DE112017004584T5

DE112017004584T5 - Anzeigevorrichtung und elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE112017004584T5
Application number: DE112017004584.3T
Authority: DE
Inventors: Shunpei Yamazaki; Junichi Koezuka; Kenichi Okazaki
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-07-11
Also published as: TWI743187B; CN109643735A; KR20190045930A; JP2022169523A; CN109643735B; JP7113602B2; US20180076231A1; WO2018047067A1; JP2018190949A; TW201826509A; US10276594B2; CN115857237A; KR102403389B1

Abstract

Eine neuartige Anzeigevorrichtung wird bereitgestellt. Die Anzeigevorrichtung beinhaltet einen Pixelabschnitt und eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Pixelabschnitts. Die Treiberschaltung beinhaltet einen ersten Transistor mit einer Dual-Gate-Struktur. Der Pixelabschnitt beinhaltet einen zweiten Transistor mit einer Single-Gate-Struktur und eine Pixelelektrode, die elektrisch mit dem zweiten Transistor verbunden ist. Der erste Transistor und der zweite Transistor beinhalten jeweils einen ersten Metalloxidfilm, der als Kanal dient. Die Metalloxidfilme beinhalten jeweils einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich. Der erste Bereich enthält In oder Zn und Sauerstoff. Der zweite Bereich enthält In oder ein Element M und Sauerstoff. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind mosaikartig dispergiert oder verteilt.

Description

Technisches Gebiet
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung und ein elektronisches Gerät.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das obige technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der in dieser Beschreibung und dergleichen offenbarten Erfindung betrifft ein Objekt, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft zusätzlich einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung. Im Besonderen betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, ein Ansteuerverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet eine Halbleitervorrichtung allgemein eine Vorrichtung, die durch Anwenden von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Ein Halbleiterelement, wie z. B. ein Transistor, eine Hableiterschaltung, eine arithmetische Vorrichtung und eine Speichervorrichtung, sind jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung. Eine Abbildungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, eine elektro-optische Vorrichtung, eine Energieerzeugungsvorrichtung (einschließlich einer Dünnschichtsolarzelle, einer organischen Dünnschichtsolarzelle und dergleichen) und ein elektronisches Gerät können jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
Stand der Technik
Als Halbleitermaterial, das bei einem Transistor verwendet werden kann, hat ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit erregt. Beispielsweise ist eine Halbleitervorrichtung offenbart, deren Feldeffektmobilität (in einigen Fällen einfach als Mobilität oder µPE bezeichnet) verbessert wird, indem eine Vielzahl von Oxidhalbleiterschichten übereinander angeordnet wird, unter denen die als Kanal dienende Oxidhalbleiterschicht Indium und Gallium enthält und in denen der Anteil an Indium höher ist als der Anteil an Gallium (siehe Patentdokument 1).
Eine Technik zur Verwendung von Oxidhalbleitertransistoren für Anzeigevorrichtungen, wie z. B. Flüssigkristallanzeigen und organische Elektrolumineszenz- (EL-) Anzeigen, hat Aufmerksamkeit erregt. Der Sperrstrom der Oxidhalbleitertransistoren ist sehr niedrig. Die Patentdokumente 2 und 3 offenbaren jeweils eine Technik, bei der ein derartig niedriger Sperrstrom verwendet wird, um die Aktualisierungsfrequenz zum Zeitpunkt der Anzeige von Standbildern sowie den Stromverbrauch der Flüssigkristallanzeigen oder der organischen EL-Anzeigen zu reduzieren. Es sei angemerkt, dass ein derartiges Ansteuerverfahren, das den Stromverbrauch von Anzeigevorrichtungen reduziert, in dieser Beschreibung als Idling-Stop- (IDS) Betrieb bezeichnet wird.
[Referenz]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-007399
[Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-141522
[Patentdokument 3] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-141524

Offenbarung der Erfindung
Vorzugsweise ist die Feldeffektmobilität eines Transistors, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm als Kanalbereich verwendet wird, möglichst hoch. Wenn jedoch die Feldeffektmobilität erhöht wird, bekommt der Transistor ein Problem hinsichtlich seiner Eigenschaften, d. h., dass der Transistor dazu neigt, selbstleitend („normally on“) zu sein. Es sei angemerkt, dass „selbstleitend“ einen Zustand bezeichnet, in dem ein Kanal sogar dann existiert, wenn keine Spannung an eine Gate-Elektrode angelegt wird, und ein Strom durch den Transistor fließt.
Ferner beeinflussen bei einem Transistor, in dem ein Oxidhalbleiterfilm in einem Kanalbereich verwendet wird, Sauerstofffehlstellen, die in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden, die Transistoreigenschaften in negativer Weise. Beispielsweise werden die Sauerstofffehlstellen, die in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden, an Wasserstoff gebunden, wodurch sie als Ladungsträgerversorgungsquellen dienen. Die Ladungsträgerversorgungsquellen, die in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden, verursachen eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, typischerweise eine Verschiebung der Schwellenspannung, des Transistors, der den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet.
Wenn die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm zu groß ist, verschiebt sich beispielsweise die Schwellenspannung des Transistors in negativer Richtung und der Transistor weist selbstleitende Eigenschaften auf. Somit ist insbesondere in dem Kanalbereich des Oxidhalbleiterfilms die Menge an Sauerstofffehlstellen vorzugsweise klein oder die Menge, bei der die selbstleitenden Eigenschaften nicht auftreten.
In dem Fall, in dem eine Vielzahl von verschiedenen Schaltungen auf einer isolierenden Oberfläche ausgebildet wird (z. B. in dem Fall, in dem ein Pixelabschnitt und eine Treiberschaltung über demselben Substrat ausgebildet werden), um eine Anzeigevorrichtung herzustellen, sind ausgezeichnete Schalteigenschaften, wie z. B. ein hohes Ein-/Aus-Verhältnis für einen für den Pixelabschnitt verwendeten Transistor, und eine hohe Betriebsgeschwindigkeit für einen für die Treiberschaltung verwendeten Transistor erforderlich. Insbesondere gilt: Je höher die Auflösung einer Anzeigevorrichtung ist, wie bei einer ultrahochauflösenden (auch als 4K-Auflösung, 4K2K oder 4K bezeichneten) Anzeigevorrichtung oder einer superhochauflösenden (auch als 8K-Auflösung, 8K4K oder 8K bezeichneten) Anzeigevorrichtung, desto kürzer ist die Schreibzeit eines Anzeigebildes; daher ist es vorzuziehen, dass der für die Treiberschaltung verwendete Transistor mit hoher Geschwindigkeit arbeitet.
Angesichts der vorstehenden Probleme ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Feldeffektmobilität und die Zuverlässigkeit eines Transistors, der einen Metalloxidfilm beinhaltet, zu verbessern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Transistors zu verhindern, der einen Metalloxidfilm beinhaltet, und die Zuverlässigkeit des Transistors zu verbessern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Anzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität und hoher Auflösung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Anzeigevorrichtung mit reduziertem Stromverbrauch bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Anzeigevorrichtung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, ein neuartiges elektronisches Gerät bereitzustellen.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung der vorstehenden Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. 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 sein und können davon abgeleitet werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung, die einen Pixelabschnitt und eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Pixelabschnitts beinhaltet. Die Treiberschaltung beinhaltet einen ersten Transistor. Der Pixelabschnitt beinhaltet einen zweiten Transistor und eine Pixelelektrode, die elektrisch mit dem zweiten Transistor verbunden ist. Der erste Transistor beinhaltet eine erste Gate-Elektrode, eine zweite Gate-Elektrode und einen ersten Metalloxidfilm, der als Kanal zwischen der ersten Gate-Elektrode und der zweiten Gate-Elektrode dient. Die erste Gate-Elektrode und die zweite Gate-Elektrode sind elektrisch miteinander verbunden. Der zweite Transistor beinhaltet einen zweiten Metalloxidfilm, der als Kanal dient. Die Pixelelektrode wird unter Verwendung eines dritten Metalloxidfilms ausgebildet. Der dritte Metalloxidfilm beinhaltet einen Bereich mit einer höheren Wasserstoffkonzentration als der zweite Metalloxidfilm. Der erste Metalloxidfilm, der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm beinhalten jeweils einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich. Der erste Bereich enthält In oder Zn und Sauerstoff. Der zweite Bereich enthält In oder ein Element M und Sauerstoff. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind mosaikartig dispergiert oder verteilt.
Es sei angemerkt, dass die Anzeigevorrichtung die folgende Struktur aufweisen kann: Ein Isolierfilm befindet sich über dem ersten Metalloxidfilm und dem zweiten Transistor; der Isolierfilm weist eine Öffnung über dem zweiten Transistor auf; der zweite Metalloxidfilm befindet sich über einem Gate-Isolierfilm; der dritte Metalloxidfilm und eine der ersten Gate-Elektrode und der zweiten Gate-Elektrode befinden sich über dem Isolierfilm; und der dritte Metalloxidfilm ist elektrisch mit dem zweiten Transistor in der Öffnung des Isolierfilms verbunden.
Alternativ kann die Anzeigevorrichtung die folgende Struktur aufweisen: Ein erster Isolierfilm und ein zweiter Isolierfilm sind in dieser Reihenfolge über dem ersten Metalloxidfilm und dem zweiten Transistor angeordnet; der erste Isolierfilm und der zweite Isolierfilm weisen jeweils eine Öffnung über dem zweiten Transistor auf; der zweite Metalloxidfilm befindet sich über einem Gate-Isolierfilm; eine der ersten Gate-Elektrode und der zweite Gate-Elektrode befindet sich über dem ersten Isolierfilm; der dritte Metalloxidfilm befindet sich über dem zweiten Isolierfilm; und der dritte Metalloxidfilm ist elektrisch mit dem zweiten Transistor in den Öffnungen des ersten Isolierfilms und des zweiten Isolierfilms verbunden.
Der erste Isolierfilm kann einen anorganischen Isolierfilm beinhalten und der zweite Isolierfilm kann einen organischen Harzfilm beinhalten.
Der zweite Transistor kann eine dritte Gate-Elektrode und einen Gate-Isolierfilm beinhalten. Der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm können sich über dem Gate-Isolierfilm befinden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung, die einen Pixelabschnitt und eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Pixelabschnitts beinhaltet. Die Treiberschaltung beinhaltet einen ersten Transistor. Der Pixelabschnitt beinhaltet einen zweiten Transistor und eine Pixelelektrode, die elektrisch mit dem zweiten Transistor verbunden ist. Ein erster Isolierfilm und ein zweiter Isolierfilm sind in dieser Reihenfolge über dem zweiten Transistor angeordnet. Der erste Isolierfilm und der zweite Isolierfilm weisen jeweils eine Öffnung über dem zweiten Transistor auf. Der erste Transistor beinhaltet eine erste Gate-Elektrode, eine zweite Gate-Elektrode und einen ersten Metalloxidfilm, der als Kanal zwischen der ersten Gate-Elektrode und der zweiten Gate-Elektrode dient. Die erste Gate-Elektrode und die zweite Gate-Elektrode sind elektrisch miteinander verbunden. Der zweite Transistor beinhaltet einen zweiten Metalloxidfilm, der als Kanal dient. Eine der ersten Gate-Elektrode und der zweiten Gate-Elektrode befindet sich über dem ersten Isolierfilm. Die Pixelelektrode befindet sich über dem zweiten Isolierfilm. Die Pixelelektrode ist mit dem zweiten Transistor in den Öffnungen des ersten Isolierfilms und des zweiten Isolierfilms elektrisch verbunden. Der erste Metalloxidfilm und der zweite Metalloxidfilm beinhalten jeweils einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich. Der erste Bereich enthält In oder Zn und Sauerstoff. Der zweite Bereich enthält In oder ein Element M und Sauerstoff. Der erste Bereich und der zweite Bereich sind mosaikartig dispergiert oder verteilt.
Der erste Isolierfilm kann einen anorganischen Isolierfilm beinhalten und der zweite Isolierfilm kann einen organischen Harzfilm beinhalten.
Die Wasserstoffkonzentration des dritten Metalloxidfilms kann höher als oder gleich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ sein.
Der erste Metalloxidfilm, der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm können jeweils einen Bereich, in dem ein In-Gehalt 40 % oder mehr und 50 % oder weniger der Gesamtsumme von In-, M- und Zn-Atomen ausmacht, und einen Bereich umfassen, in dem ein M-Gehalt 5 % oder mehr und 30 % oder weniger der Gesamtsumme von In-, M- und Zn-Atomen ausmacht.
In jedem von dem ersten Metalloxidfilm, dem zweiten Metalloxidfilm und dem dritten Metalloxidfilm kann, wenn das Atomverhältnis von In zu M und Zn 4:x:y ist, x größer als oder gleich 1,5 und kleiner als oder gleich 2,5 sein und kann y größer als oder gleich 2 und kleiner als oder gleich 4 sein.
In jedem von dem ersten Metalloxidfilm, dem zweiten Metalloxidfilm und dem dritten Metalloxidfilm kann, wenn das Atomverhältnis von In zu M und Zn 5:x:y ist, x größer als oder gleich 0,5 und kleiner als oder gleich 1,5 sein und kann y größer als oder gleich 5 und kleiner als oder gleich 7 sein.
Das Element M kann eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium sein.
Der erste Transistor kann eine Dual-Gate-Struktur aufweisen und der zweite Transistor kann eine Single-Gate-Struktur aufweisen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Anzeigemodul, das eine beliebige der Anzeigevorrichtungen und einen Berührungssensor beinhaltet. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein elektronisches Gerät, das eine beliebige der Anzeigevorrichtungen oder das Anzeigemodul sowie einen Empfänger, eine Bedientaste oder eine Batterie beinhaltet.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Feldeffektmobilität und die Zuverlässigkeit eines Transistors, der einen Metalloxidfilm beinhaltet, verbessern. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften eines Transistors verhindern, der einen Metalloxidfilm beinhaltet, und die Zuverlässigkeit des Transistors verbessern. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Anzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität und hoher Auflösung bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Anzeigevorrichtung mit reduziertem Stromverbrauch bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine neuartige Anzeigevorrichtung bereitstellen. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein neuartiges elektronisches Gerät bereitstellen.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Effekte dem Vorhandensein weiterer Effekte nicht im Wege steht. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung muss nicht notwendigerweise sämtliche der vorstehend aufgeführten Effekte erzielen. Weitere Effekte werden aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
Figurenliste

1A-1, 1A-2, 1B-1 und 1B-2 sind Querschnittsansichten, die eine Anzeigevorrichtung darstellen.
2A und 2B sind Draufsichten, die eine Anzeigevorrichtung darstellen.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm einer Zusammensetzung eines Metalloxids.
4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 sind Querschnittsansichten, die eine Anzeigevorrichtung darstellen.
5A-1 bis 5A-3 und 5B-1 bis 5B-3 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung darstellen.
6A-1, 6A-2, 6B-1 und 6B-2 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung darstellen.
7A-1, 7A-2, 7B-1 und 7B-2 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung darstellen.
8A-1, 8A-2, 8B-1 und 8B-2 sind Querschnittsansichten, die eine Anzeigevorrichtung darstellen.
9A und 9B sind Draufsichten, die eine Anzeigevorrichtung darstellen.
10A-1, 10A-2, 10B-1 und 10B-2 sind Querschnittsansichten, die eine Anzeigevorrichtung darstellen.
11A-1, 11A-2, 11B-1 und 11B-2 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung darstellen.
12A-1, 12A-2, 12B-1 und 12B-2 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung darstellen.
13A-1 und 13B-1 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung darstellen.
14A bis 14C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die einen Transistor darstellen.
15A bis 15C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die einen Transistor darstellen.
16A und 16B sind konzeptionelle Diagramme, die Diffusionswege von Sauerstoff oder überschüssigem Sauerstoff darstellen, der in einen Metalloxidfilm diffundiert.
17A bis 17C sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die einen Transistor darstellen.
18 zeigt gemessene XRD-Spektren von Proben.
19A und 19B sind TEM-Bilder von Proben und 19C bis 19L sind Elektronenbeugungsbilder davon.
20A bis 20C zeigen EDX-Verteilungsbilder einer Probe.
21 stellt Herstellungsprozesse von Anzeigevorrichtungen dar, bei denen ein Flüssigkristallelement im Modus mit horizontalem elektrischen Feld verwendet wird.
22 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
23 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
24 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
25 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
26 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
27 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
28 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Anzeigevorrichtung darstellt.
29A bis 29C sind ein Blockdiagramm und Schaltpläne, die jeweils eine Anzeigevorrichtung darstellen.
30 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Steuer-IC darstellt.
31A bis 31C sind Diagramme zur Veranschaulichung von Parametern.
32A und 32B stellen ein Konfigurationsbeispiel eines Bildspeichers dar.
33 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Registers darstellt.
34 ist ein Schaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel eines Registers darstellt.
35 stellt ein Anzeigemodul dar.
36A bis 36E stellen elektronische Geräte dar.
37A bis 37G stellen elektronische Geräte dar.
38 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel eines Rundfunksystems darstellt.
39 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel eines Rundfunksystems darstellt.
40 ist ein schematisches Diagramm, das die Datenübertragung in einem Rundfunksystem darstellt.
41 Abis 41 D stellen jeweils ein Strukturbeispiel eines Empfängers dar.
42A und 42B sind Blockdiagramme eines Beispiels.
43 zeigt die Betriebsbereiche von Anzeigen eines Beispiels.
44A und 44B zeigen die /_d-V_g-Eigenschaften von Transistoren eines Beispiels.
45A und 45B zeigen Änderungen der Transistoreigenschaften eines Beispiels.
46A und 46B sind Blockdiagramme eines Beispiels.
47 zeigt die Ergebnisse der GBT-Tests, die jeweils an einem Transistor eines Beispiels durchgeführt wurden.
48A und 48B zeigen jeweils eine Änderung der Transistoreigenschaften eines Beispiels.
49 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels.
50 ist ein Schaltplan eines Beispiels.
51 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels.
52 ist ein Zeitdiagramm eines Beispiels.
53 zeigt eine Beziehung zwischen Mobilität und Schreibzeit eines Beispiels.
54A und 54B zeigen jeweils /_d-V_g-Eigenschaften eines Transistors eines Beispiels.
55 zeigt die Ergebnisse der GBT-Tests, die an Transistoren eines Beispiels durchgeführt wurden.
56A und 56B zeigen jeweils eine Änderung der Transistoreigenschaften eines Beispiels.
57 zeigt eine Änderung der Transistoreigenschaften eines Beispiels.
58A und 58B zeigen die Ergebnisse der ESR-Analyse eines Beispiels.

Beste Art zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen anhand von Zeichnungen beschrieben. Jedoch können die Ausführungsformen in verschiedenen Modi implementiert werden. Es erschließt sich einem Fachmann ohne Weiteres, dass Modi und Details auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne dabei vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung sollte also nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt angesehen werden.
In den Zeichnungen ist die Größe, die Schichtdicke oder der Bereich in einigen Fällen der Klarheit halber übertrieben dargestellt. Somit sind die Größe, die Schichtdicke oder der Bereich nicht auf die dargestellten Größenverhältnisse beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen schematische Ansichten sind, die ideale Beispiele zeigen, und dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf Formen oder Werte, welche in den Zeichnungen gezeigt sind, beschränkt sind.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung Ordnungszahlen, wie z. B. „erste“, „zweite“ und „dritte“, verwendet werden, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden, und die Begriffe schränken die Komponenten zahlenmäßig nicht ein.
In dieser Beschreibung werden Begriffe zum Beschreiben der Anordnung, wie z. B. „über“, „oberhalb“, „unter“ und „unterhalb“, der Einfachheit halber beim Beschreiben einer Positionsbeziehung zwischen Komponenten anhand von Zeichnungen verwendet. Ferner wird eine Positionsbeziehung zwischen Komponenten angemessen entsprechend einer Richtung verändert, in der jede Komponente beschrieben wird. Deswegen gibt es keine Beschränkung hinsichtlich der Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, und eine Beschreibung kann in Abhängigkeit von der Situation angemessen vorgenommen werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen ist ein Transistor ein Element, das mindestens drei Anschlüsse aufweist, nämlich ein Gate, einen Drain und eine Source. Der Transistor weist 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 über den Kanalbereich zwischen der Source und dem Drain fließen. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Kanalbereich einen Bereich bezeichnet, durch den ein Strom hauptsächlich fließt.
Wenn beispielsweise Transistoren mit unterschiedlichen Polaritäten verwendet werden oder wenn die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, könnten die Funktionen einer Source und eines Drains miteinander vertauscht werden. Somit können die Begriffe „Source“ und „Drain“ in dieser Beschreibung und dergleichen miteinander vertauscht werden.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „elektrisch verbunden“ in dieser Beschreibung und dergleichen den Fall mit einschließt, 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 gesendet und empfangen werden können. Beispiele für ein „Objekt mit einer elektrischen Funktion“ umfassen eine Elektrode und eine Leitung sowie ein Schaltelement, wie z. B. einen Transistor, einen Widerstand, einen Induktor, einen Kondensator und ein Elemente mit verschiedenen Funktionen.
In dieser Beschreibung und dergleichen deutet der Begriff „parallel“ darauf hin, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet wird, größer als oder gleich -10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und folglich umfasst er auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich -5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Der Begriff „senkrecht“ deutet darauf hin, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet wird, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und folglich umfasst er auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
In dieser Beschreibung und dergleichen können die Begriffe „Film“ und „Schicht“ miteinander vertauscht werden. Beispielsweise kann der Begriff „leitfähige Schicht“ in einigen Fällen in den Begriff „leitfähiger Film“ umgewandelt werden. Auch der Begriff „Isolierfilm“ kann in einigen Fällen in den Begriff „isolierende Schicht“ umgewandelt werden.
Sofern nicht anders angegeben, bezeichnet ein Sperrstrom in dieser Beschreibung und dergleichen einen Drain-Strom eines Transistors in einem Sperrzustand (auch als nichtleitender Zustand oder Cutoff-Zustand bezeichnet). Sofern nicht anders angegeben, bedeutet der Sperrzustand eines n-Kanal-Transistors, dass die Spannung zwischen seinem Gate und seiner Source (V_gs : Gate-Source-Spannung) niedriger ist als die Schwellenspannung V_th , und der Sperrzustand eines p-Kanal-Transistors bedeutet, dass die Gate-Source-Spannung V_gs höher ist als die Schwellenspannung V_th . Beispielsweise bezeichnet manchmal der Sperrstrom eines n-Kanal-Transistors einen Drain-Strom, der dann fließt, wenn die Gate-Source-Spannung V_gs niedriger ist als die Schwellenspannung V_th .
In einigen Fällen hängt der Sperrstrom eines Transistors von V_gs ab. Folglich kann „der Sperrstrom eines Transistors ist niedriger als oder gleich I“ bedeuten, dass es eine Vgs gibt, bei der der Sperrstrom des Transistors niedriger als oder gleich I wird. Der Sperrstrom eines Transistors kann beispielsweise einen Sperrstrom bei einer gegebenen Vgs, bei einer Vgs in einem gegebenen Bereich, oder bei einer Vgs bezeichnen, bei der ein ausreichend niedriger Sperrstrom erhalten wird.
Als Beispiel wird ein n-Kanal-Transistor vorausgesetzt, bei dem die Schwellenspannung V_th 0,5 V beträgt und der Drain-Strom 1 × 10^-9 A bei V_gs von 0,5 V, 1 × 10^-13A bei V_gs von 0,1 V, 1 × 10^-19A bei V_gs von -0,5 V und 1 × 10^-22A bei V_gs von -0,8 V beträgt. Der Drain-Strom des Transistors ist 1 × 10-¹⁹ A oder niedriger bei V_gs von -0,5 V oder bei V_gs im Bereich von -0,5 V bis -0,8 V; daher kann man sagen, dass der Sperrstrom des Transistors 1 × 10^-19 A oder niedriger ist. Da es V_gs gibt, bei der der Drain-Strom des Transistors 1 × 10-²² A oder niedriger ist, kann man sagen, dass der Sperrstrom des Transistors 1 × 10-²² A oder niedriger ist.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird der Sperrstrom eines Transistors mit einer Kanalbreite W manchmal durch einen Stromwert pro Kanalbreite W oder durch einen Stromwert je festgelegter Kanalbreite (z. B. 1 µm) dargestellt. Im letzteren Fall kann der Sperrstrom durch die Einheit mit der Dimension von Strom pro Länge (z. B. A/µm) dargestellt werden.
In einigen Fällen hängt der Sperrstrom eines Transistors von der Temperatur ab. Sofern nicht anders angegeben, kann der Sperrstrom in dieser Beschreibung ein Sperrstrom bei Raumtemperatur, 60 °C, 85 °C, 95 °C oder 125 °C sein. Alternativ kann der Sperrstrom ein Sperrstrom bei einer Temperatur, bei der die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit dem Transistor sichergestellt wird, oder bei einer Temperatur sein, bei der die Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet wird (z. B. einer Temperatur in dem Bereich von 5 °C bis 35 °C). Der Zustand, in dem der Sperrstrom eines Transistors / oder niedriger ist, kann darauf hindeuten, dass bei einer bestimmten V_gs der Sperrstrom des Transistors bei Raumtemperatur, 60 °C, 85 °C, 95 °C, 125 °C, einer Temperatur, bei der die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die den Transistor beinhaltet, sichergestellt ist, oder einer Temperatur, bei der die Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet wird (z. B. einer Temperatur in dem Bereich von 5 °C bis 35 °C), I oder niedriger ist.
In einigen Fällen hängt der Sperrstrom eines Transistors von der Spannung Vds zwischen seinem Drain und seiner Source ab. Sofern nicht anders angegeben, kann es sich bei dem Sperrstrom in dieser Beschreibung um einen Sperrstrom bei Vds von 0,1 V, 0,8 V, 1 V, 1,2 V, 1,8 V, 2,5 V, 3 V, 3,3 V, 10 V, 12 V, 16 V oder 20 V handeln. Alternativ kann der Sperrstrom ein Sperrstrom bei Vds, bei der die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen mit dem Transistor sichergestellt wird, oder bei V_ds sein, die in der Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet wird. Der Zustand, in dem der Sperrstrom eines Transistors niedriger als oder gleich / ist, kann darauf hindeuten, dass bei einer bestimmten Vgs der Sperrstrom des Transistors bei Vds von 0,1 V, 0,8 V, 1 V, 1,2 V, 1,8 V, 2,5 V, 3 V, 3,3 V, 10 V, 12 V, 16 V oder 20 V, bei einer Vds, bei der die Zuverlässigkeit einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen, die den Transistor beinhaltet, sichergestellt ist, oder bei einer Vds, die in der Halbleitervorrichtung oder dergleichen verwendet wird, niedriger als oder gleich / ist.
In der vorstehenden Beschreibung des Sperrstroms kann ein Drain gegen eine Source ausgetauscht werden. Das heißt, dass in einigen Fällen der Sperrstrom einen Strom bezeichnet, der durch eine Source eines Transistors im Sperrzustand fließt.
In dieser Beschreibung und dergleichen weist der Begriff „Leckstrom“ manchmal die gleiche Bedeutung wie Sperrstrom auf. In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet in einigen Fällen der Sperrstrom beispielsweise einen Strom, der zwischen einer Source und einem Drain fließt, wenn ein Transistor ausgeschaltet ist.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet die Schwellenspannung eines Transistors eine Gate-Spannung (V_g ), bei der ein Kanal in dem Transistor gebildet wird. Insbesondere kann in einem Diagramm, bei dem die horizontale Achse die Gate-Spannung (V_g ) und die vertikale Achse die Quadratwurzel des Drain-Stroms (I_d ) darstellt, die Schwellenspannung eines Transistors eine Gate-Spannung (V_g ) an dem Kreuzungspunkt der Quadratwurzel des Drain-Stroms (I_d ) von 0 (I_d = 0 A) und einer extrapolierten geraden Linie, die eine dargestellte Kurve (V_g -√I_d -Eigenschaften) mit der größten Neigung tangiert, bezeichnen. Alternativ kann die Schwellenspannung eines Transistors eine Gate-Spannung (V_g ) bezeichnen, bei der der Wert von I_d [A] × L [µm]/W [µm] bei 1 × 10^-9 [A] liegt, wobei L die Kanallänge ist und W die Kanalbreite ist.
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 eindeutig 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 eindeutig 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 bezeichnet eine Verunreinigung in einem Halbleiter ein Element, bei dem es sich um keinen Hauptbestandteil eines Halbleiterfilms handelt. Zum Beispiel handelt es sich bei einem Element mit einer Konzentration von weniger als 0,1 Atom-%, um eine Verunreinigung. Wenn ein Halbleiter eine Verunreinigung enthält, können beispielsweise DOS (density of states, Dichte der Zustände) darin gebildet werden, kann die Ladungsträgermobilität verringert werden, oder kann die Kristallinität verringert werden. In dem Fall, in dem der Halbleiter einen Oxidhalbleiter enthält, umfassen Beispiele für die Verunreinigung, die die Eigenschaften des Halbleiters verändert, die Elemente der Gruppe 1, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 13, die Elemente der Gruppe 14, die Elemente der Gruppe 15 und Übergangsmetalle verschieden von den Hauptbestandteilen; spezifische Beispiele umfassen Wasserstoff (auch im Wasser enthalten), Lithium, Natrium, Silizium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff und Stickstoff. Wenn es sich bei dem Halbleiter um einen Oxidhalbleiter handelt, können beispielsweise Sauerstofffehlstellen durch Eindringen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, gebildet werden. In dem Fall, in dem der Halbleiter Silizium enthält, umfassen Beispiele für die Verunreinigung, die die Eigenschaften des Halbleiters verändert, ferner Sauerstoff, die Elemente der Gruppe 1 außer Wasserstoff, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 13 und die Elemente der Gruppe 15.
In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet ein Metalloxid ein Oxid eines Metalls im weiteren Sinne. Metalloxide werden in einen Oxidisolator, einen Oxidleiter (darunter auch einen durchsichtigen Oxidleiter), einen Oxidhalbleiter (auch einfach als OS bezeichnet) und dergleichen eingeteilt. Beispielsweise wird ein Metalloxid, das für eine aktive Schicht eines Transistors verwendet wird, in einigen Fällen als Oxidhalbleiter bezeichnet. Mit anderen Worten: Ein Metalloxid, das mindestens eine Verstärkungsfunktion, eine Gleichrichterfunktion oder eine Schalterfunktion aufweist, kann als Metalloxidhalbleiter (mit OS abgekürzt) bezeichnet werden. Das heißt, dass es sich bei einem OS-FET um einen Transistor handelt, der ein Metalloxid oder einen Oxidhalbleiter enthält.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird ein Metalloxid, das Stickstoff enthält, in einigen Fällen auch als Metalloxid bezeichnet. Zudem kann ein Metalloxid, das Stickstoff enthält, als Metalloxynitrid bezeichnet werden.
(Ausführungsform 1)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Verfahren zur Herstellung der Anzeigevorrichtung anhand von 1A-1, 1A-2, 1B-1 und 1B-2, 2A und 2B, 3, 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2, 5A-1 bis 5A-3 und 5B-1 bis 5B-3, 6A-1, 6A-2, 6B-1 und 6B-2, 7A-1, 7A-2, 7B-1 und 7B-2, 8A-1, 8A-2, 8B-1 und 8B-2, 9A und 9B, 10A-1, 10A-2, 10B-1 und 10B-2, 11A-1, 11A-2, 11B-1 und 11B-2, 12A-1, 12A-2, 12B-1 und 12B-2, 13A-1 und 13B-1, 14A bis 14C, 15A bis 15C und 16A und 16B beschrieben.
<Strukturbeispiel 1 der Anzeigevorrichtung>
2A und 2B sind Draufsichten auf Transistoren, die in einer Treiberschaltung und einem Anzeigeabschnitt einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind. 2A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100A, der in der Treiberschaltung enthalten ist, und 2B ist eine Draufsicht auf einen Transistor 200A, der in einem Pixelabschnitt enthalten ist. 1A-1 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 2A, 1A-2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 2A, 1B-1 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 2B, und 1B-2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y3-Y4 in 2B. Es sei angemerkt, dass in 2A und 2B einige Komponenten der Transistoren 100A und 200A (z. B. ein Isolierfilm, der als Gate-Isolierfilm dient) nicht dargestellt sind, um Komplexität zu vermeiden. Bei den Transistoren können die Richtungen der Strichpunktlinien X1-X2 und X3-X4 als Kanallängsrichtungen bezeichnet werden, und die Richtungen der Strichpunktlinien Y1-Y2 und Y3-Y4 können als Kanalbreitenrichtungen bezeichnet werden. Wie in 2A und 2B sind in einigen Fällen einige Komponenten in den Draufsichten der Transistoren, die nachstehend beschrieben werden, nicht dargestellt.
Wie in den 1A-1 und 1A-2 dargestellt, beinhaltet die Treiberschaltung den Transistor 100A.
Der Transistor 100A beinhaltet einen leitfähigen Film 104 über einem Substrat 102, einen Isolierfilm 106 über dem Substrat 102 und dem leitfähigen Film 104, einen Metalloxidfilm 108 über dem Isolierfilm 106, einen leitfähigen Film 112a über dem Metalloxidfilm 108 und einen leitfähigen Film 112b über dem Metalloxidfilm 108. Ein Isolierfilm 114, ein Isolierfilm 116 über dem Isolierfilm 114 und ein Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 116 sind ferner über dem Transistor 100A, insbesondere über dem Metalloxidfilm 108, dem leitfähigen Film 112a und dem leitfähigen Film 112b ausgebildet.
Die Isolierfilme 106, 114 und 116 weisen eine Öffnung 142a auf. Über die Öffnung 142a ist ein leitfähige Film 120a elektrisch mit dem leitfähigen Film 104 verbunden.
Es sei angemerkt, dass der Transistor 100A ein sogenannter kanalgeätzter Transistor ist und eine Dual-Gate-Struktur aufweist.
Wie in 1B-1 und 1B-2 dargestellt, beinhaltet der Pixelabschnitt den Transistor 200A, einen leitfähigen Film 220a, der als Pixelelektrode dient, einen leitfähigen Film 213, der als Kondensatorleitung dient, und einen Kondensator 250a.
Der Transistor 200A beinhaltet einen leitfähigen Film 204 über dem Substrat 102, den Isolierfilm 106 über dem Substrat 102 und dem leitfähigen Film 204, einen Metalloxidfilm 208 über dem Isolierfilm 106, einen leitfähigen Film 212a über dem Metalloxidfilm 208 und einen leitfähigen Film 212b über dem Metalloxidfilm 208. Der Isolierfilm 114, der Isolierfilm 116 über dem Isolierfilm 114 und der Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 116 sind ferner über dem Transistor 200A, insbesondere über dem Metalloxidfilm 208, dem leitfähigen Film 212a und dem leitfähigen Film 212b ausgebildet.
Die Isolierfilme 114 und 116 weisen eine Öffnung 242a auf. Der als Pixelelektrode dienende leitfähige Film 220a ist elektrisch über die Öffnung 242a mit dem leitfähigen Film 212b verbunden. Der leitfähige Film 213, der als Kondensatorleitung dient, ist über dem Isolierfilm 106 ausgebildet. Der leitfähige Film 213 wird gleichzeitig mit den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b ausgebildet; alternativ kann der leitfähige Film 213 gleichzeitig mit den leitfähigen Filmen 104 und 204 ausgebildet werden. Der leitfähige Film 213, die Isolierfilme 114 und 116 und der leitfähige Film 220a bilden den Kondensator 250a.
Es sei angemerkt, dass der Transistor 200A ein sogenannter kanalgeätzter Transistor ist und eine Single-Gate-Struktur aufweist.
Der in dem Transistor 100A enthaltene leitfähige Film 120a und der als Pixelelektrode dienende leitfähige Film 220a werden im gleichen Schritt ausgebildet. Die leitfähigen Filme 120a und 220a werden vorzugsweise unter Verwendung von einem Oxidleiter- (oxide conductor, OC-) Film ausgebildet, der später beschrieben wird. Wenn ein Oxidleiterfilm für die leitfähigen Filme 120a und 220a verwendet wird, kann den Isolierfilmen 114 und 116 Sauerstoff hinzugefügt werden. Der den Isolierfilmen 114 und 116 hinzugefügte Sauerstoff kann zu den Metalloxidfilmen 108 und 208 wandern, um Sauerstofffehlstellen in den Metalloxidfilmen 108 und 208 zu füllen. Als ein Ergebnis kann die Zuverlässigkeit der Transistoren 100A und 200A erhöht werden. Es sei angemerkt, dass die leitfähigen Filme 120a und 220a unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden können, das auch für die leitfähigen Filme 104, 112a, 112b, 112b, 204, 212a und 212b verwendet werden kann.
Der Isolierfilm 106 dient als erster Gate-Isolierfilm der Transistoren 100A und 200A. Die Isolierfilme 114 und 116 dienen als zweiter Gate-Isolierfilm des Transistors 100A. Der Isolierfilm 118 dient als isolierender Schutzfilm der Transistoren 100A und 200A. In dem Transistor 100A dient der leitfähige Film 104 als erste Gate-Elektrode, der leitfähige Film 112a als Source-Elektrode, der leitfähige Film 112b als Drain-Elektrode und der leitfähige Film 120a als zweite Gate-Elektrode. In dem Transistor 200A dient der leitfähige Film 204 als Gate-Elektrode, der leitfähige Film 212a als Source-Elektrode und der leitfähige Film 212b als Drain-Elektrode.
Im Transistor 100A ist der leitfähige Film 120a über die Öffnung 142a elektrisch mit dem leitfähigen Film 104 verbunden, wie in 1A-2 dargestellt.
Wie in 1A-2 dargestellt, ist der Metalloxidfilm 108 ferner derart positioniert, dass er den leitfähigen Filmen 104 und 120a zugewandt und zwischen den zwei leitfähigen Filmen angeordnet ist, die als Gate-Elektroden dienen. Die Länge des leitfähigen Films 120a in der Kanallängsrichtung und die Länge des leitfähigen Films 120a in der Kanalbreitenrichtung sind länger als die Länge des Metalloxidfilms 108 in der Kanallängsrichtung bzw. die Länge des Metalloxidfilms 108 in der Kanalbreitenrichtung, und der gesamte Metalloxidfilm 108 ist mit dem leitfähigen Film 120a bedeckt, wobei die Isolierfilme 114 und 116 dazwischen positioniert sind.
Mit anderen Worten: Der leitfähige Film 104 und der leitfähige Film 120a sind über die Öffnung verbunden, die in den Isolierfilmen 106, 114 und 116 bereitgestellt ist, und umfassen jeweils einen Bereich, der sich außerhalb eines Kantenabschnitts des Metalloxidfilms 108 befindet.
Bei dieser Struktur kann der Metalloxidfilm 108, der in dem Transistor 100A enthalten ist, elektrisch von elektrischen Feldern der leitfähigen Filme 104 und 120a umschlossen sein. Eine Bauteilstruktur eines Transistors, wie diejenige des Transistors 100A, bei der elektrische Felder einer ersten Gate-Elektrode und einer zweiten Gate-Elektrode einen Metalloxidfilm, in dem ein Kanalbereich gebildet wird, elektrisch umschließen, kann als umschlossene Kanal- bzw. Surrounded-Channel- (S-Kanal-) Struktur bezeichnet werden.
Da der Transistor 100A eine S-Kanal-Struktur aufweist, kann durch den leitfähigen Film 104, der als erste Gate-Elektrode dient, ein elektrisches Feld zum Induzieren eines Kanals effektiv an den Metalloxidfilm 108 angelegt werden; demzufolge kann die Stromtreiberfähigkeit des Transistors 100A verbessert werden, und hohe Durchlassstromeigenschaften können erzielt werden. Da der Durchlassstrom erhöht werden kann, ist es möglich, die Größe des Transistors 100A zu verringern. Ferner kann die mechanische Festigkeit des Transistors 100A erhöht werden, da der Transistor 100A eine Struktur aufweist, bei der der Metalloxidfilm 108 von dem als erste Gate-Elektrode dienenden leitfähigen Film 104 und dem als zweite Gate-Elektrode dienenden leitfähigen Film 120a umschlossen ist.
In dem Transistor 100A beinhaltet der Metalloxidfilm 108 einen Metalloxidfilm 108 1 über dem Isolierfilm 106 und einen Metalloxidfilm 108 2 über dem Metalloxidfilm 108 1. In dem Transistor 200A beinhaltet der Metalloxidfilm 208 einen Metalloxidfilm 208 1 über dem Isolierfilm 106 und einen Metalloxidfilm 208 2 über dem Metalloxidfilm 208_1. Die Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208_2 enthalten das gleiche Element. Es ist beispielsweise vorzuziehen, dass die Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208 2 jeweils unabhängig voneinander In, M (M ist Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram oder Magnesium) und Zn enthalten.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass die Metalloxidfilme 108 1, 108 2, 208_1 und 208_2 jeweils unabhängig voneinander einen Bereich aufweisen, in dem der Atomanteil von In höher ist als der von M. Beispielsweise ist das Atomverhältnis von In zu M und Zn in jedem der Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208_2 vorzugsweise In:M:Zn = 4:2:3 oder in seiner Nachbarschaft. Es sei angemerkt, dass der Begriff „Nachbarschaft“ hier Folgendes beinhaltet: Wenn In 4 ist, ist M größer als oder gleich 1,5 und kleiner als oder gleich 2,5 und Zn ist größer als oder gleich 2 und kleiner als oder gleich 4. Alternativ ist das Atomverhältnis von In zu M und Zn in jedem der Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208_2 vorzugsweise 5:1:6 oder in seiner Nachbarschaft. Die Metalloxidfilme 108 1, 108 2, 208 1 und 208 2, die, wie vorstehend beschrieben, im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung aufweisen, können unter Verwendung desselben Sputtertargets ausgebildet werden; dadurch können die Herstellungskosten reduziert werden. Bei Verwendung desselben Sputtertargets können die Metalloxidfilme 108 1, 108 2, 208 1 und 208 2 nacheinander im Vakuum in derselben Kammer ausgebildet werden. Dadurch kann verhindert werden, dass Verunreinigungen in die Grenzfläche zwischen dem Metalloxidfilm 108_1 und dem Metalloxidfilm 108 2 und in die Grenzfläche zwischen dem Metalloxidfilm 208 1 und dem Metalloxidfilm 208_2 eindringen.
Ein Metalloxid mit einer wolkenausgerichteten Verbund- (cloud-aligned composite, CAC-) Zusammensetzung wird für die Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208 2 geeignet verwendet. Das Metalloxid wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 ist ein konzeptionelles Diagramm des Metalloxids mit einer CAC-Zusammensetzung. In dieser Beschreibung ist ein Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer Halbleiterfunktion als wolkenausgerichteter Verbundmetalloxidhalbleiter (cloud-aligned composite metal oxide semiconductor, CAC-MO) oder wolkenausgerichteter Verbundoxidhalbleiter (cloud-aligned composite oxide semiconductor, CAC-OS) definiert.
Im CAC-MO oder CAC-OS sind, wie beispielsweise in 3 dargestellt, die im Metalloxid enthaltenen Elemente ungleichmäßig verteilt, um die Bereiche 001 und 002 auszubilden, die jeweils eines der Elemente als Hauptkomponente enthalten. Die Bereiche sind vermischt, um ein Mosaikmuster zu bilden oder mosaikartig verteilt zu werden. Mit anderen Worten: Der CAC-MO oder der CAC-OS weist eine Zusammensetzung auf, bei der Elemente, die in einem Metalloxid enthalten sind, ungleichmäßig in Bereichen verteilt sind, die jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 2 nm oder eine ähnliche Größe aufweisen. Es sei angemerkt, dass bei der folgenden Beschreibung eines Metalloxids der Zustand, in dem ein oder mehrere Metallelement/e ungleichmäßig in Bereichen, die jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 2 nm oder eine ähnliche Größe aufweisen, verteilt ist/sind, und die Bereiche, die das/die Metallelement(e) enthalten, vermischt sind, als Mosaikmuster oder patchartiges Muster bezeichnet wird.
Das CAC-MO oder der CAC-OS weist eine leitende Funktion in einem Teil des Materials auf und weist eine isolierende Funktion in einem anderen Teil des Materials auf; als Ganzes weist das CAC-MO oder der CAC-OS eine Funktion eines Halbleiters auf. In dem Fall, in dem das CAC-MO oder der CAC-OS in einem Kanal eines Transistors verwendet wird, ermöglicht die leitende Funktion, dass Elektronen (oder Löcher), die als Ladungsträger dienen, fließen, und die isolierende Funktion verhindert, dass Elektronen, die als Ladungsträger dienen, fließen. Durch die komplementäre Wirkung der leitenden Funktion und der isolierenden Funktion kann das CAC-MO oder der CAC-OS eine Schaltfunktion (Ein-/Ausschaltfunktion) aufweisen. In dem CAC-MO oder dem CAC-OS kann eine Trennung der Funktionen jede Funktion maximieren.
In dieser Beschreibung und dergleichen beinhaltet das CAC-MO oder der CAC-OS leitende Bereiche und isolierende Bereiche. Beispielsweise kann einer der in 3 dargestellten Bereiche 001 und 002 der leitende Bereich sein und der andere kann der isolierende Bereich sein. Die leitenden Bereiche weisen die vorstehend beschriebene leitende Funktion auf, und die isolierenden Bereiche weisen die vorstehend beschriebe isolierende Funktion auf. In einigen Fällen sind die leitenden Bereiche und die isolierenden Bereiche in der Größenordnung von Nanoteilchen in dem Material getrennt. In einigen Fällen sind die leitenden Bereiche und die isolierenden Bereiche in dem Material ungleichmäßig verteilt. Die leitenden Bereiche werden in einigen Fällen wolkenartig gekoppelt beobachtet, wobei ihre Grenzen unscharf sind.
Das CAC-MO oder der CAC-OS können Komponenten mit unterschiedlichen Bandlücken enthalten. Das CAC-MO oder der CAC-OS enthält beispielsweise eine Komponente mit einer großen Lücke aufgrund des isolierenden Bereichs und eine Komponente mit einer kleinen Lücke aufgrund des leitenden Bereichs. Im Falle einer derartigen Zusammensetzung fließen Ladungsträger hauptsächlich in der Komponente mit einer kleinen Lücke. Die Komponente mit einer kleinen Lücke komplementiert die Komponente mit einer großen Lücke, und Ladungsträger fließen auch in der Komponente mit einer großen Lücke in Zusammenhang mit der Komponente mit einer kleinen Lücke. Folglich kann in dem Fall, in dem das oben beschriebene CAC-MO oder der oben beschriebene CAC-OS in einem Kanalbereich eines Transistors verwendet wird, eine hohe Stromtreiberfähigkeit in dem Durchlasszustand des Transistors, d. h. ein hoher Durchlassstrom und eine hohe Feldeffektmobilität, erhalten werden.
Es sei angemerkt, dass das CAC-MO oder der CAC-OS als Matrix-Verbund oder Metall-Matrix-Verbund bezeichnet werden kann. Die Details des CAC-MO oder des CAC-OS werden bei der Ausführungsform 2 beschrieben.
Wenn die Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208 2 jeweils unabhängig voneinander einen CAC-Verbund und einen Bereich aufweisen, in dem der Atomanteil von In höher ist als der Atomanteil von M, können die Transistoren 100A und 200A eine hohe Feldeffektmobilität aufweisen. Insbesondere können die Transistoren 100A und 200A eine Feldeffektmobilität von mehr als 40 cm²/Vs, bevorzugt mehr als 50 cm²/Vs, und stärker bevorzugt mehr als 100 cm²/Vs aufweisen.
Da der Transistor 100A mit einer S-Kanal-Struktur eine hohe Feldeffektmobilität und eine hohe Ansteuerfähigkeit aufweist, ermöglicht die Verwendung des Transistors 100A in der Treiberschaltung, für die ein Gate-Treiber, der ein Gate-Signal erzeugt, ein typisches Beispiel ist, dass die Anzeigevorrichtung eine schmale Rahmenbreite (schmalen Rahmen) aufweist. Die Verwendung des Transistors 100A in einem Source-Treiber (insbesondere in einem Demultiplexer, der mit einem Ausgangsanschluss eines Schieberegisters verbunden ist, das in dem Source-Treiber enthalten ist), der ein Signal von einer Signalleitung zuführt, die in der Anzeigevorrichtung enthalten ist, kann die Anzahl von Leitungen verringern, die mit der Anzeigevorrichtung verbunden sind.
Darüber hinaus sind die Transistoren 100A und 200A jeweils ein kanalgeätzter Transistor und können daher in einer geringeren Anzahl von Schritten hergestellt werden als ein mit Niedertemperatur-Polysilizium ausgebildeter Transistor. Darüber hinaus werden die Metalloxidfilme für die Kanäle der Transistoren 100A und 200A verwendet, so dass ein Laserkristallisationsschritt im Gegensatz zu dem mit Niedertemperatur-Polysilizium ausgebildeten Transistor nicht erforderlich ist. Dadurch können die Herstellungskosten auch bei einer Anzeigevorrichtung, die unter Verwendung eines großen Substrats ausgebildet wird, reduziert werden. Transistoren mit hoher Feldeffektmobilität wie die Transistoren 100A und 200A werden vorzugsweise in einer Treiberschaltung und einem Anzeigeabschnitt einer großen Anzeigevorrichtung mit hoher Auflösung wie Ultra-High-Definition (4K-Auflösung, 4K2K oder 4K) oder Super-High-Definition (8K-Auflösung, 8K4K oder 8K) verwendet, wobei das Schreiben in diesem Fall in kurzer Zeit durchgeführt werden kann und Anzeigefehler reduziert werden können.
<Komponenten der Anzeigevorrichtung>
Als Nächstes werden Komponenten der Anzeigevorrichtung dieser Ausführungsform ausführlich beschrieben.
[Substrat]
Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich eines Materials und dergleichen des Substrats 102, solange das Material eine Wärmebeständigkeit aufweist, die ausreicht, um mindestens einer Wärmebehandlung standzuhalten, die später durchgeführt wird. Beispielsweise kann als Substrat 102 ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein einkristallines Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium oder Siliziumkarbid, ein Verbund-Halbleitersubstrat aus Siliziumgermanium, ein SOI-Substrat oder dergleichen verwendet werden, oder ein beliebiges dieser Substrate, das mit einem Halbleiterelement bereitgestellt ist, kann als Substrat 102 verwendet werden. In dem Fall, in dem ein Glassubstrat als Substrat 102 verwendet wird, kann ein Glassubstrat mit einer 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). Folglich kann eine große Anzeigevorrichtung hergestellt werden.
Alternativ kann ein flexibles Substrat als Substrat 102 verwendet werden, und die Transistoren 100A und 200A können direkt auf dem flexiblen Substrat angeordnet werden. Alternativ kann eine Trennschicht zwischen dem Substrat 102 und jedem der Transistoren 100A und 200A angeordnet werden. Die Trennschicht kann verwendet werden, wenn ein Teil oder die gesamte Halbleitervorrichtung, die über der Trennschicht ausgebildet ist, von dem Substrat 102 getrennt und auf ein anderes Substrat übertragen wird. In einem derartigen Fall können die Transistoren 100A und 200A auch auf ein Substrat mit niedriger Wärmebeständigkeit oder ein flexibles Substrat übertragen werden.
[leitfähiger Film]
Die leitfähigen Filme 104, 204 und 120a, die als Gate-Elektroden dienen, die leitfähigen Filme 112a und 212a, die als Source-Elektroden dienen und die leitfähigen Filme 112b und 212b, die als Drain-Elektrode dienen, können jeweils unter Verwendung eines Metallelements, 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 ihre Komponente enthält, einer Legierung, die eine Kombination beliebiger dieser Metallelemente enthält, oder dergleichen ausgebildet werden.
Die leitfähigen Filme 104, 112a, 112b, 120a, 204, 212a und 212b können unter Verwendung eines Metalloxids, wie z. B. eines Oxids, das Indium und Zinn enthält (In-Sn-Oxids), eines Oxids, das Indium und Wolfram enthält (In-W-Oxids), eines Oxids, das Indium, Wolfram und Zink enthält (In-W-Zn-Oxids), eines Oxids, das Indium und Titan enthält (In-Ti-Oxids), eines Oxids, das Indium, Titan und Zinn enthält (In-Ti-Sn-Oxids), eines Oxids, das Indium und Zink enthält (In-Zn-Oxids), eines Oxids, das Indium, Zinn und Silizium enthält (In-Sn-Si-Oxids), oder eines Oxids, das Indium, Gallium und Zink enthält (In-Ga-Zn-Oxids), ausgebildet werden. Das Metalloxid kann ein Oxidleiter oder ein Oxidhalbleiter sein.
Hier wird ein Oxidleiter beschrieben. In dieser Beschreibung und dergleichen kann ein Oxidleiter als OC (Oxide Conductor) bezeichnet werden. Beispielsweise wird der Oxidleiter auf die folgende Weise erhalten. Sauerstofffehlstellen werden in einem Metalloxid gebildet, und Wasserstoff wird dann den Sauerstofffehlstellen hinzugefügt, so dass ein Donatorniveau in der Nähe des Leitungsbandes gebildet wird. Dies erhöht die Leitfähigkeit des Metalloxids; demzufolge wird das Metalloxid zu einem Leiter. Das Metalloxid, das zu einem Leiter geworden ist, kann als Oxidleiter bezeichnet werden. Ein Oxidhalbleiter lässt im Allgemeinen sichtbares Licht durch, da seine Energielücke groß ist. Da ein Oxidleiter ein Metalloxid mit einem Donatorniveau in der Nähe des Leitungsbandes ist, ist der Einfluss der Absorption aufgrund des Donatorniveaus in dem Oxidleiter gering und der Oxidleiter weist eine Durchlässigkeitseigenschaft für sichtbares Licht auf, die mit der eines Oxidhalbleiters vergleichbar ist.
Die Wasserstoffkonzentration des Oxidleiters ist höher als diejenige des Metalloxids (z. B. Oxidhalbleiters), das als Kanal dient, und typischerweise höher als oder gleich 8 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10²⁰ Atome/cm³, und stärker bevorzugt höher als oder gleich 5 × 10²⁰ Atome/cm³.
Der Oxidleiter beinhaltet Defekte und Verunreinigungen und weist somit eine Leitfähigkeit auf. Der spezifische Widerstand des leitfähigen Films, der einen Oxidleiter enthält, ist höher als oder gleich 1 × 10^-3 Ωcm und niedriger als 1 × 10⁴ Ωcm, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10^-3 Ωcm und niedriger als 1 × 10^-1 Ωcm.
Die Leitfähigkeit des leitfähigen Films, der einen Oxidleiter enthält, ist typischerweise höher als oder gleich 1 × 10^-2 S/m und niedriger als oder gleich 1 × 10⁵ S/m, oder höher als oder gleich 1 × 10³ S/m und niedriger als oder gleich 1 × 10⁵ S/m.
Der Oxidleiter enthält sowohl Defekte als auch Verunreinigungen. Ein typisches Beispiel für den leitfähigen Film, der den Oxidleiter enthält, ist ein Film, in dem Defekte durch Hinzufügen eines Edelgases oder durch die Einwirkung von Plasma erzeugt werden.
Der Oxidleiter wird vorzugsweise unter Verwendung des Metalloxids mit einer CAC-Zusammensetzung ausgebildet.
Ein Cu-X-Legierungsfilm (X ist Mn, Ni, Cr, Fe, Co, Mo, Ta oder Ti) kann für die leitfähigen Filme 104, 112a, 112b, 120a, 204, 212a und 212b verwendet werden. Die Verwendung des Cu-X-Legierungsfilms ermöglicht die Reduzierung der Herstellungskosten, da bei der Verarbeitung ein Nassätzverfahren eingesetzt werden kann. Da der Widerstand des Cu-X-Legierungsfilms gering ist, kann die Verwendung des Cu-X-Legierungsfilms für die leitfähigen Filme 104, 112a, 112b, 120a, 204, 212a und 212b die Leitungsverzögerung reduzieren. Somit wird bei der Herstellung einer großen Anzeigevorrichtung der Cu-X-Legierungsfilm für eine Leitung geeignet verwendet.
Unter den vorstehend erwähnten Metallelementen ist/sind vorzugsweise ein oder mehrere Element/e aus Kupfer, Titan, Wolfram, Tantal und Molybdän in den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b enthalten. Insbesondere wird ein Tantalnitridfilm für die leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a und 212b in geeigneter Weise verwendet. Ein Tantalnitridfilm weist Leitfähigkeit und eine hohe Barriereeigenschaft gegen Kupfer oder Wasserstoff auf. Da ein Tantalnitridfilm von sich aus nur wenig Wasserstoff abgibt, kann er vorteilhaft für den leitfähigen Film in Kontakt mit den Metalloxidfilmen 108 und 208 oder für den leitfähigen Film in der Nähe der Metalloxidfilme 108 und 208 verwendet werden. Es ist vorteilhaft, einen Kupferfilm für die leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a und 212b zu verwenden, da der Widerstand der leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a und 212b verringert werden kann.
Die leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a und 212b können durch stromloses Plattieren ausgebildet werden. Als Material, das durch ein strom loses Plattierungsverfahren abgeschieden werden kann, kann/können beispielsweise ein oder mehrere Element/e verwendet werden, das/die aus Cu, Ni, Al, Au, Sn, Co, Ag und Pd ausgewählt wird/werden. Insbesondere wird vorzugsweise Cu oder Ag verwendet, da der Widerstand des leitfähigen Films verringert werden kann.
[Isolierfilm, der als Gate-Isolierfilm dient]
Als Isolierfilm 106, der als Gate-Isolierfilm der Transistoren 100A und 200A dient, 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 Filme beinhaltet: 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 der Isolierfilm 106 eine mehrschichtige Struktur aus zwei, drei oder mehr Schichten aufweisen kann.
Der Isolierfilm 106, der in Kontakt mit den Metalloxidfilmen 108 und 208 ist, die als Kanalbereiche der Transistoren 100A und 200A dienen, ist vorzugsweise ein isolierender Oxidfilm und umfasst vorzugsweise einen Bereich, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung (Sauerstoffüberschussbereich). Mit anderen Worten: Der Isolierfilm 106 ist ein Isolierfilm, der Sauerstoff abgeben kann. Um den Sauerstoffüberschussbereich in dem Isolierfilm 106 bereitzustellen, wird beispielsweise der Isolierfilm 106 in einer Sauerstoffatmosphäre ausgebildet, oder der abgeschiedene Isolierfilm 106 wird einer Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre unterzogen.
In dem Fall, in dem Hafniumoxid für den Isolierfilm 106 verwendet wird, wird die folgende Wirkung erzielt. Hafniumoxid weist eine höhere Dielektrizitätskonstante auf als Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid. Daher kann durch Verwendung von Hafniumoxid die Dicke des Isolierfilms 106 im Vergleich zu dem Fall groß ausgebildet werden, in dem Siliziumoxid verwendet wird; somit kann Leckstrom aufgrund von Tunnelstrom gering sein. Das heißt, dass es möglich ist, einen Transistor mit einem niedrigen Sperrstrom bereitzustellen. Außerdem weist Hafniumoxid mit einer kristallinen Struktur eine höhere Dielektrizitätskonstante auf als Hafniumoxid mit einer amorphen Struktur. Es ist deshalb bevorzugt, Hafniumoxid mit einer kristallinen Struktur zu verwenden, 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.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf die obige Struktur beschränkt ist und für den Isolierfilm 106 in Kontakt mit den Metalloxidfilmen 108 und 208 ein isolierender Nitridfilm verwendet werden kann. So wird beispielsweise ein Siliziumnitridfilm ausgebildet und eine Oberfläche des Siliziumnitridfilms durch eine Sauerstoffplasmabehandlung oder dergleichen an der Oberfläche des Siliziumnitridfilms oxidiert. In dem Fall, in dem eine Sauerstoffplasmabehandlung oder dergleichen an der Oberfläche des Siliziumnitridfilms durchgeführt wird, kann die Oberfläche des Siliziumnitridfilms auf atomarer Ebene oxidiert werden. Aus diesem Grund wird bei einer Querschnittsbeobachtung des Transistors in einigen Fällen kein Oxidfilm beobachtet oder der Siliziumnitridfilm und das Metalloxid, die in Kontakt miteinander sind, werden beobachtet. Es sei angemerkt, dass bei der Sauerstoffplasmabehandlung ein Objekt mit Plasma bestrahlt wird, das in einer Atmosphäre erzeugt wird, die ein Sauerstoffgas enthält. Das Sauerstoffgas ist ein sauerstoffhaltiges Gas, wie beispielsweise Sauerstoff, Ozon oder Distickstoffmonoxid.
Es sei angemerkt, dass der Siliziumnitridfilm eine höhere Dielektrizitätskonstante als ein Siliziumoxidfilm aufweist und eine größere Dicke benötigt, um eine äquivalente Kapazität wie diejenige des Siliziumoxidfilms zu erreichen. Wenn der Siliziumnitridfilm als Gate-Isolierfilm des Transistors 100 enthalten ist, kann daher die Dicke des Isolierfilms 106 erhöht werden. Dies ermöglicht, dass eine Abnahme der Spannungsfestigkeit des Transistors unterdrückt wird und die Spannungsfestigkeit weiter erhöht wird, wodurch Schäden an dem Transistor infolge elektrostatischer Entladung verringert werden können.
Bei dieser Ausführungsform ist ein mehrschichtiger Film aus einem Siliziumnitridfilm und einem Siliziumoxidfilm als Isolierfilm 106 ausgebildet.
[Metalloxidfilm]
Die Metalloxidfilme 108 und 208 können unter Verwendung der oben beschriebenen Materialien ausgebildet werden.
In dem Fall, in dem die Metalloxidfilme 108 und 208 ein In-M-Zn-Oxid enthalten, erfüllt das Atomverhältnis der Metallelemente eines Sputtertargets, das zum Ausbilden des In-M-Zn-Oxids verwendet wird, vorzugsweise In > M. Das Atomverhältnis von Metallelementen in einem derartigen Sputtertarget ist beispielsweise In:M:Zn = 2:1:3, 3:1:2, 4:2:4,1, 5:1:6, 5:1:7, 5:1:8, 6:1:6 oder 5:2:5.
In dem Fall, in dem die Metalloxidfilme 108 und 208 aus einem In-M-Zn-Oxid bestehen, 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 Bildung der Metalloxidfilme 108 und 208 mit Kristallinität. Es sei angemerkt, dass das Atomverhältnis von Metallelementen in den ausgebildeten Metalloxidfilmen 108 und 208 von den vorstehenden Atomverhältnissen von Metallelementen der Sputtertargets in einem Bereich von ±40 % abweicht. Wenn beispielsweise ein Sputtertarget mit einem Atomverhältnis von In zu Ga und Zn von 4:2:4,1 verwendet wird, kann das Atomverhältnis von In zu Ga und Zn in den ausgebildeten Metalloxidfilmen 108 und 208 bei 4:2:3 oder in der Nachbarschaft von 4:2:3 liegen.
Die Energielücke von jedem der Metalloxidfilme 108 und 208 ist 2 eV oder mehr, bevorzugt 2,5 eV oder mehr. Der Sperrstrom von jedem der Transistoren 100A und 200A kann unter Verwendung eines Oxidhalbleiters mit einer derart breiten Energielücke verringert werden.
Des Weiteren weisen die Metalloxidfilme 108 und 208 vorzugsweise jeweils eine nicht-einkristalline Struktur auf. Beispiele für die nicht-einkristalline Struktur umfassen einen c-Achsen-ausgerichteten kristallinen Oxidhalbleiter (c-axis-aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS), der später beschrieben wird, eine polykristalline Struktur, eine mikrokristalline Struktur 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.
Selbst wenn die Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208 2 jeweils unabhängig voneinander einen Bereich umfassen, in dem der Atomanteil von In höher ist als der Atomanteil von M, könnte die Feldeffektmobilität niedrig sein, wenn die Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208 2 jeweils eine hohe Kristallinität aufweisen.
Somit kann der Metalloxidfilm 108_1 einen Bereich mit einer niedrigeren Kristallinität als der Metalloxidfilm 108 2 aufweisen, und der Metalloxidfilm 208 1 kann einen Bereich mit einer niedrigeren Kristallinität als der Metalloxidfilm 208_2 aufweisen. Es sei angemerkt, dass die Kristallinität der Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208_2 beispielsweise durch eine Analyse mit Röntgenstrahlbeugung (X-ray diffraction, XRD) oder mittels eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) bestimmt werden kann.
In dem Fall, in dem die Metalloxidfilme 108_1 und 208_1 jeweils einen Bereich mit einer niedrigen Kristallinität aufweisen, können die folgenden Wirkungen erzielt werden.
Zuerst werden Sauerstofffehlstellen beschrieben, die in dem Metalloxidfilm 108 gebildet werden könnten.
Sauerstofffehlstellen, die in dem Metalloxidfilm 108 gebildet werden, beeinflussen die Transistoreigenschaften in negativer Weise und verursachen daher ein Problem. Sauerstofffehlstellen, die in dem Metalloxidfilm 108 gebildet werden, werden beispielsweise an Wasserstoff gebunden, um als Ladungsträgerversorgungsquellen zu dienen. Die Ladungsträgerversorgungsquelle, die in dem Metalloxidfilm 108 erzeugt wird, versursacht eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, typischerweise eine Verschiebung der Schwellenspannung, des Transistors 100A, der den Metalloxidfilm 108 beinhaltet. Deshalb ist die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxidfilm 108 vorzugsweise so gering wie möglich.
In Hinblick darauf ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur, bei der Isolierfilme in der Nähe des Metalloxidfilms 108, insbesondere die Isolierfilme 114 und 116, die über dem Metalloxidfilm 108 ausgebildet sind, überschüssigen Sauerstoff enthalten. Der Sauerstoff oder überschüssige Sauerstoff wird von den Isolierfilmen 114 und 116 auf den Metalloxidfilm 108 übertragen, so dass die Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxidfilm reduziert werden können.
Hier werden Wege von Sauerstoff oder überschüssigem Sauerstoff, der in den Metalloxidfilm 108 diffundiert, anhand von 16A und 16B beschrieben. 16A und 16B sind konzeptionelle Diagramme, die die Wege von Sauerstoff oder überschüssigem Sauerstoff darstellen, der in den Metalloxidfilm 108 diffundiert. 16A ist das konzeptionelle Diagramm in der Kanallängsrichtung und 16B ist das konzeptionelle Diagramm in der Kanalbreitenrichtung. Obwohl hier zur Beschreibung der Metalloxidfilm 108 verwendet wird, wird analog zum Fall des Metalloxidfilms 108 Sauerstoff auch in den Metalloxidfilm 208 diffundiert.
Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff in den Isolierfilmen 114 und 116 diffundiert in den Metalloxidfilm 108_1 von oben aus, d. h. durch den Metalloxidfilm 108 2 (Route 1 in 16A und 16B).
Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff in den Isolierfilmen 114 und 116 diffundiert auch in den Metalloxidfilm 108 über die Seitenflächen der Metalloxidfilme 108_1 und 108_2 (Route 2 in 16B).
Beispielsweise wird die Diffusion von Sauerstoff oder überschüssigem Sauerstoff über die in 16A und 16B dargestellte Route 1 in einigen Fällen verhindert, wenn der Metalloxidfilm 108_2 eine hohe Kristallinität aufweist. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall der Route 2, die in 16B dargestellt wird, Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff über die Seitenflächen der Metalloxidfilme 108_1 und 108_2 in die Metalloxidfilme 108_1 und 108_2 diffundieren.
In dem Fall, in dem der Metalloxidfilm 108_1 einen Bereich mit einer niedrigeren Kristallinität als der Metalloxidfilm 108 2 umfasst, dient der Bereich ferner als Diffusionsweg von überschüssigem Sauerstoff; daher kann über die in 16B dargestellte Route 2 überschüssiger Sauerstoff zu dem Metalloxidfilm 108_2 diffundieren, der eine höhere Kristallinität aufweist als der Metalloxidfilm 108_1. Obwohl in 16A und 16B nicht dargestellt, könnte dann, wenn der Isolierfilm 106 Sauerstoff oder überschüssigen Sauerstoff enthält, der Sauerstoff oder überschüssige Sauerstoff auch von dem Isolierfilm 106 in den Metalloxidfilm 108 diffundieren.
Wenn eine mehrschichtige Struktur, die die Metalloxidfilme mit unterschiedlichen Kristallinitäten beinhaltet, zur Anwendung kommt, und der Bereich mit einer niedrigen Kristallinität als Diffusionsweg von überschüssigem Sauerstoff verwendet wird, wie vorstehend beschrieben, kann der Transistor sehr zuverlässig sein.
Es sei angemerkt, dass sich in dem Fall, in dem der Metalloxidfilm 108 nur aus einem Metalloxidfilm mit einer niedrigen Kristallinität besteht, die Zuverlässigkeit aufgrund des Anhaftens oder Eindringens von Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff oder Feuchtigkeit) an der bzw. in die Kanalrückseite des Metalloxidfilms, d. h. an einem bzw. in einen Bereich, der dem Metalloxidfilm 108 2 entspricht, verringern könnte.
Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff oder Feuchtigkeit, die in den Metalloxidfilm 108 eindringen, wirken sich negativ auf die Transistoreigenschaften aus und stellen daher ein Problem dar. Deshalb ist die Menge an Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff oder Feuchtigkeit, in dem Metalloxidfilm 108 vorzugsweise so gering wie möglich.
Dementsprechend wird die Kristallinität der oberen Schicht des Metalloxidfilms 108 erhöht, so dass Verunreinigungen am Eintritt in den Metalloxidfilm 108 gehindert werden können. Insbesondere können Schäden beim Verarbeiten in die leitfähigen Filme 112a und 112b verhindert werden, wenn der Metalloxidfilm 108 2 eine erhöhte Kristallinität aufweist. Eine Oberfläche des Metalloxidfilms 108, d. h. eine Oberfläche des Metalloxidfilms 108_2, wird einem Ätzmittel oder einem Ätzgas beim Verarbeiten in die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgesetzt. Wenn der Metalloxidfilm 108 2 jedoch einen Bereich mit einer hohen Kristallinität aufweist, weist der Metalloxidfilm 108 2 eine höhere Ätzbeständigkeit auf als der Metalloxidfilm 108_1. Daher dient der Metalloxidfilm 108_2 als Ätzstopper.
Es sei angemerkt, dass als Metalloxidfilm 108 vorzugsweise ein Metalloxidfilm verwendet wird, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist, in welchem Falle der Transistor bessere elektrische Eigenschaften aufweisen kann. Hier wird der Zustand, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist (die Anzahl der Sauerstofffehlstellen klein ist), als „hochrein intrinsisch“ oder „im Wesentlichen hochrein intrinsisch“ bezeichnet. Typische Beispiele für Verunreinigungen in dem Metalloxidfilm umfassen Wasser und Wasserstoff. In dieser Beschreibung und dergleichen wird das Reduzieren oder Entfernen von Wasser und Wasserstoff aus einem Metalloxidfilm in einigen Fällen als Dehydratisierung oder Dehydrierung bezeichnet. Darüber hinaus wird die Zugabe von Sauerstoff zu einem Metalloxidfilm oder einem isolierenden Oxidfilm in einigen Fällen als Sauerstoffzugabe bezeichnet, und ein Zustand, in dem aufgrund der Sauerstoffzugabe mehr Sauerstoff als in der stöchiometrische Zusammensetzung enthalten ist, wird in einigen Fällen als Sauerstoffüberschusszustand bezeichnet.
Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Metalloxidfilm weist nur wenige Ladungsträgererzeugungsquellen auf und kann deshalb eine niedrige Ladungsträgerdichte aufweisen. Daher weist ein Transistor, bei dem ein Kanalbereich in dem Metalloxidfilm gebildet wird, selten eine negative Schwellenspannung auf (er verhält sich kaum selbstleitend). Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Metalloxidfilm weist in einigen Fällen eine niedrige Dichte der Defektzustände und folglich nur wenige Einfangszustände auf. Ferner weist der hochreine intrinsische oder im Wesentlichen hochreine intrinsische Metalloxidfilm 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 gleich der Messgrenze eines Halbleiterparameter-Analysators sein, das heißt, 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.
Wenn der Metalloxidfilm 108_1 einen Bereich mit einer niedrigeren Kristallinität als der Metalloxidfilm 108_2 aufweist, weist der Metalloxidfilm 108_1 in einigen Fällen eine hohe Ladungsträgerdichte auf.
Wenn der Metalloxidfilm 108_1 eine hohe Ladungsträgerdichte aufweist, ist das Fermi-Niveau in einigen Fällen in Relation zu dem Leitungsband des Metalloxidfilms 108_1 hoch. Dies verringert das Leitungsbandminimum des Metalloxidfilms 108_1, so dass die Energiedifferenz zwischen dem Leitungsbandminimum des Metalloxidfilms 108_1 und dem Fallenzustand, der in einem Gate-Isolierfilm (hier dem Isolierfilm 106) gebildet werden könnte, in einigen Fällen erhöht wird. Die Erhöhung der Energiedifferenz kann die Falle von Ladungen in dem Gate-Isolierfilm verringern und in einigen Fällen eine Schwankung der Schwellenspannung des Transistors verringern. Außerdem kann dann, wenn der Metalloxidfilm 108_1 eine hohe Ladungsträgerdichte aufweist, der Metalloxidfilm 108 eine hohe Feldeffektmobilität aufweisen.
[Isolierfilm 1, der als isolierender Schutzfilm dient]
Die Isolierfilme 114 und 116 dienen als isolierende Schutzfilme der Transistoren 100A und 200A. Außerdem weisen die Isolierfilme 114 und 116 jeweils eine Funktion zum Zuführen von Sauerstoff zu den Metalloxidfilmen 108 und 208 auf. Das heißt, die Isolierfilme 114 und 116 enthalten Sauerstoff. Es handelt sich bei dem Isolierfilm 114 um einen Isolierfilm, der Sauerstoff durchlässt. Der Isolierfilm 114 dient auch als Film, der Schäden an den Metalloxidfilmen 108 und 208 während der Ausbildung des Isolierfilms 116 in einem späteren Schritt begrenzt.
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 kann für den Isolierfilm 114 verwendet werden.
Außerdem ist die Anzahl von Defekten in dem Isolierfilm 114 vorzugsweise gering; typischerweise ist einer Elektronenspinresonanz- (ESR-) Messung zufolge die Spin-Dichte (spin density) gemäß einem Signal, das aufgrund einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als oder gleich 3 × 10¹⁷ Spins/cm³. Wenn die Defektdichte in dem Isolierfilm 114 hoch ist, wird Sauerstoff an die Defekte gebunden und die Sauerstoffdurchlässigkeit des Isolierfilms 114 verringert.
Es sei angemerkt, dass nicht der gesamte Sauerstoff, der von außen in den Isolierfilm 114 eintritt, zur Außenseite des Isolierfilms 114 wandert, und ein Teil des Sauerstoffs verbleibt in dem Isolierfilm 114. Des Weiteren findet in einigen Fällen die Wanderung von Sauerstoff in dem Isolierfilm 114 derart statt, dass Sauerstoff in den Isolierfilm 114 eintritt und Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 114 enthalten ist, zur Außenseite des Isolierfilms 114 wandert. Wenn ein isolierender Oxidfilm, der Sauerstoff durchlassen kann, als Isolierfilm 114 ausgebildet wird, kann Sauerstoff, der von dem Isolierfilm 116 abgegeben wird, der über dem Isolierfilm 114 bereitgestellt ist, durch den Isolierfilm 114 zu den Metalloxidfilmen 108 und 208 wandern.
Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 114 unter Verwendung eines isolierenden Oxidfilms ausgebildet werden kann, der aufgrund von Stickstoffoxid eine geringe Zustandsdichte aufweist. Es sei angemerkt, dass die Dichte der Zustände aufgrund von Stickstoffoxid zwischen dem Valenzbandmaximum (Ev_os) und dem Leitungsbandminimum (Ec os) der Metalloxidfilme gebildet werden kann. Ein Siliziumoxynitridfilm, der weniger Stickoxid abgibt, ein Aluminiumoxynitridfilm, der weniger Stickoxid abgibt oder dergleichen können für den vorstehenden isolierenden Oxidfilm verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass ein Siliziumoxynitridfilm, der weniger Stickstoffoxid abgibt, ein Film ist, in dem die Menge an abgegebenem Ammoniak bei einer thermischen Desorptionsspektroskopie- (TDS-) Analyse größer ist als die Menge an abgegebenem Stickstoffoxid; die Menge an abgegebenem Ammoniak ist typischerweise größer als oder gleich 1 × 10¹⁸ Moleküle/cm³ und kleiner als oder gleich 5 × 10¹⁹ Moleküle/cm³. Es sei angemerkt, dass die Menge an abgegebenem Ammoniak die Menge an durch eine Wärmebehandlung abgegebenem Ammoniak ist, 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 ist.
Stickstoffoxid (NO_x; 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 beispielsweise Niveaus in dem Isolierfilm 114. Das Niveau liegt in der Energielücke von jedem der Metalloxidfilme 108 und 208. Deshalb wird dann, wenn Stickstoffoxid in die Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 114 und jedem der Metalloxidfilme 108 und 208 diffundiert, ein Elektron in einigen Fällen von dem Niveau auf der Seite des Isolierfilms 114 eingefangen. Das gefangene Elektron bleibt folglich in der Nähe der Grenzflächen zwischen dem Isolierfilm 114 und jedem der Metalloxidfilme 108 und 208; folglich wird die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschoben.
Stickstoffoxid reagiert mit Ammoniak und Sauerstoff bei einer Wärmebehandlung. Da Stickstoffoxid, das in dem Isolierfilm 114 enthalten ist, mit Ammoniak, das in dem Isolierfilm 116 enthalten ist, bei einer Wärmebehandlung reagiert, wird Stickstoffoxid verringert, das in dem Isolierfilm 114 enthalten ist. Deshalb wird ein Elektron an den Grenzflächen zwischen dem Isolierfilm 114 und jedem der Metalloxidfilme 108 und 208 kaum eingefangen.
Durch den Einsatz eines derartigen isolierenden Oxidfilms kann der Isolierfilm 114 die Verschiebung der Schwellenspannung des Transistors reduzieren, was zu einer geringeren Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors führt.
Die Stickstoffkonzentration des vorstehenden isolierenden Oxidfilms, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, 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, so dass ein dichter und harter Film ausgebildet werden kann.
Der Isolierfilm 116 ist ein isolierender Oxidfilm, der Sauerstoff mit einem höheren Anteil enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Ein Teil von Sauerstoff wird durch Erwärmen von dem vorstehenden isolierenden Oxidfilm abgegeben. Die Menge an Sauerstoff, die bei TDS von dem isolierenden Oxidfilm abgegeben wird, ist mehr als oder gleich 1,0 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt mehr als oder gleich 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³. Es sei angemerkt, dass die Menge an abgegebenem Sauerstoff die Gesamtmenge an Sauerstoff ist, die bei TDS durch eine Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich von 50 °C bis 650 °C oder 50 °C bis 550 °C abgegeben wird. Außerdem ist die Menge an abgegebenem Sauerstoff die Gesamtmenge an abgegebenem Sauerstoff, die bei TDS in Sauerstoffatome umgewandelt wird.
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 kann für den Isolierfilm 116 verwendet werden.
Vorzugsweise ist die Anzahl von Defekten in dem Isolierfilm 116 gering; typischerweise ist einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte gemäß 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 Isolierfilm 116 etwas weiter von den Metalloxidfilmen 108 und 208 entfernt bereitgestellt wird als der Isolierfilm 114; somit kann der Isolierfilm 116 eine höhere Defektdichte aufweisen als der Isolierfilm 114.
Ferner können die Isolierfilme 114 und 116 unter Verwendung von Isolierfilmen, die mit den gleichen Materialarten ausgebildet werden, ausgebildet werden; daher kann eine Grenze zwischen den Isolierfilmen 114 und 116 in einigen Fällen nicht eindeutig beobachtet werden. Daher ist bei dieser Ausführungsform die Grenze zwischen den Isolierfilmen 114 und 116 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Obwohl bei dieser Ausführungsform eine zweischichtige Struktur aus dem Isolierfilm 114 und dem Isolierfilm 116 beschrieben wird, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann eine einschichtige Struktur des Isolierfilms 114 oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen.
[Isolierfilm 2, der als isolierender Schutzfilm dient]
Der Isolierfilm 118 dient als isolierende Schutzfilme der Transistoren 100A und 200A.
Der Isolierfilm 118 enthält Wasserstoff und/oder Stickstoff. Alternativ enthält der Isolierfilm 118 Stickstoff und Silizium. Der Isolierfilm 118 weist eine Funktion zum Blockieren von Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser, einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall und dergleichen auf. Durch Bereitstellen des Isolierfilms 118 kann verhindert werden, dass Sauerstoff von den Metalloxidfilmen 108 und 208 nach außen diffundiert, dass Sauerstoff, der in den Isolierfilmen 114 und 116 enthalten ist, nach außen diffundiert und dass Wasserstoff, Wasser oder dergleichen von außen in die Metalloxidfilme 108 und 208 eindringen.
Als Isolierfilm 118 kann beispielsweise ein isolierender Nitridfilm verwendet werden. Beispiele für den isolierenden Nitridfilm umfassen einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumnitridoxidfilm, einen Aluminiumnitridfilm und einen Aluminiumnitridoxidfilm.
Obwohl die vorstehend beschriebene Vielfalt von Filmen, wie z. B. die leitfähigen Filme, die Isolierfilme, der Metalloxidfilm und der Metallfilm, durch ein Sputterverfahren oder ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden können, können sie auch durch ein anderes Verfahren, wie z. B. ein thermisches chemisches Gasphasenabscheidungs-(chemical vapor deposition, CVD-) Verfahren, ausgebildet werden. Beispiele für das thermische CVD-Verfahren umfassen ein MOCVD- (Metal Organic Chemical Vapor Deposition, metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs-) Verfahren und ein ALD- (Atomic Layer Deposition, Atomlagenabscheidungs-) Verfahren.
Ein Vorteil des thermischen CVD-Verfahrens liegt darin, dass kein Defekt aufgrund eines Plasmaschadens erzeugt wird, da dabei kein Plasma zum Ausbilden eines Films benutzt wird. Bei einem thermischen CVD-Verfahren wird ein Quellengas in eine Kammer eingeleitet, die Kammer wird auf einen atmosphärischen Druck oder einen verringerten Druck eingestellt und ein Film wird auf einem Substrat abgeschieden.
Bei einem ALD-Verfahren wird ferner ein Quellengas in eine Kammer eingeleitet, die Kammer wird auf einen atmosphärischen Druck oder einen verringerten Druck eingestellt und ein Film wird auf einem Substrat abgeschieden.
<Strukturbeispiel 2 der Anzeigevorrichtung>
Als Nächstes wird eine Anzeigevorrichtung, deren isolierender Schutzfilm eine andere mehrschichtige Struktur aufweist, anhand von 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 beschrieben.
4A-1 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 2A, und 4A-2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 2A, 4B-1 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 2B, und 4B-2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y3-Y4 in 2B.
Die in 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellte Anzeigevorrichtung beinhaltet die Isolierfilme 114 und 116 über dem in einem Pixelabschnitt vorgesehenen Transistor 200A und einen Isolierfilm 119, der als Planarisierungsfilm über dem Isolierfilm 116 dient. Die Isolierfilme 114, 116 und 119 weisen eine Öffnung 242b auf. Der als Pixelelektrode dienende leitfähige Film 220a ist über dem Isolierfilm 119 ausgebildet. Der leitfähige Film 220a ist elektrisch mit dem leitfähigen Film 212b in der Öffnung 242b verbunden. Der Isolierfilm 118 ist über dem Isolierfilm 119 und dem leitfähigen Film 220a vorgesehen. Der Isolierfilm 118 weist eine Öffnung auf, in der ein Teil des leitfähigen Films 220a freiliegt.
Der Isolierfilm 119 wird unter Verwendung eines organischen Materials ausgebildet, das für einen isolierenden Planarisierungsfilm verwendet werden kann. Der Isolierfilm 119 kann unter Verwendung eines organischen Materials, wie z. B. eines Polyimidharzes oder eines Acrylharzes, durch ein Nassverfahren, wie z. B ein Spin-Coating-Verfahren oder ein Druckverfahren, ausgebildet werden. Anstelle der vorstehenden organischen Materialien kann auch ein Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (low-k-Material) oder dergleichen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass der isolierende Planarisierungsfilm ausgebildet werden kann, indem eine Vielzahl von Isolierfilmen, die unter Verwendung beliebiger dieser Materialien ausgebildet werden, übereinander angeordnet wird. Für den Isolierfilm 119 wird vorzugsweise ein lichtdurchlässiges organisches Harz verwendet, das durch Polyimid typisieret wird. In dem Fall, in dem es sich bei der Anzeigevorrichtung um eine transmissive Flüssigkristallanzeigevorrichtung handelt, kann die Verwendung des lichtdurchlässigen organischen Harzes für den Isolierfilm 119 eine Eigenschaft der Lichtübertragung von einer Hintergrundbeleuchtung erhöhen.
In der in 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung wird der als Planarisierungsfilm dienende Isolierfilm 119 nicht in einer Treiberschaltung ausgebildet. Wenn also ein Oxidleiterfilm für den leitfähigen Film 120a verwendet wird, kann den Isolierfilmen 114 und 116 Sauerstoff zugesetzt werden. Der den Isolierfilmen 114 und 116 zugegebene Sauerstoff kann zu dem Metalloxidfilm 108 wandern, um Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxidfilm 108 zu füllen, was zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit des Transistors 100A führt.
Hingegen wird der als Planarisierungsfilm dienende Isolierfilm 119 über dem Isolierfilm 116 im Pixelabschnitt der in 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung ausgebildet. Darüber hinaus wird der als Pixelelektrode dienende leitfähige Film 220a über dem Isolierfilm 119 ausgebildet. In dem Fall, in dem es sich bei der Anzeigevorrichtung um eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung handelt, können Ausrichtungsfehler in einer Flüssigkristallschicht reduziert werden, da der leitfähige Film 220a eine hohe Planarität aufweist. Darüber hinaus kann der Isolierfilm 119 den Abstand zwischen dem als Gate-Leitung dienenden leitfähigen Film 204 und dem leitfähigen Film 220a und den Abstand zwischen dem als Signalleitung dienenden leitfähigen Film 212a und dem leitfähigen Film 220a vergrößern, was eine Reduzierung der Leitungsverzögerung ermöglicht.
<Strukturbeispiel 3 der Anzeigevorrichtung>
Als Nächstes wird eine Anzeigevorrichtung, bei der der leitfähige Film, der als Pixelelektrode dient, eine andere Form aufweist, anhand von 8A-1, 8A-2, 8B-1 und 8B-2 sowie 9A und 9B beschrieben.
9A und 9B sind Draufsichten auf Transistoren, die in einer Treiberschaltung enthalten sind, und einem Anzeigeabschnitt einer Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100A, der in der Treiberschaltung enthalten ist, und 9B ist eine Draufsicht auf einen Transistor 200B, der in einem Pixelabschnitt enthalten ist. 8A-1 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 9A, 8A-2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 9A, 8B-1 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X3-X4 in 9B, und 8B-2 entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y3-Y4 in 9B.
Wie in den 8A-1 und 8A-2 dargestellt, beinhaltet die Treiberschaltung den Transistor 100A.
Wie in 8B-1 und 8B-2 dargestellt, beinhaltet der Pixelabschnitt den Transistor 200B, einen leitfähigen Film 210, der als Pixelelektrode dient und einen Kondensator 250.
Der Transistor 200B unterscheidet sich von dem in 1A-1, 1A-2, 1B-1 und 1B-2 dargestellten Transistor 200A und dem in 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellten Transistor 200A in der Verbindung zu dem als Pixelelektrode dienenden leitfähigen Film. Der Transistor 200B ist mit dem leitfähigen Film 210, der als Pixelelektrode dient, zwischen dem Isolierfilm 106 und dem leitfähigen Film 212b verbunden.
Der leitfähige Film 210 wird gleichzeitig mit dem Metalloxidfilm 108 des Transistors 100A und dem Metalloxidfilm 208 des Transistors 200B ausgebildet. In dem leitfähigen Film 210 werden ein inselförmiger leitfähiger Film 210_1 und ein inselförmiger leitfähiger Film 210_2 in dieser Reihenfolge übereinander angeordnet. Der leitfähige Film 210_1 wird gleichzeitig mit den Metalloxidfilmen 108_1 und 208_1 ausgebildet und der leitfähige Film 210_2 wird gleichzeitig mit den Metalloxidfilmen 108_2 und 208_2 ausgebildet.
In 8B-1 weist der Isolierfilm 118 eine Öffnung 211 auf, in der der leitfähige Film 210 freiliegt. Alternativ kann der Isolierfilm 118 den leitfähigen Film 210 bedecken, wie in 10B-1 dargestellt wird. Wenn es sich bei der Anzeigevorrichtung beispielsweise um eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung handelt, ist es vorzuziehen, den Isolierfilm 118 nicht über den als Pixelelektrode dienenden leitfähigen Film 210 bereitzustellen. Der Isolierfilm 118 kann jedoch über dem leitfähigen Film 210 in Abhängigkeit von einer an eine Flüssigkristallschicht angelegten Spannung bereitgestellt werden.
Ein Oxidleiter- (OC-) Film wird vorzugsweise für den leitfähigen Film 210 verwendet. Somit weist der leitfähige Film 210 eine höhere Wasserstoffkonzentration auf als die in den Transistoren 100A und 200B enthaltenen Metalloxidfilme 108 und 208.
<Modifikationsbeispiel des Transistors>
Als Nächstes werden Modifikationsbeispiele eines Transistors, der für den bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor verwendet werden kann, beschrieben. 14A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100C, 14B entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 14A, und 14C entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 14A. Es sei angemerkt, dass, obwohl der Transistor 100C hier als Modifikationsbeispiel des Transistors 100A beschrieben wird, die Struktur des Transistors 100C gegebenenfalls auf die Transistoren 200A und 200B angewandt werden kann.
Der Transistor 100C unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Transistor 100A dahingehend, dass die leitfähigen Filme 112a und 112b jeweils eine dreischichtige Struktur aufweisen.
Der leitfähige Film 112a des Transistors 100C beinhaltet einen leitfähigen Film 112a_1, einen leitfähigen Film 112a_2 über dem leitfähigen Film 112a_1 und einen leitfähigen Film 112a_3 über dem leitfähigen Film 112a_2. Der leitfähige Film 112b des Transistors 100C beinhaltet einen leitfähigen Film 112b_1, einen leitfähigen Film 112b_2 über dem leitfähigen Film 112b_1 und einen leitfähigen Film 112b_3 über dem leitfähigen Film 112b 2.
Beispielsweise enthalten der leitfähige Film 112a_1, der leitfähige Film 112b_1, der leitfähige Film 112a_3 und der leitfähige Film 112b_3 vorzugsweise ein oder mehrere Element/e, das/die aus Titan, Wolfram, Tantal, Molybdän, Indium, Gallium, Zinn und Zink ausgewählt wird/werden. Des Weiteren enthalten der leitfähige Film 112a_2 und der leitfähige Film 112b_2 vorzugsweise ein oder mehrere Element/e, das/die aus Kupfer, Aluminium und Silber ausgewählt wird/werden.
Insbesondere können der leitfähige Film 112a_1, der leitfähige Film 112b_1, der leitfähige Film 112a_3 und der leitfähige Film 112b_3 unter Verwendung eines In-Sn-Oxids oder eines In-Zn-Oxids ausgebildet werden und der leitfähige Film 112a_2 und der leitfähige Film 112b_2 können unter Verwendung von Kupfer ausgebildet werden.
Die vorstehende Struktur wird bevorzugt, da der Leitungswiderstand der leitfähigen Filme 112a und 112b verringert werden kann und eine Diffusion von Kupfer in den Metalloxidfilm 108 verhindert werden kann. Die vorstehende Struktur wird auch bevorzugt, da der Kontaktwiderstand zwischen dem leitfähigen Film 112b und dem leitfähigen Film in Kontakt mit dem leitfähigen Film 112b verringert werden kann. Die vorstehende Struktur wird in geeigneter Weise auf den Transistor 200A oder dergleichen im Pixelabschnitt angewandt, da der Kontaktwiderstand zwischen dem leitfähigen Film 212b und dem leitfähigen Film 220a reduziert werden kann. Die anderen Komponenten des Transistors 100C sind denjenigen des vorstehend beschriebenen Transistors 100A ähnlich und weisen ähnliche Effekte auf.
15A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100D, der für den bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor verwendet werden kann. 15B entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 15A, und 15C entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 15A.
Der Transistor 100D unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Transistor 100A dahingehend, dass die leitfähigen Filme 112a und 112b jeweils eine dreischichtige Struktur aufweisen. Der Transistor 100D unterscheidet sich außerdem von dem vorstehend beschriebenen Transistor 100C hinsichtlich der Formen der leitfähigen Filme 112a und 112b.
Der leitfähige Film 112a des Transistors 100D beinhaltet den leitfähigen Film 112a_1, den leitfähigen Film 112a_2 über dem leitfähigen Film 112a_1 und den leitfähigen Film 112a_3 über dem leitfähigen Film 112a_2. Der leitfähige Film 112b des Transistors 100D beinhaltet den leitfähigen Film 112b_1, den leitfähigen Film 112b_2 über dem leitfähigen Film 112b_1 und den leitfähigen Film 112b_3 über dem leitfähigen Film 112b_2. Es sei angemerkt, dass der leitfähige Film 112a_1, der leitfähige Film 112a_2, der leitfähige Film 112a_3, der leitfähige Film 112b_1, der leitfähige Film 112b_2 und der leitfähige Film 112b_3 unter Verwendung eines beliebigen der vorstehend beschriebenen Materialien ausgebildet werden können.
Ein Endabschnitt des leitfähigen Films 112a_1 weist einen Bereich auf, der weiter außen positioniert ist als ein Endabschnitt des leitfähigen Films 112a_2. Der leitfähige Film 112a_3 bedeckt eine obere Oberfläche und eine Seitenfläche des leitfähigen Films 112a_2 und weist einen Bereich auf, der in Kontakt mit dem leitfähigen Film 112a_1 ist. Ein Endabschnitt des leitfähigen Films 112b_1 weist einen Bereich auf, der weiter außen positioniert ist als ein Endabschnitt des leitfähigen Films 112b_2. Der leitfähige Film 112b_3 bedeckt eine obere Oberfläche und eine Seitenfläche des leitfähigen Films 112b_2 und weist einen Bereich auf, der in Kontakt mit dem leitfähigen Film 112b 1 ist.
Die vorstehende Struktur wird bevorzugt, da der Leitungswiderstand der leitfähigen Filme 112a und 112b verringert werden kann und eine Diffusion von Kupfer in den Metalloxidfilm 108 verhindert werden kann. Es sei angemerkt, dass eine Diffusion von Kupfer bei dem Transistor 100D effektiver verhindert werden kann als bei dem vorstehend beschriebenen Transistor 100C. Die vorstehende Struktur wird auch bevorzugt, da der Kontaktwiderstand zwischen dem leitfähigen Film 112b und dem leitfähigen Film in Kontakt mit dem leitfähigen Film 112b niedrig sein kann. Die anderen Komponenten des Transistors 100D sind denjenigen des vorstehend beschriebenen Transistors gleich und weisen ähnliche Effekte auf.
Es sei angemerkt, dass jeder der Transistoren 100A, 100C, 200A und 200B unter Verwendung von sechs Photomasken hergestellt wird. Im Gegensatz dazu wird der Transistor 100D unter Verwendung von sieben Photomasken hergestellt, da für die Ausbildung der leitfähigen Filme 112a und 112b zwei Photomasken erforderlich sind.
17A ist eine Draufsicht auf einen Transistor 100E, der für den in dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor verwendet werden kann, 17B entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie X1-X2 in 17A, und 17C entspricht einer Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Y1-Y2 in 17A.
Der in 17A bis 17C dargestellte Transistor 100E unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Transistor 100D in der Anordnungsreihenfolge des Isolierfilms 118 und des leitfähigen Films 120a. In dem Transistor 100E befindet sich der Isolierfilm118 über dem Isolierfilm 116 und der leitfähige Film 120a über dem Isolierfilm 118. Der leitfähige Film 104 und der leitfähige Film 120a sind in der Öffnung 142a der Isolierfilme 106, 114, 116 und 118 elektrisch miteinander verbunden.
Die Strukturen der vorstehenden Transistoren können frei miteinander für den Transistor dieser Ausführungsform kombiniert werden.
<Herstellungsverfahren 1 der Anzeigevorrichtung>
Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung der Transistoren 100A und 200A, die in der Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sind, anhand von 5A-1 bis 5A-3 und 5B-1 bis 5B-3, 6A-1, 6A-2, 6B-1 und 6B-2 und 7A-1, 7A-2, 7B-1 und 7B-2 beschrieben.
5A-1 bis 5A-3 und 5B-1 bis 5B-3, 6A-1, 6A-2, 6B-1 und 6B-2 und 7A-1, 7A-2, 7B-1 und 7B-2 sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Anzeigevorrichtung darstellen. 5A-1 bis 5A-3, 6A-1 und 6A-2 und 7A-1 und 7A-2 sind Querschnittsansichten des Transistors 100A in der Kanallängsrichtung, und 5B-1 bis 5B-3, 6B-1 und 6B-2 und 7B-1 und 7B-2 sind Querschnittsansichten des Transistors 200A in der Kanallängsrichtung.
Als Erstes wird ein leitfähiger Film über dem Substrat 102 ausgebildet und durch einen Lithographieprozess und einen Ätzprozess verarbeitet, wodurch der leitfähige Film 104, der als erste Gate-Elektrode des Transistors 100A dient, und der leitfähige Film 204, der als Gate-Elektrode des Transistors 200A dient, ausgebildet werden. Dann wird der Isolierfilm 106, der als erster Gate-Isolierfilm dient, über dem leitfähigen Film 104 ausgebildet (siehe 5A-1 und 5B-1).
Bei dieser Ausführungsform wird ein Glassubstrat als Substrat 102 verwendet, und als leitfähige Filme 104 und 204 werden ein 50 nm dicker Titanfilm und ein 200 nm dicker Kupferfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Als Isolierfilm 106 werden ein 400 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass der vorstehend beschriebene Siliziumnitridfilm eine dreischichtige Struktur aus einem ersten Siliziumnitridfilm, einem zweiten Siliziumnitridfilm und einem dritten Siliziumnitridfilm aufweist. Die dreischichtige Struktur kann beispielsweise wie folgt ausgebildet werden.
Beispielsweise kann der erste Siliziumnitridfilm unter den folgenden Bedingungen derart ausgebildet werden, dass er eine Dicke von 50 nm aufweist: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 100 sccm werden einer Reaktionskammer einer PECVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt, der Druck in der Reaktionskammer wird auf 100 Pa eingestellt und eine Leistung von 2000 W wird unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
Der zweite Siliziumnitridfilm kann unter den folgenden Bedingungen derart ausgebildet, dass er eine Dicke von 300 nm aufweist: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und ein Ammoniakgas mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm werden der Reaktionskammer der PECVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt, der Druck in der Reaktionskammer wird auf 100 Pa eingestellt und eine Leistung von 2000 W wird unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
Der dritte Siliziumnitridfilm kann unter den folgenden Bedingungen derart ausgebildet, dass er eine Dicke von 50 nm aufweist: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm werden der Reaktionskammer der PECVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt, der Druck in der Reaktionskammer wird auf 100 Pa eingestellt und eine 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 niedriger als oder gleich 350 °C ausgebildet werden können.
Wenn der Siliziumnitridfilm beispielsweise die vorstehend beschriebene dreischichtige Struktur aufweist, können in dem Fall, in dem ein Kupfer enthaltender leitfähiger Film für den leitfähigen Film 104 verwendet wird, die folgenden Effekte erzielt werden.
Der erste Siliziumnitridfilm kann eine Diffusion von Kupfer von den leitfähigen Filmen 104 und 204 verhindern. Der zweite Siliziumnitridfilm weist eine Funktion zum Abgeben von Wasserstoff auf und kann die Spannungsfestigkeit des Isolierfilms, der als Gate-Isolierfilm dient, verbessern. Der dritte Siliziumnitridfilm gibt eine kleine Menge an Wasserstoff ab und kann die Diffusion von Wasserstoff, der von dem zweiten Siliziumnitridfilm abgegeben wird, verhindern.
Als Nächstes werden ein Metalloxidfilm 108_1_0 und ein Metalloxidfilm 108_2_0 über dem Isolierfilm 106 ausgebildet (siehe 5A-2 und 5B-2).
5A-1 und 5B-1 sind schematische Querschnittsansichten, die das Innere einer Abscheidungsvorrichtung darstellen, wenn die Metalloxidfilme 108_1_0 und 108_2_0 über dem Isolierfilm 106 ausgebildet werden. In 5A-1 und 5B-1 wird eine Sputtervorrichtung als Abscheidungsvorrichtung verwendet, und ein Target 191, das innerhalb der Sputtervorrichtung platziert ist, und Plasma 192, das unter dem Target 191 gebildet wird, werden in schematischer Weise dargestellt.
In 5A-1 und 5B-1 wird Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff, der dem Isolierfilm 106 zugesetzt wird, schematisch durch gestrichelte Pfeile gezeigt. Wenn beispielsweise ein Sauerstoffgas beim Ausbilden des Metalloxidfilms 108_1_0 verwendet wird, kann dem Isolierfilm 106 Sauerstoff vorteilhaft zugesetzt werden.
Der Metalloxidfilm 108_1_0 wird über dem Isolierfilm 106 in einer Dicke von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 25 nm, bevorzugt größer oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 20 nm ausgebildet. Der Metalloxidfilm 108_1_0 wird unter Verwendung eines Inertgases (typischerweise eines Ar-Gases) und/oder eines Sauerstoffgases ausgebildet. Es sei angemerkt, dass der Anteil des Sauerstoffgases in dem gesamten Abscheidungsgas zum Ausbilden des Metalloxidfilms 108_1_0 (nachstehend auch als Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate bezeichnet) höher als oder gleich 0 % und niedriger als oder gleich 30 %, bevorzugt höher als oder gleich 5 % und niedriger als oder gleich15 % ist.
Wenn der Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate zum Ausbilden des Metalloxidfilms 108_1_0 auf den vorstehenden Bereich eingestellt wird, kann der Metalloxidfilm 108_1_0 eine niedrigere Kristallinität aufweisen als der Metalloxidfilm 108_2_0.
Als Nächstes wird der Metalloxidfilm 108_2_ 0 über dem Metalloxidfilm 108_1_0 ausgebildet. Wenn der Metalloxidfilm 108_2_0 ausgebildet wird, wird eine Plasmaentladung in einer Atmosphäre, die ein Sauerstoffgas enthält, durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird dem Metalloxidfilm 108_1_0, über dem der Metalloxidfilm 108_2_0 ausgebildet wird, Sauerstoff zugesetzt. Der Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate beim Ausbilden des Metalloxidfilms 108_2_0 ist höher als 30 % und niedriger als oder gleich 100 %, bevorzugt höher als oder gleich 50 % und niedriger als oder gleich 100 %, stärker bevorzugt höher als oder gleich 70 % und niedriger als oder gleich 100 %.
Die Dicke des Metalloxidfilms 108_2_0 ist größer als oder gleich 20 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 20 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
Der Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate zum Ausbilden des Metalloxidfilms 108_2_0 ist, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise höher als der Prozentsatz der Sauerstoff-Durchflussrate zum Ausbilden des Metalloxidfilms 108_1_0. Mit anderen Worten: Der Metalloxidfilm 108_1_0 wird vorzugsweise unter einem niedrigeren Sauerstoff-Partialdruck ausgebildet als der Metalloxidfilm 108_2_0.
Die Substrattemperatur beim Ausbilden der Metalloxidfilme 108_1_0 und 108_2_0 wird auf höher als oder gleich Raumtemperatur (25 °C) und niedriger als oder gleich 200 °C, bevorzugt auf höher als oder gleich Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 130 °C eingestellt. Eine Einstellung der Substrattemperatur in dem vorstehenden Bereich ist für große Glassubstrate (z. B. die vorstehend beschriebenen Glassubstrate der achten bis zehnten Generation) vorteilhaft. Insbesondere kann dann, wenn die Substrattemperatur zum Ausbilden der Metalloxidfilme 108_1_0 und 108_2_0 auf Raumtemperatur eingestellt wird, verhindert werden, dass das Substrat gebogen oder verzerrt wird. Um die Kristallinität des Metalloxidfilms 108_2_0 zu erhöhen, wird die Substrattemperatur beim Ausbilden des Metalloxidfilms 108_2_0 vorzugsweise erhöht.
Es sei angemerkt, dass es vorteilhafter ist, den Metalloxidfilm 108_1_0 und den Metalloxidfilm 108_2_0 sukzessiv im Vakuum auszubilden, da verhindert werden kann, dass Verunreinigungen an den Grenzflächen eingefangen werden.
Außerdem ist eine Erhöhung der Reinheit eines Sputtergases notwendig. Beispielsweise wird als Sauerstoffgas oder Argongas, welches als 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, bevorzugter -120 °C oder niedriger aufweist, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit oder dergleichen in den Metalloxidfilm minimiert werden kann.
In dem Fall, in dem der Metalloxidfilm durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, wird eine Kammer in einer Sputtervorrichtung vorzugsweise durch Evakuierung mit einer Adsorptionsvakuumpumpe, wie z. B. eine Kryopumpe, in einen hohen Vakuumzustand (beispielsweise bis zu einem Grad von etwa 5 × 10^-7 Pa bis 1 × 10^-4 Pa) versetzt, um Wasser oder dergleichen, das als Verunreinigung für den Metalloxidfilm dient, so weit wie möglich zu entfernen. Insbesondere ist der Partialdruck von Gasmolekülen, die H₂O entsprechen (Gasmolekülen, die m/z = 18 entsprechen), in der Kammer im Standby-Modus der Sputtervorrichtung bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-⁴ Pa, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10^-5 Pa.
Bei dieser Ausführungsform wird der Metalloxidfilm 108_1_0 durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 im Atomverhältnis) ausgebildet. Die Substrattemperatur während der Ausbildung des Metalloxidfilms 108_1_0 ist Raumtemperatur, und ein Argongas mit einer Durchflussrate von 180 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 20 sccm werden als Abscheidungsgase (Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate: 10 %) verwendet.
Der Metalloxidfilm 108_2_0 wird durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 im Atomverhältnis) ausgebildet. Die Substrattemperatur während der Ausbildung des Metalloxidfilms 108_2_0 ist Raumtemperatur, und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 200 sccm wird als Abscheidungsgas (Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate: 100 %) verwendet.
Wenn sich der Prozentsatz der Sauerstoffdurchflussrate beim Ausbilden des Metalloxidfilms 108_1_0 von demjenigen beim Ausbilden des Metalloxidfilms 108_2_0 unterscheidet, kann ein mehrschichtiger Film mit einer Vielzahl von Arten von Kristallinitäten ausgebildet werden.
Es sei angemerkt, dass das Ausbildungsverfahren nicht auf das vorstehend beschriebene Sputterverfahren beschränkt ist; ein Pulslaserabscheidungs- (pulsed laser deposition, PLD-) Verfahren, ein plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Verfahren, ein thermisches chemisches Gasphasenabscheidungs- (chemical vapor deposition, CVD-) Verfahren, ein Atomlagenabscheidungs- (atomic layer deposition, ALD-) Verfahren, ein Vakuumverdampfungsverfahren oder dergleichen können verwendet werden. Als Beispiel für ein thermisches CVD-Verfahren kann ein metallorganisches chemisches Gasphasenabscheidungs- (metal organic chemical vapor deposition, MOCVD-) Verfahren angegeben werden.
Als Nächstes werden die Metalloxidfilme 108_1_0 und 108 2 0 zu gewünschten Formen verarbeitet, um die inselförmigen Metalloxidfilme 108_1, 108_2, 208_1 und 208_2 auszubilden. Bei dieser Ausführungsform bilden die Metalloxidfilme 108_1 und 108_2 den inselförmigen Metalloxidfilm 108 (siehe 5A-3), und die Metalloxidfilme 208_1 und 208_2 bilden den inselförmigen Metalloxidfilm 208 (siehe 5B-3).
Nachdem die Metalloxidfilme 108 und 208 ausgebildet worden sind, kann eine Sauerstoffplasmabehandlung an den Metalloxidfilmen 108 und 208 durchgeführt werden. Dadurch kann den Oberflächen der Metalloxidfilme 108 und 208 Sauerstoff zugesetzt werden, was zu einer Reduzierung der Sauerstofffehlstellen in den Metalloxidfilmen 108 und 208 führt. Besonders vorteilhaft ist es, die Sauerstofffehlstellen an den Seitenflächen der Metalloxidfilme 108 und 208 zu reduzieren, da dadurch ein Leckstrom in den Transistoren vermieden werden kann.
Eine Wärmebehandlung (nachstehend als erste Wärmebehandlung bezeichnet) wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem die Metalloxidfilme 108 und 208 ausgebildet worden sind. Durch die erste Wärmebehandlung können Wasserstoff, Wasser oder dergleichen, welche in den Metalloxidfilmen 108 und 208 enthalten sind, verringert werden. Die Wärmebehandlung mit dem Zweck, Wasserstoff, Wasser oder dergleichen zu verringern, kann durchgeführt werden, bevor die Metalloxidfilme 108_1_0 und 108 2 0 zu Inselformen verarbeitet werden. Es sei angemerkt, dass die erste Wärmebehandlung eine Art von Behandlung zum Erhöhen der Reinheit des Metalloxidfilms ist.
Die erste Wärmebehandlung kann beispielsweise bei einer Temperatur von höher als oder gleich 150 °C und niedriger als die Entspannungsgrenze des Substrats, bevorzugt höher als oder gleich 200 °C und niedriger als oder gleich 450 °C, und noch bevorzugter höher als oder gleich 250 °C und niedriger als oder gleich 350 °C durchgeführt werden.
Ferner kann ein Elektroofen, eine RTA-Vorrichtung oder dergleichen für die erste Wärmebehandlung verwendet werden. Durch Verwendung einer RTA-Vorrichtung kann die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich der Entspannungsgrenze des Substrats durchgeführt werden, wenn die Behandlungszeit kurz ist. Demzufolge kann die Wärmebehandlungszeit verringert werden. Die erste Wärmebehandlung kann in einer Atmosphäre aus Stickstoff, Sauerstoff, ultratrockener Luft (Luft mit einem Wassergehalt von 20 ppm oder weniger, bevorzugt 1 ppm oder weniger, noch bevorzugter 10 ppb oder weniger) oder einem Edelgas (z. B. Argon, Helium) durchgeführt werden. Der Stickstoff, der Sauerstoff, die ultratrockene Luft oder das Edelgas enthalten vorzugsweise keinen Wasserstoff, Wasser und dergleichen. Des Weiteren kann, nachdem eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatomsphäre oder einer Edelgasatmosphäre durchgeführt worden ist, eine zusätzliche Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatomsphäre oder einer Atmosphäre mit ultratrockener Luft durchgeführt werden. Als Ergebnis können Wasserstoff, Wasser oder dergleichen, die in den Metalloxidfilmen enthalten sind, abgegeben werden, und gleichzeitig kann dem Metalloxidfilm Sauerstoff zugeführt werden. Folglich kann die Anzahl von Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxidfilm verringert werden.
Als Nächstes wird ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 106 und den Metalloxidfilmen 108 und 208 ausgebildet. Anschließend wird der leitfähige Film zu gewünschten Formen verarbeitet, um die leitfähigen Filme 112a und 112b, die leitfähigen Filme 212a und 212b und den leitfähigen Film 213 auszubilden.
Bei dieser Ausführungsform werden für die leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a, 212b und 213 ein 30 nm dicker Titanfilm, ein 200 nm dicker Kupferfilm und ein 10 nm dicker Titanfilm in dieser Reihenfolge durch ein Sputterverfahren ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform wird der leitfähige Film mittels Nassätzvorrichtung verarbeitet. Es sei angemerkt, dass das Verfahren zum Verarbeiten des leitfähigen Films nicht auf das vorstehend beschriebene Verfahren beschränkt ist; beispielsweise kann auch eine Trockenätzvorrichtung verwendet werden.
Nachdem die leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a, 212b und 213 ausgebildet worden sind, können Oberflächen (auf der Kanalrückseite) der Metalloxidfilme 108 und 208 (insbesondere der Metalloxidfilme 108_2 und 208_2) gereinigt werden. Das Reinigen kann beispielsweise unter Verwendung einer chemischen Lösung, wie z. B. einer Phosphorsäure, durchgeführt werden. Das Reinigen unter Verwendung einer chemischen Lösung, wie z. B. einer Phosphorsäure, kann Verunreinigungen (z. B. ein Element, das in den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b enthalten ist), die an den Oberflächen der Metalloxidfilme 108 2 und 208 2 haften, entfernen. Es sei angemerkt, dass das Reinigen nicht notwendigerweise durchgeführt wird; in einigen Fällen wird das Reinigen nicht durchgeführt.
In dem Schritt zum Ausbilden der leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a, 212b und 213 und/oder dem Reinigungsschritt werden die Metalloxidfilme 108 und 208 in einigen Fällen in Bereichen, die nicht mit den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b bedeckt sind, in ihrer Dicke verringert.
Es sei angemerkt, dass die Bereiche, die nicht mit den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b bedeckt sind, d. h. die Metalloxidfilme 108 2 und 208 2, vorzugsweise eine hohe Kristallinität aufweisen. Verunreinigungen (insbesondere Bestandselemente der leitfähigen Filme 112a, 112b, 212a und 212b) diffundieren nicht leicht in die Metalloxidfilme mit hoher Kristallinität. Somit können sehr zuverlässige Transistoren hergestellt werden.
Obwohl 5A-3 und 5B-3 ein Beispiel darstellen, in dem vertiefte Abschnitte auf den Oberflächen der Metalloxidfilme 108 und 208 ausgebildet werden, die nicht mit den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b bedeckt sind, d. h., den Oberflächen der Metalloxidfilme 108 2 und 208 2, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt und vertiefte Abschnitte werden nicht notwendigerweise auf den Oberflächen der Metalloxidfilme 108 und 208 ausgebildet, die nicht mit den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b bedeckt sind.
Als Nächstes werden die Isolierfilme 114 und 116 über den Metalloxidfilmen 108 und 208 und den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a, 212b und 213 ausgebildet (siehe 6A-1 und 6B-1).
Es sei angemerkt, dass, nachdem der Isolierfilm 114 ausgebildet worden ist, der Isolierfilm 116 vorzugsweise sukzessiv ausgebildet wird, ohne dabei der Luft ausgesetzt zu sein. Wenn der Isolierfilm 116 sukzessiv ohne Luftaussetzung nach der Ausbildung des Isolierfilms 114 ausgebildet wird, wobei mindestens eines von der Durchflussrate eines Quellengases, dem Druck, der Hochfrequenzleistung und der Substrattemperatur gesteuert wird, kann die Verunreinigungskonzentration, die auf die atmosphärische Komponente zurückzuführen ist, an der Grenzfläche zwischen dem Isolierfilm 114 und dem Isolierfilm 116 verringert werden.
Als Isolierfilm 114 kann beispielsweise ein Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden. In diesem Fall werden als Quellengase vorzugsweise ein Abscheidungsgas enthaltend Silizium und ein Oxidationsgas verwendet. Typische Beispiele für das siliziumhaltige Abscheidungsgas umfassen Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid. Beispiele für das Oxidationsgas umfassen Distickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Die Durchflussrate des Oxidationsgases ist höher als oder gleich dem 20-Fachen und niedriger als oder gleich dem 500-Fachen, bevorzugt höher als oder gleich dem 40-Fachen und niedriger als oder gleich dem 100-Fachen der Durchflussrate des Abscheidungsgases.
Bei dieser Ausführungsform wird als Isolierfilm 114 ein Siliziumoxynitridfilm durch ein PECVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Das Substrat 102 wird bei einer Temperatur von 220 °C gehalten, Silan mit einer Durchflussrate von 50 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussrate von 2000 sccm werden als Quellengase 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 (parallel-plate electrodes) zugeführt.
Als Isolierfilm 116 wird ein Siliziumoxidfilm oder ein Siliziumoxynitridfilm unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Das Substrat, das in der 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 in der Behandlungskammer ist beim Einleiten eines Quellengases in die Behandlungskammer höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa; und eine Hochfrequenzleistung von höher als oder gleich 0,17 W/cm² und niedriger als oder gleich 0,5 W/cm², bevorzugt höher als oder gleich 0,25 W/cm² und niedriger als oder gleich 0,35 W/cm² wird einer Elektrode, die in der Behandlungskammer bereitgestellt ist, zugeführt.
Für die Abscheidungsbedingungen des Isolierfilms 116 gilt: Die Hochfrequenzleistung, die die vorstehende Leistungsdichte aufweist, wird einer Reaktionskammer, die den vorstehenden Druck aufweist, zugeführt, wodurch die Spaltungseffizienz des Quellengases im Plasma erhöht wird, Sauerstoffradikale vermehrt werden und die Oxidation des Quellengases gefördert wird; deshalb wird der Sauerstoffgehalt in dem Isolierfilm 116 höher als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung. In dem Film, der bei einer Substrattemperatur innerhalb des vorstehenden Temperaturbereichs ausgebildet wird, ist das Band zwischen Silizium und Sauerstoff schwach, und deswegen wird ein Teil des Sauerstoffs in dem Film durch eine Wärmebehandlung in einem späteren Schritt 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 des Sauerstoffs durch Erwärmung abgegeben wird.
Es sei angemerkt, dass in dem Schritt zum Ausbilden des Isolierfilms 116 der Isolierfilm 114 als Schutzfilm für die Metalloxidfilme 108 und 208 dient. Folglich kann der Isolierfilm 116 unter Verwendung der Hochfrequenzleistung mit einer hohen Leistungsdichte ausgebildet werden, während Schäden an den Metalloxidfilmen 108 und 208 verringert werden.
Es sei angemerkt, dass bei den Abscheidungsbedingungen des Isolierfilms 116 die Anzahl der Defekte in dem Isolierfilm 116 verringert werden kann, wenn die Durchflussrate des Silizium enthaltenden Abscheidungsgases im Verhältnis zu dem Oxidationsgas erhöht wird. Typischerweise ist es möglich, einen isolierenden Oxidfilm auszubilden, in dem die Anzahl der Defekte klein ist, d. h. einer ESR-Messung zufolge die Spin-Dichte eines Signals, das wegen einer offenen Bindung von Silizium bei g = 2,001 erscheint, niedriger als 6 × 10¹⁷ Spins/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 3 × 10¹⁷ Spins/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1,5 × 10¹⁷ Spins/cm³ ist. Als Ergebnis kann die Zuverlässigkeit der Transistoren 100A und 200A verbessert werden.
Eine Wärmebehandlung (nachstehend als zweite Wärmebehandlung bezeichnet) wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem die Isolierfilme 114 und 116 ausgebildet worden sind. Die zweite Wärmebehandlung kann Stickstoffoxid verringern, das in den Isolierfilmen 114 und 116 enthalten ist. Durch die zweite Wärmebehandlung kann ein Teil des Sauerstoffs, der in den Isolierfilmen 114 und 116 enthalten ist, auf die Metalloxidfilme 108 und 208 übertragen werden, so dass die Menge an Sauerstofffehlstellen, die in den Metalloxidfilmen 108 und 208 enthalten sind, verringert werden kann.
Die Temperatur der zweiten 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 zweite Wärmebehandlung wird in einer Atmosphäre aus Stickstoff, Sauerstoff, ultratrockener Luft (Luft mit einem Wassergehalt von weniger als oder gleich 20 ppm, bevorzugt weniger als oder gleich 1 ppm, bevorzugter weniger als oder gleich 10 ppb) oder einem Edelgas (z. B. Argon, Helium) durchgeführt. Vorzugsweise sind kein Wasserstoff, kein Wasser und dergleichen in dem Stickstoff, dem Sauerstoff, der ultratrockenen Luft oder dem Edelgas enthalten. Ein Elektroofen, RTA oder dergleichen können für die Wärmebehandlung verwendet werden.
Als Nächstes werden die Öffnungen 142a und 242a in gewünschten Bereichen in den Isolierfilmen 114 und 116 ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform werden die Öffnungen 142a und 242a mit einer Trockenätzvorrichtung ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die Öffnung 142a den leitfähigen Film 104 erreicht und die Öffnung 242a den leitfähigen Film 212b erreicht.
Als Nächstes wird ein leitfähiger Film 120 über dem Isolierfilm 116 ausgebildet (siehe 6A-2 und 6B-2).
6A-1 und 6B-1 sind schematische Querschnittsansichten, die das Innere einer Abscheidungsvorrichtung darstellen, wenn der leitfähige Film 120 über dem Isolierfilm 116 ausgebildet wird. In 6A-1 und 6B-1 wird eine Sputtervorrichtung als Abscheidungsvorrichtung verwendet, und ein Target 193, das innerhalb der Sputtervorrichtung platziert ist, und Plasma 194, das unter dem Target 193 gebildet wird, werden in schematischer Weise dargestellt.
Wenn der leitfähige Film 120 ausgebildet wird, wird eine Plasmaentladung in einer Atmosphäre durchgeführt, die ein Sauerstoffgas enthält. Zu diesem Zeitpunkt wird dem Isolierfilm 116, über dem der leitfähige Film 120 ausgebildet wird, Sauerstoff zugesetzt. Wenn der leitfähige Film 120 ausgebildet wird, können ein Inertgas (z. B. ein Heliumgas, ein Argongas oder ein Xenongas) und das Sauerstoffgas gemischt werden.
Das Sauerstoffgas wird mindestens beim Ausbilden des leitfähigen Films 120 beigemischt. Der Anteil des Sauerstoffgases in einem Abscheidungsgas zum Ausbilden des leitfähigen Films 120 ist höher als 0 % und niedriger als oder gleich 100 %, bevorzugt höher als oder gleich 10 % und niedriger als oder gleich 100 %, stärker bevorzugt höher als oder gleich 30 % und niedriger als oder gleich 100 %.
In 6A-1 und 6B-1 wird Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff, der dem Isolierfilm 116 zugesetzt wird, schematisch durch gestrichelte Pfeile dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform wird der leitfähige Film 120 durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]) ausgebildet. Alternativ kann der leitfähige Film 120 durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines ITO-Targets und eines Sauerstoffgases (100 %) als Abscheidungsgas ausgebildet werden.
Es sei angemerkt, dass, obwohl bei dieser Ausführungsform Sauerstoff dem Isolierfilm 116 beim Ausbilden des leitfähigen Films 120 zugesetzt wird, das Verfahren zum Zusetzen von Sauerstoff nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist. Beispielsweise kann Sauerstoff dem Isolierfilm 116 ferner zugesetzt werden, nachdem der leitfähige Film 120 ausgebildet worden ist.
Als Verfahren zum Zusetzen von Sauerstoff zu dem Isolierfilm 116 kann beispielsweise ein ITSO-Film mit einer Dicke von 5 nm unter Verwendung eines Targets eines Oxids, das Indium, Zinn und Silizium enthält (ein In-Sn-Si-Oxid, auch als ITSO bezeichnet) (ln₂O₃:SnO₂:SiO₂ = 85:10:5 in Gew.-%), ausgebildet werden. In diesem Fall ist die Dicke des ITSO-Films vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 20 nm oder größer als oder gleich 2 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, in welchem Falle Sauerstoff vorteilhaft übertragen wird und die Abgabe von Sauerstoff verhindert werden kann. Dann wird dem Isolierfilm 116 Sauerstoff durch den ITSO-Film zugesetzt. Sauerstoff kann beispielsweise durch Ionendotierung, Ionenimplantation oder eine Plasmabehandlung zugesetzt werden. Indem beim Zusetzen von Sauerstoff eine Vorspannung an die Seite des Substrats angelegt wird, kann dem Isolierfilm 116 Sauerstoff effektiv zugesetzt werden. Beispielsweise wird eine Veraschungsvorrichtung verwendet, und die Leistungsdichte der Vorspannung, die an die Seite des Substrats der Veraschungsvorrichtung angelegt wird, kann größer als oder gleich 1 W/cm² und kleiner als oder gleich 5 W/cm² sein. Die Substrattemperatur beim Zusetzen von Sauerstoff ist höher als oder gleich der Raumtemperatur und niedriger als oder gleich 300 °C, bevorzugt höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 250 °C, wodurch Sauerstoff dem Isolierfilm 116 effizient zugesetzt werden kann.
Anschließend wird der leitfähige Film 120 zu gewünschten Formen verarbeitet, um die leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 auszubilden (siehe 7A-1 und 7B-1).
Bei dieser Ausführungsform wird der leitfähige Film 120 mittels Nassätzvorrichtung zu den leitfähigen Filmen 120a_1 und 220a_1 verarbeitet.
Als Nächstes wird der Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 116 sowie den leitfähigen Filmen 120a_1 und 220a_1 ausgebildet (siehe 7A-2 und 7B-2).
Der Isolierfilm 118 beinhaltet Wasserstoff und/oder Stickstoff. Als Isolierfilm 118 wird zum Beispiel vorzugsweise ein Siliziumnitridfilm verwendet. Der Isolierfilm 118 kann beispielsweise durch ein Sputterverfahren oder ein PECVD-Verfahren ausgebildet werden. In dem Fall, in dem der Isolierfilm 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 Isolierfilm 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 Isolierfilm 118 ausgebildet wird, im vorstehenden Bereich liegt, Sauerstoff oder überschüssiger Sauerstoff von den Isolierfilmen 114 und 116 zu den Metalloxidfilmen 108 und 208 wandern.
In dem Fall, in dem ein Siliziumnitridfilm durch ein PECVD-Verfahren als Isolierfilm 118 ausgebildet wird, werden vorzugsweise ein Abscheidungsgas, das Silizium enthält, Stickstoff und Ammoniak als Quellengas verwendet. Im Vergleich zu der Menge an Stickstoff wird nur eine kleine Menge an Ammoniak verwendet, wodurch sich Ammoniak im Plasma dissoziiert und aktivierte Spezies erzeugt werden. Die aktivierten Spezies spalten eine Bindung zwischen Silizium und Wasserstoff, die in einem Silizium enthaltenden Abscheidungsgas enthalten sind, und eine Dreifachbindung zwischen Stickstoffmolekülen. Folglich wird das Bilden der Bindung zwischen Silizium und Stickstoff gefördert, was zu der Ausbildung eines dichten Siliziumnitridfilms führt, der nur wenige Bindungen zwischen Silizium und Wasserstoff sowie nur wenige Defekte aufweist. Wenn die Menge an Ammoniak im Vergleich zu der Menge an Stickstoff groß ist, werden die Spaltung eines Abscheidungsgases, das Silizium enthält, und die Spaltung von Stickstoff nicht gefördert, so dass ein undichter bzw. grober Siliziumnitridfilm ausgebildet wird, in dem Bindungen zwischen Silizium und Wasserstoff verbleiben und sich Defekte vermehren. Bei dem Quellengas wird deshalb die Durchflussrate von Stickstoff bevorzugt auf das 5-Fache oder mehr und das 50-Fache oder weniger, stärker bevorzugt auf das 10-Fache oder mehr und das 50-Fache oder weniger der Durchflussrate von Ammoniak eingestellt.
Bei dieser Ausführungsform wird ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm unter Verwendung einer PECVD-Vorrichtung als Isolierfilm 118 ausgebildet, wobei Silan, Stickstoff und Ammoniak als Quellengase verwendet werden. Die Durchflussrate von Silan ist 50 sccm, die Durchflussrate von Stickstoff ist 5000 sccm und die Durchflussrate von Ammoniak ist 100 sccm. Der Druck in der Behandlungskammer beträgt 100 Pa, die Substrattemperatur ist 350 °C und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W wird unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle parallelen Plattenelektroden zugeführt. Bei der PECVD-Vorrichtung handelt es sich um eine Parallelplatten-PECVD-Vorrichtung, bei der die Elektrodenfläche 6000 cm² beträgt und bei der die Leistung pro Flächeneinheit (Leistungsdichte), in die die zugeführte Leistung umgerechnet wird, 1,7 × 10^-1 Wcm² beträgt.
In dem Fall, in dem die leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Metalloxidtargets (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]) ausgebildet werden, könnten/könnte Wasserstoff und/oder Stickstoff, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, in die leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 eindringen. In diesem Fall werden/wird Wasserstoff und/oder Stickstoff an Sauerstofffehlstellen in den leitfähigen Filmen 120a_1 und 220a_1 gebunden, was eine Verringerung des Widerstands der leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 nach sich zieht. Dementsprechend können die leitfähigen Filme 120a und 220a mit niedrigem Widerstand ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass es sich bei den leitfähigen Filmen mit niedrigem Widerstand um Oxidleiterfilme handelt. Da Wasserstoff und/oder Stickstoff, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, zu den leitfähigen Filmen 120a und 220a wandern/wandert, weisen die leitfähigen Filme 120a und 220a eine höhere Wasserstoff- und/oder Stickstoffkonzentration auf als die Metalloxidfilme 108 und 208.
Nachdem der Isolierfilm 118 ausgebildet worden ist, kann eine Wärmebehandlung, die der ersten Wärmebehandlung oder der zweiten Wärmebehandlung ähnlich ist (nachstehend als dritte Wärmebehandlung bezeichnet), durchgeführt werden.
Durch die dritte Wärmebehandlung wandert Sauerstoff, der in dem Isolierfilm 116 enthalten ist, in die Metalloxidfilme 108 und 208, um die Sauerstofffehlstellen in den Metalloxidfilmen 108 und 208 zu füllen.
Durch den obigen Prozess kann die Anzeigevorrichtung, die in 1A-1, 1A-2, 1B-1 und 1B-2 dargestellt wird, hergestellt werden.
<Herstellungsverfahren 2 der Anzeigevorrichtung>
Ein Verfahren zur Herstellung der in den 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung wird beschrieben. Zur Herstellung der in 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung werden zunächst Komponenten bis zum Isolierfilm 116 wie bei der in 1A-1, 1A-2, 1B-1 und 1B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung ausgebildet. Als Nächstes wird der Isolierfilm 119 im Pixelabschnitt ausgebildet. Der Isolierfilm 119 kann auf die folgende Weise ausgebildet werden: Ein lichtempfindliches Harz wird auf den Isolierfilm 116 aufgebracht und dann wird die Belichtung und Entwicklung durchgeführt; oder ein nicht lichtempfindliches Harz wird auf den Isolierfilm 116 aufgebracht und gebacken, eine Resistmaske wird ausgebildet und das gebackene, nicht lichtempfindliche Harz wird unter Verwendung der Resistmaske geätzt.
Anschließend werden die leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 über den Isolierfilmen 116 und 119 ähnlich wie bei der in den 1A-1, 1A-2, 1B-1 und 1B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung ausgebildet. Es sei angemerkt, dass den Isolierfilmen 114 und 116 zum Zeitpunkt der Ausbildung des leitfähigen Films 120a_1 Sauerstoff zugegeben werden kann. Dadurch können Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxidfilm 108 des Transistors 100A und dem Metalloxidfilm 208 des Transistors 200A reduziert werden.
Als Nächstes wird der Isolierfilm 118 über den Isolierfilmen 116 und 119 und den leitfähigen Filmen 120a_1 und 220a_1 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass Wasserstoff und/oder Stickstoff, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, in einigen Fällen in die leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 eindringen/eindringt. In diesem Fall werden/wird Wasserstoff und/oder Stickstoff an Sauerstofffehlstellen in den leitfähigen Filmen 120a_1 und 220a_1 gebunden, um eine Verringerung des Widerstands der leitfähigen Filme 120a_1 und 220a_1 zu bewirken. Dementsprechend können die leitfähigen Filme 120a und 220a mit niedrigem Widerstand ausgebildet werden. Da Wasserstoff und/oder Stickstoff, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, zu den leitfähigen Filmen 120a und 220a wandern/wandert, weisen die leitfähigen Filme 120a und 220a eine höhere Wasserstoff- und/oder Stickstoffkonzentration auf als die Metalloxidfilme 108 und 208.
Danach kann ein Teil des Isolierfilms 118, der sich mit dem leitfähigen Film 220a überlappt, geätzt werden.
Durch den obigen Prozess kann die Anzeigevorrichtung, die in 4A-1, 4A-2, 4B-1 und 4B-2 dargestellt wird, hergestellt werden.
<Herstellungsverfahren 3 der Anzeigevorrichtung>
Ein Verfahren zur Herstellung der in den 8A-1, 8A-2, 8B-1 und 8B-2 dargestellten Anzeigevorrichtung wird beschrieben. Zunächst wird ein leitfähiger Film über dem Substrat 102 ausgebildet und durch einen Lithographieprozess und einen Ätzprozess verarbeitet, um den leitfähigen Film 104, der als erste Gate-Elektrode des Transistors 100A dient, den leitfähigen Film 204, der als Gate-Elektrode des Transistors 200A dient, und eine Kondensatorleitung 205 auszubilden. Anschließend wird der Isolierfilm 106, der als erster Gate-Isolierfilm dient, über dem leitfähigen Film 104 ausgebildet. Danach werden der Metalloxidfilm 108, der Metalloxidfilm 208 und ein Metalloxidfilm 209 über dem Isolierfilm 106 ausgebildet (siehe 11A-1 und 11B-1). Es sei angemerkt, dass Metalloxidfilme 209_1 und 209_2 den inselförmigen Metalloxidfilm 209 bilden.
Nachdem die Metalloxidfilme 108, 208 und 209 ausgebildet worden sind, kann eine erste Wärmebehandlung durchgeführt werden.
Als Nächstes werden die leitfähigen Filme 112a und 112b über dem Metalloxidfilm 108, der leitfähige Film 212a über dem Metalloxidfilm 208 und der leitfähige Film 212b über den Metalloxidfilmen 208 und 209 ausgebildet (siehe 11A-2 und 11B-2).
Als Nächstes werden die Isolierfilme 114 und 116 über den Metalloxidfilmen 108, 208 und 209 und den leitfähigen Filmen 112a, 112b, 212a und 212b ausgebildet (siehe 12A-1 und 12B-1). Die Isolierfilme 114 und 116 weisen eine Öffnung 117 auf, in der der Metalloxidfilm 209 freiliegt.
Danach wird der leitfähige Film 120a über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Anschließend wird der Isolierfilm 118 über den Isolierfilmen 114 und 116, den leitfähigen Filmen 120a und 212b und dem Metalloxidfilm 209 ausgebildet (siehe 12A-2 und 12B-2). Es sei angemerkt, dass Wasserstoff und/oder Stickstoff, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, in einigen Fällen in den Metalloxidfilm 209 eindringen. In diesem Fall werden/wird Wasserstoff und/oder Stickstoff an Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxidfilm 209 gebunden, um eine Verringerung des Widerstands des Metalloxidfilm zu bewirken; als Folge dessen wird der leitfähige Film 210 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass die leitfähigen Filme 210_1 und 210_2 den leitfähigen Film 210 bilden. Da Wasserstoff und/oder Stickstoff, die in dem Isolierfilm 118 enthalten sind, zu dem leitfähigen Film 210 wandern/wandert, weist der leitfähige Film 210 eine höhere Wasserstoff- und/oder Stickstoffkonzentration auf als die Metalloxidfilme 108 und 208.
Danach kann ein Teil des Isolierfilms 118, der sich mit dem leitfähigen Film 210 überlappt, geätzt werden (siehe 13A-1 und 13B-1).
Durch den obigen Prozess kann die Anzeigevorrichtung, die in 8A-1, 8A-2, 8B-1 und 8B-2 dargestellt wird, hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die in 10A-1, 10A-2, 10B-1 und 10B-2 dargestellte Anzeigevorrichtung durch die Schritte bis zum Schritt in 12A-2 und 12B-2 hergestellt werden kann.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird der Metalloxidfilm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 18, 19A bis 19L und 20A bis 20C beschrieben.
<Zusammensetzung eines CAC-OS>
Im Folgenden werden die Details eines Metalloxids mit einer CAC-Zusammensetzung beschrieben, das in dem Transistor, der bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung offenbart ist, verwendbar ist. Als typisches Beispiel des Metalloxids mit einer CAC-Zusammensetzung wird hier ein CAC-OS beschrieben.
Im CAC-OS sind, wie beispielsweise in 3 dargestellt, die im Metalloxid enthaltenen Elemente ungleichmäßig verteilt, um die Bereiche 001 und 002 auszubilden, die jeweils eines der Elemente als Hauptkomponente enthalten. Die Bereiche sind vermischt, um ein Mosaikmuster zu bilden oder mosaikartig verteilt zu werden. Mit anderen Worten: Der CAC-OS weist eine Zusammensetzung auf, bei der Elemente, die in einem Metalloxid enthalten sind, ungleichmäßig verteilt sind. Materialien, die ungleichmäßig verteilte Elemente enthalten, weisen jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 3 nm oder eine ähnliche Größe auf.
Die physikalischen Eigenschaften eines Bereichs mit einem ungleichmäßig verteilten Element werden durch die Eigenschaften des Elements bestimmt. So dient beispielsweise ein Bereich mit einem ungleichmäßig verteilten Element, das relativ dazu neigt, als Isolator unter den in einem Metalloxid enthaltenen Elementen zu dienen, als dielektrischer Bereich. Im Gegensatz dazu dient ein Bereich mit einem ungleichmäßig verteilten Element, das relativ dazu neigt, als Leiter unter den in einem Metalloxid enthaltenen Elementen zu dienen, als leitender Bereich. Als Halbleiter dient ein Material, in dem leitende Bereiche und dielektrische Bereiche zu einem Mosaikmuster vermischt sind.
Das heißt, ein Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Art Matrix-Verbund oder Metall-Matrix-Verbund, in dem Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften vermischt sind.
Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiter vorzugsweise mindestens Indium enthält. Insbesondere sind vorzugsweise Indium und Zink enthalten. Außerdem kann ein Element M enthalten sein (M ist eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen).
Beispielsweise weist hinsichtlich des CAC-OS ein In-Ga-Zn-Oxid mit der CAC-Zusammensetzung (ein derartiges In-Ga-Zn-Oxid kann insbesondere als CAC-IGZO bezeichnet werden) eine Zusammensetzung auf, bei der Materialien in Indiumoxid (InO_x1, wobei X1 eine reelle Zahl von größer als 0 ist) oder Indiumzinkoxid (In_X2Zn_Y2O_Z2, wobei X2, V2 und Z2 reelle Zahlen von größer als 0 sind) und in Galliumoxid (GaO_X3, wobei X3 eine reelle Zahl von größer als 0 ist) oder Galliumzinkoxid (Ga_X4Zn_Y4O_Z4, wobei X4, Y4 und Z4 reelle Zahlen von größer als 0 sind) geteilt werden, und ein Mosaikmuster wird gebildet. Dann wird InO_X1 oder In_X2Zn_Y2O_Z2, welches das Mosaikmuster bildet, in dem Film gleichmäßig verteilt. Diese Zusammensetzung wird auch als wolkenartige Zusammensetzung bezeichnet.
Das heißt, dass es sich bei dem CAC-OS um einen Verbundoxidhalbleiter mit einer Zusammensetzung handelt, bei der ein Bereich, der GaO_X3 als Hauptkomponente enthält, und ein Bereich, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält, vermischt sind. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung, wenn beispielsweise das Atomverhältnis von In zu einem Element M in einem ersten Bereich größer ist als das Atomverhältnis von In zu dem Element M in einem zweiten Bereich, der erste Bereich eine höhere Konzentration von In als der zweite Bereich aufweist.
Es sei angemerkt, dass eine Verbindung, die In, Ga, Zn und O enthält, als IGZO bekannt ist. Typische Beispiele für IGZO umfassen eine kristalline Verbindung, die durch InGaO₃(ZnO)_m1 dargestellt wird (m1 ist eine natürliche Zahl) und eine kristalline Verbindung, die durch In_(1+x0)Ga_(1-x0)O₃(ZnO)_m0 dargestellt wird (-1 ≤ x0 ≤ 1; m0 ist eine vorgegebene Zahl).
Die vorstehende kristalline Verbindung weist eine einkristalline Struktur, eine polykristalline Struktur oder eine CAAC-Struktur auf. Es sei angemerkt, dass die CAAC-Struktur eine Kristallstruktur ist, bei der eine Vielzahl von IGZO-Nanokristallen eine Ausrichtung hinsichtlich der c-Achse aufweist und in der Richtung der a-b-Ebene ohne Ausrichtung miteinander verbunden ist.
Andererseits betrifft der CAC-OS die Materialzusammensetzung eines Oxidhalbleiters. In einer Materialzusammensetzung eines CAC-OS, der In, Ga, Zn und O enthält, werden Bereiche mit Nanoteilchen, die Ga als Hauptkomponente enthalten, in einem Teil des CAC-OS beobachtet, und Bereiche mit Nanoteilchen, die In als Hauptkomponente enthalten, werden in einem Teil davon beobachtet. Folglich ist die Kristallstruktur für den CAC-OS ein Sekundärelement.
Es sei angemerkt, dass in dem CAC-OS eine mehrschichtige Struktur, die zwei oder mehr Filme mit unterschiedlichen Atomverhältnissen beinhaltet, nicht enthalten ist. Beispielsweise ist eine zweischichtige Struktur aus einem Film, der In als Hauptkomponente enthält, und einem Film, der Ga als Hauptkomponente enthält, nicht enthalten.
Eine Grenze zwischen dem Bereich, der GaO_X3 als Hauptkomponente enthält, und dem Bereich, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält, wird in einigen Fällen nicht deutlich beobachtet.
In dem Fall, in dem eines oder mehrere von Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen anstelle von Gallium in einem CAC-OS enthalten ist/sind, werden Bereiche mit Nanoteilchen, die das/die ausgewählte/n Metallelement/e als Hauptkomponente/n beinhalten, in einem Teil des CAC-OS beobachtet, und Bereiche mit Nanoteilchen, die In als Hauptkomponente enthalten, werden in einem Teil davon beobachtet, und diese Bereiche mit Nanoteilchen sind unregelmäßig dispergiert, um in dem CAC-OS ein Mosaikmuster zu bilden.
<Analyse des CAC-OS>
Als Nächstes werden Messergebnisse eines Oxidhalbleiters über einem Substrat durch verschiedene Verfahren beschrieben.
«Struktur von Proben und Ausbildungsverfahren dafür»
Im Folgenden werden neun Proben einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Proben werden bei verschiedenen Substrattemperaturen und mit verschiedenen Prozentsätzen der Sauerstoffgasdurchflussrate beim Ausbilden des Oxidhalbleiters ausgebildet. Es sei angemerkt, dass jede Probe ein Substrat und einen Oxidhalbleiter über dem Substrat beinhaltet.
Ein Verfahren zum Ausbilden der Proben wird beschrieben.
Ein Glassubstrat wird als Substrat verwendet. Über dem Glassubstrat wird ein 100 nm dickes In-Ga-Zn-Oxid als Oxidhalbleiter mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet. Die Ausbildungsbedingungen sind wie folgt: Der Druck in einer Kammer ist 0,6 Pa, und ein Oxidtarget (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 4:2:4,1) wird als Target verwendet. Das Oxidtarget, das in der Sputtervorrichtung bereitgestellt wird, wird mit einer AC-Leistung von 2500 W versorgt.
Bezüglich der Bedingungen bei der Ausbildung des Oxides der neun Proben wird die Substrattemperatur auf eine Temperatur, die nicht durch eine absichtliche Erwärmung erhöht wird (nachstehend wird eine derartige Temperatur auch als Raumtemperatur oder R.T. bezeichnet), d. h. auf 130 °C und 170 °C, eingestellt. Das Verhältnis einer Durchflussrate eines Sauerstoffgases zu einer Durchflussrate eines Gasgemisches von Ar und Sauerstoff (auch als Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate bezeichnet) wird auf 10 %, 30 % und 100 % eingestellt.
«Analyse durch Röntgenstrahlbeugung»
In diesem Abschnitt werden Messergebnisse der Röntgenstrahlbeugung (X-ray diffraction, XRD), die an den neun Proben durchgeführt worden ist, beschrieben. Als XRD-Vorrichtung wird D8 ADVANCE, hergestellt von Bruker AXS, verwendet. Die Bedingungen sind wie folgt: Das Scannen bzw. Abtasten wird durch ein Out-of-Plane-Verfahren bei θ/2θ durchgeführt, der Scan- bzw. Abtastbereich ist 15 Grad bis 50 Grad, die Schrittweite ist 0,02 Grad, und die Scan- bzw. Abtastrate ist 3,0 Grad/Min.
18 zeigt XRD-Spektren, die durch ein Out-of-Plane-Verfahren gemessen wurden. In 18 zeigt die oberste Zeile die Messergebnisse der Proben, die bei einer Substrattemperatur von 170 °C ausgebildet wurden; die mittlere Zeile zeigt die Messergebnisse der Proben, die bei einer Substrattemperatur von 130 °C ausgebildet wurden; die unterste Zeile zeigt die Messergebnisse der Proben, die bei einer Substrattemperatur von R.T. ausgebildet wurden. Die linke Spalte zeigt die Messergebnisse der Proben, die mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurden; die mittlere Spalte zeigt die Messergebnisse der Proben, die mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 30 % ausgebildet wurden; die rechte Spalte zeigt die Messergebnisse der Proben, die mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 100 % ausgebildet wurden.
Je höher die Substrattemperatur während der Ausbildung oder je höher der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate während der Ausbildung bei den XRD-Spektren, die in 18 gezeigt werden, ist, desto höher ist die Intensität des Peaks bei etwa 2θ = 31°. Es sei angemerkt, dass herausgefunden worden ist, dass der Peak bei etwa 2θ = 31° auf eine kristalline IGZO-Verbindung zurückzuführen ist, deren c-Achsen in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Bildungsoberfläche oder einer nach oben weisenden Oberfläche der kristallinen IGZO-Verbindung ausgerichtet sind (eine derartige Verbindung wird auch als IGZO mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (CAAC) bezeichnet).
Wie in den XRD-Spektren in 18 gezeigt, wird ein Peak weniger deutlich, wenn die Substrattemperatur bei der Ausbildung niedriger ist oder der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate bei der Ausbildung niedriger ist. Folglich ist herausgefunden worden, dass es keine Ausrichtung bezüglich der a-b-Ebenenrichtung und der c-Achsenrichtung in den Messbereichen der Proben gibt, die bei einer niedrigeren Substrattemperatur oder mit einem niedrigerem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate ausgebildet wurden.
«Analyse mit Elektronenmikroskop»
Dieser Abschnitt beschreibt die Beobachtung und Analyseergebnisse der Proben, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurden, mittels eines Rastertransmissionselektronenmikroskops mit ringförmigem Dunkelfeld bei großem Winkel (high-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope, HAADF-STEM). Ein Bild, das mit einem HAADF-STEM aufgenommen wird, wird auch als TEM-Bild bezeichnet.
Die Ergebnisse der Bildanalyse von Draufsichtsbildern und Querschnittsbildern, die mittels eines HAADF-STEM aufgenommen wurden (auch als Draufsichts-TEM-Bilder bzw. Querschnitts-TEM-Bilder bezeichnet), werden beschrieben. Die TEM-Bilder werden mit einer Funktion zum Korrigieren der sphärischen Aberration beobachtet. Die HAADF-STEM-Bilder werden mittels eines Analyse-Elektronenmikroskops mit atomarer Auflösung (atomic resolution analytical electron microscope), JEM-ARM200F, hergestellt von JEOL Ltd., unter den folgenden Bedingungen aufgenommen: Die Beschleunigungsspannung ist 200 kV, und eine Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl mit einem Durchmesser von etwa 0,1 nmΦ wird durchgeführt.
19A ist ein Draufsichts-TEM-Bild der Probe, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde. 19B ist ein Querschnitts-TEM-Bild der Probe, die bei einer Temperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde.
«Analyse von Elektronenbeugungsbildern»
Dieser Abschnitt beschreibt Elektronenbeugungsbilder, die durch eine Bestrahlung der Probe, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde, mit einem Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 1 nm (auch als Nanostrahl bezeichnet) erhalten wurden.
Elektronenbeugungsmuster von Punkten, die durch schwarze Punkte a1, a2, a3, a4 und a5 in dem Draufsichts-TEM-Bild in 19A der Proben dargestellt werden, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurden, werden beobachtet. Es sei angemerkt, dass die Elektronenbeugungsbilder beobachtet werden, während die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl bei einer konstanten Rate 35 Sekunden lang durchgeführt wird. 19C, 19D, 19E, 19F und 19G zeigen die Ergebnisse der Punkte, die durch die schwarzen Punkte a1, a2, a3, a4 bzw. a5 dargestellt werden.
In 19C, 19D, 19E, 19F und 19G können Bereiche mit einer hohen Leuchtdichte in Kreisform (Ringform) gezeigt werden. Des Weiteren kann eine Vielzahl von Punkten in einer ringförmigen Form gezeigt werden.
Elektronenbeugungsbilder von Punkten, die durch schwarze Punkte b1, b2, b3, b4 und b5 in dem Querschnitts-TEM-Bild in 19B der Probe dargestellt werden, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde, werden beobachtet. 19H, 19I, 19J, 19K und 19L zeigen die Ergebnisse der Punkte, die durch die schwarzen Punkte b1, b2, b3, b4 bzw. b5 dargestellt werden.
19H, 191, 19J, 19K und 19L können Bereiche mit hoher Leuchtdichte in Ringform gezeigt werden. Des Weiteren kann eine Vielzahl von Punkten in einer ringförmigen Form gezeigt werden.
Wenn beispielsweise ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die parallel zur Probenoberfläche ist, auf einen CAAC-OS mit einem InGaZnO₄-Kristall einfällt, wird ein Beugungsbild erhalten, das einen Punkt aufweist, der auf die (009)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls zurückzuführen ist. Das heißt, dass der CAAC-OS eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweist und dass die c-Achsen in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS ausgerichtet sind. Währenddessen wird ein ringförmiges Beugungsbild gezeigt, wenn ein Elektronenstrahl mit einem Probendurchmesser von 300 nm in einer Richtung, die senkrecht zur Probenfläche ist, auf dieselbe Probe einfällt. Das heißt: Es ist herausgefunden worden, dass der CAAC-OS weder eine Ausrichtung bezüglich der a-Achse noch eine Ausrichtung bezüglich der b-Achse aufweist.
Des Weiteren wird ein einem Halo-Muster (halo pattern) ähnliches Beugungsbild beobachtet, wenn ein Oxidhalbleiter mit einem Nanokristall (nanocrystalline oxide semiconductor (nc-OS)) einer Elektronenbeugung mittels eines Elektronenstrahls mit einem großen Probendurchmesser (z. B. 50 nm oder größer) unterzogen wird. Währenddessen werden helle Punkte in einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild (nanobeam electron diffraction pattern) des nc-OS gezeigt, das erhalten wird, indem ein Elektronenstrahl mit einem kleinen Probendurchmesser (z. B. kleiner als 50 nm) angewandt wird. In einem Nanostrahl-Elektronenbeugungsbild des nc-OS werden ferner 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 hellen Punkten in einer ringförmigen Form gezeigt.
Das Elektronenbeugungsbild der Probe, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde, weist Bereiche mit einer hohen Leuchtdichte in Ringform auf, und eine Vielzahl von hellen Punkten erscheint in ringähnlicher Form. Folglich weist die Probe, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde, ein Elektronenbeugungsbild auf, das demjenigen des nc-OS ähnlich ist, und zeigt keine Ausrichtung in der Ebenenrichtung und der Querschnittsrichtung.
Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Inhalt ist es wahrscheinlich, dass ein Oxidhalbleiter, der bei einer niedrigen Substrattemperatur oder mit einem niedrigen Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate ausgebildet wird, Eigenschaften aufweist, die sich deutlich von denjenigen eines Oxidhalbleiterfilms mit einer amorphen Struktur und eines Oxidhalbleiterfilms mit einer einkristallinen Struktur unterscheiden.
<< Elementaranalyse>>
Dieser Abschnitt beschreibt die Analyseergebnisse der Elemente, die in der Probe enthalten sind, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde. Für die Analyse werden durch eine energiedispersive Röntgenspektroskopie (energy dispersive X-ray spectroscopy, EDX) EDX-Verteilungsbilder erhalten. Ein energiedispersiver Röntgenspektrometer AnalysisStation JED-2300T, hergestellt von JEOL Ltd., wird als Elementanalysegerät bei der EDX-Messung verwendet. Ein Si-Driftdetektor wird verwendet, um einen Röntgenstrahl, der von der Probe emittiert wird, zu detektieren.
Bei der EDX-Messung wird ein EDX-Spektrum eines Punktes erhalten, indem die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl an dem Punkt in einem zu detektierenden Bereich einer Probe durchgeführt wird und die Energie des charakteristischen Röntgenstrahls der Probe, der durch die Bestrahlung erzeugt wird, und dessen Frequenz gemessen werden. Bei dieser Ausführungsform werden Peaks eines EDX-Spektrums des Punktes dem Elektronenübergang in die L-Schale bei einem In-Atom, dem Elektronenübergang in die K-Schale bei einem Ga-Atom sowie dem Elektronenübergang in die K-Schale bei einem Zn-Atom und in die K-Schale bei einem O-Atom zugeschrieben, und die Anteile der Atome in dem Punkt werden berechnet. Ein EDX-Verteilungsbild, das Verteilungen der Anteile der Atome darstellt, kann durch den Prozess in einem zu analysierenden Bereich einer Probe erhalten werden.
20A bis 20C zeigen EDX-Verteilungsbilder in einem Querschnitt der Probe, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde. 20A zeigt ein EDX-Verteilungsbild von Ga-Atomen. Der Anteil der Ga-Atome in sämtlichen Atomen ist 1,18 Atom-% bis 18,64 Atom-%. 20B zeigt ein EDX-Verteilungsbild von In-Atomen. Der Anteil der In-Atomen in sämtlichen Atomen ist 9,28 Atom-% bis 33,74 Atom-%. 20C zeigt ein EDX-Verteilungsbild von Zn-Atomen. Der Anteil der Zn-Atome in sämtlichen Atomen ist 6,69 Atom-% bis 24,99 Atom-%. 20A bis 20C zeigen den gleichen Bereich im Querschnitt der Probe, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde. In den EDX-Verteilungsbildern wird der Anteil eines Elements durch die Graustufe dargestellt: Je mehr gemessene Atome in einem Bereich vorhanden sind, desto heller ist der Bereich; je weniger gemessene Atome in einem Bereich vorhanden sind, desto dunkler ist der Bereich. Die Vergrößerung der EDX-Verteilungsbilder in 20A bis 20C beträgt das 7200000-Fache.
Die EDX-Verteilungsbilder in 20A bis 20C zeigen eine relative Verteilung der Helligkeit, die darauf hindeutet, dass jedes Element eine Verteilung in der Probe aufweist, die bei einer Substrattemperatur von R.T. und mit einem Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate von 10 % ausgebildet wurde. Bereiche, die durch durchgezogene Linien umgeben werden, und Bereiche, die durch gestrichelte Linien umgeben werden, in 20A bis 20C werden untersucht.
In 20A nimmt ein relativ dunkler Bereich eine große Fläche in dem Bereich ein, der mit der durchgezogenen Linie eingekreist ist, während ein relativ heller Bereich eine große Fläche in dem Bereich einnimmt, der mit der gestrichelten Linie eingekreist ist. In 20B nimmt ein relativ heller Bereich eine große Fläche in dem Bereich ein, der durch die durchgezogene Linie umgeben wird, während ein relativ dunkler Bereich eine große Fläche in dem Bereich einnimmt, der mit der gestrichelten Linie eingekreist ist.
Das heißt: Die Bereiche, die mit den durchgezogenen Linien eingekreist sind, sind Bereiche, die eine relativ große Anzahl von In-Atomen aufweisen, und die Bereiche, die von den gestrichelten Linien eingekreist sind, sind Bereiche, die eine relativ kleine Anzahl von In-Atomen aufweisen. In 20C ist der rechte Abschnitt des Bereichs, der mit der durchgezogenen Linie eingekreist ist, relativ hell, und der linke Bereich davon ist relativ dunkel. Daher ist der Bereich, der mit der durchgezogenen Linie eingekreist ist, ein Bereich, der In_X2Zn_Y2O_Z2, InO_X1 oder dergleichen als Hauptkomponenten enthält.
Der Bereich, der mit der durchgezogenen Linie eingekreist ist, ist ein Bereich, die eine relativ kleine Anzahl von Ga-Atomen aufweist, und der Bereich, der mit der gestrichelten Linie eingekreist ist, ist ein Bereich, der eine relativ große Anzahl von Ga-Atomen aufweist. In 20C ist der obere linke Abschnitt des Bereichs, der mit der gestrichelten Linie eingekreist ist, relativ hell, und der untere rechte Abschnitt davon ist relativ dunkel. Daher ist der Bereich, der mit der gestrichelten Linie eingekreist ist, ein Bereich, der GaO_X3, Ga_X4Zn_Y4O_Z4 oder dergleichen als Hauptkomponenten enthält.
Des Weiteren werden, wie in 20A bis 20C gezeigt, die In-Atome relativ mehr gleichmäßig verteilt als die Ga-Atome, und Bereiche, die InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, werden anscheinend durch einen Bereich, der In_X2Zn_Y2O_Z2 als Hauptkomponente enthält, miteinander verbunden. Daher erstrecken sich die Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 und InO_X1 als Hauptkomponenten enthalten, wie eine Wolke.
Ein In-Ga-Zn-Oxid mit einer Zusammensetzung, bei der die Bereiche, die GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthalten, und die Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, ungleichmäßig verteilt und gemischt werden, kann als CAC-OS bezeichnet werden.
Die Kristallstruktur von CAC-OS umfasst eine nc-Struktur. In einem Elektronenbeugungsbild des CAC-OS mit der nc-Struktur erscheinen einige oder mehr helle Punkte, zusätzlich zu hellen Punkten, die auf IGZO mit einem Einkristall, einem Polykristall oder einem CAAC zurückzuführen sind. Alternativ wird, zusätzlich zu den einigen oder mehr hellen Punkten, die Kristallstruktur derart definiert, dass sie Bereiche mit hoher Leuchtdichte aufweist, die in Ringform erscheinen.
Wie in 20A bis 20C gezeigt, weist jeder der Bereiche, die GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthalten, und der Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, oder größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm auf. Es sei angemerkt, dass ein Durchmesser eines Bereichs, der jedes Metallelement als Hauptkomponente enthält, vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 2 nm in den EDX-Verteilungsbildern ist.
Der CAC-OS weist, wie vorstehend beschrieben, eine Struktur auf, die sich von derjenigen einer IGZO-Verbindung unterscheidet, in der Metallelemente gleichmäßig verteilt sind, und er weist Eigenschaften auf, die sich von denjenigen der IGZO-Verbindung unterscheiden. Das heißt, dass in dem CAC-OS Bereiche, die GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthalten, und Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, getrennt sind, um ein Mosaikmuster zu bilden.
Die Leitfähigkeit eines Bereichs, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält, ist höher als diejenige eines Bereichs, der GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthält. Mit anderen Worten: Wenn Ladungsträger durch Bereiche fließen, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, wird die Leitfähigkeit eines Oxidhalbleiters gezeigt. Demzufolge kann dann, wenn Bereiche, die In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthalten, in einem Oxidhalbleiter wie eine Wolke verteilt sind, eine hohe Feldeffektmobilität (µ) erzielt werden.
Im Gegensatz dazu ist die isolierende Eigenschaft eines Bereichs, der GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthält, höher als diejenige eines Bereichs, der In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 als Hauptkomponente enthält. Mit anderen Worten: Wenn Bereiche, die GaO_X3 oder dergleichen als Hauptkomponente enthalten, in einem Oxidhalbleiter verteilt sind, kann der Leckstrom unterdrückt werden, und es kann eine vorteilhafte Schaltfunktion erzielt werden.
Folglich komplementieren dann, wenn ein CAC-OS für ein Halbleiterelement verwendet wird, die isolierende Eigenschaft, die aus GaO_X3 oder dergleichen stammt, und die Leitfähigkeit, die aus In_X2Zn_Y2O_Z2 oder InO_X1 stammt, einander, wodurch ein hoher Durchlassstrom (I_on ) und eine hohe Feldeffektmobilität (µ) erhalten werden können.
Ein Halbleiterelement, das einen CAC-OS beinhaltet, weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Daher wird der CAC-OS für verschiedene_Halbleitervorrichtungen, typischerweise ein Display, in geeigneter Weise verwendet.
<Transistor, der einen Metalloxidfilm beinhaltet>
Als Nächstes wird ein Transistor, der einen Metalloxidfilm beinhaltet, beschrieben.
Durch Verwendung des Metalloxidfilms in einem Transistor kann der Transistor eine hohe Ladungsträgermobilität und hohe Schalteigenschaften aufweisen. Außerdem kann der Transistor eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Ein Metalloxidfilm mit einer niedrigen Ladungsträgerdichte wird vorzugsweise in einem Transistor verwendet. Beispielsweise ist die Ladungsträgerdichte des Metalloxidfilms 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.
Um die Ladungsträgerdichte des Metalloxidfilms zu verringern, wird die Verunreinigungskonzentration des Metalloxidfilms derart verringert, dass die Dichte der Defektzustände verringert werden kann. In dieser Beschreibung und dergleichen wird ein Zustand mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration und einer niedrigen Dichte der Defektzustände als „hochrein intrinsisch“ oder „im Wesentlichen hochrein intrinsisch“ bezeichnet. Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Metalloxidfilm weist nur wenige Ladungsträgererzeugungsquellen auf und kann deshalb eine niedrige Ladungsträgerdichte aufweisen. Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Metalloxidfilm weist in einigen Fällen eine niedrige Dichte der Defektzustände und folglich nur wenige Einfangszustände auf.
Ladungen, die von den Einfangzuständen in dem Metalloxidfilm eingefangen werden, brauchen eine lange Zeit, bis sie freigesetzt werden, und können sich wie feste Ladungen verhalten. Daher könnte ein Transistor, in dem ein Kanalbereich in einem Oxidhalbleiter mit einer hohen Dichte der Einfangzustände gebildet wird, instabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
Um stabile elektrische Eigenschaften des Transistors zu erhalten, ist es wirksam, die Konzentration von Verunreinigungen des Metalloxidfilms zu verringern. Um die Konzentration von Verunreinigungen des Metalloxidfilms zu verringern, wird die Konzentration von Verunreinigungen eines Films, der dem Metalloxidfilm benachbart ist, vorzugsweise verringert. Als Beispiele für die Verunreinigungen werden Wasserstoff, Stickstoff, ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, Eisen, Nickel, Silizium und dergleichen angegeben.
Hier wird der Einfluss von Verunreinigungen in dem Metalloxidfilm beschrieben.
Wenn Silizium oder Kohlenstoff, bei denen es sich um eines der Elemente der Gruppe 14 handelt, in dem Metalloxidfilm enthalten ist, bilden sich Defektzustände in einem Oxidhalbleiter. Deshalb werden die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiter und die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in der Nähe einer Grenzfläche zu dem Oxidhalbleiter (gemessen durch SIMS) auf niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt auf niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁷ Atome/cm³ eingestellt.
Wenn der Metalloxidfilm ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall enthält, werden in einigen Fällen Defektzustände gebildet und Ladungsträger erzeugt. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich ein Transistor, der einen ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall enthaltenden Metalloxidfilm umfasst, selbstleitend verhält. Deshalb wird die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem Metalloxidfilm vorzugsweise verringert. Insbesondere wird die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem Metalloxidfilm, die durch SIMS gemessen wird, auf niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt auf niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁶ Atome/cm³ eingestellt.
Wenn der Metalloxidfilm Stickstoff enthält, wird der Metalloxidfilm leicht zum n-Typ, indem Elektronen, die als Ladungsträger dienen, erzeugt werden und die Ladungsträgerdichte erhöht wird. Folglich ist es wahrscheinlich, dass sich ein Transistor, dessen Halbleiter einen Stickstoff enthaltenden Oxidhalbleiter beinhaltet, selbstleitend verhält. Aus diesem Grund wird Stickstoff in dem Oxidhalbleiter vorzugsweise so weit wie möglich verringert; die Stickstoffkonzentration, die durch SIMS gemessen wird, wird beispielsweise auf niedriger als 5 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ und noch bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³ eingestellt.
Wasserstoff, der in dem Metalloxidfilm enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, zu Wasser, und daher erzeugt er in einigen Fällen eine Sauerstofffehlstelle (Vo). Der Eintritt von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstelle (Vo) erzeugt in einigen Fällen ein Elektron, das als Ladungsträger dient. In einigen Fällen verursacht ferner eine Bindung eines Teils von Wasserstoff mit Sauerstoff, der an ein Metallelement gebunden ist, die Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Daher ist es wahrscheinlich, dass sich ein Transistor, der einen Wasserstoff enthaltenden Oxidhalbleiter enthält, selbstleitend verhält. Folglich wird Wasserstoff in dem Oxidhalbleiter vorzugsweise so weit wie möglich verringert. Insbesondere wird die Wasserstoffkonzentration des Oxidhalbleiters, die durch SIMS gemessen wird, auf niedriger als 1 × 10²⁰ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, bevorzugter niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ und noch bevorzugter niedriger als 1 × 10¹⁸ Atome/cm³ eingestellt.
Die Sauerstofffehlstellen (Vo) in dem Metalloxidfilm können verringert werden, indem das Einführen von Sauerstoff in den Metalloxidfilm verringert wird. Das heißt, dass die Sauerstofffehlstellen (V_o ) in dem Metalloxidfilm verschwinden, wenn die Sauerstofffehlstellen (Vo) mit Sauerstoff gefüllt werden. Folglich kann eine Diffusion von Sauerstoff in den Metalloxidfilm die Sauerstofffehlstellen (Vo) in einem Transistor verringern und die Zuverlässigkeit des Transistors verbessern.
Als Verfahren zum Einleiten von Sauerstoff in den Metalloxidfilm wird beispielsweise ein Oxid, in dem der Sauerstoffgehalt höher ist als derjenige bei der stöchiometrischen Zusammensetzung, in Kontakt mit dem Oxidhalbleiter bereitgestellt. Das heißt, dass in dem Oxid vorzugsweise ein Bereich ausgebildet wird, der mehr Sauerstoff enthält als in der stöchiometrischen Zusammensetzung (im Folgenden auch als Bereich mit Sauerstoffüberschuss bezeichnet). Im Besonderen wird in dem Fall, in dem der Metalloxidfilm in einem Transistor verwendet wird, ein Oxid, das einen Bereich mit Sauerstoffüberschuss enthält, in einem Basisfilm, einem Zwischenschichtfilm oder dergleichen in der Nähe des Transistors bereitgestellt, wodurch Sauerstofffehlstellen in dem Transistor verringert werden, und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
Wenn ein Metalloxidfilm mit einer ausreichend verringerten Verunreinigungskonzentration für einen Kanalbildungsbereich in einem Transistor verwendet wird, kann der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement im Modus mit horizontalem elektrischem Feld als Anzeigeelement verwendet, mit Bezug auf 21 beschrieben.
21 zeigt Flussdiagramme, die die Herstellungsprozesse von Anzeigevorrichtungen zeigen, die Flüssigkristallelemente im Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwenden. 21 zeigt Beispiele für Herstellungsprozesse bei Verwendung eines Oxidhalbleiters (insbesondere CAC-OS), bei Verwendung von Niedertemperatur-Polysilizium (LTPS) und bei Verwendung von hydriertem amorphem Silizium (a-Si:H) als Kanal eines Transistors.
<CAC-OS>
Der Fall der Verwendung eines CAC-OS im Transistor wird beschrieben. Zunächst wird eine Gate-Elektrode (GE) mit einer Sputtervorrichtung (SP) ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Gate-Elektrode verarbeitet wird.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Gate-Isolierfilm (GI: Gate-Isolator) über der Gate-Elektrode ausgebildet. Danach wird mit einer Sputtervorrichtung ein Oxidhalbleiter- (OS-) Film, der zu einer aktiven Schicht wird, über dem Gate-Isolierfilm ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der Oxidhalbleiterfilm zu einer Inselform verarbeitet wird.
Anschließend werden Teile des Gate-Isolierfilms verarbeitet, um Öffnungen zur Gate-Elektrode zu bilden. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Öffnungen gebildet werden.
Anschließend wird ein leitfähiger Film über dem Gate-Isolierfilm und dem Oxidhalbleiterfilm mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet und der leitfähige Film wird zu einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode (S/D-Elektroden) verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode ausgebildet werden.
Danach wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Passivierungsfilm über dem Oxidhalbleiterfilm, der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode ausgebildet.
Anschließend wird der Passivierungsfilm teilweise verarbeitet, um Öffnungen zu bilden, die die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode erreichen. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Öffnungen ausgebildet werden.
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über dem Passivierungsfilm ausgebildet, um die im Passivierungsfilm gebildeten Öffnungen zu bedecken, und der leitfähige Film wird zu einer gemeinsamen Elektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die gemeinsame Elektrode ausgebildet wird.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Isolierfilm über dem Passivierungsfilm und der gemeinsamen Elektrode ausgebildet. Danach werden in Teilen des Isolierfilms Öffnungen gebildet, die die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode erreichen. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der Isolierfilm ausgebildet wird (wenn die Öffnungen in den Teilen des Isolierfilms gebildet werden).
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm ausgebildet und der leitfähige Film wird zu einer Pixelelektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Pixelelektrode ausgebildet wird.
Durch den vorstehend beschriebenen Prozess kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld hergestellt werden. Es sei angemerkt, dass im Falle der Verwendung von CAC-OS insgesamt acht Masken zur Herstellung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwendet werden.
<LTPS>
Der Fall der Verwendung von LTPS im Transistor wird beschrieben. Zunächst wird mit einer Sputtervorrichtung ein lichtundurchlässiger Film ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der lichtundurchlässige Film verarbeitet wird.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Basisisolierfilm über dem lichtundurchlässigen Film ausgebildet. Danach wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Si-Film, der zu einer aktiven Schicht wird, über dem Basisisolierfilm ausgebildet, gefolgt von einem Excimer-Laserglühen (excimer laser annealing, ELA) zur Kristallisation des Si-Films. Durch den ELA-Prozess wird der Si-Film für die aktive Schicht zu einem kristallinen Siliziumfilm (Polysiliziumfilm oder p-Si-Film). Es sei angemerkt, dass große Geräte erforderlich sind, um ELA auf einer großen Fläche durchzuführen. Lineare Unregelmäßigkeiten und dergleichen, die ELA eigen sind, treten in einigen Fällen auf.
Anschließend wird der p-Si-Film zu einer Inselform verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der p-Si-Film zu einer Inselform verarbeitet wird.
Anschließend wird ein Gate-Isolierfilm (GI) über dem p-Si-Film mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet, gefolgt von der Ausbildung einer Gate-Elektrode (GE) über dem Gate-Isolierfilm mit einer Sputtervorrichtung. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Gate-Elektrode ausgebildet wird. Ein Teil des Gate-Isolierfilms wird entfernt, wenn die Gate-Elektrode ausgebildet wird.
Danach wird eine Verunreinigungsimplantation mit einer lonendotierungs- (ID-) Vorrichtung durchgeführt, um n⁺-Bereiche im p-Si-Film auszubilden. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die n⁺-Bereiche ausgebildet werden. Anschließend wird die Verunreinigungsimplantation mit einer Ionendotierungsvorrichtung durchgeführt, um n -Bereiche im p-Si-Film auszubilden. Es sei angemerkt, dass bei der Ausbildung der n-Bereiche keine Maske verwendet wird und die Dotierung auf einer ganzen Oberfläche erfolgt. Anschließend wird die Verunreinigungsimplantation mit einer Ionendotierungsvorrichtung durchgeführt, um p⁺-Bereiche im p-Si-Film auszubilden. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, um die p⁺-Bereiche auszubilden.
Danach wird eine thermische Aktivierung durchgeführt. Ein Glühofen, eine RTA-Vorrichtung oder dergleichen können für die thermische Aktivierung verwendet werden.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Zwischenschicht-Isolierfilm über dem p-Si-Film und der Gate-Elektrode ausgebildet. Danach werden Teile des Zwischenschicht-Isolierfilms und Teile des Gate-Isolierfilms verarbeitet, um Öffnungen zu den n⁺-Bereichen und den p⁺-Bereichen auszubilden. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Öffnungen gebildet werden.
Anschließend wird ein leitfähiger Film über dem Zwischenschicht-Isolierfilm, in dem die Öffnungen gebildet werden, mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet, und der leitfähige Film wird zu einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode (S/D-Elektroden) verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode ausgebildet werden.
Danach wird ein isolierender Planarisierungsfilm über der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode mit einer Beschichtungsvorrichtung ausgebildet. Als isolierender Planarisierungsfilm kann beispielsweise ein organischer Harzfilm verwendet werden. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der isolierende Planarisierungsfilm ausgebildet wird.
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über dem isolierenden Planarisierungsfilm ausgebildet, und der leitfähige Film wird zu einer gemeinsamen Elektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die gemeinsame Elektrode ausgebildet wird.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Isolierfilm über der gemeinsamen Elektrode ausgebildet. Danach werden in Teilen des Isolierfilms Öffnungen gebildet, die die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode erreichen. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der Isolierfilm ausgebildet wird (wenn die Öffnungen in den Teilen des Isolierfilms gebildet werden).
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm ausgebildet und der leitfähige Film wird zu einer Pixelelektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Pixelelektrode ausgebildet wird.
Durch den vorstehend beschriebenen Prozess kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld hergestellt werden. Es sei angemerkt, dass im Falle der Verwendung von LTPS insgesamt elf Masken zur Herstellung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwendet werden.
<a-Si:H>
Der Fall der Verwendung von a-Si:H im Transistor wird beschrieben. Zunächst wird eine Gate-Elektrode (GE) mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Gate-Elektrode verarbeitet wird.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Gate-Isolierfilm (GI) über der Gate-Elektrode ausgebildet. Danach wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Silizium-(Si-) Film, der zu einer aktive Schicht wird, über dem Gate-Isolierfilm ausgebildet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der Silizium-Film zu einer Inselform verarbeitet wird.
Anschließend wird ein Teil des Gate-Isolierfilms verarbeitet, um eine Öffnung zur Gate-Elektrode zu bilden. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Öffnung gebildet wird.
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über dem Gate-Isolierfilm ausgebildet und der leitfähige Film wird zu einer Kondensatorelektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Kondensatorelektrode ausgebildet wird.
Anschließend wird ein leitfähiger Film über dem Gate-Isolierfilm und dem Siliziumfilm mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet und der leitfähige Film wird zu einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode (S/D-Elektroden) verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode ausgebildet werden.
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode ausgebildet, und der leitfähige Film wird zu einer gemeinsamen Elektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die gemeinsame Elektrode ausgebildet wird.
Anschließend wird mit einer PECVD-Vorrichtung ein Isolierfilm über der gemeinsamen Elektrode ausgebildet. Danach werden in Teilen des Isolierfilms Öffnungen gebildet, die die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode erreichen. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn der Isolierfilm ausgebildet wird (wenn die Öffnungen in dem Teil des Isolierfilms gebildet werden).
Anschließend wird mit einer Sputtervorrichtung ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm ausgebildet und der leitfähige Film wird zu einer Pixelelektrode verarbeitet. Es sei angemerkt, dass eine Maske verwendet wird, wenn die Pixelelektrode ausgebildet wird.
Durch den vorstehend beschriebenen Prozess kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld hergestellt werden. Es sei angemerkt, dass im Falle der Verwendung von a-Si:H insgesamt acht Masken zur Herstellung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass in jedem der Flussdiagramme des CAC-OS, des LTPS und des a-Si:H die Schritte zum Ausbilden der gemeinsamen Elektrode, zum Ausbilden des Isolierfilms über der gemeinsamen Elektrode und zum Ausbilden der Pixelelektrode für den Herstellungsprozess der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld spezifisch sind. Daher wird bei der Herstellung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung eines Flüssigkristallelements im Modus mit vertikalem elektrischem Feld (z. B. VA-Modus) oder bei Verwendung eines organischen EL-Elements als Anzeigeelement ein anderes Verfahren als dasjenige der Flüssigkristallanzeigevorrichtung im Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwendet.
Wie in 21 dargestellt, kann der Transistor in dem Fall, in dem der CAC-OS im Transistor für das Flüssigkristallelement im Modus mit horizontalem elektrischem Feld verwendet wird, durch einen einfacheren Prozess hergestellt werden als in dem Fall, in dem LTPS verwendet wird. Darüber hinaus kann der Transistor mit dem CAC-OS mit der gleichen Anzahl von Masken hergestellt werden wie der Transistor mit a-Si:H und er weist eine höhere Mobilität auf als ein Transistor mit s-Si:H. Wenn also der Transistor mit dem CAC-OS verwendet wird, kann ein Teil oder die gesamte Treiberschaltung (Gate-Treiber oder Source-Treiber) in einer Anzeigevorrichtung bereitgestellt werden.
Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften der einzelnen Prozesse.

[Tabelle 1]

	CAC-OS		LTPS		a-Si : H
		elektrisches		elektrisches		elektrisches
	TN, VA	Feld	TN, VA	Feld	TN, VA	Feld
Anzahl der Masken zum Ausbilden des LCD	6 - 7	\| 6 ∼ 8	9	1 11	4 ∼ 5	-8
Anzahl der Masken zum Ausbilden des FET	( 5 )		( 6 )		( 4 )
maximale Prozesstemperatur	- 350 °C		400 °C -		- 350 °C
Gate-Treiber	möglich		möglich		möglich
Mobilität [ cm²/Vs ]	- 100		- 100		- 1
Ein-/Aus-Verhältnis	-20		-9		-7
Gerätekosten	niedrig		hoch		niedrig
Anlagekosten	niedrig		hoch		niedrig

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist bei Verwendung von CAC-OS die Anzahl der Masken nahezu gleich derjenigen bei Verwendung von a-Si:H, und die elektrischen Eigenschaften, wie z. B. die Feldeffektmobilität (oder einfach als Mobilität bezeichnet) und das Ein-/Aus-Verhältnis, sind denen bei Verwendung von a-Si:H überlegen. Somit erzielt man mit dem CAC-OS eine Anzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität. Darüber hinaus sind, wie in Tabelle 1 gezeigt, die maximale Prozesstemperatur, die Gerätekosten und die Anlagekosten (plant cost) für CAC-OS niedriger als bei LTPS. Dadurch können die Herstellungskosten für die Anzeigevorrichtung eingespart werden.
Es sei angemerkt, dass ein Transistor mit einem Oxidhalbleiter, der durch CAC-OS typisiert wird, im Vergleich zu einem Transistor mit Silizium vorteilhafte Effekte, wie z. B. einen niedrigen Sperrstrom, keine oder nur sehr wenige Kurzkanal-Effekte, eine hohe Spannungsfestigkeit und eine geringe Änderung der Temperatureigenschaften, erzielt. Darüber hinaus kann ein Transistor mit einem Oxidhalbleiter mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, da er eine Schaltgeschwindigkeit oder Frequenzeigenschaften aufweist, die mit denen eines Transistors mit Silizium vergleichbar sind. Somit kann eine Anzeigevorrichtung, die einen Transistor mit einem Oxidhalbleiter beinhaltet, eine hohe Anzeigequalität und hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für eine Anzeigevorrichtung, die den bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Transistor umfasst, im Folgenden anhand von 22 bis 28 beschrieben.
22 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung darstellt. Eine Anzeigevorrichtung 700 in 22 beinhaltet einen Pixelabschnitt 702 über einem ersten Substrat 701, einen Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und einen Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über dem ersten Substrat 701, ein Dichtungsmittel 712, das den Pixelabschnitt 702, den Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und den Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 umgibt, und ein zweites Substrat 705, das dem ersten Substrat 701 zugewandt ist. Das erste Substrat 701 und das zweite Substrat 705 sind mit dem Dichtungsmittel 712 aneinander befestigt. Das heißt: Der Pixelabschnitt 702, der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 sind von dem ersten Substrat 701, dem Dichtungsmittel 712 und dem zweiten Substrat 705 umschlossen. Obwohl in 22 nicht dargestellt, ist ein Anzeigeelement zwischen dem ersten Substrat 701 und dem zweiten Substrat 705 bereitgestellt.
Bei der Anzeigevorrichtung 700 ist ein Anschlussabschnitt für eine flexible gedruckte Schaltung (flexible printed circuit, FPC) (FPC-Anschlussabschnitt) 708, der elektrisch mit dem Pixelabschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 verbunden ist, in einem Bereich bereitgestellt, der sich von dem von dem Dichtungsmittel 712 umgebenen Bereich unterscheidet und über dem ersten Substrat 701 positioniert ist. Des Weiteren ist eine FPC 716 mit dem FPC-Anschlussabschnitt 708 verbunden, und verschiedene Signale und dergleichen werden dem Pixel-Abschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über die FPC 716 zugeführt. Außerdem ist eine Signalleitung 710 mit dem Pixelabschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704, dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 und dem FPC-Anschlussabschnitt 708 verbunden. Verschiedene Signalen und dergleichen werden von der FPC 716 über die Signalleitung 710 dem Pixelabschnitt 702, dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704, dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 und dem FPC-Anschlussabschnitt 708 zugeführt.
Eine Vielzahl von Gate-Treiberschaltungsabschnitten 706 kann in der Anzeigevorrichtung 700 bereitgestellt werden. Die Struktur der Anzeigevorrichtung 700 ist nicht auf das hier gezeigte Beispiel beschränkt, in dem der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 sowie der Pixelabschnitt 702 über dem ersten Substrat 701 ausgebildet sind. Beispielsweise kann nur der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706 über dem ersten Substrat 701 ausgebildet sein, oder nur der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 kann über dem ersten Substrat 701 ausgebildet sein. In diesem Fall kann ein Substrat, über dem eine Source-Treiberschaltung, eine Gate-Treiberschaltung oder dergleichen ausgebildet ist (z. B. ein Treiberschaltungssubstrat, das unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiterfilms oder eines polykristallinen Halbleiterfilms ausgebildet wird), auf dem ersten Substrat 701 ausgebildet sein. Es sei angemerkt, dass es keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zum Verbinden des getrennt bereitgestellten Treiberschaltungssubstrats gibt und dass ein Chip auf Glas- (chip on glass, COG-) Verfahren, ein Drahtbondverfahren oder dergleichen verwendet werden kann.
Der Pixelabschnitt 702, der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 706, welche in der Anzeigevorrichtung 700 enthalten sind, umfassen eine Vielzahl von Transistoren.
Die Anzeigevorrichtung 700 kann eine Vielfalt von Elementen beinhalten. Als Beispiele für die Elemente können ein Elektrolumineszenz- (EL-) Element (z. B. ein EL-Element, das ein organisches Material und ein anorganisches Material enthält, ein organisches EL-Element, ein anorganisches EL-Element oder eine LED), ein Licht emittierendes Transistorelement (einen Transistor, der in Abhängigkeit von Strom Licht emittiert), ein Elektronen-Emitter, ein Flüssigkristallelement, eine elektronische Tintenanzeige, ein elektrophoretisches Element, ein Elektrobenetzungselement, ein Plasmabildschirm (PDP, plasma display panel), eine Anzeige, bei der ein MEMS (mikroelektromechanisches System) zur Anwendung kommt (z. B. ein Grating Light Valve (GLV) bzw. Lichtgitterventil, eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD, digital micromirror device) oder ein Digital Micro Shutter- bzw. digitales Mikroverschluss-(DMS-) Element), und eine piezoelektrische Keramikanzeige angegeben werden.
Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die ein EL-Element beinhaltet, ist eine EL-Anzeige. Beispiele für eine Anzeigevorrichtung, die einen Elektronen-Emitter beinhaltet, umfassen eine Feldemissionsanzeige (field emission display, FED) und eine SED-Typ-Flachbildschirm-Anzeige (SED: surface-conduction electron-emitter display bzw. oberflächenleitende Elektronen-Emitter-Anzeige). Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement beinhaltet, ist eine Flüssigkristallanzeige (eine transmissive Flüssigkristallanzeige, eine transflektive Flüssigkristallanzeige, eine reflektierende Flüssigkristallanzeige, eine Direktansicht-Flüssigkristallanzeige, oder eine Projektionsflüssigkristallanzeige). Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung, die eine elektronische Tintenanzeige oder ein elektrophoretisches Element beinhaltet, ist elektronisches Papier. In einer transflektiven Flüssigkristallanzeige oder einer reflektierenden Flüssigkristallanzeige können einige oder alle Pixel-Elektroden als reflektierende Elektroden dienen. Beispielsweise können einige oder alle Pixel-Elektroden Aluminium, Silber oder dergleichen enthalten. In diesem Fall kann eine Speicherschaltung, wie z. B. ein SRAM, unter den reflektierenden Elektroden angeordnet sein, was zu einem niedrigeren Stromverbrauch führt.
Als Anzeigeverfahren der Anzeigevorrichtung 700 kann ein Progressivverfahren, ein Zeilensprungverfahren oder dergleichen verwendet werden. Des Weiteren sind die Farbelemente, die in Pixels zum Zeitpunkt der Anzeige von Farbbildern gesteuert werden, nicht auf die drei Farben R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau) beschränkt. Beispielsweise können vier Pixel, d. h. ein R-Pixel, ein G-Pixel, ein B-Pixel und ein W- (Weiß) Pixel, verwendet werden. 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 Farben von Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen zu RGB hinzugefügt werden. Es sei angemerkt, dass die Größe eines Anzeigebereichs zwischen Punkten von Farbelementen verschieden sein kann. Eine Ausführungsform der offenbarten Erfindung ist nicht auf eine Farbanzeigevorrichtung beschränkt; die offenbarte Erfindung kann auch auf eine monochrome Anzeigevorrichtung angewandt werden.
Eine Farbschicht (auch als Farbfilter bezeichnet) kann verwendet werden, um eine Vollfarbanzeigevorrichtung zu erhalten, bei der weißes Licht (W) für eine Hintergrundbeleuchtung (z. B. ein organisches EL-Element, ein anorganisches EL-Element, eine LED oder eine Fluoreszenzlampe) verwendet wird. Beispielsweise können eine rote (R) Farbschicht, eine grüne (G) Farbschicht, eine blaue (B) Farbschicht und eine gelbe (Y) Farbschicht in angemessener Weise kombiniert werden. Unter Verwendung der Farbschicht kann eine höhere Farbreproduzierbarkeit erzielt werden als in dem Fall ohne Farbschicht. Hier werden ein Bereich mit einer Farbschicht und ein Bereich ohne Farbschicht bereitgestellt, wodurch weißes Licht in dem Bereich ohne Farbschicht direkt zur Anzeige genutzt werden kann. Wenn der Bereich ohne Farbschicht teilweise bereitgestellt wird, kann eine Verringerung der Leuchtdichte eines hellen Bildes aufgrund der Farbschicht unterdrückt werden, und der Stromverbrauch kann in einigen Fällen um 20 % bis 30 % reduziert werden. In dem Fall, in dem eine Vollfarbanzeige unter Verwendung eines selbstleuchtenden Elements, wie z. B. eines organischen EL-Elements oder eines anorganischen EL-Elements, durchgeführt wird, können Elemente Licht in ihren jeweiligen Farben, R, G, B, Y und W, emittieren. Unter Verwendung eines selbstleuchtenden Elements kann der Stromverbrauch im Vergleich zum Fall der Verwendung der Farbschicht weiter reduziert werden.
Als Farbgebungsverfahren kann ein beliebiges der folgenden Systeme verwendet werden: das vorstehend beschriebene Farbfiltersystem, bei dem ein Teil von weißem Licht durch Farbfilter in rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht umgewandelt wird; ein Dreifarbensystem, bei dem rotes Licht, grünes Licht und blaues Licht verwendet werden; und ein Farbumwandlungssystem oder ein Quantenpunktsystem, bei dem ein Teil von blauem Licht in rotes Licht oder grünes Licht umgewandelt wird.
Bei dieser Ausführungsform werden eine Struktur, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement beinhaltet, und eine Struktur, die ein EL-Element als Anzeigeelement beinhaltet, anhand von 23 bis 28 beschrieben. 23 bis 25 und 27 sind jeweils eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q-R in 22 und sie stellen jeweils die Struktur dar, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement umfasst. 26 und 28 sind jeweils eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q-R in 22 und sie stellen jeweils die Struktur dar, die ein EL-Element als Anzeigeelement umfasst.
Abschnitte, die 23 bis 28 gemeinsam sind, werden zuerst beschrieben, und dann werden unterschiedliche Abschnitte beschrieben.
<Gemeinsame Abschnitte der Anzeigevorrichtungen>
Die Anzeigevorrichtung 700 in 23 bis 28 beinhaltet einen Anschlussleitungsabschnitt 711, den Pixelabschnitt 702, den Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 und den FPC-Anschlussabschnitt 708. Der Anschlussleitungsabschnitt 711 beinhaltet die Signalleitung 710. Der Pixelabschnitt 702 beinhaltet einen Transistor 750 und einen Kondensator (nicht dargestellt). Der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 beinhaltet einen Transistor 752.
Der Transistor 750 und der Transistor 752 weisen jeweils eine Struktur auf, die derjenigen des vorstehend beschriebenen Transistors 100D ähnlich ist. Es sei angemerkt, dass der Transistor 750 keine zweite Gate-Elektrode beinhaltet. Der Transistor 750 und der Transistor 752 können jeweils die Struktur eines der anderen Transistoren aufweisen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind.
Der Transistor, der bei dieser Ausführungsform verwendet wird, beinhaltet einen Metalloxidfilm, der hochrein ist und in dem eine Bildung von Sauerstofffehlstellen unterdrückt wird. Der Sperrstrom des Transistors kann niedrig sein. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, für eine lange Zeit gehalten werden, und ein langes Schreibintervall kann in einem Durchlasszustand eingestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit des Aktualisierungsvorgangs verringert werden, was den Stromverbrauch reduziert.
Außerdem kann der bei dieser Ausführungsform verwendete Transistor eine relativ hohe Feldeffektmobilität aufweisen, wodurch er für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet ist. Beispielsweise kann in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die einen derartigen Transistor beinhaltet, der für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet ist, ein Schalttransistor in einem Pixelabschnitt und ein Treibertransistor in einem Treiberschaltungsabschnitt über einem einzigen Substrat ausgebildet werden. Das heißt: Eine zusätzliche Halbleitervorrichtung, die unter Verwendung eines Siliziumwafers oder dergleichen ausgebildet wird, ist als Treiberschaltung nicht erforderlich, wodurch die Anzahl der Komponenten der Halbleitervorrichtung verringert werden kann. Zudem kann, indem der Transistor, der für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignet ist, in dem Pixelabschnitt verwendet wird, ein hochqualitatives Bild bereitgestellt werden.
Obwohl 23 bis 28 jeweils ein Beispiel darstellen, in dem der Transistor 750, der in dem Pixelabschnitt 702 enthalten ist, und der Transistor 752, der in dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 enthalten ist, die gleiche Struktur aufweisen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können der Pixelabschnitt 702 und der Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 unterschiedliche Transistoren beinhalten. Insbesondere kann eine Struktur, bei der ein Staggered-Transistor in dem Pixelabschnitt 702 verwendet wird und der Inverted-Staggered-Transistor, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, in dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 verwendet wird, oder eine Struktur, bei der der Inverted-Staggered-Transistor, der bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, in dem Pixelabschnitt 702 verwendet wird und ein Staggered-Transistor in dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 verwendet wird, zum Einsatz kommen. Es sei angemerkt, dass der Begriff „Source-Treiberschaltungsabschnitt 704“ durch den Begriff „Gate-Treiberschaltungsabschnitt“ ersetzt werden kann.
Die Signalleitung 710 wird durch den gleichen Prozess wie die leitfähigen Filme ausgebildet, die als Source-Elektroden und Drain-Elektroden der Transistoren 750 und 752 dienen. In dem Fall, in dem die Signalleitung 710 unter Verwendung eines Materials ausgebildet wird, das ein Kupferelement enthält, wird eine Signalverzögerung oder dergleichen wegen des Leitungswiderstandes (wiring resistance) verringert, was eine Anzeige von Bildern auf einem großen Bildschirm ermöglicht.
Der FPC-Anschlussabschnitt 708 beinhaltet eine Verbindungselektrode 760, einen anisotropen leitfähigen Film 780 und die FPC 716. Es sei angemerkt, dass die Verbindungselektrode 760 durch den gleichen Prozess wie die leitfähigen Filme ausgebildet wird, die als Source-Elektroden und Drain-Elektroden der Transistoren 750 und 752 dienen. Die Verbindungselektrode 760 ist elektrisch mit einem Anschluss in der FPC 716 durch den anisotropen leitfähigen Film 780 verbunden.
Als erstes Substrat 701 und zweites Substrat 705 kann beispielsweise ein Glassubstrat verwendet werden. Flexible Substrate können auch als erstes Substrat 701 und zweites Substrat 705 verwendet werden. Ein Beispiel für das flexible Substrat ist ein Kunststoffsubstrat.
Eine Struktur 778 ist zwischen dem ersten Substrat 701 und dem zweiten Substrat 705 bereitgestellt. Die Struktur 778 ist ein säulenförmiger Abstandshalter, der durch selektives Ätzen eines Isolierfilms erhalten wird, und ist bereitgestellt, um den Abstand (cell gap, Zellenlücke) zwischen dem ersten Substrat 701 und dem zweiten Substrat 705 zu steuern. Alternativ kann auch ein kugelförmiger Abstandshalter als Struktur 778 verwendet werden.
Ein lichtundurchlässiger Film 738, der als Schwarzmatrix dient, ein Farbfilm 736, der als Farbfilter dient, und ein Isolierfilm 734 in Kontakt mit dem lichtundurchlässigen Film 738 und dem Farbfilm 736 sind auf der Seite des zweiten Substrats 705 angeordnet.
<Strukturbeispiel einer Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement beinhaltet>
Die Anzeigevorrichtung 700 in 23 beinhaltet ein Flüssigkristallelement 775. Das Flüssigkristallelement 775 beinhaltet einen leitfähigen Film 772, einen leitfähigen Film 774 und eine Flüssigkristallschicht 776. Der leitfähige Film 774 ist auf der Seite des zweiten Substrats 705 angeordnet und dient als Gegenelektrode. Die Anzeigevorrichtung 700 in 23 kann ein Bild anzeigen, indem das Durchlassen oder Nichtdurchlassen von Licht durch den Ausrichtungszustand in der Flüssigkristallschicht 776, der in Abhängigkeit von der Spannung verändert wird, die zwischen dem leitfähigen Film 772 und dem leitfähigen Film 774 angelegt wird, gesteuert wird.
Der leitfähige Film 772 ist elektrisch mit dem leitfähigen Film verbunden, der als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des Transistors 750 dient. Der leitfähige Film 772 ist über einem Gate-Isolierfilm des Transistors 750 ausgebildet und dient als Pixelelektrode, d. h. eine Elektrode des Anzeigeelementes. Der leitfähige Film 772 weist eine Funktion einer reflektierenden Elektrode auf. Die Anzeigevorrichtung 700 in 23 ist eine sogenannte reflektierende Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung, bei der externes Licht von dem leitfähigen Film 772 reflektiert wird, um ein Bild durch den Farbfilm 736 anzuzeigen.
Ein leitfähiger Film, der sichtbares Licht durchlässt, oder ein leitfähiger Film, der sichtbares Licht reflektiert, kann für den leitfähigen Film 772 verwendet werden. Beispielsweise wird ein Material, das ein Element ausgewählt aus Indium (In), Zink (Zn) und Zinn (Sn) enthält, vorzugsweise für den leitfähigen Film verwendet, der sichtbares Licht durchlässt. Zum Beispiel wird vorzugsweise ein Material, das Aluminium oder Silber enthält, für den leitfähigen Film verwendet, der sichtbares Licht reflektiert. Bei dieser Ausführungsform wird ein leitfähiger Film, der sichtbares Licht reflektiert, für den leitfähigen Film 772 verwendet.
Wie in 24 dargestellt, kann ein Isolierfilm 770, der als Planarisierungsfilm dient, im Pixelabschnitt 702 ausgebildet werden. Der leitfähige Film 772 wird über dem Isolierfilm 770 ausgebildet. Darüber hinaus wird über dem leitfähigen Film 772 ein Isolierfilm 735 mit einer Öffnung ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass die Anzeigevorrichtung 700 nicht auf die Beispiele in 23 und 24 beschränkt ist, die jeweils eine reflektierende Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung darstellen; sie kann eine transmissive Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung sein, bei der ein leitfähiger Film, der sichtbares Licht durchlässt, für den leitfähigen Film 772 verwendet wird. Alternativ kann die Anzeigevorrichtung 700 eine sogenannte transflektive Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung sein, bei der eine reflektierende Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung und eine transmissive Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung kombiniert werden.
25 stellt ein Beispiel für eine transmissive Flüssigkristallfarbanzeigevorrichtung dar. 25 ist eine Querschnittsansicht entlang der Strichpunktlinie Q-R in 22 und stellt die Struktur dar, die ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement beinhaltet. Die in 25 dargestellte Anzeigevorrichtung 700 ist ein Beispiel für die Verwendung eines Modus mit horizontalem elektrischem Feld (z. B. ein FFS-Modus (fringe field switching)) als Betriebsmodus des Flüssigkristallelements. Bei der in 25 dargestellten Struktur wird ein Isolierfilm 773 über dem leitfähigen Film 772 bereitgestellt, der als Pixelelektrode dient, und der leitfähige Film 774 wird über dem Isolierfilm 773 bereitgestellt. Bei einer derartigen Struktur dient der leitfähige Film 774 als gemeinsame Elektrode, und ein elektrisches Feld, das zwischen dem leitfähigen Film 772 und dem leitfähigen Film 774 durch den Isolierfilm 773 erzeugt wird, kann den Ausrichtungszustand der Flüssigkristallschicht 776 steuern.
Obwohl in 23 bis 25 nicht dargestellt, kann/können der leitfähige Film 772 und/oder der leitfähige Film 774 mit einem Ausrichtungsfilm auf einer Seite in Kontakt mit der Flüssigkristallschicht 776 versehen sein. Obwohl in 23 bis 25 nicht dargestellt, können ferner je nach Bedarf ein optisches Element (ein optisches Substrat) oder dergleichen, wie z. B. ein polarisierendes Element, ein Retardationselement oder ein Antireflexionselement, bereitgestellt sein. Beispielsweise kann eine zirkuläre Polarisation durch Verwendung eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats erhalten werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein hochmolekularer Flüssigkristall, ein polymerdispergierter Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein anti-ferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Diese Flüssigkristallmaterialien zeigen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen, was von den Bedingungen abhängt.
In dem Fall, in dem ein Modus mit horizontalem elektrischem Feld zum Einsatz kommt, kann ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall verwendet werden, für den kein Ausrichtungsfilm notwendig ist. Die blaue Phase ist eine von den Flüssigkristallphasen, die genau dann erzeugt wird, bevor sich eine cholesterische Phase zu einer isotropen Phase ändert, wenn die Temperatur eines cholesterischen Flüssigkristalls zunimmt. Da die blaue Phase nur in einem begrenzten Temperaturbereich erscheint, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, der mehrere Gewichtsprozent oder mehr eines chiralen Materials beigemischt sind, 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, was einen Ausrichtungsprozess unnötig macht. Ein Ausrichtungsfilm muss nicht unbedingt bereitgestellt sein, und eine Reibbehandlung ist daher nicht erforderlich; folglich kann eine durch die Reibbehandlung hervorgerufene Beschädigung infolge elektrostatischer Entladung verhindert werden, und Defekte und Beschädigungen der Flüssigkristallanzeigevorrichtung während des Herstellungsprozesses können verringert werden. Außerdem weist das eine blaue Phase aufweisende Flüssigkristallmaterial nur eine geringe Betrachtungswinkelabhängigkeit auf.
In dem Fall, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, 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- (anti-ferroelectric liquid crystal, AFLC-) Modus oder dergleichen verwendet werden.
Des Weiteren kann auch eine normalerweise schwarze Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wie z. B. eine transmissive Flüssigkristallanzeigevorrichtung in einem Vertical Alignment- (VA-) Modus, verwendet werden. Es gibt einige Beispiele für einen Vertical Alignment-Modus; beispielsweise kann ein MVA- (Multi-Domain Vertical Alignment- bzw. Mehr-Domänen-Vertikalausrichtungs-) Modus, ein PVA- (Patterned Vertical Alignment, strukturierter Vertical Alignment-) Modus, ein ASV-Modus oder dergleichen verwendet werden.
<Anzeigevorrichtung, die ein Licht emittierendes Element beinhaltet>
Die Anzeigevorrichtung 700, die in 26 dargestellt wird, beinhaltet ein Licht emittierendes Element 782. Das Licht emittierende Element 782 beinhaltet einen leitfähigen Film 772, eine EL-Schicht 786 und einen leitfähigen Film 788. Die in 26 dargestellte Anzeigevorrichtung 700 kann ein Bild anzeigen, indem eine Lichtemission von der EL-Schicht 786 des Licht emittierenden Elements 782 genutzt wird. Es sei angemerkt, dass die EL-Schicht 786 eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung, wie z. B. einen Quantenpunkt, enthält.
Beispiele für Materialien, die für eine organische Verbindung verwendet werden können, umfassen ein fluoreszierendes Material und ein phosphoreszierendes Material. Beispiele für Materialien, die für einen Quantenpunkt verwendet werden können, umfassen ein gallertartiges Quantenpunktmaterial, ein legiertes Quantenpunktmaterial, ein Kern-Schale-Quantenpunktmaterial und ein Kern-Quantenpunktmaterial. Ein Material, das Elemente, die zu den Gruppen 12 und 16 gehören, Elemente, die zu den Gruppen 13 und 15 gehören, oder Elemente beinhaltet, die zu den Gruppen 14 und 16 gehören, kann verwendet werden. Alternativ kann ein Quantenpunktmaterial verwendet werden, das ein Element, wie z. B. Cadmium (Cd), Selen (Se), Zink (Zn), Schwefel (S), Phosphor (P), Indium (In), Tellur (Te), Blei (Pb), Gallium (Ga), Arsen (As) oder Aluminium (AI), enthält.
Bei der Anzeigevorrichtung 700, die in 26 dargestellt wird, ist ein Isolierfilm 730 über dem Transistor 750 bereitgestellt. Der Isolierfilm 730 bedeckt einen Teil des leitfähigen Films 772. Es sei angemerkt, dass das Licht emittierende Element 782 eine Top-Emission-Struktur aufweist. Deshalb hat der leitfähige Film 788 eine lichtdurchlässige Eigenschaft und lässt Licht durch, das von der EL-Schicht 786 emittiert wird. Obwohl die Top-Emission-Struktur bei dieser Ausführungsform als Beispiel beschrieben wird, ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann auch eine Bottom-Emission-Struktur, bei der Licht zu der Seite des leitfähigen Films 772 emittiert wird, oder eine Dual-Emission-Struktur eingesetzt werden, bei der Licht sowohl zu der Seite des leitfähigen Films 772 als auch zu der Seite des leitfähigen Films 788 emittiert wird.
Der Farbfilm 736 ist derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Licht emittierenden Element 782 überlappt, und der lichtundurchlässige Film 738 ist in dem Anschlussleitungsabschnitt 711 und dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Isolierfilm 730 überlappt. Der Farbfilm 736 und der lichtundurchlässige Film 738 können mit dem Isolierfilm 734 bedeckt werden. Ein Raum zwischen dem Licht emittierenden Element 782 und dem Isolierfilm 734 ist mit einem Dichtungsfilm 732 gefüllt. Die Struktur der Anzeigevorrichtung 700 ist nicht auf das Beispiel in 26 beschränkt, in dem der Farbfilm 736 bereitgestellt ist. In dem Fall, in dem die EL-Schicht 786 beispielsweise durch ein separates Farbgebungsverfahren ausgebildet wird, kann auch eine Struktur ohne den Farbfilm 736 zum Einsatz kommen.
Der Isolierfilm 730 kann unter Verwendung eines wärmebeständigen organischen Materials, wie z. B. eines Polyimidharzes, eines Acrylharzes, eines Polyimidamidharzes, eines Benzocyclobuten-Harzes, eines Polyamidharzes oder eines Epoxidharzes, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Isolierfilm 730 ausgebildet werden kann, indem eine Vielzahl von aus diesen Materialien ausgebildeten Isolierfilmen übereinander angeordnet wird.
<Strukturbeispiel einer Anzeigevorrichtung mit einer Eingabe-/Ausgabevorrichtung>
Eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung kann in der in 25 und 26 dargestellten Anzeigevorrichtung 700 bereitgestellt werden. Als Beispiel für die Eingabe-/Ausgabevorrichtung kann ein Touchscreen oder dergleichen angegeben werden.
27 stellt eine Struktur dar, bei der die Anzeigevorrichtung 700, die in 25 dargestellt wird, mit einem Touchscreen 791 bereitgestellt ist. 28 stellt eine Struktur dar, bei der die Anzeigevorrichtung 700, die in 26 dargestellt wird, mit dem Touchscreen 791 bereitgestellt ist.
27 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, bei der die in 25 dargestellte Anzeigevorrichtung 700 mit dem Touchscreen 791 bereitgestellt ist, und 28 ist eine Querschnittsansicht der Struktur, bei der die in 26 dargestellte Anzeigevorrichtung 700 mit dem Touchscreen 791 bereitgestellt ist.
Zuerst wird der in 27 und 28 dargestellte Touchscreen 791 nachstehend beschrieben.
Der in 27 und 28 dargestellte Touchscreen 791 ist ein sogenannter In-Cell-Touchscreen, der zwischen dem zweiten Substrat 705 und dem Farbfilm 736 bereitgestellt ist. Der Touchscreen 791 wird auf der Seite des zweiten Substrats 705 ausgebildet, bevor der Farbfilm 736 ausgebildet wird.
Es sei angemerkt, dass der Touchscreen 791 den lichtundurchlässigen Film 738, einen Isolierfilm 792, eine Elektrode 793, eine Elektrode 794, einen Isolierfilm 795, eine Elektrode 796 und einen Isolierfilm 797 beinhaltet. Veränderungen der Kapazität zwischen der Elektrode 793 und der Elektrode 794 kann erfasst werden, wenn sich beispielsweise ein Objekt, wie z. B. ein Finger oder ein Stift, nähert.
Ein Abschnitt, in dem sich die Elektrode 793 mit der Elektrode 794 kreuzt, wird in dem oberen Abschnitt des in 27 und 28 dargestellten Transistors 750 dargestellt. Die Elektrode 796 ist elektrisch mit den zwei Elektroden 793, zwischen denen sich die Elektrode 794 befindet, über Öffnungen, die in dem Isolierfilm 795 bereitgestellt sind, verbunden. Es sei angemerkt, dass eine Struktur in 27 und 28 beispielhaft dargestellt ist, bei der ein Bereich, in dem die Elektrode 796 bereitgestellt wird, in dem Pixelabschnitt 702 bereitgestellt wird; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Bereich, in dem die Elektrode 796 bereitgestellt ist, in dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 704 bereitgestellt werden.
Die Elektrode 793 und die Elektrode 794 werden in einem Bereich bereitgestellt, der den lichtundurchlässigen Film 738 überlappt. Wie in 27 dargestellt, überlappt sich die Elektrode 793 vorzugsweise nicht mit dem Flüssigkristallelement 775. Wie in 28 dargestellt, überlappt sich die Elektrode 793 vorzugsweise nicht mit dem Licht emittierenden Element 782. Mit anderen Worten: Die Elektrode 793 weist eine Öffnung in einem Bereich auf, der sich mit dem Licht emittierenden Element 782 und dem Flüssigkristallelement 775 überlappt. Das heißt, dass die Elektrode 793 eine Netzform aufweist. Mit einer derartigen Struktur blockiert die Elektrode 793 kein Licht, das von dem Licht emittierenden Element 782 emittiert wird, oder alternativ blockiert die Elektrode 793 kein Licht, das das Flüssigkristallelement 775 passiert. Daher kann, da die Leuchtdichte selbst dann kaum verringert wird, wenn der Touchscreen 791 bereitgestellt wird, eine Anzeigevorrichtung mit einer hohen Sichtbarkeit und einem niedrigen Stromverbrauch erhalten werden. Es sei angemerkt, dass die Elektrode 794 eine Struktur aufweisen kann, die derjenigen der Elektrode 793 ähnlich ist.
Da die Elektrode 793 und die Elektrode 794 das Licht emittierende Element 782 nicht überlappen, kann ein Metallmaterial mit einem niedrigen Durchlassgrad für sichtbares Licht für die Elektrode 793 und die Elektrode 794 verwendet werden. Des Weiteren kann, da die Elektrode 793 und die Elektrode 794 das Flüssigkristallelement 775 nicht überlappen, ein Metallmaterial mit einem niedrigen Durchlassgrad für sichtbares Licht für die Elektrode 793 und die Elektrode 794 verwendet werden.
Daher kann der Widerstand der Elektroden 793 und 794 im Vergleich zu dem Fall, in dem ein Oxidmaterial, dessen Durchlässigkeit für sichtbares Licht hoch ist, verwendet wird, verringert werden, wodurch die Empfindlichkeit des Sensors des Touchscreens erhöht werden kann.
Beispielsweise kann ein leitfähiger Nanodraht für die Elektroden 793, 794 und 796 verwendet werden. Der Nanodraht kann einen durchschnittlichen Durchmesser von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, bevorzugter größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 25 nm aufweisen. Als Nanodraht kann eine Kohlenstoffnanoröhre oder ein Metallnanodraht, wie z. B. ein Ag-Nanodraht, ein Cu-Nanodraht oder ein Al-Nanodraht, verwendet werden. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem ein Ag-Nanodraht für eine oder sämtliche Elektroden 793, 794 und 796 verwendet wird, der Durchlassgrad für sichtbares Licht größer als oder gleich 89 % sein, und der Flächenwiderstand kann größer als oder gleich 40 Ω/sq und kleiner als oder gleich 100 Ω/sq sein.
Obwohl die Struktur des In-Cell-Touchscreens in 27 und 28 dargestellt wird, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann ein Touchscreen, der über der Anzeigevorrichtung 700 ausgebildet wird, ein sogenannter On-Cell-Touchscreen, oder ein Touchscreen, der auf der Anzeigevorrichtung 700 angebracht wird, ein sogenannter Out-Cell-Touchscreen, verwendet werden.
Auf diese Weise kann die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Typen von Touchscreens kombiniert werden.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wird die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von 29A bis 29C beschrieben.
<Schaltungskonfiguration einer Anzeigevorrichtung>
Eine Anzeigevorrichtung, die in 29A dargestellt wird, umfasst einen Bereich, der Pixel von Anzeigeelementen beinhaltet (nachstehend als Pixelabschnitt 502 bezeichnet), einen Schaltungsabschnitt, der außerhalb des Pixelabschnitts 502 bereitgestellt ist und eine Schaltung zum Ansteuern der Pixel beinhaltet (der Schaltungsabschnitt wird nachstehend als Treiberschaltungsabschnitt 504 bezeichnet), Schaltungen, die eine Funktion zum Schützen von Elementen aufweisen (die Schaltungen werden nachstehend als Schutzschaltungen 506 bezeichnet), und einen Anschlussabschnitt 507. Es sei angemerkt, dass die Schutzschaltungen 506 nicht notwendigerweise bereitgestellt werden.
Vorzugsweise ist ein Teil des Treiberschaltungsabschnitts 504 oder der gesamte Treiberschaltungsabschnitt 504 über einem Substrat ausgebildet, über dem der Pixelabschnitt 502 ausgebildet wird, wobei in diesem Falle die Anzahl der Komponenten und die Anzahl der Anschlüsse verringert werden kann. Wenn ein Teil des Treiberschaltungsabschnitts 504 oder der gesamte Treiberschaltungsabschnitt 504 nicht über dem Substrat ausgebildet wird, über dem der Pixelabschnitt 502 ausgebildet wird, kann der Teil des Treiberschaltungsabschnitts 504 oder der gesamte Treiberschaltungsabschnitt 504 durch COG oder Tape-Automated-Bonding bzw. automatisiertes Band-Bonding (TAB) montiert werden.
Der Pixelabschnitt 502 umfasst 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 (nachstehend als Pixelschaltungen 501 bezeichnet). Der Treiberschaltungsabschnitt 504 umfasst Treiberschaltungen, wie z. B. eine Schaltung zum Zuführen eines Signals (Abtastsignals), um ein Pixel auszuwählen (nachstehend wird die Schaltung als Gate-Treiber 504a bezeichnet), und eine Schaltung zum Zuführen eines Signals (Datensignals), um ein Anzeigeelement in einem Pixel anzusteuern (nachstehend wird die Schaltung als Source-Treiber 504b bezeichnet).
Der Gate-Treiber 504a beinhaltet ein Schieberegister oder dergleichen. Der Gate-Treiber 504a empfängt über den Anschlussabschnitt 507 ein Signal zum Ansteuern des Schieberegisters und gibt ein Signal aus. Beispielsweise 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, denen Abtastsignale zugeführt werden (nachstehend werden solche Leitungen als Abtastleitungen GL_1 bis GL_X bezeichnet), auf. Es sei angemerkt, dass eine Vielzahl von Gate-Treibern 504a bereitgestellt werden 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 anderes Signal zuführen.
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, das in die Pixelschaltung 501 geschrieben wird, basierend auf dem Bildsignal auf. Außerdem weist der Source-Treiber 504b eine Funktion zum Steuern der Ausgabe eines Datensignals als Antwort auf ein Impulssignal auf, das durch Eingabe eines Startimpulses, eines Taktsignals oder dergleichen erzeugt wird. Ferner weist der Source-Treiber 504b eine Funktion zum Steuern der Potentiale von Leitungen, denen Datensignale zugeführt werden (nachstehend werden solche Leitungen als Datenleitungen DL_1 bis DL_Y bezeichnet), auf. Alternativ weist der Source-Treiber 504b eine Funktion zum Zuführen eines Initialisierungssignals auf. Ohne darauf beschränkt zu sein, kann der Source-Treiber 504b ein anderes Signal zuführen.
Der Source-Treiber 504b beinhaltet beispielsweise eine Vielzahl von analogen Schaltern oder dergleichen. Der Source-Treiber 504b kann durch sequentielles Einschalten der Vielzahl von analogen Schaltern Signale, die durch zeitliches Teilen des Videosignals erhalten werden, als Datensignale ausgeben. Der Source-Treiber 504b kann ein Schieberegister oder dergleichen beinhalten.
Ein Impulssignal und ein Datensignal werden in jede der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 über eine der Vielzahl von Abtastleitungen GL, denen Abtastsignale zugeführt werden, bzw. eine der Vielzahl von Datenleitungen DL, denen Datensignale zugeführt werden, eingegeben. Das Schreiben und das Halten des Datensignals in jede/r der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 werden durch den Gate-Treiber 504a gesteuert. Beispielsweise wird in die Pixelschaltung 501 in der m-ten Zeile und der n-ten Spalte (m ist eine natürliche Zahl von kleiner als oder gleich X, und n ist eine natürliche Zahl von kleiner als oder gleich Y) ein Impulssignal von dem Gate-Treiber 504a über die Abtastleitung GL m eingegeben, und ein Datensignal wird von dem Source-Treiber 504b über die Datenleitung DL_n entsprechend dem Potential der Abtastleitung GL_m eingegeben.
Die Schutzschaltung 506 in 29A 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 der Anschlussabschnitt 507 einen Abschnitt mit Anschlüssen bezeichnet, über die Energie, Steuersignale und Bildsignale von externen Schaltungen in die Anzeigevorrichtung eingegeben werden.
Die Schutzschaltung 506 ist eine Schaltung, die elektrisch eine Leitung, die mit der Schutzschaltung verbunden ist, mit einer anderen Leitung verbindet, wenn ein außerhalb eines bestimmten Bereichs liegendes Potential der Leitung, die mit der Schutzschaltung verbunden ist, zugeführt wird.
Wie in 29A dargestellt, werden die Schutzschaltungen 506 für den Pixelabschnitt 502 und den Treiberschaltungsabschnitt 504 derart bereitgestellt, dass die Beständigkeit der Anzeigevorrichtung gegen einen Überstrom verbessert werden kann, der durch ESD (electrostatic discharge, elektrostatische Entladung) oder dergleichen erzeugt wird. 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.
29A zeigt ein Beispiel, in dem der Treiberschaltungsabschnitt 504 den Gate-Treiber 504a und den Source-Treiber 504b beinhaltet; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann nur der Gate-Treiber 504a ausgebildet werden und ein getrennt hergestelltes Substrat wird montiert, über dem eine Source-Treiberschaltung ausgebildet ist (z. B. ein Treiberschaltungssubstrat, das aus einem einkristallinen Halbleiterfilm oder einem polykristallinen Halbleiterfilm ausgebildet ist).
Jede der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 in 29A kann beispielsweise die in 29B dargestellte Struktur aufweisen.
Die Pixelschaltung 501 in 29B beinhaltet ein Flüssigkristallelement 570, einen Transistor 550 und einen Kondensator 560. Als Transistor 550 kann der Transistor verwendet werden, der bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist.
Das Potential einer eines Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 570 wird je nach den Spezifikationen der Pixelschaltung 510 angemessen eingestellt. Der Ausrichtungszustand des Flüssigkristallelements 570 hängt von den darin geschriebenen Daten ab. Ein gemeinsames Potential kann der einer des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 570 in jeder der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 zugeführt werden. Das Potential, das der einen des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 570 in der Pixelschaltung 501 zugeführt wird, kann sich zwischen Zeilen unterscheiden.
Beispiele für ein Verfahren zum Ansteuern der Anzeigevorrichtung, die das Flüssigkristallelement 570 beinhaltet, umfassen einen TN-Modus, einen STN-Modus, einen VA-Modus, einen ASM-Modus, einen OCB-Modus, einen FLC-Modus, einen AFLC-Modus, einen MVA-Modus, einen PVA-Modus, einen IPS-Modus, einen FFS-Modus und einen TBA-Modus. Andere Beispiele für das Verfahren zum Ansteuern der Anzeigevorrichtung umfassen einen elektrischen gesteuerten Doppelbrechungs-(electically controlled birefringence: ECB-) Modus, einen polymerdispergierten Flüssigkristall- (polymer dispersed liquid crystal: PDLC-) Modus, einen Polymernetz-Flüssigkristall- (polymer network liquid crystal: PNLC) Modus und einen Gast-Wirt- (Guest-Host-) Modus. Ohne darauf beschränkt zu sein, können verschiedene Flüssigkristallelemente und Ansteuerverfahren verwendet werden.
Bei der Pixelschaltung 501 in der m-ten Zeile und der n-ten Spalte ist eine von einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode des Transistors 550 elektrisch mit der Datenleitung DL_n verbunden, und die andere von der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 550 ist elektrisch mit der anderen des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 570 verbunden. Eine Gate-Elektrode des Transistors 550 ist elektrisch mit der Abtastleitung GL_m verbunden. Der Transistor 550 weist eine Funktion zum Steuern auf, ob ein Datensignal geschrieben wird.
Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 560 ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, der ein Potential zugeführt wird (nachstehend als Potentialversorgungsleitung VL bezeichnet), und die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 560 ist elektrisch mit der anderen des Paars von Elektroden des Flüssigkristallelements 570 verbunden. Das Potential der Potentialversorgungsleitung VL wird angemessen entsprechend den Spezifikationen der Pixelschaltung 501 eingestellt. Der Kondensator 560 dient als Speicherkondensator zum Speichern der geschriebenen Daten.
Beispielsweise wählt bei der Anzeigevorrichtung, die die Pixelschaltungen 501 in 29B beinhaltet, der Gate-Treiber 504a in 29A die Pixelschaltungen 501 zeilenweise nacheinander aus, um die Transistoren 550 einzuschalten, und Datensignale werden geschrieben.
Wenn der Transistor 550 ausgeschaltet wird, wird die Pixelschaltung 501, in die die Daten geschrieben worden sind, in einen Haltezustand (holding state) versetzt. Dieser Vorgang wird sequentiell zeilenweise durchgeführt; somit kann ein Bild angezeigt werden.
Jede der Vielzahl von Pixelschaltungen 501 in 29A kann beispielsweise eine in 29C dargestellte Konfiguration aufweisen.
Die in 29C dargestellte Pixelschaltung 501 beinhaltet Transistoren 552 und 554, einen Kondensator 562 und ein Licht emittierendes Element 572. Ein beliebiger der Transistoren, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden sind, kann als Transistor 552 und/oder Transistor 554 verwendet werden.
Entweder eine Source-Elektrode oder eine 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.
Eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 562 ist elektrisch mit einer Leitung verbunden, über die ein Potential zugeführt wird (nachstehend als Potentialversorgungsleitung VL_a bezeichnet), und die andere des Paars von Elektroden des Kondensators 562 ist elektrisch mit der anderen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 552 verbunden.
Der Kondensator 562 dient als Speicherkondensator zum Speichern geschriebener Daten.
Entweder eine Source-Elektrode oder eine Drain-Elektrode des Transistors 554 ist elektrisch mit der Potentialversorgungsleitung VL a verbunden. Eine Gate-Elektrode des Transistors 554 ist elektrisch mit der anderen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 552 verbunden.
Entweder eine Anode oder eine Kathode des Licht emittierenden Elements 572 ist elektrisch mit einer Potentialversorgungsleitung VL_b verbunden, und der andere Anschluss von Anode und Kathode des Licht emittierenden Elements 572 ist elektrisch mit der anderen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 554 verbunden.
Als Licht emittierendes Element 572 kann beispielsweise ein organisches Elektrolumineszenzelement (auch als organisches EL-Element bezeichnet) verwendet werden. Es sei angemerkt, dass das Licht emittierende Element 572 nicht darauf beschränkt ist und ein anorganisches EL-Element sein kann, das ein anorganisches Material enthält.
Ein hohes Stromversorgungspotential \/_DD wird einer der Potentialversorgungsleitung VL_a und der Potentialversorgungsleitung VL_b zugeführt, und ein niedriges Stromversorgungspotential Vss wird der anderen der Potentialversorgungsleitung VL_a und der Potentialversorgungsleitung VL_b zugeführt.
Beispielsweise werden bei der Anzeigevorrichtung, die die Pixelschaltung 501 in 29C umfasst, die Pixelschaltungen 501 nacheinander durch den in 29A dargestellten Gate-Treiber 504a zeilenweise ausgewählt, wodurch die Transistoren 552 eingeschaltet werden und ein Datensignal geschrieben wird.
Wenn die Transistoren 552 ausgeschaltet werden, werden die Pixelschaltungen 501, in denen die Daten geschrieben worden sind, in einen Haltezustand (holding state) versetzt. Die Menge an Strom, der zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 554 fließt, wird außerdem durch das Potential des geschriebenen Datensignals gesteuert. Das Licht emittierende Element 572 emittiert Licht mit einer Leuchtdichte entsprechend der Menge an fließendem Strom. Dieser Vorgang wird sequentiell zeilenweise durchgeführt; auf diese Weise kann ein Bild angezeigt werden.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
(Ausführungsform 6)
30 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Anzeigevorrichtung 800 darstellt. Die Anzeigevorrichtung 800 beinhaltet eine Anzeigeeinheit 810, eine Berührungssensoreinheit 820, eine Steuer-IC 815 und einen Host 840. Die Anzeigevorrichtung 800 kann nach Bedarf einen optischen Sensor 843 und einen Auf/Zu-Sensor 844 beinhalten. Die Anzeigeeinheit 810 beinhaltet den Pixelabschnitt 502, den Gate-Treiber 504a und den Source-Treiber 504b.
«Steuer IC»
In 30 beinhaltet die Steuer-IC 815 eine Schnittstelle 850, einen Bildspeicher 851, einen Decoder 852, eine Sensorsteuerung 853, eine Steuerung 854, eine Takterzeugungsschaltung 855, einen Bildverarbeitungsabschnitt 860, einen Speicher 870, eine Zeitsteuerung 873, ein Register 875 und eine Berührungssensorsteuerung 884.
Die Kommunikation zwischen der Steuer-IC 815 und dem Host 840 erfolgt über die Schnittstelle 850. Bilddaten, verschiedene Steuersignale und dergleichen werden vom Host 840 auf die Steuer-IC 815 übertragen. Informationen über eine Berührungsposition oder dergleichen, die von der Berührungssensorsteuerung 884 erhalten werden, werden von der Steuer-IC 815 auf den Host 840 übertragen. Es sei angemerkt, dass die Entscheidung, ob die in der Steuer-IC 815 enthaltenen Schaltungen ausgewählt werden oder nicht, je nach dem Standard des Hosts 840, den Spezifikationen der Anzeigevorrichtung 800 und dergleichen getroffen wird.
Der Bildspeicher 851 ist ein Speicher zum Speichern der Bilddaten, die in die Steuer-IC 815 eingegeben werden. In dem Fall, in dem komprimierte Bilddaten vom Host 840 übertragen werden, kann der Bildspeicher 851 die komprimierten Bilddaten speichern. Der Decoder 852 ist eine Schaltung zum Dekomprimieren der komprimierten Bilddaten. Wenn keine Dekompression der Bilddaten erforderlich ist, wird die Verarbeitung im Decoder 852 nicht durchgeführt. Alternativ kann der Decoder 852 zwischen dem Bildspeicher 851 und der Schnittstelle 850 bereitgestellt werden.
Der Bildverarbeitungsabschnitt 860 hat die Funktion, verschiedene Arten der Bildverarbeitung an Bilddaten durchzuführen. Der Bildverarbeitungsabschnitt 860 beinhaltet beispielsweise eine Gammakorrekturschaltung 861, eine Dimmschaltung 862 und eine Tonungsschaltung 863.
In dem Fall, in dem ein Anzeigeelement, das bei Stromfluss Licht emittiert, wie z. B. ein organisches EL-Element oder eine LED, als Anzeigeelement der Anzeigevorrichtung 800 verwendet wird, kann der Bildverarbeitungsabschnitt 860 eine Korrekturschaltung 864 beinhalten. In diesem Fall beinhaltet der Source-Treiber 504b vorzugsweise eine Schaltung zum Erfassen des im Anzeigeelement fließenden Stroms. Die Korrekturschaltung 864 hat die Funktion, die Leuchtdichte des Anzeigeelements auf der Grundlage eines vom Source-Treiber 504b übertragenen Signals einzustellen.
Die in dem Bildverarbeitungsabschnitt 860 verarbeiteten Bilddaten werden über den Speicher 870 an den Source-Treiber 504b ausgegeben. Der Speicher 870 ist ein Speicher zum temporären Speichern von Bilddaten. Der Source-Treiber 504b hat die Funktion, die Eingangsbilddaten zu verarbeiten und die Bilddaten in eine Source-Leitung des Pixelabschnitts 502 zu schreiben. Es sei angemerkt, dass es keine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Source-Treiber 504b gibt und eine notwendige Anzahl der Source-Treiber 504b für Pixel im Pixelabschnitt 502 vorgesehen ist.
Die Zeitsteuerung 873 hat die Funktion, Zeitsignale zu erzeugen, die in dem Source-Treiber 504b, der Berührungssensorsteuerung 884 und dem Gate-Treiber 504a zu verwenden sind.
Die Berührungssensorsteuerung 884 hat die Funktion, eine Treiberschaltung der Berührungssensoreinheit 820 zu steuern. Ein Signal mit von der Berührungssensoreinheit 820 gelesenen Berührungsinformationen wird in der Berührungssensorsteuerung 884 verarbeitet und über die Schnittstelle 850 auf den Host 840 übertragen. Der Host 840 erzeugt Bilddaten, die die Berührungsinformationen widerspiegeln, und überträgt die Bilddaten auf die Steuer-IC 815. Es sei angemerkt, dass die Steuer-IC 815 die Berührungsinformationen in den Bilddaten widerspiegeln kann.
Die Takterzeugungsschaltung 855 hat die Funktion, ein Taktsignal zu erzeugen, das in der Steuer-IC 815 verwendet wird. Die Steuerung 854 hat die Funktion, verschiedene Steuersignale zu verarbeiten, die vom Host 840 über die Schnittstelle 850 übertragen werden, und verschiedene Schaltungen in der Steuer-IC 815 zu steuern. Die Steuerung 854 hat auch die Funktion, die Stromversorgung zu einer Vielzahl von Schaltungen in der Steuer-IC 815 zu steuern. Im Folgenden wird das vorübergehende Aussetzen der Stromversorgung zu einer nicht verwendeten Schaltung als Power-Gating bzw. Leistungsanpassung bezeichnet. Es sei angemerkt, dass eine Stromversorgungsleitung in 30 nicht dargestellt ist.
Das Register 875 speichert Daten, die für den Betrieb der Steuer-IC 815 verwendet werden. Die im Register 875 gespeicherten Daten beinhalten einen Parameter, der zur Durchführung einer Korrekturverarbeitung im Bildverarbeitungsabschnitt 860 verwendet wird, Parameter, die zur Erzeugung von Wellenformen verschiedener Zeitsignale in der Zeitsteuerung 873 verwendet werden, und dergleichen. Das Register 875 ist mit einem Abtastkettenregister mit einer Vielzahl von Registern bereitgestellt.
Die Sensorsteuerung 853 ist elektrisch mit dem optischen Sensor 843 verbunden. Der optische Sensor 843 erfasst Licht 845 und erzeugt ein Sensorsignal. Die Sensorsteuerung 853 erzeugt auf Basis des Sensorsignals ein Steuersignal. Das in der Sensorsteuerung 853 erzeugte Steuersignal wird z. B. an die Steuerung 854 ausgegeben.
Der Bildverarbeitungsabschnitt 860 kann die Leuchtdichte des Pixels in Abhängigkeit von der Helligkeit des Lichts 845, gemessen mit dem optischen Sensor 843 und der Sensorsteuerung 853, einstellen. Mit anderen Worten: Die Leuchtdichte des Pixels kann in einer Umgebung, in der die Helligkeit des Lichts 845 niedrig ist, reduziert werden, um die Blendung und den Stromverbrauch zu reduzieren. In einer Umgebung, in der die Helligkeit des Lichts 845 hoch ist, kann die Leuchtdichte des Pixels erhöht werden, um eine Anzeigequalität mit ausgezeichneter Sichtbarkeit zu erhalten. Die Einstellung kann auf der Grundlage der vom Benutzer eingestellten Leuchtdichte vorgenommen werden. Die Einstellung kann hier als Dimmen oder Dimmbehandlung bezeichnet werden. Darüber hinaus wird eine Schaltung, die die Behandlung durchführt, als Dimmschaltung bezeichnet.
Der optische Sensor 843 und die Sensorsteuerung 853 können eine Funktion zum Messen des Farbtons des Lichts 845 haben, so dass der Farbton korrigiert werden kann. In einer Umgebung mit einem rötlichen Farbton eines Sonnenuntergangs nimmt der Benutzer der Anzeigevorrichtung 800 beispielsweise den rötlichen Farbton aufgrund der chromatischen Anpassung als weiß wahr. In diesem Fall wird die Anzeige der Anzeigevorrichtung 800 bläulich-weiß dargestellt. Somit wird in der Anzeigevorrichtung 800 Rot (R) hervorgehoben, so dass der Farbton korrigiert werden kann. Die Einstellung kann hier als Tonung oder Tonungsbehandlung bezeichnet werden. Darüber hinaus wird eine Schaltung, die die Behandlung durchführt, als Tonungsschaltung bezeichnet.
Der Bildverarbeitungsabschnitt 860 kann abhängig von den Spezifikationen der Anzeigevorrichtung 800 eine andere Verarbeitungsschaltung beinhalten, wie beispielsweise eine RGB-RGBW-Wandlerschaltung. Die RGB-RGBW-Wandlerschaltung hat die Funktion, Bilddaten von Rot, Grün und Blau (RGB) in Bilddaten von Rot, Grün, Blau und Weiß (RGBW) zu konvertieren. Das heißt, wenn die Anzeigevorrichtung 800 Pixel mit vier Farben RGBW beinhaltet, kann der Stromverbrauch reduziert werden, indem eine weiße (W) Komponente in den Bilddaten unter Verwendung des weißen (W) Pixels angezeigt wird. Es sei angemerkt, dass beispielsweise in dem Fall, in dem die Anzeigevorrichtung 800 Pixel mit vier Farben RGBY (Rot, Grün, Blau und Gelb (Yellow)) enthält, eine RGB-RGBY-Wandlerschaltung verwendet werden kann.
<Parameter>
Die Bildkorrekturverarbeitung, wie z. B. Gammakorrektur, Dimmen oder Tonung, entspricht einer Verarbeitung zum Erzeugen von Ausgabekorrekturdaten Y in Bezug auf die Eingangsbilddaten X. Der Parameter, den der Bildverarbeitungsabschnitt 860 verwendet, ist ein Parameter zum Umwandeln der Bilddaten X in die Korrekturdaten Y.
Als Parametereinstellungsverfahren gibt es ein Tabellenverfahren und ein Funktionsapproximationsverfahren. Bei einem in 31A erläuterten Tabellenverfahren werden die Korrekturdaten Y_n in Bezug auf die Bilddaten X_n als Parameter in einer Tabelle gespeichert. Bei dem Tabellenverfahren ist eine Reihe von Registern zur Speicherung der der Tabelle entsprechenden Parameter erforderlich, wobei die Korrektur jedoch mit hohem Freiheitsgrad durchgeführt werden kann. Im Gegensatz dazu ist es in dem Fall, in dem die Korrekturdaten Y in Bezug auf die Bilddaten X im Voraus empirisch bestimmt werden können, sinnvoll, ein Funktionsapproximationsverfahren anzuwenden, wie in 31B erläutert. Es sei angemerkt, dass a1, a2, b2 und dergleichen Parameter sind. Obwohl hier ein Verfahren zur Durchführung einer linearen Approximation in jeder Periode gezeigt wird, kann ein Verfahren zur Durchführung einer Approximation mit einer nichtlinearen Funktion verwendet werden. Bei dem Funktionsapproximationsverfahren wird die Korrektur mit geringem Freiheitsgrad durchgeführt, jedoch kann die Anzahl der Register zum Speichern von Parametern, die eine Funktion definieren, klein sein.
Der Parameter, den die Zeitsteuerung 873 verwendet, gibt den Zeitpunkt an, zu dem ein Erzeugungssignal der Zeitsteuerung 873 in Bezug auf ein Referenzsignal „L“ (oder „H“) wird, wie in 31C erläutert. Ein Parameter Ra (oder Rb) gibt die Anzahl der Taktzyklen an, die dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Parameter in Bezug auf das Referenzsignal „L“ (oder „H“) wird.
Der vorstehende Parameter zur Korrektur kann im Register 875 gespeichert werden. Weitere Parameter, die im Register 875 gespeichert werden können, umfassen Leuchtdichte, Farbtöne und Energiespareinstellungen (Zeit, die benötigt wird, um die Anzeige dunkel zu machen oder die Anzeige auszuschalten) der Anzeigevorrichtung 800, die Empfindlichkeit der Berührungssensorsteuerung 884 und dergleichen.
<Power-Gating>
In dem Fall, in dem die vom Host 840 übertragenen Bilddaten nicht geändert werden, kann die Steuerung 854 die Leistungsanpassung einiger Schaltungen in der Steuer-IC 815 durchführen. Insbesondere kann beispielsweise der Betrieb von Schaltungen (des Bildspeichers 851, des Decoders 852, des Bildverarbeitungsabschnitts 860, des Speichers 870, der Zeitsteuerung 873 und des Registers 875) in einem Bereich 890 vorübergehend ausgesetzt werden. Die Leistungsanpassung kann durchgeführt werden, wenn ein Steuersignal, das keine Änderung der Bilddaten anzeigt, vom Host 840 auf die Steuer-IC 815 übertragen und von der Steuerung 854 erfasst wird.
Alternativ kann in die Steuerung 854 eine Timerfunktion integriert werden, so dass dann, wenn die Bilddaten nicht geändert werden, beispielsweise der Zeitpunkt der Wiederaufnahme der Stromversorgung zu den Schaltungen im Bereich 890 auf der Grundlage der von einem Timer gemessenen Zeit bestimmt wird.
Zusätzlich zur Leistungsanpassung der Schaltungen im Bereich 890 kann die Leistungsanpassung des Source-Treibers 504b durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass in der in 30 dargestellten Konfiguration der Source-Treiber 504b in der Steuer-IC 815 vorgesehen sein kann. Mit anderen Worten: Der Source-Treiber 504b und die Steuer-IC 815 können auf dem gleichen Chip ausgebildet werden.
Im Folgenden werden spezifische Schaltungskonfigurationsbeispiele für den Bildspeicher 851 und das Register 875 beschrieben.
<Bildspeicher 851 >
32A stellt ein Konfigurationsbeispiel des Bildspeichers 851 dar. Der Bildspeicher 851 beinhaltet einen Steuerabschnitt 902, eine Zellenanordnung 903 und eine Peripherieschaltung 908. Die Peripherieschaltung 908 beinhaltet eine Leseverstärkerschaltung 904, einen Treiber 905, einen Hauptverstärker 906 und eine Ein-/Ausgabeschaltung 907.
Der Steuerabschnitt 902 hat die Funktion, den Bildspeicher 851 zu steuern. So steuert beispielsweise der Steuerabschnitt 902 den Treiber 905, den Hauptverstärker 906 und die Ein-/Ausgabeschaltung 907.
Der Treiber 905 ist elektrisch mit einer Vielzahl von Leitungen WL und CSEL verbunden. Der Treiber 905 erzeugt Signale, die an die Vielzahl der Leitungen WL und CSEL ausgegeben werden.
Die Speicherzellenanordnung 903 beinhaltet eine Vielzahl von Speicherzellen 909. Die Speicherzellen 909 sind elektrisch mit Leitungen WL, LBL (oder LBLB) und BGL verbunden. Die Leitung WL ist eine Wortleitung. Die Leitungen LBL und LBLB sind lokale Bitleitungen. Obwohl für die Konfiguration der Zellanordnung 903 im Beispiel von 32A ein Folded-Bit-Line-Verfahren verwendet wird, kann auch ein Open-Bit-Line-Verfahren verwendet werden.
32B stellt ein Konfigurationsbeispiel der Speicherzelle 909 dar. Die Speicherzelle 909 beinhaltet einen Transistor NW1 und einen Kondensator CS1. Die Speicherzelle 909 weist eine Schaltungskonfiguration auf, die der einer Speicherzelle für einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (dynamic random access memory, DRAM) ähnlich ist. Der Transistor NW1 in diesem Beispiel ist ein Transistor mit einem Rückgate. Das Rückgate des Transistors NW1 ist elektrisch mit einer Leitung BGL verbunden. In die Leitung BGL wird eine Spannung V_{bg_}w1 eingegeben.
Der Transistor NW1 ist ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter, der ein Typ eines Metalloxids ist, in einer Halbleiterschicht verwendet, in der ein Kanal gebildet wird (auch als OS-Transistor bezeichnet). Die Verwendung des OS-Transistors in der Speicherzelle 909 kann aufgrund des extrem niedrigen Sperrstroms des OS-Transistors den Ladungsverlust des Kondensators CS1 verhindern; dadurch kann die Häufigkeit des Aktualisierungsvorgangs des Bildspeichers 851 reduziert werden. Der Bildspeicher 851 kann Bilddaten auch bei ausgesetzter Stromversorgung lange Zeit halten. Darüber hinaus kann durch Einstellen der Spannung V_{bg_}w1 auf eine negative Spannung die Schwellenspannung des Transistors NW1 auf die positive Potentialseite verschoben und damit die Retentionszeit der Speicherzelle 909 erhöht werden.
Hier bezeichnet ein Sperrstrom einen Strom, der zwischen einer Source und einem Drain eines Transistors in einem Sperrzustand fließt. Wenn beispielsweise im Falle eines n-Kanal-Transistors die Schwellenspannung des Transistors etwa 0 V bis 2 V ist, kann ein Strom, der zwischen einer Source und einem Drain fließt, wenn eine Spannung zwischen einem Gate und der Source negativ ist, als Sperrstrom bezeichnet werden. Ein sehr niedriger Sperrstrom meint beispielsweise, dass ein Sperrstrom pro Mikrometer einer Kanalbreite niedriger als oder gleich 100 zA ist (z stellt Zepto dar und bezeichnet einen Faktor von 10^-21). Da der Sperrstrom vorzugsweise so niedrig wie möglichst ist, ist der normalisierte Sperrstrom vorzugsweise niedriger als oder gleich 10 zA/µm oder niedriger als oder gleich 1 zA/µm, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 10 yA/µm (y stellt Yokto dar und bezeichnet einen Faktor von 10^-24).
Die Transistoren NW1 in der Vielzahl der in der Zellenanordnung 903 enthaltenen Speicherzellen 909 sind OS-Transistoren; somit können beispielsweise Si-Transistoren, die über einem Siliziumwafer ausgebildet sind, als Transistoren in anderen Schaltungen verwendet werden. Dementsprechend kann die Zellenanordnung 903 über der Leseverstärkerschaltung 904 angeordnet werden. Dadurch kann der Schaltungsbereich des Bildspeichers 851 reduziert werden, was zu einer Miniaturisierung der Steuer-IC 815 führt.
Die Zellenanordnung 903 ist über der Leseverstärkerschaltung 904 angeordnet. Die Leseverstärkerschaltung 904 beinhaltet eine Vielzahl von Leseverstärkern SA. Die Leseverstärker SA sind elektrisch mit den benachbarten Leitungen LBL und LBLB (einem Paar lokaler Bitleitungen), den Leitungen GBL und GBLB (einem Paar globaler Bitleitungen) und der Vielzahl der Leitungen CSEL verbunden. Die Leseverstärker SA haben die Funktion, die Potentialdifferenz zwischen den Leitungen LBL und LBLB zu verstärken.
In der Leseverstärkerschaltung 904 ist eine Leitung GBL für vier Leitungen LBL und eine Leitung GBLB für vier Leitungen LBLB vorgesehen. Die Konfiguration der Leseverstärkerschaltung 904 ist jedoch nicht auf das Konfigurationsbeispiel in 32A beschränkt.
Der Hauptverstärker 906 ist mit der Leseverstärkerschaltung 904 und der Ein-/Ausgabeschaltung 907 verbunden. Der Hauptverstärker 906 hat die Funktion, die Potentialdifferenz zwischen den Leitungen GBL und GBLB zu verstärken. Der Hauptverstärker 906 ist nicht notwendigerweise bereitgestellt.
Die Ein-/Ausgabeschaltung 907 hat die Funktion, ein Potential, das Schreibdaten entspricht, an die Leitungen GBL und GBLB oder den Hauptverstärker 906 auszugeben, und die Funktion, die Potentiale der Leitungen GBL und GBLB oder ein Ausgangspotential des Hauptverstärkers 906 nach außen als Lesedaten auszugeben. Der Leseverstärker SA, von dem Daten gelesen werden, und der Leseverstärker SA, in den Daten geschrieben werden, können unter Verwendung des Signals der Leitung CSEL ausgewählt werden. Daher ist es nicht erforderlich, eine Auswahlschaltung, wie z. B. einen Multiplexer, in der Ein-/Ausgabeschaltung 907 bereitzustellen. Somit kann die Ein-/Ausgabeschaltung 907 eine einfache Schaltungskonfiguration aufweisen und eine kleine Fläche belegen.
<Register 875>
33 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel des Registers 875 darstellt. Das Register 875 beinhaltet einen Abtastkettenregisterabschnitt 875A und einen Registerabschnitt 875B. Der Abtastkettenregisterabschnitt 875A beinhaltet eine Vielzahl von Registern 930. Das Abtastkettenregister wird durch die Vielzahl der Register 930 gebildet. Der Registerabschnitt 875B beinhaltet eine Vielzahl von Registern 931.
Das Register 930 ist ein nichtflüchtiges Register, das auch bei ausgesetzter Stromversorgung keine Daten verliert. Hier ist das Register 930 mit einer Retentionsschaltung bereitgestellt, die einen OS-Transistor beinhaltet, um nichtflüchtig zu sein.
Das andere Register 931 ist ein flüchtiges Register. Es gibt keine besondere Beschränkung hinsichtlich der Schaltungskonfiguration des Registers 931, und eine Latch-Schaltung, eine Flip-Flop-Schaltung oder dergleichen wird verwendet, solange Daten gespeichert werden können. Der Bildverarbeitungsabschnitt 860 und die Zeitsteuerung 873 greifen auf den Registerabschnitt 875B zu und nehmen Daten aus den entsprechenden Registern 931 auf. Alternativ werden die Verarbeitungsinhalte des Bildverarbeitungsabschnitts 860 und der Zeitsteuerung 873 durch Daten gesteuert, die aus dem Registerabschnitt 875B zugeführt werden.
Um die im Register 875 gespeicherten Daten zu aktualisieren, werden zunächst die Daten im Abtastkettenregisterabschnitt 875A geändert. Nachdem die Daten in den Registern 930 des Abtastkettenregisterabschnitts 875A neu geschrieben worden sind, werden die Daten gleichzeitig in die Register 931 des Registerabschnitts 875B geladen.
Dementsprechend können der Bildverarbeitungsabschnitt 860, die Zeitsteuerung 873 und dergleichen verschiedene Arten der Verarbeitung unter Verwendung der gemeinsam aktualisierten Daten durchführen. Der Betrieb der Steuer-IC 815 kann stabil sein, da die Gleichzeitigkeit bei der Aktualisierung der Daten aufrechterhalten werden kann. Durch Bereitstellen des Abtastkettenregisterabschnitts 875A und des Registerabschnitts 875B können Daten im Abtastkettenregisterabschnitt 875A auch während des Betriebs des Bildverarbeitungsabschnitts 860 und der Zeitsteuerung 873 aktualisiert werden.
Zum Zeitpunkt der Leistungsanpassung der Steuer-IC 815 wird die Stromversorgung ausgesetzt, nachdem Daten in der Retentionsschaltung des Registers 930 gespeichert (gesichert) worden sind. Nach Wiederaufnahme der Stromversorgung wird der Normalbetrieb wieder aufgenommen, nachdem die Daten im Register 930 im Register 931 wiederhergestellt (geladen) wurden. Es sei angemerkt, dass es in dem Fall, in dem die im Register 930 gespeicherten Daten und die im Register 931 gespeicherten Daten nicht übereinstimmen, vorzuziehen ist, die Daten des Registers 931 im Register 930 zu speichern und dann die Daten in der Retentionsschaltung des Registers 930 zu speichern. Die Daten im Register 930 und die im Register 931 stimmen nicht überein, während aktualisierte Daten beispielsweise in den Abtastkettenregisterabschnitt 875A eingefügt werden.
34 stellt ein Schaltungskonfigurationsbeispiel der Register 930 und 931 dar. 34 stellt zwei Register 930 des Abtastkettenregisterabschnitts 875A und die entsprechenden zwei Register 931 dar. Ein Signal „Scan In“ wird in das Register 930 eingegeben, und das Register 930 gibt ein Signal „Scan Out“ aus.
Die Register 930 beinhalten jeweils eine Retentionsschaltung 947, einen Wahlschalter 948 und eine Flip-Flop-Schaltung 949. Der Wahlschalter 948 und die Flip-Flop-Schaltung 949 bilden eine Abtast-Flip-Flop-Schaltung. Ein Signal SAVE1 wird in den Wahlschalter 948 eingegeben.
Ein Signal SAVE2 und ein Signal LOAD2 werden in die Retentionsschaltung 947 eingegeben. Die Retentionsschaltung 947 beinhaltet einen Transistor T1, einen Transistor T2, einen Transistor T3, einen Transistor T4, einen Transistor T5, einen Transistor T6, einen Kondensator C4 und einen Kondensator C6. Der Transistor T1 und der Transistor T2 sind OS-Transistoren. Der Transistor T1 und der Transistor T2 können jeweils ein OS-Transistor mit einem Rückgate sein, wie beim Transistor NW1 der Speicherzelle 909 (siehe 32B).
Eine 3-Transistor-Verstärkungszelle wird durch den Transistor T1, den Transistor T3, den Transistor T4 und den Kondensator C4 gebildet. In ähnlicher Weise wird eine 3-Transistor-Verstärkungszelle durch den Transistor T2, den Transistor T5, den Transistor T6 und den Kondensator C6 gebildet. Die beiden Verstärkungszellen speichern komplementäre Daten, die in der Flip-Flop-Schaltung 949 gehalten werden. Da der Transistor T1 und der Transistor T2 OS-Transistoren sind, kann die Retentionsschaltung 947 Daten auch bei ausgesetzter Stromversorgung lange Zeit halten. Im Register 930 können die anderen Transistoren als der Transistor T1 und der Transistor T2 unter Verwendung von Si-Transistoren ausgebildet werden.
Die Retentionsschaltung 947 speichert komplementäre Daten, die in der Flip-Flop-Schaltung 949 gehalten werden, als Reaktion auf das Signal SAVE2, und lädt die gehaltenen Daten in die Flip-Flop-Schaltung 949 als Reaktion auf das Signal LOAD2.
Ein Ausgangsanschluss des Wahlschalters 948 ist elektrisch mit einem Eingangsanschluss der Flip-Flop-Schaltung 949 verbunden, und ein Eingangsanschluss des Registers 931 ist elektrisch mit einem Datenausgangsanschluss verbunden. Die Flip-Flop-Schaltung 949 beinhaltet einen Wechselrichter 950, einen Wechselrichter 951, einen Wechselrichter 952, einen Wechselrichter 953, einen Wechselrichter 954, einen Wechselrichter 955, einen Analogschalter 957 und einen Analogschalter 958. Der Ein-/Ausschaltzustand von jedem der Analogschalter 957 und 958 wird durch ein Abtasttaktsignal gesteuert. Die Flip-Flop-Schaltung 949 ist nicht auf die Schaltungskonfiguration in 34 beschränkt und es können eine Vielzahl von Flip-Flop-Schaltungen 949 eingesetzt werden.
Ein Ausgangsanschluss des Registers 931 ist elektrisch mit einem von zwei Eingangsanschlüssen des Wahlschalters 948 verbunden, und ein Ausgangsanschluss der Flip-Flop-Schaltung 949 in der vorherigen Stufe ist elektrisch mit dem anderen Eingangsanschluss des Wahlschalters 948 verbunden. Es sei angemerkt, dass Daten von der Außenseite des Registers 875 in den Eingangsanschluss des Wahlschalters 948 in der vorherigen Stufe des Abtastkettenregisterabschnitts 875A eingegeben werden.
Das Register 931 beinhaltet einen Wechselrichter 961, einen Wechselrichter 962, einen Wechselrichter 963, einen getakteten Wechselrichter 964, einen Analogschalter 965 und einen Puffer 966. Das Register 931 lädt die Daten der Flip-Flop-Schaltung 949 auf Basis eines Signals LOAD1. Die Transistoren des Registers 931 können unter Verwendung von Si-Transistoren ausgebildet werden.
<< Betriebsbeispiele>>
Betriebsbeispiele der Steuer-IC 815 und des Registers 875 der Anzeigevorrichtung 800 vor dem Versand, beim Hochfahren eines elektronischen Geräts, das die Anzeigevorrichtung 800 beinhaltet, und im Normalbetrieb werden separat beschrieben.
<Vor dem Versand>
Parameter, die sich auf die Spezifikationen und dergleichen der Anzeigevorrichtung 800 beziehen, werden vor dem Versand im Register 875 gespeichert. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise die Anzahl der Pixel, die Anzahl der Berührungssensoren und Parameter, die zum Erzeugen von Wellenformen verschiedener Zeitsignale in der Zeitsteuerung 873 verwendet werden. In dem Fall, in dem der Bildverarbeitungsabschnitt 860 die Korrekturschaltung 864 beinhaltet, werden die Korrekturdaten daraus auch als Parameter im Register 875 gespeichert. Es kann ein dediziertes ROM bereitgestellt werden, und die Parameter können im ROM außer dem Register 875 gespeichert werden.
<Beim Hochfahren>
Beim Hochfahren des elektronischen Geräts mit der Anzeigevorrichtung 800 werden die von einem Benutzer oder dergleichen eingestellten Parameter, die vom Host 840 übertragen werden, im Register 875 gespeichert. Zu diesen Parametern gehören beispielsweise die Leuchtdichte und Farbtöne der Anzeige, die Empfindlichkeit eines Berührungssensors, Energiespareinstellungen (Zeit, die benötigt wird, um die Anzeige dunkel zu machen oder die Anzeige auszuschalten) sowie eine Kurve oder eine Tabelle zur Gammakorrektur. Es sei angemerkt, dass beim Speichern der Parameter im Register 875 ein Abtasttaktsignal und Daten, die den Parametern entsprechen, synchron zum Abtasttaktsignal von der Steuerung 854 auf das Register 875 übertragen werden.
<Normalbetrieb>
Der Normalbetrieb kann in einen Zustand, in dem ein bewegtes Bild oder dergleichen angezeigt wird, einen Zustand, in dem ein IDS-Betrieb durchgeführt werden kann, während ein Standbild angezeigt wird, einen Zustand, in dem kein Bild angezeigt wird, und dergleichen unterteilt werden. Der Bildverarbeitungsabschnitt 860, die Zeitsteuerung 873 und dergleichen arbeiten im Zustand der Anzeige eines bewegten Bildes oder dergleichen; der Bildverarbeitungsabschnitt 860 und dergleichen werden jedoch nicht beeinflusst, da nur die Daten des Registers 875 im Abtastkettenregisterabschnitt 875A geändert werden. Nachdem die Daten des Abtastkettenregisterabschnitts 875A geändert worden sind, werden gleichzeitig die Daten des Abtastkettenregisterabschnitts 875A in den Registerabschnitt 875B geladen, so dass die Änderung der Daten des Registers 875 abgeschlossen wird. Der Betrieb des Bildverarbeitungsabschnitts 860 und dergleichen wird auf den Betrieb entsprechend den Daten umgeschaltet.
In dem Zustand, in dem der IDS-Betrieb durchgeführt werden kann, während ein Standbild angezeigt wird, kann die Leistungsanpassung des Registers 875 wie bei den anderen Schaltungen im Bereich 890 durchgeführt werden. In diesem Fall werden die komplementären Daten, die in der Flip-Flop-Schaltung 949 gehalten werden, in der Retentionsschaltung 947 als Reaktion auf das Signal SAVE2 vor der Leistungsanpassung im Register 930, das im Abtastkettenregisterabschnitt 875A enthalten ist, gespeichert.
Vor dem Stoppen der Leistungsanpassung werden die in der Retentionsschaltung 947 gehaltenen Daten als Reaktion auf das Signal LOAD2 in die Flip-Flop-Schaltung 949 geladen und werden die Daten in der Flip-Flop-Schaltung 949 als Reaktion auf das Signal LOAD1 in das Register 931 geladen. Auf diese Weise werden die Daten des Registers 875 im gleichen Zustand wie vor der Leistungsanpassung wirksam. Es sei angemerkt, dass selbst wenn sich das Register 875 in einem Zustand der Leistungsanpassung befindet, der Parameter des Registers 875 geändert werden kann, indem die Leistungsanpassung gestoppt wird, falls der Host 840 eine Änderung des Parameters verlangt.
Im Zustand der Anzeige keines Bildes kann beispielsweise die Leistungsanpassung der Schaltungen (einschließlich des Registers 875) im Bereich 890 durchgeführt werden. In diesem Fall könnte auch der Betrieb des Hosts 840 gestoppt werden. Wenn die Leistungsanpassung gestoppt wird, kann ein Bild (Standbild) in einem Zustand vor der Leistungsanpassung angezeigt werden, ohne auf die Wiederaufnahme des Betriebs des Hosts 840 zu warten, da der Bildspeicher 851 und das Register 875 nichtflüchtig sind.
So kann beispielsweise in dem Fall, in dem die Anzeigevorrichtung 800 für einen Anzeigeabschnitt eines zusammenklappbaren Informationsendgeräts verwendet wird, wenn das Informationsendgerät zusammengeklappt wird und eine Anzeigeoberfläche der Anzeigevorrichtung 800 durch ein Signal des Auf/Zu-Sensors 844 als ungenutzt erkannt wird, die Leistungsanpassung der Sensorsteuerung 853, der Berührungssensorsteuerung 884 und dergleichen zusätzlich zur Leistungsanpassung der Schaltungen im Bereich 890 durchgeführt werden.
Wenn das Informationsendgerät zusammengeklappt wird, könnte der Betrieb des Hosts 840 in Abhängigkeit vom Standard des Hosts 840 gestoppt werden. Auch wenn das Informationsendgerät aufgeklappt wird, während der Betrieb des Hosts 840 gestoppt wird, können die Bilddaten im Bildspeicher 851 angezeigt werden, bevor Bilddaten, verschiedene Steuersignale und dergleichen vom Host 840 übertragen werden, da der Bildspeicher 851 und das Register 875 nichtflüchtig sind.
Wenn das Register 875 den Abtastkettenregisterabschnitt 875A und den Registerabschnitt 875B beinhaltet und die Daten des Abtastkettenregisterabschnitts 875A wie vorstehend beschrieben geändert werden, können die Daten problemlos geändert werden, ohne den Bildverarbeitungsabschnitt 860, die Zeitsteuerung 873 und dergleichen zu beeinflussen. Jedes Register 930 im Abtastkettenregisterabschnitt 875A beinhaltet die Retentionsschaltung 947, die ein sanftes Starten und Stoppen der Leistungsanpassung ermöglicht.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
(Ausführungsform 7)
Bei dieser Ausführungsform werden ein Anzeigemodul und elektronische Geräte, die jeweils die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten, anhand von 35, 36A bis 36E und 37A bis 37G beschrieben.
<Anzeigemodul>
35 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Anzeigemoduls 7000, das einen optischen Berührungssensor beinhaltet. Bei dem in 35 dargestellten Anzeigemodul 7000 sind ein Anzeigefeld 7006, das mit einer FPC verbunden ist, eine Hintergrundbeleuchtung (nicht dargestellt), ein Rahmen 7009, eine gedruckte Leiterplatte 7010 und eine Batterie 7011 zwischen einer oberen Abdeckung 7001 und einer unteren Abdeckung 7002 bereitgestellt.
Die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise für das Anzeigefeld 7006 verwendet werden.
Die Formen und Größen der oberen Abdeckung 7001 und der untere Abdeckung 7002 können nach Bedarf gemäß der Größe des Anzeigefelds 7006 geändert werden.
Obwohl nicht dargestellt, beinhaltet die Hintergrundbeleuchtung eine Lichtquelle. Es sei angemerkt, dass die Lichtquelle über der Hintergrundbeleuchtung bereitgestellt werden kann; alternativ kann eine Struktur verwendet werden, in der die Lichtquelle an einem Endabschnitt der Hintergrundbeleuchtung bereitgestellt wird und eine Lichtstreuungsplatte auch enthalten ist. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem ein selbstleuchtendes Licht emittierendes Element, wie z. B. ein organisches EL-Element, verwendet wird, oder in dem Fall, in dem ein reflektierender Bildschirm oder dergleichen zum Einsatz kommt, die Hintergrundbeleuchtung nicht bereitgestellt sein muss.
Der Rahmen 7009 schützt das Anzeigefeld 7006 und dient auch als elektromagnetische Abschirmung zum Blockieren von elektromagnetischen Wellen, die durch den Betrieb der gedruckten Leiterplatte 7010 erzeugt werden. Der Rahmen 7009 kann als Abstrahlplatte dienen.
Die gedruckte Leiterplatte 7010 beinhaltet eine Stromversorgungsschaltung und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Videosignals und eines Taktsignals. Als Stromquelle zum Zuführen von Strom zu der Stromversorgungsschaltung kann eine externe Netzstromquelle oder eine Stromquelle verwendet werden, bei der die getrennt bereitgestellte Batterie 7011 verwendet wird. Die Batterie 7011 kann in dem Fall, in dem eine Netzstromquelle verwendet wird, weggelassen werden.
Das Anzeigemodul 7000 kann zusätzlich mit einem Element, wie z. B. einer polarisierenden Platte, einer Verzögerungsplatte oder einer Prismenfolie, versehen sein.
Das Anzeigemodul 7000 beinhaltet einen Licht emittierenden Abschnitt 7015 und einen Licht empfangenden Abschnitt 7016 auf der gedruckten Leiterplatte 7010. Ein Paar von Lichtleiterabschnitten (ein Lichtleiterabschnitt 7017a und ein Lichtleiterabschnitt 7017b) ist in einem Bereich vorgesehen, der von der oberen Abdeckung 7001 und der unteren Abdeckung 7002 umgeben ist.
Beispielsweise kann für die obere Abdeckung 7001 und die untere Abdeckung 7002 ein Kunststoff oder dergleichen verwendet werden. Die obere Abdeckung 7001 und die untere Abdeckung 7002 können jeweils dünn sein (z. B. mehr als oder gleich 0,5 mm und weniger als oder gleich 5 mm). In diesem Fall kann das Anzeigemodul 7000 deutlich leichter sein. Darüber hinaus können die obere Abdeckung 7001 und die untere Abdeckung 7002 mit geringem Materialeinsatz gefertigt und somit die Herstellungskosten reduziert werden.
Das Anzeigefeld 7006 überlappt sich mit der gedruckten Leiterplatte 7010 und der Batterie 7011, wobei der Rahmen 7009 dazwischen angeordnet ist. Das Anzeigefeld 7006 und der Rahmen 7009 sind am Lichtleiterabschnitt 7017a und am Lichtleiterabschnitt 7017b befestigt.
Das von dem Licht emittierenden Abschnitt 7015 emittierte Licht 7018 wandert über dem Anzeigefeld 7006 durch den Lichtleiterabschnitt 7017a und erreicht den Licht empfangenden Abschnitt 7016 durch den Lichtleiterabschnitt 7017b. Beispielsweise kann das Blockieren des Lichts 7018 durch ein zu erfassendes Objekt, wie z. B. einen Finger oder einen Stift, als Berührungsbedienung erkannt werden.
Eine Vielzahl von Licht emittierenden Abschnitten 7015 ist beispielsweise entlang zweier benachbarter Seiten des Anzeigefelds 7006 bereitgestellt. Eine Vielzahl von Licht empfangenden Abschnitten 7016 ist derart bereitgestellt, dass sie den Licht emittierenden Abschnitten 7015 zugewandt sind. Dementsprechend können Informationen über die Position der Berührungsbedienung erhalten werden.
Als Licht emittierender Abschnitt 7015 kann eine Lichtquelle, wie z. B. ein LED-Element, verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist es, eine Lichtquelle, die Infrarotlicht emittiert, das von den Benutzern visuell nicht erkannt wird und für die Benutzer unbedenklich ist, als Licht emittierenden Abschnitt 7015 zu verwenden.
Als Licht empfangender Abschnitt 7016 kann ein photoelektrisches Element verwendet werden, das das von dem Licht emittierenden Abschnitt 7015 emittierte Licht empfängt und in ein elektrisches Signal umwandelt. Eine Fotodiode, die Infrarotlicht empfangen kann, kann vorteilhaft eingesetzt werden.
Für die Lichtleiterabschnitte 7017a und 7017b können Elemente verwendet werden, die mindestens das Licht 7018 durchlassen. Mit der Verwendung der Lichtleiterabschnitte 7017a und 7017b können der Licht emittierende Abschnitt 7015 und der Licht empfangende Abschnitt 7016 unter dem Anzeigefeld 7006 angeordnet werden, und eine Fehlfunktion des Berührungssensors durch Außenlicht, das den Licht empfangenden Abschnitt 7016 erreicht, kann verhindert werden. Es ist besonders vorteilhaft, ein Harz zu verwenden, das sichtbares Licht absorbiert und Infrarotlicht durchlässt. Dies ist effektiver, um eine Fehlfunktion des Berührungssensors zu verhindern.
Obwohl 35 das Anzeigemodul, das den optischen Berührungssensor beinhaltet, darstellt, kann gegebenenfalls ein resistiver Touchscreen oder ein kapazitiver Touchscreen bereitgestellt werden, um mit dem Anzeigefeld 7006 zu überlappen. Alternativ kann ein Gegensubstrat (Dichtungssubstrat) des Anzeigefelds 7006 eine Touchscreen-Funktion aufweisen. Alternativ kann ein optischer Sensor in jedem Pixel des Anzeigefelds 7006 bereitgestellt sein, um einen optischen Touchscreen zu bilden.
<Elektronisches Gerät 1 >
Als Nächstes stellen 36A bis 36E Beispiele für elektronische Geräte dar.
36A ist eine Außenansicht einer Kamera 8000, an der ein Sucher 8100 angebracht ist.
Die Kamera 8000 beinhaltet ein Gehäuse 8001, einen Anzeigeabschnitt 8002, einen Bedienungsknopf 8003, einen Auslöseknopf 8004 und dergleichen. Ferner ist eine abnehmbare Linse 8006 an der Kamera 8000 angebracht.
Obwohl die Linse 8006 der Kamera 8000 hier von dem Gehäuse 8001 zum Auswechseln abnehmbar ist, kann die Linse 8006 in dem Gehäuse 8001 enthalten sein.
Bilder können mit der Kamera 8000 durch Drücken des Auslöseknopfes 8004 aufgenommen werden. Außerdem können Bilder durch Berührung des Anzeigeabschnitts 8002, der als Touchscreen dient, aufgenommen werden.
Das Gehäuse 8001 der Kamera 8000 beinhaltet eine Halterung mit einer Elektrode, so dass der Sucher 8100, ein Stroboskop oder dergleichen mit dem Gehäuse verbunden werden kann.
Der Sucher 8100 beinhaltet ein Gehäuse 8101, einen Anzeigeabschnitt 8102, einen Knopf 8103 und dergleichen.
Das Gehäuse 8101 beinhaltet eine Halterung zum Einrasten mit der Halterung der Kamera 8000, so dass der Sucher 8100 mit der Kamera 8000 verbunden werden kann. Die Halterung beinhaltet eine Elektrode, und ein Bild oder dergleichen, das von der Kamera 8000 über die Elektrode empfangen wird, kann auf dem Anzeigeabschnitt 8102 angezeigt werden.
Der Knopf 8103 dient als Einschaltknopf. Der Anzeigeabschnitt 8102 kann mit dem Knopf 8103 ein- und ausgeschaltet werden.
Eine Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für den Anzeigeabschnitt 8002 der Kamera 8000 und den Anzeigeabschnitt 8102 des Suchers 8100 verwendet werden.
Obwohl die Kamera 8000 und der Sucher 8100 in 36A separate und abnehmbare elektronische Geräte sind, kann das Gehäuse 8001 der Kamera 8000 einen Sucher mit einer Anzeigevorrichtung beinhalten.
36B ist eine Außenansicht einer am Kopf tragbaren Anzeige 8200.
Die am Kopf tragbare Anzeige 8200 beinhaltet einen Befestigungsabschnitt 8201, eine Linse 8202, einen Hauptkörper 8203, einen Anzeigeabschnitt 8204, ein Kabel 8205 und dergleichen. Der Befestigungsabschnitt 8201 beinhaltet eine Batterie 8206.
Strom wird dem Hauptkörper 8203 von der Batterie 8206 über das Kabel 8205 zugeführt. Der Hauptkörper 8203 beinhaltet einen drahtlosen Empfänger oder dergleichen, um Videodaten, wie z. B. Bilddaten, zu empfangen und diese dann auf dem Anzeigeabschnitt 8204 anzuzeigen. Die Bewegung des Augapfels und des Augenlids eines Benutzers wird von einer Kamera in dem Hauptkörper 8203 aufgenommen und dann werden Koordinaten der Punkte, die der Benutzer betrachtet, unter Verwendung der aufgenommenen Daten berechnet, um das Auge des Benutzers als Eingabemittel zu verwenden.
Der Befestigungsabschnitt 8201 kann eine Vielzahl von Elektroden in Kontakt mit dem Benutzer beinhalten. Der Hauptkörper 8203 kann konfiguriert sein, einen Strom, der durch die Elektroden bei der Bewegung des Augapfels des Benutzers fließt, zu erfassen, um die Richtung von seinen oder ihren Augen zu erkennen. Der Hauptkörper 7203 kann konfiguriert sein, einen Strom, der durch die Elektroden fließt, zu erfassen, um den Puls des Benutzers zu überwachen. Der Befestigungsabschnitt 8201 kann Sensoren, wie z. B. einen Temperatursensor, einen Drucksensor oder einen Beschleunigungssensor, beinhalten, so dass biologische Informationen des Benutzers auf dem Anzeigeabschnitt 8204 angezeigt werden können. Der Hauptkörper 8203 kann konfiguriert sein, die Bewegung des Kopfes des Benutzers oder dergleichen zu erfassen, um ein Bild, das auf dem Anzeigeabschnitt 8204 angezeigt wird, in Synchronisation mit der Bewegung des Kopfes des Benutzers oder dergleichen zu bewegen.
Die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei dem Anzeigeabschnitt 8204 verwendet werden.
36C bis 36E sind Außenansichten einer am Kopf tragbaren Anzeige 8300. Die am Kopf tragbare Anzeige 8300 beinhaltet ein Gehäuse 8301, einen Anzeigeabschnitt 8302, ein Objekt zum Befestigen, wie z. B. ein Band, 8304 und ein Paar von Linsen 8305.
Ein Benutzer kann eine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 8302 durch die Linsen 8305 sehen. Es ist vorteilhaft, dass der Anzeigeabschnitt 8302 gekrümmt ist. Wenn der Anzeigeabschnitt 8302 gekrümmt wird, kann ein Benutzer einen hohen realistischen Eindruck von den Bildern haben. Obwohl die Struktur, die bei dieser Ausführungsform als Beispiel beschrieben wird, einen Anzeigeabschnitt 8302 beinhaltet, ist die Anzahl der bereitgestellten Anzeigeabschnitte 8302 nicht auf eins beschränkt. Beispielsweise können zwei Anzeigeabschnitte 8302 bereitgestellt werden, in welchem Falle ein Anzeigeabschnitt für ein entsprechendes Auge des Benutzers bereitgestellt wird, so dass eine dreidimensionale Anzeige unter Verwendung der Parallaxe oder dergleichen ermöglicht wird.
Die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in dem Anzeigeabschnitt 8302 verwendet werden. Die Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine sehr hohe Auflösung auf; deshalb nimmt selbst dann, wenn ein Bild unter Verwendung der Linsen 8305 vergrößert wird, wie in 36E dargestellt, der Benutzer Pixel nicht wahr, und daher kann ein realistischeres Bild angezeigt werden.
<Elektronisches Gerät 2>
Als Nächstes stellen 37A bis 37G Beispiele für elektronische Geräte dar, die sich von den in 36A bis 36E dargestellten unterscheiden.
Die in 37A bis 37G dargestellten elektronischen Geräte beinhalten 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, elektrischer Energie, Strahlung, Durchflussmenge, Feuchtigkeit, Steigungsgrad, Schwingung, Geruch oder Infrarotstrahlen), ein Mikrofon 9008 und dergleichen.
Die in 37A bis 37G dargestellten elektronischen Geräte weisen verschiedene Funktionen auf, so 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 aufweisen. Es sei angemerkt, dass Funktionen der elektronischen Geräte, die in 37A bis 37G dargestellt werden, nicht darauf beschränkt sind und die elektronischen Geräte verschiedene Funktionen aufweisen können. Obwohl in 37A bis 37G nicht dargestellt, können die elektronischen Geräte jeweils eine Vielzahl von Anzeigeabschnitten aufweisen. Die elektronischen Geräte können jeweils eine Kamera oder dergleichen beinhalten und eine Funktion zum Aufnehmen eines Standbildes, eine Funktion zum Aufnehmen eines Bewegtbildes, 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.
Als Nächstes wird ein Rundfunksystem bzw. ein Übertragungssystem, das eines der elektronischen Geräte beinhaltet, beschrieben. Insbesondere wird hier ein System beschrieben, das ein Rundfunksignal sendet.
<Rundfunksystem>
38 ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel des Rundfunksystems schematisch darstellt. Das Rundfunksystem 1500 beinhaltet eine Kamera 1510, einen Sender 1511 und ein elektronisches Gerätesystem 1501. Das elektronische Gerätesystem 1501 beinhaltet einen Empfänger 1512 und eine Anzeigevorrichtung 1513. Die Kamera 1510 beinhaltet einen Bildsensor 1520 und einen Bildprozessor 1521. Der Sender 1511 beinhaltet einen Encoder 1522 und einen Modulator 1523.
Der Empfänger 1512 und die Anzeigevorrichtung 1513 bestehen aus einer Antenne, einem Demodulator, einem Decoder, einer Logikschaltung, einem Bildprozessor und einer Anzeigeeinheit, die in dem elektronischen Gerätesystem 1501 enthalten ist. Insbesondere beinhaltet der Empfänger 1512 beispielsweise die Antenne, den Demodulator, den Decoder und die Logikschaltung, während die Anzeigevorrichtung 1513 den Bildprozessor und die Anzeigeeinheit beinhaltet. Der Decoder und die Logikschaltung können nicht im Empfänger 1512, sondern in der Anzeigevorrichtung 1513 enthalten sein.
Wenn die Kamera 1510 ein 8K-Video aufnehmen kann, weist der Bildsensor 1520 eine geeignete Anzahl von Pixeln zum Aufnehmen eines Farbbildes mit 8K-Auflösung auf. Wenn beispielsweise ein rotes (R-) Subpixel, zwei grüne (G-) Subpixel und ein blaues (B-) Subpixel in einem einzelnen Pixel enthalten sind, benötigt der Bildsensor 1520 mit einer 8K-Kamera mindestens 7680 × 4320 × 4 [R, G + G und B] Pixel, der Bildsensor 1520 mit einer 4K-Kamera benötigt mindestens 3840 × 2160 × 4 Pixel, und der Bildsensor 120 mit einer 2K-Kamera benötigt mindestens 1920 × 1080 × 4 Pixel.
Der Bildsensor 1520 erzeugt Rohdaten 1540, die noch nicht verarbeitet worden sind. Der Bildprozessor 1521 führt eine Bildverarbeitung (wie z. B. eine Rauschunterdrückung oder Interpolationsverarbeitung) an den Rohdaten 1540 durch und erzeugt Videodaten 1541. Die Videodaten 1541 werden an den Sender 1511 ausgegeben.
Der Sender 1511 verarbeitet die Videodaten 1541 und erzeugt ein Rundfunksignal (Trägerwelle) 1543, das einem Rundfunkband entspricht. Der Encoder 1522 verarbeitet die Videodaten 1541 und erzeugt kodierte Daten 1542. Der Encoder 1522 führt Verarbeitungen durch, wie beispielsweise eine Kodierung der Videodaten 1541, ein Hinzufügen von Daten für die Sendesteuerung (z. B. Authentifizierungsdaten) zu den Videodaten 1541, eine Verschlüsselung und ein Scrambling bzw. eine Verwürfelung (Neuordnung der Daten für die Bandspreizung).
Der Modulator 1523 führt eine IQ-Modulation (Quadratur-Amplitudenmodulation) an den kodierten Daten 1542 durch, um das Rundfunksignal 1543 zu erzeugen und auszugeben. Es handelt sich bei dem Rundfunksignal 1543 um ein zusammengesetztes Signal, das Daten über eine I- (identische Phasen-) Komponente und eine Q-(Quadraturphasen-) Komponente umfasst. Ein Fernsehsender befasst sich mit der Aufgabe, die Videodaten 1541 zu erhalten und das Rundfunksignal 1543 zuzuführen.
Der im elektronischen Gerätesystem 1501 enthaltene Empfänger 1512 empfängt das Rundfunksignal 1543.
39 stellt ein Rundfunksystem 1500A dar, das ein anderes elektronisches Gerätesystem beinhaltet.
Das Rundfunksystem 1500A beinhaltet die Kamera 1510, den Sender 1511, das elektronische Gerätesystem 1501A und eine Bilderzeugungsvorrichtung 1530. Das elektronische Gerätesystem 1501A beinhaltet den Empfänger 1512 und die Anzeigevorrichtung 1513. Die Kamera 1510 beinhaltet den Bildsensor 1520 und den Bildprozessor 1521. Der Sender 1511 beinhaltet einen Encoder 1522A und den Modulator 1523.
Der Empfänger 1512 und die Anzeigevorrichtung 1513 bestehen aus einer Antenne, einem Demodulator, einem Decoder, einem Bildprozessor und einer Anzeigeeinheit, die in dem elektronischen Gerätesystem 1501A enthalten ist. Insbesondere beinhaltet der Empfänger 1512 beispielsweise die Antenne, den Demodulator und den Decoder, während die Anzeigevorrichtung 1513 den Bildprozessor und die Anzeigeeinheit beinhaltet. Der Decoder kann nicht im Empfänger 1512, sondern in der Anzeigevorrichtung 1513 enthalten sein.
Für die Kamera 1510 und den Bildsensor 1520 und den in der Kamera 1510 enthaltenen Bildprozessor 1521 gelten die obigen Beschreibungen. Der Bildprozessor 1521 erzeugt Videodaten 1541A. Die Videodaten 1541A werden an den Sender 1511 ausgegeben.
Die Bilderzeugungsvorrichtung 1530 erzeugt Bilddaten, wie z. B. einen Text, eine Figur oder ein Muster, die zu den im Bildprozessor 1521 erzeugten Bilddaten hinzugefügt werden. Die Bilddaten, wie z. B. ein Text, eine Figur oder ein Muster, werden als Videodaten 1541B auf den Sender 1511 übertragen.
Der Sender 1511 verarbeitet die Videodaten 1541A und die Videodaten 1541B und erzeugt das Rundfunksignal (Trägerwelle) 1543, das einem Rundfunkband entspricht. Der Encoder 1522A verarbeitet die Videodaten 1541A und erzeugt kodierte Daten 1542A. Der Encoder 1522B verarbeitet die Videodaten 1541B und erzeugt kodierte Daten 1542B. Der Encoder 1522A und der Encoder 1522B führen Verarbeitungen durch, wie beispielsweise eine Kodierung der Videodaten 1541A bzw. der Videodaten 1522B, ein Hinzufügen von Daten für die Sendesteuerung (z. B. Authentifizierungsdaten) zu den Videodaten 1541A und den Videodaten 1541B, eine Verschlüsselung oder ein Scrambling bzw. eine Verwürfelung (Neuordnung der Daten für die Bandspreizung).
Das Rundfunksystem 1500A kann eine Konfiguration aufweisen, bei der ein Encoder, wie bei dem Rundfunksystem 1500, das in 38 dargestellt wird, zur Verarbeitung der Videodaten 1541A und der Videodaten 1541B verwendet wird.
Die kodierten Daten 1542A und die kodierten Daten 1542B werden auf den Modulator 1523 übertragen. Der Modulator 1523 erzeugt und gibt das Rundfunksignal 1543 aus, indem er die IQ-Modulation an den kodierten Daten 1542A und den kodierten Daten 1542B durchführt. Das Rundfunksignal 1543 ist ein zusammengesetztes Signal, das eine I-Komponente und eine Q-Komponente aufweist. Ein Fernsehsender befasst sich mit der Aufgabe, die Videodaten 1541 zu erhalten und das Rundfunksignal 1543 zuzuführen.
Der im elektronischen Gerätesystem 1501A enthaltene Empfänger 1512 empfängt das Rundfunksignal 1543.
40 stellt schematisch eine Datenübertragung in dem Rundfunksystem dar. 40 stellt einen Weg dar, über den eine Funkwelle (ein Rundfunksignal) von einer Rundfunkstation 1561 auf einen Fernsehempfänger (TV) 1560 in jedem Haushalt übertragen wird. Der TV 1560 ist mit dem Empfänger 1512 und der Anzeigevorrichtung 1513 versehen. Als Beispiele für einen künstlichen Satelliten 1562 können ein Kommunikationssatellit (communication satellite, CS) und ein Rundfunksatellit (broadcast satellite, BS) angegeben werden. Als Beispiele für eine Antenne 1564 können eine BS/110° CS-Antenne und eine CS-Antenne angegeben werden. Beispiele für die Antenne 1565 umfassen eine Ultra-High-Frequency- (UHF-) Antenne.
Es handelt sich bei Funkwellen 1566A und 1566B um Rundfunksignale für Satellitenrundfunk. Wenn der künstliche Satellit 1562 die Funkwelle 1566A empfängt, überträgt er die Funkwelle 1566B auf die Erde. Die Antenne 1564 in jedem Haushalt empfängt die Funkwelle 1566B, und man kann eine Satelliten-TV-Übertragung auf dem TV 1560 sehen. Alternativ wird die Funkwelle 1566B von einer Antenne einer weiteren Rundfunkstation empfangen, und ein Empfänger der Rundfunkstation verarbeitet die Funkwelle 1566B zu einem Signal, das über ein optisches Kabel übertragen werden kann. Die Rundfunkstation sendet das Rundfunksignal mittels eines optischen Kabelnetzes an einen Eingabeabschnitt des TV 1560 in jedem Haushalt. Es handelt sich bei Funkwellen 1567A und 1567B um Rundfunksignale für die terrestrische Ausstrahlung. Ein Funkturm 1563 verstärkt die empfangene Funkwelle 1567A und überträgt sie als Funkwelle 1567B. Auf dem TV 1560 in jedem Haushalt kann eine terrestrische TV-Ausstrahlung gesehen werden, wenn die Antenne 1565 die Funkwelle 1567B empfängt.
Ein Videoverteilungssystem dieser Ausführungsform ist nicht auf ein System für eine TV-Übertragung beschränkt. Es kann sich bei den zu verteilenden Videodaten entweder um Bewegtbilddaten oder um Standbilddaten handeln.
41A bis 41D stellen Strukturbeispiele eines Empfängers dar. Der TV 1560 kann mit einem Empfänger ein Rundfunksignal empfangen und die Anzeige durchführen. 41 A stellt einen Fall dar, in dem ein Empfänger 1571 außerhalb des TV 1560 vorgesehen ist. 41B stellt einen weiteren Fall dar, in dem die Antennen 1564 und 1565 und der TV 1560 Datenübertragung/-empfang über drahtlose Vorrichtungen 1572 und 1573 durchführen. In diesem Fall dient die drahtlose Vorrichtung 1572 oder 1573 als Empfänger. Die drahtlose Vorrichtung 1573 kann in den TV 1560 integriert werden (siehe 41C).
Die Größe eines Empfängers kann derart verringert werden, dass er tragbar sein kann. Ein Empfänger 1574, der in 41D dargestellt wird, beinhaltet einen Verbindungsabschnitt 1575. Wenn eine Anzeigevorrichtung und ein elektronisches Gerät, wie z. B. ein Informationsendgerät (z. B. ein Personal Computer, ein Smartphone, ein Mobiltelefon oder ein Tablet-Computer), einen Anschluss beinhalten, der mit dem Verbindungsabschnitt 1575 verbunden werden kann, kann man sie verwenden, um eine Satellitenausstrahlung bzw. eine terrestrische Ausstrahlung zu schauen.
Eine Halbleitervorrichtung kann für den Encoder 1522 des Rundfunksystems 1500 in 38 verwendet werden. Der Encoder 1522 kann alternativ durch Kombination von einer dedizierten IC, einem Prozessor (z. B. GPU oder CPU) und dergleichen ausgebildet werden. Alternativ kann der Encoder 1522 in einen dedizierten IC-Chip integriert werden.
Zumindest ein Teil dieser Ausführungsform kann in Kombination mit einer der anderen Ausführungsformen und den Beispielen, die in dieser Beschreibung beschrieben werden, in geeigneter Weise implementiert werden.
[Beispiel 1]
In diesem Beispiel wurde überprüft, ob die Verwendung eines Transistors, der das Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, es ermöglicht, ein großes Anzeigemodul mit hoher Auflösung anzusteuern.
[8K-Anzeige]
Die ITU-R-Empfehlung BT.2020-2 ist ein internationaler Standard für 8K-Anzeigen. Im Standard ist die horizontale Auflösung 7680, die vertikale Auflösung 4320, das Ansteuerverfahren ein progressives Verfahren und die maximale Bildrate 120 Hz.
42A ist ein Blockdiagramm eines idealen Anzeigemoduls. In der in 42A dargestellten Struktur ist ein Pixelabschnitt (Pixelbereich), der über einem Substrat ausgebildet ist, mit einem Source-Treiber (Source-Driver) und einem Paar von Gate-Treibern (Gate-Driver) versehen. Das Paar von Gate-Treibern wird vorzugsweise im gleichen Prozess wie ein in einem Pixel enthaltener Transistor ausgebildet und vorzugsweise auf dem Anzeigemodul nach dem sogenannten Gate-on-Array- (GOA-) Verfahren montiert. Eine als Source-Treiber dienende IC wird vorzugsweise durch ein Chip-on-Glass- (COG-) Verfahren oder dergleichen auf dem Substrat montiert.
Ein Transistor, der zum Ansteuern eines solchen Anzeigemoduls mit hoher Auflösung verwendet wird, erfordert eine extrem hohe Feldeffektmobilität. In einigen Fällen, insbesondere bei einem großen Anzeigefeld, kann das Umschreiben von Bildern nicht innerhalb einer Bild-Periode erfolgen und das Ansteuern kann nicht mit einem Transistor mit geringer Feldeffektmobilität durchgeführt werden, der einen Halbleiter wie amorphes Silizium enthält.
Bei Verwendung eines Transistors, der amorphes Silizium enthält, kann ein Pixelabschnitt in vier Teile unterteilt werden und jeder Teil kann mit einem Source-Treiber und einem Gate-Treiber versehen werden, wie in 42B dargestellt. Mit einer solchen Struktur kann das Umschreiben von vier Pixelabschnitten gleichzeitig durchgeführt werden, so dass ein Bild in einer Bild-Periode neu geschrieben werden kann, auch wenn ein Transistor mit geringer Feldeffektmobilität verwendet wird. In dem Fall, in dem es schwierig ist, den Gate-Treiber nach einem GOA-Verfahren zu montieren, weil der Transistor eine geringe Feldeffektmobilität aufweist, wird eine IC, die als Gate-Treiber dient, vorzugsweise auf ähnliche Weise wie beim Source-Treiber montiert, wie in 42B dargestellt.
Die in 42B dargestellte Struktur hat jedoch beispielsweise folgende Probleme: Eine Erhöhung der Kosten, die sich aus einer Erhöhung der Anzahl der ICs wie des Source-Treibers und des Gate-Treibers und der Anzahl der Materialien dieser ergibt; eine Verringerung des Öffnungsverhältnisses aufgrund einer Erhöhung der Anzahl von Leitungen; eine Erhöhung der Rahmenfläche aufgrund der Implementierung der ICs; die Notwendigkeit einer Schaltung zur Synchronisation der geteilten Pixelabschnitte; und eine Verringerung der Sichtbarkeit aufgrund eines optisch wahrgenommenen Grenzabschnitts zwischen den geteilten Pixelabschnitten. Darüber hinaus ist eine Bildverarbeitung oder dergleichen zur Aufteilung der einzugebenden Bilddaten in vier Teile erforderlich; daher könnte eine großflächige Bildverarbeitungsschaltung erforderlich sein, die mit hoher Geschwindigkeit arbeiten kann.
[Untersuchungsmodell]
Hier wird die Untersuchung beschrieben, ob die Verwendung eines Transistors, der das Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, und die Verwendung eines Transistors, der amorphes Silizium enthält, zum Vergleich den Betrieb eines großen 8K-Flüssigkristallanzeigemoduls ermöglichen.
Die Spezifikationen des für die Untersuchung verwendeten Flüssigkristallanzeigemoduls lauten wie folgt: Die Größe eines Pixelabschnitts betrug 65 Zoll, die Anzahl der effektiven Pixel war 7680 × RGB (H) × 4320 (V), die Pixelgröße war 187,5 µm × 187,5 µm, ein VA-Modus wurde als Flüssigkristallmodus verwendet, und die Graustufen lagen bei 12 Bit. Die Datenspannung einer Source-Treiber-IC wurde auf 3,5 V bis 14,5 V eingestellt, eine horizontale Periode wurde auf 1,92 µs eingestellt, und es wurde ein Punktinversionsansteuerverfahren verwendet. Die Taktfrequenz eines Gate-Treibers wurde auf 260,16 kHz eingestellt, die Spannung auf -6,0 V bis 22,0 V und ein gemeinsames Potential eines Flüssigkristallelements auf 9,0 V.
Es sei angemerkt, dass ein Subpixel einen Transistor und einen Kondensator beinhaltete. Ein Transistor, der in dem Pixel enthalten war, war ein kanalgeätzter Single-Gate-Transistor, dessen Kanallänge 4 µm und Kanalbreite 8 µm war. Ein Transistor, der in dem Gate-Treiber enthalten war, war ein kanalgeätzter Dual-Gate-Transistor (mit einer S-Kanal-Struktur), dessen Kanallänge 4 µm und Kanalbreite 4000 µm war. Das Metalloxid (CAC-OS) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde in einer Halbleiterschicht jedes der Transistoren verwendet.
Zum Vergleich wurde der Fall untersucht, in dem hydriertes amorphes Silizium (a-Si:H) in der Halbleiterschicht jedes der Transistoren verwendet wurde.
[Untersuchung]
Bei der Untersuchung wurde die Summe der Zeit, bis das Potential einer Gate-Leitung vollständig fällt (Gate-Fallzeit), und der Zeit, bis das Potential einer Source-Leitung 95 % der maximalen Eingangsspannung erreicht (Source-Leitungsladezeit), geschätzt. Die Untersuchungsergebnisse werden nachfolgend gezeigt. [Tabelle 2]

Gate-Fallzeit Source- Leitungsladezeit ( > 95 %) gesamt eine horizontale Periode Betrieb

a-Si:H 2,25 ms - 1,92 ms nicht betrieben

CAC-OS 0,70 ms 1,21 ms 1,91 ms betrieben
Im Falle der Verwendung des CAC-OS wurde die Summe der Gate-Fallzeit und der Source-Leitungsladezeit auf 1,91 µs geschätzt, was kürzer ist als eine horizontale Periode 1,92 µs im 120 Hz-Betrieb; dies deutet darauf hin, dass ein Betrieb möglich ist. Dementsprechend kann ein integrierter Gate-Treiber eingesetzt werden. In diesem Fall wird die Rahmenbreite auf der Gate-Treiberseite auf 3,85 mm geschätzt, so dass ein Anzeigemodul mit einer extrem schmalen Rahmenbreite hergestellt werden kann.
Im Gegensatz dazu hat die Gate-Fallzeit bei Verwendung von hydriertem amorphem Silizium eine horizontale Periode überschritten, so dass der Gate-Treiber nicht integriert werden kann. Es sei angemerkt, dass die Überprüfung unter der Annahme durchgeführt wurde, dass die Belastungen (loads) bei Leitungen wie der Gate-Leitung und der Source-Leitung gleich waren. Bei Verwendung von hydriertem amorphem Silizium war die Größe des im Pixel vorgesehenen Transistors jedoch groß; somit war die Last größer als bei Verwendung des CAC-OS.
Anschließend wurde das Verhältnis zwischen der Bildrate und der Bildschirmgröße (der Größe des Pixelabschnitts), mit der der Gate-Treiber integriert werden kann, für den Fall der Verwendung des CAC-OS und für den Fall der Verwendung von hydriertem amorphem Silizium bestimmt.
43 zeigt die Ergebnisse. In 43 stellt die Längsachse die Bildschirmgröße und die Querachse die Bildrate dar. Es kann bestätigt werden, dass der Einsatz des CAC-OS ein 12-Bit-Anzeigefeld von bis zu 70 Zoll mit 8K Auflösung und einer Bildrate von 120 Hz bereitstellen kann, in das ein Gate-Treiber integriert werden kann.
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung des Metalloxids einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein großes Anzeigemodul mit hoher Auflösung bereitstellen kann.
[Beispiel 2]
In diesem Beispiel wurden die Transistoren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt. Darüber hinaus wurden die I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren zur Zuverlässigkeitsbewertung gemessen.
[Herstellung des Transistors]
Als Erstes wurden Transistoren, die jeweils dem vorstehend beschriebenen Transistor 100E entsprechen, hergestellt, um die elektrischen Eigenschaften der Transistoren zu messen. In diesem Beispiel wurden die nachfolgend beschriebene Probe A1 und Probe A2 hergestellt.
Die Proben A1 und A2 enthielten jeweils einen Transistor, dessen Kanallänge L 3 µm betrug und dessen Kanalbreite W50 µm betrug.
[Herstellungsverfahren der Proben A1 und A2]
Als Erstes wurde mit einer Sputtervorrichtung ein 100 nm dicker Wolframfilm über einem Glassubstrat ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren verarbeitet, um den leitfähigen Film 104 auszubilden, der als erste Gate-Elektrode dient.
Anschließend wurden vier Isolierfilme über dem Substrat und dem leitfähigen Film 104 angeordnet, um den Isolierfilm 106 auszubilden, der als erster Gate-Isolierfilm dient. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 wurden die Filme kontinuierlich im Vakuum mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 wurden ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 300 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm in dieser Reihenfolge von unten aus übereinander angeordnet.
Als Nächstes wurden zwei Metalloxidfilme (ein erster Metalloxidfilm und ein zweiter Metalloxidfilm) nacheinander über dem Isolierfilm 106 ausgebildet. Anschließend wurden die übereinander angeordneten Metalloxidfilme zu einer Inselform verarbeitet, um den Metalloxidfilm 108 auszubilden.
Es sei angemerkt, dass die Metalloxidfilme in der Probe A1 und der Probe A2 unter verschiedenen Bedingungen ausgebildet wurden.
<Ausbildung des Metalloxidfilms in der Probe A1 >
In der Probe A1 wurde der erste Metalloxidfilm unter Verwendung eines 20 nm dicken In-Ga-Zn-Films und der zweite Metalloxidfilm unter Verwendung eines 25 nm dicken In-Ga-Zn-Films ausgebildet.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 130 °C; ein Argongas mit einer Durchflussrate von 180 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 20 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]). Der Sauerstoffanteil im gesamten Abscheidungsgas wird in einigen Fällen als Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate bezeichnet. Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des ersten Metalloxidfilms betrug 10 %.
Der zweite Metalloxidfilm wurde unter den gleichen Abscheidungsbedingungen wie der erste Metalloxidfilm ausgebildet, mit Ausnahme der Durchflussrate eines Sputtergases. Insbesondere wurde die Einleitung des Argongases in die Kammer gestoppt, und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 200 sccm wurde in die Kammer der Sputtervorrichtung eingeleitet. Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des zweiten Metalloxidfilms betrug 100 %.
<Ausbildung des Metalloxidfilms in der Probe A2>
In der Probe A2 wurde der erste Metalloxidfilm unter Verwendung eines 20 nm dicken In-Ga-Zn-Films und der zweite Metalloxidfilm unter Verwendung eines 25 nm dicken In-Ga-Zn-Films ausgebildet.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170 °C; ein Argongas mit einer Durchflussrate von 140 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 60 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]). Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des ersten Metalloxidfilms betrug 30 %.
Der zweite Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170 °C; ein Argongas mit einer Durchflussrate von 100 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 100 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 1:1:1,2 [Atomverhältnis]). Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des zweiten Metalloxidfilms betrug 50 %.
Die Metalloxidfilme 108 in Probe A1 und Probe A2 wurden in den obigen Schritten ausgebildet.
Als Nächstes wurde eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C wie folgt durchgeführt: Eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wurde eine Stunde lang durchgeführt, anschließend wurde eine Wärmebehandlung in einer stickstoff- und sauerstoffhaltigen Mischgasatmosphäre eine Stunde lang durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 106 und dem Metalloxidfilm 108 ausgebildet und verarbeitet, so dass die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden. Für den leitfähigen Film wurden mit einer Sputtervorrichtung ein 30 nm dicker erster Titanfilm und ein 200 nm dicker Kupferfilm in dieser Reihenfolge ausgebildet. Danach wurde der Kupferfilm durch ein Photolithographieverfahren geätzt und dann wurde mit der Sputtervorrichtung ein 50 nm dicker zweiter Titanfilm ausgebildet. Anschließend wurden der erste Titanfilm und der zweite Titanfilm durch ein Photolithographieverfahren geätzt, wodurch die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine freiliegende Oberfläche des Metalloxidfilms 108 (auf der Rückkanalseite) mit Phosphorsäure gewaschen.
Dann wurde der Isolierfilm 114 über dem Isolierfilm 106, dem Metalloxidfilm 108 und den leitfähigen Filmen 112a und 112b ausgebildet, und der Isolierfilm 116 wurde über dem Isolierfilm 114 ausgebildet. Der Isolierfilm 114 und der Isolierfilm 116 wurden nacheinander im Vakuum mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet. Der Isolierfilm 114 wurde unter Verwendung eines 30 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet und der Isolierfilm 116 wurde unter Verwendung eines 400 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet.
Als Nächstes wurde eine Stunde lang eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Ein 6 nm dicker ITSO-Film wurde als leitfähiger Film durch eine Sputtervorrichtung ausgebildet.
Anschließend wurde dem Isolierfilm 116 über den leitfähigen Film durch eine Plasmabehandlung Sauerstoff zugesetzt. Bei der Plasmabehandlung wurde das Plasma in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgas entladen.
Als Nächstes wurde der leitfähige Film entfernt.
Anschließend wurde der Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als Isolierfilm 118 mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet.
Dann wurde eine Öffnung in einem gewünschten Bereich des Isolierfilms ausgebildet. Die Öffnung wurde durch ein Trockenätzverfahren ausgebildet.
Ein leitfähiger Film wurde anschließend ausgebildet, um die Öffnung zu füllen, und zu einer Inselform verarbeitet, wodurch der leitfähige Film 120a, der als zweite Gate-Elektrode dient, ausgebildet wurde. Als leitfähiger Film 120a wurde ein 100 nm dicker ITSO-Film mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein Isolierfilm über dem Isolierfilm 118 und dem leitfähigen Film 120a ausgebildet. Ein 1,5 µm dickes lichtempfindliches Harz auf Acrylbasis wurde für den Isolierfilm verwendet.
Auf die vorstehende Weise wurden die Probe A1 und die Probe A2 hergestellt.
[I_d-V_g-Eigenschaften des Transistors]
Als Nächstes wurden die I_d -V_g -Eigenschaften der hergestellten Transistoren in der Probe A1 und der Probe A2 gemessen. Bei der Messung der I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren wurden eine Spannung, die an den als erste Gate-Elektrode dienenden leitfähigen Film angelegt wurde (im Folgenden wird die Spannung auch als Gate-Spannung (V_g ) bezeichnet), und eine Spannung, die an den als zweite Gate-Elektrode dienenden leitfähigen Film angelegt wurde (im Folgenden wird die Spannung auch als Rückgate-Spannung (V_bg ) bezeichnet), in Schritten von 0,25 V von -15 V auf +20 V geändert. Eine Spannung, die an den als Source-Elektrode dienenden leitfähigen Film angelegt wurde (im Folgenden wird die Spannung auch als Source-Spannung (V_s ) bezeichnet), betrug 0 V (comm) und Spannungen, die an den als Drain-Elektrode dienenden leitfähigen Film angelegt wurden (im Folgenden werden die Spannungen auch als Drain-Spannung (V_d ) bezeichnet), betrugen 0,1 V und 20 V.
44A und 44B zeigen die Ergebnisse der I_d -V_g -Eigenschaften von Probe A1 bzw. Probe A2. In 44A und 44B stellen jeweils die erste vertikale Achse Id (A), die zweite vertikale Achse die Feldeffektmobilität (µFE (cm²/Vs)) und die horizontale Achse V_g (V) dar. Es sei angemerkt, dass die Feldeffektmobilität gemessen wurde, als V_d 20 V war.
<Feldeffektmobilität>
Hier wird die Feldeffektmobilität beschrieben. Als Index für die Stromtreiberfähigkeit eines Transistors wird die Feldeffektmobilität verwendet. Der Ein-Bereich des Transistors ist in einen linearen Bereich und einen Sättigungsbereich unterteilt. Aus den Eigenschaften der Bereiche kann die Feldeffektmobilität des Transistors auf Grundlage der analytischen Formeln des Drain-Stroms basierend auf gradueller Kanalapproximation (gradual channel approximation) berechnet werden. Die Feldeffektmobilität in dem linearen Bereich und die Feldeffektmobilität in dem Sättigungsbereich werden als lineare Mobilität bzw. Sättigungsmobilität bezeichnet, wenn sie voneinander unterschieden werden müssen. Die Sättigungsmobilität wird durch die folgende Formel (1) dargestellt.
[Formel 1] $μ_{FE}^{sat} = \frac{2 L}{W C_{O X}} {(\frac{\partial \sqrt{I_{d}}}{\partial V_{g}})}^{2}$
In dieser Beschreibung und dergleichen werden Kurven, die aus der Formel (1) berechnet werden, als Mobilitätskurven bezeichnet. 44A und 44B zeigen Mobilitätskurven der Sättigungsmobilität, die aus den I_d -V_g -Eigenschaften unter Verwendung der Formel (1) geschätzt werden.
Wie in den 44A und 44B dargestellt, wurden unter beiden Bedingungen Transistoren mit hoher Feldeffektmobilität und günstigen Schalteigenschaften hergestellt.
[Gate-Vorspannungs- Temperatur-Stresstest]
47 zeigt die Ergebnisse der Stresstests der Probe A1. Als Stresstests wurden Gate-Vorspannungs-Temperatur-Stresstests (gate bias-temperature stress tests, GBT-Tests) durchgeführt. Ein GBT-Test ist eine Art Beschleunigungstest und kann in kurzer Zeit eine Änderung der Transistoreigenschaften durch Langzeitanwendung bewerten. Hier wurde bei jedem der GBT-Tests das Substrat, über dem der Transistor ausgebildet war, bei 60 °C gehalten, wurde 0 V an die Source und den Drain des Transistors angelegt und wurden 30 V oder -30 V an das Gate angelegt; dieser Zustand wurde 3600 Sekunden lang gehalten. Es sei angemerkt, dass ein Test, bei dem eine positive Spannung an ein Gate angelegt wird, als PBTS und ein Test, bei dem eine negative Spannung an ein Gate angelegt wird, als NBTS bezeichnet wird. Darüber hinaus wurden 30 V oder -30 V an das Gate unter Lichtbestrahlung mit einer weißen LED bei 10000 Ix angelegt; dieser Zustand wurde für 3600 Sekunden gehalten. Es sei angemerkt, dass ein Test, bei dem eine positive Spannung an ein Gate angelegt wird, als PBITS und ein Test, bei dem eine negative Spannung an ein Gate angelegt wird, als NBITS bezeichnet wird.
47 zeigt die Ergebnisse der GBT-Tests. Die Ergebnisse in 47 deuten darauf hin, dass der Änderungsbetrag des Schwellenwerts (ΔV_th) kleiner als oder gleich ±1 V ist, was vorteilhaft ist. Die wahrscheinlichen Faktoren für die günstigen Ergebnisse bei den GBT-Tests sind beispielsweise wie folgt: Eine Schichtanordnung aus einem CAC-OS-Film und einem CAAC-OS-Film wird für den Metalloxidfilm 108 des in der Probe A1 enthaltenen Transistors verwendet; ein vergrabener Kanal wird gebildet; und ein Einfluss von Defekten und Schäden an der Grenzfläche zwischen dem Metalloxidfilm 108 und dem Isolierfilm 114 bei einem Rückkanal wird reduziert.
[Zuverlässigkeitsbewertung 1]
Anschließend wurde eine Zuverlässigkeitsbewertung an jeder der Proben A1 und A2 durchgeführt.
Bei der Zuverlässigkeitsbewertung wurde wiederholt eine Impulsspannung an Transistoren angelegt, um die Transistoren anzusteuern, und die Änderungsraten der Durchlassströme wurden gemessen.
Bei der Messung wurde eine Impulsspannung, deren Hochspannung 20 V und Niederspannung -8 V betrug, an die ersten Gate-Elektroden, die zweiten Gate-Elektroden und die Drain-Elektroden angelegt, während an die Source-Elektroden ein konstantes Potential von -8 V angelegt wurde. Die Frequenz der Impulsspannung betrug etwa 17,1 kHz, und eine Periode, in der eine Spannung von 20 V angelegt wurde, machte 20 % aus und eine Periode, in der eine Spannung von -8 V angelegt wurde, machte 80 % aus (d. h. ein Tastverhältnis (duty cycle) betrug 20 %).
Nachdem die Impulsspannung für eine bestimmte Zeit angelegt worden war, wurden die Durchlassströme der Transistoren gemessen. Bei der Messung der Durchlassströme wurden die Gate-Spannung (V_g ) und die Rückgate-Spannung (V_bg ) auf 15 V, die Source-Spannung (V_s ) auf 0 V (comm), die Drain-Spannung (V_d ) auf 5 V und eine Abtastzeit bei der Messung auf 7,5 msec (Tastverhältnis: 7,5) eingestellt.
Die Transistoren in den für die Messung verwendeten Proben A1 und A2 hatten jeweils eine Kanallänge von 4 µm und eine Kanalbreite von 1000 µm.
45A zeigt die Änderungsraten der Durchlassströme der Proben A1 und A2, die aus den gemessenen I_d -V_g -Eigenschaften geschätzt wurden. In 45A stellt die Querachse die Zeit und die Längsachse die Änderungsrate des Durchlassstroms dar.
45B zeigt die Zeit bis zum Absinken des Durchlassstroms auf 50 %. Es sind etwa 4,2 Stunden bei Probe A2 und etwa 55,5 Stunden bei Probe A1.
Die obigen Ergebnisse zeigen, dass ein Transistor, der das Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
[Zuverlässigkeitsbewertung 2]
Als Nächstes wurde eine Zuverlässigkeitsbewertung unter anderen Bedingungen als denjenigen der obigen Zuverlässigkeitsbewertung durchgeführt. Die Zuverlässigkeitsbewertung wurde an drei Transistoren durchgeführt, die unter den gleichen Bedingungen wie die Probe A1 hergestellt wurden. Die Kanallängen der drei Transistoren waren 3 µm, 4 µm und 6 µm, und die Kanalbreiten der drei Transistoren waren jeweils 1000 µm. Es sei angemerkt, dass die Ergebnisse der Zuverlässigkeitsbewertung zwischen der Zuverlässigkeitsbewertung 1 und der Zuverlässigkeitsbewertung 2 leicht voneinander abweichen, da verschiedene Proben gemessen wurden.
Bei der Messung wurde eine Impulsspannung, deren Hochspannung 20 V und Niederspannung -9 V betrug, an die ersten Gate-Elektroden, die zweiten Gate-Elektroden und die Drain-Elektroden angelegt, während an die Source-Elektroden ein konstantes Potential von -9 V angelegt wurde. In Hinblick auf die Impulsspannung machte eine Periode, in der eine Spannung von 20 V angelegt wurde, 20 % aus und eine Periode, in der eine Spannung von -9 V angelegt wurde, machte 80 % aus (d. h. ein Tastverhältnis betrug 20 %).
Nachdem die Impulsspannung für eine bestimmte Zeit angelegt worden war, wurden die Durchlassströme der Transistoren gemessen. Bei der Messung der Durchlassströme wurden die Gate-Spannung (V_g ) und die Rückgate-Spannung (V_bg ) auf 15 V, die Source-Spannung (V_s ) auf 0 V (comm), die Drain-Spannung(V_d ) auf 5 V und eine Abtastzeit bei der Messung auf 7,5 msec (Tastverhältnis: 7,5) eingestellt.
48A und 48B zeigen die Messergebnisse. 48A zeigt die Messergebnisse in einem Semi-Log-Diagramm und 48B zeigt die Messergebnisse in einem Log-Log-Diagramm. In 48A und 48B stellen jeweils die Querachse die Messzeit und die Längsachse die Änderungsrate des Durchlassstroms bei der Zuverlässigkeitsbewertung dar. Aus den Ergebnissen in 48B kann geschätzt werden, dass es etwa 125.000 sec dauert, bis der Durchlassstrom durch Degradation auf 70 % absinkt. Die obigen Ergebnisse zeigen, dass ein Transistor, der das Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
[Herstellung des Transistors]
Als Nächstes wurden Transistoren, die jeweils dem vorstehend beschriebenen Transistor 100A entsprechen, hergestellt, um die elektrischen Eigenschaften der Transistoren zu messen. In diesem Beispiel wurden die nachfolgend beschriebene Probe A3 und Probe A4 hergestellt. Es sei angemerkt, dass sich in jedem der Transistoren in den Proben A3 und A4 die Anordnungsreihenfolge des leitfähigen Films 120a und des Isolierfilms 118 von derjenigen im Transistor 100A unterschied.
Die Proben A3 und A4 enthielten jeweils einen Transistor, dessen Kanallänge L 2 µm betrug und dessen Kanalbreite W50 µm betrug.
[Herstellungsverfahren der Proben A3 und A4]
Als Erstes wurde mit einer Sputtervorrichtung ein 100 nm dicker Wolframfilm über einem Glassubstrat ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren verarbeitet, um den leitfähigen Film 104 auszubilden, der als erste Gate-Elektrode dient.
Als Nächstes wurden verschiedene Isolierfilme 106 für die Proben A3 und A4 ausgebildet.
Für die Probe A3 wurden vier Isolierfilme über dem Substrat und dem leitfähigen Film 104 angeordnet, um den Isolierfilm 106 auszubilden, der als erster Gate-Isolierfilm dient. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 in Probe A3 wurden die Filme kontinuierlich im Vakuum mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 in Probe A3 wurden ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 300 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 50 nm dicker Siliziumoxynitridfilm in dieser Reihenfolge von unten aus übereinander angeordnet.
Für Probe A4 wurden drei Isolierfilme über dem Substrat und dem leitfähigen Film 104 angeordnet, um den Isolierfilm 106 auszubilden, der als erster Gate-Isolierfilm dient. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 in Probe A4 wurden die Filme kontinuierlich im Vakuum mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 in Probe A4 wurden ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 300 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm in dieser Reihenfolge von unten aus übereinander angeordnet. Bei der Probe A4 wurde nach der Ausbildung des Isolierfilms 106 eine Sauerstoffplasmabehandlung an einer Oberfläche des Isolierfilms 106 durchgeführt.
Als Nächstes wurden zwei Metalloxidfilme (ein erster Metalloxidfilm und ein zweiter Metalloxidfilm) nacheinander über dem Isolierfilm 106 ausgebildet. Anschließend wurden die übereinander angeordneten Metalloxidfilme zu einer Inselform verarbeitet, um den Metalloxidfilm 108 auszubilden.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 10 nm dicken In-Ga-Zn-Films und der zweite Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 25 nm dicken In-Ga-Zn-Films ausgebildet.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 130 °C; ein Argongas mit einer Durchflussrate von 180 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 20 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]). Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des ersten Metalloxidfilms betrug 10 %.
Der zweite Metalloxidfilm wurde unter den gleichen Abscheidungsbedingungen wie der erste Metalloxidfilm ausgebildet, mit Ausnahme der Durchflussrate eines Sputtergases. Insbesondere wurde die Einleitung des Argongases in die Kammer gestoppt, und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 200 sccm wurde in die Kammer der Sputtervorrichtung eingeleitet. Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des zweiten Metalloxidfilms betrug 100 %.
Als Nächstes wurde eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C wie folgt durchgeführt: Eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wurde eine Stunde lang durchgeführt, anschließend wurde eine Wärmebehandlung in einer stickstoff- und sauerstoffhaltigen Mischgasatmosphäre eine Stunde lang durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 106 und dem Metalloxidfilm 108 ausgebildet und verarbeitet, so dass die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden. Für den leitfähigen Film wurden mit einer Sputtervorrichtung ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm in dieser Reihenfolge ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren geätzt, wodurch die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine freiliegende Oberfläche des Metalloxidfilms 108 (auf der Rückkanalseite) mit Phosphorsäure gewaschen.
Dann wurde der Isolierfilm 114 über dem Isolierfilm 106, dem Metalloxidfilm 108 und den leitfähigen Filmen 112a und 112b ausgebildet, und der Isolierfilm 116 wurde über dem Isolierfilm 114 ausgebildet. Der Isolierfilm 114 und der Isolierfilm 116 wurden nacheinander im Vakuum mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet. Der Isolierfilm 114 wurde unter Verwendung eines 30 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet und der Isolierfilm 116 wurde unter Verwendung eines 400 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet.
Als Nächstes wurde eine Stunde lang eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Ein 6 nm dicker ITSO-Film wurde als leitfähiger Film durch eine Sputtervorrichtung ausgebildet.
Anschließend wurde dem Isolierfilm 116 über den leitfähigen Film durch eine Plasmabehandlung Sauerstoff zugesetzt. Bei der Plasmabehandlung wurde das Plasma in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgas entladen.
Als Nächstes wurde der leitfähige Film entfernt.
Anschließend wurde der Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als Isolierfilm 118 mit einer PECVD-Vorrichtung ausgebildet.
Dann wurde eine Öffnung in einem gewünschten Bereich des Isolierfilms ausgebildet. Die Öffnung wurde durch ein Trockenätzverfahren ausgebildet.
Ein leitfähiger Film wurde anschließend ausgebildet, um die Öffnung zu füllen, und zu einer Inselform verarbeitet, wodurch der leitfähige Film 120a, der als zweite Gate-Elektrode dient, ausgebildet wurde. Als leitfähiger Film 120a wurde ein 100 nm dicker ITSO-Film mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein Isolierfilm über dem Isolierfilm 118 und dem leitfähigen Film 120a ausgebildet. Ein 1,5 µm dickes lichtempfindliches Harz auf Acrylbasis wurde für den Isolierfilm verwendet.
Auf die vorstehende Weise wurden die Probe A3 und die Probe A4 hergestellt.
[I_d-V_g-Eigenschaften des Transistors]
Als Nächstes wurden die I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren in den Proben A3 und A4 gemessen. Es sei angemerkt, dass zehn Transistoren für jede Probe hergestellt wurden. Die I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren wurden unter den folgenden Bedingungen gemessen: V_g und V_bg wurden jeweils von -15 V auf +15 V in Schritten von 0,25 V verändert, V_s wurde auf 0 V (comm) eingestellt und V_d wurde auf 0,1 V oder 20 V eingestellt.
54A zeigt die I_d -V_g -Eigenschaften der zehn Transistoren der Probe A3. 54B zeigt die I_d -V_g -Eigenschaften der zehn Transistoren der Probe A4. Die Querachse in jeder der 54A und 54B stellt V_g dar. Die Längsachse in jeder der 54A und 54B stellt den Drain-Strom (I_d ) auf einer logarithmischen Skala dar. Eine Profilgruppe 331 in 54A zeigt die I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren der Probe A3, wenn V_d 0,1 V beträgt. Eine Profilgruppe 332 in 54A zeigt die I I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren der Probe A3, wenn V_d 20 V beträgt. Eine Profilgruppe 341 in 54B zeigt die I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren der Probe A4, wenn V_d 0,1 V beträgt. Eine Profilgruppe 342 in 54B zeigt die I_d -V_g -Eigenschaften der Transistoren der Probe A4, wenn V_d 20 V beträgt.
Die Ergebnisse in 54A und 54B deuten darauf hin, dass sowohl in der Probe A3 als auch in der Probe A4 die Transistoren einen niedrigen Sperrstrom aufweisen und die Schwankungen zwischen den Transistoren gering ist. Dies deutet darauf hin, dass die Transistoren der Probe A3 und die Transistoren der Probe A4 vorteilhafte elektrische Eigenschaften aufweisen.
[Gate-Vorspannungs-Temperatur-Stresstest]
Anschließend wurden GBT-Tests an Transistoren der Proben A3 und A4 durchgeführt. Die Transistoren hatten jeweils eine Kanallänge L von 3 µm und eine Kanalbreite W von 50 µm. Hier wurde bei jedem der GBT-Tests ein Substrat, über dem der Transistor ausgebildet war, bei 60 °C gehalten, wurde 0 V an eine Source und einen Drain des Transistors angelegt und wurden 30 V oder -30 V an ein Gate angelegt; dieser Zustand wurde für 3600 Sekunden gehalten. Es sei angemerkt, dass ein Test, bei dem eine positive Spannung an ein Gate angelegt wird, als PBTS und ein Test, bei dem eine negative Spannung an ein Gate angelegt wird, als NBTS bezeichnet wird. Darüber hinaus wurden 30 V oder -30 V an das Gate unter Lichtbestrahlung mit einer weißen LED bei 10000 Ix angelegt; dieser Zustand wurde für 3600 Sekunden gehalten. Es sei angemerkt, dass ein Test, bei dem eine positive Spannung an ein Gate angelegt wird, als PBITS und ein Test, bei dem eine negative Spannung an ein Gate angelegt wird, als NBITS bezeichnet wird.
55 zeigt die Ergebnisse der GBT-Tests. Die Änderungsbeträge des Schwellenwerts (ΔV_th ) des Transistors der Probe A3 beträgt 0,49 V bei PBTS, 0,04 V bei NBTS, 0,06 V bei PBITS und -0,50 V bei NBITS. Wohingegen ΔV_th des Transistors der Probe A4 bei PBTS 0,74 V, bei NBTS 0,05 V, bei PBITS 0,11 V und bei NBITS -1,96 V ist. Die Änderungsbeträge von V_th der Transistoren der Proben A3 und A4 aufgrund der GBT-Tests ist kleiner als 2 V. Dies deutet darauf hin, dass die Transistoren der Proben A3 und A4 eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen.
Im Allgemeinen beinhaltet ein Transistor, bei dem eine hydrierte amorphe Siliziumschicht für eine Halbleiterschicht verwendet wird, in der ein Kanal gebildet wird (auch als a-Si:H-Transistor bezeichnet), eine Siliziumnitridschicht als Gate-Isolierschicht. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Siliziumnitridschicht für eine Gate-Isolierschicht eines OS-Transistors verwendet werden. Dementsprechend ist ein signifikanter Gerätewechsel bei einer Verlagerung von einer a-Si:H-Transistorproduktionslinie auf eine OS-Transistorproduktionslinie unnötig. Somit ist es relativ einfach, die Produktionslinie von der a-Si:H-Transistorproduktionslinie auf die OS-Transistorproduktionslinie zu verlagern.
[Beispiel 3]
In diesem Beispiel wird ein Anzeigemodul zur Betriebsüberprüfung beschrieben, das ein 8K-Anzeige simuliert. Es sei angemerkt, dass ein Transistor, der das Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, als Transistor im Anzeigemodul verwendet werden kann.
Um das Anzeigemodul zur Betriebsüberprüfung herzustellen, das eine 8K-Anzeige simuliert, wird in einem Pixelabschnitt eines 2K- oder 4K-Anzeigemoduls eine Last bereitgestellt, die der einer 8K-Anzeige entspricht, da die Systemanforderungen für eine 8K-Anzeige angenommen werden.
46A ist ein Blockdiagramm, das das Anzeigemodul zur Betriebsprüfung darstellt. Bei der in 46A dargestellten Struktur ist ein über einem Substrat ausgebildeter Pixelabschnitt 601 mit einem Source-Treiber 603 und einem Paar von Gate-Treibern 605 versehen. Das Paar von Gate-Treibern 605 wird vorzugsweise im gleichen Prozess wie ein Transistor ausgebildet, der in einem Pixel enthalten ist und auf dem Anzeigemodul durch ein sogenanntes Gate-on-Array-Verfahren montiert wird. Der Source-Treiber 603 wird vorzugsweise durch ein COG-Verfahren oder dergleichen auf dem Substrat montiert.
Über dem Substrat sind ein mit einer FPC verbundener Anschlussabschnitt 607, eine Leitung 609 zwischen dem Anschlussabschnitt 607 und dem Gate-Treiber 605, eine mit dem Gate-Treiber 605 verbundene Leitung 611 und eine mit dem Source-Treiber 603 verbundene Leitung 613 bereitgestellt. Die Leitung 609 dient als Signalleitung und Stromleitung für den Gate-Treiber 605. Die Leitung 611 dient als Gate-Leitung. Die Leitung 613 dient als Signalleitung.
Der Pixelabschnitt 601 beinhaltet Bereiche 601 1, 601 2, 601 3 und 601 4. Für jede der Leitungen zwischen dem Bereich 601_1 und dem Bereich 601_2, zwischen dem Bereich 601_1 und dem Bereich 601_3, zwischen dem Bereich 601_2 und dem Bereich 601_4, zwischen dem Bereich 601_3 und dem Bereich 601_4 und zwischen dem Paar von Gate-Treibern 605 ist eine Last 602 bereitgestellt. Die Last 602 ist eine Leitungslast, und für jede Leitung ist ein Widerstand, ein Kondensator oder dergleichen bereitgestellt.
Das adäquate Bereitstellen der Last 602 im Pixelabschnitt 601 und einer Treiberschaltung ermöglicht die Reproduktion verschiedener Vorgänge in jedem Bereich des Anzeigemoduls.
Beispielsweise wird keine Last zwischen dem Bereich 601_1 und dem Source-Treiber 603 und zwischen dem Bereich 601_1 und dem Gate-Treiber 605 bereitgestellt. Somit ist im Bereich 601_1 die Wellenformverzerrung von Signalen durch die Signalleitung und die Gate-Leitung gering, was zu den mildesten Bedingungen zum Schreiben der Signale in Pixel des Pixelabschnitts 601 führt.
Es gibt keine Last zwischen dem Bereich 601_2 und dem Source-Treiber 603, während die Last 602 zwischen dem Bereich 601_2 und dem Gate-Treiber 605 vorgesehen ist. Somit ist im Bereich 601_2 die Wellenformverzerrung eines Signals durch die Signalleitung klein und die Wellenformverzerrung eines Signals durch die Gate-Leitung groß.
Es gibt eine Last zwischen dem Bereich 601_3 und dem Source-Treiber 603, während keine Last zwischen dem Bereich 601_3 und dem Gate-Treiber 605 vorgesehen ist. Somit ist im Bereich 601_3 die Wellenformverzerrung eines Signals durch die Signalleitung groß und die Wellenformverzerrung eines Signals durch die Gate-Leitung klein.
Die Last 602 ist zwischen dem Bereich 601_4 und jedem von dem Source-Treiber 603 und dem Gate-Treiber 605 bereitgestellt. Somit ist im Bereich 601_4 die Wellenformverzerrung von Signalen durch die Signalleitung und die Gate-Leitung groß, was zu den härtesten Bedingungen zum Schreiben der Signale in Pixel des Pixelabschnitts 601 führt.
46B ist ein Blockdiagramm eines tatsächlichen 8K-Anzeigemoduls. Im Pixelabschnitt 621 ist ein Pixel 623 vorgesehen. Das Pixel 623 entspricht der Last 602 in 46A. Der Bereich 601_1 in 46A entspricht einem Bereich 621_1 des Pixelabschnitts 621 in 46B. Der Bereich 601_2 in 46A entspricht einem Bereich 621_2 des Pixelabschnitts 621 in 46B. Der Bereich 601_3 in 46A entspricht einem Bereich 621_3 des Pixelabschnitts 621 in 46B. Der Bereich 601_4 in 46A entspricht einem Bereich 621_4 des Pixelabschnitts 621 in 46B.
Das Bereitstellen der Lasten 602 im Pixelabschnitt 601, wie in 46A dargestellt, ermöglicht die Überprüfung des Schreibvorgangs in Pixel unter vier Bedingungen in einem Anzeigemodul. Es ermöglicht auch die Betriebsüberprüfung eines Source-Treibers und eines Gate-Treibers, die eine Last ansteuern können, die der einer 8K-Anzeige entspricht. Dementsprechend ist die Betriebsüberprüfung eines 8K-Anzeigemoduls mittels eines 2K- oder 4K-Anzeigemoduls möglich.
[Beispiel 4]
In diesem Beispiel werden die Ergebnisse der Simulation zur Überprüfung der Machbarkeit einer großen 8K-Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Verwendung des Transistors einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
[Untersuchungsmodell]

Tabelle 3 zeigt die Spezifikationen der untersuchten Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Die Bildschirmdiagonale der Flüssigkristallanzeigevorrichtung betrug 65 Zoll, und drei Subpixel von R, G und B waren in einem Streifen in einem Pixel angeordnet. Eine Pixelschaltung beinhaltete einen Transistor und einen Kondensator pro Zelle. Der in der Pixelschaltung enthaltene Transistor wurde als kanalgeätzter Transistor mit einem CAC-OS-Film angenommen. Ein Gate-Treiber wurde integriert und eine externe IC wurde als Source-Treiber verwendet. Die Zeit, die benötigt wurde, um ein Videosignal zu schreiben, wenn die Bildrate als 120 Hz angenommen wurde, wurde durch Simulation verifiziert. [Tabelle 3]

Bildschirmdiagonale	65 Zoll
Ansteuerverfahren	Aktivmatrix
Anzahl der effektiven Pixel	7680 × RGB × 4320
Pixelabstand	0,1875 mm × 0,1875 mm
Pixeldichte	136 ppi
Pixelschaltung	1 Tr + 1 C/Zelle
Bildrate	120 Hz
Source- Treiber	IC
Gate-Treiber	integriert

49 ist ein schematisches Diagramm der untersuchten Flüssigkristallanzeigevorrichtung. In einer großen Anzeige ist die Zeitkonstante insbesondere in einem Pixelbereich vorzugsweise so klein wie möglich. Somit wurden die Gate-Treiber auf beiden Seiten des Pixelbereichs so angeordnet, dass ein Gate-Wahlsignal von beiden Seiten einer Gate-Leitung eingegeben wurde. Die Zeitkonstante der Gate-Leitung bei einer solchen Struktur kann auf 1/4 von derjenigen bei einer Struktur reduziert werden, bei der der Gate-Treiber nur auf einer Seite des Pixelbereichs vorgesehen ist. Dementsprechend kann die Lade- und Entladezeit der Gate-Leitung kurz sein. Um die Schreibzeit des Videosignals zu maximieren, können zwei Gate-Leitungen mit einem Puffer verbunden werden, können beide Gate-Leitungen gleichzeitig ausgewählt werden, und können Videosignale gleichzeitig in zwei Zeilen geschrieben werden. Aufgrund dieser Struktur kann die Anzahl der Schieberegisterstufen im Gate-Treiber von 4320 auf 2160 halbiert und ein horizontaler Auswahlzeitraum von 1,92 µs auf 3,83 µs erhöht werden.
50 ist ein Schaltplan der in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung enthaltenen Pixel. Jedes Pixel enthält drei Subpixel von Rot (R), Grün (G) und Blau (B). Jedes Subpixel beinhaltet einen Transistor M1, einen Kondensator Cs und ein Flüssigkristallelement LC. In dem als Auswahltransistor dienenden Transistor M1 ist ein Gate mit einer Gate-Leitung GL verbunden und ist eine Source oder ein Drain mit einer Source-Leitung SL verbunden. Der Kondensator Cs ist zwischen dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors M1 und einer gemeinsamen Potentialleitung CsCOM vorgesehen. Das Flüssigkristallelement LC ist zwischen dem anderen Anschluss von Source und Drain des Transistors M1 und einer gemeinsamen Potentialleitung TCOM vorgesehen. Jedes Subpixel weist die einfachste Struktur mit einem Transistor und einem Kondensator auf. Um Videosignale gleichzeitig in zwei Zeilen zu schreiben, sind zwei Source-Leitungen für Pixel in einer Spalte vorgesehen (eine solche Struktur wird als doppelte Source-Leitungsstruktur bezeichnet). In Pixeln in einer ungeraden Zeile ist eine der Source-Leitungen (z. B. SL11) mit dem Transistor M1 verbunden. In Pixeln in einer geraden Zeile ist die andere der Source-Leitungen (z. B. SL12) mit dem Transistor M1 verbunden.
51 ist ein Blockdiagramm, das eine für die Simulation verwendete Struktur darstellt. Auf Basis der Istwerte eines Transistors mit einem CAC-OS-Film wurden Modellparameter für die Transistoren der Pixelschaltung und des Gate-Treibers extrahiert. Für den Source-Treiber wurde ein Verhaltensmodell verwendet. Ein RC-Lastmodell wurde für parasitäre Kapazitäten der Gate-Leitung und der Source-Leitung im Pixelbereich und für eine parasitäre Komponente einer CLK-Leitung des Gate-Treibers verwendet. Die parasitären Kapazitäten und der parasitäre Widerstand wurden mittels einer Randelementmethode extrahiert. Die zum Schreiben eines Videosignals benötigte Zeit wurde für ein Pixel berechnet, das die höchste RC-Last im Pixelbereich hatte.
52 ist ein Zeitdiagramm, das den Schreibvorgang in das Pixel zeigt. Ein Videosignal wird in das Pixel geschrieben, nachdem der Transistor M1 in einer vorhergehenden Zeile ausgeschaltet worden ist. Mit anderen Worten, die Summe der Zeit, die vom Eingeben eines CLK-Signals in den Gate-Treiber bis zum Ausschalten des Transistors M1 (Gate-Leitungs-Fallzeit (a)) benötigt wird, und der Zeit vom Eingeben eines Videosignals bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Potential des Pixels ein Potential des Videosignals erreicht (Source-Leitungs-Anstiegszeit (b)), entspricht der Schreibzeit in das Pixel (c). Die Schreibzeit in das Pixel wurde aus der Summe der Gate-Leitungs-Fallzeit und der Source-Leitungs-Anstiegszeit berechnet. Es sei angemerkt, dass die Gate-Leitungs-Fallzeit als Periode angenommen wurde, bis die Amplitude auf 75 % der Sollamplitude fällt, und die Source-Leitungs-Anstiegszeit als Periode angenommen wurde, bis die Spannung auf 95 % der Sollspannung angehoben wird. Wenn die Schreibzeit in das Pixel (c) kürzer als ein horizontaler Auswahlzeitraum (hier 3,83 µs) ist, kann bestimmt werden, dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtung betrieben werden kann.
[Berechnungsergebnis]

Tabelle 4 zeigt die Extraktionsergebnisse der parasitären Widerstände und parasitären Kapazitäten der Gate-Leitung, der Source-Leitung, des Gate-Treibers und der CLK-Leitung. Tabelle 4 zeigt auch die Extraktionsergebnisse der Pixelkapazität. Mit diesen Extraktionsergebnissen wurde eine transiente Analyse durchgeführt. [0688] [Tabelle 4]

Gate-Leitungs-Widerstand	3,60 kΩ
Gate-Leitungs-Kapazität	364 pF
Source-Leitungs-Widerstand	4,83 kΩ
Source-Leitungs-Kapazität	182 pF
CLK-Leitungs-Widerstand	270 Ω
CLK-Leitungs-Kapazität	915 pF
Pixel-Kapazität	191 fF

Tabelle 5 zeigt die Berechnungsergebnisse der Gate-Leitungs-Fallzeit und der Source-Leitungs-Anstiegszeit, die durch die transiente Analyse erhalten wurden.
[Tabelle 5]

Gate-Leitungs-Fallzeit (> 75 %) 1,69 ms

Source-Leitungs-Anstiegszeit (> 95 %) 1,82 ms

Gesamtzeit 3,51 ms
Wenn die Summe der Gate-Leitungs-Fallzeit und der Source-Leitungs-Anstiegszeit kürzer als 3,83 µs ist, was einem horizontalen Auswahlzeitraum entspricht, ist der Betrieb möglich. Tabelle 5 zeigt, dass die Schreibzeit in das Pixel (3,51 µs) kürzer ist als ein horizontaler Auswahlzeitraum (3,83 µs), was darauf hindeutet, dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtung betrieben werden kann.
53 zeigt die Berechnungsergebnisse der Beziehung zwischen der Feldeffektmobilität des Transistors und der Schreibzeit in das Pixel. Die Längsachse stellt die Schreibzeit in das Pixel dar, und die Querachse stellt die Feldeffektmobilität dar, wobei man davon ausgeht, dass die Feldeffektmobilität eines Transistors mit einem CAC-OS-Film eins ist. Wenn die Feldeffektmobilität abnimmt, wird die Schreibzeit in das Pixel länger. Wenn der Parameter der Feldeffektmobilität auf das etwa 0,75-Fache sinkt, wird die Schreibzeit in das Pixel länger als ein horizontaler Auswahlzeitraum, was darauf hindeutet, dass die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nicht betrieben werden kann.
Es wurde bestätigt, dass selbst ein großes (65 Zoll) Anzeigefeld mit einer hohen Auflösung von 8K mit einer hohen Bildrate von 120 Hz betrieben werden kann, indem der Transistor mit einem CAC-OS-Film verwendet wird.
[Beispiel 5]
In diesem Beispiel wurde der Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt, und dessen Zuverlässigkeit wurde bewertet.
[Herstellung des Transistors]
Als Erstes wurde ein Transistor hergestellt, der dem vorstehend beschriebenen Transistor 100A entspricht. In diesem Beispiel wurde die nachfolgend beschriebene Probe B hergestellt. Es sei angemerkt, dass sich im Transistor der Probe B die Anordnungsreihenfolge des leitfähigen Films 120a und des Isolierfilms 118 von derjenigen im Transistor 100A unterschied.
Die Probe B enthielt einen Transistor, dessen Kanallänge L 4 µm betrug und dessen Kanalbreite W 1000 µm betrug.
[Herstellungsverfahren der Probe B]
Als Erstes wurde mit einer Sputtervorrichtung ein 100 nm dicker Wolframfilm über einem Glassubstrat ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren verarbeitet, um den leitfähigen Film 104 auszubilden, der als erste Gate-Elektrode dient.
Anschließend wurden vier Isolierfilme über dem Substrat und dem leitfähigen Film 104 angeordnet, um den Isolierfilm 106 auszubilden, der als erster Gate-Isolierfilm dient. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 wurden die Filme kontinuierlich im Vakuum mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 wurden ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 300 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 15 nm dicker Siliziumoxynitridfilm in dieser Reihenfolge von unten aus übereinander angeordnet.
Als Nächstes wurden zwei Metalloxidfilme (ein erster Metalloxidfilm und ein zweiter Metalloxidfilm) nacheinander über dem Isolierfilm 106 ausgebildet. Anschließend wurden die übereinander angeordneten Metalloxidfilme zu einer Inselform verarbeitet, um den Metalloxidfilm 108 auszubilden.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 20 nm dicken In-Ga-Zn-Films und der zweite Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 25 nm dicken In-Ga-Zn-Films ausgebildet.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 130 °C; ein Argongas mit einer Durchflussrate von 180 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 20 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]). Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des ersten Metalloxidfilms betrug 10 %.
Der zweite Metalloxidfilm wurde unter den gleichen Abscheidungsbedingungen wie der erste Metalloxidfilm ausgebildet, mit Ausnahme der Durchflussrate eines Sputtergases. Insbesondere wurde die Einleitung des Argongases in die Kammer gestoppt, und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 200 sccm wurde in die Kammer der Sputtervorrichtung eingeleitet. Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des zweiten Metalloxidfilms betrug 100 %.
Als Nächstes wurde eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C wie folgt durchgeführt: Eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wurde eine Stunde lang durchgeführt, anschließend wurde eine Wärmebehandlung in einer stickstoff- und sauerstoffhaltigen Mischgasatmosphäre eine Stunde lang durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 106 und dem Metalloxidfilm 108 ausgebildet und verarbeitet, so dass die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden. Für den leitfähigen Film wurden mit einer Sputtervorrichtung ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm in dieser Reihenfolge ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren geätzt, wodurch die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine freiliegende Oberfläche des Metalloxidfilms 108 (auf der Rückkanalseite) mit Phosphorsäure gewaschen.
Dann wurde der Isolierfilm 114 über dem Isolierfilm 106, dem Metalloxidfilm 108 und den leitfähigen Filmen 112a und 112b ausgebildet, und der Isolierfilm 116 wurde über dem Isolierfilm 114 ausgebildet. Der Isolierfilm 114 und der Isolierfilm 116 wurden nacheinander im Vakuum mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet. Der Isolierfilm 114 wurde unter Verwendung eines 30 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet und der Isolierfilm 116 wurde unter Verwendung eines 400 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet.
Als Nächstes wurde eine Stunde lang eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Ein 6 nm dicker ITSO-Film wurde als leitfähiger Film durch eine Sputtervorrichtung ausgebildet.
Anschließend wurde dem Isolierfilm 116 über den leitfähigen Film durch eine Plasmabehandlung Sauerstoff zugesetzt. Bei der Plasmabehandlung wurde das Plasma in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgas entladen.
Als Nächstes wurde der leitfähige Film entfernt.
Anschließend wurde der Isolierfilm 118 über dem Isolierfilm 116 ausgebildet. Ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als Isolierfilm 118 mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet.
Dann wurde eine Öffnung in einem gewünschten Bereich des Isolierfilms ausgebildet. Die Öffnung wurde durch ein Trockenätzverfahren ausgebildet.
Ein leitfähiger Film wurde anschließend ausgebildet, um die Öffnung zu füllen, und zu einer Inselform verarbeitet, wodurch der leitfähige Film 120a, der als zweite Gate-Elektrode dient, ausgebildet wurde. Als leitfähiger Film 120a wurde ein 100 nm dicker ITSO-Film mit einer Sputtervorrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein Isolierfilm über dem Isolierfilm 118 und dem leitfähigen Film 120a ausgebildet. Ein 1,5 µm dickes lichtempfindliches Harz auf Acrylbasis wurde für den Isolierfilm verwendet.
Auf die vorstehende Weise wurde die Probe B hergestellt.
[Zuverlässigkeitsbewertung]
Als Nächstes wurde eine Zuverlässigkeitsbewertung an dem Transistor der Probe B durchgeführt. Bei der Zuverlässigkeitsbewertung wurde wiederholt eine Impulsspannung an den Transistor angelegt, um den Transistor anzusteuern, und die Änderungsrate des Durchlassstroms wurde gemessen.
Bei der Messung wurde eine Impulsspannung, deren Hochspannung 20 V und Niederspannung -8 V betrug, an die erste Gate-Elektrode, die zweite Gate-Elektrode und die Drain-Elektrode angelegt, während an die Source-Elektrode ein konstantes Potential von -8 V bei Raumtemperatur (25 °C) angelegt wurde. Der Zyklus war 58,4 µsec, und eine Periode, in der eine Spannung von 20 V angelegt wurde, machte 20 % aus (11,68 µsec pro Zyklus) und eine Periode, in der eine Spannung von -8 V angelegt wurde, machte 80 % aus (d. h. ein Tastverhältnis betrug 20 %). Die Obergrenze des Source-Stroms (I_s ) war 10 mA.
Nachdem die Impulsspannung für eine bestimmte Zeit angelegt worden war, wurde der Durchlassstrom des Transistors gemessen. Bei der Messung des Durchlassstroms wurden die Gate-Spannung (V_g ) und die Rückgate-Spannung (V_bg ) auf 15 V, die Source-Spannung (V_s ) auf 0 V (comm), die Drain-Spannung(V_d ) auf 5 V und eine Abtastzeit bei der Messung auf 7,5 msec (Tastverhältnis: 7,5 %) eingestellt.
56A und 56B zeigen die Messergebnisse. 56A zeigt die Messergebnisse in einem Semi-Log-Diagramm und 56B zeigt die Messergebnisse in einem Log-Log-Diagramm. In 56A und 56B stellen jeweils die Querachse die Messzeit und die Längsachse die Änderungsrate des Durchlassstroms bei der Zuverlässigkeitsbewertung dar. Aus den Ergebnissen in 56B kann geschätzt werden, dass es etwa 364 Stunden dauert, bis der Durchlassstrom durch Degradation auf 70 % absinkt. Die obigen Ergebnisse zeigen, dass ein Transistor, der das Metalloxid einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält, eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
[Beispiel 6]
In diesem Beispiel wurde der Transistor einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt, und dessen Zuverlässigkeit wurde bewertet.
[Herstellung des Transistors]
Als Erstes wurde ein Transistor hergestellt, der dem vorstehend beschriebenen Transistor 100A entspricht. In diesem Beispiel wurde die nachfolgend beschriebene Probe C hergestellt.
Die Probe C enthielt einen Transistor, dessen Kanallänge L 3 µm betrug und dessen Kanalbreite W50 µm betrug.
[Herstellungsverfahren der Proben C]
Als Erstes wurde mit einer Sputtervorrichtung ein 100 nm dicker Wolframfilm über einem Glassubstrat ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren verarbeitet, um den leitfähigen Film 104 auszubilden, der als erste Gate-Elektrode dient.
Anschließend wurden vier Isolierfilme über dem Substrat und dem leitfähigen Film 104 angeordnet, um den Isolierfilm 106 auszubilden, der als erster Gate-Isolierfilm dient. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 wurden die Filme kontinuierlich im Vakuum mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet. Zur Ausbildung des Isolierfilms 106 wurden ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 300 nm dicker Siliziumnitridfilm, ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm und ein 15 nm dicker Siliziumoxynitridfilm in dieser Reihenfolge von unten aus übereinander angeordnet.
Als Nächstes wurden zwei Metalloxidfilme (ein erster Metalloxidfilm und ein zweiter Metalloxidfilm) nacheinander über dem Isolierfilm 106 ausgebildet. Anschließend wurden die übereinander angeordneten Metalloxidfilme zu einer Inselform verarbeitet, um den Metalloxidfilm 108 auszubilden.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 10 nm dicken In-Ga-Zn-Films und der zweite Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 25 nm dicken In-Ga-Zn-Films ausgebildet.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 130 °C; ein Argongas mit einer Durchflussrate von 180 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 20 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]). Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des ersten Metalloxidfilms betrug 10 %.
Der zweite Metalloxidfilm wurde unter den gleichen Abscheidungsbedingungen wie der erste Metalloxidfilm ausgebildet, mit Ausnahme der Durchflussrate eines Sputtergases. Insbesondere wurde die Einleitung des Argongases in die Kammer gestoppt, und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 200 sccm wurde in die Kammer der Sputtervorrichtung eingeleitet. Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des zweiten Metalloxidfilms betrug 100 %.
Als Nächstes wurde eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C wie folgt durchgeführt: Eine Wärmebehandlung in einer Stickstoffatmosphäre wurde eine Stunde lang durchgeführt, anschließend wurde eine Wärmebehandlung in einer stickstoff- und sauerstoffhaltigen Mischgasatmosphäre eine Stunde lang durchgeführt.
Anschließend wurde ein leitfähiger Film über dem Isolierfilm 106 und dem Metalloxidfilm 108 ausgebildet und verarbeitet, so dass die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden. Für den leitfähigen Film wurden mit einer Sputtervorrichtung ein 50 nm dicker Wolframfilm, ein 400 nm dicker Aluminiumfilm und ein 100 nm dicker Titanfilm in dieser Reihenfolge ausgebildet. Anschließend wurde der leitfähige Film durch ein Photolithographieverfahren geätzt, wodurch die leitfähigen Filme 112a und 112b ausgebildet wurden.
Als Nächstes wurde eine freiliegende Oberfläche des Metalloxidfilms 108 (auf der Rückkanalseite) mit Phosphorsäure gewaschen.
Dann wurde der Isolierfilm 114 über dem Isolierfilm 106, dem Metalloxidfilm 108 und den leitfähigen Filmen 112a und 112b ausgebildet, und der Isolierfilm 116 wurde über dem Isolierfilm 114 ausgebildet. Der Isolierfilm 114 und der Isolierfilm 116 wurden nacheinander im Vakuum mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet. Der Isolierfilm 114 wurde unter Verwendung eines 30 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet und der Isolierfilm 116 wurde unter Verwendung eines 300 nm dicken Siliziumoxynitridfilms ausgebildet.
Nachdem der Isolierfilm 116 ausgebildet worden war, wurde dem Isolierfilm 116 sukzessiv durch eine Plasmabehandlung im Vakuum Sauerstoff zugesetzt. Bei der Plasmabehandlung wurde das Plasma in einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgas entladen.
Als Nächstes wurde eine Stunde lang eine Wärmebehandlung bei einer Erwärmungstemperatur von 350 °C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt.
Als Nächstes wurde ein zweischichtiger Metalloxidfilm ausgebildet und zu einer Inselform verarbeitet, um den leitfähigen Film 120a, der als zweite Gate-Elektrode dient, auszubilden.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 10 nm dicken In-Ga-Zn-Films und der zweite Metalloxidfilm wurde unter Verwendung eines 90 nm dicken In-Ga-Zn-Films ausgebildet.
Der erste Metalloxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Die Substrattemperatur betrug 170 °C; ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 200 sccm wurden in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet; der Druck war 0,6 Pa; und eine Wechselstromleistung von 2,5 kW wurde an ein Metalloxidtarget angelegt, das Indium, Gallium und Zink enthielt (In:Ga:Zn = 4:2:4,1 [Atomverhältnis]). Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des ersten Metalloxidfilms betrug 100 %.
Der zweite Metalloxidfilm wurde unter den gleichen Abscheidungsbedingungen wie der erste Metalloxidfilm ausgebildet, mit Ausnahme der Durchflussrate eines Sputtergases. Insbesondere wurde ein Argongas mit einer Durchflussrate von 180 sccm und ein Sauerstoffgas mit einer Durchflussrate von 20 sccm in eine Kammer einer Sputtervorrichtung eingeleitet. Der Prozentsatz der Sauerstoffgasdurchflussrate zum Zeitpunkt der Ausbildung des zweiten Metalloxidfilms betrug 10 %.
Anschließend wurde der Isolierfilm 118 über dem leitfähigen Film 120a ausgebildet. Ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als Isolierfilm 118 mit einer plasmaunterstützten chemischen Gasphasenabscheidungs- (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD-) Vorrichtung ausgebildet.
Als Nächstes wurde ein Isolierfilm über dem Isolierfilm 118 ausgebildet. Ein 1,5 µm dickes lichtempfindliches Harz auf Acrylbasis wurde für den Isolierfilm verwendet.
Auf die vorstehende Weise wurde die Probe C hergestellt.
[I_d-V_g-Eigenschaften des Transistors]
Als Nächstes wurden die I_d -V_g -Eigenschaften der hergestellten Transistoren in Probe C gemessen. Bei der Messung der I_d -V_g -Eigenschaften des Transistors wurden V_g und V_bg in Schritten von 0,25 V von -15 V auf +20 V verändert. Des Weiteren wurde V_s auf 0 V (comm) eingestellt und V_d wurde auf 0,1 V oder 20 V eingestellt.
57 zeigt die Ergebnisse der I_d -V_g -Eigenschaften von Probe C. In 57 stellt die erste vertikale Achse I_d (A), die zweite vertikale Achse die Feldeffektmobilität (µFE (cm²/Vs)) und die horizontale Achse V_g (V) dar. Es sei angemerkt, dass die Feldeffektmobilität gemessen wurde, als V_d 20 V war.
Wie in 57 dargestellt, hat der hergestellte Transistor eine hohe Feldeffektmobilität und günstige Schalteigenschaften.
[Beispiel 7]
Bei einem Herstellungsprozess eines Transistors wird ein Metalloxidfilm (Oxidhalbleiterfilm) in verschiedenen Schritten beschädigt. Insbesondere kann der Metalloxidfilm in einem Ausbildungsschritt einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode, einem Ätzprozess (insbesondere in einem Trockenätzprozess) der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode, einem Ausbildungsschritt eines Passivierungsfilms und dergleichen beschädigt werden.
In diesem Beispiel wurde die ESR-Analyse an Proben durchgeführt, bei denen ein Passivierungsfilm oder Source- und Drain-Elektroden über einem Metalloxidfilm ausgebildet wurde/wurden, um den Schaden durch die Filmausbildung zu untersuchen.
Die ESR-Analyse in diesem Beispiel wurde mit Fokus auf ein Signal bei einem g-Faktor von etwa 1,9 durchgeführt. Dieses ESR-Signal ist wahrscheinlich auf eine Leitungselektronen-Spinresonanz (conduction electron spin resonance) zurückzuführen, die sich aus Wasserstoff ergibt, der ein Donator ist und in eine Sauerstofffehlstelle (Vo) in dem Metalloxidfilm eingetreten ist.
58A und 58B zeigen die quantifizierte Spindichte, die durch die ESR-Analyse der Proben in diesem Beispiel erhalten wurde. In diesem Beispiel wurden ein nc-IGZO und ein CAAC-IGZO als Metalloxide verwendet. 58A zeigt die Ergebnisse einer Probe, in der ein Passivierungsfilm (ausgebildet aus einem SiON-Film) über dem Metalloxidfilm ausgebildet war. 58B zeigt die Ergebnisse einer Probe, in der Source- und Drain-Elektroden (ausgebildet aus einem W-Film) über dem Metalloxidfilm ausgebildet waren.
Die Ergebnisse in 58A und 58B deuten darauf hin, dass ein CAAC-IGZO aufgrund von Wasserstoff, der in eine Sauerstofffehlstelle eingetreten ist, ein kleineres ESR-Signal als ein nc-IGZO aufweist. Das bedeutet, dass festgestellt worden ist, dass ein CAAC-IGZO in dem Herstellungsprozess eines Transistors sehr viel seltener beschädigt wird und der Widerstand des CAAC-IGZO seltener reduziert wird.
Bezugszeichenliste
100A: Transistor, 100C: Transistor, 100D: Transistor, 100E: Transistor, 102: Substrat, 104: leitfähiger Film, 106: Isolierfilm, 108: Metalloxidfilm, 1081: Metalloxidfilm, 108_1_0: Metalloxidfilm, 108_2: Metalloxidfilm, 108_2_0: Metalloxidfilm, 112a: leitfähiger Film, 112a_1: leitfähiger Film, 112a_2: leitfähiger Film, 112a_3: leitfähiger Film, 112b: leitfähiger Film, 112b_1: leitfähiger Film, 112b_2: leitfähiger Film, 112b_3: leitfähiger Film, 114: Isolierfilm, 116: Isolierfilm, 117: Öffnung, 118: Isolierfilm, 119: Isolierfilm, 120: leitfähiger Film, 120a: leitfähiger Film, 120a_1: leitfähiger Film, 142a: Öffnung, 191: Target, 192: Plasma, 193: Target, 194: Plasma, 200A: Transistor, 200B: Transistor, 204: leitfähiger Film, 205: Kondensatorleitung, 208: Metalloxidfilm, 208_1: Metalloxidfilm, 208 2: Metalloxidfilm, 209: Metalloxidfilm, 209 1: Metalloxidfilm, 209 2: Metalloxidfilm, 210: leitfähiger Film, 210_1: leitfähiger Film, 210_2: leitfähiger Film, 211: Öffnung, 212a: leitfähiger Film, 212b: leitfähiger Film, 213: leitfähiger Film, 220a: leitfähiger Film, 220a_1: leitfähiger Film, 242a: Öffnung, 242b: Öffnung, 250: Kondensator, 250a: Kondensator, 331: Profilgruppe, 332: Profilgruppe, 341: Profilgruppe, 342: Profilgruppe, 501: Pixelschaltung, 502: Pixelabschnitt, 504: Treiberschaltungsabschnitt, 504a: Gate-Treiber, 504b: Source-Treiber, 506: Schutzschaltung, 507: Anschlussabschnitt, 550: Transistor, 552: Transistor, 554: Transistor, 560: Kondensator, 562: Kondensator, 570: Flüssigkristallelement, 572: Licht emittierendes Element, 601: Pixelabschnitt, 601 1: Bereich, 601_2: Bereich, 601_3: Bereich, 601_4: Bereich, 602: Last, 603: Source-Treiber, 605: Gate-Treiber, 607: Anschlussabschnitt, 609: Leitung, 611: Leitung, 613: Leitung, 621: Pixelabschnitt, 621_1: Bereich, 621_2: Bereich, 621_3: Bereich, 621_4: Bereich, 623: Pixel, 700: Anzeigevorrichtung, 701: Substrat, 702: Pixelabschnitt, 704: Source-Treiberschaltungsabschnitt, 705: Substrat, 706: Gate-Treiberschaltungsabschnitt, 708: FPC-Anschlussabschnitt, 710: Signalleitung, 711: Anschlussleitungsabschnitt, 712: Dichtungsmittel, 716: FPC, 730: Isolierfilm, 732: Dichtungsfilm, 734: Isolierfilm, 735: Isolierfilm, 736: Farbfilm, 738: lichtundurchlässiger Film, 750: Transistor, 752: Transistor, 760: Verbindungselektrode, 770: Isolierfilm, 772: leitfähiger Film, 773: Isolierfilm, 774: leitfähiger Film, 775: Flüssigkristallelement, 776: Flüssigkristallschicht, 778: Struktur, 780: anisotroper leitfähiger Film, 782: Licht emittierendes Element, 786: EL-Schicht, 788: leitfähiger Film, 791: Touchscreen, 792: Isolierfilm, 793: Elektrode, 794: Elektrode, 795: Isolierfilm, 796: Elektrode, 797: Isolierfilm, 800: Anzeigevorrichtung, 810: Anzeigeeinheit, 815: Steuer-IC, 820: Berührungssensoreinheit, 840: Host, 843: optischer Sensor, 844: Auf/Zu-Sensor, 845: Licht, 850: Schnittstelle, 851: Bildspeicher, 852: Decoder, 853: Sensorsteuerung, 854: Steuerung, 855: Takterzeugungsschaltung, 860: Bildverarbeitungsabschnitt, 861: Gammakorrekturschaltung, 862: Dimmschaltung, 863: Tonungsschaltung, 864: Korrekturschaltung, 870: Speicher, 873: Zeitsteuerung, 875: Register, 875A: Abtastkettenregisterabschnitt, 875B: Registerabschnitt, 884: Berührungssensorsteuerung, 890: Bereich, 902: Steuerabschnitt, 903: Zellenanordnung, 904: Leseverstärkerschaltung, 905: Treiber, 906: Hauptverstärker, 907: Ein-/Ausgabeschaltung, 908: Peripherieschaltung, 909: Speicherzelle, 930: Register, 931: Register, 947: Retentionsschaltung, 948: Wahlschalter, 949: Flip-Flop-Schaltung, 950: Wechselrichter, 955: Wechselrichter, 957: Analogschalter, 958: Analogschalter, 961: Wechselrichter, 963: Wechselrichter, 964: getakteter Wechselrichter, 965: Analogschalter, 966: Puffer, 1500: Rundfunksystem, 1500A: Rundfunksystem, 1501: elektronisches Gerätesystem, 1501A: elektronisches Gerätesystem, 1510: Kamera, 1511: Sender, 1512: Empfänger, 1513: Anzeigevorrichtung, 1520: Bildsensor, 1521: Bildprozessor, 1522: Encoder, 1522A: Encoder, 1522B: Encoder, 1523: Modulator, 1530: Bilderzeugungsvorrichtung, 1540: Rohdaten, 1541: Videodaten, 1541A: Videodaten, 1541B: Videodaten, 1542: kodierte Daten, 1542A: kodierte Daten, 1542B: kodierte Daten, 1543: Rundfunksignal, 1560: TV, 1561: Rundfunkstation, 1562: künstlicher Satellit, 1563: Funkturm, 1564: Antenne, 1565: Antenne, 1566A: Funkwelle, 1566B: Funkwelle, 1567A: Funkwelle, 1567B: Funkwelle, 1571: Empfänger, 1572: drahtlose Vorrichtung, 1573: drahtlose Vorrichtung, 1574: Empfänger, 1575: Verbindungsabschnitt, 7000: Anzeigemodul, 7001: obere Abdeckung, 7002: untere Abdeckung, 7006: Anzeigefeld, 7009: Rahmen, 7010: gedruckte Leiterplatte, 7011: Batterie, 7015: Licht emittierender Abschnitt, 7016: Licht empfangender Abschnitt, 7017a: Lichtleiterabschnitt, 7017b: Lichtleiterabschnitt, 7018: Licht, 8000: Kamera, 8001: Gehäuse, 8002: Anzeigeabschnitt, 8003: Bedienungsknopf, 8004: Auslöseknopf, 8006: Linse, 8100: Sucher, 8101: Gehäuse, 8102: Anzeigeabschnitt, 8103: Knopf, 8200: am Kopf tragbare Anzeige, 8201: Befestigungsabschnitt, 8202: Linse, 8203: Hauptkörper, 8204: Anzeigeabschnitt, 8205: Kabel, 8206: Batterie, 8300: am Kopf tragbare Anzeige, 8301: Gehäuse, 8302: Anzeigeabschnitt, 8304: Band, 8305: Linse, 9000: Gehäuse, 9001: Anzeigeabschnitt, 9003: Lautsprecher, 9005: Bedientaste, 9006: Verbindungsanschluss, 9007: Sensor, 9008: Mikrofon.
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2016-178106, eingereicht beim japanischen Patentamt am 12. September 2016, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2016-183322 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 20. September 2016, der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2016-233577 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 30. November 2016, und auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2017-099483, eingereicht beim japanischen Patentamt am 19. Mai 2017, deren gesamte Inhalte hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016183322 [0743]
JP 2016233577 [0743]

Claims

Eine Anzeigevorrichtung, umfassend: einen Pixelabschnitt; und eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Pixelabschnitts, wobei die Treiberschaltung einen ersten Transistor umfasst, wobei der Pixelabschnitt einen zweiten Transistor und eine Pixelelektrode umfasst, die elektrisch mit dem zweiten Transistor verbunden ist, wobei der erste Transistor eine erste Gate-Elektrode, einen ersten Metalloxidfilm über der ersten Gate-Elektrode, der als Kanal dient, und eine zweite Gate-Elektrode über dem ersten Metalloxidfilm umfasst, wobei die erste Gate-Elektrode und die zweite Gate-Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der zweite Transistor einen zweiten Metalloxidfilm umfasst, der als Kanal dient, wobei die Pixelelektrode einen dritten Metalloxidfilm umfasst, wobei der dritte Metalloxidfilm einen Bereich mit einer höheren Wasserstoffkonzentration als der zweite Metalloxidfilm umfasst, wobei der erste Metalloxidfilm, der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm jeweils In, Zn und ein Element M umfassen, wobei der erste Metalloxidfilm, der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm jeweils einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfassen, wobei der erste Bereich In oder Zn und Sauerstoff umfasst, wobei der zweite Bereich In oder das Element M und Sauerstoff umfasst, und wobei der erste Bereich und der zweite Bereich mosaikartig dispergiert oder verteilt sind.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Isolierfilm über dem ersten Metalloxidfilm und dem zweiten Transistor liegt, wobei der zweite Metalloxidfilm über einem Gate-Isolierfilm liegt, wobei der dritte Metalloxidfilm und die zweite Gate-Elektrode über dem Isolierfilm liegen, und wobei der dritte Metalloxidfilm elektrisch mit dem zweiten Transistor in einer Öffnung des Isolierfilms verbunden ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein erster Isolierfilm und ein zweiter Isolierfilm in dieser Reihenfolge über dem zweiten Transistor angeordnet sind, wobei der erste Isolierfilm über dem ersten Metalloxidfilm liegt, wobei der erste Isolierfilm und der zweite Isolierfilm jeweils eine Öffnung über dem zweiten Transistor aufweisen, wobei der zweite Metalloxidfilm über einem Gate-Isolierfilm liegt, wobei die zweite Gate-Elektrode über dem ersten Isolierfilm liegt, wobei der dritte Metalloxidfilm über dem zweiten Isolierfilm liegt, und wobei der dritte Metalloxidfilm elektrisch mit dem zweiten Transistor in den Öffnungen des ersten Isolierfilms und des zweiten Isolierfilms verbunden ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Isolierfilm einen anorganischen Isolierfilm umfasst, und wobei der zweite Isolierfilm einen organischen Harzfilm umfasst.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Transistor eine dritte Gate-Elektrode und einen Gate-Isolierfilm zwischen der dritten Gate-Elektrode und dem zweiten Metalloxidfilm umfasst, und wobei der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm über dem Gate-Isolierfilm liegen.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Wasserstoffkonzentration des dritten Metalloxidfilms höher als oder gleich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Metalloxidfilm, der zweite Metalloxidfilm und der dritte Metalloxidfilm jeweils einen Bereich, in dem ein In-Gehalt 40 % oder mehr und 50 % oder weniger einer Gesamtsumme von In-, M- und Zn-Atomen ausmacht, und einen Bereich umfassen, in dem ein M-Gehalt 5 % oder mehr und 30 % oder weniger der Gesamtsumme von In-, M- und Zn-Atomen ausmacht, und wobei das Element M eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Atomverhältnis von In zu M und Zn in dem ersten Metalloxidfilm, dem zweiten Metalloxidfilm und dem dritten Metalloxidfilm 4:x:y ist, wobei x größer als oder gleich 1,5 und kleiner als oder gleich 2,5 ist und y größer als oder gleich 2 und kleiner als oder gleich 4 ist, und wobei das Element M eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Atomverhältnis von In zu M und Zn in dem ersten Metalloxidfilm, dem zweiten Metalloxidfilm und dem dritten Metalloxidfilm 5:x:y ist, wobei x größer als oder gleich 0,5 und kleiner als oder gleich 1,5 ist und y größer als oder gleich 5 und kleiner als oder gleich 7 ist, und wobei das Element M eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor eine Dual-Gate-Struktur aufweist, und wobei der zweite Transistor eine Single-Gate-Struktur aufweist.
Ein elektronisches Gerät, umfassend: die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1; und einen Empfänger.
Eine Anzeigevorrichtung, umfassend: einen Pixelabschnitt; und eine Treiberschaltung zum Ansteuern des Pixelabschnitts, wobei die Treiberschaltung einen ersten Transistor umfasst, wobei der Pixelabschnitt einen zweiten Transistor und eine Pixelelektrode umfasst, die elektrisch mit dem zweiten Transistor verbunden ist, wobei ein erster Isolierfilm und ein zweiter Isolierfilm in dieser Reihenfolge über dem zweiten Transistor angeordnet sind, wobei der erste Isolierfilm und der zweite Isolierfilm jeweils eine Öffnung über dem zweiten Transistor aufweisen, wobei der erste Transistor eine erste Gate-Elektrode, einen ersten Metalloxidfilm über der ersten Gate-Elektrode, der als Kanal dient, der erste Isolierfilm über dem ersten Metalloxidfilm und eine zweite Gate-Elektrode über dem ersten Isolierfilm umfasst, wobei die erste Gate-Elektrode und die zweite Gate-Elektrode elektrisch miteinander verbunden sind, wobei der zweite Transistor einen zweiten Metalloxidfilm umfasst, der als Kanal dient, wobei sich die Pixelelektrode über dem zweiten Isolierfilm befindet, wobei die Pixelelektrode elektrisch mit dem zweiten Transistor in den Öffnungen des ersten Isolierfilms und des zweiten Isolierfilms verbunden ist, wobei der erste Metalloxidfilm und der zweite Metalloxidfilm jeweils In, Zn und ein Element M umfassen, wobei der erste Metalloxidfilm und der zweite Metalloxidfilm jeweils einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfassen, wobei der erste Bereich In oder Zn und Sauerstoff umfasst, wobei der zweite Bereich In oder das Element M und Sauerstoff umfasst, und wobei der erste Bereich und der zweite Bereich mosaikartig dispergiert oder verteilt sind.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Pixelelektrode einen dritten Metalloxidfilm umfasst, wobei der dritte Metalloxidfilm In, Zn und das Element M umfasst, und wobei der dritte Metalloxidfilm einen Bereich mit einer höheren Wasserstoffkonzentration als der zweite Metalloxidfilm umfasst.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 13, wobei eine Wasserstoffkonzentration des dritten Metalloxidfilms höher als oder gleich 1 × 10²⁰ Atome/cm³ ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste Isolierfilm einen anorganischen Isolierfilm umfasst, und wobei der zweite Isolierfilm einen organischen Harzfilm umfasst.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste Metalloxidfilm und der zweite Metalloxidfilm jeweils einen Bereich, in dem ein In-Gehalt 40 % oder mehr und 50 % oder weniger einer Gesamtsumme von In-, M- und Zn-Atomen ausmacht, und einen Bereich umfassen, in dem ein M-Gehalt 5 % oder mehr und 30 % oder weniger der Gesamtsumme von In-, Mund Zn-Atomen ausmacht, und wobei das Element M eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Atomverhältnis von In zu M und Zn in dem ersten Metalloxidfilm und dem zweiten Metalloxidfilm 4:x:y ist, wobei x größer als oder gleich 1,5 und kleiner als oder gleich 2,5 ist und y größer als oder gleich 2 und kleiner als oder gleich 4 ist, und wobei das Element M eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei ein Atomverhältnis von In zu M und Zn in dem ersten Metalloxidfilm und dem zweiten Metalloxidfilm 5:x:y ist, wobei x größer als oder gleich 0,5 und kleiner als oder gleich 1,5 ist und y größer als oder gleich 5 und kleiner als oder gleich 7 ist, und wobei das Element M eines oder mehrere von Gallium, Aluminium, Silizium, Bor, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirkonium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram und Magnesium ist.
Die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste Transistor eine Dual-Gate-Struktur aufweist, und wobei der zweite Transistor eine Single-Gate-Struktur aufweist.
Ein elektronisches Gerät, umfassend: die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 12; und einen Empfänger.