem Grund weist der Oxidhalbleiterfilm 108, der eine mehrschichtige Struktur aus dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c aufweist, eine hohe Beständigkeit gegen einen negativen Vorspannung-Stresstest mit Lichtbestrahlung auf.
  • Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff oder Feuchtigkeit, die in den Kanalbereich des Oxidhalbleiterfilms 108, insbesondere in den Oxidhalbleiterfilm 108b, eindringen, beeinträchtigen die Transistoreigenschaften und verursachen daher ein Problem. Außerdem ist die Menge an Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff oder Feuchtigkeit, in dem Kanalbereich des Oxidhalbleiterfilms 108b vorzugsweise so gering wie möglich. Ferner beeinträchtigen Sauerstofffehlstellen, die in dem Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 108b gebildet werden, die Transistoreigenschaften und verursachen daher ein Problem. Beispielsweise werden Sauerstofffehlstellen, die in dem Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 108b gebildet werden, an Wasserstoff gebunden, um als Ladungsträgerversorgungsquelle zu dienen. Die Ladungsträgerversorgungsquelle, die in dem Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 108b erzeugt wird, bewirkt eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, typischerweise eine Verschiebung der Schwellenspannung, des Transistors 100, der den Oxidhalbleiterfilm 108b beinhaltet. Deshalb ist die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Kanalbereich des Oxidhalbleiterfilms 108b vorzugsweise so gering wie möglich.
  • Im Hinblick darauf handelt es sich bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung um eine Struktur, bei der isolierende Filme in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 108, insbesondere der isolierende Film 107, der unter dem Oxidhalbleiterfilm 108 ausgebildet ist, sowie die isolierenden Filme 114 und 116, die über dem Oxidhalbleiterfilm 108 ausgebildet sind, überschüssigen Sauerstoff enthalten. Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff wird von dem isolierenden Film 107 sowie den isolierenden Filmen 114 und 116 auf den Oxidhalbleiterfilm 108 übertragen, wodurch die Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden können. Als Ergebnis kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors 100, insbesondere eine Veränderung in dem Transistor 100 infolge einer Lichtbestrahlung, verringert werden.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren verwendet, bei dem die Anzahl von Herstellungsschritten nicht zunimmt oder eine Zunahme der Anzahl von Herstellungsschritten sehr gering ist, da der isolierende Film 107 sowie die isolierenden Filme 114 und 116 mit Sauerstoffüberschuss ausgebildet werden. Daher können die Transistoren 100 mit hoher Ausbeute hergestellt werden.
  • Insbesondere wird in einem Schritt zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b der Oxidhalbleiterfilm 108b durch ein Sputterverfahren in einer ein Sauerstoffgas enthaltenden Atmosphäre ausgebildet, wodurch dem isolierenden Film 107, über dem der Oxidhalbleiterfilm 108b ausgebildet wird, Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff zugesetzt wird.
  • Ferner werden in einem Schritt zum Ausbilden der Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b durch ein Sputterverfahren in einer ein Sauerstoffgas enthaltenden Atmosphäre ausgebildet, wodurch dem isolierenden Film 116, über dem die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b ausgebildet werden, Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff zugesetzt wird. Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen auch dem isolierenden Film 114 und dem Oxidhalbleiterfilm 108 unter dem isolierenden Film 116 Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff zugesetzt wird, wenn dem isolierenden Film 116 Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff zugesetzt wird.
  • <1-2. Die durch ein thermisches Desorptionsspektroskopie-(TDS-)Verfahren gemessene Menge an Sauerstoff, der von isolierenden Filmen abgegeben wurde>
  • Im Folgenden werden die Messergebnisse der Menge an Sauerstoff beschrieben, der von isolierenden Filmen abgegeben wurde, über denen Oxidhalbleiterfilme in einer ein Sauerstoffgas enthaltenden Atmosphäre ausgebildet wurden.
  • Um die Menge an Sauerstoff, der von den isolierenden Filmen abgegeben wurde, zu messen, wurden Proben A1 bis A20 ausgebildet, die nachstehend beschrieben werden, und es wurde die Menge an abgegebenem Sauerstoff bei TDS ausgewertet.
  • [1-2-1. Auswertung zum Bestimmen der Mengen an Sauerstoff, der den isolierenden Filmen zugesetzt wurde, wobei die Targetzusammensetzung variiert]
  • Zuerst werden die Proben A1 bis A5 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Targetzusammensetzung der Proben A1 bis A5 variiert, um die Mengen an den isolierenden Filmen zugesetztem Sauerstoff zu bestimmen.
  • (Probe A1)
  • Als Probe A1 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung über einem Glassubstrat ausgebildet, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Der Siliziumoxynitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 160 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 200 Pa; und eine HF-Leistung von 1500 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren. Die Wärmebehandlung wurde 6 Minuten lang unter Verwendung einer RTA-Vorrichtung bei 650°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Durch die Wärmebehandlung wird Sauerstoff, der zum Zeitpunkt der Abscheidung in dem Siliziumoxynitridfilm enthalten ist, von dem Siliziumoxynitridfilm abgegeben.
  • Als jede der Proben A2 bis A5 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung über einem Glassubstrat ausgebildet, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurde ein 50 nm dicker Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung über dem Siliziumoxynitridfilm ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target zugeführt, das in der Sputtervorrichtung bereitgestellt war. Es sei angemerkt, dass sich die Zusammensetzungen der Targets zum Ausbilden der Oxidhalbleiterfilme der Proben A2 bis A5 voneinander unterscheiden. Die Zusammensetzungen der Targets zum Ausbilden der Oxidhalbleiterfilme der Proben A2 bis A5 werden nachstehend beschrieben. Nachdem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet worden war, wurde der Oxidhalbleiterfilm entfernt, um eine Oberfläche des Siliziumoxynitridfilms freizulegen. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms, die Bildungsbedingungen des Siliziumoxynitridfilms und die Wärmebehandlungsbedingungen gleich denjenigen der Probe A1 sind.
  • (Probe A2)
  • Die Zusammensetzung des Targets zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms der Probe A2 war In:Ga:Zn = 1:1:1,2 in einem Atomverhältnis.
  • (Probe A3)
  • Die Zusammensetzung des Targets zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms der Probe A3 war In:Ga:Zn = 4:2:4,1 in einem Atomverhältnis.
  • (Probe A4)
  • Die Zusammensetzung des Targets zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms der Probe A4 war In:Ga:Zn = 3:1:2 in einem Atomverhältnis.
  • (Probe A5)
  • Die Zusammensetzung des Targets zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms der Probe A5 war In:Ga:Zn = 1:3:6 in einem Atomverhältnis.
  • Dann wurde die Menge eines Gases mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (M/z) von 32, d. h. Sauerstoff (O2), der von jedem der Siliziumoxynitridfilme der Proben A1 bis A5 abgegeben wurde, gemessen. Ein TDS-Gerät wurde für die Messung der Menge des abgegebenen Gases verwendet. Bei einem TDS-Gerät wurde die Menge eines abgegebenen Gases, das Sauerstoff entspricht, bei einer Filmoberflächentemperatur im Bereich von 50°C bis 600°C gemessen.
  • 13 zeigt die TDS-Messergebnisse der Proben A1 bis A5. In 13 stellt die vertikale Achse die Menge eines abgegebenen Gases mit M/z = 32 dar, und die horizontale Achse stellt Informationen über jede Probe, wie z. B. einen Probennamen, dar.
  • Wie die Ergebnisse in 13 zeigen, betrug die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A1 abgegeben wurde, 1,82 × 1014/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A2 abgegeben wurde, betrug 1,22 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A3 abgegeben wurde, betrug 1,14 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A4 abgegeben wurde, betrug 1,18 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A5 abgegeben wurde, betrug 1,20 × 1015/cm2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse legen nahe, dass dem isolierenden Film überschüssiger Sauerstoff zugesetzt werden kann, indem der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren über dem isolierenden Film (hier dem Siliziumoxynitridfilm) ausgebildet wird, über dem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
  • Es sei angemerkt, dass kein großer Unterschied in der Menge an Sauerstoff, der dem isolierenden Film zugesetzt wurde (Sauerstoff, der von dem isolierenden Film abgegeben wurde), aufgrund des Unterschieds in der Zusammensetzung des Targets zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms beobachtet wurde.
  • [1-2-2. Auswertung der Mengen an Sauerstoff, der den isolierenden Filmen zugesetzt wurde, wobei die Durchflussmengen von Abscheidungsgasen variieren]
  • Als Nächstes werden die Proben A6 bis A8 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Durchflussmengen von Abscheidungsgasen für die Proben A6 bis A8 variieren, um die Mengen an den isolierenden Filmen zugesetztem Sauerstoff zu bestimmen.
  • Als jede der Proben A6 bis A8 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung über einem Glassubstrat ausgebildet, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurde ein 50 nm dicker Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung über dem Siliziumoxynitridfilm ausgebildet. Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm entfernt, um eine Oberfläche des Siliziumoxynitridfilms freizulegen. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Siliziumoxynitridfilms und die Wärmebehandlungsbedingungen gleich denjenigen der Proben A1 bis A5 sind. Die Bildungsbedingungen der Oxidhalbleiterfilme der Proben A6 bis A8 unterscheiden sich voneinander.
  • (Probe A6)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A6 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 90 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 10 sccm in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 10%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • (Probe A7)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A7 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 50 sccm in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 50%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • (Probe A8)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A8 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war. Es sei angemerkt, dass die Probe A8 gleich der Probe A3 ist.
  • Dann wurde die Menge eines Gases mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (M/z) von 32, d. h. Sauerstoff (O2), der von dem Siliziumoxynitridfilm jeder der Proben A6 bis A8 abgegeben wurde, gemessen. Ein TDS-Analysegerät wurde für die Messung der Menge des abgegebenen Gases verwendet.
  • 14A zeigt die TDS-Messergebnisse der Proben A6 bis A8. In 14A stellt die vertikale Achse die Menge eines abgegebenen Gases mit M/z = 32 dar, und die horizontale Achse stellt Informationen über jede Probe, wie z. B. einen Probennamen, dar.
  • Wie die Ergebnisse in 14A zeigen, betrug die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A6 abgegeben wurde, 1,19 × 1014/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A7 abgegeben wurde, betrug 5,02 × 1014/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A8 abgegeben wurde, betrug 1,14 × 1015/cm2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass die Durchflussmenge eines Sauerstoffgases in den Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms vorzugsweise im folgenden Fall höher ist: Überschüssiger Sauerstoff wird dem isolierenden Film zugesetzt, wenn der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren über dem isolierenden Film (hier dem Siliziumoxynitridfilm) ausgebildet wird, über dem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
  • [1-2-3. Auswertung der Mengen an Sauerstoff, der den isolierenden Filmen zugesetzt wurde, wobei die Abscheidungsleitungen variieren]
  • Als Nächstes werden die Proben A9 bis A12 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Abscheidungsleitungen für die Proben A9 bis A12 variieren, um die Mengen an den isolierenden Filmen zugesetztem Sauerstoff zu bestimmen.
  • Als jede der Proben A9 bis A12 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung über einem Glassubstrat ausgebildet, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurde ein 50 nm dicker Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung über dem Siliziumoxynitridfilm ausgebildet. Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm entfernt, um eine Oberfläche des Siliziumoxynitridfilms freizulegen. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Siliziumoxynitridfilms und die Wärmebehandlungsbedingungen gleich denjenigen der Proben A1 bis A8 sind. Die Bildungsbedingungen der Oxidhalbleiterfilme der Proben A9 bis A12 unterscheiden sich voneinander.
  • (Probe A9)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A9 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • (Probe A10)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A10 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 1500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • (Probe A11)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A11 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war. Es sei angemerkt, dass die Probe A11 gleich den Proben A3 und A8 ist.
  • (Probe A12)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A12 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 4500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • Dann wurde die Menge eines Gases mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (M/z) von 32, d. h. Sauerstoff (O2), der von dem Siliziumoxynitridfilm jeder der Proben A9 bis A12 abgegeben wurde, gemessen. Ein TDS-Analysegerät wurde für die Messung der Menge des abgegebenen Gases verwendet.
  • 14B zeigt die TDS-Messergebnisse der Proben A9 bis A12. In 14B stellt die vertikale Achse die Menge eines abgegebenen Gases mit M/z = 32 dar, und die horizontale Achse stellt Informationen über jede Probe, wie z. B. einen Probennamen, dar.
  • Wie die Ergebnisse in 14B zeigen, betrug die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A9 abgegeben wurde, 9,28 × 1014/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A10 abgegeben wurde, betrug 1,07 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases, mit M/z = 32, das von der Probe A11 abgegeben wurde, betrug 1,14 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A12 abgegeben wurde, betrug 1,24 × 1015/cm2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass die Abscheidungsleistung in den Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms vorzugsweise im folgenden Fall höher ist: Überschüssiger Sauerstoff wird dem isolierenden Film zugesetzt, wenn der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren über dem isolierenden Film (hier dem Siliziumoxynitridfilm) ausgebildet wird, über dem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
  • [1-2-4. Auswertung der Mengen an Sauerstoff, der den isolierenden Filmen zugesetzt wurde, wobei die Abscheidungsdrücke variieren]
  • Als Nächstes werden die Proben A13 bis A15 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Abscheidungsdrücke für die Proben A13 bis A15 variieren, um die Mengen an den isolierenden Filmen zugesetztem Sauerstoff zu bestimmen.
  • Als jede der Proben A13 bis A15 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung über einem Glassubstrat ausgebildet, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurde ein 50 nm dicker Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung über dem Siliziumoxynitridfilm ausgebildet. Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm entfernt, um eine Oberfläche des Siliziumoxynitridfilms freizulegen. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Siliziumoxynitridfilms und die Wärmebehandlungsbedingungen gleich denjenigen der Proben A1 bis A12 sind. Die Bildungsbedingungen der Oxidhalbleiterfilme der Proben A13 bis A15 unterscheiden sich voneinander.
  • (Probe A13)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A13 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,3 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • (Probe A14)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A14 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war. Es sei angemerkt, dass die Probe A14 gleich den Proben A3, A8 und A11 ist.
  • (Probe A15)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A15 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,8 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • Dann wurde die Menge eines Gases mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (M/z) von 32, d. h. Sauerstoff (O2), der von dem Siliziumoxynitridfilm jeder der Proben A13 bis A15 abgegeben wurde, gemessen. Ein TDS-Analysegerät wurde für die Messung der Menge des abgegebenen Gases verwendet.
  • 15A zeigt die TDS-Messergebnisse der Proben A13 bis A15. In 15A stellt die vertikale Achse die Menge eines abgegebenen Gases mit M/z = 32 dar, und die horizontale Achse stellt Informationen über jede Probe, wie z. B. einen Probennamen, dar.
  • Wie die Ergebnisse in 15A zeigen, betrug die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A13 abgegeben wurde, 1,17 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A14 abgegeben wurde, betrug 1,14 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A15 abgegeben wurde, betrug 1,15 × 1015/cm2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass kein Unterschied in der Menge an Sauerstoff, der dem isolierenden Film zugesetzt wurde (Sauerstoff, der von dem isolierenden Film abgegeben wurde), aufgrund des Unterschieds im Druck zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms beobachtet wurde.
  • [1-2-5. Auswertung der Mengen an Sauerstoff, der den isolierenden Filmen zugesetzt wurde, wobei die Dicken variieren]
  • Als Nächstes werden die Proben A16 bis A20 beschrieben. Es sei angemerkt, dass bei den Proben A16 bis A20 die Dicken variieren, um die Mengen an den isolierenden Filmen zugesetztem Sauerstoff zu bestimmen.
  • Als jede der Proben A16 bis A20 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung über einem Glassubstrat ausgebildet, und dann wurde eine Wärmebehandlung durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurde ein Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung einer Sputtervorrichtung über dem Siliziumoxynitridfilm ausgebildet. Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm entfernt, um eine Oberfläche des Siliziumoxynitridfilms freizulegen. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Siliziumoxynitridfilms und die Wärmebehandlungsbedingungen gleich denjenigen der Proben A1 bis A15 sind. Die Dicken der Oxidhalbleiterfilme der Proben A16 bis A20 unterscheiden sich voneinander.
  • (Probe A16)
  • Die Filmdicke des Oxidhalbleiterfilms der Probe A16 betrug 0 nm. Das heißt, dass in der Probe A16 kein Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wurde. Es sei angemerkt, dass die Probe A16 gleich der Probe A1 ist.
  • (Probe A17)
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms der Probe A17 betrug 10 nm. Der Oxidhalbleiterfilm der Probe A17 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war.
  • (Probe A18)
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms der Probe A18 betrug 50 nm. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms der Probe A18 gleich denjenigen der Probe A17 waren. Es sei angemerkt, dass die Probe A18 gleich den Proben A3, A8, A11 und A14 ist.
  • (Probe A19)
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms der Probe A19 betrug 100 nm. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms der Probe A19 gleich denjenigen der Probe A17 waren.
  • (Probe A20)
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms der Probe A20 betrug 300 nm. Es sei angemerkt, dass die Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms der Probe A20 gleich denjenigen der Probe A17 waren.
  • Dann wurde die Menge eines Gases mit einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis (M/z) von 32, d. h. Sauerstoff (O2), der von dem Siliziumoxynitridfilm jeder der Proben A16 bis A20 abgegeben wurde, gemessen. Ein TDS-Analysegerät wurde für die Messung der Menge des abgegebenen Gases verwendet.
  • 15B zeigt die TDS-Messergebnisse der Proben A16 bis A20. In 15B stellt die vertikale Achse die Menge eines abgegebenen Gases mit M/z = 32 dar, und die horizontale Achse stellt Informationen über jede Probe, wie z. B. einen Probennamen, dar.
  • Wie die Ergebnisse in 15B zeigen, betrug die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A16 abgegeben wurde, 1,82 × 1014/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A17 abgegeben wurde, betrug 1,08 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A18 abgegeben wurde, betrug 1,14 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A19 abgegeben wurde, betrug 1,11 × 1015/cm2. Die Menge eines Gases mit M/z = 32, das von der Probe A20 abgegeben wurde, betrug 1,17 × 1015/cm2.
  • Die vorstehenden Ergebnisse legen nahe, dass dem isolierenden Film überschüssiger Sauerstoff zugesetzt werden kann, indem der Oxidhalbleiterfilm mit einer Dicke von 10 nm oder mehr durch ein Sputterverfahren über dem isolierenden Film (hier dem Siliziumoxynitridfilm) ausgebildet wird, über dem der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird.
  • <1-3. Oxidleiter>
  • Als Nächstes wird ein Oxidleiter beschrieben. In einem Schritt zum Ausbilden der Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b dienen die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b als Schutzfilm zum Unterdrücken der Sauerstoffabgabe von den isolierenden Filmen 114 und 116. Die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b dienen als Halbleiter vor einem Schritt zum Ausbilden des isolierenden Films 118 und dienen als Leiter nach dem Schritt zum Ausbilden des isolierenden Films 118. Deshalb können die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b jeweils als Oxidleiter (oxide conductor, OC) bezeichnet werden.
  • Damit die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b als Leiter dienen können, wird eine Sauerstofffehlstelle in den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b gebildet, und Wasserstoff wird von dem isolierenden Film 118 in die Sauerstofffehlstelle eingebracht; folglich wird ein Donatorniveau in der Nähe des Leitungsbandes gebildet. Als Ergebnis wird die Leitfähigkeit jedes der Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b erhöht, so dass der Oxidhalbleiterfilm zu einem Leiter wird. Die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b, die zu Leitern geworden sind, können jeweils als Oxidleiter bezeichnet werden. Oxidhalbleiter weisen im Allgemeinen eine Durchlässigkeitseigenschaft für sichtbares Licht aufgrund ihrer großen Energielücke auf. Ein Oxidleiter ist ein Oxidhalbleiter mit einem Donatorniveau in der Nähe des Leitungsbandes. Bei einem Oxidleiter ist daher der Einfluss der Absorption aufgrund des Donatorniveaus gering, und ein Oxidleiter weist eine Durchlässigkeitseigenschaft für sichtbares Licht auf, die mit derjenigen eines Oxidhalbleiters vergleichbar ist.
  • Es wird die Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes eines Films, der unter Verwendung eines Oxidleiters ausgebildet wird (nachstehend als Oxidleiterfilm bezeichnet), anhand von 16 beschrieben.
  • Es wurden Proben B1 bis B4 ausgebildet, die jeweils einen Oxidleiterfilm beinhalten. Als jede der Proben B1 bis B3 wurde ein 100 nm dicker Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren über einem Glassubstrat ausgebildet. Dann wurde ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm, der Wasserstoff enthält, durch ein PECVD-Verfahren über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet. Es sei angemerkt, dass sich die Proben B1 bis B3 durch die Targetzusammensetzung des Oxidhalbleiterfilms und die Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms voneinander unterscheiden. Als Probe B4 wurde ein 100 nm dicker Oxidleiterfilm durch ein Sputterverfahren über einem Glassubstrat ausgebildet.
  • 16 zeigt den gemessenen spezifischen Flächenwiderstand jeder Probe. Dabei wurde der spezifische Flächenwiderstand durch eine Van-der-Pauw-Methode mit vier Messspitzen gemessen. In 16 stellt die vertikale Achse den spezifischen Flächenwiderstand dar, und die horizontale Achse stellt die Messtemperatur dar. Im Folgenden werden Verfahren zum Ausbilden der Proben beschrieben.
  • (Probe B1)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe B1 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]) zugeführt, das in der Sputtervorrichtung bereitgestellt war. In 16 ist der Oxidhalbleiterfilm der Probe B1 mit IGZO(423) bezeichnet. Es sei angemerkt, dass sich Zahlenwerte in Klammern auf die Zusammensetzung eines ausgebildeten Films beziehen, nicht auf die Zusammensetzung des Targets; das Gleiche gilt für IGZO(312) und IGZO(136).
  • (Probe B2)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe B2 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 3:1:2 [Atomverhältnis]) zugeführt, das in der Sputtervorrichtung bereitgestellt war. In 16 ist der Oxidhalbleiterfilm der Probe B2 mit IGZO(312) bezeichnet.
  • (Probe B3)
  • Der Oxidhalbleiterfilm der Probe B3 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet, das heißt, dass eine 100%-Sauerstoffgasatmosphäre verwendet wurde; der Druck betrug 0,8 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde einem Target (In:Ga:Zn = 1:3:6) zugeführt, das in der Sputtervorrichtung bereitgestellt war. In 16 ist der Oxidhalbleiterfilm der Probe B3 mit IGZO(136) bezeichnet.
  • (Probe B4)
  • Der Oxidleiterfilm der Probe B4 wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur war Raumtemperatur; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 72 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 5 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,15 Pa; und eine Gleichstromleistung von 3200 W wurde einem Target (einem Oxidtarget, das Indium, Zinn und Silizium enthält; In2O3:SnO2:SiO2 = 85:10:5 [Gew.-%]) zugeführt, das in einer Sputtervorrichtung bereitgestellt war. In 16 ist der Oxidleiterfilm der Probe B4 mit NITO bezeichnet.
  • Die Ergebnisse in 16 zeigen, dass der spezifische Flächenwiderstand des Oxidhalbleiterfilms in jeder der Proben B1 und B2 höher ist als derjenige der Probe B4 und höher als oder gleich 1,0 × 102 Ω/sq und niedriger als oder gleich 1,0 × 103 Ω/sq ist. Außerdem ist eine Veränderung des spezifischen Flächenwiderstandes in Abhängigkeit von der Messtemperatur sehr gering. Mit anderen Worten: Bei dem Oxidleiter in jeder der Proben B1 und B2 handelt es sich um einen entarteten Halbleiter, und es wird angedeutet, dass das Leitungsbandminimum mit dem Fermi-Niveau übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt. Wohingegen wies der Oxidhalbleiterfilm der Probe B3 einen hohen spezifischen Flächenwiderstand über der Messgrenze (höher als oder gleich 1,0 × 106 Ω/sq.) auf, und deshalb war der spezifische Flächenwiderstand schwer zu messen.
  • In einem Schritt zum Ausbilden eines Oxidhalbleiterfilms in der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie oben beschrieben, einer Oberfläche, über der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet wird, Sauerstoff zugesetzt. Des Weiteren enthalten ein erster Oxidhalbleiterfilm, der als Kanalbereich dient, und ein zweiter Oxidhalbleiterfilm, der als zweite Gate-Elektrode dient, das gleiche Metallelement, und ein Wasserstoff enthaltender isolierender Film wird über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, wodurch der zweite Oxidhalbleiterfilm zu einem Oxidleiterfilm wird. Die Verwendung einer derartigen Struktur kann eine sehr zuverlässige Halbleitervorrichtung ermöglichen, bei der die Schwankungen der elektrischen Eigenschaften unterdrückt werden.
  • <1-4. Bestandteile der Halbleitervorrichtung>
  • Im Folgenden werden Bestandteile der Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben.
  • [Substrat]
  • Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Eigenschaft eines Materials und dergleichen des Substrats 102, solange das Material eine ausreichende Wärmebeständigkeit aufweist, um mindestens einer später durchgeführten Wärmebehandlung standzuhalten. Als Substrat 102 kann beispielsweise ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein einkristallines Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium, Siliziumkarbid oder dergleichen, ein Verbundhalbleitersubstrat aus Siliziumgermanium oder dergleichen, ein SOI-Substrat oder dergleichen als Substrat 102 verwendet werden. Als weitere Alternative kann ein beliebiges dieser Substrate, das mit einem Halbleiterelement versehen ist, als Substrat 102 verwendet werden. In dem Fall, in dem ein Glassubstrat als Substrat 102 verwendet wird, kann ein Glassubstrat mit einer beliebigen der folgenden Größen verwendet werden: die sechste Generation (1500 mm × 1850 mm), die siebte Generation (1870 mm × 2200 mm), die achte Generation (2200 mm × 2400 mm), die neunte Generation (2400 mm × 2800 mm) und die zehnte Generation (2950 mm × 3400 mm). Daher kann eine große Anzeigevorrichtung hergestellt werden.
  • Alternativ kann ein flexibles Substrat als Substrat 102 verwendet werden, und der Transistor 100 kann direkt auf dem flexiblen Substrat bereitgestellt werden. Alternativ kann eine Trennschicht zwischen dem Substrat 102 und dem Transistor 100 bereitgestellt werden. Die Trennschicht kann verwendet werden, wenn ein Teil der oder die gesamte Halbleitervorrichtung, die über der Trennschicht ausgebildet ist, von dem Substrat 102 getrennt und auf ein anderes Substrat übertragen wird. In einem solchen Fall kann der Transistor 100 auch auf ein Substrat mit niedriger Wärmebeständigkeit oder ein flexibles Substrat übertragen werden.
  • [Leitende Filme, die als erste Gate-Elektrode sowie Source- und Drain-Elektrode dienen]
  • Der leitende Film 104, der als Gate-Elektrode dient, und die leitenden Filme 112a und 112b, die als Source-Elektrode bzw. Drain-Elektrode dienen, können jeweils unter Verwendung eines Metallelementes, das aus Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Gold (Au); Silber (Ag), Zink (Zn), Molybdän (Mo), Tantal (Ta), Titan (Ti), Wolfram (W), Mangan (Mn), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Kobalt (Co) ausgewählt wird, einer Legierung, die ein beliebiges dieser Metallelemente als ihren Bestandteil enthält, einer Legierung, die eine Kombination aus beliebigen dieser Metallelemente enthält, oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Ferner können die leitenden Filme 104, 112a und 112b jeweils eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen. Beispielsweise können die folgenden Strukturen angegeben werden: eine einschichtige Struktur eines Aluminiumfilms, der Silizium enthält; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm angeordnet ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Titannitridfilm angeordnet ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Titannitridfilm angeordnet ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Tantalnitridfilm oder einem Wolframnitridfilm angeordnet ist; eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet sind; und dergleichen. Alternativ kann ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm verwendet werden, in dem Aluminium und ein oder mehrere Element/e kombiniert werden, das/die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt wird/werden.
  • Die leitenden Filme 104, 112a und 112b können unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, wie beispielsweise Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist.
  • Ein Cu-X-Legierungsfilm (X ist Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta oder Ti) kann für die leitenden Filme 104, 112a und 112b verwendet werden. Die Verwendung eines Cu-X-Legierungsfilms ermöglicht eine Verringerung der Herstellungskosten, da bei der Verarbeitung ein Nassätzprozess verwendet werden kann.
  • [Isolierende Filme, die als erste Gate-Isolierfilme dienen]
  • Als jeder der isolierenden Filme 106 und 107, die als Gate-Isolierfilme des Transistors 100 dienen, kann eine isolierende Schicht verwendet werden, die durch ein plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungs-(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD-)Verfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen ausgebildet wird und mindestens einen der folgenden Filmen umfasst: einen Siliziumoxidfilm, einen Siliziumoxynitridfilm, einen Siliziumnitridoxidfilm, einen Siliziumnitridfilm, einen Aluminiumoxidfilm, einen Hafniumoxidfilm, einen Yttriumoxidfilm, einen Zirkoniumoxidfilm, einen Galliumoxidfilm, einen Tantaloxidfilm, einen Magnesiumoxidfilm, einen Lanthanoxidfilm, einen Ceroxidfilm und einen Neodymoxidfilm. Es sei angemerkt, dass anstatt einer mehrschichtigen Struktur aus den isolierenden Filmen 106 und 107 ein einschichtiger isolierender Film, der unter Verwendung eines Materials ausgebildet wird, das aus den vorstehenden Materialien ausgewählt wird, oder ein isolierender Film aus drei oder mehr Schichten verwendet werden kann.
  • Der isolierende Film 106 weist eine Funktion eines Sperrfilms auf, der ein Eindringen von Sauerstoff verhindert. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem dem isolierenden Film 107, dem isolierenden Film 114, dem isolierenden Film 116 und/oder dem Oxidhalbleiterfilm 108 überschüssiger Sauerstoff zugeführt wird, der isolierende Film 106 das Eindringen von Sauerstoff verhindern.
  • Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 107, der in Kontakt mit dem als Kanalbereich des Transistors 100 dienenden Oxidhalbleiterfilm 108 ist, vorzugsweise ein isolierender Oxidfilm ist und vorzugsweise einen Bereich, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung (Sauerstoffüberschussbereich), aufweist. Mit anderen Worten: Der isolierende Film 107 ist ein isolierender Film, der Sauerstoff abgeben kann. Um den Sauerstoffüberschussbereich in dem isolierenden Film 107 bereitzustellen, wird der isolierende Film 107 beispielsweise in einer Sauerstoffatmosphäre ausgebildet. Alternativ kann dem abgeschiedenen isolierenden Film 107 Sauerstoff zugesetzt werden. Ein Verfahren zum Zusetzen von Sauerstoff zu dem abgeschiedenen isolierenden Film 107 wird später beschrieben.
  • In dem Fall, in dem Hafniumoxid für den isolierenden Film 107 verwendet wird, wird der folgende Effekt erzielt. Hafniumoxid weist eine höhere Dielektrizitätskonstante auf als Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid. Unter Verwendung von Hafniumoxid kann deshalb die Dicke des isolierenden Films 107 im Vergleich zu dem Fall der Verwendung von Siliziumoxid groß gemacht werden; somit kann der Leckstrom aufgrund eines Tunnelstroms niedrig sein. Das heißt, dass ein Transistor mit einem niedrigen Sperrstrom bereitgestellt werden kann. Außerdem weist Hafniumoxid mit einer kristallinen Struktur eine höhere Dielektrizitätskonstante auf als Hafniumoxid mit einer amorphen Struktur. Daher wird vorzugsweise Hafniumoxid mit einer kristallinen Struktur verwendet, um einen Transistor mit einem niedrigen Sperrstrom bereitzustellen. Beispiele für die kristalline Struktur umfassen eine monokline Kristallstruktur und eine kubische Kristallstruktur. Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Siliziumnitridfilm als isolierender Film 106 ausgebildet, und ein Siliziumoxidfilm wird als isolierender Film 107 ausgebildet. Der Siliziumnitridfilm weist eine höhere Dielektrizitätskonstante auf als ein Siliziumoxidfilm und benötigt eine größere Dicke für eine Kapazität, die derjenigen des Siliziumoxidfilms gleicht. Daher kann dann, wenn der Siliziumnitridfilm in dem Gate-Isolierfilm des Transistors 150 enthalten ist, die physikalische Dicke des isolierenden Films erhöht werden. Dies ermöglicht, dass eine Abnahme der Spannungsfestigkeit des Transistors 100 verringert wird und die Spannungsfestigkeit weiter erhöht wird, wodurch Schäden an dem Transistor 100 infolge elektrostatischer Entladung verringert werden können.
  • [Oxidhalbleiterfilm]
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108 kann unter Verwendung der oben beschriebenen Materialien ausgebildet werden.
  • In dem Fall, in dem es sich bei dem Oxidhalbleiterfilm 108b um ein In-M-Zn-Oxid handelt, erfüllt das Atomverhältnis der Metallelemente eines Sputtertargets, das zum Ausbilden eines Films aus dem In-M-Zn-Oxid verwendet wird, vorzugsweise In > M. Beispiele für das Atomverhältnis der Metallelemente eines derartigen Sputtertargets umfassen In:M:Zn = 2:1:3, In:M:Zn = 3:1:2 und In:M:Zn = 4:2:4,1.
  • In dem Fall, in dem es sich bei dem Oxidhalbleiterfilm 108c um ein In-M-Zn-Oxid handelt, erfüllt das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem Sputtertarget, das zum Ausbilden des In-M-Zn-Oxids verwendet wird, vorzugsweise In ≤ M. Das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem derartigen Sputtertarget ist In:M:Zn = 1:1:1, In:M:Zn = 1:1:1,2, In:M:Zn = 1:3:2, In:M:Zn = 1:3:4, In:M:Zn = 1:3:6 oder dergleichen.
  • In dem Fall, in dem es sich sowohl bei dem Oxidhalbleiterfilm 108b als auch bei dem der Oxidhalbleiterfilm 108c um ein In-M-Zn-Oxid handelt, wird vorzugsweise ein Target, das ein polykristallines In-M-Zn-Oxid enthält, als Sputtertarget verwendet. Die Verwendung des Targets, das ein polykristallines In-M-Zn-Oxid enthält, erleichtert die Ausbildung des Oxidhalbleiterfilms 108b und des Oxidhalbleiterfilms 108c, welche Kristallinität aufweisen. Es sei angemerkt, dass die Atomverhältnisse der Metallelemente in dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c von dem vorstehenden Atomverhältnis der Metallelemente des Sputtertargets in einem Bereich von ±40% abweichen. Wenn beispielsweise ein Sputtertarget mit einem Atomverhältnis von In zu Ga und Zn von 4:2:4,1 zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b verwendet wird, kann das Atomverhältnis von In zu Ga und Zn in dem Oxidhalbleiterfilm 108b bei 4:2:3 oder in der Nähe von 4:2:3 liegen.
  • Die Energielücke des Oxidhalbleiterfilms 108 ist 2 eV oder mehr, bevorzugt 2,5 eV oder mehr, bevorzugter 3 eV oder mehr. Die Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms mit einer großen Energielücke kann den Sperrstrom des Transistors 100 verringern. Insbesondere wird vorzugsweise ein Oxidhalbleiterfilm mit einer Energielücke von mehr als oder gleich 2 eV, bevorzugt mehr als oder gleich 2 eV und weniger als oder gleich 3,0 eV als Oxidhalbleiterfilm 108b verwendet, und ein Oxidhalbleiterfilm mit einer Energielücke von mehr als oder gleich 2,5 eV und weniger als oder gleich 3,5 eV wird vorzugsweise als Oxidhalbleiterfilm 108c verwendet. Darüber hinaus weist der Oxidhalbleiterfilm 108c vorzugsweise eine größere Energielücke auf als der Oxidhalbleiterfilm 108b.
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 108b und diejenige des Oxidhalbleiterfilms 108c sind jeweils 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, bevorzugter größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Als Oxidhalbleiterfilm 108c wird ein Oxidhalbleiterfilm mit niedriger Ladungsträgerdichte verwendet. Die Ladungsträgerdichte des zweiten Oxidhalbleiterfilms 108c ist beispielsweise niedriger als oder gleich 1 × 1017/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1015/cm3, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1013/cm3, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1011/cm3.
  • Es sei angemerkt, dass ohne Beschränkung auf die vorstehend beschriebenen Zusammensetzungen und Materialien ein Material mit einer geeigneten Zusammensetzung in Abhängigkeit von erforderlichen Halbleitereigenschaften und elektrischen Eigenschaften (z. B. Feldeffektbeweglichkeit und Schwellenspannung) eines Transistors verwendet werden kann. Um erforderliche Halbleitereigenschaften eines Transistors zu erhalten, werden ferner vorzugsweise die Ladungsträgerdichte, die Verunreinigungskonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis eines Metallelementes zu Sauerstoff, der Atomabstand, die Dichte und dergleichen des Oxidhalbleiterfilms 108b und des Oxidhalbleiterfilms 108c angemessen eingestellt.
  • Es sei angemerkt, dass als Oxidhalbleiterfilm 108b und Oxidhalbleiterfilm 108c vorzugsweise ein Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist, in welchem Falle der Transistor noch bessere elektrische Eigenschaften aufweisen kann. Hier wird der Zustand, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist (die Menge an Sauerstofffehlstellen klein ist) als „hochrein intrinsisch” oder „im Wesentlichen hochrein intrinsisch” bezeichnet. Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist nur geringe Ladungsträgererzeugungsquellen auf und kann deshalb eine niedrige Ladungsträgerdichte aufweisen. Daher weist ein Transistor, bei dem ein Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet wird, selten eine negative Schwellenspannung auf (er verhält sich kaum selbstleitend). Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist in einigen Fällen eine niedrige Dichte der Defektzustände und dementsprechend eine niedrige Dichte der Einfangzustände auf. Ferner weist der hochreine intrinsische oder im Wesentlichen hochreine intrinsische Oxidhalbleiterfilm einen sehr niedrigen Sperrstrom auf; selbst wenn ein Element eine Kanalbreite W von 1 × 106 μm und eine Kanallänge L von 10 μm aufweist, kann der Sperrstrom niedriger als oder ebenso hoch wie die Messgrenze eines Halbleiterparameter-Analysators sein, d. h. niedriger als oder gleich 1 × 10–13 A bei einer Spannung (Drain-Spannung) zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode von 1 V bis 10 V.
  • Folglich kann der Transistor, bei dem der Kanalbereich in dem hochreinen intrinsischen oder im Wesentlichen hochreinen intrinsischen Oxidhalbleiterfilm gebildet wird, eine geringe Veränderung der elektrischen Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Ladungen, die von den Einfangzuständen in dem Oxidhalbleiterfilm eingefangen werden, brauchen lange Zeit, bis sie freigesetzt werden, und können sich wie feste Ladungen verhalten. Daher weist der Transistor, dessen Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm mit einer hohen Dichte der Einfangzustände gebildet wird, in einigen Fällen instabile elektrische Eigenschaften auf. Als Beispiele für die Verunreinigungen werden Wasserstoff, Stickstoff, Alkalimetall, Erdalkalimetall und dergleichen angegeben.
  • Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, zu Wasser und verursacht auch eine Sauerstofffehlstelle in einem Gitter, aus dem Sauerstoff freigesetzt wird (oder einem Abschnitt, aus dem Sauerstoff freigesetzt wird). Infolge des Eindringens von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstelle wird in einigen Fällen ein Elektron, das als Ladungsträger dient, erzeugt. In einigen Fällen verursacht ferner eine Bindung eines Teils von Wasserstoff an Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, die Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich ein Transistor, der einen Wasserstoff enthaltenden Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, selbstleitend verhält. Folglich wird Wasserstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 108 vorzugsweise so weit wie möglich verringert. In dem Oxidhalbleiterfilm 108 ist insbesondere die Wasserstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, 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, bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 1017 Atome/cm3, und bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1016 Atome/cm3.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108b weist vorzugsweise einen Bereich auf, in dem die Wasserstoffkonzentration niedriger ist als diejenige in dem Oxidhalbleiterfilm 108c. Es kann die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung erhöht werden, die den Oxidhalbleiterfilm 108b mit dem Bereich beinhaltet, in dem die Wasserstoffkonzentration niedriger ist als diejenige in dem Oxidhalbleiterfilm 108c.
  • Wenn Silizium oder Kohlenstoff, welche die zur Gruppe 14 gehörenden Elemente sind, in dem Oxidhalbleiterfilm 108b enthalten sind, vermehren sich Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 108b, und der Oxidhalbleiterfilm 108b wird zu einem n-Typ-Film. Deshalb wird die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration (die Konzentration wird durch SIMS gemessen) in dem Oxidhalbleiterfilm 108b oder die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration (die Konzentration wird durch SIMS gemessen) in der Nähe einer Grenzfläche zu dem Oxidhalbleiterfilm 108b auf niedriger als oder gleich 2 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 1017 Atome/cm3 eingestellt.
  • Außerdem ist die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 108b, die durch SIMS gemessen wird, niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 1016 Atome/cm3. Alkalimetall oder Erdalkalimetall könnte Ladungsträger erzeugen, wenn es an einen Oxidhalbleiter gebunden wird; in diesem Fall könnte der Sperrstrom des Transistors ansteigen. Deshalb wird vorzugsweise die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 108b verringert.
  • Darüber hinaus wird der Oxidhalbleiterfilm 108b dann, wenn er Stickstoff enthält, leicht zum n-Typ, indem Elektronen, die als Ladungsträger dienen, entstehen und die Ladungsträgerdichte ansteigt. Folglich ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, der einen Stickstoff enthaltenden Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Aus diesem Grund wird Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise so weit wie möglich verringert; die Stickstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, wird vorzugsweise z. B. auf niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3 eingestellt.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108b und der Oxidhalbleiterfilm 108c können beispielsweise eine nicht-einkristalline Struktur aufweisen. Die nicht-einkristalline Struktur umfasst beispielsweise einen kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), der später beschrieben wird, eine polykristalline Struktur, eine mikrokristalline Struktur, die später beschrieben wird, oder eine amorphe Struktur. Unter den nicht-einkristallinen Strukturen weist die amorphe Struktur die höchste Dichte der Defektzustände auf, während der CAAC-OS die niedrigste Dichte der Defektzustände aufweist.
  • [Isolierende Filme, die als zweiter Gate-Isolierfilm dienen]
  • Die isolierenden Filme 114 und 116 dienen als zweiter Gate-Isolierfilm des Transistors 100. Außerdem weisen die isolierenden Filme 114 und 116 jeweils eine Funktion zum Zuführen von Sauerstoff zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 auf. Das heißt, dass die isolierenden Filme 114 und 116 Sauerstoff enthalten. Ferner handelt es sich bei dem isolierenden Film 114 um einen isolierenden Film, der Sauerstoff durchlassen kann. Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 114 auch als Film dient, der Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 108 beim Ausbilden des isolierenden Films 116 in einem späteren Schritt verringert.
  • Als isolierender Film 114 kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen mit einer Dicke von größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 150 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm verwendet werden.
  • Außerdem ist die Anzahl von Defekten in dem isolierenden Film 114 vorzugsweise gering; typischerweise ist einer Elektronenspinresonanz-(ESR-)Messung zufolge die Spindichte entsprechend einem Signal, das aufgrund einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als oder gleich 3 × 1017 Spins/cm3. Das liegt daran, dass dann, wenn die Dichte der Defekte in dem isolierenden Film 114 hoch ist, Sauerstoff an die Defekte gebunden wird und die Menge an Sauerstoff abnimmt, der durch den isolierenden Film 114 hindurchtritt.
  • Es sei angemerkt, dass nicht der gesamte Sauerstoff, der von außen in den isolierenden Film 114 eindringt, von dem isolierenden Film 114 nach außen wandert und etwas Sauerstoff in dem isolierenden Film 114 verbleibt. Des Weiteren findet in einigen Fällen die Wanderung von Sauerstoff in dem isolierenden Film 114 derart statt, dass Sauerstoff in den isolierenden Film 114 eindringt und Sauerstoff, der in dem isolierenden Film 114 enthalten ist, von dem isolierenden Film 114 nach außen wandert. Wenn ein isolierender Oxidfilm, der Sauerstoff durchlassen kann, als isolierender Film 114 ausgebildet ist, kann Sauerstoff, der von dem isolierenden Film 116 abgegeben wird, der über dem isolierenden Film 114 bereitgestellt ist, durch den isolierenden Film 114 zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandern.
  • Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 114 unter Verwendung eines isolierenden Oxidfilms mit einer niedrigen Dichte der Zustände aufgrund von Stickstoffoxid ausgebildet werden kann. Es sei angemerkt, dass die Dichte der Zustände aufgrund von Stickstoffoxid zwischen der Energie des Valenzbandmaximums (Ev_os) und der Energie des Leitungsbandminimums (Ec_os) des Oxidhalbleiterfilms gebildet werden kann. Als der vorstehende isolierende Oxidfilm können ein Siliziumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, ein Aluminiumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, und dergleichen verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass es sich bei einem Siliziumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, um einen Film handelt, bei dem einer TDS-Analyse zufolge die Menge an abgegebenem Ammoniak größer ist als die Menge an abgegebenem Stickstoffoxid; die Menge an abgegebenem Ammoniak ist typischerweise größer als oder gleich 1 × 1018/cm3 und kleiner als oder gleich 5 × 1019/cm3. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Menge an abgegebenem Ammoniak um die Menge an Ammoniak handelt, das durch eine Wärmebehandlung abgegeben wird, bei der die Oberflächentemperatur eines Films höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 650°C, bevorzugt höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 550°C wird.
  • Stickstoffoxid (NOx; x ist größer als 0 und kleiner als oder gleich 2, bevorzugt größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 2), typischerweise NO2 oder NO, bildet Niveaus beispielsweise in dem isolierenden Film 114. Das Niveau befindet sich in der Energielücke des Oxidhalbleiterfilms 108. Deshalb wird dann, wenn Stickstoffoxid in die nähere Umgebung der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Film 114 und dem Oxidhalbleiterfilm 108 diffundiert, ein Elektron in einigen Fällen von dem Niveau auf der Seite des isolierenden Films 114 eingefangen. Das eingefangene Elektron bleibt folglich in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Film 114 und dem Oxidhalbleiterfilm 108; daher wird die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschoben.
  • Bei einer Wärmebehandlung reagiert Stickstoffoxid mit Ammoniak und Sauerstoff. Da bei einer Wärmebehandlung Stickstoffoxid, das in dem isolierenden Film 114 enthalten ist, mit Ammoniak reagiert, das in dem isolierenden Film 116 enthalten ist, nimmt Stickstoffoxid ab, das in dem isolierenden Film 114 enthalten ist. Deshalb wird kaum ein Elektron in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Film 114 und dem Oxidhalbleiterfilm 108 eingefangen.
  • Unter Verwendung eines derartigen isolierenden Oxidfilms kann der isolierende Film 114 die Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors verringern, was zu einer geringeren Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors führt.
  • Es sei angemerkt, dass in einem ESR-Spektrum des isolierenden Films 114 bei 100 K oder niedriger durch eine Wärmebehandlung eines Herstellungsprozesses des Transistors, typischerweise eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 300°C und niedriger als 350°C, ein erstes Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, ein zweites Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und ein drittes Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, beobachtet werden. Die Spaltbreite des ersten und des zweiten Signals und die Spaltbreite des zweiten und des dritten Signals, welche durch eine ESR-Messung unter Verwendung eines X-Bandes erhalten werden, betragen jeweils ungefähr 5 mT. Die Summe der Spindichten des ersten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, des zweiten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und des dritten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, ist niedriger als 1 × 1018 Spins/cm3, typischerweise höher als oder gleich 1 × 1017 Spins/cm3 und niedriger als 1 × 1018 Spins/cm3.
  • In dem ESR-Spektrum bei 100 K oder niedriger entsprechen das erste Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, das zweite Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und das dritte Signal, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, Signalen, die auf Stickstoffoxid zurückzuführen sind (NOx; x ist größer als 0 und kleiner als oder gleich 2, bevorzugt größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich 2). Typische Beispiele für Stickstoffoxid umfassen Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Mit anderen Worten: Je niedriger die gesamte Spindichte des ersten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,037 und kleiner als oder gleich 2,039 erscheint, des zweiten Signals, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 2,001 und kleiner als oder gleich 2,003 erscheint, und des dritten Signals ist, das bei einem g-Faktor von größer als oder gleich 1,964 und kleiner als oder gleich 1,966 erscheint, desto niedriger ist der Stickstoffoxidgehalt in dem isolierenden Oxidfilm.
  • Die durch SIMS gemessene Stickstoffkonzentration des vorstehenden isolierenden Oxidfilms ist niedriger als oder gleich 6 × 1020 Atome/cm3.
  • Der vorstehende isolierende Oxidfilm wird durch ein PECVD-Verfahren bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 220°C und niedriger als oder gleich 350°C unter Verwendung von Silan und Distickstoffmonoxid ausgebildet, wodurch ein dichter und harter Film ausgebildet werden kann.
  • Der isolierende Film 116 wird unter Verwendung eines isolierenden Oxidfilms ausgebildet, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Ein Teil von Sauerstoff wird durch Erwärmung von dem isolierenden Oxidfilm abgegeben, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Es handelt sich bei dem isolierenden Oxidfilm, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung, um einen isolierenden Oxidfilm, bei dem einer TDS-Analyse zufolge die Menge an abgegebenem Sauerstoff, umgerechnet in Sauerstoffatome, größer als oder gleich 1,0 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt größer als oder gleich 3,0 × 1020 Atome/cm3 ist. Es sei angemerkt, dass die Temperatur der Filmoberfläche bei der TDS-Analyse vorzugsweise höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 700°C oder höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 500°C ist.
  • Als isolierender Film 116 kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen mit einer Dicke von größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 400 nm verwendet werden.
  • Vorzugsweise ist die Anzahl von Defekten in dem isolierenden Film 116 gering; typischerweise ist einer ESR-Messung zufolge die Spindichte entsprechend einem Signal, das aufgrund einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als 1,5 × 1018 Spins/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1018 Spins/cm3. Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 116 mit einem größeren Abstand zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 bereitgestellt ist als der isolierende Film 114; daher kann der isolierende Film 116 eine höhere Dichte der Defekte aufweisen als der isolierende Film 114.
  • Ferner können die isolierenden Filme 114 und 116 unter Verwendung von isolierenden Filmen ausgebildet werden, die aus den gleichen Arten von Materialien bestehen; daher kann man eine Grenze zwischen den isolierenden Filmen 114 und 116 in einigen Fällen nicht deutlich wahrnehmen. Daher ist bei dieser Ausführungsform die Grenze zwischen den isolierenden Filmen 114 und 116 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Obwohl bei dieser Ausführungsform eine zweischichtige Struktur aus den isolierenden Filmen 114 und 116 beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine einschichtige Struktur des isolierenden Films 114 zum Einsatz kommen.
  • [Oxidhalbleiterfilm, der als Pixelelektrode dient, und Oxidhalbleiterfilm, der als zweite Gate-Elektrode dient]
  • Der Oxidhalbleiterfilm 120a, der als Pixelelektrode dient, und der Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, können unter Verwendung eines Materials und eines Bildungsverfahrens, welche denjenigen des Oxidhalbleiterfilms 108 ähnlich sind, ausgebildet werden.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 120a, der als Pixelelektrode dient, und der Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, enthalten mindestens ein Metallelement, das gleich demjenigen ist, das in dem oben beschriebenen Oxidhalbleiterfilm 108 enthalten ist. Beispielsweise kann In-Oxid, In-Sn-Oxid, In-Zn-Oxid, In-Ga-Oxid, Zn-Oxid, Al-Zn-Oxid, In-Ga-Zn-Oxid oder dergleichen für die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b verwendet werden. Besonders bevorzugt wird ein In-Sn-Oxid oder ein In-Ga-Zn-Oxid verwendet.
  • Insbesondere kann ein lichtdurchlässiges leitendes Material, wie z. B. Indium-Gallium-Zink-Oxid (IGZO), Indium-Zinn-Oxid (indium tin oxide, ITO), Indium-Zink-Oxid oder Indium-Zinn-Silizium-Oxid (indium tin silicon oxide, ITSO) für die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b verwendet werden.
  • Das heißt: Der Oxidhalbleiterfilm 120a, der als Pixelelektrode dient, und der Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, enthalten mindestens ein Metallelement, das gleich demjenigen ist, das in dem Oxidhalbleiterfilm 108 (dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c) enthalten ist. Beispielsweise können, da der Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, und der Oxidhalbleiterfilm 108 (der Oxidhalbleiterfilm 108b und der Oxidhalbleiterfilm 108c) das gleiche Metallelement enthalten, die Herstellungskosten reduziert werden.
  • Beispielsweise erfüllt in dem Fall, in dem es sich sowohl bei dem Oxidhalbleiterfilm 120a, der als Pixelelektrode dient, als auch bei dem Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, um ein In-M-Zn-Oxid handelt, das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem Sputtertarget, das zum Ausbilden des In-M-Zn-Oxids verwendet wird, vorzugsweise In ≥ M. Das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem derartigen Sputtertarget ist In:M:Zn = 2:1:3, In:M:Zn = 3:1:2, In:M:Zn = 4:2:4,1 oder dergleichen.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 120a, der als Pixelelektrode dient, und der Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, können jeweils eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 120a und der Oxidhalbleiterfilm 120b jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen, die Zusammensetzung des Sputtertargets nicht auf die oben beschriebene Zusammensetzung beschränkt ist. Nachstehend wird der Fall beschrieben, in dem der Oxidhalbleiterfilm 120a und der Oxidhalbleiterfilm 120b jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen.
  • [Isolierender Film, der als isolierender Schutzfilm des Transistors dient]
  • Der isolierende Film 118 dient als isolierender Schutzfilm des Transistors 100.
  • Der isolierende Film 118 enthält Wasserstoff und/oder Stickstoff. Alternativ enthält der isolierender Film 118 Stickstoff und Silizium. Der isolierender Film 118 weist eine Funktion zum Blockieren von Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, Alkalimetall, Erdalkalimetall oder dergleichen auf. Das Vorhandensein des isolierenden Films 118 kann verhindern, dass Sauerstoff von dem Oxidhalbleiterfilm 108 nach außen diffundiert, dass Sauerstoff, der in den isolierenden Filmen 114 und 116 enthalten ist, nach außen diffundiert und dass Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in den Oxidhalbleiterfilm 108 eindringt.
  • Der isolierende Film 118 weist eine Funktion zum Zuführen von Wasserstoff und/oder Stickstoff zu dem Oxidhalbleiterfilm 120a, der als Pixelelektrode dient, und dem Oxidhalbleiterfilm 120b auf, der als zweite Gate-Elektrode dient. Vorzugsweise enthält der isolierende Film 118 Wasserstoff und weist eine Funktion zum Zuführen des Wasserstoffs zu den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b auf. Die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b, die mit Wasserstoff von dem isolierenden Film 118 versorgt werden, dienen als Leiter.
  • Als isolierender Film 118 kann beispielsweise ein isolierender Nitridfilm verwendet werden. Der isolierende Nitridfilm wird unter Verwendung von Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumnitridoxid oder dergleichen ausgebildet.
  • Zwar können die oben beschriebenen vielfältigen Filme, wie z. B. die leitenden Filme, die isolierenden Filme und die Oxidhalbleiterfilme durch ein Sputterverfahren oder ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden, aber können derartige Filme auch durch ein weiteres Verfahren, z. B. ein thermisches CVD-Verfahren, ausgebildet werden. Beispiele für das thermische CVD-Verfahren umfassen ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD-)Verfahren und ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition, ALD-)Verfahren.
  • Ein thermisches CVD-Verfahren hat einen Vorteil, nämlich dass kein Defekt wegen eines Plasmaschadens erzeugt wird, da dabei kein Plasma zum Ausbilden eines Films benutzt wird.
  • Die Abscheidung durch ein thermisches CVD-Verfahren kann auf folgende Weise durchgeführt werden: Ein Quellengas und ein Oxidationsmittel werden gleichzeitig der Kammer zugeführt, so dass der Druck in einer Kammer auf einen atmosphärischen Druck oder einen verringerten Druck eingestellt wird, und sie reagieren miteinander in der Nähe des Substrats oder über dem Substrat.
  • Die Abscheidung durch ein ALD-Verfahren kann auf folgende Weise 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. Beispielsweise wird ein erstes Quellengas eingeleitet, ein Inertgas (z. B. Argon oder Stickstoff) oder dergleichen wird gleichzeitig mit oder nach dem Einleiten des ersten Gases eingeleitet, damit die Quellengase nicht vermischt werden, und dann wird ein zweites Quellengas eingeleitet. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem das erste Quellengas und das Inertgas gleichzeitig eingeleitet werden, das Inertgas als Trägergas dient und dass das Inertgas auch gleichzeitig mit dem Einleiten des zweiten Quellengases eingeleitet werden kann. Alternativ kann das erste Quellengas durch Evakuierung statt der Einleitung des Inertgases abgesaugt werden, und dann kann das zweite Quellengas eingeleitet werden. Das erste Quellengas wird an der Oberfläche des Substrats adsorbiert, um eine erste Schicht auszubilden; dann wird das zweite Quellengas eingeleitet, um mit der ersten Schicht zu reagieren; als Ergebnis wird eine zweite Schicht über der ersten Schicht angeordnet, so dass ein Dünnfilm ausgebildet wird. Die Abfolge der Gaseinleitung wird mehrmals wiederholt, bis eine gewünschte Dicke erhalten 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 ermöglicht ein ALD-Verfahren, dass die Dicke präzise gesteuert wird, und ist deshalb zum Herstellen eines sehr kleinen FET geeignet.
  • Die vielfältigen Filme, wie z. B. die leitenden Filme, die isolierenden Filme, die Oxidhalbleiterfilme und die Metalloxidfilme dieser Ausführungsform, 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 ausgebildet wird, werden Trimethylindium, Trimethylgallium und Dimethylzink verwendet. Es sei angemerkt, dass die chemische Formel von Trimethylindium In(CH3)3 ist. Die chemische Formel von Trimethylgallium ist Ga(CH3)3. Die chemische Formel von Dimethylzink ist Zn(CH3)2. Ohne Beschränkung auf die vorstehende Kombination kann Triethylgallium (chemische Formel: Ga(C2H5)3) anstelle von Trimethylgallium verwendet werden, und Diethylzink (chemische Formel: Zn(C2H5)2) kann anstelle von Dimethylzink verwendet werden.
  • Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Hafniumoxidfilm mit einer Abscheidungsvorrichtung unter Verwendung eines ALD-Verfahrens ausgebildet wird, zwei Arten von Gasen, d. h. Ozon (O3) als Oxidationsmittel und ein Quellengas, verwendet, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, die ein Lösungsmittel und eine Hafniumvorläuferverbindung enthält (z. B. ein Hafniumalkoxid oder ein Hafniumamid, wie z. B. Tetrakis(dimethylamid)hafnium (TDMAH)). Es sei angemerkt, dass die chemische Formel von Tetrakis(dimethylamid)hafnium Hf[N(CH3)2]4 ist. Beispiele für weitere flüssige Materialien umfassen Tetrakis(ethylmethylamid)hafnium.
  • Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Aluminiumoxidfilm mit einer Abscheidungsvorrichtung unter Verwendung eines ALD-Verfahrens ausgebildet wird, zwei Arten von Gasen, z. B. H2O als Oxidationsmittel und ein Quellengas, verwendet, das durch Verdampfen einer Flüssigkeit erhalten wird, die ein Lösungsmittel und eine Aluminiumvorläuferverbindung enthält (z. B. Trimethylaluminium (TMA)). Es sei angemerkt, dass die chemische Formel von Trimethylaluminium Al(CH3)3 ist. Beispiele für ein weiteres flüssiges Material umfassen Tris(dimethylamid)aluminium, Triisobutylaluminium und Aluminium-tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptandionat).
  • Zum Beispiel wird in dem Fall, in dem ein Siliziumoxidfilm mit einer Abscheidungsvorrichtung unter Verwendung eines ALD-Verfahrens ausgebildet wird, Hexachlordisilan an einer Oberfläche adsorbiert, auf der ein Film ausgebildet wird, es wird das in dem Adsorbat enthaltene Chlor entfernt, und Radikale eines Oxidationsgases (z. B. O2 oder Distickstoffmonoxid) werden zugeführt, um mit dem Adsorbat zu reagieren.
  • Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Wolframfilm unter Verwendung einer Abscheidungsvorrichtung mittels ALD ausgebildet wird, ein WF6-Gas und ein B2H6-Gas nacheinander mehrmals eingeleitet, um einen anfänglichen Wolframfilm auszubilden, und dann werden ein WF6-Gas und ein H2-Gas verwendet, um einen Wolframfilm auszubilden. Es sei angemerkt, dass ein SiH4-Gas anstelle eines B2H6-Gases verwendet werden kann.
  • Zum Beispiel werden in dem Fall, in dem ein Oxidhalbleiterfilm, z. B. ein In-Ga-ZnO-Film, unter Verwendung einer Abscheidungsvorrichtung mittels ALD ausgebildet wird, ein In(CH3)3-Gas und ein O3-Gas nacheinander mehrmals eingeleitet, um eine InO-Schicht auszubilden, ein Ga(CH3)3-Gas und ein O3-Gas werden verwendet, um eine GaO-Schicht auszubilden, und dann werden ein Zn(CH3)2-Gas und ein O3-Gas verwendet, um eine ZnO-Schicht auszubilden. Es sei angemerkt, dass die Reihenfolge dieser Schichten nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Es kann eine Mischverbindungsschicht, wie z. B. eine In-Ga-O-Schicht, eine In-Zn-O-Schicht oder eine Ga-Zn-O-Schicht, durch Mischen dieser Gase ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass zwar ein H2O-Gas, das durch Blasen bzw. Bubbling mit einem Inertgas, wie z. B. Ar, erhalten wird, anstelle eines O3-Gases verwendet werden kann, jedoch vorzugsweise ein O3-Gas verwendet wird, das keinen H enthält. Ferner kann anstelle eines In(CH3)3-Gases ein In(C2H5)3-Gas verwendet werden. Anstelle eines Ga(CH3)3-Gases kann ein Ga(C2H5)3-Gas verwendet werden. Ferner kann ein Zn(CH3)2-Gas verwendet werden.
  • <1-5. Strukturbeispiel 2 einer Halbleitervorrichtung>
  • Ein Strukturbeispiel, das sich von demjenigen des Transistors 100 in 1A bis 1C unterscheidet, wird anhand von 2A bis 2C beschrieben.
  • 2A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 150, der eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der in 2A dargestellten Strichpunktlinie X1-X2, und 2C ist eine Querschnittsansicht entlang der in 2A dargestellten Strichpunktlinie Y1-Y2.
  • Der Transistor 150 unterscheidet sich von dem Transistor 100 darin, dass Öffnungsabschnitte 152b und 152c in der Kanalquerrichtung bereitgestellt sind. Die anderen Abschnitte des Transistors 150 sind denjenigen des Transistors 100 ähnlich und weisen ähnliche Effekte auf. Im Folgenden werden die Abschnitte beschrieben, die sich von denjenigen des Transistors 100 unterscheiden.
  • Wie in 2C dargestellt, ist der Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, durch Öffnungsabschnitte 152b und 152c, die in den isolierenden Filmen 106, 107, 114 und 116 bereitgestellt sind, mit dem leitenden Film 104 verbunden, der als erste Gate-Elektrode dient. Demzufolge werden der leitende Film 104 und der Oxidhalbleiterfilm 120b mit dem gleichen Potential versorgt.
  • Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform die Struktur beschrieben wird, bei der die Öffnungsabschnitte 152b und 152c derart bereitgestellt sind, dass der leitende Film 104 und der Oxidhalbleiterfilm 120b miteinander verbunden sind; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Struktur, bei der lediglich einer der Öffnungsabschnitte 152b und 152c derart bereitgestellt ist, dass der leitende Film 104 und der Oxidhalbleiterfilm 120b miteinander verbunden sind, zum Einsatz kommen. Es sei angemerkt, dass es in dem Fall, in dem wie bei dem in 1A bis 1C gezeigten Transistor 100 der leitende Film 104 und der Oxidhalbleiterfilm 120b nicht miteinander verbunden sind, möglich ist, unterschiedliche Potentiale an den leitenden Film 104 und den Oxidhalbleiterfilm 120b anzulegen.
  • Wie in 2B dargestellt, ist der Oxidhalbleiterfilm 108 derart positioniert, dass er sowohl dem leitenden Film 104, der als erste Gate-Elektrode dient, als auch dem Oxidhalbleiterfilm 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient, zugewandt ist und zwischen den zwei Filmen liegt, die als Gate-Elektroden dienen. Die Längen des als zweite Gate-Elektrode dienenden Oxidhalbleiterfilms 120b in der Kanallängsrichtung und der Kanalquerrichtung sind länger als diejenigen des Oxidhalbleiterfilms 108 in der Kanallängsrichtung und der Kanalquerrichtung. Der gesamte Oxidhalbleiterfilm 108 ist mit dem Oxidhalbleiterfilm 120b bedeckt, wobei die isolierenden Filme 114 und 116 dazwischen positioniert sind. Da der als zweite Gate-Elektrode dienende Oxidhalbleiterfilm 120b durch die Öffnungsabschnitte 152b und 152c, die in den isolierenden Filmen 106, 107, 114 und 116 bereitgestellt sind, mit dem als erste Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 104 verbunden ist, ist eine Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 108 in der Kanalquerrichtung dem als zweite Gate-Elektrode dienenden Oxidhalbleiterfilm 120b zugewandt, wobei die isolierenden Filme 114 und 116 dazwischen positioniert sind.
  • Mit anderen Worten: In der Kanalquerrichtung des Transistors 150 sind der als erste Gate-Elektrode dienende leitende Film 104 und der als zweite Gate-Elektrode dienende Oxidhalbleiterfilm 120b durch die Öffnungen miteinander verbunden, die in den isolierenden Filmen 106 und 107, die als erste Gate-Isolierfilme dienen, sowie in den isolierenden Filmen 114 und 116, die als zweite Gate-Isolierfilme dienen, bereitgestellt sind; und der leitende Film 104 und der Oxidhalbleiterfilm 120b umschließen den Oxidhalbleiterfilm 108, wobei die isolierenden Filme 106 und 107, die als erste Gate-Isolierfilme dienen, sowie die isolierenden Filme 114 und 116, die als zweite Gate-Isolierfilme dienen, dazwischen positioniert sind.
  • Eine derartige Struktur ermöglicht, dass der Oxidhalbleiterfilm 108, der in dem Transistor 150 enthalten ist, elektrisch von elektrischen Feldern des als erste Gate-Elektrode dienenden leitenden Films 104 und des als zweite Gate-Elektrode dienenden Oxidhalbleitfilms 120b umschlossen wird. Eine Bauteilstruktur eines Transistors, wie diejenige des Transistors 150, bei der elektrische Felder einer ersten Gate-Elektrode und einer zweiten Gate-Elektrode einen Oxidhalbleiterfilm, in dem ein Kanalbereich gebildet wird, elektrisch umschließen, kann als umschlossene Kanal- bzw. Surrounded-Channel-(S-Kanal-)Struktur bezeichnet werden.
  • Da der Transistor 150 die S-Kanal-Struktur aufweist, kann durch den als erste Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 104 ein elektrisches Feld zum Induzieren eines Kanals effektiv an den Oxidhalbleiterfilm 108 angelegt werden; deshalb kann die Stromtreiberfähigkeit des Transistors 150 verbessert werden, und hohe Durchlassstromeigenschaften können erzielt werden. Da der Durchlassstrom erhöht werden kann, ist es möglich, die Größe des Transistors 150 zu verringern. Zudem kann die mechanische Festigkeit des Transistors 150 erhöht werden, da der Transistor 150 von dem als erste Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 104 und dem als zweite Gate-Elektrode dienenden Oxidhalbleiterfilm 120b umschlossen ist.
  • <1-5-1. Effekt der S-Kanal-Struktur>
  • Im Folgenden wird der Effekt beschrieben, der erhalten wird, indem bei einem Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält (nachstehend als OS-FET bezeichnet), und einem Transistor, der Niedertemperatur-Polysilizium bzw. Low-Temperature-Polysilicon enthält (nachstehend als LTPS-FET bezeichnet), die S-Kanal-Struktur zum Einsatz kommt.
  • <1-5-2. Erhöhung der Stromtreiberfähigkeit (Feldeffektbeweglichkeit)>
  • Zuerst wurde die Stromdichteverteilung in einer Dickenrichtung eines Oxidhalbleiterfilms (OS) im Falle des Einsatzes der S-Kanal-Struktur berechnet. 66A zeigt eine Struktur, die für die Berechnung verwendet wurde, und 66B zeigt die Berechnungsergebnisse der Stromdichteverteilung.
  • Bei der für die Berechnung verwendeten Struktur wurde, wie in 66A gezeigt, die Dicke des Oxidhalbleiterfilms (OS) auf 35 nm eingestellt, und Gate-Elektroden befanden sich oberhalb und unterhalb des Oxidhalbleiterfilms. Der Abstand zwischen der unteren Gate-Elektrode und dem Oxidhalbleiterfilm wurde auf 250 nm eingestellt, und der Abstand zwischen der oberen Gate-Elektrode und dem Oxidhalbleiterfilm wurde auf 450 nm eingestellt. Die Kanallänge des Oxidhalbleiterfilms wurde auf 10 μm eingestellt, und die Länge einer Source-Elektrode und diejenige einer Drain-Elektrode in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm wurden jeweils auf 1 μm eingestellt. InGaZnO wurde als Oxidhalbleiterfilm verwendet. Eine Spannung (Vg), die an die obere und die untere Gate-Elektrode angelegt wurde, wurde auf 0,5 V eingestellt.
  • 66B zeigt die Stromdichteverteilung in der Richtung des Pfeils A1-A2 in 66A, d. h. in der Dickenrichtung des Oxidhalbleiterfilms. Wie in 66B gezeigt, ist die Stromdichteverteilung in der Dickenrichtung des Oxidhalbleiterfilms ungefähr gleichmäßig. Das liegt wahrscheinlich daran, dass es sich bei dem OS-FET um einen FET vom Akkumulationstyp mit einem intrinsischen Kanal handelt und eine aktive Schicht dünn ist.
  • Als Nächstes wird eine Erhöhung der Feldeffektbeweglichkeit eines OS-FET anhand von 67A und 67B beschrieben.
  • Die Feldeffektbeweglichkeit eines OS-FET wurde mit einem Bauelementsimulator berechnet. 67A zeigt eine Struktur, die für die Berechnung verwendet wurde. Als Parameter, die für die Berechnung verwendet wurden, wurde die Kanallänge auf 6 μm eingestellt, die Kanalbreite wurde auf 50 μm eingestellt, InGaZnO wurde als Oxidhalbleiter in einem Kanalbereich verwendet, und die Dicke des Oxidhalbleiters wurde auf 35 nm eingestellt. Die Dicke eines unteren Gate-Isolierfilms wurde auf 280 nm eingestellt, die Dicke eines oberen Gate-Isolierfilms wurde auf 480 nm eingestellt, und die Beweglichkeit von InGaZnO wurde auf 10 cm2/Vs eingestellt.
  • Die Berechnung wurde unter zwei Bedingungen durchgeführt. Bei einer Bedingung 1 sind eine obere Gate-Elektrode und eine untere Gate-Elektrode nicht miteinander verbunden, eine Spannung von 0 V wurde an die obere Gate-Elektrode angelegt, eine Spannung von 10 V wurde an die untere Gate-Elektrode angelegt, und eine Spannung von 10 V (Vd = 10 V) wurde an eine Drain-Elektrode angelegt. Es sei angemerkt, dass die Bedingung 1 in einigen Fällen als „Bottom-Gate-Ansteuerung” bezeichnet wird.
  • Bei einer Bedingung 2 sind die obere Gate-Elektrode und die untere Gate-Elektrode miteinander verbunden, eine Spannung von 10 V wurde an die obere Gate-Elektrode und die untere Gate-Elektrode angelegt, und eine Spannung von 10 V (Vd = 10 V) wurde an die Drain-Elektrode angelegt. Es sei angemerkt, dass die Bedingung 2 in einigen Fällen als „Doppel-Gate-Ansteuerung” bezeichnet wird.
  • 67B zeigt die Berechnungsergebnisse der Feldeffektbeweglichkeit des OS-FET unter der Bedingung 1 und der Bedingung 2. In 67B stellt eine durchgezogene Linie einen Drain-Strom (Id) dar, und eine gestrichelte Linie stellt die Feldeffektbeweglichkeit (μFE) dar.
  • Wie in 67B gezeigt, beträgt die Feldeffektbeweglichkeit der Struktur, bei der die obere Gate-Elektrode und die untere Gate-Elektrode miteinander verbunden sind (Doppel-Gate-Ansteuerung), ungefähr das Doppelte oder mehr derjenigen der Struktur, bei der die obere Gate-Elektrode und die untere Gate-Elektrode nicht miteinander verbunden sind (Bottom-Gate-Ansteuerung). Wohingegen ist die Beweglichkeit der Struktur, bei der die obere Gate-Elektrode und die untere Gate-Elektrode nicht miteinander verbunden sind (Bottom-Gate-Ansteuerung) niedriger als diejenige von InGaZnO, welches der Parameter ist, der für die Berechnung verwendet wurde.
  • Diese Ergebnisse zeigen, dass die Feldeffektbeweglichkeit im Falle der Doppel-Gate-Ansteuerung unter Verwendung des OS-FET, bei dem die obere und die untere Gate-Elektrode, die oberhalb und unterhalb des Oxidhalbleiters bereitgestellt sind, miteinander verbunden sind, im Vergleich zu dem Fall der Bottom-Gate-Ansteuerung erhöht ist.
  • <1-5-3. Unterdrückung der Eigenschaftsschwankungen>
  • Es wurden die Schwankungen der Id-Vg-Eigenschaften von Transistoren mit einer Einzel-Gate-Struktur und einer S-Kanal-Struktur berechnet, welche auf die Schwankungen der Donatordichte in einem Kanalabschnitt zurückzuführen waren.
  • Es sei angemerkt, dass die Berechnungsbedingungen und das Berechnungsmodell Vd = 10 V bzw. ein OS-FET waren.
  • Die Berechnungsergebnisse sind in 68A und 68B gezeigt. Es sei angemerkt, dass 68A die Berechnungsergebnisse der Einzel-Gate-Struktur zeigt und 68B die Berechnungsergebnisse der S-Kanal-Struktur zeigt.
  • Wie in 68A und 68B gezeigt, sind bei der S-Kanal-Struktur die Schwankungen der Schwellenspannung (Vth) und der Betrag der Verschiebung in negativer Richtung, welche auf die Donatordichte zurückzuführen sind, ungefähr halb so viel wie diejenigen bei der Einzel-Gate-Struktur. Dies deutet an, dass dann, wenn die S-Kanal-Struktur verwendet wird, die Gate-Kapazität erhöht wird und somit die Schwankungen der Schwellenspannung (Vth) der Transistoren verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem die Vth-Verschiebung in negativer Richtung in dem Kanalabschnitt durch –ΔVth repräsentiert wird, –ΔVth mittels einer Ladungsmenge QD aufgrund einer Donatorverunreinigung und mittels einer Gate-Kapazität COX ermittelt werden kann. Insbesondere kann –ΔVth durch die folgende Gleichung dargestellt werden: –ΔVth = –(QD/COX).
  • Wenn die S-Kanal-Struktur verwendet wird, wird die Gate-Kapazität erhöht. Insbesondere wird die Gate-Kapazität durch die Summe der Gate-Kapazität des unteren Gate-Isolierfilms und der Gate-Kapazität des oberen Gate-Isolierfilms, d. h. COX = COX1 + COX2, repräsentiert, wobei COX1 und COX2 die Gate-Kapazität des oberen Gate-Isolierfilms bzw. die Gate-Kapazität des unteren Gate-Isolierfilms darstellen. Deshalb können durch die Erhöhung der Gate-Kapazität die Schwankungen der Schwellenspannung (Vth) verringert werden, auch wenn die Verunreinigungsdichte in dem Kanalabschnitt schwankt.
  • Als Nächstes wird der Fall eines LTPS-FET beschrieben. LTPS-FETs wurden hergestellt, und Vth-Schwankungen der LTPS-FETs wurden miteinander verglichen. 69A und 69B sowie 70A und 70B zeigen Auswertungsergebnisse der Schwankungen der Id-Vg-Eigenschaften der LTPS-FETs.
  • 69A zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung (Vth) eines n-Kanal-FET mit einer Einzel-Gate-Struktur, wobei die L-Länge und die W-Länge 3 μm bzw. 6 μm betragen. 69B zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung (Vth) eines n-Kanal-FET mit einer S-Kanal-Struktur, wobei die L-Länge und die W-Länge 3 μm bzw. 6 μm betragen. 70A zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung (Vth) eines p-Kanal-FET mit einer Einzel-Gate-Struktur, wobei die L-Länge und die W-Länge 3 μm bzw. 6 μm betragen. 70B zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung (Vth) eines p-Kanal-FET mit einer S-Kanal-Struktur, wobei die L-Länge und die W-Länge 3 μm bzw. 6 μm betragen.
  • Wie in 69A und 69B sowie 70A und 70B gezeigt, können die Schwankungen der Schwellenspannung (Vth) des Transistors unterdrückt werden, indem auch bei dem LTPS-FET die S-Kanal-Struktur zum Einsatz kommt.
  • Als Nächstes wurden die Schwankungen der Id-Vg-Eigenschaften in einem Subthreshold-Bereich eines LTPS-FET berechnet.
  • Als Berechnungsbedingungen der Id-Vg-Eigenschaften in einem Subthreshold-Bereich wurden die Kanallänge und die Kanalbreite des Transistors auf 6 μm bzw. 10 μm eingestellt. Die Elektronenbeweglichkeit und die Löcherbeweglichkeit eines Kristallkorns in LTPS wurden auf 300 cm2/Vs bzw. 30 cm2/Vs eingestellt, und die Dicke des LTPS wurde auf 50 nm eingestellt. Die Elektronenbeweglichkeit und die Löcherbeweglichkeit in einer Kristallkorngrenze des LTPS wurden auf 30 cm2/Vs bzw. 3 cm2/Vs eingestellt, die Dicke des LTPS wurde auf 50 nm eingestellt, und die Korngrenzbreite des LTPS wurde auf 100 nm eingestellt. Die Dotierungskonzentration in S/D-Bereichen wurde auf 5 × 1018 cm–3 eingestellt, und die Dotierungskonzentration in einem Kanalbereich wurde auf 1 × 1015 cm–3 eingestellt. Die Dielektrizitätskonstante des oberen und des unteren Gate-Isolierfilms wurde auf 3,9 eingestellt, und die Dicke des oberen und des unteren Gate-Isolierfilms wurde auf 300 nm eingestellt. Die Austrittsarbeit der oberen und der unteren Gate-Elektrode wurde auf 4,1 eV eingestellt. Die Spannung (Vd), die an eine Drain-Elektrode angelegt wurde, wurde auf 3 V eingestellt.
  • 71A und 71B zeigen Berechnungsergebnisse der Schwankungen der Id-Vg-Eigenschaften in einem Subthreshold-Bereich. Es sei angemerkt, dass 71A die Berechnungsergebnisse der Einzel-Gate-Struktur zeigt und 71B die Berechnungsergebnisse der S-Kanal-Struktur zeigt. Es sei angemerkt, dass in 71A und 71B eine Struktur eingesetzt ist, bei der eine Kristallkorngrenze des LTPS in einem Kanal enthalten ist. Es gibt neun Variationen der Position der Kristallkorngrenze von der Position in der Nähe des Endabschnitts einer Source-Elektrode bis zu der Position in der Nähe des Endabschnitts der Drain-Elektrode. Daher sind neun Id-Vg-Kennlinien sowohl in 71A als auch in 71B gezeigt.
  • Wie in 71A und 71B gezeigt, kann die Verschiebung der Schwellenspannung (Vth) in negativer Richtung unterdrückt werden, indem die S-Kanal-Struktur zum Einsatz kommt. Jedoch tritt auch bei der S-Kanal-Struktur keine große Veränderung der Eigenschaftsschwankungen in dem Subthreshold-Bereich aufgrund der Kristallkorngrenze auf.
  • <1-5-4. Beständigkeit gegen NBTS bei der S-Kanal-Struktur>
  • Als Nächstes wurde die Beständigkeit gegen negativen Bias-Temperatur-Stress (NBTS) eines LTPS-FET und eines OS-FET mit einer S-Kanal-Struktur berechnet.
  • 72A und 72B zeigen Strukturen, die für die Berechnung verwendet wurden. 72A zeigt die Struktur, die für die Berechnung eines LTPS-FET verwendet wurde, und 72B zeigt die Struktur, die für die Berechnung eines OS-FET verwendet wurde.
  • In 72A wurde die Dicke von Poly-Si auf 50 nm eingestellt, die Dicke einer Gate-Elektrode (eines unteren Gates), die unterhalb des Poly-Si liegt, wurde auf 100 nm eingestellt, und die Dicke einer Gate-Elektrode (eines oberen Gates), die oberhalb des Poly-Si liegt, wurde auf 100 nm eingestellt. Ein isolierender Film wurde zwischen der unteren Gate-Elektrode (dem unteren Gate) und dem Poly-Si bereitgestellt, und die Dicke des isolierenden Films wurde auf 300 nm eingestellt. Ein isolierender Film wurde zwischen der oberen Gate-Elektrode (dem oberen Gate) und dem Poly-Si bereitgestellt, und die Dicke des isolierenden Films wurde auf 300 nm eingestellt.
  • In 72B wurde die Dicke von OS auf 50 nm eingestellt, die Dicke einer Gate-Elektrode (eines unteren Gates), die unterhalb des OS liegt, wurde auf 100 nm eingestellt, und die Dicke einer Gate-Elektrode (eines oberen Gates), die oberhalb des OS liegt, wurde auf 100 nm eingestellt. Ein isolierender Film wurde zwischen der unteren Gate-Elektrode (dem unteren Gate) und dem OS bereitgestellt, und die Dicke des isolierenden Films wurde auf 300 nm eingestellt. Ein isolierender Film wurde zwischen der oberen Gate-Elektrode (dem oberen Gate) und dem OS bereitgestellt, und die Dicke des isolierenden Films wurde auf 300 nm eingestellt.
  • Beim Einstellen der Berechnungsbedingungen für NBTS wurde davon ausgegangen, dass –10 V sowohl an die obere Gate-Elektrode (das obere Gate) als auch an die untere Gate-Elektrode (das untere Gate) angelegt wurde.
  • 73A und 73B zeigen die Berechnungsergebnisse der Potentialverteilung in der Dickenrichtung beim Anlegen des NBTS. Es sei angemerkt, dass 73A die Berechnungsergebnisse des LTPS-FET zeigt und 73B die Berechnungsergebnisse des OS-FET zeigt.
  • Bei dem LTPS-FET wird, wie in 73A gezeigt, ein Potential zwischen der oberen Gate-Elektrode (dem oberen Gate) und der unteren Gate-Elektrode (dem unteren Gate) verändert. Das heißt, dass ein elektrisches Feld an das Poly-Si angelegt wird und ein Stress infolge des elektrischen Feldes an das Poly-Si angelegt wird, auch wenn eine Spannung, die an die obere Gate-Elektrode (das obere Gate) und die untere Gate-Elektrode (das untere Gate) angelegt wird, abgeschaltet ist. Es wird angedeutet, dass dies auf die Erzeugung von Minoritätsladungsträgern durch Inversion in dem LTPS-FET zurückzuführen ist.
  • Bei dem OS-FET wird jedoch, wie in 73B gezeigt, ein Potential zwischen der oberen Gate-Elektrode (dem oberen Gate) und der unteren Gate-Elektrode (dem unteren Gate) nicht verändert oder das Potential ist ungefähr gleichmäßig. Dies legt nahe, dass die obere Gate-Elektrode (das obere Gate) und die untere Gate-Elektrode (das untere Gate) das gleiche Potential aufweisen und dass kein elektrisches Feld an den OS und die isolierenden Filme angelegt wird. Das heißt, dass es angedeutet wird, dass die Beständigkeit gegen den NBTS deutlich erhöht wird, indem bei dem OS-FET die S-Kanal-Struktur zum Einsatz kommt.
  • <1-5-5. Länge in Richtung der W-Länge bei der S-Kanal-Struktur>
  • Es wird die Länge in Richtung der W-Länge bei einer S-Kanal-Struktur beschrieben. Hier wurden Transistoren hergestellt, die in 74A bis 74C sowie 75A bis 75C gezeigt sind, und positive Bias-Temperatur-Stress-(PBTS-)Tests wurden an den Transistoren durchgeführt.
  • 74A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400, 74B ist eine Querschnittsansicht entlang der in 74A gezeigten Strichpunktlinie X1-X2, und 74C ist eine Querschnittsansicht entlang der in 74A gezeigten Strichpunktlinie Y1-Y2.
  • 75A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 400A, 75B ist eine Querschnittsansicht entlang der in 75A gezeigten Strichpunktlinie X1-X2, und 75C ist eine Querschnittsansicht entlang der in 75A gezeigten Strichpunktlinie Y1-Y2.
  • Der Transistor 400 und der Transistor 400A beinhalten jeweils einen leitenden Film 404 über einem Substrat 402, isolierende Filme 406 und 407 über dem leitenden Film 404, einen Oxidhalbleiterfilm 408 über dem isolierenden Film 407, einen leitenden Film 412a, der elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 408 verbunden ist, einen leitenden Film 412b, der elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 408 verbunden ist, isolierende Filme 414 und 416 über dem Oxidhalbleiterfilm 408, dem leitenden Film 412a und dem leitenden Film 412b, einen leitenden Film 420 über dem isolierenden Film 416 sowie einen isolierenden Film 418 über dem isolierenden Film 416 und dem leitenden Film 420.
  • Es sei angemerkt, dass bei den Transistoren 400 und 400A der Oxidhalbleiterfilm 408 eine mehrschichtige Struktur aus einem Oxidhalbleiterfilm 408a und einem Oxidhalbleiterfilm 408b über dem Oxidhalbleiterfilm 408a aufweist. Bei den Transistoren 400 und 400A dient der leitende Film 404 als erste Gate-Elektrode, und der leitende Film 420 dient als zweite Gate-Elektrode. Des Weiteren dienen bei den Transistoren 400 und 400A die isolierenden Filme 406 und 407 als erster Gate-Isolierfilm, und die isolierenden Filme 414 und 416 dienen als zweiter Gate-Isolierfilm. Bei den Transistoren 400 und 400A dient der leitende Film 412a als Source-Elektrode, und der leitende Film 412b dient als Drain-Elektrode.
  • Es sei angemerkt, dass sich der in 74A bis 74C gezeigte Transistor 400 und der in 75A bis 75C gezeigte Transistor 400A durch die Länge des leitenden Films 420 in Richtung der Kanalbreite W voneinander unterscheiden und dass Bestandteile der Transistoren 400 und 400A mit Ausnahme des leitenden Films 420 gleich sind.
  • Bei dem in 74A bis 74C gezeigten Transistor 400 ist insbesondere der leitende Film 420, der als zweite Gate-Elektrode dient, in Richtung der W-Länge kürzer als der Oxidhalbleiterfilm 408. Bei dem in 75A bis 75C gezeigten Transistor 400A ist wohingegen der leitende Film 420, der als zweite Gate-Elektrode dient, in Richtung der W-Länge länger als der Oxidhalbleiterfilm 408 in Richtung der W-Länge. Mit anderen Worten: Der Transistor 400A weist eine Struktur, bei der eine Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 408 in Richtung der W-Länge mit dem leitenden Film 420 bedeckt ist, der als zweite Gate-Elektrode dient, d. h. eine S-Kanal-Struktur, auf.
  • Es sei angemerkt, dass Strukturen des leitenden Films, des isolierenden Films und des Oxidhalbleiterfilms jedes der Transistoren 400 und 400A wie folgt sind.
  • Ein 200 nm dicker Wolframfilm wurde als leitender Film 404 ausgebildet, und ein 100 nm dicker ITSO-Film wurde als leitender Film 420 ausgebildet. Die leitenden Filme 412a und 412b wiesen jeweils eine mehrschichtige Struktur aus einem 50 nm dicken Wolframfilm, einem 400 nm dicken Aluminiumfilm und einem 200 nm dicken Titanfilm auf. Ein 35 nm dicker IGZO-Film (In:Ga:Zn = 3:1:2 [Atomverhältnis]) wurde als Oxidhalbleiterfilm 408a ausgebildet, und ein 15 nm dicker IGZO-Film (In:Ga:Zn = 1:3:2 [Atomverhältnis]) wurde als Oxidhalbleiterfilm 408b ausgebildet. Ein 400 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als isolierender Film 406 ausgebildet, und ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde als isolierender Film 407 ausgebildet. Ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde als isolierender Film 414 ausgebildet, und ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde als isolierender Film 416 ausgebildet. Ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als isolierender Film 418 ausgebildet.
  • 76A zeigt Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors, der dem in 74A bis 74C gezeigten Transistor 400 entspricht, vor und nach dem PBTS-Test. 76B zeigt Id-Vg-Eigenschaften eines Transistors, der dem in 75A bis 75C gezeigten Transistor 400A entspricht, vor und nach dem PBTS-Test.
  • Es sei angemerkt, dass in 76A und 76B die erste vertikale Achse Id darstellt, die zweite vertikale Achse μFE darstellt und die horizontale Achse Vg darstellt. In 76A und 76B stellt eine durchgezogene Linie die Ergebnisse vor dem Stresstest dar, und eine gestrichelte Linie stellt die Ergebnisse nach dem Stresstest dar.
  • Wie in 76A gezeigt, verschlechtern sich bei der Struktur, bei der die Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 408 mit dem als zweite Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 420 nicht bedeckt ist, die Id-Vg-Eigenschaften nach dem PBTS-Test. Wie in 76B gezeigt, wird bei der Struktur, bei der die Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 408 mit dem als zweite Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 420 bedeckt ist, d. h. bei der S-Kanal-Struktur, keine Veränderung der Id-Vg-Eigenschaften nach dem PBTS-Test beobachtet, oder die Veränderung ist sehr gering.
  • Es wird angedeutet, dass die in 76A und 76B gezeigte Verschlechterung der Id-Vg-Eigenschaften stattfand, da der seitliche Endabschnitt des inselförmigen Oxidhalbleiterfilms 408 zu dem n-Typ wird und ein parasitärer Kanal in dem Transistor 400 gebildet wird.
  • <1-5-6. Vd-Abhängigkeit der Id-Vg-Eigenschaften>
  • Es wurden ein Transistor, der dem in 75A bis 75C gezeigten Transistor 400A entspricht (ein Transistor mit einer S-Kanal-Struktur), und ein Transistor ohne den leitenden Film 420, der als zweite Gate-Elektrode dient und in dem Transistor 400A enthalten ist (ein Transistor mit einer Einzel-Gate-Struktur), hergestellt, und es wurde die Vd-Abhängigkeit der Id-Vg-Eigenschaften der hergestellten Transistoren ausgewertet.
  • Strukturen eines isolierenden Films, eines leitenden Films und eines Oxidhalbleiterfilms in jedem der hergestellten Transistoren waren gleich denjenigen, die in <1-5-5. Länge in Richtung der W-Länge bei der S-Kanal-Struktur> beschrieben worden sind. Die Transistoren wiesen jeweils eine Kanallänge L von 2 μm und eine Kanalbreite W von 50 μm auf.
  • Die Id-Vg-Eigenschaften der hergestellten Transistoren wurden ausgewertet. Es sei angemerkt, dass zwei Bedingungen, d. h. Vd = 0,1 V und Vd = 10 V, bei der Messung der Id-Vg-Eigenschaften verwendet wurden.
  • Die Messergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften der Transistoren sind in 77A und 77B gezeigt. 77A zeigt die Ergebnisse des Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur. 77B zeigt die Ergebnisse des Transistors mit der S-Kanal-Struktur.
  • Im Falle der Einzel-Gate-Struktur wird, wie in 77A gezeigt, eine Differenz zwischen den Steigungseigenschaften der Schwellenspannungen aufgrund von verschiedenen Vd-Spannungen verursacht. Im Falle der Einzel-Gate-Struktur wird insbesondere die Schwellenspannung in negativer Richtung verschoben. Die negative Verschiebung der Schwellenspannung ist besonders deutlich, wenn eine hohe Drain-Spannung (Vd = 10 V) angelegt wird.
  • Es wird angedeutet, dass das oben beschriebene Phänomen durch einen Drain-induzierte Barrierenabsenkungs- bzw. Drain-induced-Barrier-Lowering(DIBL-)Effekt verursacht wird. Der DIBL-Effekt ist ein Phänomen, dass die Bandbarriere zwischen einer Source und einem Kanal durch ein elektrisches Feld des Drains absinkt.
  • Im Gegensatz dazu sind im Falle der S-Kanal-Struktur, wie in 77B gezeigt, die Steigungseigenschaften der Schwellenspannungen auch bei verschiedenen Vd-Spannungen ungefähr gleich. Es wird angedeutet, dass das daran liegt, dass das elektrische Feld des Drains durch die obere und die untere Gate-Elektrode abgeschirmt wird.
  • Als Nächstes wurde die Vd-Abhängigkeit der Id-Vg-Eigenschaften von LTPS-FETs ausgewertet. Als LTPS-FETs wurden ein n-Kanal-Transistor mit L/W = 6/50 μm und ein p-Kanal-Transistor mit L/W = 6/50 μm hergestellt. Als Transistorstrukturen wurden die oben beschriebene Einzel-Gate-Struktur und S-Kanal-Struktur verwendet.
  • Die Messergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften der LTPS-FETs sind in 78A und 78B sowie 79A und 79B gezeigt. 78A zeigt die Ergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des n-Kanal-Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur. 78B zeigt die Ergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des n-Kanal-Transistors mit der S-Kanal-Struktur. 79A zeigt die Ergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des p-Kanal-Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur. 79B zeigt die Ergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des p-Kanal-Transistors mit der S-Kanal-Struktur.
  • Wie in 78A und 78B sowie 79A und 79B gezeigt, können dann, wenn bei den LTPS-FETs wie bei den OS-FETs die S-Kanal-Struktur statt der Einzel-Gate-Struktur verwendet wird, die Schwankungen der Steigungseigenschaften der Schwellenspannungen bei verschiedenen Vd unterdrückt werden. Das heißt, dass auch bei dem LTPS-FET die S-Kanal-Struktur den DIBL-Effekt unterdrücken kann.
  • Wie in 78A und 78B sowie 79A und 79B gezeigt, kann überdies dann, wenn bei den LTPS-FETs wie bei den OS-FETs die S-Kanal-Struktur verwendet wird, auch eine höhere Feldeffektbeweglichkeit erzielt werden, als wenn die Einzel-Gate-Struktur verwendet wird. Die Feldeffektbeweglichkeit des LTPS-FET mit der S-Kanal-Struktur beträgt ungefähr das 1,6-Fache derjenigen des LTPS-FET mit der Einzel-Gate-Struktur.
  • <1-5-7. Sättigungseigenschaften der Id-Vd-Eigenschaften>
  • Es werden die Sättigungseigenschaften in den Id-Vd-Eigenschaften von Transistoren mit einer Einzel-Gate-Struktur und einer S-Kanal-Struktur beschrieben.
  • Es wurden ein Transistor, der dem in 75A bis 75C gezeigten Transistor 400A entspricht (ein Transistor mit einer S-Kanal-Struktur), und ein Transistor ohne den leitenden Film 420, der als zweite Gate-Elektrode dient und in dem Transistor 400A enthalten ist (ein Transistor mit einer Einzel-Gate-Struktur), hergestellt, und es wurden die Sättigungseigenschaften in den Id-Vd-Eigenschaften der hergestellten Transistoren ausgewertet.
  • Strukturen eines isolierenden Films, eines leitenden Films und eines Oxidhalbleiterfilms in jedem der hergestellten Transistoren waren gleich denjenigen, die in <1-5-5. Länge in Richtung der W-Länge bei der S-Kanal-Struktur> beschrieben worden sind. Die Transistoren wiesen jeweils eine Kanallänge L von 3 μm und eine Kanalbreite W von 50 μm auf.
  • 80A und 80B zeigen die Id-Vd-Eigenschaften der Transistoren mit der Einzel-Gate-Struktur und der S-Kanal-Struktur. 80A zeigt die Ergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften des Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur. 80B zeigt die Ergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften des Transistors mit der S-Kanal-Struktur.
  • Wie in 80A und 80B gezeigt, werden die Sättigungseigenschaften der Id-Vd-Eigenschaften im Falle der S-Kanal-Struktur verbessert. Das liegt wahrscheinlich daran, dass der oben erwähnte DIBL-Effekt unterdrückt wird. Bei dem OS-FET mit der Einzel-Gate-Struktur steigt der Drain-Strom (Id) durch den DIBL-Effekt auch in einem Sättigungsbereich der Id-Vd-Eigenschaften an, wenn die Drain-Spannung hoch ist.
  • Der FET, der verbesserte Sättigungseigenschaften in den Id-Vd-Eigenschaften aufweist, kann beispielsweise vorteilhaft als FET zum Ansteuern einer Anzeigevorrichtung, die ein organisches EL-Element beinhaltet, verwendet werden.
  • Als Nächstes werden die Sättigungseigenschaften der Id-Vd-Eigenschaften von LTPS-FETs anhand von 81A bis 81C und 82A bis 82C beschrieben.
  • Die Id-Vd-Eigenschaften von LTPS-FETs sind in 81A bis 81C und 82A bis 82C gezeigt. 81A zeigt die Messergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften eines Transistors mit einer Einzel-Gate-Struktur mit L/W = 6/3 μm. 81B zeigt die Messergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften eines Transistors mit einer Einzel-Gate-Struktur mit L/W = 10/3 μm. 81C zeigt die Messergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften eines Transistors mit einer Einzel-Gate-Struktur mit L/W = 50/3 μm. 82A zeigt die Messergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften eines Transistors mit einer S-Kanal-Struktur mit L/W = 6/3 μm. 82B zeigt die Messergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften eines Transistors mit einer S-Kanal-Struktur mit L/W = 10/3 μm. 82C zeigt die Messergebnisse der Id-Vd-Eigenschaften eines Transistors mit einer S-Kanal-Struktur mit L/W = 50/3 μm.
  • Auch bei den LTPS-FETs kann, wie in 81A bis 81C und 82A bis 82C gezeigt, die Verwendung der S-Kanal-Struktur den DIBL-Effekt unterdrücken und verbessert die Sättigungseigenschaften der Id-Vd-Eigenschaften. Jedoch wird, im Unterschied zu dem oben beschriebenen OS-FET, ein Phänomen beobachtet, dass der Drain-Strom durch die Zunahme des Absolutwertes der Drain-Spannung (Vd) wieder ansteigt. Im Besonderen wird bei dem Transistor mit kurzer L deutlich das Phänomen beobachtet, dass der Drain-Strom wieder ansteigt.
  • Man geht davon aus, dass das oben beschriebene Phänomen durch Avalanche-Durchbruch (Stoßionisation) verursacht wird, der an einem Endabschnitt eines Drains aufgrund von heißen Ladungsträgern bzw. Hot-Carriers (Löchern) auftritt, die durch den Anstieg des elektrischen Feldes des Drains erzeugt werden. Ein möglicher Grund dafür ist die Bandlücke von als LTPS verwendetem Silizium, die kleiner ist als diejenige eines Oxidhalbleiterfilms; auf Grund der kleineren Bandlücke wird Silizium durch die Stoßionisation mehr beeinflusst als ein Oxidhalbleiterfilm.
  • <1-5-8. Subthreshold-Swing>
  • Es wurden Subthreshold-Swings eines Transistors mit einer Einzel-Gate-Struktur und eines Transistors mit einer S-Kanal-Struktur berechnet. Es sei angemerkt, dass sich der Begriff „Subthreshold-Swing” auf eine Gate-Spannung bezieht, die nötig ist, um einen Strom (Subthreshold-Strom) zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode um eine Stelle zu erhöhen; je kleiner ein Subthreshold-Swing ist, desto steiler ist die Neigung der Subthreshold-Strom-Kennlinie in Bezug auf die Gate-Spannung und desto ausgezeichneter sind die Schalteigenschaften.
  • 83 zeigt die Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur und des Transistors mit der S-Kanal-Struktur. In 83 zeigt die gestrichelte Linie die Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur, und die durchgezogene Linie zeigt die Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften des Transistors mit der S-Kanal-Struktur.
  • Für die Berechnung der Subthreshold-Swings wurden OS-FETs mit L/W = 2/50 μm angenommen.
  • Wie in 83 gezeigt, nimmt der Subthreshold-Swing im Falle der S-Kanal-Struktur ab. Das liegt wahrscheinlich daran, dass im Falle der S-Kanal-Struktur die Steuerbarkeit eines Kanals durch elektrische Felder des oberen und des untern Gates verbessert wird.
  • In Tabelle 1 sind die Effekte zusammengefasst, die durch die Verwendung der S-Kanal-Struktur für den OS-FET und den LTPS-FET erzielt werden. [Tabelle 1]
    OS-FET LTPS-FET
    Beständigkeit gegen –GBT-Stress ⌾ x
    Beständigkeit gegen +GBT-Stress O –*1)
    Verbesserung der Stromtreiberfähigkeit (Beweglichkeit) O O
    Verbesserung von Subthreshold-Swing O O
    Effekt der Unterdrückung von Eigenschaftsschwankungen O Δ
    Effekt der Unterdrückung von DIBL ⌾ O
    Sättigungseigenschaften der Id-Vd-Eigenschaften O x
    Hinweis: *1) „–” bedeutet „nicht bestimmt”.
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, werden mehr Effekte bei dem OS-FET mit der S-Kanal-Struktur erzielt, obwohl einige Effekte bei dem LTPS-FET mit der S-Kanal-Struktur erwartet werden.
  • <1-6. Strukturbeispiel 3 einer Halbleitervorrichtung>
  • Ein Strukturbeispiel, das sich von demjenigen des Transistors 100 in 1A bis 1C unterscheidet, wird anhand von 3A bis 3C beschrieben.
  • 3A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 160, der eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 3B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 3A, und 3C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 3A.
  • Der Transistor 160 unterscheidet sich von dem Transistor 100 durch die Strukturen des Oxidhalbleiterfilms 120a, der als Pixelelektrode dient, und des Oxidhalbleiterfilms 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient. Die anderen Abschnitte des Transistors 160 sind denjenigen des Transistors 100 ähnlich und weisen ähnliche Effekte auf. Im Folgenden werden die Abschnitte beschrieben, die sich von denjenigen des Transistors 100 unterscheiden.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 120a, der bei dem Transistor 160 als Pixelelektrode dient, weist eine mehrschichtige Struktur aus einem Oxidhalbleiterfilm 120a_1 und einem Oxidhalbleiterfilm 120a_2 auf. Der Oxidhalbleiterfilm 120b, der bei dem Transistor 160 als zweite Gate-Elektrode dient, weist eine mehrschichtige Struktur aus einem Oxidhalbleiterfilm 120b_1 und einem Oxidhalbleiterfilm 120b_2 auf.
  • Wenn der Oxidhalbleiterfilm 120a und der Oxidhalbleiterfilm 120b jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen, kann Sauerstoff vorteilhaft in den isolierenden Film 116 eingeführt werden. Außerdem kann dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 120a und der Oxidhalbleiterfilm 120b jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen, ein Eindringen von Wasserstoff, der in dem isolierenden Film 118 enthalten ist, in den isolierenden Film 116 unterdrückt werden.
  • Vorzugsweise erfüllt das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem Sputtertarget, das zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 120a_1 und des Oxidhalbleiterfilms 120b_1 verwendet wird, In ≤ M. Das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem derartigen Sputtertarget ist In:M:Zn = 1:1:1, In:M:Zn = 1:1:1,2, In:M:Zn = 1:3:2, In:M:Zn = 1:3:4, In:M:Zn = 1:3:6 oder dergleichen.
  • Vorzugsweise erfüllt das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem Sputtertarget, das zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 120a_2 und des Oxidhalbleiterfilms 120b_2 verwendet wird, In ≥ M. Das Atomverhältnis zwischen Metallelementen in einem derartigen Sputtertarget ist In:M:Zn = 1:1:1, In:M:Zn = 1:1:1,2, In:M:Zn = 2:1:3, In:M:Zn = 3:1:2, In:M:Zn = 4:2:4,1 oder dergleichen.
  • Im Falle der Ausbildung des Oxidhalbleiterfilms 120a und des Oxidhalbleiterfilms 120b, welche jeweils eine zweischichtige Struktur aufweisen, wird die Durchflussmenge eines Sauerstoffgases zum Ausbilden eines unteren Oxidhalbleiterfilms vorzugsweise höher eingestellt als die Durchflussmenge eines Sauerstoffgases zum Ausbilden eines oberen Oxidhalbleiterfilms. Wenn der untere Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines Sauerstoffgases mit einer höheren Durchflussmenge ausgebildet wird, kann dem isolierenden Film 116 Sauerstoff vorteilhaft zugesetzt werden. Wenn der obere Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines Sauerstoffgases mit einer niedrigeren Durchflussmenge ausgebildet wird, kann der Widerstand des Oxidhalbleiterfilms verringert werden.
  • Eine Halbleitervorrichtung mit dem Oxidhalbleiterfilm 120a und dem Oxidhalbleiterfilm 120b, welche jeweils die oben beschriebene Struktur aufweisen, kann eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen.
  • <1-7. Strukturbeispiel 4 einer Halbleitervorrichtung>
  • Ein Strukturbeispiel, das sich von demjenigen des Transistors 150 in 2A bis 2C unterscheidet, wird anhand von 4A bis 4C beschrieben.
  • 4A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 170, der eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist. 4B ist eine Querschnittsansicht entlang der in 4A dargestellten Strichpunktlinie X1-X2, und 4C ist eine Querschnittsansicht entlang der in 4A dargestellten Strichpunktlinie Y1-Y2.
  • Der Transistor 170 unterscheidet sich von dem Transistor 150 durch die Strukturen des Oxidhalbleiterfilms 120a, der als Pixelelektrode dient, und des Oxidhalbleiterfilms 120b, der als zweite Gate-Elektrode dient. Die anderen Abschnitte des Transistors 170 sind denjenigen des Transistors 150 ähnlich und weisen ähnliche Effekte auf. Die Strukturen des Oxidhalbleiterfilms 120a und des Oxidhalbleiterfilms 120b können der Struktur des oben beschriebenen Transistors 160 ähnlich sein.
  • <1-8. Strukturbeispiel 5 einer Halbleitervorrichtung>
  • Modifikationsbeispiele des in 2A bis 2C gezeigten Transistors 150 und ein Modifikationsbeispiel des in 4A bis 4C gezeigten Transistors 170 werden anhand von 5A bis 5D, 6A und 6B sowie 7A bis 7D beschrieben.
  • 5A und 5B sind Querschnittsansichten eines Modifikationsbeispiels des Transistors 150 in 2B und 2C. 5C und 5D sind Querschnittsansichten eines Modifikationsbeispiels des Transistors 170 in 4B und 4C.
  • Ein Transistor 150A in 5A und 5B weist die gleiche Struktur wie der Transistor 150 in 2B und 2C auf, mit der Ausnahme, dass der Oxidhalbleiterfilm 108 eine dreischichtige Struktur aufweist. Insbesondere umfasst der Oxidhalbleiterfilm 108 des Transistors 150A einen Oxidhalbleiterfilm 108a, den Oxidhalbleiterfilm 108b und den Oxidhalbleiterfilm 108c.
  • Ein Transistor 170A in 5C und 5D weist die gleiche Struktur wie der Transistor 170 in 4B und 4C auf, mit der Ausnahme, dass der Oxidhalbleiterfilm 108 eine dreischichtige Struktur aufweist. Insbesondere umfasst der Oxidhalbleiterfilm 108 des Transistors 170A den Oxidhalbleiterfilm 108a, den Oxidhalbleiterfilm 108b und den Oxidhalbleiterfilm 108c.
  • Nun werden Bandstrukturen von isolierenden Filmen in Kontakt mit den Oxidhalbleiterfilmen 108a, 108b und 108c sowie isolierenden Filmen in Kontakt mit den Oxidhalbleiterfilmen 108b und 108c anhand von 6A und 6B beschrieben.
  • 6A zeigt ein Beispiel für eine Bandstruktur in der Dickenrichtung einer Schichtanordnung, die den isolierenden Film 107, die Oxidhalbleiterfilme 108a, 108b und 108c sowie den isolierenden Film 114 umfasst. 6B zeigt ein Beispiel für eine Bandstruktur in der Dickenrichtung einer Schichtanordnung, die den isolierenden Film 107, die Oxidhalbleiterfilme 108b und 108c sowie den isolierenden Film 114 umfasst. Zum besseren Verständnis sind die jeweiligen Leitungsbandminima (Ec) des isolierenden Films 107, der Oxidhalbleiterfilme 108a, 108b und 108c sowie des isolierenden Films 114 in den Banddiagrammen gezeigt.
  • Bei der Bandstruktur in 6A wird ein Siliziumoxidfilm als jeder der isolierenden Filme 107 und 114 verwendet, als Oxidhalbleiterfilm 108a wird ein Oxidhalbleiterfilm verwendet, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 1:1:1,2 ausgebildet wird, als Oxidhalbleiterfilm 108b wird ein Oxidhalbleiterfilm verwendet, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 4:2:4,1 ausgebildet wird, und als Oxidhalbleiterfilm 108c wird ein Oxidhalbleiterfilm verwendet, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 1:1:1,2 ausgebildet wird.
  • Bei der Bandstruktur in 6B wird ein Siliziumoxidfilm als jeder der isolierenden Filme 107 und 114 verwendet, als Oxidhalbleiterfilm 108b wird ein Oxidhalbleiterfilm verwendet, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 4:2:4,1 ausgebildet wird, und als Oxidhalbleiterfilm 108c wird ein Oxidhalbleiterfilm verwendet, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 1:1:1,2 ausgebildet wird.
  • Wie in 6A und 6B dargestellt, verändert sich das Energieniveau des Leitungsbandminimums allmählich zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108a und dem Oxidhalbleiterfilm 108b sowie zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c. Mit anderen Worten: Das Energieniveau an der unteren Kante des Leitungsbandes verändert sich stetig oder ist stetig zusammenhängend. Um eine derartige Bandstruktur zu erhalten, sollte keine Verunreinigung, die einen Defektzustand, wie z. B. ein Einfangzentrum oder ein Rekombinationszentrum, bildet, an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108a und dem Oxidhalbleiterfilm 108b oder an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c existieren.
  • Um einen stetigen Übergang zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108a und dem Oxidhalbleiterfilm 108b sowie zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c zu bilden, ist es notwendig, die Filme unter Verwendung einer Mehrkammer-Abscheidungsvorrichtung (Sputtervorrichtung), die mit einer Schleusenkammer versehen ist, nacheinander auszubilden, ohne sie dabei der Luft auszusetzen.
  • Bei der Bandstruktur in 6A oder 6B dient der Oxidhalbleiterfilm 108b als Wanne, und ein Kanalbereich wird in dem Oxidhalbleiterfilm 108b des Transistors mit der mehrschichtigen Struktur gebildet.
  • Indem der Oxidhalbleiterfilm 108a und/oder der Oxidhalbleiterfilm 108c bereitgestellt werden/wird, wird der Oxidhalbleiterfilm 108b von Einfangzuständen, die in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem isolierenden Film (dem isolierenden Film 107 oder dem isolierenden Film 114) gebildet werden könnten, fern gehalten.
  • Außerdem liegen die Einfangzustände in einigen Fällen von dem Vakuumniveau weiter entfernt als das Energieniveau des Leitungsbandminimums (Ec) des Oxidhalbleiterfilms 108b, der als Kanalbereich dient; folglich werden Elektronen mit hoher Wahrscheinlichkeit in den Einfangzuständen akkumuliert. Wenn die Elektronen in den Einfangzuständen akkumuliert werden, werden die Elektronen zu negativen ortsfesten elektrischen Ladungen, so dass die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschoben wird. Deshalb liegen die Einfangzustände vorzugsweise näher am Vakuumniveau als das Energieniveau des Leitungsbandminimums (Ec) des Oxidhalbleiterfilms 108b. Eine derartige Struktur verhindert die Akkumulation von Elektronen in den Einfangzuständen. Als Ergebnis können der Durchlassstrom und die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors erhöht werden.
  • Das Energieniveau des Leitungsbandminimums jedes der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c liegt näher am Vakuumniveau als dasjenige des Oxidhalbleiterfilms 108b. Eine typische Differenz zwischen dem Energieniveau des Leitungsbandminimums des Oxidhalbleiterfilms 108b und dem Energieniveau des Leitungsbandminimums jedes der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c beträgt 0,15 eV oder mehr oder 0,5 eV oder mehr und 2 eV oder weniger oder 1 eV oder weniger. Das heißt, dass die Differenz zwischen der Elektronenaffinität jedes der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c und der Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms 108b 0,15 eV oder mehr oder 0,5 eV oder mehr und 2 eV oder weniger oder 1 eV oder weniger beträgt.
  • Bei einer derartigen Struktur dient der Oxidhalbleiterfilm 108b als Hauptstrompfad. Das heißt, dass der Oxidhalbleiterfilm 108b als Kanalbereich dient und die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c als isolierende Oxidfilme dienen. Außerdem tritt an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108a und dem Oxidhalbleiterfilm 108b oder an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 108b und dem Oxidhalbleiterfilm 108c eine Grenzflächenstreuung mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf, da die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c jeweils ein oder mehrere Metallelement/e enthalten, das/die in dem Oxidhalbleiterfilm 108b enthalten ist/sind, in dem ein Kanalbereich gebildet wird. Folglich kann der Transistor eine hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweisen, da die Bewegung von Ladungsträgern an der Grenzfläche nicht eingeschränkt wird.
  • Um zu verhindern, dass jeder der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c als Teil eines Kanalbereichs dient, wird ein Material, das eine ausreichend niedrige Leitfähigkeit aufweist, für die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c verwendet. Daher kann jeder der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c aufgrund seiner physikalischen Eigenschaft und/oder Funktion auch als „isolierender Oxidfilm” bezeichnet werden. Für die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c wird alternativ ein Material verwendet, das eine geringere Elektronenaffinität (eine Energieniveaudifferenz zwischen dem Vakuumniveau und dem Leitungsbandminimum) aufweist als der Oxidhalbleiterfilm 108b und dessen Energieniveau des Leitungsbandminimums sich von demjenigen des Oxidhalbleiterfilms 108b unterscheidet (Bandabweichung). Des Weiteren werden die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c vorzugsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet, dessen Energieniveau des Leitungsbandminimums näher am Vakuumniveau liegt als das Energieniveau des Leitungsbandminimums des Oxidhalbleiterfilms 108b, um zu verhindern, dass eine Differenz zwischen den Schwellenspannungen aufgrund des Wertes der Drain-Spannung entsteht. Eine Energieniveaudifferenz zwischen dem Leitungsbandminimum des Oxidhalbleiterfilms 108b und dem Leitungsbandminimum der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c beträgt beispielsweise 0,2 eV oder mehr, bevorzugt 0,5 eV oder mehr.
  • Vorzugsweise weisen die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c keine Spinellkristallstruktur auf. Dies liegt darin begründet, dass dann, wenn die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c eine Spinellkristallstruktur aufweisen, Bestandteile der leitenden Filme 112a und 112b an der Grenzfläche zwischen der Spinellkristallstruktur und einem weiteren Bereich in den Oxidhalbleiterfilm 108b diffundieren könnten. Es sei angemerkt, dass es sich bei jedem der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c vorzugsweise um einen später beschriebenen CAAC-OS handelt, in welchem Falle eine höhere Sperreigenschaft gegen Bestandselemente der leitenden Filme 112a und 112b, zum Beispiel Kupfer, erhalten wird.
  • Die Dicke jedes der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c ist größer als oder ebenso groß wie eine Dicke, die ermöglicht, dass die Diffusion der Bestandteile der leitenden Filme 112a und 112b in den Oxidhalbleiterfilm 108b verhindert wird, und kleiner als eine Dicke, die die Zufuhr von Sauerstoff von dem isolierenden Film 114 zu dem Oxidhalbleiterfilm 108b verhindert. Zum Beispiel kann dann, wenn die Dicke jedes der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c größer als oder gleich 10 nm ist, die Diffusion der Bestandteile der leitenden Filme 112a und 112b in den Oxidhalbleiterfilm 108b verhindert werden. Wenn die Dicke jedes der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c kleiner als oder gleich 100 nm ist, kann dem Oxidhalbleiterfilm 108b Sauerstoff von dem isolierenden Film 114 effektiv zugeführt werden.
  • Obwohl bei dieser Ausführungsform das Beispiel beschrieben wird, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 1:1:1,2 ausgebildet wird, als jeder der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c verwendet wird, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Als jeder der Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c kann beispielsweise ein Oxidhalbleiterfilm verwendet werden, der unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis der Metallelemente von In:Ga:Zn = 1:1:1, In:Ga:Zn = 1:3:2, In:Ga:Zn = 1:3:4 oder In:Ga:Zn = 1:3:6 ausgebildet wird.
  • Wenn die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 ausgebildet werden, weisen die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c in einigen Fällen ein Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:β1(0 < β1 ≤ 2):β2(0 < β2 ≤ 2) auf. Wenn die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:4 ausgebildet werden, weisen die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c in einigen Fällen ein Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:β3(1 ≤ β3 ≤ 5):β4(2 ≤ β4 ≤ 6) auf. Wenn die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c unter Verwendung eines Metalloxidtargets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:6 ausgebildet werden, weisen die Oxidhalbleiterfilme 108a und 108c in einigen Fällen ein Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:β5(1 ≤ β5 ≤ 5):β6(4 ≤ β6 ≤ 8) auf.
  • Die Zeichnungen stellen ein Beispiel, bei dem der Oxidhalbleiterfilm 108c in dem Transistor 150 und der Oxidhalbleiterfilm 108c in dem Transistor 150A eine kleine Dicke in einem Bereich aufweisen, der mit den leitenden Filmen 112a und 112b nicht bedeckt ist, das heißt, ein Beispiel dar, bei dem ein Teil des Oxidhalbleiterfilms einen vertieften Abschnitt aufweist. Jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt, und der Oxidhalbleiterfilm weist nicht notwendigerweise einen vertieften Bereich in einem Bereich auf, der mit den leitenden Filmen 112a und 112b nicht bedeckt ist. 7A bis 7D stellen Beispiele in diesem Fall dar. 7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die Beispiele für die Halbleitervorrichtung darstellen. 7A und 7B stellen eine Struktur dar, bei der der Oxidhalbleiterfilm 108c in dem Transistor 150 keinen vertieften Abschnitt aufweist, und 7C und 7D stellen eine Struktur dar, bei der der Oxidhalbleiterfilm 108c in dem Transistor 150A keinen vertieften Abschnitt aufweist.
  • Die Strukturen der Transistoren dieser Ausführungsform können frei miteinander kombiniert werden.
  • <1-9. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung>
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 100, der eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, anhand von 8A bis 8F, 9A bis 9F, 10A bis 10F und 11A bis 11F beschrieben.
  • 8A bis 8F, 9A bis 9F, 10A bis 10F und 11A bis 11F sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung zeigen. Querschnittsansichten in der Kanallängsrichtung sind in
  • 8A, 8C und 8E, 9A, 9C und 9E, 10A, 10C und 10E sowie 11A, 11C und 11E gezeigt. Querschnittsansichten in der Kanalquerrichtung sind in 8B, 8D und 8F, 9B, 9D und 9F, 10B, 10D und 10F sowie 11B, 11D und 11F gezeigt.
  • Als Erstes wird ein leitender Film über dem Substrat 102 ausgebildet und durch einen Lithographieprozess und einen Ätzprozess verarbeitet, wodurch der leitende Film 104, der als erste Gate-Elektrode dient, ausgebildet wird. Dann werden die isolierenden Filme 106 und 107, die als erste Gate-Isolierfilm dienen, über dem leitenden Film 104 ausgebildet (siehe 8A und 8B).
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Glassubstrat als Substrat 102 verwendet, und als leitender Film 104, der als erste Gate-Elektrode dient, wird ein 100 nm dicker Wolframfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Als isolierender Film 106 wird ein 400 nm dicker Siliziumnitridfilm durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet. Als isolierender Film 107 wird ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 106 eine mehrschichtige Struktur aus Siliziumnitridfilmen aufweisen kann. Insbesondere kann der isolierende Film 106 eine dreischichtige Struktur aus einem ersten Siliziumnitridfilm, einem zweiten Siliziumnitridfilm und einem dritten Siliziumnitridfilm aufweisen. Es folgt ein Beispiel für die dreischichtige Struktur.
  • Beispielsweise kann der erste Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Einer Reaktionskammer einer PECVD-Vorrichtung werden Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm als Quellengas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wird auf 100 Pa gesteuert; und die Leistung von 2000 W wird unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Es kann der zweite Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 300 nm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Der Reaktionskammer der PECVD-Vorrichtung werden Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm als Quellengas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wird auf 100 Pa gesteuert; und die Leistung von 2000 W wird unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Es kann der dritte Siliziumnitridfilm mit einer Dicke von 50 nm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Der Reaktionskammer der PECVD-Vorrichtung werden Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm als Quellengas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wird auf 100 Pa gesteuert; und die Leistung von 2000 W wird unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Es sei angemerkt, dass der erste Siliziumnitridfilm, der zweite Siliziumnitridfilm und der dritte Siliziumnitridfilm jeweils bei einer Substrattemperatur von 350°C oder niedriger ausgebildet werden können.
  • Wenn der isolierende Film 106 beispielsweise die dreischichtige Struktur aus Siliziumnitridfilmen aufweist, kann in dem Fall, in dem ein Cu enthaltender leitender Film als leitender Film 104 verwendet wird, der folgende Effekt erhalten werden.
  • Der erste Siliziumnitridfilm kann die Diffusion von Kupfer (Cu) aus dem leitenden Film 104 verhindern. Der zweite Siliziumnitridfilm weist eine Funktion zum Abgeben von Wasserstoff auf und kann die Spannungsfestigkeit des isolierenden Films, der als Gate-Isolierfilm dient, verbessern. Der dritte Siliziumnitridfilm gibt eine kleine Menge an Wasserstoff ab und kann die Diffusion des von dem zweiten Siliziumnitridfilm abgegebenen Wasserstoffs verhindern.
  • Es handelt sich bei dem isolierenden Film 107 vorzugsweise um einen isolierenden Film, der Sauerstoff enthält, um Eigenschaften einer Grenzfläche zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 (insbesondere dem Oxidhalbleiterfilm 108b) zu verbessern, der später ausgebildet wird.
  • Anschließend werden ein Oxidhalbleiterfilm 108b_0 und ein Oxidhalbleiterfilm 108c_0 über dem isolierenden Film 107 ausgebildet (siehe 8C, 8D, 8E und 8F).
  • 8C und 8D sind schematische Querschnittsansichten, die einen Innenteil einer Abscheidungsvorrichtung beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b_0 über dem isolierenden Film 107 zeigen. In 8C und 8D wird eine Sputtervorrichtung als Abscheidungsvorrichtung verwendet, und es sind ein Target 191, das innerhalb der Sputtervorrichtung platziert ist, und Plasma 192, das unter dem Target 191 gebildet wird, in schematischer Weise gezeigt.
  • Wenn der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 ausgebildet wird, wird eine Plasmaentladung in einer Atmosphäre, die ein erstes Sauerstoffgas enthält, durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird dem isolierenden Film 107, über dem der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 ausgebildet wird, Sauerstoff zugesetzt. Wenn der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 ausgebildet wird, können ein Inertgas (z. B. ein Heliumgas, ein Argongas oder ein Xenongas) und das erste Sauerstoffgas vermischt werden.
  • Das erste Sauerstoffgas wird zumindest beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b_0 beigemischt. Der Anteil des ersten Sauerstoffgases in einem Abscheidungsgas zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b_0 ist höher als 0% und niedriger als oder gleich 100%, bevorzugt höher als oder gleich 10% und niedriger als oder gleich 100%, bevorzugter höher als oder gleich 30% und niedriger als oder gleich 100%.
  • In 8C und 8D ist Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff, der dem isolierenden Film 107 zugesetzt wird, schematisch durch gestrichelte Pfeile gezeigt.
  • Die Oxidhalbleiterfilme 108b_0 und 108c_0 können bei der gleichen Substrattemperatur oder unterschiedlichen Substrattemperaturen ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Oxidhalbleiterfilme 108b_0 und 108c_0 vorzugsweise bei der gleichen Substrattemperatur ausgebildet, in welchem Falle die Herstellungskosten reduziert werden können.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 108 wird beispielsweise bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als 340°C, bevorzugt höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 300°C, bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 250°C, noch bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 200°C ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm 108 wird ausgebildet, während er dabei erwärmt wird, so dass die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 108 erhöht werden kann. Andererseits könnte in dem Fall, in dem ein großes Glassubstrat (z. B. dasjenige der sechsten Generation bis der zehnten Generation) als Substrat 102 verwendet wird und der Oxidhalbleiterfilm 108 bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als 340°C ausgebildet wird, das Substrat 102 verformt (verzerrt oder gebogen) werden. In dem Fall, in dem ein großes Glassubstrat verwendet wird, kann die Verformung des Glassubstrats unterdrückt werden, indem der Oxidhalbleiterfilm 108 bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 100°C und niedriger als 150°C ausgebildet wird.
  • Außerdem ist eine Erhöhung der Reinheit eines Sputtergases notwendig. Beispielsweise wird als Sauerstoffgas oder Argongas, welches für ein Sputtergas verwendet wird, ein Gas verwendet, das derart hochgereinigt wird, dass es einen Taupunkt von –40°C oder niedriger, bevorzugt –80°C oder niedriger, bevorzugter –100°C oder niedriger, noch bevorzugter –120°C oder niedriger aufweist; folglich kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder dergleichen in den Oxidhalbleiterfilm minimiert werden.
  • Wenn der Oxidhalbleiterfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird jede Kammer einer Sputtervorrichtung vorzugsweise durch eine Adsorptionsvakuumpumpe, wie z. B. eine Kryopumpe, auf ein hohes Vakuum (beispielsweise bis zu einem Grad von ungefähr 5 × 10–7 Pa bis 1 × 10–4 Pa) evakuiert, so dass Wasser und dergleichen, welche als Verunreinigungen für den Oxidhalbleiterfilm dienen, so weit wie möglich entfernt werden. Alternativ werden vorzugsweise eine Turbomolekularpumpe und eine Kältefalle kombiniert, um einen Rückfluss eines Gases, besonders eines Kohlenstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gases, aus einem Abgassystem in die Kammer zu verhindern.
  • Nachdem der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 ausgebildet worden ist, wird der Oxidhalbleiterfilm 108c_0 sukzessive über dem Oxidhalbleiterfilm 108b_0 ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 108c_0 ausgebildet wird, eine Plasmaentladung in einer Atmosphäre, die ein zweites Sauerstoffgas enthält, durchgeführt wird.
  • Es sei angemerkt, dass der Anteil des ersten Sauerstoffgases zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b_0 gleich dem Anteil des zweiten Sauerstoffgases zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108c_0 sein oder sich davon unterscheiden kann. Zum Beispiel ist der Anteil des zweiten Sauerstoffgases in einem Abscheidungsgas zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108c_0 höher als 0% und niedriger als oder gleich 100%, bevorzugt höher als oder gleich 10% und niedriger als oder gleich 100%, bevorzugter höher als oder gleich 30% und niedriger als oder gleich 100%.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108c_0 das zweite Sauerstoffgas und ein Argongas verwendet werden, die Durchflussmenge des Argongases vorzugsweise höher ist als die Durchflussmenge des zweiten Sauerstoffgases. Wenn die Durchflussmenge des Argongases höher eingestellt wird, kann ein dichter Film als Oxidhalbleiterfilm 108c_0 ausgebildet werden. Alternativ wird die Substrattemperatur, bei der der Oxidhalbleiterfilm 108c_0 ausgebildet wird, auf eine hohe Temperatur, typischerweise 250°C oder niedriger, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 190°C, eingestellt, um einen dichten Film als Oxidhalbleiterfilm 108c_0 auszubilden. Der dichte Film, der als Oxidhalbleiterfilm 108c_0 ausgebildet wird, kann das Eindringen eines Metallelementes, das in den leitenden Filmen 112a und 112b enthalten ist, in den Oxidhalbleiterfilm 108b_0 unterdrücken.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]) ausgebildet, und dann wird der Oxidhalbleiterfilm 108c_0 sukzessive durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 1:1:1,2 [Atomverhältnis]) im Vakuum ausgebildet. Die Substrattemperatur, bei der der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 ausgebildet wird, wird auf 170°C eingestellt, und die Substrattemperatur, bei der der Oxidhalbleiterfilm 108c_0 ausgebildet wird, wird auf 170°C eingestellt. Als Abscheidungsgas zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b_0 werden ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 60 sccm und ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 140 sccm verwendet. Als Abscheidungsgas zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108c_0 werden ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm und ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm verwendet.
  • Anschließend werden der Oxidhalbleiterfilm 108b_0 und der Oxidhalbleiterfilm 108c_0 zu den gewünschten Formen verarbeitet, so dass die inselförmigen Oxidhalbleiterfilme 108b und 108c ausgebildet werden (siehe 9A und 9B).
  • Anschließend wird ein leitender Film 112, der zu einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode wird, durch ein Sputterverfahren über dem isolierenden Film 107 und dem Oxidhalbleiterfilm 108 ausgebildet (siehe 9C und 9D).
  • Bei dieser Ausführungsform wird der leitende Film 112 ausgebildet, indem ein 400 nm dicker Aluminiumfilm durch ein Sputterverfahren über einem 50 nm dicken Wolframfilm angeordnet wird. Obwohl der leitende Film 112 dieser Ausführungsform eine zweischichtige Struktur aufweist, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der leitende Film 112 eine dreischichtige Struktur aufweisen, bei der ein 400 nm dicker Aluminiumfilm über einem 50 nm dicken Wolframfilm angeordnet ist und ein 100 nm dicker Titanfilm über dem 400 nm dicken Aluminiumfilm angeordnet ist.
  • Anschließend wird der leitende Film 112 zu den gewünschten Formen verarbeitet, so dass die getrennten leitenden Filme 112a und 112b ausgebildet werden (siehe 9E und 9F).
  • Bei dieser Ausführungsform wird der leitende Film 112 mit einer Trockenätzvorrichtung verarbeitet. Es sei angemerkt, dass das Verfahren zum Verarbeiten des leitenden Films 112 nicht darauf beschränkt ist; beispielsweise kann auch eine Nassätzvorrichtung verwendet werden. Wenn der leitende Film 112 verarbeitet wird, kann ein feineres Muster mit einer Trockenätzvorrichtung ausgebildet werden als mit einer Nassätzvorrichtung. Andererseits kann der leitende Film 112 mit einer Nassätzvorrichtung mit niedrigeren Herstellungskosten verarbeitet werden als mit einer Trockenätzvorrichtung.
  • Nachdem die leitenden Filme 112a und 112b ausgebildet worden sind, kann eine Oberfläche (auf der Kanalrückseite) des Oxidhalbleiterfilms 108 (insbesondere des Oxidhalbleiterfilms 108c) gereinigt werden. Das Reinigen kann beispielsweise unter Verwendung einer chemischen Lösung, wie z. B. Phosphorsäure, durchgeführt werden. Das Reinigen mittels einer chemischen Lösung, wie z. B. einer Phosphorsäure, kann Verunreinigungen (z. B. ein Element, das in den leitenden Filmen 112a und 112b enthalten ist) entfernen, die an der Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 108c haften. Es sei angemerkt, dass das Reinigen nicht notwendigerweise durchgeführt wird; das heißt, dass das Reinigen unnötig sein kann.
  • In dem Schritt zum Ausbilden der leitenden Filme 112a und 112b und/oder dem Reinigungsschritt könnte die Dicke eines Bereichs des Oxidhalbleiterfilms 108, der nicht mit den leitenden Filmen 112a und 112b bedeckt ist, reduziert werden.
  • Anschließend werden die isolierenden Filme 114 und 116 über dem Oxidhalbleiterfilm 108 sowie den leitenden Filmen 112a und 112b ausgebildet (siehe 10A und 10B).
  • Es sei angemerkt, dass, nachdem der isolierende Film 114 ausgebildet worden ist, der isolierende Film 116 vorzugsweise sukzessive ausgebildet wird, ohne dabei der Luft ausgesetzt zu sein. Nachdem der isolierende Film 114 ausgebildet worden ist, wird der isolierende Film 116 sukzessive ausgebildet, ohne dabei der Luft ausgesetzt zu sein. Währenddessen wird mindestens eine der folgenden Bedingungen gesteuert: die Durchflussmenge eines Quellengases, der Druck, die Hochfrequenzleistung und die Substrattemperatur. Dadurch kann die Verunreinigungskonzentration, die auf die atmosphärische Komponente zurückzuführen ist, an der Grenzfläche zwischen dem isolierenden Film 114 und dem isolierenden Film 116 verringert werden, und Sauerstoff in den isolierenden Filmen 114 und 116 kann zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandern; demzufolge kann die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 108 verringert werden.
  • Als isolierender Film 114 kann beispielsweise ein Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden. In diesem Fall werden vorzugsweise ein Silizium enthaltendes Abscheidungsgas und ein Oxidationsgas als Quellengas verwendet. Typische Beispiele für das Silizium enthaltende Abscheidungsgas umfassen Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid. Beispiele für das Oxidationsgas umfassen Distickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Ein isolierender Film, der Stickstoff enthält und eine kleine Anzahl von Defekten aufweist, kann als isolierender Film 114 durch ein PECVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: Die Durchflussmenge des Oxidationsgases ist mehr als das 20-Fache und weniger als das 100-Fache, bevorzugt mehr als das oder gleich dem 40-Fachen und weniger als oder gleich dem 80-Fachen derjenigen des Abscheidungsgases, und der Druck in einer Behandlungskammer ist niedriger als 100 Pa, bevorzugt niedriger als oder gleich 50 Pa.
  • Bei dieser Ausführungsform wird als isolierender Film 114 ein Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Das Substrat 102 wird bei einer Temperatur von 220°C gehalten; als Quellengas werden Silan mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm verwendet; der Druck in der Behandlungskammer beträgt 20 Pa; und eine Hochfrequenzleistung von 100 W bei 13,56 MHz (1,6 × 10–2 W/cm2 als Leistungsdichte) wird parallelen Plattenelektroden zugeführt.
  • Als isolierender Film 116 wird ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Das Substrat, das in einer auf Vakuum evakuierten Behandlungskammer der PECVD-Vorrichtung platziert ist, wird bei einer Temperatur von höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 350°C gehalten; der Druck ist höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa, wobei ein Quellengas in die Behandlungskammer eingeleitet wird; und eine Hochfrequenzleistung von höher als oder gleich 0,17 W/cm2 und niedriger als oder gleich 0,5 W/cm2, bevorzugt höher als oder gleich 0,25 W/cm2 und niedriger als oder gleich 0,35 W/cm2 wird einer Elektrode zugeführt, die in der Behandlungskammer bereitgestellt ist.
  • Als Abscheidungsbedingungen des isolierenden Films 116 wird die Hochfrequenzleistung, die die vorstehende Leistungsdichte aufweist, einer Reaktionskammer, die den vorstehenden Druck aufweist, zugeführt, wodurch die Abbaueffizienz des Quellengases im Plasma erhöht wird, Sauerstoffradikale vermehrt werden und die Oxidation des Quellengases gefördert wird; demzufolge wird der Sauerstoffgehalt in dem isolierenden Film 116 höher als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung. Zudem ist in dem Film, der bei einer Substrattemperatur im vorstehenden Temperaturbereich ausgebildet wird, die Bindung zwischen Silizium und Sauerstoff schwach; deshalb wird durch eine Wärmebehandlung in einem späteren Schritt ein Teil von Sauerstoff von dem Film abgegeben. Deshalb ist es möglich, einen isolierenden Oxidfilm auszubilden, der Sauerstoff mit einem höheren Anteil enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung und von dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Schritt zum Ausbilden des isolierenden Films 116 der isolierende Film 114 als Schutzfilm für den Oxidhalbleiterfilm 108 dient. Folglich kann der isolierende Film 116 mittels der Hochfrequenzleistung mit einer hohen Leistungsdichte ausgebildet werden, während Schäden an dem Oxidhalbleiterfilm 108 verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei den Abscheidungsbedingungen des isolierenden Films 116 die Menge an Defekten in dem isolierenden Film 116 verringert werden kann, wenn die Durchflussmenge des Silizium enthaltenden Abscheidungsgases im Verhältnis zu dem Oxidationsgas erhöht wird. Als typisches Beispiel kann ein isolierender Oxidfilm ausgebildet werden, bei dem die Menge an Defekten klein ist; das heißt, dass einer ESR-Messung zufolge die Spindichte eines Signals, das bei g = 2,001 erscheint und aus einer offenen Bindung von Silizium stammt, niedriger als 6 × 1017 Spins/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 3 × 1017 Spins/cm3, bevorzugter niedriger als oder gleich 1,5 × 1017 Spins/cm3 ist. Als Ergebnis kann die Zuverlässigkeit des Transistors 100 verbessert werden.
  • Eine Wärmebehandlung (nachstehend als erste Wärmebehandlung bezeichnet) wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem die isolierenden Filme 114 und 116 ausgebildet worden sind. Die erste Wärmebehandlung kann Stickstoffoxid verringern, das in den isolierenden Filmen 114 und 116 enthalten ist. Durch die erste Wärmebehandlung kann ein Teil von Sauerstoff, der in den isolierenden Filmen 114 und 116 enthalten ist, zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandern, so dass die Menge an Sauerstofffehlstellen, die in dem Oxidhalbleiterfilm 108 enthalten sind, verringert werden kann.
  • Die Temperatur der ersten Wärmebehandlung ist typischerweise niedriger als 400°C, bevorzugt niedriger als 375°C, bevorzugter höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 350°C. Die erste Wärmebehandlung kann in einer Atmosphäre aus Stickstoff, Sauerstoff, ultratrockener Luft (Luft, bei der der Wassergehalt 20 ppm oder weniger, bevorzugt 1 ppm oder weniger, bevorzugter 10 ppb oder weniger beträgt) oder einem Edelgas (Argon, Helium und dergleichen) durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass ein Elektroofen, schnelle thermische Ausheilung bzw. Rapid Thermal Annealing (RTA) oder dergleichen für die Wärmebehandlung verwendet werden kann, wobei vorzugsweise kein Wasserstoff, kein Wasser oder dergleichen in dem Stickstoff, dem Sauerstoff, der ultratrockenen Luft oder einem Edelgas enthalten ist.
  • Anschließend wird eine Maske durch einen Lithographieprozess über dem isolierenden Film 116 ausgebildet, und ein Öffnungsabschnitt 152a wird in gewünschten Bereichen der isolierenden Filme 114 und 116 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Öffnungsabschnitt 152a derart ausgebildet wird, dass er den leitenden Film 112b erreicht (siehe 10C und 10D).
  • Anschließend wird ein Oxidhalbleiterfilm 120 über dem isolierenden Film 116 ausgebildet, um den Öffnungsabschnitt 152a zu bedecken (siehe 10E und 10F sowie 11A und 11B).
  • 10E und 10F sind schematische Querschnittsansichten, die einen Innenteil einer Abscheidungsvorrichtung beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 120 über dem isolierenden Film 116 zeigen. In 10E und 10F wird eine Sputtervorrichtung als Abscheidungsvorrichtung verwendet, und es sind ein Target 193, das innerhalb der Sputtervorrichtung platziert ist, und Plasma 194, das unter dem Target 193 gebildet wird, in schematischer Weise gezeigt.
  • Wenn der Oxidhalbleiterfilm 120 ausgebildet wird, wird eine Plasmaentladung in einer Atmosphäre, die ein drittes Sauerstoffgas enthält, durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird dem isolierenden Film 116, über dem der Oxidhalbleiterfilm 120 ausgebildet wird, Sauerstoff zugesetzt. Wenn der Oxidhalbleiterfilm 120 ausgebildet wird, können ein Inertgas (z. B. ein Heliumgas, ein Argongas oder ein Xenongas) und das dritte Sauerstoffgas vermischt werden. Beispielsweise werden vorzugsweise das Argongas und das dritte Sauerstoffgas mit der Durchflussmenge verwendet, die höher ist als die Durchflussmenge des Argongases. Wenn die Durchflussmenge des dritten Sauerstoffgases höher eingestellt wird, kann dem isolierenden Film 116 Sauerstoff vorteilhaft zugesetzt werden. Als Beispiel für die Bildungsbedingungen des Oxidhalbleiterfilms 120 ist der Anteil des dritten Sauerstoffgases im gesamten Abscheidungsgas höher als oder gleich 50% und niedriger als oder gleich 100%, bevorzugt höher als oder gleich 80% und niedriger als oder gleich 100%.
  • In 10E und 10F ist Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff, der dem isolierenden Film 116 zugesetzt wird, schematisch durch gestrichelte Pfeile gezeigt.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 120 wird bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als 340°C, bevorzugt höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 300°C, bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 250°C, noch bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 200°C ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm 120 wird ausgebildet, während er dabei erwärmt wird, so dass die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 120 erhöht werden kann. Andererseits könnte in dem Fall, in dem ein großes Glassubstrat (z. B. dasjenige der sechsten Generation bis der zehnten Generation) als Substrat 102 verwendet wird und der Oxidhalbleiterfilm 120 bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 150°C und niedriger als 340°C ausgebildet wird, das Substrat 102 verformt (verzerrt oder gebogen) werden. In dem Fall, in dem ein großes Glassubstrat verwendet wird, kann die Verformung des Glassubstrats unterdrückt werden, indem der Oxidhalbleiterfilm 120 bei einer Substrattemperatur von höher als oder gleich 100°C und niedriger als 150°C ausgebildet wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Oxidhalbleiterfilm 120 durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 1:3:6 [Atomverhältnis]) ausgebildet. Die Substrattemperatur, bei der der Oxidhalbleiterfilm 120 ausgebildet wird, wird auf 170°C eingestellt. Als Abscheidungsgas zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 120 wird ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm verwendet.
  • Als Oxidhalbleiterfilm 120 kann der oben beschriebene Oxidhalbleiterfilm (mit einem Atomverhältnis von z. B. In:Ga:Zn = 1:1:1, In:Ga:Zn = 1:3:2, In:Ga:Zn = 1:3:4, In:Ga:Zn = 1:3:6, In:Ga:Zn = 3:1:2 oder In:Ga:Zn = 4:2:3) verwendet werden.
  • Anschließend wird der Oxidhalbleiterfilm 120 zu einer gewünschten Form verarbeitet, so dass die inselförmigen Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b ausgebildet werden (siehe 11C und 11D).
  • Anschließend wird der isolierende Film 118 über dem isolierenden Film 116 sowie den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b ausgebildet (siehe 11E und 11F).
  • Der isolierende Film 118 enthält Wasserstoff und/oder Stickstoff. Als isolierender Film 118 wird zum Beispiel vorzugsweise ein Siliziumnitridfilm verwendet. Der isolierende Film 118 kann beispielsweise durch ein Sputterverfahren oder ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden. In dem Fall, in dem der isolierende Film 118 beispielsweise durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet wird, ist die Substrattemperatur niedriger als 400°C, bevorzugt niedriger als 375°C, bevorzugter höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 350°C. Die Substrattemperatur, bei der der isolierende Film 118 ausgebildet wird, liegt vorzugsweise im vorstehenden Bereich, da ein dichter Film ausgebildet werden kann. Darüber hinaus kann dann, wenn die Substrattemperatur, bei der der isolierende Film 118 ausgebildet wird, im vorstehenden Bereich liegt, Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff von den isolierenden Filmen 114 und 116 zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandern.
  • Nachdem der isolierende Film 118 ausgebildet worden ist, kann eine Wärmebehandlung, die der ersten Wärmebehandlung ähnlich ist (nachstehend als zweite Wärmebehandlung bezeichnet), durchgeführt werden. Wenn beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 120 eine derartige Wärmebehandlung bei niedriger als 400°C, bevorzugt niedriger als 375°C, bevorzugter höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 350°C nach dem Zusatz von Sauerstoff zu dem isolierenden Film 116 durchgeführt wird, kann Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff von dem isolierenden Film 116 zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 (besonders zu dem Oxidhalbleiterfilm 108b) wandern und Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 108 kompensieren.
  • Sauerstoff, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandert, wird anhand von 12A und 12B beschrieben. 12A und 12B sind Modelldarstellungen von Sauerstoff, der aufgrund der Substrattemperatur beim Ausbilden des isolierenden Films 118 (typischerweise niedriger als 375°C) oder aufgrund der zweiten Wärmebehandlung nach dem Ausbilden des isolierenden Films 118 (typischerweise niedriger als 375°C) zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandert. In 12A und 12B ist Sauerstoff (Sauerstoffradikale, Sauerstoffatome oder Sauerstoffmoleküle) in dem Oxidhalbleiterfilm 108 durch gestrichelte Pfeile gezeigt.
  • In dem Oxidhalbleiterfilm 108 in 12A und 12B werden Sauerstofffehlstellen mit Sauerstoff kompensiert, der von Filmen in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 108 (hier von dem isolierenden Film 107 und dem isolierenden Film 114) wandert. Bei der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der isolierende Film 107 insbesondere einen Sauerstoffüberschussbereich auf, da beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108b durch Sputtern ein Sauerstoffgas verwendet wird und dem isolierenden Film 107 Sauerstoff zugesetzt wird. Außerdem weist der isolierende Film 116 einen Sauerstoffüberschussbereich auf, da beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 120 durch Sputtern ein Sauerstoffgas verwendet wird und dem isolierenden Film 116 Sauerstoff zugesetzt wird. In dem Oxidhalbleiterfilm 108 zwischen den isolierenden Filmen, die die Sauerstoffüberschussbereiche aufweisen, können Sauerstofffehlstellen vorteilhaft kompensiert werden.
  • Des Weiteren ist der isolierende Film 106 unter dem isolierenden Film 107 bereitgestellt, und der isolierende Film 118 ist über den isolierenden Filmen 114 und 116 bereitgestellt. Wenn die isolierenden Filme 106 und 118 unter Verwendung eines Materials mit niedriger Sauerstoffdurchlässigkeit, z. B. Siliziumnitrid, ausgebildet werden, kann Sauerstoff, der in den isolierenden Filmen 107, 114 und 116 enthalten ist, auf der Seite des Oxidhalbleiterfilms 108 eingeschlossen werden; daher kann Sauerstoff vorteilhaft zu dem Oxidhalbleiterfilm 108 wandern.
  • Der isolierende Film 118 enthält Wasserstoff und/oder Stickstoff. Wasserstoff und/oder Stickstoff werden/wird daher den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b in Kontakt mit dem ausgebildeten isolierenden Film 118 zugesetzt, so dass die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b eine hohe Ladungsträgerdichte aufweisen und als leitende Oxidfilme dienen können.
  • In dem Fall, in dem ein Siliziumnitridfilm durch ein PECVD-Verfahren als isolierender Film 118 ausgebildet wird, werden vorzugsweise ein Abscheidungsgas, das Silizium enthält, Stickstoff und Ammoniak als Quellengas verwendet. Es wird eine kleine Menge an Ammoniak im Vergleich zu der Menge an Stickstoff verwendet, wodurch Ammoniak im Plasma dissoziiert wird und aktivierte Spezies erzeugt werden. Die aktivierten Spezies brechen eine Bindung zwischen Silizium und Wasserstoff, welche in einem Silizium enthaltenden Abscheidungsgas enthalten sind, sowie eine Dreifachbindung zwischen Stickstoffmolekülen. Das hat zur Folge, dass ein dichter Siliziumnitridfilm ausgebildet werden kann, der geringe Defekte aufweist und in dem Bindungen zwischen Silizium und Stickstoff gefördert werden und Bindungen zwischen Silizium und Wasserstoff gering sind. Andererseits werden dann, wenn die Menge an Ammoniak im Verhältnis zu Stickstoff groß ist, der Abbau eines Silizium enthaltenden Abscheidungsgases und der Abbau von Stickstoff nicht gefördert, so dass ein undichter bzw. grober Siliziumnitridfilm ausgebildet wird, in dem Bindungen zwischen Silizium und Wasserstoff verbleiben und Defekte zugenommen haben. Bei dem Quellengas wird deshalb die Durchflussmenge von Stickstoff bevorzugt auf das 5-Fache oder mehr und das 50-Fache oder weniger, bevorzugter das 10-Fache oder mehr und das 50-Fache oder weniger der Durchflussmenge von Ammoniak eingestellt.
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung als isolierender Film 118 ausgebildet, wobei Silan, Stickstoff und Ammoniak als Quellengas verwendet werden. Die Durchflussmenge von Silan beträgt 50 sccm, die Durchflussmenge von Stickstoff beträgt 5000 sccm und die Durchflussmenge von Ammoniak beträgt 100 sccm. Der Druck in der Behandlungskammer beträgt 100 Pa, die Substrattemperatur beträgt 350°C, und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W wird mittels einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle parallelen Plattenelektroden zugeführt. Es sei angemerkt, dass es sich bei der PECVD-Vorrichtung um eine Parallelplatten-PECVD-Vorrichtung handelt, bei der die Elektrodenfläche 6000 cm2 beträgt, und dass die Leistung pro Flächeneinheit (Leistungsdichte), in die die zugeführte Leistung umgerechnet wird, 1,7 × 10–1 Wcm2 beträgt.
  • Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b Wasserstoff oder Stickstoff von dem isolierenden Film 118 zugesetzt wird, um die Ladungsträgerdichte der Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b zu erhöhen; jedoch ist ein Verfahren zum Erhöhen der Ladungsträgerdichte der Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine Behandlung zum Zusetzen eines Verunreinigungselementes zu den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b durchgeführt werden, um die Ladungsträgerdichte der Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b zu erhöhen.
  • Typische Beispiele für das Verunreinigungselement sind Wasserstoff, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Fluor, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor und Edelgaselemente. Typische Beispiele für Edelgaselemente sind Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Wenn das Verunreinigungselement dem Oxidhalbleiterfilm zugesetzt wird, wird eine Bindung zwischen einem Metallelement und Sauerstoff in dem Oxidhalbleiterfilm getrennt, wodurch eine Sauerstofffehlstelle gebildet wird. Alternativ wird dann, wenn das Verunreinigungselement dem Oxidhalbleiterfilm zugesetzt wird, Sauerstoff, der an ein Metallelement in dem Oxidhalbleiterfilm gebunden ist, an das Verunreinigungselement gebunden, und der Sauerstoff wird von dem Metallelement gelöst, wodurch eine Sauerstofffehlstelle gebildet wird. Als Ergebnis wird die Ladungsträgerdichte in dem Oxidhalbleiterfilm erhöht, und der Oxidhalbleiterfilm weist eine höhere Leitfähigkeit auf.
  • Durch den vorstehenden Prozess kann der in 1C und 1D dargestellte Transistor 100 hergestellt werden.
  • Im gesamten Herstellungsprozess des Transistors 100 ist die Substrattemperatur bevorzugt niedriger als 400°C, bevorzugter niedriger als 375°C, noch bevorzugter höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 350°C, da die Verformung (Verzerrung oder Biegung) des Substrats verringert werden kann, auch wenn ein großes Substrat verwendet wird. Als typische Beispiele für einen Schritt, in dem die Substrattemperatur im Herstellungsprozess des Transistors 100 erhöht wird, wird das Folgende angegeben: die Substrattemperatur beim Ausbilden der isolierenden Filme 106 und 107 (niedriger als 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 350°C), die Substrattemperatur beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 108 (höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als 340°C, bevorzugt höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 200°C, bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als 150°C), die Substrattemperatur beim Ausbilden der isolierenden Filme 116 und 118 (niedriger als 400°C, bevorzugt niedriger als 375°C, bevorzugter höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 350°C) und die erste Wärmebehandlung oder die zweite Wärmebehandlung (niedriger als 400°C, bevorzugt niedriger als 375°C, bevorzugter höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 350°C).
  • Die Struktur und das Verfahren, welche bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, können implementiert werden, indem sie nach Bedarf mit einer/einem beliebigen der anderen Strukturen und Verfahren kombiniert werden, welche bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Struktur eines Oxidhalbleiters und dergleichen anhand von 17A bis 17D, 18A bis 18D, 19A bis 19C, 20A und 20B, 21, 22, 23A bis 23C, 24A bis 24F, 25A bis 25G sowie 26A bis 26G beschrieben.
  • <2-1. Struktur eines Oxidhalbleiters>
  • Ein Oxidhalbleiter wird in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und in einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter unterteilt. Beispiele für einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis-aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen nanokristallinen Oxidhalbleiter (nanocrystalline oxide semiconductor, nc-OS), einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-ähnlichen OS) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
  • Von einer anderen Perspektive aus gesehen, wird ein Oxidhalbleiter in einen amorphen Oxidhalbleiter und in einen kristallinen Oxidhalbleiter unterteilt. Beispiele für einen kristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen einkristallinen Oxidhalbleiter, einen CAAC-OS, einen polykristallinen Oxidhalbleiter und einen nc-OS.
  • Es ist bekannt, dass eine amorphe Struktur im Allgemeinen wie folgt definiert ist: Sie ist metastabil, nicht fixiert und isotrop und weist keine ungleichmäßige Struktur auf. Mit anderen Worten: Eine amorphe Struktur weist einen flexiblen Bindungswinkel und eine Nahordnung aber keine Fernordnung auf.
  • Dies bedeutet, dass man einen grundsätzlich stabilen Oxidhalbleiter nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen kann. Außerdem kann man einen Oxidhalbleiter, der nicht isotrop ist (z. B. einen Oxidhalbleiter, der in einem mikroskopischen Bereich eine periodische Struktur aufweist) nicht als vollständig amorphen Oxidhalbleiter ansehen. Es sei angemerkt, dass ein a-ähnlicher OS, obwohl er in einem mikroskopischen Bereich eine periodische Struktur aufweist, gleichzeitig einen Hohlraum bzw. Void enthält und eine instabile Struktur aufweist. Aus diesem Grund weist ein a-ähnlicher OS physikalische Eigenschaften auf, die denjenigen eines amorphen Oxidhalbleiters ähnlich sind.
  • Als Oxidhalbleiterfilm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter den oben beschriebenen Oxidhalbleitern ein CAAC-OS im Besonderen bevorzugt. Wenn ein CAAC-OS als Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, kann die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms erhöht werden, und Verunreinigungen, Sauerstofffehlstellen oder die Dichte der Defektzustände in dem Oxidhalbleiterfilm können/kann verringert werden.
  • <2-2. CAAC-OS>
  • Zuerst wird ein CAAC-OS beschrieben.
  • Ein CAAC-OS ist einer der Oxidhalbleiter, die eine Vielzahl von Kristallteilen (auch als Pellets bezeichnet) mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen.
  • In einem kombinierten Analysebild (auch als hochauflösendes TEM-Bild bezeichnet) aus einem Hellfeldbild und einem Beugungsbild eines CAAC-OS, das mit einem TEM aufgenommen wird, kann eine Vielzahl von Pellets beobachtet werden. Im hochauflösenden TEM-Bild wird jedoch eine Grenze zwischen Pellets, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund der Korngrenze auftritt.
  • Im Folgenden wird ein CAAC-OS beschrieben, der mit TEM beobachtet wird. 17A zeigt ein hochauflösendes TEM-Bild eines Querschnitts des CAAC-OS, der aus einer Richtung betrachtet wird, die im Wesentlichen parallel zur Probenfläche ist. Das hochauflösende TEM-Bild wird mittels einer Funktion zum Korrigieren der sphärischen Aberration erhalten. Das hochauflösende TEM-Bild, das mittels einer Funktion zum Korrigieren 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.
  • 17B ist ein vergrößertes Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild eines Bereichs (1) in 17A. 17B zeigt, dass Metallatome in einem Pellet geschichtet angeordnet sind. Jede Metallatomlage weist eine Konfiguration auf, die eine Unebenheit einer Oberfläche, über der der CAAC-OS ausgebildet ist (die Oberfläche wird nachstehend als Bildungsfläche bezeichnet), oder der Oberseite des CAAC-OS widerspiegelt, und jede Metallatomlage ist parallel zur Bildungsfläche oder Oberseite des CAAC-OS angeordnet.
  • Der CAAC-OS weist, wie in 17B gezeigt, eine charakteristische Atomanordnung auf. Die charakteristische Atomanordnung wird durch eine Hilfslinie in 17C dargestellt. Aus 17B und 17C wird festgestellt, dass die Größe eines Pellets ungefähr 1 nm bis 3 nm ist und dass die Größe eines Abstandes, der durch die Neigung der Pellets hervorgerufen ist, ungefähr 0,8 nm beträgt. Deshalb kann das Pellet auch als Nanokristall (nc) bezeichnet werden. Des Weiteren kann der CAAC-OS auch als Oxidhalbleiter bezeichnet werden, der Nanokristalle mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned nanocrystals, CANC) enthält.
  • Anhand der Cs-korrigierten hochauflösenden TEM-Bilder wird hier die schematische Anordnung von Pellets 5100 eines CAAC-OS über einem Substrat 5120 als solche Struktur dargestellt, bei der Ziegel oder Blöcke übereinander angeordnet sind (siehe 17D). Der Teil, in dem sich die Pellets wie in 17C beobachtet neigen, entspricht einem Bereich 5161, der in 17D gezeigt ist.
  • 18A zeigt ein Cs-korrigiertes hochauflösendes TEM-Bild einer Ebene des CAAC-OS, der aus einer Richtung betrachtet wird, die im Wesentlichen senkrecht zur Probenfläche ist. 18B, 18C und 18D sind vergrößerte Os-korrigierte hochauflösende TEM-Bilder der jeweiligen Bereiche (1), (2) und (3) in 18A. 18B, 18C und 18D 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 XRD analysiert wird. Wenn beispielsweise die Struktur eines CAAC-OS, der einen InGaZnO4-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren bzw. Außer-der-Ebene-Verfahren analysiert wird, erscheint ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von ungefähr 31°, wie in 19A gezeigt. Dieser Peak ist der (009)-Ebene des InGaZnO4-Kristalls zugeordnet, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen und dass die c-Achsen in einer Richtung ausgerichtet sind, die im Wesentlichen senkrecht zur Bildungsfläche oder Oberseite des CAAC-OS ist.
  • 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 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 der Strukturanalyse des CAAC-OS durch ein In-Plane-Verfahren bzw. In-der-Ebene-Verfahren, bei dem ein Röntgenstrahl in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zur c-Achse ist, auf eine Probe einfällt, 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 19B gezeigt, kein deutlicher Peak beobachtet, wenn eine Analyse (ϕ-Scan) durchgeführt wird, wobei 2ϕ auf ungefähr 56° festgelegt wird und die Probe um einen Normalenvektor der Probenfläche als Achse (ϕ-Achse) gedreht wird. Im Gegensatz dazu werden im Falle eines einkristallinen InGaZnO4-Oxidhalbleiters, wie in 19C gezeigt, sechs Peaks, die den Kristallebenen zugeordnet sind, die der (110)-Ebene gleich sind, beobachtet, wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf ungefähr 56° festgelegt wird. Dementsprechend zeigt die Strukturanalyse mit XRD, dass die Richtungen der a-Achsen und 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 bzw. Strahldurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die parallel zur Probenfläche ist, auf einen CAAC-OS mit einem InGaZnO4-Kristall einfällt, kann ein in 20A gezeigtes Beugungsbild (auch als Transmissionselektronenbeugungsbild im ausgewählten Bereich bezeichnet) erhalten werden. Dieses Beugungsbild weist Punkte auf, die der (009)-Ebene eines InGaZnO4-Kristalls zugeordnet sind. 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 zur Bildungsfläche oder Oberseite des CAAC-OS ist. Wohingegen zeigt 20B ein Beugungsbild, das erhalten wird, indem ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die senkrecht zur Probenfläche ist, auf dieselbe Probe einfällt. Wie in 20B gezeigt, wird ein ringförmiges Beugungsbild beobachtet. Daher deutet auch die Elektronenbeugung darauf hin, dass die a-Achsen und b-Achsen der Pellets, die in dem CAAC-OS enthalten sind, keine regelmäßige Ausrichtung aufweisen. Es wird davon ausgegangen, dass der erste Ring in 20B der (010)-Ebene, der (100)-Ebene und dergleichen des InGaZn04-Kristalls zugeordnet ist. Es wird davon ausgegangen, dass der zweite Ring in 20B der (110)-Ebene und dergleichen zugeordnet 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. Dies bedeutet, dass der CAAC-OS eine kleine Menge an Verunreinigungen und Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen) aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass mit der Verunreinigung ein Element gemeint ist, das sich von den Hauptbestandteilen des Oxidhalbleiters unterscheidet, wie beispielsweise Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium oder ein Übergangsmetallelement. Beispielsweise extrahiert ein Element (insbesondere Silizium oder dergleichen), das eine höhere Bindungsstärke an Sauerstoff aufweist als ein in einem Oxidhalbleiter enthaltenes Metallelement, Sauerstoff aus dem Oxidhalbleiter, was eine Unordnung der Atomanordnung und eine verringerte Kristallinität des Oxidhalbleiters zur Folge hat. Ein Schwermetall, wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlendioxid oder dergleichen weist einen großen Atomradius (oder Molekülradius) auf und stört daher die Atomanordnung des Oxidhalbleiters und reduziert die Kristallinität.
  • Die Eigenschaften eines Oxidhalbleiters, der Verunreinigungen oder Defekte aufweist, könnten durch Licht, Hitze oder dergleichen verändert werden. Verunreinigungen, die in dem Oxidhalbleiter enthalten sind, könnten beispielsweise als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen dienen. Darüber hinaus dienen Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiter als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen, wenn Wasserstoff darin eingefangen wird.
  • Es handelt sich bei dem CAAC-OS, der eine kleine Menge an Verunreinigungen und Sauerstofffehlstellen aufweist, um einen Oxidhalbleiter mit niedriger Ladungsträgerdichte (insbesondere 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). Ein derartiger Oxidhalbleiter wird als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter bezeichnet. Ein CAAC-OS weist eine niedrige Verunreinigungskonzentration und eine niedrige Dichte der Defektzustände auf. Deshalb kann der CAAC-OS als Oxidhalbleiter mit stabilen Eigenschaften bezeichnet werden.
  • <2-3. nc-OS>
  • Als Nächstes wird ein nc-OS beschrieben.
  • In einem hochauflösenden TEM-Bild weist ein nc-OS einen Bereich, in dem ein Kristallteil beobachtet wird, und einen Bereich auf, in dem ein Kristallteil nicht deutlich beobachtet wird. In den meisten Fällen ist die Größe eines Kristallteils, der in dem nc-OS enthalten ist, größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, oder größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm. 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 wird beispielsweise in einigen Fällen eine Korngrenze nicht deutlich beobachtet. Es sei angemerkt, dass eine Möglichkeit besteht, dass der Ursprung des Nanokristalls gleich demjenigen eines Pellets in einem CAAC-OS ist. Ein Kristallteil des nc-OS kann deshalb in der nachfolgenden Beschreibung als Pellet bezeichnet werden.
  • In dem nc-OS weist ein mikroskopischer Bereich (zum Beispiel ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, im Besonderen ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm) eine periodische Atomanordnung auf. Es gibt keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS. Daher ist die Ausrichtung des gesamten Films nicht in Ordnung. Deshalb kann man 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 eine Kristallebene zeigt. Außerdem wird ein Beugungsbild wie ein Halo-Muster (halo pattern) beobachtet, wenn der nc-OS einer Elektronenbeugung mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser (z. B. 50 nm oder größer) unterzogen wird, der größer ist als die Größe eines Pellets. Wohingegen erscheinen Punkte in einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS, wenn ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser, der nahe der oder kleiner als die Größe eines Pellets ist, verwendet wird. Außerdem werden in einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS in einigen Fällen Bereiche mit hoher Leuchtdichte in Kreisform (Ringform) gezeigt. In einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS wird in einigen Fällen auch eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich gezeigt.
  • Da es, wie zuvor erwähnt, keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen den Pellets (Nanokristallen) gibt, kann der nc-OS auch als Oxidhalbleiter, der zufällig ausgerichtete Nanokristalle (random aligned nanocrystals, RANC) enthält, oder als Oxidhalbleiter bezeichnet werden, der nicht ausgerichtete Nanokristalle (non-aligned nanocrystals, NANC) enthält.
  • Es handelt sich bei dem nc-OS um einen Oxidhalbleiter, der im Vergleich zu einem amorphen Oxidhalbleiter eine hohe Regelmäßigkeit aufweist. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass der nc-OS eine niedrigere Dichte der Defektzustände aufweist als ein a-ähnlicher OS und ein amorpher Oxidhalbleiter. Es sei angemerkt, dass es keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen verschiedenen Pellets in dem nc-OS gibt. Daher weist der nc-OS eine höhere Dichte der Defektzustände auf als der CAAC-OS.
  • <2-4. a-ähnlicher OS>
  • Ein a-ähnlicher OS weist eine Struktur auf, die zwischen den Strukturen des nc-OS und des amorphen Oxidhalbleiters liegt.
  • In einem hochauflösenden TEM-Bild des a-ähnlichen OS kann ein Hohlraum beobachtet werden. Darüber hinaus gibt es in dem hochauflösenden TEM-Bild einen Bereich, in dem ein Kristallteil deutlich beobachtet wird, und einen Bereich, in dem kein Kristallteil beobachtet wird.
  • Der a-ähnliche OS weist eine instabile Struktur auf, da er einen Hohlraum enthält. Um nachzuweisen, dass ein a-ähnlicher OS im Vergleich zu einem CAAC-OS und einem nc-OS eine instabile Struktur aufweist, wird nachstehend eine durch Elektronenbestrahlung hervorgerufene 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 hergestellt, die einer Elektronenbestrahlung unterzogen werden. Es handelt sich bei jeder der Proben um 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 es wie folgt bestimmt wird, welcher Teil als Kristallteil angesehen wird. Es 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 der c-Achsenrichtung übereinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den benachbarten Schichten gleicht dem Gitterabstand (auch als d-Wert bzw. d-Value bezeichnet) auf der (009)-Ebene. Der Wert berechnet sich aus einer Kristallstrukturanalyse zu 0,29 nm. Daher wird ein Abschnitt, in dem der Gitterabstand 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. Jede Gitter-Randzone entspricht der a-b-Ebene des InGaZnO4-Kristalls.
  • 21 zeigt die Veränderung der durchschnittlichen Größe von Kristallteilen (an 22 Punkten bis 45 Punkten) in jeder Probe. Es sei angemerkt, dass die Größe eines Kristallteils der Länge einer Gitter-Randzone entspricht. 21 deutet darauf hin, dass die Größe eines Kristallteils in dem a-ähnlichen OS mit einer Zunahme der kumulativen Elektronendosis zunimmt. Insbesondere wächst, wie durch (1) in 21 gezeigt, ein Kristallteil, der am Anfang der TEM-Beobachtung ungefähr 1,2 nm misst (der Kristallteil wird auch als ursprünglicher Kern bezeichnet), bis zu einer Größe von ungefähr 2,6 nm bei einer kumulativen Elektronendosis von 4,2 × 108 e–/nm2. Im Gegensatz dazu verändert sich die Größe eines Kristallteils in dem nc-OS und dem CAAC-OS nur in geringem Maße vom Anfang der Elektronenbestrahlung bis zu einer kumulativen Elektronendosis von 4,2 × 108 e–/nm2. Insbesondere betragen, wie durch (2) und (3) in 21 gezeigt, die durchschnittlichen Kristallgrößen in einem nc-OS und einem CAAC-OS ungefähr 1,4 nm bzw. ungefähr 2,1 nm, unabhängig von der kumulativen Elektronendosis.
  • Auf diese Weise wird das Wachstum des Kristallteils in dem a-ähnlichen OS durch Elektronenbestrahlung angeregt. In dem nc-OS und dem CAAC-OS wird im Gegensatz dazu das Wachstum des Kristallteils durch Elektronenbestrahlung kaum angeregt. Deshalb weist der a-ähnliche OS im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS eine instabile Struktur auf.
  • Der a-ähnliche OS weist eine niedrigere Dichte auf als der nc-OS und der CAAC-OS, da er einen Hohlraum enthält. Die Dichte des a-ähnlichen OS ist insbesondere höher als oder gleich 78,6% und niedriger als 92,3% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Die Dichte des nc-OS und diejenige des CAAC-OS sind jeweils höher als oder gleich 92,3% und niedriger als 100% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gleichen Zusammensetzung. Es sei angemerkt, dass es schwierig ist, einen Oxidhalbleiter mit einer Dichte abzuscheiden, die niedriger als 78% der Dichte des einkristallinen Oxidhalbleiters ist.
  • Im Falle eines Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 beträgt beispielsweise die Dichte von einkristallinem InGaZnO4 mit einer rhomboedrischen Kristallstruktur 6,357 g/cm3. Dementsprechend ist im Falle des Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 die Dichte des a-ähnlichen OS höher als oder gleich 5,0 g/cm3 und niedriger als 5,9 g/cm3. Im Falle des Oxidhalbleiters mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 sind beispielsweise die Dichte des nc-OS und diejenige des CAAC-OS jeweils höher als oder gleich 5,9 g/cm3 und niedriger als 6,3 g/cm3.
  • Es sei angemerkt, dass eine Möglichkeit besteht, dass ein Oxidhalbleiter mit einer gewissen Zusammensetzung nicht in einer einkristallinen Struktur existieren kann. In diesem Fall werden einkristalline Oxidhalbleiter mit unterschiedlichen Zusammensetzungen in einem angemessenen Verhältnis kombiniert, was es ermöglicht, die Dichte zu berechnen, die derjenigen eines einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gewünschten Zusammensetzung gleicht. Die Dichte eines einkristallinen Oxidhalbleiters mit der gewünschten Zusammensetzung kann aus einem gewichteten Durchschnitt entsprechend dem Kombinationsverhältnis der einkristallinen Oxidhalbleiter mit unterschiedlichen Zusammensetzungen berechnet werden. Es sei angemerkt, dass vorzugsweise möglichst wenige Arten von einkristallinen Oxidhalbleitern für die Berechnung der Dichte verwendet 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 der folgenden Oxidhalbleiter enthält: einen amorphen Oxidhalbleiter, einen a-ähnlichen OS, einen nc-OS und einen CAAC-OS.
  • <2-5. Bildungsverfahren eines CAAC-OS>
  • Im Folgenden wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausbilden eines CAAC-OS beschrieben.
  • 22 ist eine schematische Innenansicht einer Filmbildungskammer. Der CAAC-OS kann durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden.
  • Wie in 22 gezeigt, sind ein Substrat 5220 und ein Target 5230 einander zugewandt angeordnet. Plasma 5240 wird zwischen dem Substrat 5220 und dem Target 5230 erzeugt. Ein Heizmechanismus 5260 befindet sich unter dem Substrat 5220. Das Target 5230 ist an einer Grundplatte (backing plate) befestigt (in der Zeichnung nicht dargestellt). Eine Vielzahl von Magneten ist dem Target 5230 zugewandt angeordnet, wobei die Grundplatte dazwischen positioniert ist. Ein Sputterverfahren, bei dem die Abscheidungsrate unter Nutzung eines Magnetfeldes von Magneten erhöht wird, wird als Magnetron-Sputterverfahren bezeichnet.
  • Der Abstand d zwischen dem Substrat 5220 und dem Target 5230 (auch als Target-Substrat-Abstand (T-S-Abstand) bezeichnet) ist größer als oder gleich 0,01 m und kleiner als oder gleich 1 m, bevorzugt größer als oder gleich 0,02 m und kleiner als oder gleich 0,5 m. Die Abscheidungskammer ist größtenteils mit einem Abscheidungsgas (z. B. einem Sauerstoffgas, einem Argongas oder einem Gasgemisch, das 5 Vol-% oder mehr Sauerstoff enthält) gefüllt, und der Druck in der Abscheidungskammer wird auf höher als oder gleich 0,01 Pa und niedriger als oder gleich 100 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 0,1 Pa und niedriger als oder gleich 10 Pa gesteuert. Hier beginnt ein Entladen, indem eine Spannung mit einem gewissen Wert oder höher an das Target 5230 angelegt wird, und das Plasma 5240 wird beobachtet. Das Magnetfeld bildet einen Plasmabereich mit hoher Dichte in der Nähe des Targets 5230. In dem Plasmabereich mit hoher Dichte wird das Abscheidungsgas ionisiert, so dass ein Ion 5201 erzeugt wird. Beispiele für das Ion 5201 umfassen ein Sauerstoffkation (O+) und ein Argonkation (Ar+).
  • Hier weist das Target 5230 eine polykristalline Struktur auf, die eine Vielzahl von Kristallkörnern enthält und bei der eine Spaltfläche in einem der Kristallkörner existiert. 23A bis 23C zeigen beispielhaft eine Kristallstruktur von InMZnO4 (das Element M ist beispielsweise Al, Ga, Y oder Sn), der in dem Target 5230 enthalten ist. Es sei angemerkt, dass es sich bei der in 23A gezeigten Kristallstruktur um InMZnO4 handelt, welches aus einer Richtung parallel zur a-b-Achse betrachtet wird. In dem InMZnO4-Kristall sind Sauerstoffatome negativ aufgeladen, wodurch eine Abstoßungskraft zwischen den zwei benachbarten M-Zn-O-Schichten erzeugt wird. Folglich weist der InMZnO4-Kristall eine Spaltfläche zwischen den zwei benachbarten M-Zn-O-Schichten auf.
  • Das Ion 5201, das in dem Plasmabereich mit hoher Dichte erzeugt wird, wird durch ein elektrisches Feld zur Seite des Targets 5230 hin beschleunigt und kollidiert dann mit dem Target 5230. Dabei wird das Pellet 5200, das ein flaches plattenförmiges oder pelletförmiges gesputtertes Teilchen ist, von der Spaltfläche abgetrennt (siehe 22). Das Pellet 5200 entspricht einem Abschnitt zwischen den zwei Spaltflächen, die in 23A gezeigt sind. Daher ist dann, wenn das Pellet 5200 beobachtet wird, sein Querschnitt wie in 23B gezeigt, und seine Oberseite ist wie in 23C gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Struktur des Pellets 5200 durch eine Auswirkung der Kollision des Ions 5201 verzerrt werden kann.
  • Es handelt sich bei dem Pellet 5200 um ein flaches plattenförmiges (pelletförmiges) gesputtertes Teilchen mit einer dreieckigen Ebene, z. B. einer Ebene in Form eines gleichseitigen Dreiecks. Alternativ handelt es sich bei dem Pellet 5200 um ein flaches plattenförmiges (pelletförmiges) gesputtertes Teilchen mit einer sechseckigen Ebene, z. B. einer Ebene in Form eines gleichseitigen Sechsecks. Die Form einer flachen Ebene des Pellets 5200 ist jedoch nicht auf ein Dreieck oder ein Sechseck beschränkt. Die flache Ebene kann zum Beispiel eine Form aufweisen, die durch Kombination von zwei oder mehr Dreiecken gebildet wird. Beispielsweise kann ein Viereck (z. B. Rhombus) durch Kombination von zwei Dreiecken (z. B. gleichseitigen Dreiecken) gebildet werden.
  • Die Dicke des Pellets 5200 wird abhängig von der Art des Abscheidungsgases und dergleichen bestimmt. Die Dicke des Pellets 5200 ist beispielsweise größer als oder gleich 0,4 nm und kleiner als oder gleich 1 nm, bevorzugt größer als oder gleich 0,6 nm und kleiner als oder gleich 0,8 nm. Zudem ist die Breite des Pellets 5200 beispielsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 2 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, bevorzugter größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 30 nm. Zum Beispiel kollidiert das Ion 5201 mit dem Target 5230, der das In-M-Zn-Oxid enthält. Dann wird das Pellet 5200 abgetrennt, das drei Schichten umfasst, nämlich eine M-Zn-O-Schicht, eine In-O-Schicht und eine M-Zn-O-Schicht. Es sei angemerkt, dass bei der Abtrennung des Pellets 5200 auch ein Teilchen 5203 von dem Target 5230 gesputtert wird. Das Teilchen 5203 weist ein Atom oder ein Aggregat von mehreren Atomen auf. Daher kann das Teilchen 5203 als Atomteilchen bezeichnet werden.
  • Das Pellet 5200 kann eine Ladung aufnehmen, wenn es das Plasma 5240 passiert, so dass seine Oberflächen negativ oder positiv aufgeladen werden. Beispielsweise nimmt das Pellet 5200 eine negative Ladung von O2– in dem Plasma 5240 auf. Als Ergebnis können Sauerstoffatome an den Oberflächen des Pellets 5200 negativ aufgeladen werden. Zudem wird das Pellet 5200 dann, wenn es das Plasma 5240 passiert, mitunter mit Indium, dem Element M, Zink, Sauerstoff oder dergleichen in dem Plasma 5240 kombiniert, um zu wachsen.
  • Das Pellet 5200 und das Teilchen 5203, welche das Plasma 5240 passiert haben, erreichen die Oberfläche des Substrats 5220. Es sei angemerkt, dass ein Teil des Teilchens 5203 mitunter durch eine Vakuumpumpe oder dergleichen nach außen ausgestoßen werden, weil die Masse des Teilchens 5203 klein ist.
  • Als Nächstes wird eine Abscheidung des Pellets 5200 und des Teilchens 5203 über der Oberfläche des Substrats 5220 anhand von 24A bis 24F beschrieben.
  • Zuerst wird ein erster Pellet 5200 über dem Substrat 5220 abgeschieden. Das Pellet 5200 wird, da es eine flache plattenförmige Form aufweist, derart abgeschieden, dass die flache Ebene der Oberfläche des Substrats 5220 zugewandt ist. Dabei geht eine Ladung an einer Oberfläche des Pellets 5200 auf der Seite des Substrats 5220 durch das Substrat 5220 verloren.
  • Anschließend erreicht ein zweites Pellet 5200 das Substrat 5220. Da eine Oberfläche des ersten Pellets 5200 und eine Oberfläche des zweiten Pellets 5200 aufgeladen sind, stoßen sie einander ab. Als Ergebnis wird die Abscheidung des zweiten Pellets 5200 über dem ersten Pellet 5200 vermieden, und es wird derart abgeschieden, dass seine der Oberfläche des Substrats 5220 zugewandte flache Ebene etwas von dem ersten Pellet 5200 entfernt ist. Durch Wiederholung dieses Prozesses werden Millionen der Pellets 5200 über der Oberfläche des Substrats 5220 abgeschieden, um eine Dicke einer Schicht aufzuweisen. Ein Bereich, in dem kein Pellet 5200 abgeschieden ist, wird zwischen benachbarten Pellets 5200 erzeugt (siehe 24A).
  • Dann erreichen die Teilchen 5203, die Energie vom Plasma aufgenommen haben, die Oberfläche des Substrats 5220. Die Teilchen 5203 können nicht auf einem aktiven Bereich, wie z. B. den Oberflächen der Pellets 5200, abgeschieden werden. Aus diesem Grund wandern die Teilchen 5203 zu Bereichen, in denen kein Pellet 5200 abgeschieden ist, und heften sich an Seitenflächen der Pellets 5200. Da die vorhandenen Bindungen der Teilchen 5203 durch die Energie aktiviert werden, die vom Plasma aufgenommen worden ist, werden die Teilchen 5203 chemisch mit den Pellets 5200 verbunden, um laterale Wachstumsabschnitte 5202 zu bilden (siehe 24B).
  • Die lateralen Wachstumsabschnitte 5202 wachsen dann lateral weiter, so dass die Pellets 5200 miteinander verankert werden (siehe 24C). Auf diese Weise werden die lateralen Wachstumsabschnitte 5202 gebildet, bis sie Bereiche füllen, in denen kein Pellet 5200 abgeschieden ist. Dieser Mechanismus ist einem Abscheidungsmechanismus für ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition, ALD-)Verfahren ähnlich.
  • Auch wenn die abgeschiedenen Pellets 5200 in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind, verursachen die Teilchen 5203 ein laterales Wachstum, um Lücke zwischen den Pellets 5200 zu füllen; daher wird keine deutliche Korngrenze gebildet. Zudem wird, da die Teilchen 5203 die Pellets 5200 gleichmäßig verbinden, eine Kristallstruktur gebildet, die sich von einer einkristallinen Struktur und einer polykristallinen Struktur unterscheidet. Mit anderen Worten: Es wird eine Kristallstruktur gebildet, die eine Verzerrung zwischen sehr kleinen Kristallbereichen (Pellets 5200) aufweist. Es handelt sich bei Bereichen, die die Lücken zwischen den Kristallbereichen füllen, um verzerrte Kristallbereiche, und daher ist es unpassend zu sagen, dass die Bereiche eine amorphe Struktur aufweisen.
  • Anschließend werden neue Pellets 5200 abgeschieden, wobei ihre flache Ebenen der Oberfläche zugewandt sind (siehe 24D). Danach werden die Teilchen 5203 derart abgeschieden, dass Bereiche, in denen kein Pellet 5200 abgeschieden ist, gefüllt werden, wodurch die lateralen Wachstumsabschnitte 5202 gebildet werden (siehe 24E). Auf eine derartige Weise heften sich die Teilchen 5203 an Seitenflächen der Pellets 5200, und die lateralen Wachstumsabschnitte 5202 verursachen ein laterales Wachstum, so dass die Pellets 5200 in der zweiten Schicht miteinander verankert werden (siehe 24F). Die Abscheidung geht weiter, bis die m-te Schicht (m ist eine ganze Zahl von zwei oder mehr) gebildet wird; als Ergebnis wird eine mehrschichtige Dünnschichtstruktur gebildet.
  • Die Abscheidungsart der Pellets 5200 verändert sich entsprechend der Oberflächentemperatur des Substrats 5220 oder dergleichen. Beispielsweise wandern die Pellets 5200 über der Oberfläche des Substrats 5220, wenn die Oberflächentemperatur des Substrats 5220 hoch ist. Als Ergebnis nimmt der Anteil der Pellets 5200 zu, die ohne die Teilchen 5203 direkt miteinander verbunden werden; folglich wird ein CAAC-OS mit hoher Ausrichtung ausgebildet. Die Oberflächentemperatur des Substrats 5220 zum Ausbilden des CAAC-OS ist höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als 340°C, bevorzugt höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 300°C, bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 250°C, noch bevorzugter höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 200°C. Deshalb tritt selbst dann, wenn ein großes Substrat der achten oder höheren Generation als das Substrat 5220 verwendet wird, kaum eine Biegung oder dergleichen infolge der Abscheidung des CAAC-OS auf.
  • Im Gegensatz dazu tritt die Wanderung der Pellets 5200 über dem Substrat 5220 nicht leicht auf, wenn die Oberflächentemperatur des Substrats 5220 niedrig ist. Als Ergebnis werden die Pellets 5200 übereinander angeordnet, um einen nc-OS oder dergleichen mit geringer Ausrichtung auszubilden. In dem nc-OS werden die Pellets 5200 möglicherweise mit gewissen Abständen abgeschieden, da die Pellets 5200 negativ aufgeladen sind. Daher weist der nc-OS nur eine geringe Ausrichtung jedoch eine gewisse Regelmäßigkeit auf, und weist er daher eine dichtere Struktur auf als ein amorpher Oxidhalbleiter.
  • Wenn in einem CAAC-OS Zwischenräume zwischen Pellets sehr klein sind, können die Pellets ein großes Pellet bilden. Die Innenseite des großen Pellets weist eine einkristalline Struktur auf. Die Größe des Pellets kann beispielsweise größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, größer als oder gleich 15 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, oder größer als oder gleich 20 nm und kleiner als oder gleich 50 nm sein, wenn man es von oben betrachtet.
  • Man geht davon aus, dass entsprechend einem derartigen Abscheidungsmodell die Pellets auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Ein CAAC-OS kann abgeschieden werden, auch wenn eine Bildungsfläche keine Kristallstruktur aufweist. Dies deutet darauf hin, dass das oben beschriebene Abscheidungsmodell, d. h. ein Wachstumsmechanismus, der sich von einem epitaktischen Wachstum unterscheidet, eine hohe Gültigkeit aufweist. Zudem kann dank dem oben beschriebenen Abscheidungsmodell ein gleichmäßiger CAAC-OS- oder nc-OS-Film auch über einem großen Glassubstrat oder dergleichen ausgebildet werden. Zum Beispiel kann ein CAAC-OS ausgebildet werden, auch wenn die Oberfläche des Substrats (Bildungsfläche) eine amorphe Struktur (z. B. amorphes Siliziumoxid) aufweist.
  • Zusätzlich sind selbst dann, wenn die Oberfläche des Substrats (Bildungsfläche) eine unebene Form aufweist, die Pellets entsprechend der Form ausgerichtet.
  • Das oben beschriebene Abscheidungsmodell legt nahe, dass ein CAAC-OS mit hoher Kristallinität auf folgende Weise ausgebildet werden kann: Die Abscheidung wird in einem hohen Vakuum durchgeführt, um eine lange mittlere freie Weglänge zu erhalten; die Plasmaenergie wird abgeschwächt, um Schäden an der näheren Umgebung eines Substrats zu verringern; und eine thermische Energie wird an eine Bildungsfläche angelegt, um Schäden aufgrund des Plasmas während der Abscheidung zu reparieren.
  • Das oben beschriebene Abscheidungsmodell kann nicht nur für den Fall, in dem ein Target eine polykristalline Struktur eines Verbundoxids mit einer Vielzahl von Kristallkörnern, wie z. B. eines In-M-Zn-Oxids, aufweist und jeder der Kristallkörner eine Spaltfläche aufweist, sondern auch für den Fall verwendet werden, in dem beispielsweise ein Target einer Mischung, die Indiumoxid, ein Oxid des Elementes M und Zinkoxid enthält, verwendet wird.
  • Da es keine Spaltfläche in einem Target einer Mischung gibt, werden Atomteilchen durch Sputtern von dem Target abgetrennt. Während der Abscheidung wird ein Plasmabereich mit hohem elektrischem Feld nahe an einem Target gebildet. Aufgrund des Plasmabereichs mit hohem elektrischem Feld werden Atomteilchen, die von dem Target abgetrennt worden sind, miteinander verankert, um ein laterales Wachstum zu verursachen. Beispielsweise werden Indiumatome, die Atomteilchen sind, miteinander verankert und verursachen ein laterales Wachstum, um zu einem Nanokristall aus einer In-O-Schicht zu werden, und dann wird eine M-Zn-O-Schicht mit der Ober- und Unterseite der nanokristallinen In-O-Schicht derart verbunden, um die nanokristalline In-O-Schicht zu komplementieren. Auf diese Weise kann ein Pellet ausgebildet werden, auch wenn ein Target einer Mischung verwendet wird. Deshalb kann das oben beschriebene Abscheidungsmodell auch auf den Falle der Verwendung eines Targets einer Mischung angewendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem kein Plasmabereich mit hohem elektrischem Feld nahe an einem Target gebildet wird, nur Atomteilchen, die von den Targets abgetrennt worden sind, auf einer Substratoberfläche abgeschieden werden. In diesem Fall könnte ein laterales Wachstum eines Atomteilchens auf der Substratoberfläche auftreten. Jedoch ist, da die Ausrichtungen von Atomteilchen nicht gleich sind, die Kristallausrichtung in dem resultierenden Dünnfilm ungleichmäßig. Als Ergebnis wird ein nc-OS oder dergleichen erhalten.
  • <2-6. Laterales Wachstum>
  • Die folgende Beschreibung erläutert, dass ein laterales Wachstum auftritt, wenn sich die Teilchen 5203 in lateraler Weise an das Pellet 5200 heften (mit ihm verbunden oder an ihm adsorbiert werden).
  • 25A bis 25E stellen eine des Pellets 5200 und die Positionen dar, an die sich Metallionen heften können. Ein Modell, das als Pellet 5200 angenommen wird, ist ein Clustermodell mit 84 Atomen, die aus einer InMZnO4-Kristallstruktur mit einer konstanten stöchiometrischen Zusammensetzung extrahiert werden. Im Folgenden wird der Fall beschrieben, in dem es sich bei dem Element M um Ga handelt. 25F stellt eine Struktur des Pellets 5200 dar, das in der Richtung parallel zur c-Achse betrachtet wird. 25G stellt eine Struktur des Pellets 5200 dar, das in der Richtung parallel zur a-Achse betrachtet wird.
  • Die Positionen, an die sich Metallionen heften können, werden als Position A, Position B, Position a, Position b und Position c bezeichnet. Die Position A ist ein oberer Teil eines Zwischengitterplatzes, der auf der Oberseite des Pellets 5200 von einem Galliumatom und zwei Zinkatomen umgeben ist. Die Position B ist ein oberer Teil eines Zwischengitterplatzes, der auf der Oberseite des Pellets 5200 von zwei Galliumatomen und einem Zinkatom umgeben ist. Die Position a befindet sich in einem Indiumplatz auf einer Seitenfläche des Pellets 5200. Die Position b befindet sich in einem Zwischengitterplatz zwischen einer In-O-Schicht und einer Ga-Zn-O-Schicht auf einer Seitenfläche des Pellets 5200. Die Position c befindet sich in einem Galliumplatz auf einer Seitenfläche des Pellets 5200.
  • Die relative Energie wurde durch Ab-initio-Berechnung in dem jeweiligen Fall ermittelt, in dem ein Metallion an der angenommenen Position (der Position A, der Position B, der Position a, der Position b oder der Position c) angeordnet ist. Bei der Berechnung wurde die Ab-initio-Berechnungssoftware VASP „Vienna Ab initi Simulation Package” verwendet. Für das Austauschkorrelationspotential wurde eine generalisierte Gradientennäherung (generalized gradient approximation, GGA) vom Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)-Typ verwendet, und für das Ionenpotential wurde eine Methode der projektor-augmentierten Wellen (PAW) verwendet. Die Cut-off-Energie betrug 400 eV, und es wurde Nur-Gamma-k-Punkte-Sampling bzw. Γ-Only-k-Point-Sampling verwendet. Tabelle 2 zeigt die relativen Energien in dem Fall, in dem ein Indiumion (In3+), ein Galliumion (Ga3+) und ein Zinkion (Zn2+) an der Position A, der Position B, der Position a, der Position b und der Position c angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass die relative Energie für einen relativen Wert unter der Bedingung steht, bei der unter den berechneten Modellen die Energie des Modells mit der niedrigsten Energie auf 0 eV eingestellt wird. [Tabelle 2]
    Relative Energie [eV]
    Oberseite des Pellets Seitenfläche des Pellets
    Ion A B a b c
    In3+ 2,1 1,5 0,0 1,8 1,9
    Ga3+ 3,7 3,0 0,6 0,0 3,5
    Zn2+ 2,3 1,8 0,0 0,6 2,9
  • Es wird festgestellt, dass sich jedes Metallion wahrscheinlich eher an die Seitenfläche des Pellets 5200 heftet als an dessen Oberseite. Es wird auch festgestellt, dass sich sowohl ein Zinkion als auch ein Indiumion mit höchster Wahrscheinlichkeit an den Indiumplatz an der Position a heften.
  • Es wurde untersucht, wie leicht sich ein Sauerstoffion (O2–) an das Pellet 5200 heftet. 26A bis 26E stellen eine des Pellets 5200 und die Positionen dar, an die sich Sauerstoffionen heften können. 26F stellt eine Struktur des Pellets 5200 dar, das in der Richtung parallel zur c-Achse betrachtet wird. 26G stellt eine Struktur des Pellets 5200 dar, das in der Richtung parallel zur b-Achse betrachtet wird.
  • Die Positionen, an die sich Sauerstoffionen heften können, werden als Position C, Position D, Position d, Position e und Position f bezeichnet. An der Position C wird ein Sauerstoffion an Gallium auf der Oberseite des Pellets 5200 gebunden. An der Position D wird ein Sauerstoffion an Zink auf der Oberseite des Pellets 5200 gebunden. An der Position d wird ein Sauerstoffion an Indium auf einer Seitenfläche des Pellets 5200 gebunden. An der Position e wird ein Sauerstoffion an Gallium auf einer Seitenfläche des Pellets 5200 gebunden. An der Position f wird ein Sauerstoffion an Zink auf einer Seitenfläche des Pellets 5200 gebunden.
  • Die relative Energie wurde durch Ab-initio-Berechnung in dem jeweiligen Fall ermittelt, in dem ein Sauerstoffion an der angenommenen Position (der Position C, der Position D, der Position d, der Position e oder der Position f) angeordnet ist. Tabelle 3 zeigt die relativen Energien in dem Fall, in dem Sauerstoffionen (O2–) an der Position C, der Position D, der Position d, der Position e und der Position f angeordnet sind. [Tabelle 3]
    Relative Energie [eV]
    Oberseite des Pellets Seitenfläche des Pellets
    Ion C D d e f
    O2– 3,9 3,6 0,0 0,5 1,5
  • Es wird festgestellt, dass sich auch das Sauerstoffion wahrscheinlich eher an die Seitenfläche des Pellets 5200 heftet als an dessen Oberseite.
  • Nach der vorstehenden Beschreibung heftet sich das Teilchen 5203, das sich dem Pellet 5200 angenähert hat, bevorzugt an die Seitenfläche des Pellets 5200. Dies deutet auf eine hohe Gültigkeit des Abscheidungsmodells hin, bei dem ein laterales Wachstum des Pellets 5200 stattfindet, wenn sich die Teilchen 5203 an die Seitenfläche des Pellets 5200 heften.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, gegebenenfalls mit einer der Strukturen kombiniert werden kann, die bei der anderen Ausführungsformen oder Beispielen beschrieben werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Anzeigevorrichtung, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, anhand von 27A und 27B sowie 28 bis 45 beschrieben. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform insbesondere eine Struktur beschrieben wird, bei der ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement einer Anzeigevorrichtung (einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung) verwendet wird.
  • <3-1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung>
  • Eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 in 27A beinhaltet einen Pixelabschnitt 871, einen Gate-Treiber 874, einen Source-Treiber 876, m Abtastleitungen 877, die parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und deren Potentiale durch den Gate-Treiber 874 gesteuert werden, und n Signalleitungen 879, die parallel oder im Wesentlichen zueinander angeordnet sind und deren Potentiale durch den Source-Treiber 876 gesteuert werden. Des Weiteren beinhaltet der Pixelabschnitt 871 eine Vielzahl von Pixeln 870, die in einer Matrix angeordnet sind. Ferner sind gemeinsame Leitungen 875, die parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, entlang den Signalleitungen 879 bereitgestellt. Der Gate-Treiber 874 und der Source-Treiber 876 werden in einigen Fällen gemeinsam als Treiberschaltungsabschnitt bezeichnet.
  • Jede der Abtastleitungen 877 ist elektrisch mit den n Pixeln 870 verbunden, die unter der Vielzahl von Pixeln 870, die in m Zeilen und n Spalten in dem Pixelabschnitt 871 angeordnet sind, in der entsprechenden Zeile angeordnet sind. Jede der Signalleitungen 879 ist elektrisch mit den m Pixeln 870 verbunden, die unter der Vielzahl von Pixeln 870, die in m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, in der entsprechenden Spalte angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass m und n jeweils eine ganze Zahl von 1 oder mehr sind. Jede der gemeinsamen Leitungen 875 ist elektrisch mit den m Pixeln 870 verbunden, die unter den Pixeln 870, die in m Zeilen und n Spalten angeordnet sind, in der entsprechenden Zeile angeordnet sind.
  • 27B stellt ein Beispiel für eine Schaltungsstruktur dar, die für das Pixel 870 in der in 27A dargestellten Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 verwendet werden kann.
  • Das in 27B dargestellte Pixel 870 beinhaltet ein Flüssigkristallelement 851, einen Transistor 852 und einen Kondensator 855.
  • Als Transistor 852 kann der Transistor verwendet werden, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist.
  • Eine Elektrode eines Paars von Elektroden des Flüssigkristallelementes 851 ist mit dem Transistor 852 verbunden, und ihr Potential wird angemessen entsprechend den Spezifikationen des Pixels 870 eingestellt. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelementes 851 ist mit der gemeinsamen Leitung 875 verbunden, und ein gemeinsames Potential wird daran angelegt. Der Ausrichtungszustand von Flüssigkristallen in dem Flüssigkristallelement 851 wird entsprechend den Daten gesteuert, die in den Transistor 852 geschrieben werden.
  • Das Flüssigkristallelement 851 ist ein Element, das unter Nutzung einer optischen Modulationsaktion eines Flüssigkristalls das Durchlassen oder Nichtdurchlassen von Licht steuert. Es sei angemerkt, dass die optische Modulationsaktion eines Flüssigkristalls durch ein elektrisches Feld (einschließlich eines horizontalen elektrischen Feldes, eines vertikalen elektrischen Feldes und eines schrägen elektrischen Feldes) gesteuert wird, das an den Flüssigkristall angelegt wird. Als Flüssigkristall, der für das Flüssigkristallelement 851 verwendet wird, kann ein Flüssigkristallmaterial verwendet werden, wie beispielsweise thermotroper Flüssigkristall, niedermolekularer Flüssigkristall, hochmolekularer Flüssigkristall, polymerdispergierter Flüssigkristall, ferroelektrischer Flüssigkristall oder antiferroelektrischer Flüssigkristall. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial weist je nach Bedingungen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral-nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf.
  • Alternativ kann in dem Fall, in dem ein Modus mit horizontalem elektrischem Feld zum Einsatz kommt, ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall verwendet werden, für den kein Ausrichtungsfilm notwendig ist. Eine blaue Phase ist eine der Flüssigkristallphasen und wird genau dann erzeugt, bevor sich eine cholesterische Phase in eine isotrope Phase verändert, während die Temperatur des cholesterischen Flüssigkristalls erhöht wird. Da die blaue Phase nur in einem schmalen Temperaturbereich erscheint, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, der mehrere Gewichtsprozent oder mehr chirales Material beigemischt ist, für die Flüssigkristallschicht verwendet, um den Temperaturbereich zu verbessern. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen eine blaue Phase aufweisenden Flüssigkristall und ein chirales Material enthält, weist eine kurze Ansprechzeit und optische Isotropie auf. Außerdem benötigt die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen eine blaue Phase aufweisenden Flüssigkristall enthält, keine Ausrichtungsbehandlung und weist nur eine geringe Betrachtungswinkelabhängigkeit auf. Ein Ausrichtungsfilm muss nicht unbedingt bereitgestellt sein, und keine Reibbehandlung ist daher erforderlich; folglich können die durch die Reibbehandlung hervorgerufenen Schäden durch elektrostatische Entladung verhindert werden, und es können Defekte und Schäden an der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Herstellungsprozess verringert werden.
  • Als Betriebsverfahren der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880, die das Flüssigkristallelement 851 beinhaltet, kann ein Twisted Nematic-(TN-)Modus, ein In-Plane-Switching-(IPS-)Modus, ein Streufeldschaltungs-(fringe field switching, FFS-)Modus, ein achsensymmetrisch-ausgerichteter Mikrozellen-(axially symmetric aligned micro-cell, ASM-)Modus, ein optisch kompensierter Doppelbrechungs-(optical compensated birefringence, OCB-)Modus, ein ferroelektrischer Flüssigkristall-(ferroelectric liquid crystal, FLC-)Modus, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall-(antiferroelectric liquid crystal, AFLC-)Modus oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 kann eine normalerweise schwarze Flüssigkristallanzeigevorrichtung sein, wie beispielsweise eine transmissive Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der ein Vertikalausrichtungs- bzw. Vertical Alignment-(VA-)Modus angewendet wird. Als Vertikalausrichtungsmodus kann beispielsweise ein Mehrdomänen-Vertikalausrichtungs-(MVA-)Modus, ein Patterned Vertical Alignment-(PVA-)Modus oder ein ASV-Modus zum Einsatz kommen.
  • <3-2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld>
  • Zuerst werden Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, bei denen ein Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwendet wird, typischerweise Flüssigkristallanzeigevorrichtungen beschrieben, bei denen ein FFS-Modus und ein IPS-Modus verwendet werden.
  • Bei der in 27B dargestellten Struktur des Pixels 870 ist eine Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 852 elektrisch mit der Signalleitung 879 verbunden, und die andere Elektrode ist elektrisch mit der einen Elektrode des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelementes 851 verbunden. Eine Gate-Elektrode des Transistors 852 ist elektrisch mit der Abtastleitung 877 verbunden. Der Transistor 852 weist eine Funktion zum Steuern auf, ob ein Datensignal geschrieben wird.
  • Bei der in 27B gezeigten Struktur des Pixels 870 ist eine Elektrode eines Paars von Elektroden des Kondensators 855 mit der anderen Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 852 verbunden. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 855 ist elektrisch mit der gemeinsamen Leitung 875 verbunden. Das Potential der gemeinsamen Leitung 875 wird angemessen entsprechend den Spezifikationen des Pixels 870 eingestellt. Der Kondensator 855 dient als Speicherkondensator, um geschriebene Daten zu halten. Es sei angemerkt, dass bei der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880, die im FFS-Modus betrieben wird, die eine Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 855 ganz oder teilweise der einen Elektrode des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelementes 851 entspricht und die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 855 ganz oder teilweise der anderen Elektrode des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelementes 851 entspricht.
  • <3-3. Strukturbeispiel 1 eines Elementsubstrats für den Modus mit horizontalem elektrischem Feld>
  • Es wird eine konkrete Struktur eines Elementsubstrats beschrieben, das in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 enthalten ist. 28 ist eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Pixeln 870a, 870b und 870c, die in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 enthalten sind, die im FFS-Modus betrieben wird.
  • In 28 erstreckt sich ein leitender Film 813, der als Abtastleitung dient, im Wesentlichen senkrecht zu der Signalleitung (in die horizontale Richtung der Zeichnung). Ein leitender Film 821a, der als Signalleitung dient, erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Abtastleitung (in die vertikale Richtung der Zeichnung). Der leitende Film 813, der als Abtastleitung dient, ist elektrisch mit dem Gate-Treiber 874 verbunden, und der leitende Film 821a, der als Signalleitung dient, ist elektrisch mit dem Source-Treiber 876 verbunden (siehe 27A).
  • Der Transistor 852 ist in der Nähe der Kreuzungsstelle der Abtastleitung und der Signalleitung bereitgestellt. Der Transistor 852 beinhaltet den leitenden Film 813, der als Gate-Elektrode dient, den Gate-Isolierfilm (in 28 nicht dargestellt), einen Oxidhalbleiterfilm 808, der über dem Gate-Isolierfilm liegt und in dem ein Kanalbereich gebildet wird, sowie den leitenden Film 821a und einen leitenden Film 821b, welche als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen. Der leitende Film 813 dient auch als Abtastleitung, und ein Bereich des leitenden Films 813, der den Oxidhalbleiterfilm 808 überlappt, dient als Gate-Elektrode des Transistors 852. Der leitende Film 821a dient als Signalleitung, und der leitende Film 821a, der den Oxidhalbleiterfilm 808 überlappt, dient als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des Transistors 852. Des Weiteren liegt in der in 28 gezeigten Draufsicht ein Endabschnitt der Abtastleitung weiter außen als ein Endabschnitt des Oxidhalbleiterfilms 808. Also dient die Abtastleitung als lichtundurchlässiger Film zum Blockieren von Licht aus einer Lichtquelle, wie z. B. einer Hintergrundbeleuchtung. Aus diesem Grund wird der Oxidhalbleiterfilm 808, der in dem Transistor enthalten ist, nicht mit Licht bestrahlt, so dass Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors unterdrückt werden können.
  • Der leitende Film 821b ist elektrisch mit einem Oxidhalbleiterfilm 819a verbunden, der als Pixelelektrode dient. Eine gemeinsame Elektrode 829 ist über dem Oxidhalbleiterfilm 819a bereitgestellt, wobei ein isolierender Film (in 28 nicht gezeigt) dazwischen positioniert ist.
  • Die gemeinsame Elektrode 829 weist Streifenbereiche auf, die sich in eine die Signalleitung kreuzende Richtung erstrecken. Die Streifenbereiche sind mit einem Bereich verbunden, der sich in eine Richtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Signalleitung erstreckt. Bei einer Vielzahl von Pixeln, die in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 enthalten sind, liegen dementsprechend die Streifenbereiche der gemeinsamen Elektrode 829 auf dem gleichen Potential.
  • Der Kondensator 855 ist in einem Bereich ausgebildet, in dem der Oxidhalbleiterfilm 819a und die gemeinsame Elektrode 829 einander überlappen. Der Oxidhalbleiterfilm 819a und die gemeinsame Elektrode 829 weisen jeweils eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft auf. Das heißt, dass der Kondensator 855 eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft aufweist.
  • Dank der Lichtdurchlässigkeitseigenschaft des Kondensators 855 kann der Kondensator 855 großflächig (mit einer großen Fläche) in dem Pixel 870 ausgebildet werden. Somit kann eine Anzeigevorrichtung mit einer großen Menge an Ladekapazität sowie mit einem Öffnungsverhältnis, das typischerweise auf 50% oder höher, bevorzugt auf 60% oder höher erhöht ist, bereitgestellt werden. Beispielsweise ist bei einer hochauflösenden Anzeigevorrichtung, wie z. B. einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die Fläche eines Pixels klein und dementsprechend ist auch die Fläche eines Kondensators klein. Aus diesem Grund ist bei der hochauflösenden Anzeigevorrichtung die Ladungsmenge, die in dem Kondensator gespeichert wird, klein. Jedoch lässt der Kondensator 855 dieser Ausführungsform Licht durch; deshalb kann dann, wenn er in einem Pixel bereitgestellt ist, das Pixel eine ausreichende Ladungsmenge aufweisen, und das Öffnungsverhältnis kann verbessert werden. Typischerweise kann der Kondensator 855 vorteilhaft für eine hochauflösende Anzeigevorrichtung mit einer Pixeldichte von 200 ppi oder höher, 300 ppi oder höher oder darüber hinaus 500 ppi oder höher verwendet werden.
  • Wenn bei einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung der Kapazitätswert eines Kondensators erhöht wird, kann der Zeitraum verlängert werden, in dem die Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen eines Flüssigkristallelementes konstant in dem Zustand, in dem ein elektrisches Feld angelegt wird, gehalten werden kann. Wenn bei einer Anzeigevorrichtung, die ein Standbild anzeigt, der Zeitraum verlängert werden kann, kann die Häufigkeit des Überschreibens von Bilddaten verringert werden, was zu einer Verringerung des Stromverbrauchs führt. Dank der Struktur dieser Ausführungsform kann ferner das Öffnungsverhältnis einer hochauflösenden Anzeigevorrichtung verbessert werden, was es ermöglicht, Licht aus einer Lichtquelle, wie z. B. einer Hintergrundbeleuchtung, in effizienter Weise zu nutzen, so dass der Stromverbrauch der Anzeigevorrichtung verringert werden kann.
  • 29 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q1-R1 und der Strichpunktlinie S1-T1 in 28. Es handelt sich bei dem Transistor 852, der in 29 dargestellt ist, um einen kanalgeätzten Transistor. Es sei angemerkt, dass der Transistor 852 in der Kanallängsrichtung und der Kondensator 855 in der Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q1-R1 dargestellt sind und dass der Transistor 852 in der Kanalquerrichtung in der Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie S1-T1 dargestellt ist. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 819b, der als zweite Gate-Elektrode dient, der Einfachheit der Zeichnung halber in 28 nicht dargestellt ist.
  • Der in 29 gezeigte Transistor 852 beinhaltet den leitenden Film 813, der über einem Substrat 811 liegt und als erste Gate-Elektrode dient, einen isolierenden Film 815, der über dem Substrat 811 und dem als erste Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 813 ausgebildet ist, einen isolierenden Film 817, der über dem isolierenden Film 815 ausgebildet ist, den Oxidhalbleiterfilm 808, der den als Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 813 überlappt, wobei der isolierende Film 815 und der isolierende Film 817 dazwischen positioniert sind, die leitenden Filme 821a und 821b, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen und in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 808 sind, isolierende Filme 823 und 825, die über dem Oxidhalbleiterfilm 808 und den als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienenden leitenden Filmen 821a und 821b bereitgestellt sind, den Oxidhalbleiterfilm 819b, der über dem isolierenden Film 825 liegt und als zweite Gate-Elektrode dient, sowie einen isolierenden Film 827 über dem isolierenden Film 825 und dem Oxidhalbleiterfilm 819b.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 819a ist über dem isolierenden Film 825 ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm 819a ist durch einen Öffnungsabschnitt, der in dem isolierenden Film 823 und dem isolierenden Film 825 bereitgestellt ist, elektrisch mit einem der als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienenden leitenden Filme 821a und 821b (hier mit dem leitenden Film 821b) verbunden. Der isolierende Film 827 ist über dem isolierenden Film 825 und dem Oxidhalbleiterfilm 819a ausgebildet. Die gemeinsame Elektrode 829 ist über dem isolierenden Film 827 ausgebildet.
  • Ein Bereich, in dem der Oxidhalbleiterfilm 819a, der isolierende Film 827 und die gemeinsame Elektrode 829 einander überlappen, dient als Kondensator 855.
  • Es sei angemerkt, dass eine Querschnittsstruktur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann der Oxidhalbleiterfilm 819a einen Schlitz aufweisen. Alternativ kann der Oxidhalbleiterfilm 819a eine kammartige Form aufweisen.
  • Es sei angemerkt, dass, wie in 30 gezeigt, die gemeinsame Elektrode 829 über dem isolierenden Film 828 bereitgestellt sein kann, der über dem isolierenden Film 827 bereitgestellt ist. Der isolierende Film 828 dient als Planarisierungsfilm.
  • <3-4. Strukturbeispiel 2 eines Elementsubstrats für den Modus mit horizontalem elektrischem Feld>
  • 31 ist eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Pixeln 870d, 870e und 870f, die in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 enthalten sind. Die Strukturen der Pixel 870d, 870e und 870f unterscheiden sich von denjenigen der Pixel, die in 28 gezeigt sind. Die in 31 gezeigte Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 wird im IPS-Modus betrieben.
  • In 31 erstreckt sich der leitende Film 813, der als Abtastleitung dient, in die horizontale Richtung der Zeichnung. Der leitende Film 821a, der als Signalleitung dient, erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu der Abtastleitung (in die vertikale Richtung der Zeichnung) derart, dass er eine teilweise gebogene Form bzw. eine Hundekurve (V-ähnliche Form) aufweist. Der leitende Film 813, der als Abtastleitung dient, ist elektrisch mit dem Gate-Treiber 874 verbunden, und der leitende Film 821a, der als Signalleitung dient, ist elektrisch mit dem Source-Treiber 876 verbunden (siehe 27A).
  • Der Transistor 852 ist in der Nähe der Kreuzungsstelle der Abtastleitung und der Signalleitung bereitgestellt. Der Transistor 852 beinhaltet den leitenden Film 813, der als Gate-Elektrode dient, den Gate-Isolierfilm (in 31 nicht dargestellt), einen Oxidhalbleiterfilm 808, der über dem Gate-Isolierfilm liegt und in dem ein Kanalbereich gebildet wird, sowie die leitenden Filme 821a und 821b, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen. Der leitende Film 813 dient auch als Abtastleitung, und ein Bereich des leitenden Films 813, der den Oxidhalbleiterfilm 808 überlappt, dient als Gate-Elektrode des Transistors 852. Der leitende Film 821a dient als Signalleitung, und der leitende Film 821a, der den Oxidhalbleiterfilm 808 überlappt, dient als Source-Elektrode des Transistors 852. Des Weiteren liegt in der Draufsicht in 31 ein Endabschnitt der Abtastleitung weiter außen als ein Endabschnitt des Oxidhalbleiterfilms 808. Also dient die Abtastleitung als lichtundurchlässiger Film zum Blockieren von Licht aus einer Lichtquelle, wie z. B. einer Hintergrundbeleuchtung. Aus diesem Grund wird der Oxidhalbleiterfilm 808, der in dem Transistor enthalten ist, nicht mit Licht bestrahlt, so dass Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors unterdrückt werden können.
  • Der leitende Film 821b ist elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm 819a verbunden, der als Pixelelektrode dient. Der Oxidhalbleiterfilm 819a weist eine kammartige Form auf. Ein isolierender Film (in 31 nicht dargestellt) ist über dem Oxidhalbleiterfilm 819a bereitgestellt, und die gemeinsame Elektrode 829 ist über dem isolierenden Film bereitgestellt. Die gemeinsame Elektrode 829 weist eine derartige kammartige Form auf, dass sie in der Draufsicht einen Teil des Oxidhalbleiterfilms 819a überlappt und mit dem Oxidhalbleiterfilm 819a verzahnt ist. Die gemeinsame Elektrode 829 ist mit einem Bereich verbunden, der sich in eine Richtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Abtastleitung erstreckt. Dementsprechend liegen bei Pixeln, die in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung 880 enthalten sind, die gemeinsamen Elektroden 829 auf dem gleichen Potential. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 819a und die gemeinsame Elektrode 829 eine gebogene Form bzw. eine Hundekurve aufweisen, die entlang der Signalleitung (dem leitenden Film 821a) gebogen ist.
  • Der Kondensator 855 ist in einem Bereich ausgebildet, in dem der Oxidhalbleiterfilm 819a und die gemeinsame Elektrode 829 einander überlappen. Der Oxidhalbleiterfilm 819a und die gemeinsame Elektrode 829 weisen jeweils eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft auf. Das heißt, dass der Kondensator 855 eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft aufweist.
  • 32 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q2-R2 und der Strichpunktlinie S2-T2 in 31. Es handelt sich bei dem Transistor 852, der in 32 dargestellt ist, um einen kanalgeätzten Transistor. Es sei angemerkt, dass der Transistor 852 in der Kanallängsrichtung und der Kondensator 855 in der Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q2-R2 dargestellt sind und dass der Transistor 852 in der Kanalquerrichtung in der Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie S2-T2 dargestellt ist. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 819b, der als zweite Gate-Elektrode dient, der Einfachheit der Zeichnung halber in 31 nicht dargestellt ist.
  • Der in 32 gezeigte Transistor 852 beinhaltet den leitenden Film 813, der über einem Substrat 811 liegt und als Gate-Elektrode dient, einen isolierenden Film 815, der über dem Substrat 811 und dem als Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 813 ausgebildet ist, einen isolierenden Film 817, der über dem isolierenden Film 815 ausgebildet ist, den Oxidhalbleiterfilm 808, der den als Gate-Elektrode dienenden leitenden Film 813 überlappt, wobei der isolierende Film 815 und der isolierende Film 817 dazwischen positioniert sind, die leitenden Filme 821a und 821b, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen und in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 808 sind, isolierende Filme 823 und 825, die über dem Oxidhalbleiterfilm 808 und den als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienenden leitenden Filmen 821a und 821b bereitgestellt sind, den Oxidhalbleiterfilm 819b, der über dem isolierenden Film 825 liegt und als zweite Gate-Elektrode dient, sowie einen isolierenden Film 827 über dem isolierenden Film 825 und dem Oxidhalbleiterfilm 819b.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 819a ist über dem isolierenden Film 825 ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm 819a ist durch einen Öffnungsabschnitt, der in dem isolierenden Film 823 und dem isolierenden Film 825 bereitgestellt ist, elektrisch mit einem der als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienenden leitenden Filme 821a und 821b (hier mit dem leitenden Film 821b) verbunden. Der isolierende Film 827 ist über dem isolierenden Film 825 und dem Oxidhalbleiterfilm 819a ausgebildet. Die gemeinsame Elektrode 829 ist über dem isolierenden Film 827 ausgebildet.
  • Ein Bereich, in dem der Oxidhalbleiterfilm 819a, der isolierende Film 827 und die gemeinsame Elektrode 829 einander überlappen, dient als Kondensator 855.
  • Bei der in 31 und 32 gezeigten Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist der Kondensator, der in dem Pixel enthalten ist, eine Struktur auf, bei der ein Endabschnitt und die nähere Umgebung des Endabschnitts des Oxidhalbleiterfilms 819a einen Endabschnitt und die nähere Umgebung des Endabschnitts der gemeinsamen Elektrode 829 überlappen. Bei einer großen Flüssigkristallanzeigevorrichtung kann der Kondensator mit einer derartigen Struktur eine geeignete Größe aufweisen, die nicht zu groß ist.
  • Es sei angemerkt, dass, wie in 33 gezeigt, die gemeinsame Elektrode 829 über dem isolierenden Film 828 bereitgestellt sein kann, der über dem isolierenden Film 827 bereitgestellt ist.
  • Wie in 34 und 35 gezeigt, kann eine Struktur verwendet werden, bei der der Oxidhalbleiterfilm 819a die gemeinsame Elektrode 829 nicht überlappt. Die Positionsbeziehung des Oxidhalbleiterfilms 819a und der gemeinsamen Elektrode 829 kann je nach der Größe eines Kondensators gemäß dem Betriebsverfahren und der Auflösung der Anzeigevorrichtung angemessen bestimmt werden. Es sei angemerkt, dass die gemeinsame Elektrode 829, die in der in 35 gezeigten Anzeigevorrichtung enthalten ist, über dem als Planarisierungsfilm dienenden isolierenden Film 828 bereitgestellt sein kann (siehe 36).
  • Bei der in 31 und 32 gezeigten Flüssigkristallanzeigevorrichtung ist eine Breite (d1 in 32) eines Bereichs, der sich in dem Oxidhalbleiterfilm 819a in eine Richtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Signalleitung (dem leitenden Film 821a) erstreckt, kleiner als eine Breite (d2 in 32) eines Bereichs, der sich in der gemeinsamen Elektrode 829 in einer Richtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Signalleitung erstreckt; jedoch ist die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nicht auf diese Struktur beschränkt. Wie in 37 und 38 gezeigt, kann die Breite d1 größer sein als die Breite d2. Die Breite d1 kann gleich der Breite d2 sein. In einem Pixel (z. B. dem Pixel 870d) können sich die Breiten einer Vielzahl von Bereichen, die sich in dem Oxidhalbleiterfilm 819a und/oder der gemeinsamen Elektrode 829 in eine Richtung parallel oder im Wesentlichen parallel zu der Signalleitung erstrecken, voneinander unterscheiden.
  • Man kann die in 39 gezeigte Struktur verwenden, bei der in dem isolierenden Film 828 über dem isolierenden Film 827 nur ein Bereich, der die gemeinsame Elektrode 829 über dem isolierenden Film 828 überlappt, übrig bleibt und der andere Bereich entfernt ist. In diesem Fall kann der isolierende Film 828 unter Verwendung der gemeinsamen Elektrode 829 als Maske geätzt werden. Es kann die Unebenheit der gemeinsamen Elektrode 829 über dem als Planarisierungsfilm dienenden isolierenden Film 828 unterdrückt werden, und der isolierende Film 828 weist eine sich sanft neigende Seitenfläche in einem Bereich von einem Endabschnitt der gemeinsamen Elektrode 829 bis zu dem isolierenden Film 827 auf. Alternativ kann man die in 40 gezeigte Struktur verwenden, bei der ein Teil eines parallel zu dem Substrat 811 liegenden Bereichs einer Oberfläche des isolierenden Films 828 nicht mit der gemeinsamen Elektrode 829 bedeckt ist.
  • Wie in 41 und 42 gezeigt, kann eine gemeinsame Elektrode über einem Film, über dem der Oxidhalbleiterfilm 819a ausgebildet ist, d. h. über dem isolierenden Film 825, bereitgestellt sein. Eine gemeinsame Elektrode 819c, die in 41 und 42 gezeigt ist, kann unter Verwendung eines Materials, das zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 819a verwendet wird, ausgebildet werden, indem ein Oxidhalbleiterfilm, der zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms 819a verwendet wird, verarbeitet wird.
  • <3-5. Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Vertikalausrichtungsmodus>
  • Eine Struktur eines Pixels mit einem Flüssigkristallelement, das in einem Vertikalausrichtungs-(VA-)Modus arbeitet, wird anhand von 43 und 44 beschrieben. 43 ist eine Draufsicht auf das Pixel, das in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthalten ist. 44 ist eine Seitenansicht, die einen Querschnitt entlang der Linie A1-B1 in 43 aufweist. 45 ist ein Ersatzschaltbild des Pixels, das in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthalten ist.
  • Eine Vertikalausrichtung (VA) ist ein Modus zum Steuern der Ausrichtung von Flüssigkristallmolekülen eines Flüssigkristallanzeigefeldes. Bei der VA-Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind Flüssigkristallmoleküle in einer vertikalen Richtung bezüglich einer Oberfläche des Anzeigefeldes ausgerichtet, wenn keine Spannung angelegt wird.
  • In der nachfolgenden Beschreibung ist die Struktur derart konzipiert, dass insbesondere Pixel in einige Bereiche (Subpixel) getrennt sind, damit Moleküle in den jeweiligen Bereichen in verschiedenen Richtungen ausgerichtet werden. Dies wird als Domänenmultiplikation oder Mehrdomänendesign bezeichnet. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit dem Mehrdomänendesign beschrieben.
  • Z1 in 43 ist eine Draufsicht auf ein Substrat 600, das mit einer Pixelelektrode 624 versehen ist. Z3 ist eine Draufsicht auf ein Substrat 601, das mit einer gemeinsamen Elektrode 640 versehen ist. Z2 ist eine Draufsicht, die einen Zustand darstellt, in dem das Substrat 601, das mit der gemeinsamen Elektrode 640 versehen ist, das Substrat 600 überlappt, das mit der Pixelelektrode 624 versehen ist.
  • Der Transistor 628, die Pixelelektrode 624, die mit ihm verbunden ist, und der Kondensator 630 sind über dem Substrat 600 ausgebildet. Eine Drain-Elektrode 618 des Transistors 628 ist durch eine Öffnung 633, die in einem isolierenden Film 623 und einem isolierenden Film 625 bereitgestellt ist, elektrisch mit der Pixelelektrode 624 verbunden. Ein isolierender Film 627 ist über der Pixelelektrode 624 bereitgestellt.
  • Als Transistor 628 kann der Transistor verwendet werden, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist.
  • Der Kondensator 630 beinhaltet eine Leitung 613 über einer Kondensatorleitung 604, die als erste Kondensatorleitung dient, den isolierenden Film 623, den isolierenden Film 625 und die Pixelelektrode 624. Die Kondensatorleitung 604 kann gleichzeitig mit der Gate-Leitung 615 des Transistors 628 ausgebildet werden. Die Leitung 613, die Drain-Elektrode 618 und die Leitung 616 können gleichzeitig aus dem gleichem Material ausgebildet werden.
  • Der Oxidhalbleiterfilm mit einem niedrigen spezifischen Flächenwiderstand, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, kann für die Pixelelektrode 624 verwendet werden.
  • Die Pixelelektrode 624 ist mit einem Schlitz 646 versehen. Der Schlitz 646 ist bereitgestellt, um die Ausrichtung der Flüssigkristalle zu steuern.
  • Ein Transistor 629, eine Pixelelektrode 626, die mit ihm verbunden ist, und ein Kondensator 631 können auf ähnliche Weise wie der Transistor 628, die Pixelelektrode 624 bzw. der Kondensator 630 ausgebildet werden. Die beiden Transistoren 628 und 629 sind mit der Leitung 616 verbunden. Sowohl bei dem Transistor 628 als auch bei dem Transistor 629 dient die Leitung 616 als Source-Elektrode. Ein Pixel des Flüssigkristallanzeigefeldes, das bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, beinhaltet die Pixelelektroden 624 und 626. Es handelt sich bei jeder der Pixelelektroden 624 und 626 um ein Subpixel.
  • Das Substrat 601 ist mit einem Farbfilm 636 und der gemeinsamen Elektrode 640 versehen, und die gemeinsame Elektrode 640 ist mit einem Strukturteil 644 versehen. Die gemeinsame Elektrode 640 ist mit einem Schlitz 647 versehen. Ein Ausrichtungsfilm 648 ist über der Pixelelektrode 624 ausgebildet. In ähnlicher Weise ist ein Ausrichtungsfilm 645 an der gemeinsamen Elektrode 640 und dem Strukturteil 644 ausgebildet. Eine Flüssigkristallschicht 650 ist zwischen dem Substrat 600 und dem Substrat 601 ausgebildet.
  • Der Schlitz 647, der in der gemeinsamen Elektrode 640 ausgebildet ist, und das Strukturteil 644 weisen jeweils eine Funktion zum Steuern der Ausrichtung von Flüssigkristallen auf.
  • Wenn eine Spannung an die Pixelelektrode 624, die mit dem Schlitz 646 versehen ist, angelegt wird, wird ein verzerrtes elektrisches Feld (ein schräges elektrisches Feld) in der Nähe des Schlitzes 646 erzeugt. Der Schlitz 646 sowie das Strukturteil 644 auf der Seite des Substrats 601 und der Schlitz 647 sind abwechselnd und ineinander eingreifend angeordnet, und daher wird ein schräges elektrisches Feld effektiv erzeugt, um die Ausrichtung des Flüssigkristalls zu steuern; demzufolge schwankt eine Richtung der Ausrichtung des Flüssigkristalls ortsabhängig. Das heißt, dass der Betrachtungswinkel eines Flüssigkristallanzeigefeldes durch Einsatz der Domänenmultiplikation erhöht wird. Es sei angemerkt, dass entweder das Strukturteil 644 oder der Schlitz 647 für das Substrat 601 bereitgestellt sein kann.
  • 44 stellt einen Zustand dar, in dem das Substrat 600 und das Substrat 601 einander überlappen und Flüssigkristall dazwischen eingespritzt ist. Ein Flüssigkristallelement ist ausgebildet, indem die Pixelelektrode 624, die Flüssigkristallschicht 650 und die gemeinsame Elektrode 640 einander überlappen.
  • 45 stellt eine Ersatzschaltung dieser Pixelstruktur dar. Die beiden Transistoren 628 und 629 sind mit der Gate-Leitung 602 und der Leitung 616 verbunden. In diesem Fall kann, indem das Potential der Kondensatorleitung 604 von demjenigen einer Kondensatorleitung 605 unterschiedlich gemacht wird, ein Flüssigkristallelement 651 auf unterschiedliche Weise von einem Flüssigkristallelement 652 arbeiten. Mit anderen Worten: Die Potentiale der Kondensatorleitungen 604 und 605 werden jeweils einzeln gesteuert, wodurch die Ausrichtung von Flüssigkristallen präzise gesteuert wird, um einen Betrachtungswinkel zu vergrößern.
  • Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer der anderen Ausführungsformen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Anzeigevorrichtung, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, anhand von 46A und 46B sowie 47A und 47B beschrieben. Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform insbesondere eine Struktur beschrieben wird, bei der ein Elektrolumineszenz-(EL-)Element als Anzeigeelement der Anzeigevorrichtung enthalten ist.
  • <4-1. Anzeigevorrichtung>
  • Die Anzeigevorrichtung, die in 46A dargestellt ist, umfasst einen Bereich, der Pixel von Anzeigeelementen beinhaltet (der Bereich wird nachstehend als Pixelabschnitt 502 bezeichnet), einen Schaltungsabschnitt, der außerhalb des Pixelabschnitts 502 bereitgestellt ist und eine Schaltung zum Ansteuern der Pixel beinhaltet (der Abschnitt wird nachstehend als Treiberschaltungsabschnitt 504 bezeichnet), Schaltungen, die jeweils eine Funktion zum Schützen eines Elementes aufweisen (die Schaltungen werden nachstehend als Schutzschaltungen 506 bezeichnet), und einen Anschlussabschnitt 507. Es sei angemerkt, dass die Schutzschaltungen 506 nicht notwendigerweise bereitgestellt sind.
  • Vorzugsweise ist ein Teil oder der gesamte Treiberschaltungsabschnitt 504 über einem Substrat, über dem der Pixelabschnitt 502 ausgebildet ist, ausgebildet, in welchem Falle die Anzahl von Bestandteilen und die Anzahl von Anschlüssen verringert werden können. Wenn ein Teil oder der gesamte Treiberschaltungsabschnitt 504 nicht über dem Substrat ausgebildet ist, über dem der Pixelabschnitt 502 ausgebildet ist, kann der Teil oder der gesamte Treiberschaltungsabschnitt 504 durch COG oder Tape-Automated-Bonding (TAB) montiert werden.
  • Der Pixelabschnitt 502 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltungen zum Ansteuern von Anzeigeelementen, die in X Zeilen (X ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) und Y Spalten (Y ist eine natürliche Zahl von 2 oder mehr) angeordnet sind (derartige Schaltungen werden nachstehend als Pixelschaltungen 501 bezeichnet). Der Treiberschaltungsabschnitt 504 beinhaltet Treiberschaltungen, wie z. B. eine Schaltung zum Zuführen eines Signals (Abtastsignals), um ein Pixel auszuwählen (die Schaltung wird nachstehend als Gate-Treiber 504a bezeichnet), und eine Schaltung zum Zuführen eines Signals (Datensignals), um ein Anzeigeelement in einem Pixel anzusteuern (die Schaltung wird nachstehend als Source-Treiber 504b bezeichnet).
  • Der Gate-Treiber 504a beinhaltet ein Schieberegister oder dergleichen. Der Gate-Treiber 504a empfängt ein Signal zum Ansteuern des Schieberegisters über den Anschlussabschnitt 507 und gibt ein Signal aus. Zum Beispiel empfängt der Gate-Treiber 504a ein Startimpulssignal, ein Taktsignal oder dergleichen und gibt ein Impulssignal aus. Der Gate-Treiber 504a weist eine Funktion zum Steuern der Potentiale von Leitungen auf, die mit Abtastsignalen versorgt werden (derartige Leitungen werden nachstehend als Abtastleitungen GL_1 bis GL_X bezeichnet). Es sei angemerkt, dass eine Vielzahl von Gate-Treibern 504a bereitgestellt sein kann, um die Abtastleitungen GL_1 bis GL_X getrennt zu steuern. Alternativ weist der Gate-Treiber 504a eine Funktion zum Zuführen eines Initialisierungssignals auf. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann der Gate-Treiber 504a ein weiteres Signal zuführen. Beispielsweise ist, wie in 46A gezeigt, der Gate-Treiber 504a elektrisch mit Leitungen zum Steuern des Potentials des lichtemittierenden Elementes verbunden (derartige Leitungen werden nachstehend als ANODE_1 bis ANODE_X bezeichnet).
  • Der Source-Treiber 504b beinhaltet ein Schieberegister oder dergleichen. Der Source-Treiber 504b empfängt neben einem Signal zum Ansteuern des Schieberegisters ein Signal (Bildsignal), aus dem ein Datensignal abgeleitet wird, über den Anschlussabschnitt 507. Der Source-Treiber 504b weist eine Funktion zum Erzeugen eines Datensignals auf, das in die Pixelschaltung 501 geschrieben wird und auf dem Bildsignal basiert. Der Source-Treiber 504b weist zusätzlich eine Funktion zum Steuern der Ausgabe eines Datensignals als Antwort auf ein Impulssignal auf, das produziert wird, indem ein Startimpulssignal, ein Taktsignal oder dergleichen eingegeben wird. Ferner weist der Source-Treiber 504b eine Funktion zum Steuern der Potentiale von Leitungen auf, die mit Datensignalen versorgt werden (derartige Leitungen werden nachstehend als Datenleitungen DL_1 bis DL_Y bezeichnet). Alternativ weist der Source-Treiber 504b eine Funktion zum Zuführen eines Initialisierungssignals auf. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann der Source-Treiber 504b ein weiteres Signal zuführen.
  • Der Source-Treiber 504b beinhaltet beispielsweise eine Vielzahl von Analogschaltern oder dergleichen. Indem die Vielzahl von Analogschaltern nacheinander eingeschaltet wird, kann der Source-Treiber 504b als Datensignale Signale ausgeben, die durch zeitliches Teilen des Bildsignals erhalten werden. Der Source-Treiber 504b kann ein Schieberegister oder dergleichen beinhalten.
  • Ein Impulssignal und ein Datensignal werden über eine der Vielzahl von Abtastleitungen GL, die mit Abtastsignalen versorgt werden, bzw. über eine der Vielzahl von Datenleitungen DL, die mit Datensignalen versorgt werden, in jede der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 eingegeben. Das Schreiben und das Halten des Datensignals in jede/r der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 werden durch den Gate-Treiber 504a gesteuert. Zum Beispiel wird in die Pixelschaltung 501 in der m-ten Zeile und der n-ten Spalte (m ist eine natürliche Zahl, die kleiner als oder gleich X ist, und n ist eine natürliche Zahl, die kleiner als oder gleich Y ist) ein Impulssignal von dem Gate-Treiber 504a über die Abtastleitung GL_m eingegeben und wird ein Datensignal von dem Source-Treiber 504b über die Datenleitung DL_n entsprechend dem Potential der Abtastleitung GL_m eingegeben.
  • Die in 46A gezeigte Schutzschaltung 506 ist beispielsweise mit der Abtastleitung GL zwischen dem Gate-Treiber 504a und der Pixelschaltung 501 verbunden. Die Schutzschaltung 506 ist alternativ mit der Datenleitung DL zwischen dem Source-Treiber 504b und der Pixelschaltung 501 verbunden. Die Schutzschaltung 506 kann alternativ mit einer Leitung zwischen dem Gate-Treiber 504a und dem Anschlussabschnitt 507 verbunden sein. Die Schutzschaltung 506 kann alternativ mit einer Leitung zwischen dem Source-Treiber 504b und dem Anschlussabschnitt 507 verbunden sein. Es sei angemerkt, dass sich der Anschlussabschnitt 507 auf einen Abschnitt bezieht, der Anschlüsse aufweist, um Energie, Steuersignale und Bildsignale von externen Schaltungen in die Anzeigevorrichtung einzugeben.
  • Bei der Schutzschaltung 506 handelt es sich um eine Schaltung, die eine mit der Schutzschaltung verbundene Leitung elektrisch an eine weitere Leitung anschließt, wenn ein Potential, das außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, an die mit der Schutzschaltung verbundene Leitung angelegt wird.
  • Wie in 46A dargestellt, sind die Schutzschaltungen 506 für den Pixelabschnitt 502 und den Treiberschaltungsabschnitt 504 bereitgestellt, so dass die Beständigkeit der Anzeigevorrichtung gegen einen Überstrom, der durch elektrostatische Entladung (electrostatic discharge, ESD) oder dergleichen erzeugt wird, verbessert werden kann. Es sei angemerkt, dass die Konfiguration der Schutzschaltungen 506 nicht darauf beschränkt ist; beispielsweise kann die Schutzschaltung 506 dazu konfiguriert sein, mit dem Gate-Treiber 504a verbunden zu sein, oder die Schutzschaltung 506 kann dazu konfiguriert sein, mit dem Source-Treiber 504b verbunden zu sein. Die Schutzschaltung 506 kann alternativ dazu konfiguriert sein, mit dem Anschlussabschnitt 507 verbunden zu sein.
  • 46A zeigt ein Beispiel, bei dem der Treiberschaltungsabschnitt 504 den Gate-Treiber 504a und den Source-Treiber 504b beinhaltet; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann lediglich der Gate-Treiber 504a ausgebildet werden, und es kann ein getrennt hergestelltes Substrat montiert werden, über dem eine Source-Treiberschaltung ausgebildet ist (z. B. ein Treiberschaltungssubstrat, das aus einem einkristallinen Halbleiterfilm oder einem polykristallinen Halbleiterfilm ausgebildet ist).
  • <4-2. Strukturbeispiel der Pixelschaltung>
  • Jede der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 in 46A kann beispielsweise die in 46B dargestellte Struktur aufweisen.
  • Die in 46B dargestellte Pixelschaltung 501 beinhaltet Transistoren 552 und 554, einen Kondensator 562 sowie ein lichtemittierendes Element 572. Ein beliebiger der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Transistoren kann als Transistor 552 und/oder Transistor 554 verwendet werden.
  • Eine Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 552 ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, der ein Datensignal zugeführt wird (nachstehend als Signalleitung DL_n bezeichnet). Eine Gate-Elektrode des Transistors 552 ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, der ein Gate-Signal zugeführt wird (nachstehend als Abtastleitung GL_m bezeichnet).
  • Der Transistor 552 weist eine Funktion zum Steuern auf, ob ein Datensignal geschrieben wird, indem er eingeschaltet oder ausgeschaltet wird.
  • Eine Elektrode eines Paars von Elektroden des Kondensators 562 ist elektrisch mit der anderen Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 552 verbunden. Die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 562 ist elektrisch mit einer zweiten Gate-Elektrode (auch als Rückgate-Elektrode bezeichnet) des Transistors 554 verbunden. Der Kondensator 562 dient als Speicherkondensator zum Speichern der geschriebenen Daten.
  • Eine Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 554 ist elektrisch mit einer Anodenleitung (ANODE_m) verbunden.
  • Eine von Anode und Kathode des lichtemittierenden Elementes 572 ist elektrisch mit der anderen Elektrode von Source-Elektrode und Drain-Elektrode des Transistors 554 verbunden, und die andere von Anode und Kathode des lichtemittierenden Elementes 572 ist elektrisch mit einer Kathodenleitung (CATHODE) verbunden. Es sei angemerkt, dass die andere Elektrode des Paars von Elektroden des Kondensators 562 elektrisch mit der einen von Anode und Kathode des lichtemittierenden Elementes 572 verbunden ist.
  • Als lichtemittierendes Element 572 kann beispielsweise ein organisches EL-Element verwendet werden. Es sei angemerkt, dass das lichtemittierende Element 572 nicht auf ein organisches EL-Element beschränkt ist; es kann ein anorganisches EL-Element verwendet werden, das ein anorganisches Material enthält.
  • Bei der Anzeigevorrichtung, die die Pixelschaltung 501 in 46B beinhaltet, werden beispielsweise die Pixelschaltungen 501 nacheinander durch den Gate-Treiber 504a, der in 46A dargestellt ist, zeilenweise ausgewählt, wodurch die Transistoren 552 eingeschaltet werden und ein Datensignal geschrieben wird.
  • Wenn die Transistoren 552 ausgeschaltet werden, werden die Pixelschaltungen 501, in die die Daten geschrieben worden sind, in einen Haltezustand versetzt. Ferner wird die Menge an Strom, der zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 554 fließt, entsprechend dem Potential des geschriebenen Datensignals gesteuert. Das lichtemittierende Element 572 emittiert Licht mit einer Leuchtdichte, die der Menge an fließendem Strom entspricht. Dieser Vorgang wird nacheinander zeilenweise durchgeführt; somit kann ein Bild angezeigt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die Struktur beschrieben, die das lichtemittierende Element 572 als Anzeigeelement der Anzeigevorrichtung beinhaltet; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die Struktur beschränkt, und verschiedene Elemente können in der Anzeigevorrichtung enthalten sein.
  • Die Anzeigevorrichtung beinhaltet beispielsweise mindestens eines der folgenden Elemente: das Flüssigkristallelement, eine LED (z. B. eine weiße LED, eine rote LED, eine grüne LED oder eine blaue LED), einen Transistor (einen Transistor, der in Abhängigkeit von Strom Licht emittiert), einen Elektronenemitter, elektronische Tinte, ein elektrophoretisches Element, ein Grating Light Valve (GLV), einen Plasmabildschirm (plasma display panel, PDP), ein Anzeigeelement mittels eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS), eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (digital micromirror device, DMD), ein Digital Micro Shutter (DMS), MIRASOL (eingetragenes Warenzeichen), ein Element für einen Bildschirm mit interferometrisch arbeitendem Modulator (interferometic modulator display, IMOD), ein MEMS-Shutter-Anzeigeelement, ein MEMS-Anzeigeelement vom optischen Interferenztyp, ein Elektrobenetzungselement, eine piezoelektrische Keramikanzeige, eine Anzeigevorrichtung mittels einer Kohlenstoffnanoröhre und dergleichen. Alternativ kann die Anzeigevorrichtung ein Anzeigemedium beinhalten, dessen Kontrast, Leuchtdichte, Reflexionsgrad, Durchlässigkeit oder dergleichen durch einen elektrischen oder magnetischen Effekt verändert wird. Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Elektronenemitter beinhalten, sind ein Feldemissionsbildschirm (field emission display, FED) und ein SED-Flachbildschirm (SED: surface-conduction electron-emitter display bzw. oberflächenleitender Elektronen-Emitter-Bildschirm). Beispiele für Anzeigevorrichtungen, die Flüssigkristallelemente beinhalten, umfassen eine Flüssigkristallanzeige (eine transmissive Flüssigkristallanzeige, eine transflektive Flüssigkristallanzeige, eine reflektierende Flüssigkristallanzeige, eine Direktansicht-Flüssigkristallanzeige oder eine Projektionsflüssigkristallanzeige). Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die elektronische Tinte oder elektrophoretische Elemente beinhaltet, ist elektronisches Papier. Im Falle einer transflektiven Flüssigkristallanzeige oder einer reflektierenden Flüssigkristallanzeige dienen einige oder alle Pixelelektroden als reflektierende Elektroden. Beispielsweise sind einige oder alle Pixelelektroden derart ausgebildet, dass sie Aluminium, Silber oder dergleichen enthalten. In einem solchen Fall kann eine Speicherschaltung, wie z. B. ein SRAM, unter den reflektierenden Elektroden bereitgestellt sein. Daher kann der Stromverbrauch weiter verringert werden.
  • Eine progressive Anzeige, eine Interlaced-Anzeige oder dergleichen kann als Anzeigeart der Anzeigevorrichtung zum Einsatz kommen. Ferner sind Farbelemente, die bei der Farbanzeige in einem Pixel gesteuert werden, nicht auf drei Farben beschränkt, nämlich R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau). Beispielsweise können vier Pixel enthalten sein, nämlich das R-Pixel, das G-Pixel, das B-Pixel und ein W-(weißes)Pixel. Alternativ kann ein Farbelement aus zwei Farben aus R, G und B wie in der PenTile-Anordnung bestehen. Die zwei Farben können sich zwischen Farbelementen unterscheiden. Alternativ kann/können eine oder mehrere Farbe/n aus Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen zu RGB hinzugefügt werden. Ferner kann die Größe eines Anzeigebereichs in Abhängigkeit von jeweiligen Punkten der Farbelemente unterschiedlich sein. Ausführungsformen der offenbarten Erfindung sind nicht auf eine Anzeigevorrichtung für die Farbanzeige beschränkt; die offenbarte Erfindung kann auch auf eine Anzeigevorrichtung für die monochrome Anzeige angewendet werden.
  • Weißes Licht (W) kann von einer Hintergrundbeleuchtung (z. B. einem organischen EL-Element, einem anorganischen EL-Element, einer LED oder einer Fluoreszenzlampe) in der Anzeigevorrichtung emittiert werden. Ferner kann eine Farbschicht (auch als Farbfilter bezeichnet) in der Anzeigevorrichtung bereitgestellt sein. Als Farbschicht kann beispielsweise Rot (R), Grün (G), Blau (B), Gelb (Y) oder dergleichen angemessen kombiniert werden. Unter Verwendung der Farbschicht kann eine höhere Farbreproduzierbarkeit erzielt werden als im Falle ohne Farbschicht. In diesem Fall werden ein Bereich mit der Farbschicht und ein Bereich ohne Farbschicht bereitgestellt, wodurch weißes Licht in dem Bereich ohne Farbschicht direkt zur Anzeige genutzt werden kann. Indem der Bereich ohne Farbschicht teilweise bereitgestellt wird, kann eine Abnahme der Leuchtdichte aufgrund der Farbschicht unterdrückt werden, und in einigen Fällen kann der Stromverbrauch um 20% bis 30% verringert werden, wenn ein Bild hell angezeigt wird. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine Vollfarbanzeige unter Verwendung von selbstleuchtenden Elementen, wie z. B. organischen EL-Elementen oder anorganischen EL-Elementen, durchgeführt wird, die Elemente Licht in ihren jeweiligen Farben emittieren können, nämlich R, G, B, Y und W. Unter Verwendung von selbstleuchtenden Elementen kann in einigen Fällen der Stromverbrauch im Vergleich zu dem Fall, in dem die Farbschicht verwendet wird, weiter verringert werden.
  • <4-3. Strukturbeispiel eines Pixels einer Anzeigevorrichtung>
  • Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die die in 46B gezeigte Pixelschaltung beinhaltet, wird anhand von 47A und 47B beschrieben. 47A ist eine Draufsicht auf einen Pixelabschnitt der Anzeigevorrichtung, und 47B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 47A. Es sei angemerkt, dass in 47A einige Komponenten nicht dargestellt sind, um eine Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden.
  • Die in 47A und 47B gezeigte Anzeigevorrichtung beinhaltet einen leitenden Film 704, der über einem Substrat 702 liegt und als erste Gate-Elektrode dient, isolierende Filme 706 und 707 über dem leitenden Film 704, einen Oxidhalbleiterfilm 708 über dem isolierenden Film 707, leitende Filme 712a und 712b, die über dem isolierenden Film 707 und dem Oxidhalbleiterfilm 708 liegen und als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, einen leitenden Film 712c über dem isolierenden Film 707, isolierende Filme 714 und 716, die den Oxidhalbleiterfilm 708 und die leitenden Filme 712a, 712b und 712c bedecken, einen Oxidhalbleiterfilm 720, der über dem isolierenden Film 716 liegt und als zweite Gate-Elektrode dient, einen isolierenden Film 718 über dem isolierenden Film 716 und dem Oxidhalbleiterfilm 720, einen isolierenden Film 722, der über dem isolierenden Film 718 liegt und als isolierender Planarisierungsfilm dient, leitende Filme 724a und 724b, die über dem isolierenden Film 722 liegen und als Pixelelektroden dienen, ein Strukturteil 726 mit einer Funktion zum Unterdrücken einer elektrischen Verbindung zwischen dem leitenden Film 724a und dem leitenden Film 724b, eine EL-Schicht 728 über den leitenden Filmen 724a und 724b und dem Strukturteil 726 sowie einen leitenden Film 730 über der EL-Schicht 728.
  • Der leitende Film 712c ist durch einen Öffnungsabschnitt 752c, der in den isolierenden Filmen 706 und 707 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem leitenden Film 704 verbunden. Der Oxidhalbleiterfilm 720, der als zweite Gate-Elektrode dient, ist durch einen Öffnungsabschnitt 752a, der in den isolierenden Filmen 714 und 716 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem leitenden Film 712b verbunden. Der leitende Film 724a ist durch einen Öffnungsabschnitt 752b, der in den isolierenden Filmen 714, 716, 718 und 722 bereitgestellt ist, elektrisch mit dem leitenden Film 712b verbunden.
  • Der leitende Film 724a, der als Pixelelektrode dient, die EL-Schicht 728 und der leitende Film 730 bilden das lichtemittierende Element 572. Es sei angemerkt, dass die EL-Schicht 728 durch ein beliebiges der folgenden Verfahren ausgebildet werden kann: ein Sputterverfahren, ein Verdampfungsverfahren (darunter auch ein Vakuumverdampfungsverfahren), ein Druckverfahren (wie z. B. Hochdruck, Tiefdruck, Kupfertiefdruck, Flachdruck und Schablonendruck), ein Tintenstrahlverfahren, ein Beschichtungsverfahren und dergleichen.
  • Wenn eine Struktur, die, wie in 46B sowie 47A und 47B gezeigt, zwei Transistoren und einen Kondensator umfasst, als Struktur eines Pixels der Anzeigevorrichtung verwendet wird, kann die Anzahl von Leitungen verringert werden. Das Pixel, das in 46B und 47A gezeigt ist, beinhaltet beispielsweise drei Leitungen, d. h. eine Gate-Leitung, eine Datenleitung und die Anodenleitung. Ein Pixel mit einer derartigen Struktur in der Anzeigevorrichtung kann ein großes Öffnungsverhältnis aufweisen. Überdies ist es dann, wenn die Anzahl von Leitungen verringert wird, unwahrscheinlich, dass beispielsweise ein Kurzschluss zwischen benachbarten Leitungen auftritt. Deshalb können Anzeigevorrichtungen mit hoher Ausbeute hergestellt werden.
  • Die Struktur, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, kann in einer geeigneten Kombination mit der Struktur verwendet werden, die bei einer der anderen Ausführungsformen beschrieben wird.
  • (Ausführungsform 5)
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Anzeigevorrichtung, die die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, und eine elektronische Vorrichtung, bei der die Anzeigevorrichtung mit einer Eingabevorrichtung versehen ist, anhand von 48A und 48B, 49A und 49B, 50, 51A und 51B, 52A und 52B sowie 53 beschrieben.
  • <5-1. Touchscreen>
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Touchscreen 2000, der eine Anzeigevorrichtung und eine Eingabevorrichtung beinhaltet, als Beispiel für eine elektronische Vorrichtung beschrieben. Außerdem wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein Berührungssensor als Eingabevorrichtung verwendet wird.
  • 48A und 48B sind perspektivische Ansichten des Touchscreens 2000. Es sei angemerkt, dass 48A und 48B der Einfachheit halber nur Hauptbestandteile des Touchscreens 2000 darstellen.
  • Der Touchscreen 2000 beinhaltet eine Anzeigevorrichtung 2501 und einen Berührungssensor 2595 (siehe 48B). Der Touchscreen 2000 beinhaltet auch ein Substrat 2510, ein Substrat 2570 und ein Substrat 2590. Das Substrat 2510, das Substrat 2570 und das Substrat 2590 weisen jeweils Flexibilität auf. Es sei angemerkt, dass eines oder alle der Substrate 2510, 2570 und 2590 unflexibel sein kann/können.
  • Die Anzeigevorrichtung 2501 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln über dem Substrat 2510 und eine Vielzahl von Leitungen 2511, über die den Pixeln Signale zugeführt werden. Die Vielzahl von Leitungen 2511 erstreckt sich bis zu einem peripheren Abschnitt des Substrats 2510, und Teile der Vielzahl von Leitungen 2511 bilden einen Anschluss 2519. Der Anschluss 2519 ist elektrisch mit einer FPC 2509(1) verbunden.
  • Das Substrat 2590 beinhaltet den Berührungssensor 2595 und eine Vielzahl von Leitungen 2598, die elektrisch mit dem Berührungssensor 2595 verbunden sind. Die Vielzahl von Leitungen 2598 erstreckt sich bis zu einem peripheren Abschnitt des Substrats 2590, und Teile der Vielzahl von Leitungen 2598 bilden einen Anschluss. Der Anschluss ist elektrisch mit einer FPC 2509(2) verbunden. Es sei angemerkt, dass in 48B Elektroden, Leitungen und dergleichen des Berührungssensors 2595, der auf der Rückseite des Substrats 2590 (der Seite, die dem Substrat 2510 zugewandt ist) bereitgestellt ist, zur Verdeutlichung durch durchgezogene Linien dargestellt sind.
  • Als Berührungssensor 2595 kann ein kapazitiver Berührungssensor verwendet werden. Beispiele für den kapazitiven Berührungssensor sind ein oberflächenkapazitiver Berührungssensor und ein projiziert-kapazitiver Berührungssensor.
  • Beispiele für den projiziert-kapazitiven Berührungssensor sind ein eigenkapazitiver Berührungssensor und ein gegenseitig kapazitiver Berührungssensor, welche sich hauptsächlich durch das Ansteuerverfahren voneinander unterscheiden. Es wird die Verwendung eines gegenseitig kapazitiven Typs bevorzugt, da mehrere Punkte gleichzeitig erfasst werden können.
  • Es sei angemerkt, dass der in 48B dargestellte Berührungssensor 2595 ein Beispiel ist, bei dem ein projiziert-kapazitiver Berührungssensor verwendet wird.
  • Es sei angemerkt, dass als Berührungssensor 2595 verschiedene Sensoren verwendet werden können, die die Nähe oder die Berührung eines Erfassungsobjekts, wie z. B. eines Fingers, erkennen können.
  • Der projiziert-kapazitive Berührungssensor 2595 beinhaltet Elektroden 2591 und Elektroden 2592. Die Elektroden 2591 sind jeweils elektrisch mit einer der Vielzahl von Leitungen 2598 verbunden, und die Elektroden 2592 sind jeweils elektrisch mit einer der anderen Leitungen 2598 verbunden.
  • Die Elektroden 2592 weisen jeweils eine Form einer Vielzahl von Vierecken auf, die in einer Richtung angeordnet sind, wobei eine Ecke eines Vierecks mit einer Ecke eines anderen Vierecks verbunden ist, wie in 48A und 48B dargestellt.
  • Die Elektroden 2591 weisen jeweils eine viereckige Form auf und sind in einer Richtung angeordnet, die die Richtung kreuzt, in die sich die Elektroden 2592 erstrecken.
  • Eine Leitung 2594 verbindet zwei Elektroden 2591 elektrisch, zwischen denen die Elektrode 2592 positioniert ist. Die Schnittfläche der Elektrode 2592 und der Leitung 2594 ist vorzugsweise so klein wie möglich. Eine derartige Struktur ermöglicht eine Verringerung der Fläche eines Bereichs, in dem die Elektroden nicht bereitgestellt sind; dies führt zu einer Verringerung von Schwankungen der Durchlässigkeit. Das hat zur Folge, dass die Schwankungen der Leuchtdichte von Licht, das den Berührungssensor 2595 passiert, verringert werden können.
  • Es sei angemerkt, dass die Formen der Elektroden 2591 und der Elektroden 2592 nicht darauf beschränkt sind und sie verschiedene Formen aufweisen können. Beispielsweise kann die folgende Struktur zum Einsatz kommen: Die Vielzahl von Elektroden 2591 ist derart angeordnet, dass Zwischenräume zwischen den Elektroden 2591 möglichst verringert werden, und die Elektroden 2592 werden getrennt von den Elektroden 2591 angeordnet, wobei eine isolierende Schicht dazwischen liegt, um Bereiche aufzuweisen, die die Elektroden 2591 nicht überlappen. In diesem Fall wird zwischen zwei benachbarten Elektroden 2592 vorzugsweise eine Dummy-Elektrode, die elektrisch von diesen Elektroden isoliert ist, bereitgestellt, da die Fläche von Bereichen mit verschiedener Durchlässigkeit verringert werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass als Material der leitenden Filme, wie z. B. der Elektroden 2591, der Elektroden 2592 und der Leitungen 2598, d. h. Leitungen und Elektroden, welche den Touchscreen bilden, ein durchsichtiger leitender Film, der Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid oder dergleichen (z. B. ITO) enthält, angegeben werden kann. Zum Beispiel wird vorzugsweise ein niederohmiges Material als Material verwendet, das als Leitungen und Elektroden, welche den Touchscreen bilden, verwendet werden kann. Beispielsweise kann Silber, Kupfer, Aluminium, eine Kohlenstoffnanoröhre, Graphen oder ein Metallhalogenid (wie z. B. ein Silberhalogenid) verwendet werden. Alternativ kann ein Metallnanodraht verwendet werden, der eine Vielzahl von Leitern mit einer sehr kleinen Breite (z. B. mit einem Durchmesser von mehreren Nanometer) enthält. Als weitere Alternative kann ein Metallnetz aus einem Leiter verwendet werden. Beispielsweise kann ein Ag-Nanodraht, ein Cu-Nanodraht, ein Al-Nanodraht, ein Ag-Netz, ein Cu-Netz oder ein Al-Netz verwendet werden. Beispielsweise können im Falle der Verwendung eines Ag-Nanodrahts als Leitungen und Elektroden, welche den Touchscreen bilden, eine Durchlässigkeit für sichtbares Licht von 89% oder höher sowie ein Flächenwiderstand von 40 Ω/cm2 oder höher und 100 Ω/cm2 oder niedriger erzielt werden. Die oben beschriebenen Materialien, d. h. Metallnanodraht, Metallnetz, Kohlenstoffnanoröhre, Graphen und dergleichen, welche Beispiele für das Material sind, das als den Touchscreen bildende Leitungen und Elektroden verwendet werden kann, weisen eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht auf; deshalb können sie als Elektroden von Anzeigeelementen (z. B. als Pixelelektrode oder gemeinsame Elektrode) verwendet werden.
  • <5-2. Anzeigevorrichtung>
  • Als Nächstes wird die Anzeigevorrichtung 2501 ausführlich anhand von 49A und 49B beschrieben. 49A und 49B entsprechen Querschnittsansichten entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 48B.
  • Die Anzeigevorrichtung 2501 beinhaltet eine Vielzahl von Pixeln, die in einer Matrix angeordnet sind. Jedes der Pixel beinhaltet ein Anzeigeelement und eine Pixelschaltung zum Ansteuern des Anzeigeelementes.
  • [Struktur mittels eines EL-Elementes als Anzeigeelement]
  • Als Erstes wird eine Struktur, bei der ein EL-Element als Anzeigeelement verwendet wird, nachstehend anhand von 49A beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein Beispiel beschrieben, bei dem ein weißes Licht emittierendes EL-Element verwendet wird; jedoch ist das EL-Element nicht auf dieses Element beschränkt. Beispielsweise können EL-Elemente, die Licht in verschiedenen Farben emittieren, enthalten sein, so dass das Licht in verschiedenen Farben von benachbarten Pixeln emittiert werden kann.
  • Für das Substrat 2510 und das Substrat 2570 kann beispielsweise ein flexibles Material mit einer Wasserdampfdurchlässigkeit von weniger als oder gleich 10–5 g/(m2·Tag), bevorzugt weniger als oder gleich 10–6 g/(m2·Tag) vorteilhaft verwendet werden. Alternativ werden vorzugsweise Materialien, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten einander im Wesentlichen gleich sind, für das Substrat 2510 und das Substrat 2570 verwendet. Zum Beispiel sind die Längenausdehnungskoeffizienten der Materialien bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10–3/K, bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 10–6/K und noch bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10–6/K.
  • Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Substrat 2510 um eine Schichtanordnung handelt, die eine isolierende Schicht 2510a zum Verhindern einer Verunreinigungsdiffusion in das EL-Element, ein flexibles Substrat 2510b und eine Klebeschicht 2510c zum aneinander Befestigen der isolierenden Schicht 2510a und des flexiblen Substrats 2510b umfasst. Bei dem Substrat 2570 handelt es sich um eine Schichtanordnung, die eine isolierende Schicht 2570a zum Verhindern einer Verunreinigungsdiffusion in das EL-Element, ein flexibles Substrat 2570b und eine Klebeschicht 2570c zum aneinander Befestigen der isolierenden Schicht 2570a und des flexiblen Substrats 2570b umfasst.
  • Für die Klebeschicht 2510c und die Klebeschicht 2570c können beispielsweise Materialien verwendet werden, die Polyester, Polyolefin, Polyamid (z. B. Nylon, Aramid), Polyimid, Polycarbonat, ein Acrylharz, Polyurethan, ein Epoxidharz oder ein Harz mit einer Siloxanbindung enthalten.
  • Eine Dichtungsschicht 2560 ist zwischen dem Substrat 2510 und dem Substrat 2570 bereitgestellt. Die Dichtungsschicht 2560 weist vorzugsweise einen höheren Brechungsindex auf als Luft. In dem Fall, in dem Licht, wie in 49A dargestellt, zur Seite der Dichtungsschicht 2560 entnommen wird, kann die Dichtungsschicht 2560 auch als optisches Element dienen.
  • Ein Dichtungsmittel kann in dem peripheren Abschnitt der Dichtungsschicht 2560 ausgebildet werden. Unter Verwendung des Dichtungsmittels kann ein EL-Element 2550 in einem Bereich, der von dem Substrat 2510, dem Substrat 2570, der Dichtungsschicht 2560 und dem Dichtungsmittel umschlossen ist, bereitgestellt werden. Es sei angemerkt, dass ein Inertgas (wie z. B. Stickstoff oder Argon) anstelle der Dichtungsschicht 2560 verwendet werden kann. Ein Trocknungsmittel kann in dem Inertgas bereitgestellt sein, um Feuchtigkeit oder dergleichen zu adsorbieren. Zum Beispiel wird vorzugsweise ein Harz auf Epoxidbasis oder eine Glasfritte als Dichtungsmittel verwendet. Als Material, das für das Dichtungsmittel verwendet wird, wird vorzugsweise ein Material verwendet, das für Feuchtigkeit oder Sauerstoff undurchlässig ist.
  • Die in 49A dargestellte Anzeigevorrichtung 2501 beinhaltet ein Pixel 2505. Das Pixel 2505 beinhaltet ein lichtemittierendes Modul 2580, das EL-Element 2550 und einen Transistor 2502t, der dem EL-Element 2550 elektrische Energie zuführen kann. Es sei angemerkt, dass der Transistor 2502t als Teil der Pixelschaltung dient.
  • Das lichtemittierende Modul 2580 beinhaltet das EL-Element 2550 und eine Farbschicht 2567. Das EL-Element 2550 beinhaltet eine untere Elektrode, eine obere Elektrode und eine EL-Schicht zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode.
  • In dem Fall, in dem die Dichtungsschicht 2560 auf der Lichtextraktionsseite bereitgestellt ist, ist die Dichtungsschicht 2560 in Kontakt mit dem EL-Element 2550 und der Farbschicht 2567.
  • Die Farbschicht 2567 ist in einem Bereich positioniert, der das EL-Element 2550 überlappt. Demzufolge passiert ein Teil von Licht, das von dem EL-Element 2550 emittiert wird, die Farbschicht 2567 und wird zur Außenseite des lichtemittierenden Moduls 2580 emittiert, wie durch einen Pfeil in 49A gezeigt.
  • Die Anzeigevorrichtung 2501 beinhaltet eine lichtundurchlässige Schicht 2568 auf der Lichtextraktionsseite. Die lichtundurchlässige Schicht 2568 ist derart bereitgestellt, dass sie die Farbschicht 2567 umgibt.
  • Die Farbschicht 2567 ist eine Farbschicht mit einer Funktion zum Durchlassen von Licht in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Beispielsweise kann ein Farbfilter zum Durchlassen von Licht in einem roten Wellenlängenbereich, ein Farbfilter zum Durchlassen von Licht in einem grünen Wellenlängenbereich, ein Farbfilter zum Durchlassen von Licht in einem blauen Wellenlängenbereich, ein Farbfilter zum Durchlassen von Licht in einem gelben Wellenlängenbereich oder dergleichen verwendet werden. Jeder Farbfilter kann mit verschiedenen Materialien durch ein Druckverfahren, ein Tintenstrahlverfahren, ein Ätzverfahren unter Verwendung einer Photolithographietechnik oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Eine isolierende Schicht 2521 ist in der Anzeigevorrichtung 2501 bereitgestellt. Die isolierende Schicht 2521 bedeckt den Transistor 2502t und dergleichen. Es sei angemerkt, dass die isolierende Schicht 2521 eine Funktion zum Bedecken der durch die Pixelschaltung hervorgerufenen Rauheit aufweist, um eine flache Oberfläche bereitzustellen. Die isolierende Schicht 2521 kann eine Funktion zum Unterdrücken einer Verunreinigungsdiffusion aufweisen. Dies kann verhindern, dass die Zuverlässigkeit des Transistors 2502t oder dergleichen durch die Verunreinigungsdiffusion verringert wird.
  • Das EL-Element 2550 ist über der isolierenden Schicht 2521 ausgebildet. Eine Trennwand 2528 ist derart bereitgestellt, dass sie einen Endabschnitt der unteren Elektrode des EL-Elementes 2550 überlappt. Es sei angemerkt, dass ein Abstandshalter zum Steuern des Abstandes zwischen dem Substrat 2510 und dem Substrat 2570 über der Trennwand 2528 ausgebildet sein kann.
  • Eine Abtastleitungstreiberschaltung 2504 beinhaltet einen Transistor 2503t und einen Kondensator 2503c. Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung im gleichen Prozess über dem gleichen Substrat wie die Pixelschaltungen ausgebildet werden kann.
  • Über dem Substrat 2510 sind die Leitungen 2511 bereitgestellt, über die Signale zugeführt werden können. Der Anschluss 2519 ist über den Leitungen 2511 bereitgestellt. Die FPC 2509(1) ist elektrisch mit dem Anschluss 2519 verbunden. Die FPC 2509(1) weist eine Funktion zum Zuführen eines Videosignals, eines Taktsignals, eines Startsignals, eines Rücksetzsignals oder dergleichen auf. Es sei angemerkt, dass die FPC 2509(1) mit einer gedruckte Leiterplatte (printed wiring board, PWB) versehen sein kann.
  • Ein beliebiger der Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann als Transistor 2502t und/oder Transistor 2503t verwendet werden. Die Transistoren, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden, beinhalten jeweils einen Oxidhalbleiterfilm, der hochrein ist und eine hohe Kristallinität aufweist. Bei den Transistoren kann der Strom in einem Sperrzustand (Sperrstrom) klein gemacht werden. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, über einen längeren Zeitraum gehalten werden, und ein Schreibintervall kann in einem Durchlasszustand länger eingestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit des Auffrischungsvorgangs verringert werden, was zu einem Effekt der Unterdrückung des Stromverbrauchs führt. Es sei angemerkt, dass die Details der Auffrischungsvorgang später beschrieben wird.
  • Außerdem können die Transistoren, die bei dieser Ausführungsform verwendet werden, eine relativ hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweisen und sind deshalb für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet. Wenn derartige Transistoren, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten können, beispielsweise für die Anzeigevorrichtung 2501 verwendet werden, können ein Schalttransistor einer Pixelschaltung und ein Treibertransistor in einem Treiberschaltungsabschnitt über einem einzigen Substrat ausgebildet werden. Das heißt: Als Treiberschaltung ist keine zusätzliche Halbleitervorrichtung erforderlich, die unter Verwendung eines Siliziumwafers oder dergleichen ausgebildet wird; folglich kann die Anzahl von Bestandteilen der Halbleitervorrichtung verringert werden. Zudem kann, indem ein Transistor, der mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann, in einer Pixelschaltung verwendet wird, ein hochqualitatives Bild bereitgestellt werden.
  • [Struktur mittels eines Flüssigkristallelementes als Anzeigeelement]
  • Als Nächstes wird eine Struktur, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement beinhaltet, nachstehend anhand von 49B beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird eine reflektierende Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschrieben, bei der eine Anzeige durch Reflexion von externem Licht erfolgt; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die derartige Flüssigkristallanzeigevorrichtung beschränkt. Beispielsweise kann eine Lichtquelle (z. B. eine Hintergrundbeleuchtung oder eine Seitenbeleuchtung) bereitgestellt werden, um eine transmissive Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder eine transflektive Flüssigkristallanzeigevorrichtung auszubilden.
  • Die in 49B dargestellte Anzeigevorrichtung 2501 weist die gleiche Struktur wie die in 49A dargestellte Anzeigevorrichtung 2501 auf, mit Ausnahme der folgenden Punkte.
  • Das Pixel 2505 in der in 49B dargestellten Anzeigevorrichtung 2501 beinhaltet ein Flüssigkristallelement 2551 und den Transistor 2502t, der dem Flüssigkristallelement 2551 elektrische Energie zuführen kann.
  • Das Flüssigkristallelement 2551 beinhaltet eine untere Elektrode (auch als Pixelelektrode bezeichnet), eine obere Elektrode und eine Flüssigkristallschicht 2529 zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode. Durch die Anlegung einer Spannung zwischen der unteren Elektrode und der oberen Elektrode kann der Ausrichtungszustand der Flüssigkristallschicht 2529 in dem Flüssigkristallelement 2551 verändert werden. In der Flüssigkristallschicht 2529 sind ferner ein Abstandshalter 2530a und ein Abstandshalter 2530b bereitgestellt. Obwohl in 49B nicht dargestellt ist, kann ein Ausrichtungsfilm sowohl an der oberen Elektrode als auch an der unteren Elektrode auf der Seite in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht 2529 bereitgestellt sein.
  • Als Flüssigkristallschicht 2529 kann thermotroper Flüssigkristall, niedermolekularer Flüssigkristall, hochmolekularer Flüssigkristall, polymerdispergierter Flüssigkristall, ferroelektrischer Flüssigkristall oder antiferroelektrischer Flüssigkristall verwendet werden. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial weist je nach Bedingungen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral-nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf. In dem Fall, in dem eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld zum Einsatz kommt, kann ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall verwendet werden, für den kein Ausrichtungsfilm notwendig ist. In dem Fall, in dem ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall verwendet wird, wird ein Ausrichtungsfilm nicht notwendigerweise bereitgestellt, so dass auch eine Reibbehandlung unnötig ist. Folglich können die durch die Reibbehandlung hervorgerufenen Schäden durch elektrostatische Entladung verhindert werden, und es können Defekte und Schäden an der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Herstellungsprozess verringert werden.
  • Die Abstandshalter 2530a und 2530b werden durch selektives Ätzen eines isolierenden Films ausgebildet. Die Abstandshalter 2530a und 2530b werden bereitgestellt, um den Abstand zwischen dem Substrat 2510 und dem Substrat 2570 (den Zellenabstand) zu steuern. Es sei angemerkt, dass die Abstandshalter 2530a und 2530b voneinander unterschiedliche Größen aufweisen können und vorzugsweise säulenförmig oder kugelförmig sind. Bei der Struktur in 49B, die keine Einschränkung bedeutet, sind die Abstandshalter 2530a und 2530b auf der Seite des Substrats 2570 bereitgestellt; jedoch können sie auf der Seite des Substrats 2510 bereitgestellt werden.
  • Die obere Elektrode des Flüssigkristallelementes 2551 ist auf der Seite des Substrats 2570 bereitgestellt. Eine isolierende Schicht 2531 ist zwischen der oberen Elektrode und der Farbschicht 2567 und der lichtundurchlässigen Schicht 2568 bereitgestellt. Die isolierende Schicht 2531 weist eine Funktion zum Bedecken der durch die Farbschicht 2567 und die lichtundurchlässige Schicht 2568 hervorgerufenen Rauheit auf, um eine flache Oberfläche bereitzustellen. Als isolierende Schicht 2531 kann beispielsweise ein organischer Harzfilm verwendet werden. Die untere Elektrode des Flüssigkristallelementes 2551 weist eine Funktion einer reflektierenden Elektrode auf. Bei der in 49B dargestellten Anzeigevorrichtung 2501 handelt es sich um einen reflektierenden Typ, bei dem eine Anzeige erfolgt, indem externes Licht an der unteren Elektrode reflektiert wird und das Licht die Farbschicht 2567 passieren gelassen wird. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine transmissive Flüssigkristallanzeigevorrichtung ausgebildet wird, eine durchsichtige Elektrode als untere Elektrode bereitgestellt wird.
  • Die in 49B dargestellte Anzeigevorrichtung 2501 beinhaltet eine isolierende Schicht 2522. Die isolierende Schicht 2522 bedeckt den Transistor 2502t und dergleichen. Die isolierende Schicht 2522 weist eine Funktion zum Bedecken der durch die Pixelschaltung hervorgerufenen Rauheit, um eine flache Oberfläche bereitzustellen, und eine Funktion zum Bilden einer Rauheit an der unteren Elektrode des Flüssigkristallelementes auf. Auf diese Weise kann eine Rauheit an der Oberfläche der unteren Elektrode gebildet werden. Daher wird dann, wenn externes Licht auf die untere Elektrode einfällt, das Licht an der Oberfläche der unteren Elektrode diffus reflektiert, wodurch die Sichtbarkeit verbessert werden kann. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine transmissive Flüssigkristallanzeigevorrichtung ausgebildet wird, eine Struktur ohne derartige Rauheit zum Einsatz kommen kann.
  • <5-3. Berührungssensor>
  • Als Nächstes wird der Berührungssensor 2595 ausführlich anhand von 50 beschrieben. 50 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 48B.
  • Der Berührungssensor 2595 beinhaltet die Elektroden 2591 und die Elektroden 2592, welche in einer versetzten Anordnung auf dem Substrat 2590 bereitgestellt sind, eine isolierende Schicht 2593, die die Elektroden 2591 und die Elektroden 2592 bedeckt, und die Leitung 2594, die die benachbarten Elektroden 2591 elektrisch miteinander verbindet.
  • Die Elektroden 2591 und die Elektroden 2592 werden unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet. Als lichtdurchlässiges leitendes Material kann ein leitendes Oxid, wie z. B. Indiumoxid, Indiumzinnoxid, Indiumzinkoxid, Zinkoxid oder Zinkoxid, dem Gallium zugesetzt ist, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass auch ein Film, der Graphen enthält, verwendet werden kann. Der Film, der Graphen enthält, kann beispielsweise durch eine Reduktion eines Films, der Graphenoxid enthält, ausgebildet werden. Als Reduktionsverfahren kann ein Verfahren, bei dem Wärme ausgeübt wird, oder dergleichen zum Einsatz kommen.
  • Die Elektroden 2591 und die Elektroden 2592 können beispielsweise ausgebildet werden, indem ein lichtdurchlässiges leitendes Material durch ein Sputterverfahren auf dem Substrat 2590 abgeschieden wird und dann ein unnötiger Teil durch eine beliebige der verschiedenen Strukturierungstechniken, wie z. B. Photolithographie, entfernt wird.
  • Beispiele für ein Material für die isolierende Schicht 2593 umfassen ein Harz, wie z. B. ein Acrylharz oder ein Epoxidharz, ein Harz mit einer Siloxanbindung und ein anorganisches isolierendes Material, wie z. B. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder Aluminiumoxid.
  • Öffnungen, die die Elektroden 2591 erreichen, sind in der isolierenden Schicht 2593 ausgebildet, und die Leitung 2594 verbindet die benachbarten Elektroden 2591 elektrisch. Ein lichtdurchlässiges leitendes Material kann für die Leitung 2594 vorteilhaft verwendet werden, da das Öffnungsverhältnis des Touchscreens erhöht werden kann. Außerdem kann ein Material, das eine höhere Leitfähigkeit aufweist als die Elektroden 2591 und 2592, für die Leitung 2594 vorteilhaft verwendet werden, da der elektrische Widerstand verringert werden kann.
  • Eine Elektrode 2592 erstreckt sich in eine Richtung, und eine Vielzahl von Elektroden 2592 ist in Streifenform bereitgestellt. Die Leitung 2594 kreuzt die Elektrode 2592.
  • Benachbarte Elektroden 2591 sind derart bereitgestellt, dass eine Elektrode 2592 dazwischen liegt. Die Leitung 2594 verbindet die benachbarten Elektroden 2591 elektrisch.
  • Es sei angemerkt, dass die Vielzahl von Elektroden 2591 nicht notwendigerweise in der Richtung orthogonal zu einer Elektrode 2592 angeordnet ist und derart angeordnet sein kann, dass sie eine Elektrode 2592 in einem Winkel von mehr als 0 Grad und weniger als 90 Grad kreuzt.
  • Die Leitung 2598 ist elektrisch mit einer der Elektroden 2591 und 2592 verbunden. Ein Teil der Leitung 2598 dient als Anschluss. Für die Leitung 2598 kann ein Metallmaterial, wie z. B. Aluminium, Gold, Platin, Silber, Nickel, Titan, Wolfram, Chrom, Molybdän, Eisen, Kobalt, Kupfer oder Palladium, oder ein Legierungsmaterial verwendet werden, das ein beliebiges dieser Metallmaterialien enthält.
  • Es sei angemerkt, dass eine isolierende Schicht, die die isolierende Schicht 2593 und die Leitung 2594 bedeckt, bereitgestellt sein kann, um den Berührungssensor 2595 zu schützen.
  • Eine Verbindungsschicht 2599 verbindet die Leitung 2598 elektrisch mit der FPC 2509(2).
  • Als Verbindungsschicht 2599 kann ein beliebiges Material verwendet werden, wie beispielsweise verschiedene anisotrope leitende Filmen (anisotropic conductive film, ACF), anisotrope leitende Pasten (anisotropic conductive paste, ACP) oder dergleichen.
  • <5-4. Touchscreen>
  • Als Nächstes wird der Touchscreen 2000 ausführlich anhand von 51A beschrieben. 51A entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X5-X6 in 48A.
  • Bei dem in 51A dargestellten Touchscreen 2000 sind die Anzeigevorrichtung 2501, die anhand von 48A beschrieben worden ist, und der Berührungssensor 2595, der anhand von 50 beschrieben worden ist, aneinander befestigt.
  • Der in 51A dargestellte Touchscreen 2000 beinhaltet zusätzlich zu den Komponenten, die anhand von 49A beschrieben worden sind, eine Klebeschicht 2597 und eine Antireflexionsschicht 2569.
  • Die Klebeschicht 2597 ist in Kontakt mit der Leitung 2594 bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass mit der Klebeschicht 2597 das Substrat 2590 an dem Substrat 2570 derart befestigt ist, dass der Berührungssensor 2595 die Anzeigevorrichtung 2501 überlappt. Die Klebeschicht 2597 weist vorzugsweise eine Lichtdurchlässigkeitseigenschaft auf. Ein wärmehärtendes Harz oder ein Ultraviolett-härtendes Harz kann für die Klebeschicht 2597 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Acrylharz, ein Harz auf Urethanbasis, ein Harz auf Epoxidbasis oder ein Harz auf Siloxanbasis verwendet werden.
  • Die Antireflexionsschicht 2569 ist in einem Bereich positioniert, der Pixel überlappt. Als Antireflexionsschicht 2569 kann beispielsweise eine zirkular polarisierende Platte verwendet werden.
  • Als Nächstes wird ein Touchscreen mit einer Struktur, die sich von der in 51A dargestellten Struktur unterscheidet, anhand von 51B beschrieben.
  • 51B ist eine Querschnittsansicht eines Touchscreens 2001. Der in 51B dargestellte Touchscreen 2001 unterscheidet sich von dem in 51A dargestellten Touchscreen 2000 durch die Position des Berührungssensors 2595 in Bezug auf die Anzeigevorrichtung 2501. Unterschiedliche Teile werden im Folgenden ausführlich beschrieben, und für die anderen ähnlichen Teile wird auf die vorstehende Beschreibung des Touchscreens 2000 verwiesen.
  • Die Farbschicht 2567 ist unter dem EL-Element 2550 positioniert. Das in 51B dargestellte EL-Element 2550 emittiert Licht zu der Seite, auf der der Transistor 2502t bereitgestellt ist. Demzufolge passiert ein Teil von Licht, das von dem EL-Element 2550 emittiert wird, die Farbschicht 2567 und wird zur Außenseite des lichtemittierenden Moduls 2580 emittiert, wie durch einen Pfeil in 51B gezeigt.
  • Der Berührungssensor 2595 ist auf der Seite des Substrats 2510 der Anzeigevorrichtung 2501 bereitgestellt.
  • Die Klebeschicht 2597 ist zwischen dem Substrat 2510 und dem Substrat 2590 bereitgestellt, und mit ihr wird der Berührungssensor 2595 an der Anzeigevorrichtung 2501 befestigt.
  • Wie in 51A oder 51B dargestellt, kann Licht von dem lichtemittierenden Element durch das Substrat 2510 und/oder das Substrat 2570 emittiert werden.
  • <5-5. Betriebsverfahren eines Touchscreens>
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Betreiben eines Touchscreens anhand von 52A und 52B beschrieben.
  • 52A ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines gegenseitig kapazitiven Berührungssensors darstellt. 52A stellt eine Impulsspannungsausgabeschaltung 2601 und eine Stromerfassungsschaltung 2602 dar. Es sei angemerkt, dass in 52A sechs Leitungen X1 bis X6 die Elektroden 2621 repräsentieren, an die eine Impulsspannung angelegt wird, und sechs Leitungen Y1 bis Y6 die Elektroden 2622 repräsentieren, die die Veränderungen des Stroms erfassen. 52A stellt auch Kondensatoren 2603 dar, die jeweils in einem Bereich ausgebildet sind, in dem die Elektroden 2621 und 2622 einander überlappen. Es sei angemerkt, dass ein funktioneller Tausch zwischen den Elektroden 2621 und 2622 möglich ist.
  • Es handelt sich bei der Impulsspannungsausgabeschaltung 2601 um eine Schaltung zum sequenziellen Anlegen einer Impulsspannung an die Leitungen X1 bis X6. Durch Anlegen einer Impulsspannung an die Leitungen X1 bis X6 wird ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden 2621 und 2622 des Kondensators 2603 erzeugt. Wenn das elektrische Feld zwischen den Elektroden abgeschirmt wird, tritt beispielsweise eine Veränderung in dem Kondensator 2603 (Veränderung der gegenseitigen Kapazität) auf. Die Annäherung oder der Kontakt eines Erfassungsobjekts kann durch Ausnutzung dieser Veränderung erkannt werden.
  • Es handelt sich bei der Stromerfassungsschaltung 2602 um eine Schaltung zum Erfassen von Veränderungen des durch die Leitungen Y1 bis Y6 fließenden Stroms, welche durch die Veränderung der gegenseitigen Kapazität in dem Kondensator 2603 hervorgerufen werden. Keine Veränderung des Stromwertes wird in den Leitungen Y1 bis Y6 erfasst, wenn es keine Annäherung oder keinen Kontakt eines Erfassungsobjekts gibt, während eine Abnahme des Stromwertes erfasst wird, wenn die gegenseitige Kapazität durch die Annäherung oder den Kontakt eines Erfassungsobjekts verringert wird. Es sei angemerkt, dass eine Integratorschaltung oder dergleichen verwendet wird, um die Stromwerte zu erfassen.
  • 52B ist ein Zeitdiagramm, das Eingangs- und Ausgangswellenformen des in 52A dargestellten gegenseitig kapazitiven Berührungssensors zeigt. In 52B wird in einer Bildperiode bzw. Frameperiode eine Erfassung eines Erfassungsobjekts in sämtlichen Zeilen und Spalten durchgeführt. 52B zeigt eine Periode, in der kein Erfassungsobjekt erfasst wird (nicht berührt), und eine Periode, in der ein Erfassungsobjekt erfasst wird (berührt). Die erfassten Stromwerte der Leitungen Y1 bis Y6 sind als Wellenformen der Spannungswerte gezeigt.
  • Eine Impulsspannung wird sequenziell an die Leitungen X1 bis X6 angelegt, und die Wellenformen der Leitungen Y1 bis Y6 verändern sich entsprechend der Impulsspannung. Wenn es keine Annäherung oder keinen Kontakt eines Erfassungsobjekts gibt, verändern sich die Wellenformen der Leitungen Y1 bis Y6 entsprechend den Veränderungen der Spannungen der Leitungen X1 bis X6. Der Stromwert nimmt an der Stelle der Annäherung oder des Kontaktes eines Erfassungsobjekts ab, und demensprechend verändert sich die Wellenform des Spannungswertes.
  • Indem eine Veränderung der gegenseitigen Kapazität auf diese Weise erfasst wird, kann die Annäherung oder der Kontakt eines Erfassungsobjekts erkannt werden.
  • <5-6. Sensorschaltung>
  • Obwohl 52A einen passiven Berührungssensor darstellt, bei dem nur der Kondensator 2603 als Berührungssensor an der Kreuzung der Leitungen bereitgestellt ist, kann auch ein aktiver Berührungssensor verwendet werden, der einen Transistor und einen Kondensator beinhaltet. 53 stellt ein Beispiel für eine Sensorschaltung dar, die in einem aktiven Berührungssensor enthalten ist.
  • Die Sensorschaltung in 53 beinhaltet den Kondensator 2603 sowie Transistoren 2611, 2612 und 2613.
  • Ein Signal G2 wird in ein Gate des Transistors 2613 eingegeben. Eine Spannung VRES wird an einen Anschluss von Source und Drain des Transistors 2613 angelegt, und eine Elektrode des Kondensators 2603 und ein Gate des Transistors 2611 sind elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 2613 verbunden. Ein Anschluss von Source und Drain des Transistors 2611 ist elektrisch mit einem Anschluss von Source und Drain des Transistors 2612 verbunden, und eine Spannung VSS wird an den anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 2611 angelegt. Ein Signal G1 wird in ein Gate des Transistors 2612 eingegeben, und eine Leitung ML ist elektrisch mit dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors 2612 verbunden. Die Spannung VSS wird an die andere Elektrode des Kondensators 2603 angelegt.
  • Als Nächstes wird die Arbeitsweise der Sensorschaltung in 53 beschrieben. Zuerst wird ein Potential zum Einschalten des Transistors 2613 als Signal G2 zugeführt, und demzufolge wird ein Potential in Bezug auf die Spannung VRES an den Knoten n angelegt, der mit dem Gate des Transistors 2611 verbunden ist. Anschließend wird ein Potential zum Ausschalten des Transistors 2613 als Signal G2 angelegt, wodurch das Potential des Knotens n aufrechterhalten wird.
  • Danach verändert sich die gegenseitige Kapazität des Kondensators 2603 infolge der Annäherung oder des Kontakts eines Erfassungsobjekts, wie z. B. eines Fingers; dementsprechend wird das Potential des Knotens n von VRES verändert.
  • Bei einem Lesevorgang wird ein Potential zum Einschalten des Transistors 2612 als Signal G1 zugeführt. Dem Potential des Knotens n entsprechend wird ein Strom verändert, der durch den Transistor 2611 fließt, nämlich ein Strom, der durch die Leitung ML fließt. Durch Erfassung dieses Stroms kann die Annäherung oder der Kontakt eines Erfassungsobjekts erkannt werden.
  • Als jeder der Transistoren 2611, 2612 und 2613 kann ein beliebiger der Transistoren verwendet werden, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind. Im Besonderen wird vorzugsweise ein beliebiger der Transistoren, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, als Transistor 2613 verwendet, da das Potential des Knotens n für lange Zeit gehalten werden kann und die Häufigkeit eines Vorgangs zum nochmaligen Zuführen von VRES zu dem Knoten n (Auffrischungsvorgangs) verringert werden kann.
  • Die Struktur, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, kann in einer geeigneten Kombination mit der Struktur verwendet werden, die bei einer der anderen Ausführungsformen beschrieben wird.
  • (Ausführungsform 6)
  • Bei dieser Ausführungsform werden eine Anzeigevorrichtung, die eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet, und ein Verfahren zum Betreiben der Anzeigevorrichtung anhand von 54A und 54B, 55A und 55B, 56A bis 56E sowie 57A bis 57E beschrieben.
  • Es sei angemerkt, dass die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Informationsverarbeitungseinheit, eine Recheneinheit, eine Speichereinheit, eine Anzeigeeinheit, eine Eingabeeinheit und dergleichen beinhalten kann.
  • In dem Fall, in dem die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kontinuierlich dasselbe Bild (Standbild) anzeigt, kann der Stromverbrauch reduziert werden, indem die Häufigkeit des Schreibens von Signalen (auch als „Auffrischung” bezeichnet) für dasselbe Bild verringert wird. Es sei angemerkt, dass die Rate, mit der die Auffrischung durchgeführt wird, als Auffrischungsrate (auch als Abtastfrequenz oder vertikale Synchronisationsfrequenz bezeichnet) bezeichnet wird. Im Folgenden wird die Anzeigevorrichtung beschrieben, bei der Augenbelastung verringert wird, indem die Auffrischungsrate verringert wird.
  • Die Augenbelastung wird in zwei Kategorien unterteilt: nervöse Belastung und muskuläre Belastung. Die nervöse Belastung wird verursacht, indem man Licht, das von einer Anzeigevorrichtung emittiert wird, oder blinkende Bilder anhaltend ansieht. Das liegt daran, dass die Helligkeit eine Retina, Sehnerven und ein Gehirn stimuliert und ermüdet. Die muskuläre Belastung wird durch übermäßigen Gebrauch eines Ziliarmuskels verursacht, der zur Einstellung des Fokus funktioniert.
  • 54A ist eine schematische Darstellung, die eine Anzeige auf einer herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt. Wie in 54A dargestellt, wird zur Anzeige der herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung das Bildüberschreiben 60 mal pro Sekunde durchgeführt. Wenn ein Benutzer einen solchen Bildschirm anhaltend ansieht, könnten seine Retina und Sehnerven sowie sein Gehirn stimuliert werden und es könnte zu einer Augenbelastung kommen.
  • Bei einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird, z. B. ein Transistor, bei dem ein CAAC-OS verwendet wird, in einem Pixelabschnitt der Anzeigevorrichtung verwendet. Der Sperrstrom des Transistors ist sehr niedrig. Deshalb kann die Leuchtdichte der Anzeigevorrichtung aufrechterhalten werden, auch wenn die Auffrischungsrate der Anzeigevorrichtung niedriger wird.
  • Deshalb kann beispielsweise die Häufigkeit, mit der ein Bild geschrieben wird, auf alle fünf Sekunden verringert werden, wie in 54B dargestellt. Dasselbe Bild kann so lange wie möglich angezeigt werden, und es kann das Flackern auf einem Bildschirm, das von einem Benutzer wahrgenommen wird, verringert werden. Somit wird ein Stimulus für die Retina bzw. den Nerv eines Auges oder das Gehirn des Benutzers erleichtert, was zu einer geringeren Nervenermüdung zur Folge hat.
  • In dem Fall, in dem die Größe eines Pixels groß ist (die Auflösung ist beispielsweise weniger als 150 ppi), wird ein unklares bzw. unscharfes Schriftzeichen auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt, wie in 55A gezeigt. Wenn Benutzer das unscharfe Schriftzeichen, das auf der Anzeigevorrichtung angezeigt wird, lange Zeit ansehen, arbeiten ihre Ziliarmuskeln zur Einstellung des Fokus ständig in einem Zustand, in dem die Einstellung des Fokus schwierig ist; dies könnte zu einer Augenbelastung führen.
  • Im Gegensatz dazu weist die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein kleines Pixel auf und kann daher hochauflösende Bilder anzeigen, so dass ein präzises und glattes Bild angezeigt werden kann, wie in 55B gezeigt. In diesem Fall kann der Ziliarmuskel das Auge leicht auf das Schriftzeichen fokussieren, so dass die Muskelermüdung des Benutzers verringert wird. Wenn die Auflösung der Anzeigevorrichtung 150 ppi oder mehr, bevorzugt 200 ppi oder mehr, bevorzugter 300 ppi oder mehr beträgt, kann die Muskelermüdung des Benutzers effektiv verringert werden.
  • Verfahren zur Quantifizierung der Augenermüdung sind untersucht worden. Zum Beispiel ist Critical Flicker (Fusion) Frequency (CFF) als Indikator zum Auswerten der Nervenermüdung bekannt. Zusätzlich sind Zeit zur Fokuseinstellung (focus adjustment time), Nahpunktabstand (near point distance) und dergleichen als Indikatoren zum Auswerten der Muskelermüdung bekannt.
  • Weitere Verfahren zum Auswerten der Augenermüdung umfassen Elektroenzephalografie, Thermografie, Zählen der Anzahl des Blinkens, Messen der Menge an Tränen, Messen der Geschwindigkeit der Kontraktionsreaktion der Pupille und Umfragen zur Untersuchung der subjektiven Symptome.
  • Das Verfahren zum Betreiben der Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch ein beliebiges der vorstehenden verschiedenen Verfahren ausgewertet werden.
  • <6. Verfahren zum Betreiben der Anzeigevorrichtung>
  • Nun wird ein Verfahren zum Betreiben der Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 56A bis 56E beschrieben.
  • [Anzeigebeispiel einer Bildinformation]
  • Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem zwei Bilder mit unterschiedlichen Bilddaten angezeigt werden, indem sie verschoben werden.
  • 56A stellt ein Beispiel dar, bei dem ein Fenster 451 und ein erstes Bild 452a, das ein in dem Fenster 451 angezeigtes Standbild ist, auf einem Anzeigeabschnitt 450 angezeigt werden.
  • Dabei wird die Anzeige vorzugsweise mit einer ersten Auffrischungsrate durchgeführt. Es sei angemerkt, dass die erste Auffrischungsrate höher als oder gleich 1,16 × 10–5 Hz (ungefähr einmal pro Tag) und niedriger als oder gleich 1 Hz, höher als oder gleich 2,78 × 10–4 Hz (ungefähr einmal pro Stunde) und niedriger als oder gleich 0,5 Hz, oder höher als oder gleich 1,67 × 10–2 Hz (ungefähr einmal pro Stunde) und niedriger als oder gleich 0,1 Hz sein kann.
  • Wenn die Häufigkeit des Überschreibens eines Bildes verringert wird, indem die erste Auffrischungsrate auf einen sehr kleinen Wert eingestellt wird, kann eine Anzeige im Wesentlichen ohne Flackern erzielt werden, und die Augenermüdung eines Benutzers kann effektiv verringert werden.
  • Das Fenster 451 wird angezeigt, indem beispielsweise eine Applikationssoftware zur Bildanzeige ausgeführt wird, und weist einen Anzeigebereich auf, in dem ein Bild angezeigt wird.
  • Des Weiteren ist in einem unteren Teil des Fensters 451 ein Knopf 453 bereitgestellt, um angezeigte Bilddaten auf andere Bilddaten umzuschalten. Wenn ein Benutzer eine Bedienung durchführt, bei der der Knopf 453 ausgewählt wird, kann der Informationsverarbeitungseinheit der Anzeigevorrichtung ein Befehl zum Verschieben eines Bildes zugeführt werden.
  • Es sei angemerkt, dass das Betriebsverfahren, das von dem Benutzer durchgeführt wird, entsprechend der Eingabeeinheit gewählt werden kann. In dem Fall, in dem beispielsweise ein Touchscreen, der den Anzeigeabschnitt 450 überlappend bereitgestellt ist, als Eingabeeinheit verwendet wird, kann ein Eingabevorgang durchgeführt werden, indem der Knopf 453 mit einem Finger oder einem Stift berührt wird oder eine Gestenbedienung zum Schieben eines Bildes durchgeführt wird. In dem Fall, in dem der Eingabevorgang mit einer Geste oder einem Ton durchgeführt wird, wird der Knopf 453 nicht notwendigerweise angezeigt.
  • Wenn die Informationsverarbeitungseinheit der Anzeigevorrichtung den Befehl zum Verschieben eines Bildes empfangt, beginnt das Verschieben des in dem Fenster 451 angezeigten Bildes (siehe 56B).
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine Anzeige mit der ersten Auffrischungsrate im Zustand in 56A durchgeführt wird, die Auffrischungsrate vorzugsweise in eine zweite Auffrischungsrate gewechselt wird, bevor das Verschieben des Bildes beginnt. Die zweite Auffrischungsrate weist einen Wert auf, der zum Anzeigen eines bewegten Bildes erforderlich ist. Beispielsweise kann die zweite Auffrischungsrate höher als oder gleich 30 Hz und niedriger als oder gleich 960 Hz, bevorzugt höher als oder gleich 60 Hz und niedriger als oder gleich 960 Hz, bevorzugter höher als oder gleich 75 Hz und niedriger als oder gleich 960 Hz, noch bevorzugter höher als oder gleich 120 Hz und niedriger als oder gleich 960 Hz, noch bevorzugter höher als oder gleich 240 Hz und niedriger als oder gleich 960 Hz sein.
  • Wenn die zweite Auffrischungsrate auf einen größeren Wert eingestellt wird als die erste Auffrischungsrate, kann ein bewegtes Bild glatter und natürlicher angezeigt werden. Außerdem ist es weniger wahrscheinlich, dass ein Flackern, das ein Überschreiben von Daten begleitet, von einem Benutzer erkannt wird; folglich kann die Augenermüdung eines Benutzers verringert werden.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird ein Bild, in dem das erste Bild 452a und ein zweites Bild 452b, das als Nächstes angezeigt wird, kombiniert werden, in dem Fenster 451 angezeigt. Das kombinierte Bild wird unidirektional (in diesem Fall nach links) verschoben, und ein Teil eines Bereichs wird in dem Fenster 451 angezeigt.
  • Des Weiteren wird beim Verschieben des kombinierten Bildes die Leuchtdichte des Bildes, das in dem Fenster 451 angezeigt wird, allmählich von der Anfangsleuchtdichte im Zustand in 56A verringert.
  • 56C stellt einen Zustand dar, in dem das in dem Fenster 451 angezeigte Bild eine Position der vorbestimmten Koordinaten erreicht hat. Die Leuchtdichte des in dem Fenster 451 angezeigten Bildes ist daher zu diesem Zeitpunkt am niedrigsten.
  • Es sei angemerkt, dass die vorbestimmten Koordinaten in 56C derart eingestellt werden, dass eine Hälfte des ersten Bildes 452a und eine Hälfte des zweiten Bildes 452b angezeigt werden; jedoch sind die Koordinaten nicht darauf beschränkt, und vorzugsweise werden die Koordinaten von einem Benutzer frei eingestellt.
  • Beispielsweise können die vorbestimmten Koordinaten derart eingestellt werden, dass das Verhältnis des Abstandes zwischen den Anfangskoordinaten und den vorbestimmten Koordinaten zu dem Abstand zwischen den Anfangskoordinaten und den Endkoordinaten größer als 0 und kleiner als 1 ist.
  • Zusätzlich ist es auch vorzuziehen, dass die Leuchtdichte zu dem Zeitpunkt, zu dem das Bild die Position der vorbestimmten Koordinaten erreicht hat, von einem Benutzer frei eingestellt wird. Beispielsweise kann das Verhältnis der Leuchtdichte zu dem Zeitpunkt, zu dem das Bild die Position der vorbestimmten Koordinaten erreicht hat, zu der Anfangsleuchtdichte größer als 0 und kleiner als 1, bevorzugt größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 0,8, bevorzugter größer als oder gleich 0 und kleiner als oder gleich 0,5 sein.
  • Anschließend verschiebt sich das kombinierte Bild in dem Fenster 451, während die Leuchtdichte allmählich erhöht wird (56D).
  • 56E stellt einen Zustand zu dem Zeitpunkt dar, zu dem das kombinierte Bild die Position der Endkoordinaten erreicht hat. In dem Fenster 451 wird nur das zweite Bild 452b mit einer Leuchtdichte angezeigt, die der Anfangsleuchtdichte gleicht.
  • Es sei angemerkt, dass die Auffrischungsrate vorzugsweise von der zweiten Auffrischungsrate in die erste Auffrischungsrate gewechselt wird, nachdem das Verschieben des Bildes abgeschlossen worden ist.
  • Da die Leuchtdichte des Bildes in einem derartigen Anzeigemodus abnimmt, leidet ein Benutzer mit geringer Wahrscheinlichkeit an einer Augenermüdung, auch wenn der Benutzer der Bewegung des Bildes mit seinen Augen folgt. Folglich kann ein derartiges Betriebsverfahren eine augenfreundliche Anzeige erzielen.
  • [Anzeigebeispiel einer Dokumentinformation]
  • Als Nächstes wird ein Beispiel, bei dem eine Dokumentinformation, deren Dimension größer ist als diejenige eines Anzeigefensters, durch Scrollen angezeigt wird, nachstehend beschrieben.
  • 57A stellt ein Beispiel dar, bei dem ein Fenster 455 und ein Teil einer Dokumentinformation 456, die ein in dem Fenster 455 angezeigtes Standbild ist, auf dem Anzeigeabschnitt 450 angezeigt werden.
  • Dabei wird die Anzeige vorzugsweise mit der ersten Auffrischungsrate durchgeführt.
  • Das Fenster 455 wird angezeigt, indem beispielsweise eine Applikationssoftware zur Dokumentanzeige, eine Applikationssoftware zur Dokumentenerstellung oder dergleichen ausgeführt wird, und weist einen Anzeigebereich auf, in dem eine Dokumentinformation angezeigt wird.
  • Die Dimension eines Bildes der Dokumentinformation 456 ist in der Längsrichtung größer als der Anzeigebereich des Fensters 455. Das heißt, dass nur ein Teil der Dokumentinformation 456 in dem Fenster 455 angezeigt wird. Ferner kann, wie in 57A dargestellt, das Fenster 455 mit einem Scrollbalken 457 versehen, der zeigt, welcher Teil der gesamten Dokumentinformation 456 angezeigt wird.
  • Wenn der Anzeigevorrichtung ein Befehl zum Verschieben eines Bildes (hier auch als Scrollbefehl bezeichnet) von der Eingabeeinheit zugeführt wird, beginnt das Verschieben der Dokumentinformation 456 (57B). Zudem wird die Leuchtdichte des angezeigten Bildes allmählich verringert.
  • Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine Anzeige mit der ersten Auffrischungsrate im Zustand in 57A durchgeführt wird, die Auffrischungsrate vorzugsweise in die zweite Auffrischungsrate gewechselt wird, bevor das Verschieben der Dokumentinformation 456 beginnt.
  • In diesem Zustand wird nicht nur die Leuchtdichte des in dem Fenster 455 angezeigten Bildes, sondern auch die Leuchtdichte des gesamten Bildes verringert, das auf dem Anzeigeabschnitt 450 angezeigt wird.
  • 57C stellt einen Zustand zu dem Zeitpunkt dar, zu dem die Dokumentinformation 456 eine Position der vorbestimmten Koordinaten erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leuchtdichte des gesamten Bildes, das auf dem Anzeigeabschnitt 450 angezeigt wird, am niedrigsten.
  • Dann wird die Dokumentinformation 456 in dem Fenster 455 angezeigt, während sie verschoben wird (57D). Unter dieser Bedingung wird die Leuchtdichte des gesamten Bildes, das auf dem Anzeigeabschnitt 450 angezeigt wird, allmählich erhöht.
  • 57E stellt einen Zustand dar, in dem die Dokumentinformation 456 eine Position der Endkoordinaten erreicht hat. In dem Fenster 455 wird ein Bereich der Dokumentinformation 456, der sich von dem im Anfangszustand angezeigten Bereich unterscheidet, mit einer Leuchtdichte angezeigt, die der Anfangsleuchtdichte gleicht.
  • Es sei angemerkt, dass die Auffrischungsrate vorzugsweise in die erste Auffrischungsrate gewechselt wird, nachdem das Verschieben der Dokumentinformation 456 abgeschlossen worden ist.
  • Da die Leuchtdichte des Bildes in einem derartigen Anzeigemodus abnimmt, leidet ein Benutzer mit geringer Wahrscheinlichkeit an einer Augenermüdung, auch wenn der Benutzer der Bewegung des Bildes mit seinen Augen folgt. Folglich kann ein derartiges Betriebsverfahren eine augenfreundliche Anzeige erzielen.
  • Im Besonderen bewirkt eine Anzeige einer Dokumentinformation oder dergleichen, die ein relativ hohes Kontrastverhältnis aufweist, dass ein Benutzer eine starke Augenermüdung fühlt; deshalb wird ein derartiges Betriebsverfahren vorzugsweise auf die Anzeige einer Dokumentinformation angewendet.
  • Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer der anderen Ausführungsformen, die in dieser Beschreibung offenbart sind, kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 7)
  • Bei dieser Ausführungsform werden ein Anzeigemodul, elektronische Vorrichtungen und eine Anzeigevorrichtung, welche eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten, anhand von 58, 59A bis 59G sowie 60A und 60B beschrieben.
  • <7-1. Anzeigemodul>
  • Bei einem in 58 dargestellten Anzeigemodul 8000 sind ein Touchscreen 8004, der mit einer FPC 8003 verbunden ist, ein Anzeigefeld 8006, das mit einer FPC 8005 verbunden ist, eine Hintergrundbeleuchtung 8007, ein Rahmen 8009, eine gedruckte Leiterplatte 8010 und eine Batterie 8011 zwischen einem oberen Deckel 8001 und einem unteren Deckel 8002 bereitgestellt.
  • Der Oxidhalbleiterfilm oder die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise für das Anzeigefeld 8006 verwendet werden.
  • Die Formen und Größen des oberen Deckels 8001 und des unteren Deckels 8002 können nach Bedarf entsprechend den Größen des Touchscreens 8004 und des Anzeigefeldes 8006 geändert werden.
  • Der Touchscreen 8004 kann ein resistiver Touchscreen oder ein kapazitiver Touchscreen sein und kann derart ausgebildet sein, dass er das Anzeigefeld 8006 überlappt. Ein Gegensubstrat (Dichtungssubstrat) des Anzeigefeldes 8006 kann eine Touchscreen-Funktion aufweisen. Ein Fotosensor kann in jedem Pixel des Anzeigefeldes 8006 bereitgestellt sein, um einen optischen Touchscreen auszubilden.
  • Die Hintergrundbeleuchtung 8007 beinhaltet Lichtquellen 8008. Es sei angemerkt, dass, obwohl 58 eine Struktur darstellt, bei der die Lichtquellen 8008 über der Hintergrundbeleuchtung 8007 bereitgestellt sind, eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Beispielsweise kann eine Struktur zum Einsatz kommen; bei der die Lichtquellen 8008 an einem Endabschnitt der Hintergrundbeleuchtung 8007 bereitgestellt sind und ferner eine Lichtstreuscheibe bereitgestellt ist. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein selbstleuchtendes lichtemittierendes Element, wie z. B. ein organisches EL-Element, verwendet wird, oder in dem Fall, in dem ein reflektierender Bildschirm oder dergleichen eingesetzt wird, die Hintergrundbeleuchtung 8007 nicht bereitgestellt sein muss.
  • Der Rahmen 8009 schützt das Anzeigefeld 8006 und dient auch als elektromagnetische Abschirmung zum Blockieren von elektromagnetischen Wellen, die durch den Betrieb der gedruckten Leiterplatte 8010 erzeugt werden. Der Rahmen 8009 kann als Abstrahlplatte dienen.
  • Die gedruckte Leiterplatte 8010 ist mit einer Stromversorgungsschaltung und einer Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Videosignals und eines Taktsignals versehen. Als Stromquelle zum Zuführen von Strom zu der Stromversorgungsschaltung kann eine externe Netzstromquelle oder eine Stromquelle verwendet werden, bei der die getrennt bereitgestellte Batterie 8011 verwendet wird. Die Batterie 8011 kann im Falle der Verwendung einer Netzstromquelle weggelassen werden.
  • Das Anzeigemodul 8000 kann zusätzlich mit einem Element, wie z. B. einer polarisierenden Platte, einer Verzögerungsplatte oder einer Prismenfolie, versehen sein.
  • <7-2. Elektronische Vorrichtung>
  • 59A bis 59G stellen elektronische Vorrichtungen dar. Diese elektronischen Vorrichtungen können jeweils ein Gehäuse 9000, einen Anzeigeabschnitt 9001, einen Lautsprecher 9003, eine Bedientaste 9005 (darunter auch einen Netzschalter oder einen Bedienschalter), einen Verbindungsanschluss 9006, einen Sensor 9007 (einen Sensor mit einer Funktion zum Messen von Kraft, Verschiebung, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl, Abstand, Licht, Flüssigkeit, Magnetismus, Temperatur, chemischer Substanz, Ton, Zeit, Härte, elektrischem Feld, Strom, Spannung, Energie, Strahlung, Durchflussmenge, Feuchtigkeit, Steigungsgrad, Schwingung, Geruch oder Infrarotstrahl), ein Mikrofon 9008 und dergleichen beinhalten.
  • Die in 59A bis 59G dargestellten elektronischen Vorrichtungen können verschiedene Funktionen aufweisen, beispielsweise eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Informationen (eines Standbildes, eines bewegten Bildes, eines Textbildes und dergleichen) auf dem Anzeigeabschnitt, eine Touchscreen-Funktion, eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, des Datums, der Zeit und dergleichen, eine Funktion zum Steuern einer Verarbeitung mit diversen Arten von Software (Programmen), eine drahtlose Kommunikationsfunktion, eine Funktion zum Verbinden mit verschiedenen Computernetzwerken mittels einer drahtlosen Kommunikationsfunktion, eine Funktion zum Übertragen und Empfangen verschiedener Daten mittels einer drahtlosen Kommunikationsfunktion, eine Funktion zum Lesen eines Programms oder Daten, das/die in einem Speichermedium gespeichert ist/sind, und Anzeigen des Programms oder der Daten auf dem Anzeigeabschnitt und dergleichen. Es sei angemerkt, dass Funktionen der in 59A bis 59G dargestellten elektronischen Vorrichtungen nicht darauf beschränkt sind und die elektronischen Vorrichtungen verschiedene Funktionen aufweisen können. Obwohl in 59A bis 59G nicht dargestellt sind, können die elektronischen Vorrichtungen jeweils eine Vielzahl von Anzeigeabschnitten aufweisen. Die elektronischen Vorrichtungen können jeweils eine Kamera oder dergleichen sowie eine Funktion zum Aufnehmen eines Standbildes, eine Funktion zum Aufnehmen eines bewegten Bildes, eine Funktion zum Speichern des aufgenommenen Bildes in einem Speichermedium (einem externen Speichermedium oder einem Speichermedium, das in der Kamera eingebaut ist), eine Funktion zum Anzeigen des aufgenommenen Bildes auf dem Anzeigeabschnitt und dergleichen aufweisen.
  • Im Folgenden werden die in 59A bis 59G dargestellten elektronischen Vorrichtungen ausführlich beschrieben.
  • 59A ist eine perspektivische Ansicht eines tragbaren Informationsendgeräts 9100. Der Anzeigeabschnitt 9001 des tragbaren Informationsendgeräts 9100 ist flexibel und kann daher entlang der gekrümmten Oberfläche des Gehäuses 9000 integriert sein. Der Anzeigeabschnitt 9001 beinhaltet ferner einen Berührungssensor, und die Bedienung kann durch Berühren des Bildschirms mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen ausgeführt werden. Beispielsweise kann man durch Berühren eines Icons, das auf dem Anzeigeabschnitt 9001 angezeigt wird, eine Applikation starten.
  • 59B ist eine perspektivische Ansicht eines tragbaren Informationsendgeräts 9101. Das tragbare Informationsendgerät 9101 dient beispielsweise als eines oder mehrere der folgenden Geräte: ein Telefon, ein Notizbuch, ein Informationssuchsystem und dergleichen. Insbesondere kann das tragbare Informationsendgerät 9101 als Smartphone verwendet werden. Es sei angemerkt, dass der Lautsprecher 9003, der Verbindungsanschluss 9006, der Sensor 9007 und dergleichen, welche in 59B nicht dargestellt sind, in dem tragbaren Informationsendgerät 9101 wie in dem in 59A dargestellten tragbaren Informationsendgerät 9100 positioniert sein können. Das tragbare Informationsendgerät 9101 kann Schriftzeichen und Bildinformationen auf seiner Vielzahl von Oberflächen anzeigen. Beispielsweise können drei Bedienknöpfe 9050 (auch als Bedienicons oder einfach als Icons bezeichnet) auf einer Oberfläche des Anzeigeabschnitts 9001 angezeigt werden. Außerdem können Informationen 9051, die durch gestrichelte Rechtecke dargestellt werden, auf einer anderen Oberfläche des Anzeigeabschnitts 9001 angezeigt werden. Beispiele für die Informationen 9051 umfassen eine Anzeige, die den Empfang einer eingehenden E-Mail, einer Benachrichtigung von einem Social-Networking-Dienst (social networking service, SNS), eines Anrufs oder dergleichen zeigt; den Betreff und Absender einer E-Mail, einer SNS-Benachrichtigung oder dergleichen; das Datum; die Zeit; die verbleibende Batteriekapazität; die Stärke einer Antenne; und dergleichen. Anstelle der Informationen 9051 können die Bedienknöpfe 9050 oder dergleichen an den Positionen angezeigt werden, an denen die Informationen 9051 angezeigt werden.
  • 59C ist eine perspektivische Ansicht eines tragbaren Informationsendgeräts 9102. Das tragbare Informationsendgerät 9102 weist eine Funktion zum Anzeigen von Informationen auf drei oder mehr Oberflächen des Anzeigeabschnitts 9001 auf. Hier werden eine Information 9052, eine Information 9053 und eine Information 9054 auf unterschiedlichen Oberflächen angezeigt. Beispielsweise kann ein Benutzer des tragbaren Informationsendgeräts 9102 die Anzeige (hier die Information 9053) ansehen, wobei das tragbare Informationsendgerät 9102 in einer Brusttasche seines Kleidungsstückes getragen wird. Insbesondere wird die Telefonnummer, der Name oder dergleichen des Anrufers eines eingehenden Anrufs an der Position angezeigt, die von oberhalb des tragbaren Informationsendgeräts 9102 aus gesehen werden kann. Daher kann der Benutzer die Anzeige ansehen, ohne das tragbare Informationsendgerät 9102 aus der Tasche herauszunehmen, und entscheiden, ob er den Anruf annimmt.
  • 59D ist eine perspektivische Ansicht eines tragbaren Informationsendgeräts 9200 in Form einer Armbanduhr. Das tragbare Informationsendgerät 9200 kann verschiedene Applikationen, wie z. B. Mobiltelefongespräche, das E-Mailen, das Anzeigen und Bearbeiten von Texten, das Wiedergeben von Musik, Internet-Kommunikation sowie Computerspielen, ausführen. Die Anzeigeoberfläche des Anzeigeabschnitts 9001 ist gekrümmt, und eine Anzeige kann auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche durchgeführt werden. Das tragbare Informationsendgerät 9200 kann die Nahbereichskommunikation entsprechend einem Kommunikationsstandard verwenden. Zum Beispiel kann durch gegenseitige Kommunikation zwischen dem tragbaren Informationsendgerät 9200 und einem Headset, das zur drahtlosen Kommunikation geeignet ist, ein freihändiges Telefongespräch erfolgen. Das tragbare Informationsendgerät 9200 beinhaltet ferner den Verbindungsanschluss 9006, und Daten können über einen Steckverbinder direkt auf ein weiteres Informationsendgerät übertragen und von ihm empfangen werden. Das Aufladen mit Strom durch den Verbindungsanschluss 9006 ist auch möglich. Es sei angemerkt, dass der Ladevorgang ohne den Verbindungsanschluss 9006 durch drahtlose Stromzufuhr durchgeführt werden kann.
  • 59E, 59F und 59G sind perspektivische Ansichten eines zusammenklappbaren, tragbaren Informationsendgeräts 9201. 57E ist eine perspektivische Ansicht des zusammenklappbaren, tragbaren Informationsendgeräts 9201, das geöffnet ist. 59F ist eine perspektivische Ansicht des zusammenklappbaren, tragbaren Informationsendgeräts 9201, das geöffnet oder zusammengeklappt wird. 59G ist eine perspektivische Ansicht des zusammenklappbaren, tragbaren Informationsendgeräts 9201, das zusammengeklappt ist. Das tragbare Informationsendgerät 9201 ist sehr gut tragbar, wenn es zusammengeklappt ist. Wenn das tragbare Informationsendgerät 9201 geöffnet ist, bietet ein nahtloser großer Anzeigebereich eine gute Durchsuchbarkeit an. Der Anzeigeabschnitt 9001 des tragbaren Informationsendgeräts 9201 wird von drei Gehäusen 9000 getragen, die durch Gelenke 9055 miteinander verbunden sind. Indem das tragbare Informationsendgerät 9201 an einer Verbindungsstelle an den Gelenken 9055 zwischen zwei Gehäusen 9000 zusammengeklappt wird, kann die Form des tragbaren Informationsendgeräts 9201 reversibel von dem geöffneten Zustand zu dem zusammengeklappten Zustand geändert werden. Beispielsweise kann das tragbare Informationsendgerät 9201 mit einem Krümmungsradius von größer als oder gleich 1 mm und kleiner als oder gleich 150 mm gebogen werden.
  • 60A und 60B sind perspektivische Ansichten einer Anzeigevorrichtung, die eine Vielzahl von Anzeigefeldern beinhaltet. Es sei angemerkt, dass die Vielzahl von Anzeigefeldern in der perspektivischen Ansicht in 60A aufgewickelt und in der perspektivischen Ansicht in 60B abgewickelt.
  • Eine Anzeigevorrichtung 9500, die in 60A und 60B dargestellt ist, beinhaltet eine Vielzahl von Anzeigefeldern 9501, eine Achse 9511 und eine Halterung 9512. Die Vielzahl von Anzeigefeldern 9501 umfasst jeweils einen Anzeigebereich 9502 und einen lichtdurchlässigen Bereich 9503.
  • Jedes der Vielzahl von Anzeigefeldern 9501 ist flexibel. Zwei benachbarte Anzeigefelder 9501 sind derart bereitgestellt, dass sie teilweise einander überlappen. Beispielsweise können die lichtdurchlässigen Bereiche 9503 der zwei benachbarten Anzeigefelder 9501 einander überlappen. Eine Anzeigevorrichtung mit einem großen Bildschirm kann mittels der Vielzahl von Anzeigefeldern 9501 erhalten werden. Die Anzeigevorrichtung ist sehr vielseitig, da die Anzeigefelder 9501 je nach ihrem Verwendungszweck gewickelt werden können.
  • Obwohl die Anzeigebereiche 9502 der benachbarten Anzeigefelder 9501 in 60A und 60B voneinander getrennt sind, können die Anzeigebereiche 9502 der benachbarten Anzeigefelder 9501, ohne auf diese Struktur beschränkt zu sein, ferner beispielsweise einander ohne Zwischenraum überlappen, so dass ein durchgehender Anzeigebereich 9502 erhalten wird.
  • Die elektronischen Vorrichtungen, die bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, beinhalten jeweils den Anzeigeabschnitt zum Anzeigen gewisser Arten von Daten. Es sei angemerkt, dass die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch für eine elektronische Vorrichtung verwendet werden kann, die keinen Anzeigeabschnitt aufweist. Beispielhaft werden die Struktur, bei der der Anzeigeabschnitt der bei dieser Ausführungsform beschriebenen elektronischen Vorrichtung flexibel ist und eine Anzeige auf der gekrümmten Anzeigeoberfläche durchgeführt werden kann, oder die Struktur beschrieben, bei der der Anzeigeabschnitt der elektronischen Vorrichtung zusammenklappbar ist; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt, und es kann eine Struktur, bei der der Anzeigeabschnitt der elektronischen Vorrichtung inflexibel ist und eine Anzeige auf einem ebenen Abschnitt durchgeführt wird, zum Einsatz kommen.
  • Die Struktur, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, kann gegebenenfalls mit einer beliebigen der Strukturen kombiniert werden, die bei den anderen Ausführungsformen beschrieben werden.
  • (Ausführungsform 8)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Abscheidungsvorrichtung, die zum Herstellen des Anzeigemoduls einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, anhand von 61 beschrieben.
  • 61 stellt eine Abscheidungsvorrichtung 3000 dar, die zum Herstellen des Anzeigemoduls einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Es sei angemerkt, dass die Abscheidungsvorrichtung 3000 ein Beispiel für ein ALD-Gerät vom Chargentyp bzw. Batch-Typ ist.
  • <8-1. Strukturbeispiel der Abscheidungsvorrichtung>
  • Die Abscheidungsvorrichtung 3000, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, beinhaltet eine Abscheidungskammer 3180 und einen Steuerabschnitt 3182, der mit der Abscheidungskammer 3180 verbunden ist (siehe 61).
  • Der Steuerabschnitt 3182 beinhaltet eine Steuereinheit (nicht dargestellt), die Steuersignale zuführt, sowie Durchflussmengensteuerungen 3182a, 3182b und 3182c, denen die Steuersignale zugeführt werden. Beispielsweise können Hochgeschwindigkeitsventile als Durchflussmengensteuerungen verwendet werden. Insbesondere können die Durchflussmengen unter Verwendung von ALD-Ventilen oder dergleichen präzise gesteuert werden. Der Steuerabschnitt 3182 beinhaltet auch einen Heizmechanismus 3182h, der die Temperaturn der Durchflussmengensteuerungen und Rohre steuert.
  • Die Durchflussmengensteuerung 3182a wird mit einem Steuersignal, einem ersten Quellenmaterial und einem Inertgas versorgt und weist eine Funktion zum Zuführen des ersten Quellenmaterials oder des Inertgases entsprechend dem Steuersignal auf.
  • Die Durchflussmengensteuerung 3182b wird mit einem Steuersignal, einem zweiten Quellenmaterial und einem Inertgas versorgt und weist eine Funktion zum Zuführen des zweiten Quellenmaterials oder des Inertgases entsprechend dem Steuersignal auf.
  • Die Durchflussmengensteuerung 3182c wird mit einem Steuersignal versorgt und weist eine Funktion auf, sich entsprechend dem Steuersignal an eine Evakuierungseinheit 3185 anzuschließen.
  • [Quellenmaterialversorgungsabschnitt]
  • Ein Quellenmaterialversorgungsabschnitt 3181a weist eine Funktion zum Zuführen des ersten Quellenmaterials auf und ist mit der ersten Durchflussmengensteuerung 3182a verbunden.
  • Ein Quellenmaterialversorgungsabschnitt 3181b weist eine Funktion zum Zuführen des zweiten Quellenmaterials auf und ist mit der zweiten Durchflussmengensteuerung 3182b verbunden.
  • Ein Verdampfungsgerät, eine Heizeinheit oder dergleichen kann als jeder der Quellenmaterialversorgungsabschnitte verwendet werden. Daher kann ein gasförmiges Quellenmaterial aus einem festen oder flüssigen Quellenmaterial erzeugt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Anzahl von Quellenmaterialversorgungsabschnitten nicht auf zwei beschränkt ist und drei oder mehr sein kann.
  • [Quellenmaterial]
  • Eine beliebige einer Vielfalt von Substanzen kann als erstes Quellenmaterial verwendet werden. Beispielsweise kann eine flüchtige metallorganische Verbindung, ein Metallalkoxid oder dergleichen als erstes Quellenmaterial verwendet werden. Eine beliebige einer Vielfalt von Substanzen, die mit dem ersten Quellenmaterial reagieren, kann als zweites Quellenmaterial verwendet werden. Beispielsweise kann eine Substanz, die zu einer Oxidationsreaktion beiträgt, eine Substanz, die zu einer Reduktionsreaktion beiträgt, eine Substanz, die zu einer Additionsreaktion beiträgt, eine Substanz, die zu einer Zersetzungsreaktion beiträgt, eine Substanz, die zu einer Hydrolysereaktion beiträgt, oder dergleichen als zweites Quellenmaterial verwendet werden.
  • Ferner kann ein Radikal oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise kann ein Plasma, das durch Zuführen eines Quellenmaterials zu einer Plasmaquelle erhalten wird, oder dergleichen verwendet werden. Insbesondere kann ein Sauerstoffradikal, ein Stickstoffradikal oder dergleichen verwendet werden.
  • Es handelt sich bei dem zweiten Quellenmaterial, das mit dem ersten Quellenmaterial kombiniert wird, vorzugsweise um ein Quellenmaterial, das bei einer Temperatur nahe der Raumtemperatur reagiert. Zum Beispiel wird ein Quellenmaterial bevorzugt, das bei einer Temperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 200°C, bevorzugt höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 150°C reagiert.
  • [Evakuierungseinheit]
  • Die Evakuierungseinheit 3185 weist eine Evakuierungsfunktion auf und ist mit der dritten Durchflussmengensteuerung 3182c verbunden. Es sei angemerkt, dass eine Falle zum Einfangen des zu evakuierenden Quellenmaterials zwischen einer Auslassöffnung 3184 und der dritten Durchflussmengensteuerung 3182c bereitgestellt sein kann. Das evakuierte Gas wird unter Verwendung einer Entfernungseinheit entfernt.
  • [Steuerabschnitt]
  • Der Steuerabschnitt 3182 führt das Steuersignal, das die Durchflussmengensteuerungen steuert, ein Steuersignal, das den Heizmechanismus steuert, oder dergleichen zu. In einem ersten Schritt wird beispielsweise einer Oberfläche eines Verarbeitungselementes das erste Quellenmaterial zugeführt. In einem zweiten Schritt wird dann das zweite Quellenmaterial zugeführt, das mit dem ersten Quellenmaterial reagiert. Demzufolge kann ein Reaktionsprodukt des ersten Quellenmaterials und des zweiten Quellenmaterials an einer Oberfläche eines Verarbeitungselementes 3010 abgeschieden werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Menge des Reaktionsprodukts, die an der Oberfläche des Verarbeitungselementes 3010 abgeschieden werden soll, durch die Wiederholung des ersten Schritts und des zweiten Schritts gesteuert werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Menge des ersten Quellenmaterials, das dem Verarbeitungselement 3010 zugeführt wird, durch den maximal möglichen Adsorptionsbetrag an der Oberfläche des Verarbeitungselementes 3010 begrenzt wird. Beispielsweise werden Bedingungen derart gewählt, dass eine monomolekulare Schicht des ersten Quellenmaterials an der Oberfläche des Verarbeitungselementes 3010 ausgebildet wird, und die ausgebildete monomolekulare Schicht des ersten Quellenmaterials reagiert mit dem zweiten Quellenmaterial, wodurch eine sehr gleichmäßige Schicht, die das Reaktionsprodukt des ersten Quellenmaterials und des zweiten Quellenmaterials enthält, ausgebildet werden kann.
  • Daher können verschiedene Materialien an einer Oberfläche des Verarbeitungselementes 3010 abgeschieden werden, auch wenn die Oberfläche eine komplizierte Struktur aufweist. Beispielsweise kann ein Film, der eine Dicke von größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 200 nm aufweist, auf dem Verarbeitungselement 3010 ausgebildet werden.
  • In dem Fall, in dem beispielsweise ein kleines Loch, das ein Nadelloch oder dergleichen genannt wird, in der Oberfläche des Verarbeitungselementes 3010 entsteht, kann das Nadelloch gefüllt werden, indem ein Material in das Nadelloch abgeschieden wird.
  • Das Übrige des ersten Quellenmaterials oder des zweiten Quellenmaterials wird mittels der Evakuierungseinheit 3185 aus der Abscheidungskammer 3180 abgelassen. Beispielsweise kann die Evakuierung durchgeführt werden, während ein Inertgas, wie z. B. Argon oder Stickstoff, eingeleitet wird.
  • [Abscheidungskammer]
  • Die Abscheidungskammer 3180 beinhaltet eine Einlassöffnung 3183, von der das erste Quellenmaterial, das zweite Quellenmaterial und das Inertgas zugeführt werden, und die Auslassöffnung 3184, aus der das erste Quellenmaterial, das zweite Quellenmaterial und das Inertgas abgelassen werden.
  • Die Abscheidungskammer 3180 beinhaltet einen Trägerabschnitt 3186, der eine Funktion zum Tragen eines oder einer Vielzahl von Verarbeitungselementen 3010 aufweist, einen Heizmechanismus 3187, der eine Funktion zum Erwärmen des einen oder der Vielzahl von Verarbeitungselementen 3010 aufweist, und eine Tür 3188, die eine Funktion zum Öffnen oder Schließen aufweist, um das eine oder die Vielzahl von Verarbeitungselementen 3010 ein- bzw. auszuladen.
  • Beispielsweise kann ein resistiver Heizgerät, eine Infrarotlampe oder dergleichen als Heizmechanismus 3187 verwendet werden. Der Heizmechanismus 3187 weist eine Funktion zum Erwärmen bis auf beispielsweise 80°C oder höher, 100°C oder höher oder 150°C oder höher auf. Der Heizmechanismus 3187 erwärmt das eine oder die Vielzahl von Verarbeitungselementen 3010 auf eine Temperatur von höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 200°C, bevorzugt höher als oder gleich 50°C und niedriger als oder gleich 150°C.
  • Die Abscheidungskammer 3180 kann auch einen Druckregler und einen Druckdetektor beinhalten.
  • [Trägerabschnitt]
  • Der Trägerabschnitt 3186 trägt das eine oder die Vielzahl von Verarbeitungselementen 3010. Dementsprechend kann beispielsweise bei jeder Behandlung ein isolierender Film über dem einen oder der Vielzahl von Verarbeitungselementen 3010 ausgebildet werden.
  • <8-2. Beispiel für einen Film>
  • Es wird ein Beispiel für einen Film beschrieben, der mit der bei dieser Ausführungsform beschriebenen Abscheidungsvorrichtung 3000 ausgebildet werden kann.
  • Beispielsweise kann ein Film ausgebildet werden, der ein Oxid, ein Nitrid, ein Fluorid, ein Sulfid, eine ternäre Verbindung, ein Metall oder ein Polymer enthält.
  • Zum Beispiel kann der Film aus einem Material ausgebildet werden, das Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Aluminiumsilikat, Hafniumsilikat, Lanthanoxid, Siliziumoxid, Strontiumtitanat, Tantaloxid, Titanoxid, Zinkoxid, Nioboxid, Zirkoniumoxid, Zinnoxid, Yttriumoxid, Ceroxid, Scandiumoxid, Erbiumoxid, Vanadiumoxid, Indiumoxid oder dergleichen enthält.
  • Zum Beispiel kann der Film aus einem Material ausgebildet werden, das Aluminiumnitrid, Hafniumnitrid, Siliziumnitrid, Tantalnitrid, Titannitrid, Niobnitrid, Molybdännitrid, Zirkoniumnitrid, Galliumnitrid oder dergleichen enthält.
  • Zum Beispiel kann der Film aus einem Material ausgebildet werden, das Kupfer, Platin, Ruthenium, Wolfram, Iridium, Palladium, Eisen, Kobalt, Nickel oder dergleichen enthält.
  • Zum Beispiel kann der Film aus einem Material ausgebildet werden, das Zinksulfid, Strontiumsulfid, Calciumsulfid, Bleisulfid, Calciumfluorid, Strontiumfluorid, Zinkfluorid oder dergleichen enthält.
  • Zum Beispiel kann der Film aus einem Material ausgebildet werden, das ein Titan und Aluminium enthaltendes Nitrid, ein Titan und Aluminium enthaltendes Oxid, ein Aluminium und Zink enthaltendes Oxid, ein Mangan und Zink enthaltendes Sulfid, ein Cer und Strontium enthaltendes Sulfid, ein Erbium und Aluminium enthaltendes Oxid, ein Yttrium und Zirkonium enthaltendes Oxid oder dergleichen enthält.
  • Diese Ausführungsform kann gegebenenfalls mit einer der anderen Ausführungsformen in dieser Beschreibung kombiniert werden.
  • [Beispiel 1]
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Transistor hergestellt, der dem in 2A bis 2C gezeigten Transistor 150 entspricht, und es wurden die Drain-Strom-Gate-Spannung-Eigenschaften (Id-Vg-Eigenschaften) des Transistors ausgewertet. Eine Probe C1, die nachstehend beschrieben wird, wurde für die Auswertung dieses Beispiels hergestellt. Es sei angemerkt, dass die Probe C1 einen Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Die Probe C1 beinhaltet einen Transistor mit einer Kanallänge L von 2 μm und einer Kanalbreite W von 50 μm, einen Transistor mit einer Kanallänge L von 3 μm und einer Kanalbreite W von 50 μm und einen Transistor mit einer Kanallänge L von 6 μm und einer Kanalbreite W von 50 μm. Es wurden zehn Transistoren je Art hergestellt.
  • Im Folgenden werden die bei diesem Beispiel ausgebildeten Proben beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Bezugszeichen, die für den Transistor 150 in 2A bis 2C verwendet werden, in der nachfolgenden Beschreibung verwendet werden.
  • <1-1. Bildungsverfahren der Probe C1>
  • Zuerst wurde der leitende Film 104 über dem Substrat 102 ausgebildet. Als Substrat 102 wurde ein Glassubstrat verwendet. Als leitender Film 104 wurde ein 100 nm dicker Wolframfilm mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet.
  • Anschließend wurden die isolierenden Filme 106 und 107 über dem Substrat 102 und dem leitenden Film 104 ausgebildet. Als isolierender Film 106 wurde ein 400 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Als isolierender Film 107 wurde ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet.
  • Der isolierende Film 106 wurde wie folgt abgeschieden. Zuerst wurde ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, ein Stickstoffgas mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck wurde auf 100 Pa eingestellt; und eine HF-Leistung von 2000 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung platziert waren. Dann wurde die Durchflussmenge eines Ammoniakgases zu 2000 sccm verändert, um einen 300 nm dicken Siliziumnitridfilm abzuscheiden. Schließlich wurde die Durchflussmenge eines Ammoniakgases zu 100 sccm verändert, um einen 50 nm dicken Siliziumnitridfilm abzuscheiden.
  • Der isolierende Film 107 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 20 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 3000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 40 Pa; und eine HF-Leistung von 100 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren.
  • Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm 108 über dem isolierenden Film 107 ausgebildet. Als Oxidhalbleiterfilm 108 wurden der Oxidhalbleiterfilm 108b und der Oxidhalbleiterfilm 108c nacheinander mit einer Sputtervorrichtung im Vakuum ausgebildet.
  • Als Oxidhalbleiterfilm 108b wurde ein 10 nm dicker IGZO-Film unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 140 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 60 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde an ein Sputtertarget aus polykristallinem Metalloxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 4:2:4,1) angelegt.
  • Als Oxidhalbleiterfilm 108c wurde ein 15 nm dicker IGZO-Film unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde an ein Sputtertarget aus polykristallinem Metalloxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1,2) angelegt.
  • Anschließend wurden die leitenden Filme 112a und 112b über dem isolierenden Film 107 und dem Oxidhalbleiterfilm 108 ausgebildet. Als leitende Filme 112a und 112b wurden ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm nacheinander mit einer Sputtervorrichtung im Vakuum ausgebildet.
  • Anschließend wird eine Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 108 (auf der Kanalrückseite) gereinigt. Bei dem Reinigungsverfahren wurde eine Phosphorsäurelösung, die erhalten wurde, indem Phosphorsäure (Konzentration: 85 Vol.-%) mit Wasser 100-fach verdünnt wurde, 15 Sekunden lang mit einer Rotationsreinigungsvorrichtung auf den Oxidhalbleiterfilm 108 sowie die leitenden Filme 112a und 112b aufgetragen.
  • Danach wurden der isolierende Film 114 und der isolierende Film 116 über dem isolierenden Film 107, dem Oxidhalbleiterfilm 108 sowie den leitenden Filmen 112a und 112b ausgebildet. Als isolierender Film 114 wurde ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Als isolierender Film 116 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 114 und der isolierende Film 116 nacheinander mit einer PECVD-Vorrichtung im Vakuum ausgebildet wurden.
  • Der isolierende Film 114 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 220°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 20 Pa; und eine HF-Leistung von 100 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren. Der isolierende Film 116 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 220°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 160 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 200 Pa; und eine HF-Leistung von 1500 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren.
  • Dann wurde eine erste Wärmebehandlung 1 Stunde lang bei 350°C in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt.
  • Anschließend wurden der Öffnungsabschnitt 152a, der den leitenden Film 112b erreicht, sowie die Öffnungsabschnitte 152b und 152c ausgebildet, die den leitenden Film 104 erreichen. Die Öffnungsabschnitte 152a, 152b und 152c wurden mit einer Trockenätzvorrichtung ausgebildet.
  • Anschließend wurde ein Oxidhalbleiterfilm über dem isolierenden Film 116 ausgebildet, um die Öffnungsabschnitte 152a, 152b und 152c zu bedecken, und verarbeitet, um die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b auszubilden. Als Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b wurde ein 100 nm dicker IGZO-Film unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde an ein Sputtertarget aus polykristallinem Metalloxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 4:2:4,1) angelegt.
  • Dann wurde der isolierende Film 118 über dem isolierenden Film 116 sowie den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b ausgebildet. Als isolierender Film 118 wurde ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Der isolierende Film 118 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, ein Stickstoffgas mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 100 Pa; und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren.
  • Dann wurde eine zweite Wärmebehandlung 1 Stunde lang bei 250°C in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt.
  • Durch den vorstehenden Prozess wurde die Probe C1 dieses Beispiels hergestellt. Es sei angemerkt, dass die höchste Temperatur während der Herstellung der Probe C1 350°C betrug.
  • <1-2. Id-Vg-Eigenschaften>
  • Als Nächstes wurden die Id-Vg-Eigenschaften der Probe C1 gemessen. Bei der Messung der Id-Vg-Eigenschaften wurde eine Spannung (Vg, Vbg), die an den leitenden Film 104 und den Oxidhalbleiterfilm 120b angelegt wurde, welche als erste Gate-Elektrode bzw. zweite Gate-Elektrode des Transistors 150 dienen, in 0,25 V-Schritten von –15 V bis +20 V verändert. Eine Spannung (Vs), die an den als Source-Elektrode dienenden leitenden Film 112a angelegt wurde, betrug 0 V (gemeinsam), und eine Spannung (Vd), die an den als Drain-Elektrode dienenden leitenden Film 112b angelegt wurde, betrug 0,1 V und 20 V.
  • 62A und 62B sowie 63 zeigen die Messergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften der Probe C1. In 62A bis 62C sowie 63 stellt die erste vertikale Achse Id (A) dar, die zweite vertikale Achse stellt μFE (cm2/Vs) dar, und die horizontale Achse stellt Vg (V) dar.
  • 62A zeigt die Messergebnisse von Transistoren, die jeweils eine Kanallänge L von 2 μm und eine Kanalbreite W von 50 μm aufweisen. 62B zeigt die Messergebnisse von Transistoren, die jeweils eine Kanallänge L von 3 μm und eine Kanalbreite W von 50 μm aufweisen. 63 zeigt die Messergebnisse von Transistoren, die jeweils eine Kanallänge L von 6 μm und eine Kanalbreite W von 50 μm aufweisen.
  • Die Ergebnisse in 62A und 62B sowie 63 zeigen, dass die Probe C1 einen Transistor beinhaltet, der eine hohe Feldeffektbeweglichkeit und geringe Schwankungen der elektrischen Eigenschaften aufweist.
  • <1-3. Vorspannung-Temperatur-Stresstest (GBT-Test)>
  • Als Nächstes wurde die Zuverlässigkeit der Probe C1 ausgewertet. Als Zuverlässigkeitsauswertung wurde ein GBT-Test verwendet.
  • Die GBT-Tests dieses Beispiels wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt: Die Gate-Spannung (Vg) betrug ±30 V; die Drain-Spannung (Vd) und die Source-Spannung (Vs) betrugen 0 V (GEMEINSAM); die Belastungstemperatur betrug 60°C; die Zeit zum Anlegen von Stress war 1 Stunde; und es kamen zwei Arten von Messumgebungen zum Einsatz, nämlich eine dunkle Umgebung und eine Umgebung mit Licht (Bestrahlung mit ungefähr 10000 lx Licht aus einer weißen LED). Mit anderen Worten: Die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode des Transistors wurden auf das gleiche Potential eingestellt, und es wurde ein Potential, das sich von demjenigen der Source- und der Drain-Elektrode unterscheidet, an die Gate-Elektrode für einen bestimmten Zeitraum (hier 1 Stunde) angelegt.
  • Ein Fall, in dem das an die Gate-Elektrode angelegte Potential höher ist als dasjenige der Source- und der Drain-Elektrode, wird positiver Stress genannt, und ein Fall, in dem das an die Gate-Elektrode angelegte Potential niedriger ist als dasjenige der Source- und der Drain-Elektrode, wird negativer Stress genannt. Daher wurde die Zuverlässigkeitsauswertung unter insgesamt vier Bedingungen, d. h. unter positivem GBT (dunkel), negativem GBT (dunkel), positivem GBT (Lichtbestrahlung) und negativem GBT (Lichtbestrahlung), durchgeführt. Es sei angemerkt, dass positive GBT (dunkel) als PBTS (Positive Bias Temperature Stress bzw. positiver Vorspannung-Temperatur-Stress) bezeichnet werden kann, negative GBT (dunkel) als NBTS (Negative Bias Temperature Stress bzw. negativer Vorspannung-Temperatur-Stress), positive GBT (Lichtbestrahlung) als PBITS (Positive Bias Illuminations Temperature Stress bzw. positiver Vorspannung-Temperatur-Stress mit Lichtbestrahlung) und negative GBT (Lichtbestrahlung) als NBITS (Negative Bias Illuminations Temperature Stress bzw. negativer Vorspannung-Temperatur-Stress mit Lichtbestrahlung).
  • 64A zeigt Ergebnisse der GBT-Tests der Probe C1. In 64A stellt die vertikale Achse den Änderungsbetrag der Schwellenspannung (ΔVth) des Transistors und den Änderungsbetrag des Verschiebungswertes (ΔShift) dar, und die horizontale Achse stellt die Bezeichnungen der Bedingungen dar. Es sei angemerkt, dass sich der Verschiebungswert in den Drain-Strom-(Id-)Gate-Spannung-(Vg-)Eigenschaften des Transistors auf die Gate-Spannung (Vg) an einem Kreuzpunkt einer Achse von 1 × 10–12 A und einer Tangente des Logarithmus eines Drain-Stroms (Id) mit der größten Neigung bezieht. Shift bezeichnet den Änderungsbetrag des Verschiebungswertes.
  • Den Ergebnissen in 64A zufolge lagen der Änderungsbetrag der Schwellenspannung (ΔVth) und der Änderungsbetrag des Verschiebungswertes (ΔShift) innerhalb ±2 V bei GBT-Tests für den Transistor, der in der Probe C1 enthalten ist. Daher wurde festgestellt, dass der Transistor, der in der Probe C1 enthalten ist, eine hohe Zuverlässigkeit aufwies.
  • <1-4. Wiederholter GBT-Test>
  • Als Nächstes wurde der Änderungsbetrag der Schwellenspannung der Probe C1 gemessen, wobei der PBTS-Test und NBTS-Test abwechselnd durchgeführt wurden. Zuerst wurden Id-Vg-Eigenschaften des Transistors gemessen (Anfang). Dann wurden der PBTS-Test und der NBTS-Test abwechselnd durchgeführt und jeweils insgesamt zweimal durchgeführt. Jeder der GBT-Tests wurde bei einer Belastungstemperatur von 60°C für eine Belastungszeit von 1 Stunde durchgeführt. Der hier gemessene Transistor wies eine Kanallänge L von 6 μm und eine Kanalbreite W von 50 μm auf.
  • 64B zeigt Ergebnisse der GBT-Tests der Probe C1. 64B zeigt die Schwellenspannung vor dem Stresstest (Anfang) und die Ergebnisse des GBT-Tests, bei dem PBTS und NBTS wiederholt in der folgenden Reihenfolge ausgeübt wurden: PBTS, NBTS, PBTS und NBTS.
  • In dem Fall, in dem sich die Schwellenspannung beim abwechselnden Durchführen des PBTS-Tests und des NBTS-Tests abwechselnd erhöht und verringert, wird davon ausgegangen, dass sich die Schwellenspannung verändert, weil beim Anlegen einer Spannung an eine Gate-Elektrode Ladungsträger von einem Haftterm eingefangen und freigesetzt werden. In dem Fall, in dem sich beispielsweise die Schwellenspannung allmählich erhöht oder verringert, wird davon ausgegangen, dass sich die Schwellenspannung verändert, weil die von einem Haftterm eingefangenen Ladungsträger als ortsfeste Ladungen dienen.
  • Die Ergebnisse in 64B zeigen, dass der Transistor, der in der Probe C1 enthalten ist, geringe Schwankungen der Schwellenspannung aufweist.
  • <1-5. Querschnittsbeobachtung des Transistors>
  • Ein Querschnitt der Probe C1 wurde beobachtet. Es sei angemerkt, dass die Querschnittsbeobachtung mit einem Rastertransmissionselektronenmikroskop (scanning transmission electron microscope, STEM) durchgeführt wurde. 65 zeigt ein Querschnitts-STEM-Bild der Probe C1.
  • Das Ergebnis des in 65 gezeigten STEM-Bildes zeigt, dass die Probe C1, die bei diesem Beispiel hergestellt wurde, eine vorteilhafte Querschnittsform aufweist.
  • Den oben beschriebenen Ergebnissen zufolge zeigte der in der Probe C1 enthaltene Transistor, der einen mehrschichtigen Oxidhalbleiterfilm, der zwischen isolierenden Filmen mit überschüssigem Sauerstoff bereitgestellt ist, umfasst und eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ausgezeichnete elektrische Eigenschaften. Das heißt, dass die Verbesserung der Zuverlässigkeit und die Verringerung der Schwankungen der elektrischen Eigenschaften selbst dann erzielt wurden, wenn die Prozesstemperatur verringert wurde.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur, die vorstehend bei diesem Beispiel beschriebenen worden ist, gegebenenfalls mit einer/einem der anderen Ausführungsformen und Beispielen kombiniert werden kann.
  • [Beispiel 2]
  • Bei diesem Beispiel wurde ein Transistor hergestellt, der dem in 2A bis 2C gezeigten Transistor 150 entspricht, und es wurden die Drain-Strom-Gate-Spannung-Eigenschaften (Id-Vg-Eigenschaften) des Transistors ausgewertet. Zudem wurde die Potentialverteilung im Falle einer kurzen Kanallänge und einer hohen Drain-Spannung berechnet, um die Ergebnisse an den Id-Vg-Eigenschaften zu prüfen.
  • Zuerst werden die bei diesem Beispiel ausgebildeten Proben beschrieben.
  • Proben D1 und D2, die nachstehend beschrieben werden, wurden bei diesem Beispiel ausgebildet. Es sei angemerkt, dass es sich bei der Probe D1 um einen Transistor (Einzel-Gate-Struktur) zum Vergleich und bei der Probe D2 um einen Transistor (S-Kanal-Struktur) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
  • Die Proben D1 und D2 beinhalten jeweils einen Transistor mit einer Kanallänge L von 2 μm und einer Kanalbreite W von 50 μm, einen Transistor mit einer Kanallänge L von 3 μm und einer Kanalbreite W von 50 μm und einen Transistor mit einer Kanallänge L von 6 μm und einer Kanalbreite W von 50 μm.
  • Als Nächstes wird ein Bildungsverfahren der bei diesem Beispiel ausgebildeten Proben nachstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Bezugszeichen, die für den Transistor 150 in 2A bis 2C verwendet werden, in der nachfolgenden Beschreibung verwendet werden.
  • <2-1. Bildungsverfahren der Probe D1 und der Probe D2>
  • Zuerst wurde der leitende Film 104 über dem Substrat 102 ausgebildet. Als Substrat 102 wurde ein Glassubstrat verwendet. Als leitender Film 104 wurde ein 100 nm dicker Wolframfilm mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet.
  • Anschließend wurden die isolierenden Filme 106 und 107 über dem Substrat 102 und dem leitenden Film 104 ausgebildet. Als isolierender Film 106 wurde ein 400 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Als isolierender Film 107 wurde ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet.
  • Der isolierende Film 106 wurde wie folgt abgeschieden. Zuerst wurde ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, ein Stickstoffgas mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck wurde auf 100 Pa eingestellt; und eine HF-Leistung von 2000 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung platziert waren. Dann wurde die Durchflussmenge eines Ammoniakgases zu 2000 sccm verändert, um einen 300 nm dicken Siliziumnitridfilm abzuscheiden. Schließlich wurde die Durchflussmenge eines Ammoniakgases zu 100 sccm verändert, um einen 50 nm dicken Siliziumnitridfilm abzuscheiden.
  • Der isolierende Film 107 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 20 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 3000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 40 Pa; und eine HF-Leistung von 100 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren.
  • Dann wurde der Oxidhalbleiterfilm 108 über dem isolierenden Film 107 ausgebildet. Als Oxidhalbleiterfilm 108 wurden der Oxidhalbleiterfilm 108b und der Oxidhalbleiterfilm 108c nacheinander mit einer Sputtervorrichtung im Vakuum ausgebildet.
  • Als Oxidhalbleiterfilm 108b wurde ein 10 nm dicker IGZO-Film unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 140 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 60 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde an ein Sputtertarget aus polykristallinem Metalloxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 4:2:4,1) angelegt.
  • Als Oxidhalbleiterfilm 108c wurde ein 15 nm dicker IGZO-Film unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; es wurden ein Argongas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde an ein Sputtertarget aus polykristallinem Metalloxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1,2) angelegt.
  • Anschließend wurden die leitenden Filme 112a und 112b über dem isolierenden Film 107 und dem Oxidhalbleiterfilm 108 ausgebildet. Als leitende Filme 112a und 112b wurden ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm nacheinander mit einer Sputtervorrichtung im Vakuum ausgebildet.
  • Anschließend wird eine Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 108 (auf der Kanalrückseite) gereinigt. Bei dem Reinigungsverfahren wurde eine Phosphorsäurelösung, die erhalten wurde, indem Phosphorsäure (Konzentration: 85 Vol.-%) mit Wasser 100-fach verdünnt wurde, 15 Sekunden lang mit einer Rotationsreinigungsvorrichtung auf den Oxidhalbleiterfilm 108 sowie die leitenden Filme 112a und 112b aufgetragen.
  • Danach wurden der isolierende Film 114 und der isolierende Film 116 über dem isolierenden Film 107, dem Oxidhalbleiterfilm 108 sowie den leitenden Filmen 112a und 112b ausgebildet. Als isolierender Film 114 wurde ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Als isolierender Film 116 wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der isolierende Film 114 und der isolierende Film 116 nacheinander mit einer PECVD-Vorrichtung im Vakuum ausgebildet wurden.
  • Der isolierende Film 114 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 220°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 20 Pa; und eine HF-Leistung von 100 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren. Der isolierende Film 116 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 220°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 160 sccm und ein Distickstoffmonoxidgas mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 200 Pa; und eine HF-Leistung von 1500 W wurde zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren.
  • Dann wurde eine erste Wärmebehandlung 1 Stunde lang bei 350°C in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt.
  • Anschließend wurden der Öffnungsabschnitt 152a, der den leitenden Film 112b erreicht, sowie die Öffnungsabschnitte 152b und 152c ausgebildet, die den leitenden Film 104 erreichen. Die Öffnungsabschnitte 152a, 152b und 152c wurden mit einer Trockenätzvorrichtung ausgebildet.
  • Anschließend wurde ein Oxidhalbleiterfilm über dem isolierenden Film 116 ausgebildet, um die Öffnungsabschnitte 152a, 152b und 152c zu bedecken, und verarbeitet, um die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b auszubilden. Als Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b wurde ein 100 nm dicker IGZO-Film unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170°C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurde in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2500 W wurde an ein Sputtertarget aus polykristallinem Metalloxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 4:2:4,1) angelegt.
  • Es sei angemerkt, dass die Probe D1 zum Vergleich eine Struktur ohne die Oxidhalbleiterfilme 120a und 120b (d. h. eine Einzel-Gate-Struktur) aufwies.
  • Dann wurde der isolierende Film 118 über dem isolierenden Film 116 sowie den Oxidhalbleiterfilmen 120a und 120b ausgebildet. Als isolierender Film 118 wurde ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Der isolierende Film 118 wurde unter den folgenden Bedingungen abgeschieden: Die Substrattemperatur betrug 350°C; es wurden ein Silangas mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, ein Stickstoffgas mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm in eine Kammer eingeleitet; der Druck betrug 100 Pa; und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zwischen parallelen Plattenelektroden zugeführt, die in einer PECVD-Vorrichtung bereitgestellt waren.
  • Dann wurde eine zweite Wärmebehandlung 1 Stunde lang bei 250°C in einer Stickstoffgasatmosphäre durchgeführt.
  • Durch den vorstehenden Prozess wurden die Probe D1 und die Probe D2 dieses Beispiels ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die höchste Temperatur während der Herstellung der Probe D1 und der Probe D2 350°C betrug.
  • <2-2. Id-Vg-Eigenschaften>
  • Als Nächstes wurden die Id-Vg-Eigenschaften der Probe D1 und der Probe D2 gemessen. Es sei angemerkt, dass die Messung der Id-Vg-Eigenschaften auf ähnliche Weise wie beim Beispiel 1 durgeführt wurde. Die maximale Feldeffektbeweglichkeit (μFE_max) der Proben D1 und D2 sowie die Schwellenspannungen (Vth) der Proben D1 und D2 wurden aus den Id-Vg-Eigenschaften ermittelt und in 84A und 84B dargestellt. Die maximale Feldeffektbeweglichkeit ist in 84A dargestellt, und die Schwellenspannungen sind in 84B dargestellt.
  • Wie in 84A und 84B gezeigt, beträgt im Falle der S-Kanal-Struktur die Feldeffektbeweglichkeit das Doppelte oder mehr derjenigen der Einzel-Gate-Struktur. Außerdem hängt die Schwellenspannung nicht von der L-Länge des Transistors ab, die Schwankungen der Schwellenspannung sind gering, und die negative Verschiebung der Schwellenspannung wird unterdrückt.
  • <2-3. Auswertung der Potentialverteilung durch Berechnung>
  • Als Nächstes wurde der Effekt der Veränderung einer FET-Struktur auf die Potentialverteilung im Falle einer kurzen Kanallänge und einer hohen Drain-Spannung durch Berechnung bestimmt. Sowohl bei einer Einzel-Gate-Struktur als auch bei einer S-Kanal-Struktur wurde die Potentialverteilung im Falle einer hohen Drain-Spannung ausgewertet.
  • Es sei angemerkt, dass die Berechnungsbedingungen wie folgt sind: eine Bottom-Gate-OS-FET-Struktur (Zusammensetzung von IGZO: In:Ga:Zn = 1:1:1 [Atomverhältnis]); eine Kanallänge von 2 μm; eine Drain-Spannung (Vd) von 20 V; und eine Gate-Spannung (Vg) von –1 V. Zusätzlich wurde ein Simulator „Atlas”, produziert von Silvaco, Inc., für die Berechnung verwendet.
  • 85A zeigt die Berechnungsergebnisse der Potentialverteilung bei der Einzel-Gate-Struktur, und 85B zeigt die Berechnungsergebnisse der Potentialverteilung bei der S-Kanal-Struktur.
  • Wie in 85A und 85B gezeigt, ist die Potentialverteilung in dem OS bei der S-Kanal-Struktur enger als diejenige bei der Einzel-Gate-Struktur. Dies deutet an, dass bei der S-Kanal-Struktur der DIBL-Effekt unterdrückt wird. Bei dem FET mit der S-Kanal-Struktur kann deshalb die negative Verschiebung im Falle einer kurzen Kanallänge und einer hohen Drain-Spannung unterdrückt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur, die vorstehend bei diesem Beispiel beschriebenen worden ist, gegebenenfalls mit einer/einem der anderen Ausführungsformen oder Beispielen kombiniert werden kann.
  • [Beispiel 3]
  • Bei diesem Beispiel wurde der Grund für den Unterschied zwischen der Zuverlässigkeit des Transistors mit der Einzel-Gate-Struktur und derjenigen des Transistors mit der S-Kanal-Struktur bei den GBT-Tests des Beispiels 1 überlegt.
  • <3-1. Prüfung von PBTS>
  • Zuerst wurde PBTS geprüft.
  • Es wurden der in 74A bis 74C gezeigte Transistor 400 und der in 75A bis 75C gezeigte Transistor 400A der Ausführungsform 1 geprüft. 86 ist eine konzeptionelle Darstellung eines Potentials, das an den Transistor 400 angelegt wird, und 87 ist eine konzeptionelle Darstellung eines Potentials, das an den Transistor 400A angelegt wird.
  • Wie in 86 gezeigt, werden in dem Fall, in dem die obere Gate-Elektrode den Seitenendabschnitt der aktiven Schicht nicht bedeckt, positive Ladungen über einem Passivierungsfilm eingefangen. Wie in 87 gezeigt, kann in dem Fall, in dem die obere Gate-Elektrode den Seitenendabschnitt der aktiven Schicht bedeckt, das elektrische Feld durch die obere Gate-Elektrode gesteuert werden, so dass das Einfangen der positiven Ladungen unterdrückt werden kann.
  • <3-2. Prüfung von NBTS>
  • Als Nächstes wurde NBTS geprüft.
  • 88A ist eine konzeptionelle Darstellung eines NGBT-Stresses in einer dunklen Umgebung einer Einzel-Gate-Struktur, und 88B ist eine konzeptionelle Darstellung eines NGBT-Stresses in einer dunklen Umgebung einer S-Kanal-Struktur.
  • Wie in 88A gezeigt, wird dann, wenn die Einzel-Gate-Struktur verwendet wird, der Transistor von Ladungen beeinflusst, die an einer Oberfläche des Passivierungsfilms entstehen können. Im Gegensatz dazu kann, wie in 88B gezeigt, dann, wenn die S-Kanal-Struktur verwendet wird, die obere Gate-Elektrode Ladungen abschirmen, die an einer Oberfläche des Passivierungsfilms entstehen können.
  • Daher kann die S-Kanal-Struktur des Transistors einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Beständigkeit gegen NBTS erhöhen.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur, die vorstehend bei diesem Beispiel beschriebenen worden ist, gegebenenfalls mit einer/einem der anderen Ausführungsformen oder Beispielen kombiniert werden kann.
  • [Beispiel 4]
  • Bei diesem Beispiel wurden Proben (Proben E1 bis E5) hergestellt, die Transistoren mit unterschiedlichen Strukturen beinhalten, und die Schwellenspannungen der Proben wurden miteinander verglichen. Des Weiteren wurden Id-Vg-Eigenschaften der Transistoren (Proben E4 und E5) mit unterschiedlichen Strukturen berechnet.
  • <4-1. Proben E1 bis E5>
  • Zuerst werden die Proben E1 bis E5 nachstehend beschrieben.
  • [Probe E1]
  • Die Probe E1 ist eine Probe, bei der ein Transistor mit einer Einzel-Gate-Struktur unter Verwendung von CAAC-IGZO ausgebildet wurde (nachstehend auch als „CAAC-IGZO, Einzel-Gate-Struktur” bezeichnet).
  • [Probe E2]
  • Die Probe E2 ist eine Probe, bei der ein Transistor mit einer S-Kanal-Struktur unter Verwendung von CAAC-IGZO ausgebildet wurde (nachstehend auch als „CAAC-IGZO, S-Kanal-Struktur” bezeichnet).
  • [Probe E3]
  • Die Probe E3 ist eine Probe, bei der ein Transistor mit einer Einzel-Gate-Struktur unter Verwendung von nc-IGZO ausgebildet wurde (nachstehend auch als „nc-IGZO, Einzel-Gate-Struktur” bezeichnet).
  • [Probe E4]
  • Die Probe E4 ist eine Probe, bei der ein Transistor mit einer Einzel-Gate-Struktur unter Verwendung von polykristallinem p-Kanal-Niedertemperatur-Silizium bzw. p-Channel-Low-Temperature-Polycrystalline-Silicon ausgebildet wurde (nachstehend auch als „p-Kanal-LTPS, Einzel-Gate-Struktur” bezeichnet).
  • [Probe E5]
  • Die Probe E5 ist eine Probe, bei der ein Transistor mit einer S-Kanal-Struktur unter Verwendung von polykristallinem p-Kanal-Niedertemperatur-Silizium ausgebildet wurde (nachstehend auch als „p-Kanal-LTPS, S-Kanal-Struktur” bezeichnet).
  • <4-2. Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannung>
  • 89 zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannungen (Vth) der Proben E1 bis E3. 90 zeigt die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Schwellenspannungen (Vth) der Proben E4 und E5.
  • Die Transistoren der Proben E1 bis E3 wiesen jeweils eine Größe von L/W = 6/50 μm auf. Die Drain-Spannung (Vd) bei der Messung der Schwellenspannung betrug 20 V. Des Weiteren wurden 70 Transistoren in jeder der Proben E1 bis E3 ausgewertet.
  • Wie in 89 gezeigt, werden Schwankungen der Schwellenspannung bei der Probe E1 (CAAC-IGZO, Einzel-Gate-Struktur) stärker verringert als bei der Probe E3 (nc-IGZO, Einzel-Gate-Struktur). Überdies kann die Verwendung der Probe E2 (CAAC-IGZO, S-Kanal-Struktur) anstelle der Probe E1 (CAAC-IGZO, Einzel-Gate-Struktur) die Schwankungen der Schwellenspannung weiter verringern.
  • Wie in 90 gezeigt, besteht kein großer Unterscheid zwischen den Schwankungen der Schwellenspannung der Probe E4 (p-Kanal-LTPS, Einzel-Gate-Struktur) und denjenigen der Probe E5 (p-Kanal-LTPS, S-Kanal-Struktur).
  • <4-3. Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften>
  • Als Nächstes wurden die Id-Vg-Eigenschaften der Proben E4 und E5 berechnet. Es sei angemerkt, dass bei der Berechnung eine Aufmerksamkeit auf eine Kristallkorngrenze in polykristallinem p-Kanal-Niedertemperatur-Silizium gerichtet wurde.
  • 91 zeigt die Berechnungsergebnisse der Id-Vg-Eigenschaften der Proben E4 und E5.
  • Wie in 91 gezeigt, gibt es keinen großen Unterschied zwischen der Einzel-Gate-Struktur und der S-Kanal-Struktur bezüglich der Veränderung der Id-Vg-Eigenschaften in Abhängigkeit von der Position der Kristallkorngrenze. Deshalb wird angedeutet, dass die Schwankungen aufgrund der Kristallkorngrenze nicht in dem Fall verringert werden, in dem die S-Kanal-Struktur bei dem Transistor, der polykristallines p-Kanal-Niedertemperatur-Silizium enthält, zum Einsatz kommt. Währenddessen wird angedeutet, dass der CAAC-IGZO bezüglich der Schwankungen der Schwellenspannung vorteilhaft ist, da der Einfluss der Kristallkorngrenze nicht existiert oder sehr gering ist.
  • Es sei angemerkt, dass die Struktur, die vorstehend bei diesem Beispiel beschriebenen worden ist, gegebenenfalls mit einer/einem der anderen Ausführungsformen oder Beispielen kombiniert werden kann.
  • Erläuterung der Bezugszeichen
    • 100: Transistor, 102: Substrat, 104: leitender Film, 106: isolierender Film, 107: isolierender Film, 108: Oxidhalbleiterfilm, 108a: Oxidhalbleiterfilm, 108b: Oxidhalbleiterfilm, 108b_0: Oxidhalbleiterfilm, 108c: Oxidhalbleiterfilm, 108c_0: Oxidhalbleiterfilm, 112: leitender Film, 112a: leitender Film, 112b: leitender Film, 114: isolierender Film, 116: isolierender Film, 118: isolierender Film, 120: Oxidhalbleiterfilm, 120a: Oxidhalbleiterfilm, 120a_1: Oxidhalbleiterfilm, 120a_2: Oxidhalbleiterfilm, 120b: Oxidhalbleiterfilm, 120b_1: Oxidhalbleiterfilm, 120b_2: Oxidhalbleiterfilm, 150: Transistor, 150A: Transistor, 152a: Öffnungsabschnitt, 152b: Öffnungsabschnitt, 152c: Öffnungsabschnitt, 160: Transistor, 170: Transistor, 170A: Transistor, 191: Target, 192: Plasma, 193: Target, 194: Plasma, 400: Transistor, 400A: Transistor, 402: Substrat, 404: leitender Film, 406: isolierender Film, 407: isolierender Film, 408: Oxidhalbleiterfilm, 408a: Oxidhalbleiterfilm, 408b: Oxidhalbleiterfilm, 412a: leitender Film, 412b: leitender Film, 414: isolierender Film, 416: isolierender Film, 418: isolierender Film, 420: leitender Film, 450: Anzeigeabschnitt, 451: Fenster, 452a: Bild, 452b: Bild, 453: Knopf, 455: Fenster, 456: Dokumentinformation, 457: Scrollbalken, 501: Pixelschaltung, 502: Pixelabschnitt, 504: Treiberschaltungsabschnitt, 504a: Gate-Treiber, 504b: Source-Treiber, 506: Schutzschaltung, 507: Anschlussabschnitt, 552: Transistor, 554: Transistor, 562: Kondensator, 572: lichtemittierendes Element, 600: Substrat, 601: Substrat, 602: Gate-Leitung, 604: Kondensatorleitung, 605: Kondensatorleitung, 613: Leitung, 615: Gate-Leitung, 616: Leitung, 618: Drain-Elektrode, 623: isolierender Film, 624: Pixelelektrode, 625: isolierender Film, 626: Pixelelektrode, 627: isolierender Film, 628: Transistor, 629: Transistor, 630: Kondensator, 631: Kondensator, 633: Öffnung, 636: Farbfilm, 640: gemeinsame Elektrode, 644: Strukturteil, 645: Ausrichtungsfilm, 646: Schlitz, 647: Schlitz, 648: Ausrichtungsfilm, 650: Flüssigkristallschicht, 651: Flüssigkristallelement, 652: Flüssigkristallelement, 702: Substrat, 704: leitender Film, 706: isolierender Film, 707: isolierender Film, 708: Oxidhalbleiterfilm, 712a: leitender Film, 712b: leitender Film, 712c: leitender Film, 714: isolierender Film, 716: isolierender Film, 718: isolierender Film, 720: Oxidhalbleiterfilm, 722: isolierender Film, 724a: leitender Film, 724b: leitender Film, 726: Strukturteil, 728: EL-Schicht, 730: leitender Film, 752a: Öffnungsabschnitt, 752b: Öffnungsabschnitt, 752c: Öffnungsabschnitt, 808: Oxidhalbleiterfilm, 811: Substrat, 813: leitender Film, 815: isolierender Film, 817: isolierender Film, 819a: Oxidhalbleiterfilm, 819b: Oxidhalbleiterfilm, 819c: gemeinsame Elektrode, 821a: leitender Film, 821b: leitender Film, 823: isolierender Film, 825: isolierender Film, 827: isolierender Film, 828: isolierender Film, 829: gemeinsame Elektrode, 851: Flüssigkristallelement, 852: Transistor, 855: Kondensator, 870: Pixel, 870a: Pixel, 870b: Pixel, 870c: Pixel, 870d: Pixel, 870e: Pixel, 870f: Pixel, 871: Pixelabschnitt, 874: Gate-Treiber, 875: gemeinsame Leitung, 876: Source-Treiber, 877: Abtastleitung, 879: Signalleitung, 880: Flüssigkristallanzeigevorrichtung, 2000: Touchscreen, 2001: Touchscreen, 2501: Anzeigevorrichtung, 2502t: Transistor, 2503c: Kondensator, 2503t: Transistor, 2504: Abtastleitungstreiberschaltung, 2505: Pixel, 2509: FPC, 2510: Substrat, 2510a: isolierende Schicht, 2510b: flexibles Substrat, 2510c: Klebeschicht, 2511: Leitung, 2519: Anschluss, 2521: isolierende Schicht, 2522: isolierende Schicht, 2528: Trennwand, 2529: Flüssigkristallschicht, 2530a: Abstandshalter, 2530b: Abstandshalter, 2531: isolierende Schicht, 2550: EL-Element, 2551: Flüssigkristallelement, 2560: Dichtungsschicht, 2567: Farbschicht, 2568: lichtundurchlässige Schicht, 2569: Antireflexionsschicht, 2570: Substrat, 2570a: isolierende Schicht, 2570b: flexibles Substrat, 2570c: Klebeschicht, 2580: lichtemittierendes Modul, 2590: Substrat, 2591: Elektrode, 2592: Elektrode, 2593: isolierende Schicht, 2594: Leitung, 2595: Berührungssensor, 2597: Klebeschicht, 2598: Leitung, 2599: Verbindungsschicht, 2601: Impulsspannungsausgabeschaltung, 2602: Stromerfassungsschaltung, 2603: Kondensator, 2611: Transistor, 2612: Transistor, 2613: Transistor, 2621: Elektrode, 2622: Elektrode, 3000: Abscheidungsvorrichtung, 3010: Verarbeitungselement, 3180: Abscheidungskammer, 3181a: Quellenmaterialversorgungsabschnitt, 3181b: Quellenmaterialversorgungsabschnitt, 3182: Steuerabschnitt, 3182a: Durchflussmengensteuerung, 3182b: Durchflussmengensteuerung, 3182c: Durchflussmengensteuerung, 3182h: Heizmechanismus, 3183: Einlassöffnung, 3184: Auslassöffnung, 3185: Evakuierungseinheit, 3186: Trägerabschnitt, 3187: Heizmechanismus, 3188: Tür, 5100: Pellet, 5120: Substrat, 5161: Bereich, 5200: Pellet, 5201: Ion, 5202: lateraler Wachstumsabschnitt, 5203: Teilchen, 5220: Substrat, 5230: Target, 5240: Plasma, 5260: Heizmechanismus, 8000: Anzeigemodul, 8001: oberer Deckel, 8002: unterer Deckel, 8003: FPC, 8004: Touchscreen, 8005: FPC, 8006: Anzeigefeld, 8007: Hintergrundbeleuchtung, 8008: Lichtquelle, 8009: Rahmen, 8010: gedruckte Leiterplatte, 8011: Batterie, 9000: Gehäuse, 9001: Anzeigeabschnitt, 9003: Lautsprecher, 9005: Bedientaste, 9006: Verbindungsanschluss, 9007: Sensor, 9008: Mikrophon, 9050: Bedienknopf, 9051: Information, 9052: Information, 9053: Information, 9054: Information, 9055: Gelenk, 9100: tragbares Informationsendgerät, 9101: tragbares Informationsendgerät, 9102: tragbares Informationsendgerät, 9200: tragbares Informationsendgerät, 9201: tragbares Informationsendgerät, 9500: Anzeigevorrichtung, 9501: Anzeigefeld, 9502: Anzeigebereich, 9503: Bereich, 9511: Achse, 9512: Halterung.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2015-040981 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 3. März 2015, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2015-052903 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 17. März 2015, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2015-127835 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 25. Juni 2015, und der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2015-239875 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 9. Dezember 2015, deren gesamte Inhalte hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht sind.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor, der beinhaltet: eine erste Gate-Elektrode; einen ersten isolierenden Film über der ersten Gate-Elektrode; einen Oxidhalbleiterfilm über dem ersten isolierenden Film; eine Source-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; eine Drain-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; einen zweiten isolierenden Film über dem Oxidhalbleiterfilm; eine zweite Gate-Elektrode über dem zweiten isolierenden Film; und einen dritten isolierenden Film über der zweiten Gate-Elektrode, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Oxidhalbleiterfilm auf der Seite der ersten Gate-Elektrode und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Oxidhalbleiterfilm umfasst, wobei der erste Oxidhalbleiterfilm und der zweite Oxidhalbleiterfilm In, M und Zn enthalten, wobei es sich bei M um Al, Ga, Y oder Sn handelt, wobei in einem Bereich des zweiten Oxidhalbleiterfilms die Anzahl der In-Atome kleiner ist als diejenige in dem ersten Oxidhalbleiterfilm, und wobei die zweite Gate-Elektrode mindestens ein Metallelement enthält, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In > M erfüllt wird, wobei der zweite Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In ≤ M erfüllt wird, und wobei es sich bei M um Al, Ga, Y oder Sn handelt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Gate-Elektrode einen dritten Oxidhalbleiterfilm und einen vierten Oxidhalbleiterfilm über dem dritten Oxidhalbleiterfilm umfasst, wobei der dritte Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In ≤ M erfüllt wird, wobei der vierte Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In ≥ M erfüllt wird, und wobei es sich bei M um Al, Ga, Y oder Sn handelt.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen Kristallteil mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse enthält.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der dritte isolierende Film Wasserstoff und/oder Stickstoff enthält.
  6. Anzeigevorrichtung, die umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1; und ein Anzeigeelement.
  7. Anzeigemodul, das umfasst: die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6; und einen Berührungssensor.
  8. Elektronische Vorrichtung, die umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1; und eine Bedientaste und/oder eine Batterie.
  9. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor, der beinhaltet: eine erste Gate-Elektrode; einen ersten isolierenden Film über der ersten Gate-Elektrode; einen Oxidhalbleiterfilm über dem ersten isolierenden Film; eine Source-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; eine Drain-Elektrode, die elektrisch mit dem Oxidhalbleiterfilm verbunden ist; einen zweiten isolierenden Film über dem Oxidhalbleiterfilm; eine zweite Gate-Elektrode über dem zweiten isolierenden Film; und einen dritten isolierenden Film über der zweiten Gate-Elektrode, wobei die zweite Gate-Elektrode durch einen Öffnungsabschnitt in dem ersten isolierenden Film und dem zweiten isolierenden Film elektrisch mit der ersten Gate-Elektrode verbunden ist, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen ersten Oxidhalbleiterfilm auf der Seite der ersten Gate-Elektrode und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm über dem ersten Oxidhalbleiterfilm umfasst, wobei der erste Oxidhalbleiterfilm und der zweite Oxidhalbleiterfilm In, M und Zn enthalten, wobei es sich bei M um Al, Ga, Y oder Sn handelt, wobei in einem Bereich des zweiten Oxidhalbleiterfilms die Anzahl der In-Atome kleiner ist als diejenige in dem ersten Oxidhalbleiterfilm, und wobei die zweite Gate-Elektrode mindestens ein Metallelement enthält, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In > M erfüllt wird, wobei der zweite Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In ≤ M erfüllt wird, und wobei es sich bei M um Al, Ga, Y oder Sn handelt.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die zweite Gate-Elektrode einen dritten Oxidhalbleiterfilm und einen vierten Oxidhalbleiterfilm über dem dritten Oxidhalbleiterfilm umfasst, wobei der dritte Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In ≤ M erfüllt wird, wobei der vierte Oxidhalbleiterfilm einen Bereich aufweist, in dem In ≥ M erfüllt wird, und wobei es sich bei M um Al, Ga, Y oder Sn handelt.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Oxidhalbleiterfilm einen Kristallteil mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse enthält.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der dritte isolierende Film Wasserstoff und/oder Stickstoff enthält.
  14. Anzeigevorrichtung, die umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9; und ein Anzeigeelement.
  15. Anzeigemodul, das umfasst: die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14; und einen Berührungssensor.
  16. Elektronische Vorrichtung, die umfasst: die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9; und eine Bedientaste und/oder eine Batterie.
  17. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer ersten Gate-Elektrode; Ausbilden eines ersten isolierenden Films über der ersten Gate-Elektrode; Ausbilden eines ersten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten isolierenden Film; Ausbilden eines zweiten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten Oxidhalbleiterfilm; Ausbilden einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm; Ausbilden eines zweiten isolierenden Films über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode; Ausbilden eines dritten Oxidhalbleiterfilms, der als zweite Gate-Elektrode dient, über dem zweiten isolierenden Film; und Ausbilden eines dritten isolierenden Films, der Wasserstoff enthält, über dem dritten Oxidhalbleiterfilm, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des ersten Oxidhalbleiterfilms der erste Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein erstes Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird und dem ersten isolierenden Film das erste Sauerstoffgas zugesetzt wird, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Oxidhalbleiterfilms der zweite Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein zweites Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des dritten Oxidhalbleiterfilms der dritte Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein drittes Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird und dem zweiten isolierenden Film das dritte Sauerstoffgas zugesetzt wird, und wobei in dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films oder nach dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films dem dritten Oxidhalbleiterfilm der Wasserstoff von dem dritten isolierenden Film zugesetzt wird.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der erste Oxidhalbleiterfilm, der zweite Oxidhalbleiterfilm und der dritte Oxidhalbleiterfilm jeweils durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer ersten Gate-Elektrode; Ausbilden eines ersten isolierenden Films über der ersten Gate-Elektrode; Ausbilden eines ersten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten isolierenden Film; Ausbilden eines zweiten Oxidhalbleiterfilms über dem ersten Oxidhalbleiterfilm; Ausbilden einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm; Ausbilden eines zweiten isolierenden Films über dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode; Ausbilden eines dritten Oxidhalbleiterfilms, der als zweite Gate-Elektrode dient, über dem zweiten isolierenden Film; Ausbilden eines vierten Oxidhalbleiterfilms, der als zweite Gate-Elektrode dient, über dem dritten Oxidhalbleiterfilm; und Ausbilden eines dritten isolierenden Films, der Wasserstoff enthält, über dem vierten Oxidhalbleiterfilm, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des ersten Oxidhalbleiterfilms der erste Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein erstes Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird und dem ersten isolierenden Film das erste Sauerstoffgas zugesetzt wird, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des zweiten Oxidhalbleiterfilms der zweite Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein zweites Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des dritten Oxidhalbleiterfilms der dritte Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein drittes Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird und dem zweiten isolierenden Film das dritte Sauerstoffgas zugesetzt wird, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des vierten Oxidhalbleiterfilms der vierte Oxidhalbleiterfilm in einer Atmosphäre, die ein viertes Sauerstoffgas enthält, ausgebildet wird, und wobei in dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films oder nach dem Schritt zum Ausbilden des dritten isolierenden Films dem vierten Oxidhalbleiterfilm der Wasserstoff von dem dritten isolierenden Film zugesetzt wird.
  20. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei der erste Oxidhalbleiterfilm, der zweite Oxidhalbleiterfilm, der dritte Oxidhalbleiterfilm und der vierte Oxidhalbleiterfilm jeweils durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden.
  21. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei eine Durchflussmenge des dritten Sauerstoffgases höher ist als eine Durchflussmenge des vierten Sauerstoffgases.
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