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DE102013224333A1 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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DE102013224333A1
DE102013224333A1 DE102013224333.2A DE102013224333A DE102013224333A1 DE 102013224333 A1 DE102013224333 A1 DE 102013224333A1 DE 102013224333 A DE102013224333 A DE 102013224333A DE 102013224333 A1 DE102013224333 A1 DE 102013224333A1
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Germany
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film
oxide
oxide semiconductor
oxide film
semiconductor film
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Application number
DE102013224333.2A
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English (en)
Inventor
Hajime Tokunaga
Junichi Koezuka
Kenichi Okazaki
Shunpei Yamazaki
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

Eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung, die stabile elektrische Eigenschaften aufweist, wird bereitgestellt. Oxidfilme, die jeweils eine oder mehrere Arten von Metallelementen, welche in einem Oxidhalbleiterfilm enthalten sind, enthalten, werden in Kontakt mit einer oberen Seite und einer unteren Seite des Oxidhalbleiterfilms, wo ein Kanal gebildet wird, ausgebildet, wodurch Grenzflächenzustände an einer oberen Grenzfläche und einer unteren Grenzfläche des Oxidhalbleiterfilms nicht leicht erzeugt werden. Ein Material, das eine niedrigere Elektronenaffinität als der Oxidhalbleiterfilm aufweist, wird für die Oxidfilme in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm verwendet, wodurch sich Elektronen, die in dem Kanal fließen, kaum in den Oxidfilmen fortbewegen und sich hauptsächlich in dem Oxidhalbleiterfilm fortbewegen. Auch wenn ein Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidfilm und einem Isolierfilm, der auf der Außenseite des Oxidfilms ausgebildet ist, existiert, beeinflusst daher der Zustand kaum die Fortbewegung von Elektronen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren, ein Herstellungsverfahren, einen Prozess, eine Maschine, eine Fertigung oder eine Materialzusammensetzung. Im Besonderen betrifft beispielsweise die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine Licht emittierende Vorrichtung, ein Betriebsverfahren dafür oder ein Herstellungsverfahren dafür.
  • In dieser Beschreibung bezeichnet eine Halbleitervorrichtung Vorrichtungen aller Arten, die durch Anwenden von Halbleitereigenschaften arbeiten können, und ein Transistor, eine Halbleiterschaltung, eine Speichervorrichtung, eine Bildgebungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, ein elektronisches Gerät und dergleichen sind alle Halbleitervorrichtungen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Technik, mit der Transistoren unter Verwendung von Halbleiterdünnfilmen hergestellt werden, hat Aufmerksamkeit erregt. Der Transistor wird in einem breiten Bereich von elektronischen Geräten verwendet, wie z. B. einer integrierten Schaltung (an integrated circuit: IC) oder einer Bildanzeigevorrichtung. Ein Halbleitermaterial auf Silizium-Basis ist als Material für einen Halbleiterdünnfilm, der für einen Transistor anwendbar ist, weithin bekannt. Als weiteres Material hat ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit erregt.
  • Beispielsweise ist ein Transistor, der ein amorphes Oxid, welches Indium (In), Gallium (Ga) und Zink (Zn) enthält, für einen Kanalbildungsbereich des Transistors verwendet, offenbart (siehe Patentdokument 1).
  • Außerdem ist bekannt, dass Sauerstoff von einem Oxidhalbleiter in einem Herstellungsprozess abgegeben wird, wodurch eine Sauerstofffehlstelle (oxygen vacancy) gebildet wird (siehe Patentdokument 2).
  • [Referenz]
  • [Patentdokument]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-165528
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-222767
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Sauerstofffehlstelle, die in einem Oxidhalbleiterfilm erzeugt wird, erzeugt ein lokalisiertes Niveau (localized level), was zur Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. eines Transistors, die den Oxidhalbleiterfilm beinhaltet, führt.
  • Ein Grenzflächenzustand (interface state) infolge der Sauerstofffehlstelle wird in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und einem Isolierfilm der über dem Oxidhalbleiterfilm gestapelt ist, leicht erzeugt. Ein Anstieg der Grenzflächenzustände verursacht eine Streuung von Ladungsträgern oder einen Einfang von Ladungsträgern, was zur Verringerung der Feld-Effekt-Beweglichkeit eines Transistors oder zum Anstieg des Sperrstroms (off-state current) führt. Der Anstieg der Grenzflächenzustände verändert auch die Schwellenspannung eines Transistors, was zur Zunahme der Schwankungen der elektrischen Eigenschaften führt. Mit anderen Worten: der Anstieg der Grenzflächenzustände verschlechtert die elektrischen Eigenschaften eines Transistors und verringert die Zuverlässigkeit eines Transistors.
  • Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, einen Oxidhalbleiter bereitzustellen, in dem die Dichte von lokalisierten Niveaus niedrig ist. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der sich die elektrischen Eigenschaften nur wenig verändern. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die stabile elektrische Eigenschaften aufweist. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der eine Verschiebung oder Schwankung der Schwellenspannung gering ist. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit verhindert wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der ein Anstieg des Sperrstroms verhindert wird. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die sich nur wenig verschlechtert.
  • Es sei angemerkt, dass die Beschreibungen dieser Probleme dem Vorhandensein anderer Probleme nicht im Wege stehen. Es sei angemerkt, dass bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht alle Aufgaben erfüllt werden müssen. Andere Aufgaben werden aus der Beschreibung, den Zeichnungen, den Patentansprüchen und dergleichen ersichtlich sein und können davon abgeleitet werden.
  • Ein Oxidfilm, der eine oder mehrere Arten von Metallelementen, die in einem Oxidhalbleiterfilm enthalten sind, enthält, ist in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm, in dem ein Kanal gebildet wird, ausgebildet. In einem derartigen mehrschichtigen Film einschließlich des Oxidfilms und des Oxidhalbleiterfilms wird ein Grenzflächenzustand nicht leicht an der Grenzfläche in dem mehrschichtigen Film erzeugt.
  • Der Oxidfilm ist zumindest auf einer nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms vorgesehen. Insbesondere ist der Oxidfilm, der eine oder mehrere Arten von Metallelementen, die in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten sind, enthält, in Kontakt mit der nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ausgebildet. Deshalb können Grenzflächenzustände an einer oberen Grenzfläche des Oxidhalbleiterfilms verringert werden.
  • In diesem Fall kann beispielsweise eine Erzeugung von Grenzflächezuständen mehr unterdrückt werden, als in dem Fall, in dem ein Isolierfilm über einem Oxidhalbleiterfilm vorgesehen ist.
  • Ein Material, das eine niedrigere Elektronenaffinität als der Oxidhalbleiterfilm aufweist, wird für die Oxidfilme in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm verwendet. Mit einer derartigen Struktur bewegen sich Elektronen, die in dem Kanal fließen, kaum in den Oxidfilmen in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm fort und bewegen sich hauptsächlich in dem Oxidhalbleiterfilm fort. Auch wenn ein Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidfilm und einem Isolierfilm, der auf der Außenseite des Oxidfilms ausgebildet ist, existiert, beeinflusst daher der Zustand kaum die Fortbewegung der Elektronen.
  • Mit anderen Worten: obwohl ein Einfangniveau (trap level) aufgrund einer Verunreinigung oder eines Defekts in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm und dem Isolierfilm gebildet wird, kann der Oxidhalbleiterfilm von dem Einfangniveau getrennt sein, da der Oxidfilm zwischen dem Isolierfilm und dem Oxidhalbleiterfilm vorgesehen ist.
  • Wenn ein weiterer Oxidfilm zwischen dem Isolierfilm und dem Oxidfilm, der in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm steht, vorgesehen ist, kann der Oxidhalbleiterfilm weiter von dem Einfangniveau getrennt sein. Es sei angemerkt, dass der Oxidfilm zwischen dem Isolierfilm und dem Oxidfilm in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise zumindest ein Metallelement enthält, das gleich demjenigen ist, das in dem Oxidfilm in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist.
  • Es ist bevorzugt, dass der Oxidfilm, der zwischen dem Isolierfilm und dem Oxidfilm in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm vorgesehen ist, eine niedrigere Elektronenaffinität als der Oxidfilm in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm aufweist.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: eine erste Elektrode, einen ersten Isolierfilm, einen mehrschichtigen Film, in dem ein Oxidhalbleiterfilm und ein erster Oxidfilm gestapelt sind, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und einen zweiten Oxidfilm. Der erste Isolierfilm ist über der ersten Elektrode vorgesehen. Der mehrschichtige Film überlappt mit der ersten Elektrode, wobei der erste Isolierfilm zwischen dem mehrschichtigen Film und der ersten Elektrode liegt. Die zweite Elektrode und die dritte Elektrode stehen in Kontakt mit einem Teil des mehrschichtigen Films. Der zweite Oxidfilm steht in Kontakt mit nach oben weisenden Oberflächen des mehrschichtigen Films, der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode.
  • Ferner kann der mehrschichtige Film der Halbleitervorrichtung nicht nur eine Struktur, bei der der Oxidfilm auf der nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleierfilms vorgesehen ist, sondern auch eine Struktur, bei der die Oxidfilme auf der nach oben weisenden Oberfläche und der Grundfläche des Oxidhalbleiterfilms vorgesehen sind, verwenden.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die beinhaltet: eine erste Elektrode, einen ersten Isolierfilm, einen mehrschichtigen Film, in dem ein Oxidhalbleiterfilm, ein erster Oxidfilm und ein zweiter Oxidfilm gestapelt sind, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und einen dritten Oxidfilm. Der erste Isolierfilm ist über der ersten Elektrode vorgesehen. Der mehrschichtige Film überlappt mit der ersten Elektrode, wobei der erste Isolierfilm zwischen dem mehrschichtigen Film und der ersten Elektrode liegt. Die zweite Elektrode und die dritte Elektrode stehen in Kontakt mit einem Teil des mehrschichtigen Films. Der dritte Oxidfilm steht in Kontakt mit nach oben weisenden Oberflächen des mehrschichtigen Films, der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode.
  • Außerdem kann bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isolierfilm in Kontakt mit einer nach oben weisenden Oberfläche eines Oxidfilms stehen, der in Kontakt mit nach oben weisenden Oberflächen eines mehrschichtigen Films, einer zweiten Elektrode und einer dritten Elektrode steht. Der Isolierfilm hat eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur und weist vorzugsweise zumindest einen Oxidisolierfilm auf, in dem der Sauerstoffgehalt größer als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist. Durch Bereitstellen des Isolierfilms kann Sauerstoff im Oxidisolierfilm zum Oxidhalbleiterfilm durch eine Wärmebehandlung in dem Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung zugeführt werden, so dass die Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm gefüllt werden können.
  • Es sei angemerkt, dass die erste Elektrode als Gate-Elektrode dienen kann, die zweite Elektrode oder die dritte Elektrode als Source-Elektrode dienen kann, und die andere der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode als Drain-Elektrode dienen kann.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Oxidhalbleiter bereitgestellt werden, in dem die Dichte von lokalisierten Niveaus niedrig ist.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, bei der sich die elektrischen Eigenschaften nur wenig verändern.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine hochzuverlässige Halbleitervorrichtung, die stabile elektrische Eigenschaften aufweist, bereitgestellt werden.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Bei den begleitenden Zeichnungen:
  • sind 1A bis 1D eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Transistor zeigen;
  • zeigen 2A und 2B jeweils eine Energiebandstruktur eines mehrschichtigen Films;
  • sind 3A bis 3E Querschnittsansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung zeigen;
  • zeigen 4A und 4B eine Situation, in der ein gesputtertes (sputtered) Teilchen von einem Sputtertarget abgetrennt wird;
  • zeigen 5A und 5B ein Beispiel für eine Kristallstruktur eines In-Ga-Zn-Oxides;
  • zeigen 6A und 6B eine Situation, in der ein gesputtertes Teilchen eine Oberfläche erreicht und auf der Oberfläche abgelagert wird;
  • zeigen 7A und 7B ein Beispiel für eine Querschnittsform eines Endbereichs eines mehrschichtigen Films;
  • ist 8 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Transistor zeigt;
  • sind 9A bis 9D eine Draufsicht und Querschnittsansichten, die ein Beispiel für einen Transistor zeigen;
  • zeigen 10A und 10B jeweils eine Energiebandstruktur eines mehrschichtigen Films;
  • zeigen 11A und 11B jeweils eine Energiebandstruktur eines mehrschichtigen Films;
  • sind 12A bis 12E Querschnittsansichten, die ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung zeigen;
  • zeigen 13A bis 13D Beispiele für eine Querschnittsform eines Endbereichs eines mehrschichtigen Films;
  • ist 14 eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Transistor zeigt;
  • zeigt 15 ein Beispiel für eine Pixelschaltung, die für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden kann;
  • zeigen 16A bis 16C ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung;
  • zeigen 17A und 17B jeweils ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung;
  • zeigt 18 ein Beispiel für eine Pixelschaltung, die für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden kann;
  • zeigen 19A bis 19C jeweils ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung;
  • zeigen 20A bis 20C jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Gerät;
  • zeigt 21 ein Beispiel für ein elektronisches Gerät;
  • zeigt 22 Ergebnisse einer Messung mittels Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (time-of-flight secondary ion mass spectrometry: ToF-SIMS) an einem mehrschichtigen Film;
  • zeigen 23A und 23B Ergebnisse einer CPM-Messung an einem mehrschichtigen Film;
  • zeigt 24 eine Energiebandstruktur eines mehrschichtigen Films;
  • zeigt 25 eine Energiebandstruktur eines mehrschichtigen Films;
  • zeigen 26A bis 26C einen Berührungssensor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • zeigen 27A und 27B ein Pixel, das mit einem Berührungssensor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
  • zeigen 28A und 28B Arbeitsweisen von Berührungssensoren und Pixeln nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • ist 29 ein Zeitdiagramm, das Arbeitsweisen von Berührungssensoren und Pixeln nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • zeigen 30A bis 30C jeweils eine Pixelkonfiguration nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • zeigt 31 Vg-/d-Eigenschaften eines Transistors.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt, und es wird von einem Fachmann leicht verstanden, dass der Modus und Details auf verschiedene Weisen verändert werden können. Dementsprechend wird die vorliegende Erfindung nicht als durch die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt angesehen. Beim Beschreiben von Strukturen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen werden für die gleichen Teile in verschiedenen Zeichnungen dieselben Bezugszeichen gemeinsam verwendet. Es sei angemerkt, dass dasselbe Schraffurmuster bei ähnlichen Teilen verwendet wird und dass die ähnlichen Teile in einigen Fällen nicht besonders mit Bezugszeichen bezeichnet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Position, die Größe, der Bereich oder dergleichen von jeder in den Zeichnungen und dergleichen dargestellten Struktur in einigen Fällen zum leichten Verständnis nicht genau dargestellt ist. Die offenbarte Erfindung ist daher nicht notwendigerweise auf die Position, die Größe, den Bereich oder dergleichen, die in den Zeichnungen und dergleichen offenbart ist, begrenzt. Beispielsweise könnte in dem realen Herstellungsprozess die Größe einer Fotolackmaske oder dergleichen unabsichtlich durch eine Behandlung wie z. B. Ätzen verringert werden, was in einigen Fällen zum leichten Verständnis nicht dargestellt ist. In dieser Beschreibung sind Fotolackmasken nach Ätzen auch in dem Fall entfernt, in dem die Entfernung der Fotolackmasken in dieser Beschreibung nicht beschrieben ist.
  • Es sei angemerkt, dass die Ordinalzahlen wie z. B. „erster” und „zweiter” der Einfachheit halber verwendet werden, um eine Verwechselung von Bestandteilen zu vermeiden, und nicht die Reihenfolge oder die Priorität, wie z. B. die Reihenfolge von Schritten und die Reihenfolge der gestapelten Schichten, bezeichnen.
  • Eine Spannung bezeichnet im Allgemeinen einen Potentialunterschied zwischen einem bestimmten Potential und einem Bezugspotential (z. B. einem Quell-Potential (sourcepotential) oder einem Erdpotential (GND)). Eine Spannung kann deshalb auch Potential genannt werden.
  • Es sei angemerkt, dass der Begriff „elektrisch verbunden” in dieser Beschreibung und der gleichen den Fall umfasst, in dem Bestandteile über ein Objekt mit einer elektrischen Funktion verbunden sind. Es gibt keine besondere Beschränkung auf ein Objekt mit einer elektrischen Funktion, solange zwischen Bestandteilen, die über das Objekt verbunden sind, elektrische Signale gesendet und empfangen werden können. Auch wenn der Ausdruck „elektrisch verbunden” in dieser Beschreibung verwendet wird, gibt es daher einen Fall, in dem keine physikalische Verbindung gebildet ist und eine Leitung einfach in einer tatsächlichen Schaltung verläuft.
  • Wenn beispielsweise ein Transistor mit entgegengesetzter Polarität verwendet wird oder wenn die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, werden in einigen Fällen abhängig von Betriebsbedingungen die Funktionen einer „Source” und eines „Drains” miteinander vertauscht. Somit ist schwierig zu definieren, was eine Source oder ein Drain ist. Deshalb können die Begriffe eine „Source” und ein „Drain” in dieser Beschreibung miteinander vertauscht werden.
  • Außerdem begrenzt der Begriff wie z. B. eine „Elektrode” oder eine „Leitung” in dieser Beschreibung und dergleichen nicht eine Funktion eines Bestandteils. Zum Beispiel wird eine „Elektrode” manchmal als Teil einer „Leitung” verwendet und umgekehrt. Darüber hinaus kann der Begriff „Elektrode” oder „Leitung” den Fall enthalten, in dem mehrere „Elektroden” oder „Leitungen” auf eine integrierte Weise ausgebildet sind.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Beispiel für eine Ausführungsform einer Hableitervorrichtung ein Transistor 100 beschrieben.
  • <Strukturbeispiel der Halbleitervorrichtung>
  • 1A bis 1D zeigen den Transistor 100, der eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung ist. Der Transistor 100 ist ein Transistor mit unterem Gate (bottom-gate transistor). 1A ist eine Draufsicht des Transistors 100. 1B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A1-A2 in 1A, und 1C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie B1-B2 in
  • 1A. 1D ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs in 1B, der durch einen Strich-Punkt-Kreis umgeben ist. Es sei angemerkt, dass in 1A einige Bestandteile weggelassen sind.
  • Der Transistor 100 beinhaltet eine Gate-Elektrode 110 über einem Substrat 101, einen Gate-Isolierfilm 106 über der Gate-Elektrode 110, einen mehrschichtigen Film 103 über dem Gate-Isolierfilm 106, eine Source-Elektrode 104a und eine Drain-Elektrode 104b über dem mehrschichtigen Film 103, und einen Oxidfilm 105 über dem mehrschichteigen Film 103, der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b. Es sei angemerkt, dass ein Isolierfilm, der als Basisisolierfilm dient, zwischen dem Substrat 101 und der Gate-Elektrode 110 vorgesehen sein kann.
  • Der mehrschichtige Film 103 beinhaltet zumindest einen Oxidhalbleiterfilm 103a und einen Oxidfilm 103b. Der mehrschichtige Film 103 überlappt mit der Gate-Elektrode 110, wobei der Gate-Isolierfilm 106 dazwischen liegt. In dem mehrschichtigen Film 103 bei dieser Ausführungsform ist der Oxidhalbleiterfilm 103a in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 106 vorgesehen, und der Oxidfilm 103b ist über dem Oxidhalbleiterfilm 103a vorgesehen. Es sei angemerkt, dass die gestapelte Struktur des mehrschichtigen Films 103 nicht darauf beschränkt ist, und der Oxidhalbleiterfilm 103a kann über dem Oxidfilm 103b vorgesehen sein.
  • Außerdem wird abhängig von der Art eines leitenden Films, der für die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b verwendet wird, Sauerstoff von einem Teil des mehrschichtigen Films 103 entnommen, oder einige Elemente, die in dem leitenden Film enthalten sind, diffundieren in den mehrschichtigen Film 103, so dass in einigen Fällen ein niederohmiger Bereich 109a und ein niederohmiger Bereich 109b in dem mehrschichtigen Film 103 ausgebildet werden. In 1B und 1C sind die niederohmigen Bereiche 109a und 109b Bereiche in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und der Source-Elektrode 104a und einer Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und der Drain-Elektrode 104b (ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie in dem mehrschichtigen Film 103 und der Source-Elektrode 104a und ein Bereich zwischen der gestrichelten Linie in dem mehrschichtigen Film 103 und der Drain-Elektrode 104b). Ein Teil von oder der ganze niederohmige Bereich 109a und ein Teil von oder der ganze niederohmige Bereich 109b dienen als Source-Bereich und Drain-Bereich.
  • In 1A wird ein Abstand zwischen der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b in einem Bereich, der mit der Gate-Elektrode 110 überlappt, als Kanallänge bezeichnet. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem der Transistor den Source-Bereich und den Drain-Bereich beinhaltet, ein Abstand zwischen dem niederohmigen Bereich 109a und dem niederohmigen Bereich 109b in dem Bereich, der mit der Gate-Elektrode 110 überlappt, als Kanallänge bezeichnet werden kann.
  • In dem mehrschichtigen Film 103 wird ein Bereich, der mit der Gate-Elektrode 110 überlappt und zwischen der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b liegt, als Kanalbildungsbereich bezeichnet (siehe 1B). Ferner wird ein Bereich in dem Kanalbildungsbereich, durch den ein Strom hauptsächlich fließt, als Kanalbereich bezeichnet. Hierbei bedeutet der Kanalbereich einen Bereich in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiterfilms 103a.
  • In dem mehrschichtigen Film 103 wird in einigen Fällen eine Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b nicht deutlich beobachtet, was von den Materialien, die für den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b verwendet werden, abhängt. Außerdem wird in einigen Fällen eine Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und dem Oxidfilm 105 auch nicht deutlich beobachtet, was von den Materialien, die für den mehrschichtigen Film 103 und den Oxidfilm 105 verwendet werden, abhängt. Daher sind in 1A bis 1D die Grenzflächen zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b und zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105 durch gestrichelte Linien dargestellt.
  • Der mehrschichtige Film 103 ist so vorgesehen, dass er kleiner als die Gate-Elektrode 110 in der Kanallängenrichtung und in der Kanalbreitenrichtung des Transistors 100 (siehe 1A bis 1C) ist. Eine derartige Form kann den Eintritt von Licht von der Rückfläche des Substrats 101 in den mehrschichtigen film 103 verhindern, so dass die Zuverlässigkeit des Transistors 100 verbessert werden kann. Es sei angemerkt, dass die Form des mehrschichtigen Films 103 nicht auf die Form in 1A bis 1C begrenzt ist. Beispielsweise kann der mehrschichtige Film 103 so vorgesehen sein, dass er größer als die Gate-Elektrode 110 in der Kanallängenrichtung des Transistors 100 ist.
  • Der Oxidfilm 105 steht in Kontakt mit den nach oben weisenden Oberflächen des mehrschichtigen Films 103 (des Oxidfilms 103b in 1A bis 1D), der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b.
  • Außerdem ist ein Isolierfilm 120, der als Schutzisolierfilm dient, vorzugsweise über dem Oxidfilm 105 vorgesehen. Der Isolierfilm 120 hat eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur und weist vorzugsweise einen Oxidisolierfilm auf, in dem der Sauerstoffgehalt größer als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist. Im Besonderen hat der Isolierfilm 120 vorzugsweise eine Struktur, bei der ein Oxidisolierfilm 107a, ein Oxidisolierfilm 107b und ein Nitridisolierfilm 108 gestapelt sind. In dem Fall, in dem der Isolierfilm 120 eine derartige Stapelschicht-Struktur aufweist, enthält vorzugsweise der Oxidisolierfilm 107b Sauerstoff mit einem höheren Anteil als in der stöchimetrischen Zusammensetzung. Mit einer derartigen Struktur kann Sauerstoff in dem Oxidisolierfilm zu einem Oxidhalbleiterfilm durch eine Wärmebehandlung im Herstellungsprozess des Transistors 100 zugeführt werden, so dass die Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm gefüllt werden können. Deshalb kann die Zuverlässigkeit des Transistors 100 verbessert werden.
  • [Mehrschichtiger Film und Oxidfilm in Kontakt mit mehrschichtigem Film]
  • Der mehrschichtige Film 103, der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b, die in dem mehrschichtigen Film 103 enthalten sind, und der Oxidfilm 105 werden nachstehend beschrieben.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b enthalten jeweils In und/oder Ga. Typischerweise können ein In-Ga-Oxid (ein Oxid, das In und Ga enthält), ein In-Zn-Oxid (ein Oxid, das In und Zn enthält) und ein In-M-Zn-Oxid (ein Oxid, das In, ein Element M und Zn enthält, wobei das Element M eine oder mehrere Arten von Elementen ist, die aus Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd und Hf ausgewählt werden) verwendet werden.
  • Des Weiteren wird der Oxidfilm 103b, der in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 103a steht, vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine oder mehrere Arten von Metallelementen enthält, die in dem Oxidhalbleiterfilm 103a enthalten sind. Unter Verwendung eines derartigen Materials kann ein Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b nicht leicht auftreten. Daher kann eine Streuung von Ladungsträgern oder ein Einfang von Ladungsträgern an der Grenzfläche verringert werden, so dass die Feld-Effekt-Beweglichkeit des Transistors verbessert werden kann. Zudem kann eine Schwankung der Schwellenspannung des Transistors verringert werden.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b werden in einer Inertgasatmosphäre, einer Oxidationsgasatmosphäre oder unter einem niedrigeren Druck ohne Aussetzung an die Luft während der Ausbildungsschritte sukzessiv ausgebildet, wodurch der Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b weiter verringert werden kann.
  • Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 103a ist größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 200 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm. Die Dicke des Oxidfilms 103b ist größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 20 nm.
  • In dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen Transistor 100 stehen die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b in Kontakt mit dem Oxidfilm 103b. Um den Verbindungswiderstand zwischen der Source-Elektrode 104a und dem Oxidhalbleiterfilm 103a und zwischen der Drain-Elektrode 104b und dem Oxidhalbleiterfilm 103a zu verringern, wird der Oxidfilm 103b vorzugsweise möglichst dünn ausgebildet.
  • Wenn jeder des Oxidhalbleiterfilms 103a und des Oxidfilms 103b ein In-M-Zn-Oxid ist und der Oxidfilm 103b und der Oxidhalbleiterfilm 103a In, M und Zn mit einem Atomverhältnis von x1:y1:z1 bzw. einem Atomverhältnis von x2:y2:z2 enthalten, muss y1/x1 größer als y2/x2 sein. Es sei angemerkt, dass das Element M ein Metallelement ist, dessen Bindungsstärke an Sauerstoff größer als diejenige von In ist, und Al, Ti, Ga, Y, Zr, Sn, La, Ce, Nd und Hf können als Beispiele angegeben werden. Vorzugsweise werden der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b derart ausgewählt, dass y1/x1 1,5-mal oder mehr so groß wie y2/x2 ist. Stärker vorzugsweise werden der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b derart ausgewählt, dass y1/x1 2-mal oder mehr so groß wie y2/x2 ist. Noch stärker vorzugsweise werden der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b derart ausgewählt, dass y1/x1 3-mal oder mehr so groß wie y2/x2 ist. Zu diesem Zeitpunkt ist y1 bevorzugt größer als oder gleich x1 in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, in welchem Falle stabile elektrische Eigenschaften eines Transistors erzielt werden können. Jedoch wird dann, wenn y1 3-mal oder mehr so groß wie x1 ist, die Feld-Effekt-Beweglichkeit des Transistors verringert; folglich ist y1 bevorzugt größer als oder gleich x1 und kleiner als das Dreifache von x1. Wenn der Oxidfilm 103b die obige Struktur aufweist, kann der Oxidfilm 103b eine Schicht sein, in der Sauerstofffehlstellen weniger wahrscheinlich als in dem Oxidhalbleiterfilm 103a auftreten.
  • Wenn der Oxidhalbleiterfilm 103a ein In-M-Zn-Oxid ist, ist bevorzugt, dass in dem Atomverhältnis von In und M der Anteil von In größer als oder gleich 25 Atom-% ist und der Anteil von M kleiner als 75 Atom-% ist, und es ist stärker bevorzugt, dass in dem Atomverhältnis von In und M der Anteil von In größer als oder gleich 34 Atom-% ist und der Anteil von M kleiner als 66 Atom-% ist. Wenn der Oxidfilm 103b ein In-M-Zn-Oxid ist, ist bevorzugt, dass in dem Atomverhältnis von In und M der Anteil von In kleiner als 50 Atom-% ist und der Anteil von M größer als oder gleich 50 Atom-% ist, und es ist stärker bevorzugt, dass in dem Atomverhältnis von In und M der Anteil von In kleiner als 25 Atom-% ist und der Anteil von M größer als oder gleich 75 Atom-% ist.
  • Beispielsweise kann der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 oder In:Ga:Zn = 3:1:2 als Target ausgebildet werden, und der Oxidfilm 103b kann unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2, In:Ga:Zn = 1:6:4 oder In:Ga:Zn = 1:9:6 als Target ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Anteil jedes Atoms in dem Atomverhältnis des Oxidhalbleiterfilms 103a und des Oxidfilms 103b in einem Fehlerbereich von ±20% schwankt.
  • Um stabile elektrische Eigenschaften des Transistors, der den mehrschichtigen Film 103 beinhaltet, zu erhalten, ist bevorzugt, dass die Sauerstofffehlstellen und die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 103a verringert werden, und dass der Oxidhalbleiterfilm 103a ein intrinsischer oder im Wesentlichen intrinsischer Halbleiterfilm ist. Im Besonderen wird der Kanalbildungsbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 103a vorzugsweise als intrinsisch oder im Wesentlichen intrinsisch angesehen. Insbesondere ist die Ladungsträgerdichte des Oxidhalbleiterfilms 103a niedriger als 1 × 1017/cm3, niedriger als 1 × 1015/cm3 oder niedriger als 1 × 1013 /cm3.
  • In dem Oxidhalbleiterfilm 103a dienen Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium und Metallelemente, die nicht Hauptkomponenten sind, als Verunreinigungen. Um die Konzentration von Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a zu verringern, ist auch bevorzugt, die Konzentration von Verunreinigungen in dem Oxidfilm 103b, der dem Oxidhalbleiterfilm 103a nahe liegt, auf einen Wert zu verringern, der fast gleich wie derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm 103a ist.
  • Im Besonderen wird dann, wenn Silizium in dem Oxidhalbleiterfilm 103a mit einer hohen Konzentration enthalten ist, ein Verunreinigungsniveau durch Silizium in dem Oxidhalbleiterfilm 103a verursacht. Das Verunreinigungsniveau dient als Einfangniveau und kann die elektrischen Eigenschaften eines Transistors verschlechtern. Um die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Transistors zu verringern, ist die Siliziumkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm 103a niedriger als 1 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als 1 × 1018 Atome/cm3. Ferner liegt die Siliziumkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b auch in dem obigen Bereich.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn Silizium und Kohlenstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 103a mit einer hohen Konzentration enthalten sind, die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 103a in einigen Fällen verringert wird. Damit die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 103a nicht verringert wird, wird die Konzentration von Kohlenstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 103a auf niedriger als 1 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als 1 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Außerdem wird die Konzentration von Silizium in dem Oxidhalbleiterfilm 103a vorzugsweise auf niedriger als 1 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als 1 × 1018 Atome/cm3 eingestellt, damit die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 103a nicht verringert wird.
  • Ferner bilden Wasserstoff und Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 103a Donatorniveaus (donor levels), was die Ladungsträgerdichte erhöht. Damit der Oxidhalbleiterfilm 103a intrinsisch oder im Wesentlichen intrinsisch sein kann, wird die Konzentration von Wasserstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, die durch SIMS gemessen wird, auf niedriger als oder gleich 2 × 1020 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3 eingestellt. Die Konzentration von Stickstoff in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, die durch SIMS gemessen wird, wird auf niedriger als oder gleich 5 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1017 Atome/cm3 eingestellt.
  • Im Weiteren ist, da die Bandlücke eines Oxidhalbleiters 2 eV oder größer ist, bei einem Transistor, der einen Oxidhalbleiter aufweist, ein Leckstrom, wenn der Transistor ausgeschaltet ist (auch als Sperrstrom bezeichnet), äußerst klein. Konkret kann bei einem Transistor, dessen Kanallänge 3 μm ist und dessen Kanalbreite 10 μm ist, der Sperrstrom kleiner als 1 × 10–20 A, bevorzugt kleiner als 1 × 10–22 A, stärker bevorzugt kleiner als 1 × 10–24 A sein. Mit anderen Worten: das Ein-Aus-Verhältnis des Transistors kann mehr als oder gleich 20 Stellen und weniger als oder gleich 150 Stellen aufweisen.
  • Für den Oxidfilm 105 kann das Material, das für den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b verwendet werden kann, angemessen verwendet werden. Die Dicke des Oxidfilms 105 ist größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Nun werden die Kristallinitäten des Oxidhalbleiterfilms 103a und des Oxidfilms 103b, die in dem mehrschichtigen Film 103 enthalten sind, und die Kristallinität des Oxidfilms 105 beschrieben.
  • In dem mehrschichtigen Film 103 können sich der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b jeweils beispielsweise in einem nichteinkristallinen Zustand befinden. Der nichteinkristalline Zustand wird beispielsweise durch zumindest einen von einem bezüglich der c-Achse ausgerichteten Kristall (c-axis aligned crystal: CAAC), einem Polykristall, einem Mikrokristall und einem amorphen Teil strukturiert. In dem nichteinkristallinen Zustand hat ein amorpher Bereich die höchste Dichte von Defektniveaus, während der CAAC die niedrigste Dichte von Defektniveaus hat. Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiterfilm, der einen CAAC enthält, als CAAC-OS-(c-axis aligned crystalline Oxide semiconductor; kristalliner Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse) Film bezeichnet wird.
  • In dem mehrschichtigen Film 103 enthält beispielsweise zumindest der Oxidhalbleiterfilm 103a einen Film aus einem kristallinen Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (CAAC-OS). Bei dem CAAC-OS-Film sind beispielsweise c-Achsen ausgerichtet, und a-Achsen und/oder b-Achsen sind makroskopisch nicht ausgerichtet.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 103a kann beispielsweise einen Mikrokristall enthalten. Ein mikrokristalliner Oxidhalbleiterfilm enthält beispielsweise einen Mikrokristall mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als 10 nm.
  • Beispielsweise kann der Oxidhalbleiterfilm 103a einen amorphen Bereich enthalten. Ein amorpher Oxidhalbleiterfilm weist beispielsweise einen Oxidhalbleiter mit ungeordneter Atomanordnung und keine kristalline Komponente auf. Alternativ ist ein amorpher Oxidhalbleiterfilm beispielsweise völlig amorph und enthält keinen Kristallbereich.
  • Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a ein Gemischfilm sein kann, der einen von einem CAAC-OS, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiter und einem amorphen Oxidhalbleiter enthält. Der Gemischfilm beinhaltet beispielsweise einen Bereich eines amorphen Oxidhalbleiters, einen Bereich eines mikrokristallinen Oxidhalbleiters und einen Bereich eines CAAC-OS. Ferner kann der Gemischfilm beispielsweise eine Stapelschicht-Struktur haben, die einen Bereich eines amorphen Oxidhalbleiters, einen Bereich eines mikrokristallinen Oxidhalbleiters und einen Bereich eines CAAC-OS beinhaltet.
  • Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a beispielsweise einen Einkristall aufweisen kann.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 103a beinhaltet vorzugsweise eine Vielzahl von Kristallbereichen. Bei jedem Kristallbereich ist vorzugsweise eine c-Achse in einer Richtung ausgerichtet, die zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms parallel ist. Es sei angemerkt, dass bei Kristallbereichen die Richtungen der a-Achse und der b-Achse eines Kristallbereichs von denen eines anderen Kristallbereichs unterschiedlich sein können. Ein Beispiel für einen derartigen Oxidhalbleiterfilm ist ein CAAC-OS-Film.
  • Der CAAC-OS-Film ist einer von Oxidhalbleiterfilmen, die eine Vielzahl von Kristallbereichen mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse enthalten.
  • In einem Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild des CAAC-OS-Films wird eine Grenze zwischen Kristallbereichen, d. h. eine Korngrenze, nicht deutlich beobachtet. Folglich ist es weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Korngrenze entsteht.
  • Laut des TEM-Bildes des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche ist, beobachtet wird (Querschnitt-TEM-Bild, cross-sectional TEM image), sind Metallatome in einer geschichteten Weise in den Kristallbereichen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die durch die Form einer Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (eine Oberfläche, über der der CAAC-OS-Film ausgebildet ist, wird nachstehend als Ausbildungsoberfläche bezeichnet), oder die Form einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films widergespiegelt wird, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
  • Andererseits sind laut des TEM-Bildes des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Probenoberfläche ist, beobachtet wird (Flächen-TEM-Bild, plan TEM image), Metallatome in einer dreieckigen oder hexagonalen Konfiguration in den Kristallbereichen angeordnet. Zwischen unterschiedlichen Kristallbereichen gibt es jedoch keine Regelmäßigkeit der Anordnung von Metallatomen.
  • Aus den Ergebnissen des Querschnitt-TEM-Bildes und des Flächen-TEM-Bildes wird eine Ausrichtung in den Kristallbereichen in dem CAAC-OS-Film gefunden.
  • Die meisten Kristallbereiche in dem CAAC-OS-Film passen jeweils in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 100 nm. Deswegen gibt es einen Fall, in dem ein Kristallbereich in dem CAAC-OS-Film in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder weniger als 3 nm passt.
  • Ein CAAC-OS-Film wird einer Strukturanalyse mittels eines Röntgenbeugungs-(X-ray diffraction; XRD-)Geräts unterzogen. Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film, der einen InGaZnO4-Kristall enthält, durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, erscheint oft ein Peak bei einem Beugungswinkel (2θ) von zirka 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Fläche des InGaZnO4-Kristalls, was darauf hindeutet, dass Kristalle in dem CAAC-OS-Film eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweisen, und dass die c-Achsen in einer Richtung ausgerichtet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ist.
  • Andererseits erscheint dann, wenn der CAAC-OS-Film durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method) analysiert wird, in dem ein Röntgenstrahl in eine Probe in einer Richtung eintritt, die senkrecht zur c-Achse ist, oft ein Peak bei 2θ von zirka 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Fläche des InGaZnO4-Kristalls. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (ϕ-Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird. In dem Fall, in dem die Probe ein Einkristall-Oxidhalbleiterfilm aus InGaZnO4 ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallflächen, die der (110)-Fläche gleich sind. Dagegen wird im Fall eines CAAC-OS-Films ein Peak nicht deutlich beobachtet, auch wenn ein ϕ-Scan durchgeführt wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird.
  • Nach den obigen Ergebnissen sind in dem CAAC-OS-Film mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse die c-Achsen in einer Richtung, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist, ausgerichtet, während die Richtungen von a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallbereichen verschieden sind. Jede Metallatomlage, die im Querschnitt-TEM-Bild als in einer geschichteten Weise angeordnet beobachtet wird, entspricht daher einer Fläche, die parallel zur a-b-Fläche des Kristalls ist.
  • In dieser Beschreibung bedeutet ein Ausdruck „parallel”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und daher umfasst der Ausdruck auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zusätzlich bedeutet ein Ausdruck „senkrecht”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, 80° bis 100° ist, und daher umfasst der Ausdruck den Fall, in dem der Winkel 85° bis 95° ist.
  • Es sei angemerkt, dass der Kristallbereich gleichzeitig mit einer Abscheidung des CAAC-OS-Films gebildet wird oder durch eine Kristallisierungsbehandlung wie z. B. eine Wärmebehandlung gebildet wird. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung ausgerichtet, die parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ist. Deshalb könnte beispielsweise in dem Fall, in dem eine Form des CAAC-OS-Films durch Ätzen oder dergleichen geändert wird, die c-Achse nicht immer parallel zu einem Normalenvektor einer Ausbildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films sein.
  • Ferner ist in dem CAAC-OS-Film die Verteilung der Kristallbereiche mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse nicht unbedingt gleichmäßig. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden von Kristallbereichen des CAAC-OS-Films von der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche des Films aus beginnt, der Anteil der Kristallbereiche mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse in der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche unter Umständen höher als derjenige in der Nähe der Ausbildungsoberfläche. Ferner wird bei einem Verunreinigungszusatz zu dem CAAC-OS-Film ein Bereich, dem die Verunreinigung zugesetzt wird, verändert, und der Anteil der Kristallbereiche mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse in dem CAAC-OS-Film variiert in Abhängigkeit vom Ort.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn der einen InGaZnO4-Kristall enthaltende CAAC-OS-Film durch ein Out-of-Plane-Verfahren (out-of-plane method) analysiert wird, auch ein Peak bei 2θ von zirka 36° zusätzlich zu dem Peak bei 2θ von zirka 31° beobachtet werden kann. Der Peak bei 2θ von zirka 36° deutet darauf hin, dass ein Kristall ohne Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einem Teil des CAAC-OS-Films enthalten ist. Es ist bevorzugt, dass in dem CAAC-OS-Film ein Peak bei 2θ von zirka 31° erscheint und kein Peak bei 2θ von zirka 36° erscheint.
  • Der CAAC-OS-Film ist ein Oxidhalbleiterfilm mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration. Die Verunreinigung ist ein Element, das verschieden von den Hauptkomponenten des Oxidhalbleiterfilms ist, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium oder ein Übergangsmetallelement. Im Besonderen stört ein Element, das größere Bindungsstärke an Sauerstoff als ein Metallelement aufweist, das in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, wie z. B. Silizium, die Atomanordnung des Oxidhalbleiterfilms durch Entziehen von Sauerstoff von dem Oxidhalbleiterfilm und verringert die Kristallinität. Außerdem hat ein Schwermetall wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlenstoffdioxid oder dergleichen einen großen Atomradius (molekularen Radius) und stört somit die Atomanordnung des Oxidhalbleiterfilms und verringert die Kristallinität, wenn es in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist. Es sei angemerkt, dass die Verunreinigung, die in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, als Ladungsträgerfänger oder Ladungsträgererzeugungsquelle dienen könnte.
  • Der CAAC-OS-Film ist ein Oxidhalbleiterfilm mit einer niedrigen Dichte von Defektniveaus. In einigen Fällen dienen Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm als Ladungsträgerfänger oder Ladungsträgererzeugungsquellen, wenn Wasserstoff darin eingefangen wird.
  • Der Zustand, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektniveaus niedrig ist (die Anzahl der Sauerstofffehlstellen klein ist), wird als ein „hochreiner intrinsischer” oder „im Wesentlichen hochreiner intrinsischer” Zustand bezeichnet. Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist nur geringe Ladungsträgererzeugungsquellen auf und kann deshalb eine niedrige Ladungsträgerdichte aufweisen. Daher hat ein Transistor, der den Oxidhalbleiterfilm enthält, selten negative Schwellenspannung (wird kaum „normalerweise eingeschaltet” (normally on)). Der hochreine intrinsische oder im Wesentlichen hochreine intrinsische Oxidhalbleiterfilm weist eine niedrige Dichte der Defektniveaus und daher wenige Ladungsträgerfänger auf. Deshalb weist der Transistor, der den Oxidhalbleiterfilm aufweist, geringe Schwankungen der elektrischen Eigenschaften und hohe Zuverlässigkeit auf. Eine Ladung, die von den Ladungsträgerfängern in dem Oxidhalbleiterfilm eingefangen wird, braucht lange Zeit, bis sie abgegeben wird, und könnte sich wie eine feste Ladung verhalten. Daher weist in einigen Fällen der Transistor, der den Oxidhalbleiterfilm mit hoher Verunreinigungskonzentration und einer hohen Dichte der Defektniveaus aufweist, instabile elektrische Eigenschaften auf.
  • Bei einem Transistor unter Verwendung des CAAC-OS-Films ist die Veränderung der elektrischen Eigenschaften infolge Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht gering. Folglich weist der Transistor eine hohe Zuverlässigkeit auf.
  • Damit der Oxidhalbleiterfilm 103a der CAAC-OS-Film sein kann, ist die Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet wird, vorzugsweise amorph. Wenn die Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet wird, eine hohe Kristallinität aufweist, wird die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 103a leicht in Unordnung gebracht, und der CAAC-OS-Film wird nicht so leicht ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass die Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet wird, eine Kristallinität aufweisen kann, die derjenigen eines CAAC-OS-Films ähnlich ist. In dem Fall, in dem die Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet wird, eine Kristallinität aufweist, die derjenigen eines CAAC-OS-Films ähnlich ist, wird der Oxidhalbleiterfilm 103a leicht zu einem CAAC-OS-Film.
  • Zudem wird dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 103a ein CAAC-OS-Film ist, der Oxidfilm 103b, der über dem Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet wird, leicht zu einem CAAC-OS-Film.
  • Ferner kann sich der Oxidfilm 105 in einem nichteinkristallinen Zustand, ähnlich wie bei dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b, befinden. Alternativ kann der Oxidfilm 105 ein CAAC-OS-Film sein. Wenn der Oxidfilm 103b ein CAAC-OS-Film ist, wird der Oxidfilm 105, der über dem Oxidfilm 103b ausgebildet wird, leicht zu einem CAAC-OS-Film. Es sei angemerkt, dass der Oxidfilm 105 amorph oder mikrokristallin sein kann.
  • Bei dem Transistor, der den mehrschichtigen Film 103 beinhaltet, ist der Oxidhalbleiterfilm 103a eine Schicht, in der ein Kanal gebildet wird; deshalb ist bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a eine hohe Kristallinität aufweist, so dass der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann.
  • Lokalisierte Niveaus des mehrschichtigen Films 103 werden nachstehend beschrieben. Durch Verringern der Dichte von lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103 kann ein Transistor, der den mehrschichtigen Film 103 beinhaltet, stabile elektrische Eigenschaften aufweisen. Die lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103 können durch eine Methode des konstanten Photostroms (constant photocurrent method: CPM) gemessen werden.
  • Damit der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann, ist der Absorptionskoeffizient infolge der lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103, der durch CPM gemessen wird, bevorzugt niedriger als 1 × 10–3 cm–1, stärker bevorzugt 3 × 10–4 cm–1. Außerdem kann die Feld-Effekt-Beweglichkeit des Transistors erhöht werden, wenn der Absorptionskoeffizient infolge der lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103, der durch CPM gemessen wird, niedriger als 1 × 10–3 cm–1, bevorzugt niedriger als 3 × 10–4 cm–1 ist. Damit der Absorptionskoeffizient infolge der lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103, der durch CPM gemessen wird, niedriger als 1 × 10–3 cm–1, bevorzugt niedriger als 3 × 10–4 cm–1 sein kann, ist die Konzentration von Silizium, Germanium, Kohlenstoff, Hafnium, Titan und dergleichen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, welche lokalisierte Niveaus bilden, bevorzugt niedriger als 2 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als 2 × 1017 Atome/cm3.
  • Bei der CPM-Messung wird die Menge an Licht, mit dem eine Oberfläche der Probe zwischen Elektroden (eine Oberfläche des mehrschichtigen Films 103) bestrahlt wird, derart gesteuert, dass ein Photostromwert in dem Zustand konstant gehalten wird, in dem eine Spannung zwischen Elektroden in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 103, der die Probe ist, angelegt wird. Dann wird ein Absorptionskoeffizient aus der Menge am Bestrahlungslicht bei jeder Wellenlänge ermittelt. Wenn die Probe einen Defekt hat, wird bei der CPM-Messung der Absorptionskoeffizient von Energie, die einem Niveau entspricht, auf dem sich auch der Defekt befindet (aus einer Wellenlänge berechnet), erhöht. Die Erhöhung des Absorptionskoeffizienten wird mit einer Konstante multipliziert, wodurch die Defektdichte der Probe erhalten werden kann.
  • Die lokalisierten Niveaus, die durch CPM gemessen werden, resultieren wohl aus einer Verunreinigung oder einem Defekt. Mit anderen Worten: ein Transistor, der den mehrschichtigen Film mit einem kleinen Absorptionskoeffizienten infolge der lokalisierten Niveaus, die durch CPM gemessen werden, beinhaltet, kann stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
  • Eine Funktion und ein Effekt des mehrschichtigen Films 103 bei dieser Ausführungsform werden nachstehend anhand von Energiebandstrukturdiagrammen in 2A und 2B beschrieben. 2A und 2B zeigen jeweils die Energiebandstruktur entlang der Strich-Punkt-Linie C1-C2 in 1B.
  • In 2A und 2B bezeichnen Ec182, Ec183a, Ec183b, Ec185 und Ec186 die Energien der Böden der Leitungsbänder des Gate-Isolierfilms 106, des Oxidhalbleiterfilms 103a, des Oxidfilms 103b, des Oxidfilms 105 bzw. des Isolierfilms 120.
  • Hier entspricht der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und dem Boden des Leitungsbands (der Unterschied wird auch als Elektronenaffinität bezeichnet) einem Wert, der durch Abziehen einer Energielücke von dem Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und der Obergrenze des Valenzbands (der Unterschied wird auch als Ionisierungspotential bezeichnet) erhalten wird. Es sei angemerkt, dass die Energielücke mittels eines spektroskopischen Ellipsometers (UT-300, von HORIBA JOBIN YVON SAS. hergestellt wird) gemessen werden kann. Es sei angemerkt, dass der Energieunterschied zwischen dem Vakuumniveau und der Obergrenze des Valenzbands mittels eines Ultraviolettphotoelektronenspektroskopie-(UPS-)Geräts (VersaProbe, von ULVAC-PHI, Inc hergestellt) gemessen werden kann.
  • Da der Gate-Isolierfilm 106 und der Isolierfilm 120 Isolatoren sind, liegen Ec182 und Ec186 dem Vakuumniveau näher als Ec183a, Ec183b und Ec185 (haben eine kleinere Elektronenaffinität).
  • Des Weiteren ist Ec183b dem Vakuumniveau näher als Ec183a. Insbesondere ist der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV. Die Untergrenze des Energieunterschieds ist bevorzugt größer als oder gleich 0,1 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 0,15 eV. Die Obergrenze des Energieunterschieds ist bevorzugt kleiner als oder gleich 0,5 eV, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 0,4 eV.
  • Es gibt keine Barriere zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b und zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105, und die Energie des Bodens des Leitungsbands verändert sich glatt. Mit anderen Worten: die Energie des Bodens des Leitungsbands verändert sichsukzessiv. Das liegt daran, dass der Oxidfilm 103b das gleiche Element wie der Oxidhalbleiterfilm 103a enthält, und Sauerstoff bewegt sich zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b, um eine Gemischschicht auszubilden.
  • Infolgedessen kann man sagen, dass kein Zustand oder nur wenige Zustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b und an der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105 existieren. Folglich bewegen sich Elektronen hauptsächlich durch den Oxidhalbleiterfilm 103a in dem mehrschichtigen Film 103 mit der obigen Energiebandstruktur fort. Das heißt, dass der Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 103a gebildet wird. Auch wenn ein Zustand an einer Grenzfläche zu dem Isolierfilm, der außerhalb des mehrschichtigen Films 103 liegt, existiert, beeinflusst daher der Zustand kaum die Fortbewegung der Elektronen, da das Niveau von dem Kanalbereich getrennt liegt. Zudem wird, da kein Zustand oder nur wenige Zustände zwischen den Schichten in dem mehrschichtigen Film 103 existieren, die Fortbewegung von Elektronen in dem Kanalbereich nicht gestört. Deshalb hat der Oxidhalbleiterfilm 103a des mehrschichtigen Films 103 eine hohe Elektronenbeweglichkeit.
  • Insbesondere sind in 2A in dem Fall, in dem der Oxidfilm 105 und der Oxidfilm 103b unter Verwendung des gleichen Materials ausgebildet sind, die Energie von Ec185 und die Energie von Ec183b gleich.
  • Wie in 2A kann dann, obwohl ein Einfangniveau 191 aufgrund Verunreinigungen oder Defekte in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Isolierfilm 120 gebildet werden könnte, der Oxidhalbleiterfilm 103a von dem Einfangniveau 191 getrennt liegen, da die Oxidfilme 103b und 105 bereitgestellt sind.
  • Ferner wird wie oben beschrieben in den Bereichen, in denen die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 103 stehen, der Oxidfilm 103b vorzugsweise möglichst dünn ausgebildet, um den Verbindungswiderstand zwischen der Source-Elektrode 104a und dem Oxidhalbleiterfilm 103a und zwischen der Drain-Elektrode 104b und dem Oxidhalbleiterfilm 103a zu verringern. Jedoch gibt es ein Problem, dass das Einfangniveau 191 auf der Seite des Isolierfilms 120 den Oxidhalbleiterfilm 103a leicht beeinflusst, wenn der Oxidfilm 103b dünn ist.
  • Daher ist bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Oxidfilm 105 zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Isolierfilm 120 bereitgestellt.
  • Wenn der Oxidfilm 105 zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Isolierfilm 120 vorgesehen ist, kann der Oxidhalbleiterfilm 103a in dem Kanalbildungsbereich von dem Einfangniveau 191 auf der Seite des Isolierfilms 120 getrennt liegen, wodurch das Einfangniveau 191 den Oxidhalbleiterfilm 103a nicht einfach beeinflusst.
  • Jedoch könnten in dem Fall, in dem ein Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b klein ist, Elektronen des Oxidhalbleiterfilms 103a durch Überwindendes Energieunterschieds das Einfangniveau 191 erreichen. Wenn die Elektronen von dem Einfangniveau 191 eingefangen werden, wird eine negative Ladung an der Grenzfläche zu dem Isolierfilm erzeugt, so dass die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschoben wird.
  • Deshalb liegt der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b vorzugsweise im obigen Bereich. Folglich kann eine Schwankung der Schwellenspannung des Transistors 100 verringert werden und elektrische Eigenschaften des Transistors 100 können verbessert werden.
  • Als Material des Oxidfilms 105 kann das Material, das für den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b verwendet werden kann, angemessen verwendet werden. Im Besonderen wird der Oxidfilm 105 vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine oder mehrere Arten von Metallelementen enthält, die in dem Oxidfilm 103b enthalten sind. Es gibt keine Barriere zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105, und die Energie des Bodens des Leitungsbands kann sich glatt verändern.
  • Um die Energiebandstruktur wie in 2A zu erhalten, wird der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 als Target ausgebildet, und der Oxidfilm 103b und der Oxidfilm 105 werden jeweils unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass die Bandlücken der Oxidfilme 103b und 105 jeweils vorzugsweise größer als die Bandlücke des Oxidhalbleiterfilms 103a sind.
  • In 2A sind der Oxidfilm 103b und der Oxidfilm 105 unter Verwendung von Materialien ausgebildet, wobei die Böden der Leitungsbänder der Materialien die gleiche Energie aufweisen; jedoch kann der Oxidfilm 105 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, dessen Energie des Bodens des Leitungsbands näher dem Vakuumniveau als die Energie des Bodens des Leitungsbands des Oxidfilms 103b liegt (siehe 2B).
  • Insbesondere wird in dem Fall, in dem der Oxidfilm 103b unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet wird, der Oxidfilm 105 unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 oder In:Ga:Zn = 1:9:4 als Target ausgebildet.
  • Mit anderen Worten: in dem Fall, in dem der Oxidfilm 105 und der Oxidfilm 103b unter Verwendung eines In-M-Zn-Oxides ausgebildet werden, ist das Atomverhältnis eines Elements M zu In des Oxidfilms 105 vorzugsweise höher als oder gleich dem Atomverhältnis eines Elements M zu In des Oxidfilms 103b.
  • Auch im Fall der Energiebandstruktur in 2B, ähnlich wie im Fall der Energiebandstruktur in 2A, gibt es keine Barriere zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b und zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105, und die Energie des Bodens des Leitungsbands verändert sich glatt. Mit anderen Worten: die Energie des Bodens des Leitungsbands verändert sich sukzessiv. Infolgedessen kann man sagen, dass kein Zustand oder nur wenige Zustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilms 103a und dem Oxidfilm 103b und an der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105 existieren.
  • Um den Einfluss des Einfangniveaus 191 infolge von Verunreinigungen oder Defekten, das in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Isolierfilm 120 gebildet wird, zu verringern, sind ferner der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b und der Energieunterschied zwischen Ec183b und Ec185 jeweils größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV. Die Untergrenze des Energieunterschieds ist bevorzugt größer als oder gleich 0,1 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 0,15 eV.
  • Auf diese Weise kann auch im Fall der Energiebandstruktur wie in 2B der Oxidhalbleiterfilm 103a in dem mehrschichtigen Film 103 eine hohe Elektronenbeweglichkeit aufweisen, und Schwankungen der Schwellenspannung können verringert werden, so dass der Transistor 100 mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften erhalten werden kann.
  • [Source-Elektrode und Drain-Elektrode]
  • Die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b werden über und teilweise in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 103 ausgebildet. Als leitendes Material zum Ausbilden der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b kann ein Metallelement, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Tantal, Nickel, Titan, Molybdän, Wolfram, Hafnium (Hf), Vanadium (V), Niob (Nb), Mangan, Magnesium, Zirkonium, Beryllium und dergleichen ausgewählt wird; eine Legierung, die eines dieser Metallelemente als Komponente enthält; eine Legierung, die welche von diesen Metallelementen in Kombination enthält; oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein Halbleiter wie z. B. polykristallines Silizium, das ein Verunreinigungselement wie z. B. Phosphor aufweist, oder ein Silizid wie z. B. Nickelsilizid verwendet werden. Bezüglich des Verfahrens zum Ausbilden der leitenden Schicht gibt es keine besondere Beschränkung, und verschiedene Ausbildungsverfahren wie z. B. ein Verdampfungsverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Sputterverfahren und ein Rotationsbeschichtungsverfahren können verwendet werden.
  • Die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b können auch unter Verwendung eines leitenden Materials, das Sauerstoff enthält, wie z. B. Indiumzinnoxid (nachstehend als ITO (indium tin oxide) bezeichnet), Indiumoxid das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist, ausgebildet werden. Es ist auch möglich, eine Stapelschicht-Struktur zu verwenden, die unter Verwendung des obigen leitenden Materials, das Sauerstoff enthält, und eines Materials, das das obige Metallelement enthält, ausgebildet ist.
  • Die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b können eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen. Beispielsweise können eine einschichtige Struktur aus einem Aluminiumfilm, der Silizium enthält, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Tantalnitridfilm gestapelt ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, und dergleichen angegeben werden. Alternativ kann ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm, der Aluminium und eines oder mehrere Elemente enthält, die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Skandium ausgewählt werden, verwendet werden.
  • Ein Material, das Sauerstoff von einem Teil des mehrschichtigen Films 103 entnehmen kann, um Sauerstofffehlstellen zu erzeugen, wird vorzugsweise für Bereiche der Source- und Drain-Elektrode 104a und 104b, die in Kontakt mit zumindest dem mehrschichtigen Film 103 stehen, verwendet. Die Ladungsträgerkonzentration der Bereiche des mehrschichtigen Films 103, in denen Sauerstofffehlstellen erzeugt werden, wird erhöht, und der Widerstand der Bereiche wird verringert, so dass die Bereiche zu den niederohmigen Bereichen 109a und 109b werden. Folglich können die niederohmigen Bereiche 109a und 109b als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen. Beispiele für das Material, das Sauerstoff von dem mehrschichtigen Film 103 entnehmen kann, um Sauerstofffehlstellen zu erzeugen, umfassen Wolfram und Titan.
  • Abhängig von den Materialien und der Dicke des mehrschichtigen Films 103 dienen unter Umständen alle Bereiche des mehrschichtigen Films 103, die mit der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b überlappen, als niederohmiger Bereich 109a und niederohmiger Bereich 109b.
  • Durch das Ausbilden des niederohmigen Bereichs 109a und des niederohmigen Bereichs 109b in dem mehrschichtigen Film 103 kann der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und jeder der Source- und Drain-Elektroden 104a und 104b verringert werden. Folglich können die elektrischen Eigenschaften des Transistors 100, wie z. B. die Feld-Effekt-Beweglichkeit und die Schwellenspannung, vorteilhaft sein.
  • In dem Fall, in dem eine mehrschichtige Struktur, die eine Kupfer enthaltende Schicht einschließt, für die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b verwendet wird, könnten Grenzflächenzustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Isolierfilm 120 durch den Einfluss von Kupfer ausgebildet werden. Jedoch kann der Oxidfilm 105 verhindern, dass Elektronen in den Grenzflächenzuständen eingefangen werden. Auf diese Weise kann der Transistor 100, der stabile elektrische Eigenschaften aufweist und in dem der Leitungswiderstand niedrig ist, hergestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b jeweils eine Dicke von größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 300 nm haben.
  • [Schutzisolierfilm]
  • Der Isolierfilm 120 dient als Schutzisolierfilm und kann Diffusion eines Verunreinigungselements von außen vermeiden oder verringern.
  • Der Isolierfilm 120 wird unter Verwendung eines oder mehrere von Materialien, die aus dem Folgenden ausgewählt werden, ausgebildet: Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitridoxid, Aluminiumoxynitrid, Magnesiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumnitridoxid, Siliziumoxynitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid und Tantaloxid. In dieser Beschreibung bezeichnet Nitridoxid ein Material, das einen höheren Anteil an Stickstoff als an Sauerstoff enthält, und Oxynitrid bezeichnet ein Material, das einen höheren Anteil an Sauerstoff als an Stickstoff enthält. Es sei angemerkt, dass beispielsweise der Gehalt jedes Elements durch Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (Rutherford backscattering spectrometry: RBS) oder dergleichen gemessen werden kann.
  • Der Isolierfilm 120 kann durch ein Sputterverfahren, ein Molekularstrahlepitaxie-(molecular beam epitaxy: MBE-)Verfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungs-(chemical vapor deposition: CVD-)Verfahren, ein Laserstrahlverdampfungs-(pulsed laser deposition: PLD-)Verfahren, ein Atomlagenabscheidungs-(atomic layer deposition: ALD-)Verfahren oder dergleichen angemessen ausgebildet werden.
  • Hier hat der Isolierfilm 120 eine Stapelschicht-Struktur aus dem Oxidisolierfilm 107a, dem Oxidisolierfilm 107b und dem Nitridisolierfilm 108.
  • Beispielsweise beinhaltet der Isolierfilm 120 den Oxidisolierfilm 107a als ersten Siliziumoxidfilm, den Oxidisolierfilm 107b als zweiten Siliziumoxidfilm, und den Nitridisolierfilm 108 als Siliziumnitridfilm. In diesem Fall können der erste Siliziumoxidfilm und/oder der zweite Siliziumoxidfilm ein Siliziumoxynitridfilm sein. Der Siliziumnitridfilm kann ein Siliziumnitridoxidfilm sein. Als erster Siliziumoxidfilm wird ein Siliziumoxidfilm mit einer niedrigen Defektdichte vorzugsweise verwendet. Insbesondere wird ein Siliziumoxidfilm, der eine Spindichte (spin density) von 3 × 1017 Spins/cm3 oder niedriger, bevorzugt 5 × 1016 Spins/cm3 oder niedriger hat, die aus einem Signal bei einem g-Faktor von 2,001 in ESR berechnet wird, verwendet. Als zweiter Siliziumoxidfilm wird ein Siliziumoxidfilm, in dem der Sauerstoffgehalt größer als derjenige in der stöchiometrischen Zusammensetzung ist, d. h. ein Siliziumoxidfilm, der überschüssigen Sauerstoff enthält, verwendet. Als Siliziumnitridfilm wird ein Siliziumnitridfilm, von dem ein Wasserstoffgas und ein Ammoniakgas in geringerem Maße abgegeben werden, verwendet. Des Weiteren kann auch als Siliziumnitridfilm ein Siliziumnitridfilm, der Wasserstoff, Wasser und Sauerstoff nicht durchlässt oder kaum durchlässt, verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Menge an einem abgegebenen Wasserstoffgas und einem abgegebenen Ammoniakgas durch Thermodesorptions-Spektroskopie-(TDS-)Analyse gemessen werden kann.
  • Ein Oxidisolierfilm, der Sauerstoff mit einem höheren Anteil als in der stöchiometrischen Zusammensetzung enthält, bedeutet einen Oxidisolierfilm, von dem Sauerstoff durch eine Wärmebehandlung abgegeben wird. Der Siliziumoxidfilm mit überschüssigem Sauerstoff bedeutet einen Siliziumoxidfilm, von dem Sauerstoff durch eine Wärmebehandlung oder dergleichen abgegeben werden kann.
  • Der Oxidisolierfilm, der überschüssigen Sauerstoff enthält, kann Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a verringern. Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a bilden Defektniveaus, und einige der Defektniveaus werden zu Donatorniveaus (donor levels). Durch eine Verringerung der Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a (besonders in dem Kanalbereich) kann daher die Ladungsträgerdichte des Oxidhalbleiterfilms 103a (besonders des Kanalbereichs) verringert werden, wodurch der Transistor 100 mit stabilen elektrischen Eigenschaften hergestellt werden kann.
  • Hier kann ein Film, von dem Sauerstoff durch eine Wärmebehandlung abgegeben wird, Sauerstoff abgeben, dessen Menge größer als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, größer als oder gleich 1 × 1019 Atome/cm3 oder größer als oder gleich 1 × 1020 Atome/cm3 bei einer TDS-Analyse ist (Sauerstoff ist in die Anzahl von Sauerstoffatomen umgewandelt).
  • Des Weiteren kann der Film, von dem Sauerstoff durch eine Wärmebehandlung abgegeben wird, ein Peroxidradikal enthalten. Konkret gesagt, ist die Spindichte infolge eines Peroxidradikals höher als oder gleich 5 × 1017 Spins/cm3. Es sei angemerkt, dass der Film, der ein Peroxidradikal enthält, ein asymmetrisches Signal bei einem g-Faktor von zirka 2,01, das bei der ESR erzeugt wird, aufweisen kann.
  • Der Siliziumoxidfilm, der überschüssigen Sauerstoff enthält, kann beispielsweise durch eine chemische Formel, SiOx (x > 2), dargestellt werden, und in dem Siliziumoxidfilm ist die Anzahl von Sauerstoffatomen pro Einheitsvolumen mehr als das Doppelte der Anzahl von Siliziumatomen pro Einheitsvolumen. Die Anzahl von Siliziumatomen und die Anzahl von Sauerstoffatomen pro Einheitsvolumen werden durch die Rutherford-Rückstreu-Spektrometrie (Rutherford backscattering spectrometry; RBS) gemessen.
  • Die Struktur des Isolierfilms 120 ist nicht auf die Stapelschicht-Struktur aus dem Oxidisolierfilm 107a, dem Oxidisolierfilm 107b und dem Nitridisolierfilm 108 beschränkt, und beispielsweise kann eine Stapelschicht-Struktur aus dem Oxidisolierfilm 107b als erste Schicht und dem Nitridisolierfilm 108 als zweite Schicht sein.
  • Es sei angemerkt, dass die Dicke des Isolierfilms 120 größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 1000 nm ist. Im Besonderen kann die Dicke des Oxidisolierfilms 107a größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 150 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 30 nm sein. Die Dicke des Oxidisolierfilms 107b kann größer als oder gleich 30 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 150 nm und kleiner als oder gleich 400 nm sein. Die Dicke des Nitridisolierfilms 108 kann größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 150 nm, bevorzugt größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 30 nm sein.
  • [Gate-Isolierfilm]
  • Der Gate-Isolierfilm 106 kann eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur unter Verwendung eines Isolierfilms aufweisen, der eine oder mehrere Arten, die aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitirid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirkoniumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid und Tantaloxid ausgewählt werden, enthält.
  • Der Gate-Isolierfilm 106 kann beispielsweise ein mehrschichtiger Film sein, der einen Siliziumnitridfilm als erste Schicht und einen Siliziumoxidfilm als zweite Schicht beinhaltet. In diesem Fall kann der Siliziumoxidfilm ein Siliziumoxynitridfilm sein. Der Siliziumnitridfilm kann ein Siliziumnitridoxidfilm sein. Als Siliziumoxidfilm wird ein Siliziumoxidfilm mit einer niedrigen Spindichte vorzugsweise verwendet. Insbesondere wird ein Siliziumoxidfilm, der eine Spindichte von 3 × 1017 Spins/cm3 oder niedriger, bevorzugt 5 × 1016 Spins/cm3 oder niedriger hat, die aus einem Signal bei einem g-Faktor von 2,001 in ESR berechnet wird, verwendet. Als Siliziumoxidfilm wird ein Siliziumoxidfilm, der überschüssigen Sauerstoff enthält, vorzugsweise verwendet. Als Siliziumnitridfilm wird ein Siliziumnitridfilm, von dem ein Wasserstoffgas und ein Ammoniakgas in geringerem Umfang abgegeben werden, verwendet. Die Menge an abgegebenem Wasserstoffgas und abgegebenem Ammoniakgas kann durch TDS-Analyse gemessen werden.
  • Der Gate-Isolierfilm 106 kann beispielsweise ein mehrschichtiger Film sein, der einen ersten Siliziumnitridfilm als erste Schicht, einen zweiten Siliziumnitridfilm als zweite Schicht, einen dritten Siliziumnitridfilm als dritte Schicht und einen Siliziumoxidfilm als vierte Schicht beinhaltet. In diesem Fall kann der Siliziumoxidfilm ein Siliziumoxynitridfilm sein. Außerdem kann der Siliziumnitridfilm ein Siliziumnitridoxidfilm sein. Ferner ist die dritte Schicht vorzugsweise ein Siliziumnitridoxidfilm. Der Siliziumoxidfilm und der Siliziumnitridfilm, die in diesem Fall verwendet werden, können die oben beschriebenen Siliziumoxidfilm und Siliziumnitridfilm sein. In dem Fall, in dem ein Siliziumnitridoxidfilm als dritte Schicht verwendet wird, wird ein Siliziumnitridoxidfilm mit geringen Defekten, in dem eine offene Bindung mit Stickstoff oder Sauerstoff abgeschlossen worden ist, vorzugsweise verwendet. Insbesondere wird ein Siliziumnitridoxidfilm, dessen Spindichte, die aus einem Signal bei einem g-Faktor von 2,001 in ESR berechnet wird, niedriger als oder gleich 1,2 × 1018 Spins/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1017 Spins/cm3 ist, vorzugsweise verwendet.
  • In dem Fall, in dem zumindest einer des Gate-Isolierfilms 106 und des Isolierfilms 120 einen Oxidisolierfilm, der überschüssigen Sauerstoff enthält, aufweist, werden Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a verringert, so dass der Transistor 100 mit stabilen elektrischen Eigenschaften erhalten werden kann.
  • Die Dicke des Gate-Isolierfilms 106 ist größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 300 nm.
  • [Substrat]
  • Es gibt zwar keine besondere Beschränkung auf ein Substrat, das als das Substrat 101 verwendet werden kann; es ist jedoch nötig, dass das Substrat zumindest eine ausreichend hohe Wärmebeständigkeit aufweist, mit der es eine später durchgeführte Wärmebehandlung aushalten kann. Beispielsweise kann ein Glassubstrat aus Bariumborosilikatglas, Alumoborosilikatglas oder dergleichen, ein Keramiksubstrat, ein Quarzsubstrat oder ein Saphirsubstrat verwendet werden.
  • Ein einkristallines Halbleitersubstrat oder ein polykristallines Halbleitersubstrat aus Silizium, Siliziumkarbid oder dergleichen oder ein Verbund-Halbleitersubstrat aus Siliziumgermanium oder dergleichen kann als das Substrat 101 verwendet werden. Alternativ kann ein Substrat aus Silizium auf einem Isolator (silicon an insulator: SOI), ein Substrat, über dem ein Halbleiterelement liegt, oder dergleichen verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass ein flexibles Substrat als das Substrat 101 verwendet werden kann. In dem Fall, in dem ein flexibles Substrat verwendet wird, kann der Transistor, der Kondensator oder dergleichen direkt über dem flexiblen Substrat ausgebildet werden, oder der Transistor, der Kondensator oder dergleichen kann über einem Herstellungssubstrat ausgebildet werden und kann dann von dem Herstellungssubstrat getrennt und auf das flexible Substrat übertragen werden. Zum Trennen des Transistors, des Kondensators oder dergleichen von dem Herstellungssubstrat und zum Übertragen vom Herstellungssubstrat auf das flexible Substrat, kann eine Trennschicht zwischen dem Herstellungssubstrat und dem Transistor, dem Kondensator oder dergleichen vorgesehen sein.
  • [Gate-Elektrode]
  • Für ein leitendes Material zum Ausbilden der Gate-Elektrode 110 kann ein Metallelement, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Tantal, Nickel, Titan, Molybdän, Wolfram, Hafnium, Vanadium, Niob, Mangan, Magnesium, Zirkonium, Beryllium und dergleichen ausgewählt wird; eine Legierung, die eines der obigen Metallelemente enthält; eine Legierung, die eine Kombination der obigen Metallelemente enthält; oder dergleichen verwendet werden. Alternativ kann ein Halbleiter wie z. B. polykristallines Silizium, das ein Verunreinigungselement wie z. B. Phosphor aufweist, oder Silizid wie z. B. Nickelsilizid verwendet werden. Bezüglich eines Verfahrens zum Ausbilden des leitenden Films gibt es keine besondere Beschränkung, und verschiedene Ausbildungsverfahren wie z. B. ein Verdampfungsverfahren, ein CVD-Verfahren, ein Sputterverfahren und ein Rotationsbeschichtungsverfahren (spin coating method) können verwendet werden.
  • Die Gate-Elektrode 110 kann unter Verwendung eines leitenden Materials, das Sauerstoff enthält, wie z. B. Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Silizium zugesetzt ist, ausgebildet werden. Es ist auch möglich, eine Stapelschicht-Struktur zu verwenden, die unter Verwendung des obigen leitenden Materials, das Sauerstoff enthält, und eines Materials, das das obige Metallelement enthält, ausgebildet ist.
  • Die Gate-Elektrode 110 kann eine einschichtige Struktur oder eine Stapelschicht-Struktur von zwei oder mehr Schichten aufweisen. Beispielsweise kann eine einschichtige Struktur eines Aluminiumfilms, der Silizium enthält, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Aluminiumfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Titannitridfilm gestapelt ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einem Tantalnitridfilm gestapelt ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge gestapelt sind, und dergleichen angegeben werden. Alternativ kann ein Film, ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm, der Aluminium und ein oder mehrere Elemente, die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt werden, enthält, verwendet werden.
  • Ferner kann ein In-Ga-Zn-Oxynitridfilm, ein In-Sn-Oxynitridfilm, ein In-Ga-Oxynitridfilm, ein In-Zn-Oxynitridfilm, ein Sn-Oxynitridfilm, ein In-Oxynitridfilm, ein Metallnitridfilm (aus z. B. InN oder ZnN) oder dergleichen zwischen der Gate-Elektrode 110 und dem Gate-Isolierfilm 106 vorgesehen sein. Diese Schichten haben jeweils eine Austrittsarbeit von 5 eV oder höher, und die Elektronenaffinität jeder dieser Schichten ist höher als diejenige eines Oxidhalbleiters; somit kann die Schwellenspannung des Transistors, der einen Oxidhalbleiter in einem Halbleiterfilm enthält, in dem ein Kanal gebildet wird, in positiver Richtung verschoben werden. Folglich kann ein so genanntes „normalerweise ausgeschaltetes” Schaltelement erhalten werden. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem ein In-Ga-Zn-Oxynitridfilm zwischen der Gate-Elektrode 110 und dem Gate-Isolierfilm 106 vorgesehen ist, ein In-Ga-Zn-Oxynitridfilm, dessen Stickstoffkonzentration höher als zumindest die Stickstoffkonzentration des Oxidhalbleiterfilms 103a ist, insbesondere ein In-Ga-Zn-Oxynitridfilm, dessen Stickstoffkonzentration höher als oder gleich 7 Atom-% ist, vorgesehen.
  • Es sei angemerkt, dass die Dicke der Gate-Elektrode 110 größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 500 nm, bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 300 nm sein kann.
  • Ein Basisisolierfilm kann zwischen dem Substrat 101 und der Gate-Elektrode 110 vorgesehen sein. Der Basisisolierfilm kann unter Verwendung eines Materials, das für den Isolierfilm 120 verwendet werden kann, ausgebildet werden. Der Basisisolierfilm kann Diffusion eines Verunreinigungselements von dem Substrat 101 vermeiden oder verringern.
  • [Beispiel für ein Herstellungsverfahren eines Transistors]
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 100 wird anhand der Querschnittsansichten in 3A bis 3E beschrieben.
  • Hier wird ein Glassubstrat als das Substrat 101 verwendet.
  • Ein leitender Film wird über dem Substrat 101 unter Verwendung eines leitenden Materials, das für die Gate-Elektrode 110 verwendet werden kann, ausgebildet, eine Fotolackmaske wird über dem leitenden Film ausgebildet, und ein Teil des leitenden Films wird selektiv unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt, so dass die Gate-Elektorde 110 ausgebildet wird. Dann wird ein Isolierfilm unter Verwendung eines Materials, das für den Gate-Isolierfilm 106 verwendet werden kann, ausgebildet.
  • Die Struktur, die durch die bisher beschriebenen Schritte erhalten wird, ist in 3A gezeigt.
  • Als Nächstes wird ein Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 103a verarbeitet wird, ausgebildet, und ein Oxidfilm, der zu dem Oxidfilm 103b verarbeitet wird, über dem Oxidhalbleiterfilm ausgebildet, so dass ein mehrschichtiger Film ausgebildet wird. Eine Fotolackmaske wird über dem mehrschichtigen Film ausgebildet, und ein Teil des mehrschichtigen Films wird selektiv unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt, so dass der mehrschichtige Film 103, der den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b einschließt, ausgebildet wird.
  • Nun wird der Fall beschrieben, in dem der Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 103a verarbeitet wird, und der Oxidfilm, der zu dem Oxidfilm 103b verarbeitet wird, durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 103a verarbeitet wird, ein 15 nm dicker Oxidhalbleiterfilm über dem Gate-Isolierfilm 106 unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 als Target ausgebildet. Danach wird als der Oxidfilm 103b ein 5 nm dicker Oxidfilm über dem Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet.
  • Außerdem ist bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a ein CAAC-OS-Film ist. Vier Beispiele für ein Verfahren zum Ausbilden eines CAAC-OS-Films werden beschrieben.
  • Bei dem ersten Verfahren wird ein Oxidhalbleiterfilm bei einer Temperatur von höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 500°C ausgebildet, wodurch Kristallbereiche, in denen die c-Achsen in der Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ist, in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden.
  • Bei dem zweiten Verfahren wird ein Oxidhalbleiterfilm mit einer kleinen Dicke ausgebildet, und dann wird er bei einer Temperatur von höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 700°C erwärmt, wodurch Kristallbereiche, in denen die c-Achsen in der Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ist, in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden.
  • Bei dem dritten Verfahren wird ein erster Oxidhalbleiterfilm mit einer kleinen Dicke ausgebildet, dann wird er bei einer Temperatur von höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 700°C erwärmt, und ein zweiter Oxidhalbleiterfilm wird ausgebildet, wodurch Kristallbereiche, in denen die c-Achsen in der Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiterfilm ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms ist, in dem Oxidhalbleiterfilm gebildet werden.
  • Bei dem vierten Verfahren wird ein Oxidhalbleiter, der Kristallbereiche aufweist, in denen die c-Achsen in einer Richtung ausgerichtet sind, die parallel zu einem Normalenvektor einer Oberfläche, auf der der Oxidhalbleiter ausgebildet ist, oder zu einem Normalenvektor einer Oberfläche des Oxidhalbleiters ist, unter Verwendung eines Targets, das einen polykristallinen Oxidhalbleiter mit hoher Ausrichtung aufweist, ausgebildet.
  • Hier wird ein Modell von Kristallwachstum eines CAAC-OS-Films durch das vierte Verfahren anhand von 4A, 4B, 5A, 5B, 6A und 6B beschrieben.
  • 4A ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem ein Ion 1001 mit einem Target 1000, das einen polykristallinen Oxidhalbleiter mit hoher Ausrichtung enthält, kollidiert, um gesputterte Teilchen 1002 mit Kristallinität von dem Sputtertarget 1000 abzutrennen. Ein Kristallkorn hat eine Spaltungsfläche, die zu einer Oberfläche des Targets 1000 parallel ist. Das Kristallkorn hat einen Bereich mit einer schwachen interatomaren Bindung. Wenn das Ion 1001 mit dem Kristallkorn kollidiert, wird eine interatomare Bindung des Bereichs, in dem eine interatomare Bindung schwach ist, abgeschnitten. Folglich wird das gesputterte Teilchen 1002 entlang der Spaltungsfläche und dem Bereich, in dem eine interatomare Bindung schwach ist, abgeschnitten und in einer Form einer flachen Platte (oder eines Pellets) abgetrennt. Beispielsweise ist die c-Achse des gesputterten Teilchens 1002 in einer Richtung ausgerichtet, die zu einer ebenen Fläche des gesputterten Teilchens 1002 senkrecht ist (siehe 4B). Der äquivalente Kreisdurchmesser eines Kristallkorns des Oxidhalbleiters, der in dem Target 1000 enthalten ist, ist vorzugsweise kleiner als oder gleich 1 μm. Es sei angemerkt, dass der äquivalente Kreisdurchmesser einer ebenen Fläche des gesputterten Teilchens 1002 größer als oder gleich 1/3000 und kleiner als oder gleich 1/20, bevorzugt größer als oder gleich 1/1000 und kleiner als oder gleich 1/30 einer durchschnittlichen Korngröße der Kristallkörner ist. Hier bedeutet der Ausdruck „äquivalenter Kreisdurchmesser auf einer Fläche” den Durchmesser eines kompletten Kreises mit der gleichen Fläche wie die Fläche.
  • Wenn ein Teil des Kristallkorns als ein Teilchen von einer Spaltungsfläche abgetrennt wird und einem Plasma 1005 ausgesetzt wird, beginnt alternativ ein Abschneiden einer Bindung an der Position, wo eine interatomare Bindung schwach ist, so dass eine Vielzahl von gesputterten Teilchen 1002 erzeugt werden.
  • Unter Verwendung eines Sauerstoffkations als das Ion 1001 kann Plasma-Beschädigung bei der Filmausbildung gemildert werden. Deshalb kann dann, wenn das Ion 1001 mit der Oberfläche des Targets 1000 kollidiert, eine Verringerung der Kristallinität des Targets 1000 unterdrückt werden, oder eine Veränderung des Targets 1000 in einen amorphen Zustand kann unterdrückt werden.
  • 5A zeigt eine Kristallstruktur eines In-Ga-Zn-Oxides, das in einer Richtung beobachtet wird, die parallel zu einer a-b-Fläche des Kristalls ist, als Beispiel für das Target 1000, das einen polykristallinen Oxidhalbleiter mit hoher Ausrichtung enthält. 5B zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, der durch eine Strich-Punkt-Linie in 5A umgeben ist.
  • Beispielsweise ist in einem Kristallkorn eines In-Ga-Zn-Oxides eine Spaltungsfläche eine Fläche zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, wie in 5B gezeigt ist. Die erste Schicht enthält ein Galliumatom und/oder Zinkatom und ein Sauerstoffatom, und die zweite Schicht enthält ein Galliumatom und/oder Zinkatom und ein Sauerstoffatom. Das liegt daran, dass Sauerstoffatome mit einer negativen Ladung in der ersten Schicht und Sauerstoffatome mit einer negativen Ladung in der zweiten Schicht einander nahe liegen (siehe umrandete Bereiche in 5B). Auf diese Weise ist die Spaltungsfläche eine Fläche, die zu einer a-b-Fläche parallel ist. Außerdem ist der Kristall des In-Ga-Zn-Oxides wie in 5A und 5B ein hexagonaler Kristall; somit ist es wahrscheinlich, dass das einer flachen Platte ähnliche Kristallteilchen eine sechseckige Prismaform mit einer regelmäßigen sechseckigen Fläche, deren innere Winkel 120° sind, hat. Es sei angemerkt, dass die Form des einer flachen Platte ähnlichen Kristallteilchens nicht auf ein sechseckiges Prisma beschränkt ist und ein dreieckiges Prisma sein kann.
  • Es ist bevorzugt, dass gesputterte Teilchen 1002 positiv geladen sind. Es sei angemerkt, dass es bevorzugt ist, dass Eckenbereiche der gesputterten Teilchen 1002 Ladungen mit der gleichen Polarität aufweisen, weil eine Wechselwirkung zwischen den gesputterten Teilchen auftritt (die gesputterten Teilchen stoßen einander ab), so dass die Formen der gesputterten Teilchen erhalten bleiben (siehe 4B). Beispielsweise können die gesputterten Teilchen 1002 positiv geladen sein. Es gibt keine Beschränkung bezüglich eines Zeitpunktes, wenn das gesputterte Teilchen 1002 positiv geladen wird; jedoch wird es vorzugsweise durch Empfangen einer elektrischen Ladung bei der Kollision eines Ions 1001 positiv geladen. Alternativ wird in dem Fall, in dem das Plasma 1005 erzeugt wird, das gesputterte Teilchen 1002 vorzugsweise dem Plasma 1005 ausgesetzt, um positiv geladen zu werden. Alternativ wird das Ion 1001, das ein Sauerstoffkation ist, vorzugsweise an eine Seitenfläche, eine nach oben weisende Oberfläche, oder eine Grundfläche des gesputterten Teilchens 1002 gebunden, wodurch das gesputterte Teilchen 1002 positiv geladen wird.
  • Eine Situation, in der ein gesputtertes Teilchen an einer Abscheidungsoberfläche über einem amorphen Film 1004 abgeschieden wird, wird anhand von 6A und 6B beschrieben. Es sei angemerkt, dass in 6A und 6B gesputterte Teilchen, die schon abgeschieden worden sind, durch gestrichelte Linien dargestellt sind.
  • 6A zeigt einen Oxidhalbleiterfilm 1003, der durch Abscheidung der gesputterten Teilchen 1002 auf dem amorphen Film 1004 ausgebildet wird. Wie in 6A gezeigt, wird das gesputterte Teilchen 1002 dem Plasma 1005 ausgesetzt, um positiv geladen zu werden; folglich wird das gesputterte Teilchen 1002 auf einem Bereich in dem Oxidhalbleiterfilm 1003, in welchem andere gesputterte Teilchen 1002 noch nicht abgeschieden worden sind, abgeschieden. Das liegt daran, dass die gesputterten Teilchen 1002, die positiv geladen sind, einander abstoßen. Die gesputterten Teilchen können auf diese Weise auf einer isolierenden Oberfläche abgeschieden werden.
  • 6B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie Z1-Z2 in 6A. Der Oxidhalbleiterfilm 1003 wird derart ausgebildet, dass die plattenähnlichen gesputterten Teilchen 1002, deren c-Achse-Richtung senkrecht zu deren ebenen Flächen ist, ordentlich abgeschieden werden. Folglich ist der Oxidhalbleiterfilm 1003 ein CAAC-OS-Film, dessen c-Achsen in einer Richtung ausgerichtet sind, die zu einer Oberfläche, auf der der Film ausgebildet wird, senkrecht ist. Nach dem obigen Modell kann ein CAAC-OS-Film mit hoher Kristallinität auch auf einer isolierenden Oberfläche, einem amorphen Film oder einem amorphen Isolierfilm ausgebildet werden.
  • Bei einem Transistor, bei dem ein CAAC-OS-Film für einen Kanalbereich verwendet wird, ist die Veränderung der elektrischen Eigenschaften infolge Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht gering. Folglich weist der Transistor, bei dem ein CAAC-OS-Film für den Kanalbereich verwendet wird, eine hohe Zuverlässigkeit auf.
  • Für die Abscheidung des CAAC-OS-Films finden vorzugsweise die folgenden Bedingungen Anwendung.
  • Durch Verringern der Menge an Verunreinigungen, die in den CAAC-OS während der Abscheidung eintreten, kann verhindert werden, dass der Kristallzustand gebrochen wird. Beispielsweise kann die Konzentration der in der Abscheidungskammer vorhandenen Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlendioxid oder Stickstoff) verringert werden. Außerdem kann die Konzentration der Verunreinigungen in einem Sputtergas verringert werden.
  • Insbesondere wird ein Sputtergas verwendet, dessen Taupunkt –40°C oder niedriger, bevorzugt –60°C oder niedriger ist.
  • Durch Erhöhen der Temperatur zur Erwärmung der Oberfläche während der Abscheidung, auf der der CAAC-OS ausgebildet ist (beispielsweise der Temperatur zur Erwärmung des Substrats), tritt wahrscheinlich eine Wanderung eines gesputterten Teilchens auf, nachdem das gesputterte Teilchen die Oberfläche erreicht hat, wo der CAAC-OS ausgebildet wird. Im Besonderen ist die Temperatur der Oberfläche während der Abscheidung, auf der der CAAC-OS ausgebildet ist, höher als oder gleich 100°C und niedriger als oder gleich 740°C, bevorzugt höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 500°C.
  • Außerdem ist bevorzugt, dass der Sauerstoffanteil am Sputtergas erhöht wird und die Leistung optimiert ist, um Plasmaschäden bei der Abscheidung zu verringern. Der Sauerstoffanteil am Sputtergas beträgt höher als oder gleich 30 Vol.-% und niedriger als oder gleich 100 Vol-%.
  • Als Beispiel für das Sputtertarget wird nachstehend ein Target aus einem In-Ga-Zn-Oxid beschrieben.
  • Das Target aus In-Ga-Zn-Oxid, das polykristallin ist, wird durch Mischen von InOX-Pulver, GaOY-Pulver und ZnOZ-Pulver in einem vorbestimmten Molverhältnis, Ausüben von Druck und Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von höher als oder gleich 1000°C und niedriger als oder gleich 1500°C geschaffen. Diese Druckbehandlung kann während einer Abkühlung durchgeführt werden oder während einer Erwärmung durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass X, Y und Z jeweils eine vorgegebene positive Zahl sind. Hier beträgt das vorbestimmte Molverhältnis von InOX-Pulver zu GaOY-Pulver und ZnOZ-Pulver beispielsweise 2:2:1, 8:4:3, 3:1:1, 1:1:1, 4:2:3 oder 3:1:2. Die Pulverarten und das Molverhältnis, in dem die Pulver gemischt werden, können angemessen in Abhängigkeit vom erwünschten Sputtertarget bestimmt werden.
  • Ein durch ein Sputterverfahren ausgebildeter Oxidhalbleiterfilm enthält in einigen Fällen Wasserstoff, Wasser, eine Verbindung mit einer Hydroxylgruppe oder dergleichen. Wasserstoff, Wasser und dergleichen bilden leicht ein Donator-Niveau (donor level) und dienen somit als Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiter. Deshalb wird beim Ausbilden eines Oxidhalbleiterfilms durch ein Sputterverfahren die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm vorzugsweise möglichst verringert.
  • Wenn die Leckrate der Reaktionskammer der Sputtereinrichtung beim Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms auf niedriger als oder gleich 1 × 10–10 Pa·m3/Sek. eingestellt wird, kann zudem der Eintritt von Verunreinigungen wie z. B. Alkalimetall oder Hydrid in den Oxidhalbleiterfilm, der gerade durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, verringert werden. Ferner kann unter Verwendung einer Adsorptionsvakuumpumpe (z. B. einer Kryopumpe) als Abführungssystem ein Rückfluss von Verunreinigungen wie z. B. einem Alkalimetall, einem Wasserstoffatom, einem Wasserstoffmolekül, Wasser, einer Verbindung mit einer Hydroxylgruppe und Hydrid von dem Abführungssystem verringert werden.
  • Wenn die Reinheit des Targets auf 99,99% oder höher eingestellt wird, kann der Eintritt von Alkalimetall, Wasserstoffatomen, Wasserstoffmolekülen, Wasser, einer Hydroxylgruppe, Hydrid und dergleichen, in den Oxidhalbleiterfilm unterdrückt werden. Zudem kann dann, wenn das Target verwendet wird, die Konzentration von Alkalimetall wie z. B. Lithium, Natrium oder Kalium in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden. Die Siliziumkonzentration in dem Target ist vorzugsweise niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3.
  • Nachdem der Oxidhalbleiterfilm und der Oxidfilm ausgebildet worden sind, kann eine Plasmabehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre oder einer Gemischatmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt werden. Somit können Sauerstofffehlstellen zumindest in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden.
  • Es sei angemerkt, dass das Ätzen zum Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 durch ein Trockenätzverfahren und/oder ein Nassätzverfahren durchgeführt werden kann.
  • Ein auf Chlor basierendes Gas wie z. B. Chlor (Cl2), Bortrichlorid (BCl3), Siliziumtetrachlorid (SiCl4), Kohlenstofftetrachlorid (CCl4) oder dergleichen kann als Ätzgas für das Trockenätzen des mehrschichtigen Films 103 verwendet werden. Als Plasmaquelle in dem Fall, in dem das Ätzen des mehrschichtigen Films 103 durch ein Trockenätzen durchgeführt wird, kann ein kapazitiv gekoppeltes Plasma (capacitively coupled plasma: CCP), ein induktiv gekoppeltes Plasma (inductively coupled plasma: ICP), ein Elektronen-Zyklotron-Resonanz-(electron cyclotron resonance: ECR-)Plasma, ein Helikonwellenplasma (helicon wave plasma: HWP), ein mikrowellenangeregtes Oberflächenwellenplasma (microwave-excited surface wave plasma: SWP) oder dergleichen verwendet werden. Im Besonderen kann mittels ICP, ECR, HWP und SWP ein hochdichtes Plasma erzeugt werden. Im Fall von Ätzen durch das Trockenätzverfahren (nachstehend auch als „Trockenätzen” bezeichnet) werden die Ätzbedingungen (die Menge der an einer spulenförmigen Elektrode angelegten elektrischen Leistung, die Menge der an einer Elektrode auf der Substratseite angelegten elektrischen Leistung, die Temperatur der Elektrode auf der Substratseite, und dergleichen) angemessen geregelt, so dass der Film in eine gewünschte Form geätzt werden kann.
  • In dem Fall, in dem der mehrschichtige Film 103 durch ein Nassätzverfahren geätzt wird, kann eine Lösung, die durch Mischen von Phosphorsäure, Essigsäure und Salpetersäure erhalten wird, eine Lösung, die Oxalsäure enthält, eine Lösung, die Phosphorsäure enthält, oder dergleichen als Ätzlösung verwendet werden. Alternativ kann ITO-07N (hergestellt von KANTO CHEMICAL CO., INC.) verwendet werden.
  • Als Nächstes wird eine erste Wärmebehandlung vorzugsweise durchgeführt. Die erste Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von höher als oder gleich 250°C und niedriger als oder gleich 650°C, bevorzugt höher als oder gleich 300°C und niedriger als oder gleich 500°C durchgeführt werden.
  • Die erste Wärmebehandlung wird in einer Inertgasatmosphäre, einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1% oder mehr oder 10% oder mehr enthält, oder unter niedrigem Druck durchgeführt. Alternativ kann die erste Wärmebehandlung auf eine solche Weise durchgeführt werden, dass eine Wärmebehandlung in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, und dann eine weitere Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1% oder mehr oder 10% oder mehr enthält, durchgeführt wird, um desorbierten Sauerstoff zu kompensieren. Durch die erste Wärmebehandlung kann die Kristallinität des Oxidhalbleiterfilms 103a verbessert werden. Zudem können Verunreinigungen wie z. B. Wasser, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff aus dem Gate-Isolierfilm 106 und dem mehrschichtigen Film 103 entfernt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die erste Wärmebehandlung zumindest vor oder nach dem Ätzschritt zum Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 durchgeführt werden kann.
  • Die Struktur, die durch die bisher beschriebenen Schritte erhalten wird, ist in 3B gezeigt.
  • Ein leitender Film wird dann über dem mehrschichtigen Film 103 unter Verwendung eines leitenden Materials, das für die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b verwendet werden kann, ausgebildet, eine Fotolackmaske wird über dem leitenden Film ausgebildet, und ein Teil des leitenden Films wird unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt, so dass die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass das Ätzen zum Ausbilden der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b durch ein Trockenätzverfahren und/oder ein Nassätzverfahren durchgeführt werden kann.
  • Es ist bevorzugt, dass die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b jeweils einen Endbereich mit einer verjüngten Form aufweisen. Insbesondere hat der Endbereich einen Kegelwinkel θ von 80° oder weniger, bevorzugt 60° oder weniger, stärker bevorzugt 45° oder weniger.
  • Als Nächstes wird vorzugsweise eine zweite Wärmebehandlung durchgeführt. Bezüglich der zweiten Wärmebehandlung kann auf die Beschreibung der ersten Wärmebehandlung Bezug genommen werden. Die zweite Wärmebehandlung kann Verunreinigungen wie z. B. Wasserstoff und Wasser aus dem mehrschichtigen Film 103 entfernen. Wasserstoff bewegt sich leicht besonders in dem mehrschichtigen Film 103 fort; deshalb kann ein Transistor durch Verringern von Wasserstoff durch die zweite Wärmebehandlung stabile elektrische Eigenschaften aufweisen. Es sei angemerkt, dass Wasser eine Verbindung, die Wasserstoff enthält, ist und daher als Verunreinigung in dem Oxidhalbleiterfilm 103a dienen könnte.
  • Außerdem können durch die zweite Wärmebehandlung der niederohmige Bereich 109a und der niederohmige bereich 109b in dem mehrschichtigen Film 103 in Kontakt mit der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b ausgebildet werden.
  • Durch Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 auf die oben beschriebene Weise können die Konzentrationen von Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b und an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b verringert werden.
  • Die Struktur, die durch die bisher beschriebenen Schritte erhalten wird, ist in 3C gezeigt.
  • Dann wird der Oxidfilm 105 über dem mehrschichtigen Film 103, der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b ausgebildet. Der Oxidfilm 105 wird unter Verwendung eines Materials und eines Verfahrens, die für den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b verwendet werden können, ausgebildet. Hier wird der Oxidfilm 105 aus einem Material ausgebildet, das eine oder mehrere Arten von Metallelementen enthält, die in dem Oxidfilm 103b enthalthen sind. Insbesondere wird der Oxidfilm unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2, In:Ga:Zn = 1:6:4 oder In:Ga:Zn = 1:9:4 als Target ausgebildet.
  • Die Struktur, die durch die bisher beschriebenen Schritte erhalten wird, ist in 3D gezeigt.
  • Als Nächstes wird der Isolierfilm 120 über dem Oxidfilm 105 ausgebildet. Hier wird der Fall des Ausbildens des Oxidisolierfilms 107a, des Oxidisolierfilms 107b und des Nitridisolierfilms 108 beschrieben.
  • Zuerst wird der erste Siliziumoxidfilm als der Oxidisolierfilm 107a ausgebildet. Dann wird der zweite Siliziumoxidfilm als der Oxidisolierfilm 107b ausgebildet. Als Nächstes kann eine Behandlung zum Zusetzen von Sauerstoffionen zu dem zweiten Siliziumoxidfilm durchgeführt werden. Die Behandlung zum Zusetzen von Sauerstoffionen kann mittels einer Ionendotierungseinrichtung oder einer Plasmabehandlungseinrichtung durchgeführt werden. Als Ionendotierungseinrichtung kann eine Ionendotierungseinrichtung mit einer Massentrennungsfunktion verwendet werden. Als Quellenmaterial von Sauerstoffionen kann ein Sauerstoffgas wie z. B. 16O2 oder 18O2, ein Distickstoffmonoxidgas, ein Ozongas oder dergleichen verwendet werden. Dann wird der Siliziumnitridfilm als der Nitridisolierfilm 108 ausgebildet.
  • Der erste Siliziumoxidfilm wird vorzugsweise durch ein Plasma-CVD-Verfahren, das eine Art von CVD-Verfahren ist, ausgebildet. Konkret kann der erste Siliziumoxidfilm durch Zuführen einer Hochfrequenzleistung zu einer Elektrode unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: die Substrattemperatur ist höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 370°C, ein Abscheidungsgas, das Silizium enthält, und ein Oxidationsgas werden verwendet, und der Druck ist höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 40 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa. Es sei angemerkt, dass typische Beispiele für das Abscheidungsgas, das Silizium enthält, Silan, Disilan, Trisilan und Silanfluorid umfassen. Beispiele für das Oxidationsgas umfassen Sauerstoff, Ozon, Distickstoffmonooxid und Stickstoffdioxid.
  • Indem die Durchflussmenge des Oxidationsgases darauf eingestellt wird, dass sie 100-mal oder mehr der Durchflussmenge des Abscheidungsgases, das Silizium enthält, ist, kann der Wasserstoffgehalt in dem ersten Siliziumoxidfilm verringert werden, und offene Bindungen können reduziert werden.
  • Der zweite Siliziumoxidfilm wird vorzugsweise durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Konkret kann der zweite Siliziumoxidfilm durch Zuführen einer 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 zu einer Elektrode unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: die Substrattemperatur ist höher als oder gleich 160°C und niedriger als oder gleich 350°C, bevorzugt höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 260°C, ein Abscheidungsgas, das Silizium enthält, und ein Oxidationsgas werden verwendet, und der Druck ist höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 100 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa.
  • Durch das oben beschriebene Verfahren wird die Effizienz des Zerfalls des Gases in Plasma erhöht, Sauerstoffradikale werden vermehrt und Oxidation des Gases wird gefördert; somit kann der Siliziumoxidfilm, der überschüssigen Sauerstoff enthält, als der zweite Siliziumoxidfilm ausgebildet werden.
  • Der Siliziumnitridfilm als der Nitridisolierfilm 108 wird vorzugsweise durch ein Plasma-CVD-Verfahren ausgebildet. Konkret kann der Siliziumnitridfilm durch Zuführen einer Hochfrequenzleistung unter den folgenden Bedingungen ausgebildet werden: die Substrattemperatur ist höher als oder gleich 180°C und niedriger als oder gleich 400°C, bevorzugt höher als oder gleich 200°C und niedriger als oder gleich 370°C, ein Abscheidungsgas, das Silizium enthält, ein Stickstoffgas und ein Ammoniakgas werden verwendet, und der Druck ist höher als oder gleich 20 Pa und niedriger als oder gleich 250 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 40 Pa und niedriger als oder gleich 200 Pa.
  • Es sei angemerkt, dass die Durchflussmenge des Stickstoffgases auf 5-mal oder mehr und 50-mal oder weniger, bevorzugt 10-mal oder mehr und 50-mal oder weniger so groß wie diejenige des Ammoniakgases eingestellt wird. Die Verwendung von Ammoniak als Quellengas kann den Zerfall des Abscheidungsgases, das Silizium enthält, und des Stickstoffgases fördern. Das liegt daran, dass das Ammoniakgas durch Plasmaenergie oder Wärmeenergie dissoziiert wird, und dass Energie, die durch die Dissoziation erzeugt wird, zum Zerfall einer Bindung des Abscheidungsgases, das Silizium enthält, und einer Bindung des Stickstoffgases beiträgt.
  • Durch das obige Verfahren kann der Siliziumnitridfilm, der als der Nitridisolierfilm 108 verwendet werden kann und von dem das Sauerstoffgas und das Ammoniakgas weniger wahrscheinlich abgegeben werden, ausgebildet werden. Der Siliziumnitridfilm hat kleinen Wasserstoffgehalt und ist somit dicht und lässt Wasserstoff, Wasser und Sauerstoff nicht oder kaum durch.
  • Eine dritte Wärmebehandlung wird vorzugsweise durchgeführt, nachdem zumindest der Oxidisolierfilm 107a und der Oxidisolierfilm 107b des Isolierfilms 120 ausgebildet worden sind. Bezüglich der dritten Wärmebehandlung kann auf die Beschreibung der ersten Wärmebehandlung Bezug genommen werden. Durch die dritte Wärmebehandlung wird überschüssiger Sauerstoff von zumindest einem des Gate-Isolierfilms 106, des Oxidisolierfilms 107a und des Oxidisolierfilms 107b abgegeben; daher können Sauerstofffehlstellen in dem mehrschichtigen Film 103 verringert werden. Es sei angemerkt, dass in dem mehrschichtigem Film 103 eine Sauerstofffehlstelle ein benachbartes Sauerstoffatom einfängt, so dass sich die Sauerstofffehlstelle zu bewegen scheint.
  • Ferner kann durch die dritte Wärmebehandlung Wasserstoff oder Wasser von den Oxidisolierfilmen 107a und 107b beseitigt werden. In dem Fall, in dem die dritte Wärmebehandlung nach dem Ausbilden des Nitridisolierfilms 108 durchgeführt wird, kann Wasserstoff oder Wasser auch von dem Nitridisolierfilm 108 beseitigt werden.
  • Die Struktur, die durch die bisher beschriebenen Schritte erhalten wird, ist in 3E gezeigt.
  • Auf diese Weise kann der Transistor 100 hergestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei dem Herstellungsprozess des Transistors 100 der Oxidfilm 103b unter Umständen zum Zeitpunkt der Ausbildung der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b teilweise geätzt wird. Ferner wird eine Gemischschicht aus dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b unter Umständen zum Zeitpunkt der Ausbildung des Oxidfilms 103b auf der nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a ausgebildet.
  • Beispielsweise ist in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 3:1:2 als Target ausgebildet wird, und in dem der Oxidfilm 103b unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 als Target ausgebildet wird, und in dem der Oxidfilm 105 unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 als Target ausgebildet wird, ein Ga-Gehalt in dem Oxidfilm 103b größer als derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, so dass eine Gemischschicht, in der der Ga-Gehalt größer als derjenige in einer GaOx-Schicht oder dem Oxidhalbleiterfilm 103a ist, auf der nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a ausgebildet werden kann.
  • Ein Diagramm der Energiebandstruktur eines Querschnitts C1-C2 des Transistors 100 in einem derartigen Fall ist in 24 gezeigt. 24 zeigt ein Modifikationsbeispiel für die Energiebandstrukturen in 2A und 2B. In 24 stellen Ec182, Ec183a und Ec185 die Energien der Böden der Leitungsbänder des Gate-Isolierfilms 106, des Oxidhalbleiterfilms 103a bzw. des Oxidfilms 105 dar.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird auch in dem Fall, in dem der Oxidfilm 103b geätzt wird und der Oxidfilm 105 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 103a steht, die Gemischschicht, in der der Ga-Gehalt größer als derjenige in der GaOx-Schicht oder dem Oxidhalbleiterfilm 103a ist, zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet, so dass Ec183a und Ec185 kontinuierlich verbunden sind. Des Weiteren ist Ec185 höher als Ec183a.
  • [Modifikationsbeispiel 1]
  • Nun wird ein Modifikationsbeispiel für den Transistor 100 beschrieben. 7A zeigt einige Bestandteile (das Substrat 101, die Gate-Elektrode 110, den Gate-Isolierfilm 106 und den mehrschichtige Film 103) eines Transistors, der das Modifikationsbeispiel ist. Ferner ist 7B eine vergrößerte Ansicht eines Endbereichs des mehrschichtigen Films 103 (eines Bereichs, der durch einen Strich-Punkt-Kreis umrandet ist) in 7A.
  • In dem mehrschichtigen Film 103 in dem Modifikationsbeispiel für den Transistor 100 hat zumindest der Oxidhalbleiterfilm 103a eine verjüngte Form. Vorzugsweise hat der Oxidfilm 103b auch eine verjüngte Form. Zudem sind die verjüngte Form des Oxidhalbleiterfilms 103a und die verjüngte Form des Oxidfilms 103b unterschiedlich.
  • Insbesondere kann dann, wenn in dem Oxidhalbleiterfilm 103a der Winkel zwischen der Grundfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a und einer Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a als ein erster Winkel θ1 definiert wird und in dem Oxidfilm 103b der Winkel zwischen der Grundfläche des Oxidfilms 103b und einer Seitenfläche des Oxidfilms 103b als ein zweiter Winkel θ2 definiert wird, der erste Winkel θ1 ein spitzer Winkel sein und der zweite Winkel θ2 kann ein spitzer Winkel oder ein rechter Winkel sein.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass der erste Winkel θ1 und der zweite Winkel θ2 beide spitze Winkel sind und dass der erste Winkel θ1 kleiner als der zweite Winkel θ2 ist (siehe 7B).
  • Außerdem ist der erste Winkel θ1 größer als oder gleich 10° und kleiner als 90°, bevorzugt größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 80°. Der zweite Winkel θ2 ist größer als oder gleich 10° und kleiner als 90°, bevorzugt größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 80°, stärker bevorzugt größer als oder gleich 45° und kleiner als oder gleich 70°.
  • Eine Grundfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a entspricht der der Seite des Substrats 101 zugewandten Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a oder der in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 106 stehenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a. Eine Grundfläche des Oxidfilms 103b entspricht der der Seite des Substrats 101 zugewandten Oberfläche des Oxidfilms 103b oder der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidhalbleiterfilm 103a. Es sei angemerkt, dass die Grenzfläche bei der gestapelten Struktur des mehrschichtigen Films 103 durch Rastertransmissionselektronenmikroskopie (RTEM) (scanning transmission electron microscopy, STEM) beobachtet werden kann. Jedoch kann in einigen Fällen die Grenzfläche nicht deutlich beobachtet werden, abhängig von den Materialien, die in dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b verwendet werden.
  • Die folgenden Wirkungen können durch die verjüngte Form mit verschiedenen Kegelwinkeln des mehrschichtigen Films 103 erhalten werden. Die Kontaktfläche der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b kann mit der verjüngten Form bei verschiedenen Kegelwinkeln groß werden, im Vergleich zu der verjüngten Form bei einem einzigen Kegelwinkel in dem mehrschichtigen Film 103. Folglich wird der Kontaktwiderstand zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und der Souce- und Drain-Elektrode 104a und 104b verringert, wodurch der Durchlassstrom (on-state current) des Transistors vergrößert werden kann.
  • Ferner kann durch Einstellen des zweiten Winkels θ2 auf größer als der erste Winkel θ1 die Kontaktfläche des Oxidfilms 103b zu der Source- und Drain-Elektrode 104a und 104b verringert werden, was die niederohmigen Bereiche, die in dem Oxidfilm 103b ausgebildet werden, verkleinern kann. Dies unterdrückt, dass der Widerstand des Oxidfilms 103b verringert wird. Zudem können niederohmige Bereiche effektiv in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, der als Kanalbereich dient, ausgebildet werden. Somit kann der Durchlassstrom des Transistors erhöht werden, und sein Sperrstrom kann verringert werden.
  • Um den mehrschichtigen Film 103, in dem sich die verjüngte Form des Oxidhalbleiterfilms 103a von derjenigen des Oxidfilms 103b unterscheidet, auszubilden, wird beispielsweise der Unterschied in der Ätzgeschwindigkeit zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b beim Ätzen des mehrschichtigen Films 103 benutzt. Die oben beschriebenen verjüngten Formen können durch Einstellen der Ätzgeschwindigkeit des Oxidhalbleiterfilms 103a auf niedriger als diejenige des Oxidfilms 103b ausgebildet werden.
  • Zum Beispiel können in dem Schritt in 3B die verjüngten Formen durch Nassätzen mittels einer Lösung, die Phosphorsäure als Ätzlösung enthält, ausgebildet werden.
  • Vorteile beim Verwenden des Nassätzens zum Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 sind wie folgt. Im Fall von Trockenätzen kann dann, wenn ein Oxidhalbleiterfilm und ein Oxidfilm, die zu dem mehrschichtigen Film 103 verarbeitet werden, einen Defekt wie z. B. ein sehr kleines Loch (pinhole) haben, beispielsweise der Isolierfilm (z. B. der Gate-Isolierfilm) unter dem Oxidhalbleiterfilm und dem Oxidfilm durch das sehr kleine Loch beim Trockenätzen geätzt werden. Außerdem kann eine Öffnung, die die Elektrode (z. B. die Gate-Elektrode) erreicht, die unter dem Isolierfilm liegt, in dem Isolierfilm ausgebildet werden. Der Transistor, der unter diesen Bedingungen hergestellt wird, hat möglicherweise fehlerhafte Eigenschaften, wie z. B. Kurzschluss zwischen der Elektrode unter dem Isolierfilm und der Elektrode (z. B. der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode) über dem mehrschichtigen Film 103. Mit anderen Worten: Trockenätzen des mehrschichtigen Films 103 führt zu einer Verringerung der Ausbeute an Transistoren. Durch Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 durch Nassätzen kann ein Transistor mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften mit hoher Produktivität hergestellt werden.
  • Die Ätzgeschwindigkeit beim Nassätzen variiert abhängig von der Konzentration, Temperatur und dergleichen der Ätzlösung. Es ist bevorzugt, die Konzentration, Temperatur und dergleichen der Ätzlösung angemessen zu steuern, so dass die Ätzgeschwindigkeit des Oxidhalbleiterfilms 103a niedriger als die Ätzgeschwindigkeit des Oxidfilms 103b wird. Ferner kann durch Einstellen des zweiten Winkels θ2 auf größer als der erste Winkel θ1 die Fläche, die beim Nassätzen der Ätzlösung ausgesetzt wird, verringert werden, und zusätzlich können die niederohmigen Bereiche, die in dem Oxidfilm 103b infolge einer Kontamination oder Defekterzeugung durch die Ätzlösung ausgebildet werden, verringert werden.
  • Beispielsweise kann eine Lösung von etwa 85% Phosphorsäure oder eine Gemischlösung (auch als Aluminium-Ätzlösung bezeichnet), die Phosphorsäure (72%), Salpetersäure (2%) und Essigsäure (9,8%) enthält, als die angegebene Ätzlösung verwendet werden. Die Temperatur der Ätzlösung ist vorzugsweise Raumtemperatur oder normale Temperaturen von 20°C bis 35°C.
  • Es sei angemerkt, dass auch eine andere Ätzlösung als die angegebenen Ätzlösungen verwendet werden kann.
  • Das Modifikationsbeispiel für den Transistor 100 kann durch Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 durch das angegebene Nassätzen und Ausbilden der Gate-Elektrode 110, des Gate-Isolierfilms 106, der Source-Elektrode 104a, der Drain-Elektrode 104b und des Isolierfilms 120 durch angemessenes Anwenden des Herstellungsverfahrens des Transistors 100 hergestellt werden.
  • [Modifikationsbeispiel 2]
  • Als Modifikationsbeispiel kann bei dem Transistor 100 ein leitender Film 121 in einem Bereich vorgesehen sein, der mit dem mehrschichtigen Film 103 überlappt und über dem Isolierfilm 120 liegt (siehe 8). 8 zeigt eine Querschnittsansicht des Transistors des Modifikationsbeispiels in der Kanallängenrichtung. In diesem Fall kann die Gate-Elektrode 110 als erste Gate-Elektrode bezeichnet werden, und der leitende Film 121 kann als zweite Gate-Elektrode bezeichnet werden. Außerdem kann die erste Gate-Elektrode oder die zweite Gate-Elektrode als Gate-Elektrode dienen, und die andere davon kann als Rück-Gate-Elektrode dienen.
  • Die Rück-Gate-Elektrode kann auf eine Weise, die derjenigen der Gate-Elektrode ähnlich ist, dienen. Das Potential der Rück-Gate-Elektrode kann derjenigen der Gate-Elektrode gleich sein oder ein Erd-Potential (GND potential) oder ein vorbestimmtes Potential sein. Durch Ändern eines Potentials der Rück-Gate-Elektrode kann die Schwellenspannung des Transistors geändert werden.
  • Des Weiteren werden die Gate-Elektrode und die Rück-Gate-Elektrode unter Verwendung eines leitenden Films ausgebildet und haben somit eine Funktion die verhindert, dass ein elektrisches Feld, das außerhalb des Transistors erzeugt wird, den Kanalbildungsbereich beeinflusst (besonders eine Funktion zum Vermeiden einer statischen Elektrizität). Mit anderen Worten: die Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors aufgrund des Einflusses eines externen elektrischen Feldes wie z. B. einer statischen Elektrizität kann verhindert werden. Zudem kann dann, wenn die Rück-Gate-Elektrode vorgesehen ist, die Menge an Veränderung der Schwellenspannung des Transistors vor und nach einem BT-Test verringert werden.
  • Wenn die Rück-Gate-Elektrode unter Verwendung eines lichtundurchlässigen leitenden Films ausgebildet wird, kann verhindert werden, dass Licht in den mehrschichtigen Film 103 aus der Seite der Rück-Gate-Elektrode eintritt. Deshalb kann Photodegradation des mehrschichtigen Films 103 (besonders des Oxidhalbleiterfilms 103a) verhindert werden und Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Transistors, wie z. B. eine Verschiebung der Schwellenspannung, kann verhindert werden.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit einer der Strukturen, die bei den anderen Ausführungsformen, einem Beispiel und einem Referenzbeispiel beschrieben werden, implementiert werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Beispiel ein Transistor 150 gezeigt, dessen Struktur sich teilweise von der Struktur des Transistors 100 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterschiedet.
  • [Strukturbeispiel für Halbleitervorrichtung]
  • 9A bis 9D zeigen einen Transistor 150, der eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung ist. Der Transistor 150 ist ein Transistor mit unterem Gate (bottom-gate transistor). 9A ist eine Draufsicht des Transistors 150. 9B ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie A1-A2 in 9A, und 9C ist eine Querschnittsansicht entlang der Strich-Punkt-Linie B1-B2 in 9A. 9D ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, der durch einen Strich-Punkt-Kreis umrandet ist, in 9B. Es sei angemerkt, dass einige Bestandteile in 9A ausgelassen sind.
  • Die Stapelschicht-Struktur des mehrschichtigen Films 103 des Transistors 150 unterscheidet sich von derjenigen des Transistors 100 bei der Querschnittsstruktur. In dem mehrschichtigen Film 103 des Transistors 150 ist der Oxidhalbleiterfilm 103a über einem Oxidfilm 103c vorgesehen, während der Oxidfilm 103b über dem Oxidhalbleiterfilm 103a vorgesehen ist (siehe 9D). Es sei angemerkt, dass die anderen Bestandteile des Transistors 150 denjenigen des Transistors 100 gleich sind.
  • Auch bei dem Transistor 150 ist der Oxidfilm 105 in Kontakt mit den nach oben weisenden Oberflächen des Oxidfilms 103b, der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b vorgesehen.
  • In dem Transistor 150 wird wie in dem Transistor 100 Sauerstoff von einem Teil des mehrschichtigen Films 103 entnommen oder eine Gemischschicht wird ausgebildet, abhängig von der Art des leitenden Films, der für die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b verwendet wird, so dass ein niederohmiger Bereich 109a und ein niederohmiger Bereich 109b in dem mehrschichtigen Film 103 unter Umständen ausgebildet werden.
  • In 9B und 9C sind die niederohmigen Bereiche 109a und 109b Bereiche in der Nähe einer Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und der Source-Elektrode 104a und einer Grenzfläche zwischen dem mehrschichtigen Film 103 und der Drain-Elektrode 104b in dem mehrschichtigen film 103. Ein Teil von oder der ganze niederohmige Bereich 109a und ein Teil von oder der ganze niederohmige Bereich 109b dienen als Source-Bereich und Drain-Bereich.
  • [Mehrschichtiger Film und Oxidfilm in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film]
  • Der Oxidfilm 103c, der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b, die in dem mehrschichtigen Film 103 des Transistors 150 enthalten sind, werden nachstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b des Transistors 150 gleich denjenigen des Transistors 100 sind; somit wird hier nur der Oxidfilm 103c, der nicht in dem Transistor 100 enthalten ist, beschrieben.
  • Für den Oxidfilm 103c kann das Material, das für den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b verwendet werden kann, angemessen verwendet werden. Des Weiteren wird der Oxidfilm 103c vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine oder mehrere Arten von Metallelementen enthält, die in dem Oxidhalbleiterfilm 103a enthalten sind. Im Besonderen wird der Oxidfilm 103c vorzugsweise unter Verwendung des Materials ausgebildet, das für den Oxidfilm 103b verwendet werden kann. Unter Verwendung eines derartigen Materials kann ein Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b nicht leicht erzeugt werden. Daher wird eine Streuung von Ladungsträgern und ein Einfangen von Ladungsträgern an der Grenzfläche nicht leicht verursacht, so dass die Feld-Effekt-Beweglichkeit des Transistors verbessert werden kann. Zudem kann eine Schwankung der Schwellenspannung des Transistors verringert werden.
  • Der Oxidfilm 103c, der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b werden in einer Inertgasatmosphäre, einer Oxidationsatmosphäre oder unter einem niedrigeren Druck ohne Aussetzung an die Luft während der Ausbildungsschritte sukzessiv ausgebildet, wodurch ein Grenzflächenzustand zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und jedem des Oxidfilms 103c und des Oxidfilms 103b mit geringerer Wahrscheinlichkeit entstehen kann.
  • Die Dicke des Oxidfilms 103c ist größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm.
  • Der Oxidfilm 103c kann sich in einem nichteinkristallinen Zustand wie der Oxidhalbleiterfilm 103a und der Oxidfilm 103b befinden.
  • In dem Transistor 150 kann ferner zumindest der Oxidhalbleiterfilm 103a einen CAAC-OS-Film enthalten.
  • In einem Transistor unter Verwendung des CAAC-OS-Films ist die Veränderung der elektrischen Eigenschaften infolge Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht gering. Folglich weist der Transistor eine hohe Zuverlässigkeit auf.
  • Damit der Oxidhalbleiterfilm 103a ein CAAC-OS-Film sein kann, ist bevorzugt, dass der Oxidfilm 103c, der als Basis dient, amorph ist oder eine Kristallinität hat, die derjenigen eines CAAC-OS-Films ähnlich ist.
  • Zudem wird dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm 103a ein CAAC-OS-Film ist, der Oxidfilm 103b über dem Oxidhalbleiterfilm 103a leicht zu einem CAAC-OS-Film. Es sei angemerkt, dass der Oxidfilm 103b amorph sein kann.
  • In dem Transistor, der den mehrschichtigen Film 103 beinhaltet, ist der Oxidhalbleiterfilm 103a eine Schicht, in der ein Kanal ausgebildet wird; deshalb ist bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a eine hohe Kristallinität aufweist, so dass der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann.
  • In dem Transistor 150 ist wie in dem Transistor 100 der Absorptionskoeffizient infolge der lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103, der durch CPM gemessen wird, bevorzugt niedriger als 1 × 10–3 cm–1, stärker bevorzugt niedriger als 3 × 10–4 cm–1. Folglich kann die Feld-Effekt-Beweglichkeit des Transistors erhöht werden. Damit der Absorptionskoeffizient im obigen Bereich liegen kann, ist die Konzentration von Silizium, Germanium, Kohlenstoff, Hafnium, Titan und dergleichen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, welche lokalisierte Niveaus bilden, bevorzugt niedriger als 2 × 1018 Atome/cm3, stärker bevorzugt niedriger als 2 × 1017 Atome/cm3.
  • Eine Funktion und ein Effekt des mehrschichtigen Films 103 bei dieser Ausführungsform werden nachstehend anhand von Diagrammen der Energiebandstruktur in 10A, 10B, 11A und 11B beschrieben. 10A, 10B, 11A und 11B zeigen jeweils die Energiebandstruktur entlang der Strich-Punkt-Linie C1-C2 in 9B.
  • In 10A, 10B, 11A und 11B bezeichnen Ec182, Ec183c, Ec183a, Ec183b, Ec185 und Ec186 die Energien der Böden der Leitungsbänder jeweils des Gate-Isolierfilms 106, des Oxidfilms 103c, des Oxidhalbleiterfilms 103a, des Oxidfilms 103b, des Oxidfilms 105 bzw. des Isolierfilms 120.
  • Da der Gate-Isolierfilm 106 und der Isolierfilm 120 Isolatoren sind, sind Ec182 und Ec186 dem Vakuumniveau näher (haben eine kleinere Elektronenaffinität) als Ec183c, Ec183a, Ec183b und Ec185.
  • Des Weiteren sind Ec183c und Ec183b näher dem Vakuumniveau als Ec183a. Insbesondere ist der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183c und der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV. Die Untergrenze jedes der Energieunterschiede ist bevorzugt größer als oder gleich 0,1 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 0,15 eV.
  • In 10A, 10B, 11A und 11B gibt es keine Barriere zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b, zwischen dem Oxidhalbleiterfilmfilm 103b und dem Oxidfilm 103c und zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105, und die Energie des Bodens des Leitungsbands verändert sich glatt. Mit anderen Worten: die Energie des Bodens des Leitungsbands verändert sich sukzessiv. Das liegt daran, dass wie bei der Ausführungsform 1 der Oxidfilm 103b und der Oxidfilm 103c jeweils ein Element enthält, das gleich demjenigen in dem Oxidhalbleiterfilm 103a ist, und Sauerstoff bewegt sich wechselseitig zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103c und zwischen dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b, um Gemischschichten auszubilden.
  • Ferner bewegen sich wie bei der Ausführungsform 1 Elektronen hauptsächlich durch den Oxidhalbleiterfilm 103a in dem Fall fort, in dem der mehrschichtige Film 103 mit der obigen Energiebandstruktur in dem Transistor enthalten ist. Das heißt, dass der Kanalbereich in dem Oxidhalbleiterfilm 103a gebildet wird. Auch wenn ein Zustand an einer Grenzfläche zu dem Isolierfilm außerhalb des mehrschichtigen Films 103 existiert, beeinflusst daher der Zustand kaum die Fortbewegung der Elektronen. Zudem wird, da kein Zustand oder nur wenige Zustände zwischen den Schichten in dem mehrschichtigen Film 103 existieren, die Fortbewegung von Elektronen in dem Kanalbereich nicht unterbrochen. Deshalb hat der Oxidhalbleiterfilm 103a des mehrschichtigen Films 103 eine hohe Elektronenbeweglichkeit.
  • Insbesondere sind in dem Fall, in dem der Oxidfilm 105 und der Oxidfilm 103b unter Verwendung des gleichen Materials ausgebildet werden, die Energie von Ec185 und die Energie von Ec183b gleich (siehe 10A).
  • Wie in 10A kann dann, obwohl ein Einfangniveau 191 aufgrund von Verunreinigungen oder Defekten in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Isolierfilm 120 gebildet werden könnte, und ein Einfangniveau 192 aufgrund von Verunreinigungen oder Defekten in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 103c und dem Gate-Isolierfilm 106 gebildet werden könnte, der Oxidhalbleiterfilm 103a von dem Einfangniveau 191 und dem Einfangniveau 192 getrennt sein, da die Oxidfilme 103c, 103b und 105 vorhanden sind.
  • Jedoch könnten in dem Fall, in dem ein Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b und ein Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183c klein sind, Elektronen des Oxidhalbleiterfilms 103a durch Überwinden der Energieunterschiede das Einfangniveau 191 und das Einfangniveau 192 erreichen. Wenn die Elektronen von dem Einfangniveau 191 und dem Einfangniveau 192 eingefangen werden, wird eine negative Ladung an der Grenzfläche zu dem Isolierfilm erzeugt, so dass die Schwellenspannung des Transistors in positiver Richtung verschoben wird.
  • Deshalb liegen die Energieunterschiede zwischen Ec183a und Ec183b und zwischen Ec183a und Ec183c vorzugsweise in dem obigen Bereich. Folglich kann eine Schwankung der Schwellenspannung des Transistors 150 verringert werden und elektrische Eigenschaften des Transistors 150 können verbessert werden.
  • Als Material des Oxidfilms 105 kann auch in dem Transistor 150 das Material, das für den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b verwendet werden kann, angemessen verwendet werden. Im Besonderen wird der Oxidfilm 105 vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das eine oder mehrere Arten von Metallelementen enthält, die in dem Oxidfilm 103b enthalten sind. Es gibt keine Barriere zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 105, und die Energie des Bodens des Leitungsbands kann sich glatt verändern.
  • Um die Energiebandstruktur wie in 10A zu erhalten, wird der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 als Target ausgebildet, und die Oxidfilme 103c, 103b und 105 werden jeweils unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass die Bandlücken der Oxidfilme 103c, 103b und 105 jeweils vorzugsweise größer als die Bandlücke des Oxidhalbleiterfilms 103a sind.
  • In 10A sind die Oxidfilme 103c, 103b und 105 unter Verwendung von Materialien ausgebildet, wobei die Böden der Leitungsbänder der Materialien die gleiche Energie aufweisen; jedoch kann der Oxidfilm 105 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, bei dem die Energie des Bodens des Leitungsbands näher dem Vakuumniveau als die Energien der Böden der Leitungsbänder der Oxidfilme 103c und 103b liegt (siehe 10B).
  • Insbesondere wird der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 als Target ausgebildet, die Oxidfilme 103c und 103b werden jeweils unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet, und der Oxidfilm 105 wird unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 oder In:Ga:Zn = 1:9:4 als Target ausgebildet.
  • Mit anderen Worten: in dem Fall, in dem die Oxidfilme 105, 103c und 103b unter Verwendung eines In-M-Zn-Oxides ausgebildet werden, ist ein Atomverhältnis eines Elements M zu In des Oxidfilms 105 vorzugsweise größer als oder gleich einem Atomverhältnis eines Elements M zu In jedes der Oxidfilme 103c und 103b.
  • Zudem ist die Energiebandstruktur des Transistors 150 nicht auf die Strukturen in 10A und 10B beschränkt, kann aber eine Struktur sein, bei der der Oxidfilm 105 und der Oxidfilm 103b unter Verwendung von Materialien ausgebildet werden, deren Böden der Leitungsbänder die gleiche Energie haben, und der Oxidfilm 103c unter Verwendung eines Materials ausgebildet wird, bei dem die Energie des Bodens des Leitungsbands näher dem Vakuumniveau als diejenige des Oxidfilm 105 und des Oxidfilm 103b ist (siehe 11A).
  • Alternativ können bei der Energiebandstruktur des Transistors 150 der Oxidfilm 105 und der Oxidfilm 103c unter Verwendung von Materialien ausgebildet werden, deren Böden der Leitungsbänder die gleiche Energie haben, und können unter Verwendung von Materialien ausgebildet werden, in denen die Energie des Bodens des Leitungsbands näher dem Vakuumniveau als diejenige des Oxidhalbleiterfilms 103a und des Oxidfilms 103b liegt (siehe 11B).
  • Um den Einfluss des Einfangniveaus 191, das in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Isolierfilm 120 gebildet wird, und des Einfangniveaus 192, das in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 103c und dem Gate-Isolierfilm 106 gebildet wird, zu verringern, sind ferner der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183b, der Energieunterschied zwischen Ec183a und Ec183c und der Energieunterschied zwischen Ec183b und Ec185 jeweils größer als oder gleich 0,05 eV und kleiner als oder gleich 2 eV. Die Untergrenze des Energieunterschieds ist bevorzugt größer als oder gleich 0,1 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 0,15 eV. Die Obergrenze des Energieunterschieds ist bevorzugt kleiner als oder gleich 0,5 eV, stärker bevorzugt kleiner als oder gleich 0,4 eV.
  • Um die Energiebandstruktur wie in 11A zu erhalten, ist bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 als Target ausgebildet wird, der Oxidfilm 103b und der Oxidfilm 105 jeweils unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet werden, und der Oxidfilm 103c unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 oder In:Ga:Zn = 1:9:4 als Target ausgebildet wird.
  • Um die Energiebandstruktur wie in 11B zu erhalten, ist bevorzugt, dass der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 als Target ausgebildet wird, der Oxidfilm 103b unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 als Target ausgebildet wird, und der Oxidfilm 103c und der Oxidfilm 105 jeweils unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 oder In:Ga:Zn = 1:9:4 als Target ausgebildet werden.
  • Auf diese Weise kann im Fall der Energiebandstruktur wie in 10A, 10B, 11A und 11B der Oxidhalbleiterfilm 103a in dem mehrschichtigen Film 103 eine hohe Elektronenbeweglichkeit aufweisen, und Schwankungen der Schwellenspannung können verringert werden, so dass der Transistor 150 mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften erhalten werden kann.
  • [Beispiel für Herstellungsverfahren von Halbleitervorrichtung]
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Transistors 150 wird nachstehend beschrieben.
  • Zuerst wird die Gate-Elektrode 110 über dem Substrat 101 ausgebildet, und der Gate-Isolierfilm 106 wird über der Gate-Elektrode 110 ausgebildet (siehe 12A). Als Nächstes wird über dem Gate-Isolierfilm 106 ein mehrschichtiger Film ausgebildet, indem ein Oxidfilm, der zu dem Oxidfilm 103c verarbeitet wird, ausgebildet wird, ein Oxidhalbleiterfilm, der zu dem Oxidhalbleiterfilm 103a verarbeitet wird, über dem Oxidfilm ausgebildet wird, und ein Oxidfilm, der zu dem Oxidfilm 103b verarbeitet wird, über dem Oxidhableiterfilm ausgebildet wird. Eine Fotolackmaske wird über dem mehrschichtigen Film ausgebildet, und ein Teil des mehrschichtigen Films wird dann selektiv unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt, so dass der mehrschichtige Film 103, der den Oxidfilm 103c, den Oxidhalbleiterfilm 103a und den Oxidfilm 103b einschließt, ausgebildet wird (siehe 12B). Dann werden die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b über dem mehrschichtigen Film 103 und dem Gate-Isolierfilm 106 ausgebildet (siehe 12C). Der Oxidfilm 105 wird über dem mehrschichtigen Film 103, der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b ausgebildet (siehe 12D). Der Isolierfilm 120 wird über dem Oxidfilm 105 ausgebildet (siehe 12E). Es sei angemerkt, dass auch bei dem Verfahren zum Herstellen des Transistors 150 wie bei dem Verfahren zum Herstellen des Transistors 100 die erste bis dritte Wärmebehandlung vorzugsweise durchgeführt werden.
  • Für die Details jedes Schritts des Verfahrens zum Herstellen des Transistors 150 kann auf die Ausführungsform 1 Bezug genommen werden.
  • Auf diese Weise kann der Transistor 150 hergestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei dem Herstellungsprozess des Transistors 150 der Oxidfilm 103b unter Umständen zu dem Zeitpunkt der Ausbildung der Source-Elektrodenschicht 104a und der Drain-Elektrodenschicht 104b teilweise geätzt wird. Ferner wird eine Gemischschicht aus dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b unter Umständen zu dem Zeitpunkt der Ausbildung des Oxidfilms 103b auf der nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a ausgebildet.
  • Beispielsweise ist in dem Fall, in dem der Oxidhalbleiterfilm 103a unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 3:1:2 als Target ausgebildet wird, der Oxidfilm 103b unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 als Target ausgebildet wird, der Oxidfilm 103c unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 als Target ausgebildet wird, und der Oxidfilm 105 unter Verwendung eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2 oder eines In-Ga-Zn-Oxides mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:6:4 als Target ausgebildet wird, ein Ga-Gehalt in dem Oxidfilm 103b größer als derjenige in dem Oxidhalbleiterfilm 103a, so dass eine Gemischschicht, in der ein Ga-Gehalt größer als derjenige in einer GaOx-Schicht oder der Oxidhalbleiterschicht 103a ist, auf der nach oben weisenden Oberfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a ausgebildet werden kann.
  • Ein Diagramm einer Energiebandstruktur eines Querschnitts C1-C2 des Transistors 150 in einem derartigen Fall ist in 25 gezeigt. 25 zeigt ein Modifikationsbeispiel für die Energiebandstrukturen in 10A, 10B, 11A und 11B. In 25 stellen Ec182, Ec183a, Ec183c und Ec185 jeweils die Energien der Böden der Leitungsbänder des Gate-Isolierfilms 106, des Oxidhalbleiterfilms 103a, des Oxidfilms 103c bzw. des Oxidfilms 105 dar.
  • Wie oben beschrieben worden ist, wird auch in dem Fall, in dem der Oxidfilm 103b geätzt wird und der Oxidfilm 105 in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm 103a steht, die Gemischschicht, in der ein Ga-Gehalt größer als derjenige in der GaOx-Schicht oder der Oxidhalbleiterschicht 103a ist, zwischen dem Oxidfilm 105 und dem Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet, so dass Ec183a und Ec185 kontinuierlich verbunden sind. Des Weiteren ist Ec185 höher als zumindest Ec183a.
  • [Modifikationsbeispiel 1]
  • Nun wird ein Modifikationsbeispiel für den Transistor 150 beschrieben. 13A zeigt einige Bestandteile (das Substrat 101, die Gate-Elektrode 110, den Gate-Isolierfilm 106 und den mehrschichtigen Film 103) eines Transistors, der das Modifikationsbeispiel ist. 13B ist eine vergrößerte Ansicht eines Endbereichs des mehrschichtigen Films 103 (ein Bereich, die durch eine Strich-Punkt-Linie umrandet ist) in 13A.
  • In dem mehrschichtigen Film 103 in dem Modifikationsbeispiel hat zumindest der Oxidhalbleiterfilm 103a eine verjüngte Form. Vorzugsweise haben die Oxidfilme 103b und 103c auch jeweils eine verjüngte Form. Zudem sind die verjüngte Form des Oxidhalbleiterfilms 103a und die verjüngte Formen der Oxidfilme 103b und 103c unterschiedlich.
  • Insbesondere kann dann, wenn der Winkel zwischen der Grundfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a und einer Seitenfläche des Oxidhalbleiterfilms 103a in dem Oxidhalbleiterfilm 103a als ein erster Winkel θ1 definiert wird, der Winkel zwischen der Grundfläche des Oxidfilms 103b und einer Seitenfläche des Oxidfilms 103b in dem Oxidfilm 103b als ein zweiter Winkel θ2 definiert wird, und der Winkel zwischen der Grundfläche des Oxidfilms 103c und einer Seitenfläche des Oxidfilms 103c in dem Oxidfilm 103c als ein dritter Winkel θ3 definiert wird, der erste Winkel θ1 ein spitzer Winkel sein und der zweite Winkel θ2 und der dritte Winkel θ3 können individuell ein spitzer Winkel oder ein rechter Winkel sein.
  • Es ist besonders bevorzugt, dass der erste Winkel θ1, der zweite Winkel θ2 und der dritte Winkel θ3 alle spitze Winkel sind und dass der erste Winkel θ1 kleiner als der zweite Winkel θ2 und der dritte Winkel θ3 ist (siehe 13B).
  • Es sei angemerkt, dass der zweite Winkel θ2 und der dritte Winkel θ3 der gleiche Winkel oder unterschiedliche Winkel sein können. Beispielsweise können der zweite Winkel θ2 und der dritte Winkel θ3 durch Verwendung derselben Art von Oxidfilmen als Oxidfilm 103b und Oxidfilm 103c der gleiche Winkel sein.
  • Außerdem ist der erste Winkel θ1 größer als oder gleich 10° und kleiner als 90°, bevorzugt größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 80°. Der zweite Winkel θ2 und der dritte Winkel θ3 sind jeweils größer als oder gleich 10° und kleiner als 90°, bevorzugt größer als oder gleich 30° und kleiner als oder gleich 80°, stärker bevorzugt größer als oder gleich 45° und kleiner als oder gleich 70°.
  • In diesem Modifikationsbeispiel wird beispielsweise wie bei der Ausführungsform 1 der Unterschied in der Ätzgeschwindigkeit zwischen dem Oxidfilm 103c, dem Oxidhalbleiterfilm 103a und dem Oxidfilm 103b genutzt, wodurch eine Form wie in 13A und 13B ausgebildet werden kann. Die oben beschriebene verjüngte Form kann durch Einstellen der Ätzgeschwindigkeit des Oxidhalbleiterfilms 103a niedriger als diejenige des Oxidfilms 103b und des Oxidfilms 103c ausgebildet werden.
  • Zum Beispiel können in dem Schritt von 12B die verjüngten Formen durch Nassätzen mittels einer Lösung, die Phosphorsäure enthält, als Ätzlösung ausgebildet werden. Für die Details des Nassätzens kann auf die Ausführungsform 1 Bezug genommen werden.
  • In diesem Modifikationsbeispiel können auch Effekte des Modifikationsbeispiels für den Transistor 100 bei der Ausführungsform 1 erhalten werden.
  • [Modifikationsbeispiel 2]
  • Als Nächstes ist ein Modifikationsbeispiel für den Transistor 150, das anders als das obige Modifikationsbeispiel ist, in 13C gezeigt. 13D ist eine vergrößerte Ansicht eines Endbereichs des mehrschichtigen Films 103 (ein Bereich, der durch eine Strich-Punkt-Linie umrandet ist) in 13C.
  • In diesem Modifikationsbeispiel hat die Seitenfläche des mehrschichtigen Films 103 eine gekrümmte Oberfläche. In dem mehrschichtigen Film 103, dessen Seitenfläche wie in 13C und 13D eine gekrümmte Oberfläche hat, ist ein Oxidfilm 103d an der Seitenfläche des mehrschichtigen Films 103 ausgebildet, und der Endbereich des mehrschichtigen Films 103 in der Querschnittsform hat eine gekrümmte Oberfläche.
  • Der Oxidfilm 103d kann derart ausgebildet werden, dass das Ätzen zum Ausbilden des mehrschichtigen Films 103 durch Auswählen von Bedingungen unter denjenigen bei der Ausführungsform 1 durchgeführt wird. Ein Teil des Oxidfilms 103c, der durch das Trockenätzen geätzt wird, wird an der Seitenfläche des mehrschichtigen Films wieder angeheftet, wodurch der Oxidfilm 103d ausgebildet wird. Durch Ausbilden des Oxidfilms 103d an der Seitenfläche des mehrschichtigen Films 103 kann die Dichte von lokalisierten Niveaus, die an der Seitenfläche erzeugt werden, verringert werden. Somit kann der Transistor 150 vorteilhafte elektrische Eigenschaften aufweisen.
  • [Modifikationsbeispiel 3]
  • Als Modifikationsbeispiel kann in dem Transistor 150 ein leitender Film 121 in einem Bereich bereitgestellt werden, der mit dem mehrschichtigen Film 103 überlappt und über dem Isolierfilm 120 liegt (siehe 14). 14 zeigt eine Querschnittsansicht des Transistors des Modifikationsbeispiels in der Kanallängenrichtung. In diesem Fall kann die Gate-Elektrode 110 als erste Gate-Elektrode bezeichnet werden, und der leitende Film 121 kann als zweite Gate-Elektrode bezeichnet werden. Außerdem kann die erste Gate-Elektrode oder die zweite Gate-Elektrode als Gate-Elektrode dienen, und die andere davon kann als Rück-Gate-Elektrode dienen.
  • Effekte, die durch Bereitstellen des leitenden Films 121 in diesem Modifikationsbeispiel erhalten werden, sind denjenigen bei der Ausführungsform 1 ähnlich.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit einer der Strukturen, die bei den anderen Ausführungsformen, einem Beispiel und einem Referenzbeispiel beschrieben werden, implementiert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • [Anzeigevorrichtung]
  • Der Transistor bei den vorstehenden Ausführungsformen kann in einer Anzeigevorrichtung verwendet werden. Darüber hinaus kann mit dem oben angegebenen Transistor ein Teil von oder eine gesamte Treiberschaltung, die den Transistor beinhaltet, über einem Substrat ausgebildet werden, wo ein Pixelabschnitt ausgebildet ist, wodurch ein System auf einer Tafel (system an panel) ausgebildet werden kann. Strukturbeispiele für eine Anzeigevorrichtung, in der der obige Transistor verwendet werden kann, werden anhand von 15, 16A bis 16C, 17A, 17B, 18 und 19A bis 19C beschrieben.
  • Als Anzeigeelement, das in der Anzeigevorrichtung bereitgestellt ist, kann ein Flüssigkristallelement (auch als Flüssigkristallanzeigeelement bezeichnet), ein Licht emittierendes Element (auch als Licht emittierendes Anzeigeelement bezeichnet) oder dergleichen verwendet werden. Ein Licht emittierendes Element umfasst in seiner Kategorie ein Element, dessen Leuchtdichte von einem Strom oder einer Spannung gesteuert wird, und umfasst insbesondere ein anorganisches Elektrolumineszenz-(EL-)Element, ein organisches EL-Element und dergleichen. Ferner kann ein Anzeigemedium, dessen Kontrast durch einen elektrischen Effekt verändert wird, wie z. B. eine elektronische Tinte, als das Anzeigeelement verwendet werden. Eine Anzeigevorrichtung, die ein EL-Element beinhaltet, und eine Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement beinhaltet, werden als Beispiele für die Anzeigevorrichtung nachstehend beschrieben.
  • Die nachstehend beschriebene Anzeigevorrichtung umfasst eine Tafel (panel), in der ein Anzeigeelement eingeschlossen ist, und ein Modul, in dem eine IC wie z. B. ein Regler an der Tafel montiert ist, in ihrer Kategorie.
  • Die nachstehend beschriebene Anzeigevorrichtung bezeichnet eine Bildanzeigevorrichtung oder eine Lichtquelle (einschließlich einer Beleuchtungsvorrichtung). Die Anzeigevorrichtung umfasst jedes der folgenden Module in ihrer Kategorie: ein Modul, das mit einem Anschlussteil (connector) versehen ist, wie z. B. einer FPC oder einem TCP; ein Modul, bei dem eine gedruckte Leiterplatte am Ende eines TOP angeordnet ist; und ein Modul, bei dem eine integrierte Schaltung (integrated circuit; IC) direkt mittels eines COG-Verfahrens an einem Anzeigeelement montiert ist.
  • Die nachstehend beschriebenen Anzeigevorrichtungen können mit einer Eingabevorrichtung (einem Berührungssensor) versehen sein, die ein Objekt durch Kontakt oder durch Erspüren seiner Nähe erfühlen kann (nicht gezeigt). Beispielsweise können als Eingabevorrichtung, die zum Erspüren eines Kontaktsgeeignet ist, verschiedene Arten von Berührungssensoren wie z. B. ein resistiver Typ, ein kapazitiver Typ, ein Infrarotstrahl-Typ, ein elektromagnetischer Induktionstyp und ein akustischer Oberflächenwellentyp verwendet werden. Als Eingabevorrichtung, die zum Erspüren der Nähe geeignet ist, kann eine Infrarotkamera oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Eingabevorrichtung kann über einer nachstehend beschriebenen Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, um eine so genante „on-cell”-Anzeigevorrichtung zu bilden, oder kann integriert mit einer nachstehend beschriebenen Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, um eine so genannte „in-cell”-Anzeigevorrichtung zu bilden.
  • [EL-Anzeigevorrichtung]
  • Hier wird eine Anzeigevorrichtung, die ein EL-Element beinhaltet (auch als EL-Anzeigevorrichtung bezeichnet), beschrieben.
  • 15 ist ein Beispiel für einen Schaltplan eines Pixels in der EL-Anzeigevorrichtung.
  • Die EL-Anzeigevorrichtung, die in 15 gezeigt ist, beinhaltet ein Schaltelement 743, einen Transistor 741, einen Kondensator 742 und ein Licht emittierendes Element 719.
  • Ein Gate des Transistors 741 ist elektrisch mit einem Anschluss des Schaltelements 743 und einem Anschluss des Kondensators 742 verbunden. Eine Source des Transistors 741 ist elektrisch mit einem Anschluss des Licht emittierenden Elements 719 verbunden. Ein Drain des Transistors 741 ist elektrisch mit dem anderen Anschluss des Kondensators 742 verbunden und wird mit einem Leistungsversorgungspotential VDD versorgt. Der andere Anschluss des Schaltelements 743 ist elektrisch mit einer Signalleitung 744 verbunden. Der andere Anschluss des Licht emittierenden Elements 719 wird mit einem festen Potential versorgt. Es sei angemerkt, dass das feste Potential ein Erdpotential GND oder niedriger ist.
  • Es sei angemerkt, dass als der Transistor 741 der Transistor, der bei der obigen Ausführungsform beschrieben worden ist, verwendet wird. Der Transistor hat stabile elektrische Eigenschaften. Somit kann die EL-Anzeigevorrichtung eine hohe Anzeigequalität aufweisen.
  • Als das Schaltelement 743 wird ein Transistor vorzugsweise verwendet.
  • Wenn der Transistor als Schaltelement verwendet wird, kann die Fläche eines Pixels verringert werden, so dass die EL-Anzeigevorrichtung eine hohe Auflösung aufweisen kann. Alternativ kann als das Schaltelement 743 der Transistor aus der obigen Ausführungsform verwendet werden. Wenn der obige Transistor als das Schaltelement 743 verwendet wird, kann das Schaltelement 743 im gleichen Prozess wie der Transistor 741 hergestellt werden; dadurch kann die Produktivität der EL-Anzeigevorrichtung verbessert werden.
  • 16A ist eine Draufsicht einer EL-Anzeigevorrichtung. Die EL-Anzeigevorrichtung beinhaltet ein Substrat 101, ein Substrat 700, ein Dichtungsmittel 734, eine Treiberschaltung 735, eine Treiberschaltung 736, ein Pixel 737, und eine flexible gedruckte Schaltung (flexible printed circuit: FPC) 732. Das Dichtungsmittel 734 ist zwischen dem Substrat 101 und dem Substrat 700 vorgesehen, um das Pixel 737, die Treiberschaltung 735 und die Treiberschaltung 736 zu umgeben. Es sei angemerkt, dass die Treiberschaltung 735 und/oder die Treiberschaltung 736 außerhalb des Dichtungsmittels 734 vorgesehen sein können.
  • 16B ist eine Querschnittsansicht der EL-Anzeigevorrichtung entlang der Strich-Punkt-Linie M-N in 16A. Die FPC 732 ist über einen Anschluss 731 mit einer Leitung 733a verbunden. Es sei angemerkt, dass die Leitung 733a in derselben Schicht wie die Gate-Elektrode 110 ausgebildet ist.
  • Es sei angemerkt, dass 16B ein Beispiel zeigt, in dem ein Transistor 741 und ein Kondensator 742 in derselben Fläche bereitgestellt sind. Mit einer derartigen Struktur kann der Kondensator 742 auf derselben Fläche wie eine Gate-Elektrode, ein Gate-Isolierfilm und eine Source-Elektrode (Drain-Elektrode) hergestellt werden, welche in dem Transistor 741 enthalten sind. Wenn der Transistor 741 und der Kondensator 742 auf diese Weise auf derselben Fläche bereitgestellt sind, kann die Anzahl der Herstellungsschritte der EL-Anzeigevorrichtung verringert werden. Folglich kann die Produktivität erhöht werden.
  • 16B zeigt ein Beispiel, in dem der Transistor wie in 1A bis 1D als der Transistor 741 verwendet wird. Deshalb wird bezüglich der Bestandteile des Transistors 741, die nachstehend nicht besonders beschrieben werden, auf die Beschreibung von 1A bis 1D Bezug genommen.
  • Ein Isolierfilm 720 ist über dem Transistor 741 und dem Kondensator 742 bereitgestellt.
  • Hierbei ist eine Öffnung, die die Source-Elektrode 104a des Transistors 741 erreicht, in dem Isolierfilm 720 und dem Isolierfilm 120 bereitgestellt.
  • Eine Elektrode 781 ist über dem Isolierfilm 720 bereitgestellt. Die Elektrode 781 steht in Kontakt mit der Source-Elektrode 104a des Transistors 741 durch die Öffnung, die in dem Isolierfilm 720 und dem Isolierfilm 120 bereitgestellt ist.
  • Eine Trennwand 784 mit einer Öffnung, die die Elektrode 781 erreicht, ist über der Elektrode 781 bereitgestellt.
  • Eine Licht emittierende Schicht 782, die in Kontakt mit der Elektrode 781 durch die Öffnung in der Trennwand 784 steht, ist über der Trennwand 784 bereitgestellt.
  • Eine Elektrode 783 ist über der Licht emittierenden Schicht 782 bereitgestellt.
  • Ein Bereich, wo die Elektrode 781, die Licht emittierende Schicht 782 und die Elektrode 783 miteinander überlappen, dient als das Licht emittierende Element 719.
  • Es sei angemerkt, dass bezüglich des Isolierfilms 720 auf die Beschreibung des Isolierfilms 120 Bezug genommen wird. Alternativ kann ein Harzfilm aus einem Polyimidharz, einem Acrylharz, einem Epoxidharz, einem Silikonharz oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Licht emittierende Schicht 782 ist nicht auf eine einzelne Schicht beschränkt und kann ein Stapel von mehreren Arten von Licht emittierenden Schichten und dergleichen sein. Beispielsweise kann eine Struktur verwendet werden, die in 16C gezeigt ist. 16C zeigt eine Struktur, bei der eine Zwischenschicht 785a, eine Licht emittierende Schicht 786a, eine Zwischenschicht 785b, eine Licht emittierende Schicht 786b, eine Zwischenschicht 785c, eine Licht emittierende Schicht 786c und eine Zwischenschicht 785d in dieser Reihenfolge gestapelt sind. In diesem Fall kann dann, wenn Licht emittierende Schichten, die Licht von geeigneten Farben emittieren, als die Licht emittierende Schicht 786a, die Licht emittierende Schicht 786b und die Licht emittierende Schicht 786c verwendet werden, das Licht emittierende Element 719 mit einer hohen Farbwiedergabeeigenschaft oder einer höheren Emissionseffizienz hergestellt werden.
  • Weißes Licht kann erhalten werden, indem mehrere Arten von Licht emittierenden Schichten gestapelt werden. Obwohl nicht in 16B dargestellt ist, kann weißes Licht durch Farbschichten hindurch entnommen werden.
  • Die Struktur, bei der drei Licht emittierende Schichten und vier Zwischenschichten bereitgestellt sind, ist hier gezeigt; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt. Die Anzahl der Licht emittierenden Schichten und die Anzahl der Zwischenschichten können nach Bedarf geändert werden. Zum Beispiel kann die Licht emittierende Schicht 782 nur aus der Zwischenschicht 785a, der Licht emittierenden Schicht 786a, der Zwischenschicht 785b, der Licht emittierenden Schicht 786b und der Zwischenschicht 785c bestehen. Alternativ kann die Licht emittierende Schicht 782 aus der Zwischenschicht 785a, der Licht emittierenden Schicht 786a, der Zwischenschicht 785b, der Licht emittierenden Schicht 786b, der Licht emittierenden Schicht 786c und der Zwischenschicht 785d bestehen; die Zwischenschicht 785c kann ausgelassen werden.
  • Ferner kann die Zwischenschicht eine Stapelschicht-Struktur aufweisen, die eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht, eine Elektronentransportschicht, eine Elektroneninjektionsschicht oder dergleichen beinhaltet. Es sei angemerkt, dass es unnötig ist, dass alle diese Schichten in der Zwischenschicht bereitgestellt sind. Aus diesen Schichten kann eine ausgewählt werden, um die Zwischenschicht zu bilden. Es sei angemerkt, dass Schichten mit ähnlichen Funktionen bereitgestellt werden können. Ferner kann eine Elektronenweiterleitungsschicht oder dergleichen soweit angemessen zu der Zwischenschicht, zusätzlich zu einer Ladungsträgererzeugungsschicht, hinzugefügt werden.
  • Die Elektrode 781 kann unter Verwendung eines leitenden Films mit Durchlässigkeit für sichtbares Licht ausgebildet werden. „Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufzuweisen” bedeutet, einen durchschnittlichen Durchlassgrad von 70% oder mehr, insbesondere 80% oder mehr im Bereich von sichtbarem Licht (z. B. dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm) aufzuweisen.
  • Als die Elektrode 781 kann beispielsweise ein Oxidfilm wie z. B. ein In-Zn-W-Oxidfilm, ein In-Sn-Oxidfilm, ein In-Zn-Oxidfilm, ein Indiumoxidfilm, ein Zinkoxidfilm oder ein Zinnoxidfilm verwendet werden. Der obige Oxidfilm kann eine sehr kleine Menge von Al, Ga, Sb, F oder dergleichen enthalten. Des Weiteren kann auch ein dünner Metallfilm mit einer Dicke, die zum Durchlassen von Licht geeignet ist (vorzugsweise zirka 5 nm bis 30 nm), verwendet werden. Beispielsweise kann ein Ag-Film, ein Mg-Film oder ein Ag-Mg-Legierungsfilm mit einer Dicke von 5 nm verwendet werden.
  • Die Elektrode 781 ist vorzugsweise ein Film, der effizient sichtbares Licht reflektiert. Beispielsweise kann ein Film, der Lithium, Aluminium, Titan, Magnesium, Lanthan, Silber, Silizium oder Nickel enthält, als die Elektrode 781 verwendet werden.
  • Die Elektrode 783 kann unter Verwendung eines der Filme für die Elektrode 781 ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Elektrode 781 Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist, bevorzugt ist, dass die Elektrode 783 effizient sichtbares Licht reflektiert. Wenn die Elektrode 781 effizient sichtbares Licht reflektiert, ist bevorzugt, dass die Elektrode 783 Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist.
  • Die Positionen der Elektrode 781 und der Elektrode 783 sind nicht auf die Struktur in 16B beschränkt, und die Elektrode 781 und die Elektrode 783 können miteinander vertauscht werden. Es ist bevorzugt, einen leitenden Film mit einer hohen Austrittsarbeit für die Elektrode, die als Anode dient, und einen leitenden Film mit einer niedrigen Austrittsarbeit für die Elektrode, die als Kathode dient, zu verwenden. Es sei angemerkt, dass in dem Fall, in dem eine Ladungsträgererzeugungsschicht in Kontakt mit der Anode bereitgestellt wird, verschiedene leitende Filme für die Anode ohne Rücksicht auf ihre Austrittsarbeiten verwendet werden können.
  • Bezüglich der Trennwand 784 wird auf die Beschreibung des Isolierfilms 120 Bezug genommen. Alternativ kann ein Harzfilm aus einem Polyimidharz, einem Acrylharz, einem Epoxidharz, einem Silikonharz oder dergleichen verwendet werden.
  • Bei der Anzeigevorrichtung sind eine schwarze Matrix (ein Licht blockierender Film), ein optisches Element (ein optisches Substrat), wie z. B. ein Polarisationselement, ein Retardationselement oder ein Antireflexelement und dergleichen, soweit erforderlich, vorgesehen. Beispielsweise kann eine zirkulare Polarisation durch Verwendung eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats erhalten werden.
  • Der Transistor 741, der mit dem Licht emittierenden Element 719 verbunden ist, hat stabile elektrische Eigenschaften. Somit kann eine Anzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität bereitgestellt werden.
  • 17A und 17B zeigen jeweils ein Beispiel für einen Querschnitt einer EL-Anzeigevorrichtung, die teilweise von derjenigen in 16B unterschiedlich ist. Beispielsweise besteht der Unterschied in einer Leitung, die mit der FPC 732 verbunden ist. In 17A ist eine Leitung 733b über den Anschluss 731 mit der FPC 732 verbunden. Die Leitung 733b ist in derselben Schicht wie die Source-Eletrode 104a und die Drain-Elektrode 104b ausgebildet. In 17B ist eine Leitung 733c über den Anschluss 731 mit der FPC 732 verbunden. Die Leitung 733c ist in derselben Schicht wie die Elektrode 781 ausgebildet.
  • [Flüssigkristallanzeigevorrichtung]
  • Dann wird eine Anzeigevorrichtung, die ein Flüssigkristallelement beinhaltet (auch als Flüssigkristallanzeigevorrichtung bezeichnet), beschrieben.
  • 18 ist ein Schaltplan, der ein Strukturbeispiel für ein Pixel der Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt. Ein Pixel 750, das in 18 gezeigt ist, beinhaltet einen Transistor 751, einen Kondensator 752 und ein Element 753, in dem Flüssigkristall zwischen einem Paar von Elektroden injiziert ist (nachstehend auch als Flüssigkristallelement bezeichnet).
  • Eine Source oder ein Drain des Transistors 751 ist elektrisch mit einer Signalleitung 755 verbunden, und ein Gate des Transistors 751 ist elektrisch mit einer Abtastleitung (scan line) 754 verbunden.
  • Eine der Elektroden des Kondensators 752 ist elektrisch mit der/dem anderen der Source und des Drains des Transistors 751 verbunden, und die andere Elektrode des Kondensators 752 ist elektrisch mit einer Leitung zur Zuführung eines gemeinsamen Potentials verbunden.
  • Eine Elektrode des Flüssigkristallelements 753 ist elektrisch mit der/dem anderen der Source und des Drains des Transistors 751 verbunden, und die andere Elektrode des Flüssigkristallelements 753 ist elektrisch mit einer Leitung zur Zuführung eines gemeinsamen Potentials verbunden. Es sei angemerkt, dass das gemeinsame Potential, das der Leitung zugeführt wird, die elektrisch mit der anderen Elektrode des Flüssigkristallelements 753 verbunden ist, anders als das gemeinsame Potential sein kann, das der Leitung zugeführt wird, die elektrisch mit der anderen Elektrode des Kondensators 752 verbunden ist.
  • Es sei angemerkt, dass eine Draufsicht der Flüssigkristallanzeigevorrichtung ungefähr ähnlich derjenigen der EL-Anzeigevorrichtung ist. 19A ist eine Querschnittsansicht der Flüssigkristallanzeigevorrichtung entlang der Strich-Punkt-Linie M-N in 16A. In 19A ist die FPC 732 über den Anschluss 731 mit der Leitung 733a verbunden. Es sei angemerkt, dass die Leitung 733a in derselben Schicht wie die Gate-Elektrode 110 ausgebildet ist.
  • Es sei angemerkt, dass 19A ein Beispiel zeigt, in dem der Transistor 751 und der Kondensator 752 in derselben Fläche bereitgestellt sind. Mit einer derartigen Struktur kann der Kondensator 752 in derselben Fläche wie eine Gate-Elektrode, ein Gate-Isolierfilm und eine Source-Elektrode (Drain-Elektrode) hergestellt werden, welche in dem Transistor 751 enthalten sind. Wenn der Transistor 751 und der Kondensator 752 auf diese Weise in derselben Fläche bereitgestellt sind, kann die Anzahl der Herstellungsschritte der Flüssigkristallanzeigevorrichtung verringert werden. Folglich kann die Produktivität erhöht werden.
  • Als der Transistor 751 kann der oben beschriebene Transistor verwendet werden. In 19A wird der Transistor, der in 1A bis 1D gezeigt ist, als der Transistor 751 verwendet. Bezüglich der Bestandteile des Transistors 751, die nicht nachstehend besonders beschrieben werden, wird daher auf die Beschreibung der 1A bis 1D Bezug genommen.
  • Es sei angemerkt, dass der Transistor 751 ein Transistor mit einem äußerst kleinen Sperrstrom sein kann. Deshalb tritt die Ladung unwahrscheinlicherweise aus, die in dem Kondensator 752 gehalten wird, und eine Spannung, die an das Flüssigkristallelement 753 angelegt wird, kann lange Zeit gehalten werden. Folglich wird dann, wenn ein Bild mit wenig Bewegung oder ein Standbild angezeigt wird, durch Ausschalten des Transistors 751 eine Leistung zum Betrieb des Transistors 751 unnötig. Infolgedessen kann der Leistungsverbrauch der Flüssigkristallanzeigevorrichtung gering werden.
  • Die Größe des Kondensators 752, der in der Flüssigkristallanzeigevorrichtung vorgesehen ist, wird unter Berücksichtigung des Leckstroms des Transistors 751 eingestellt, der in dem Pixelabschnitt oder dergleichen vorgesehen ist, so dass eine Ladung während eines vorgegebenen Zeitraums gehalten werden kann. Durch Verwendung des Transistors 751 reicht es aus, einen Kondensator mit einer Kapazität bereitzustellen, die 1/3 oder weniger, vorzugsweise 1/5 oder weniger einer Flüssigkristallkapazität jedes Pixels beträgt; somit kann das Öffnungsverhältnis eines Pixels erhöht werden.
  • Ein Isolierfilm 721 ist über dem Transistor 751 und dem Kondensator 752 bereitgestellt.
  • Hierbei ist eine Öffnung, die die Drain-Elektrode 104b des Transistors 751 erreicht, in dem Isolierfilm 721 und dem Isolierfilm 120 bereitgestellt.
  • Eine Elektrode 791 ist über dem Isolierfilm 721 bereitgestellt. Die Elektrode 791 steht in Kontakt mit der Drain-Elektrode 104b des Transistors 751 durch die Öffnung, die in dem Isolierfilm 721 und dem Isolierfilm 120 bereitgestellt ist.
  • Ein Isolierfilm 792, der als Ausrichtungsfilm dient, ist über der Elektrode 791 bereitgestellt.
  • Eine Flüssigkristallschicht 793 ist über dem Isolierfilm 792 bereitgestellt.
  • Ein Isolierfilm 794, der als Ausrichtungsfilm dient, ist über der Flüssigkristallschicht 793 bereitgestellt.
  • Ein Abstandhalter 795 ist über dem Isolierfilm 794 bereitgestellt.
  • Eine Elektrode 796 ist über dem Abstandhalter 795 und dem Isolierfilm 794 bereitgestellt.
  • Ein Substrat 797 ist über der Elektrode 796 bereitgestellt.
  • Bezüglich des Isolierfilms 721 wird auf die Beschreibung des Isolierfilms 120 Bezug genommen. Alternativ kann ein Harzfilm aus einem Polyimidharz, einem Acrylharz, einem Epoxidharz, einem Silikonharz oder dergleichen verwendet werden.
  • Für die Flüssigkristallschicht 793 kann ein thermotroper Flüssigkristall, ein niedermolekularer Flüssigkristall, ein Polymerflüssigkristall, ein in einem Polymer dispergierter Flüssigkristall, ein ferroelektrischer Flüssigkristall, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall oder dergleichen verwendet werden. Ein solches Flüssigkristallmaterial weist nach den Bedingungen eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral-nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf.
  • Es sei angemerkt, dass für die Flüssigkristallschicht 793 ein Flüssigkristall verwendet werden kann, der eine blaue Phase aufweist. In diesem Fall kann die Struktur ohne die Isolierfilme 792 und 794, die als Ausrichtungsfilme dienen, verwendet werden.
  • Die Elektrode 791 kann unter Verwendung eines leitenden Films mit Durchlässigkeit für sichtbares Licht ausgebildet werden.
  • Als die Elektrode 791 kann beispielsweise ein Oxidfilm wie z. B. ein In-Zn-W-Oxidfilm, ein In-Sn-Oxidfilm, ein In-Zn-Oxidfilm, ein Indiumoxidfilm, ein Zinkoxidfilm oder ein Zinnoxidfilm verwendet werden. Der obige Oxidfilm kann Al, Ga, Sb, F oder dergleichen in einer sehr kleinen Menge enthalten. Des Weiteren kann auch ein dünner Metallfilm mit einer Dicke, die zum Durchlassen von Licht geeignet ist (vorzugsweise zirka 5 nm bis 30 nm), verwendet werden.
  • Die Elektrode 791 ist alternativ vorzugsweise ein Film, der effizient sichtbares Licht reflektiert. Beispielsweise kann ein Film, der Aluminium, Titan, Chrom, Kupfer, Molybdän, Silber, Tantal oder Wolfram enthält, als die Elektrode 791 verwendet werden.
  • Die Elektrode 796 kann unter Verwendung eines der oben beschriebenen Filme für die Elektrode 791 ausgebildet werden. Im Gegensatz dazu ist in dem Fall, in dem die Elektrode 791 Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist, bevorzugt, dass die Elektrode 796 effizient sichtbares Licht reflektiert. Wenn die Elektrode 791 effizient sichtbares Licht reflektiert, ist bevorzugt, dass die Elektrode 796 Durchlässigkeit für sichtbares Licht aufweist.
  • Die Positionen der Elektrode 791 und der Elektrode 796 sind nicht auf die Struktur in 19A beschränkt, und die Elektrode 791 und die Elektrode 796 können miteinander vertauscht werden.
  • Jeder der Isolierfilme 792 und 794 kann unter Verwendung einer organischen Verbindung oder einer anorganischen Verbindung ausgebildet werden.
  • Der Abstandhalter 795 kann unter Verwendung einer organischen Verbindung oder einer anorganischen Verbindung ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Abstandhalter 795 verschiedene Formen haben kann, so beispielsweise eine Säulenform und eine Kugelform.
  • Ein Bereich, wo die Elektrode 791, der Isolierfilm 792, die Flüssigkristallschicht 793, der Isolierfilm 794 und die Elektrode 796 miteinander überlappen, dient als das Flüssigkristallelement 753.
  • Als das Substrat 797 kann ein Glassubstrat, ein Harzsubstrat, ein Metallsubstrat oder dergleichen verwendet werden. Das Substrat 797 kann Flexibilität aufweisen.
  • 19B und 19C zeigen jeweils ein Beispiel für einen Querschnitt einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, die teilweise anders als diejenige in 19A ist. Insbesondere besteht der Unterschied in einer Leitung, die mit der FPC 732 verbunden ist. In 19B ist die Leitung 733b über den Anschluss 732 mit der FPC 731 verbunden. Die Leitung 733b ist in derselben Schicht wie die Source-Eletrode 104a und die Drain-Elektrode 104b ausgebildet. In 19C ist die Leitung 733c über den Anschluss 731 mit der FPC 732 verbunden. Die Leitung 733c ist in derselben Schicht wie die Elektrode 791 ausgebildet.
  • Der Transistor 751, der mit dem Flüssigkristallelement 753 verbunden ist, hat stabile elektrische Eigenschaften. Somit kann eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit hoher Anzeigequalität bereitgestellt werden. Ferner kann, da der Sperrstrom des Transistors 751 äußerst klein sein kann, eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit geringem Leistungsverbrauch bereitgestellt werden.
  • Bei der Flüssigkristallanzeigevorrichtung kann der Betriebsmodus angemessen ausgewählt werden. Beispielsweise gibt es als Betriebsverfahren ein Verfahren mit einem vertikalen elektrischen Feld, bei dem eine Spannung senkrecht zu einem Substrat angelegt wird, und ein Verfahren mit einem horizontalen elektrischen Feld, bei dem eine Spannung parallel zu einem Substrat angelegt wird. Insbesondere kann ein TN-Modus, ein VA-Modus, ein MVA-Modus, ein PVA-Modus, ein ASM-Modus, ein TBA-Modus, ein OCB-Modus, ein FLC-Modus, ein AFLC-Modus, ein FFS-Modus oder dergleichen verwendet werden.
  • Bei der Flüssigkristallanzeigevorrichtung sind eine schwarze Matrix (eine Licht blockierende Schicht), ein optisches Element (ein optisches Substrat), wie z. B. ein Polarisationselement, ein Retardationselement oder ein Antireflexelement und dergleichen, soweit erforderlich, vorgesehen. Beispielsweise kann eine kreisförmige Polarisation durch Verwendung eines Polarisationssubstrats und eines Retardationssubstrats erhalten werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
  • Ferner ist möglich, ein Zeitmultiplex-Anzeigeverfahren (auch als ein feldsequentielles Betriebsverfahren bezeichnet) unter Verwendung einer Vielzahl von Licht emittierenden Dioden (LEDs) als Hintergrundbeleuchtung anzuwenden. Ein feldsequentielles Betriebsverfahren ermöglicht eine Farbanzeige ohne Verwendung eines Farbfilters.
  • Als Anzeigeverfahren in dem Pixelabschnitt kann ein Progressivverfahren, ein Zeilensprungverfahren (interlace method) oder dergleichen angewendet werden. Ferner sind Farbelemente, die bei der Farbanzeige in einem Pixel gesteuert werden, nicht auf drei Farben R, G und B (R, G und B entsprechen Rot, Grün bzw. Blau) beschränkt. Beispielsweise kann Folgendes verwendet werden: R, G, B und W (W entspricht Weiß); oder R, G, B und eines oder mehrere von Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen. Ferner können die Größen von Anzeigebereichen zwischen jeweiligen Punkten der Farbelemente unterschiedlich sein. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung für eine Farbanzeige beschränkt, sondern kann auch bei einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung für eine monochrome Anzeige angewendet werden.
  • Nun wird ein Strukturbeispiel für eine Eingabevorrichtung (einen Berührungssensor), für die der Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird und die ein Objekt durch Kontakt oder durch Erspüren seiner Nähe erfühlen kann, beschrieben.
  • Hier wird der Fall der Verwendung eines kapazitiven Typs beschrieben. Beispiele für den kapazitiven Berührungssensor sind typischerweise ein Oberflächen-kapazitiver Typ, ein projiziert-kapazitiver Typ (projected capacitive type) und dergleichen. Außerdem sind Beispiele für den projiziert-kapazitiven Typ ein selbst kapazitiver Typ, ein gegenseitiger kapazitiver Typ und dergleichen hauptsächlich entsprechend dem Unterschied im Betriebsverfahren. Die Verwendung eines gegenseitigen kapazitiven Typs ist bevorzugt, weil mehrere Punkte gleichzeitig erfühlt werden können.
  • [Beispiel für ein Detektionsverfahren eines Sensors]
  • 26A und 26B sind schematische Diagramme, die jeweils eine Struktur eines gegenseitigen kapazitiven Berührungssensors und eine Eingangs- und Ausgangswellenform zeigen. Der Berührungssensor beinhaltet ein Paar von Elektroden. Die Kapazität wird zwischen dem Paar von Elektroden ausgebildet. Eine Eingangsspannung wird in eine des Paars von Elektroden eingegeben. Zudem ist eine Detektionsschaltung, die einen Strom, der in die andere Elektrode fließt (oder ein Potential der anderen Elektrode), detektiert, bereitgestellt.
  • Beispielsweise wird in dem Fall, in dem eine Rechteckwelle wie in 26A als Wellenform einer Eingangsspannung verwendet wird, eine Wellenform mit einer scharfen Spitze als Wellenform eines Ausgangsstroms detektiert.
  • Des Weiteren wird in dem Fall, in dem ein Objekt mit Leitfähigkeit nahe oder in Kontakt mit einem Kondensator wie in 26B steht, der Kapazitätswert zwischen den Elektroden verringert; folglich wird der Wert des Stroms verringert.
  • Indem eine Veränderung der Kapazität unter Verwendung einer Veränderung des Ausgangsstroms (oder Potentials) gegenüber einer Eingangsspannung auf diese Weise detektiert wird, kann eine Nähe oder ein Kontakt eines Objekts detektiert werden.
  • [Strukturbeispiel für einen Berührungssensor]
  • 26C zeigt ein Strukturbeispiel für einen Berührungssensor, wobei eine Vielzahl von Kondensatoren in einer Matrix angeordnet ist.
  • Der Berührungssensor beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen, die sich in einer X-Richtung (der horizontalen Richtung dieser Zeichnung) erstrecken, und eine Vielzahl von Leitungen, die sich in einer Y-Richtung (der vertikalen Richtung dieser Zeichnung) erstrecken und die Vielzahl von Leitungen kreuzen. Eine Kapazität wird zwischen zwei Leitungen, die einander kreuzen, ausgebildet.
  • Eine Eingangsspannung oder ein gemeinsames Potential (einschließlich eines Erdpotentials und eines Bezugspotentials) wird in jede der Leitungen eingegeben, die sich in der X-Richtung erstrecken. Ferner ist eine Detektionsschaltung (z. B. ein Quellen-Messgerät (source meter) oder ein Leseverstärker (sense amplifier)) elektrisch mit den Leitungen, die sich in der Y-Richtung erstrecken, verbunden und kann einen Strom (oder ein Potential), der über die Leitungen fließt, detektieren.
  • Der Berührungssensor kann eine zweidimensionale Erfassung derart durchführen, dass eine Eingangsspannung sequentiell in die Vielzahl von Leitungen eingegeben wird, die sich in der X-Richtung erstrecken, und eine Veränderung des Stroms (oder Potentials) detektiert wird, der über die Leitungen fließt, die sich in der Y-Richtung erstrecken.
  • [Strukturbeispiel für einen Touchscreen]
  • Ein Strukturbeispiel für einen Touchscreen, der den Berührungssensor in einem Anzeigebereich mit einer Vielzahl von Pixeln beinhaltet, wird nachstehend beschrieben. Hier wird ein Beispiel gezeigt, in dem ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement in dem Pixel verwendet wird.
  • 27A ist ein Ersatzschaltplan eines Teils einer Pixelschaltung, die in dem Anzeigebereich des in diesem Strukturbeispiel beschriebenen Touchscreens vorgesehen ist.
  • Jedes Pixel beinhaltet zumindest einen Transistor 3503 und ein Flüssigkristallelement 3504. Außerdem ist ein Gate des Transistors 3503 elektrisch mit einer Leitung 3501 verbunden, und eine Source oder ein Drain des Transistors 3503 ist elektrisch mit einer Leitung 3502 verbunden.
  • Die Pixelschaltung beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen, die sich in der X-Richtung erstrecken (z. B. eine Leitung 3510_1 und eine Leitung 3510_2), und eine Vielzahl von Leitungen, die sich in der Y-Richtung erstrecken (z. B. eine Leitung 3511). Sie sind derart bereitgestellt, dass sie einander kreuzen und eine Kapazität dazwischen ausgebildet wird.
  • Unter den Pixeln, die in der Pixelschaltung vorgesehen sind, sind Elektroden der Flüssigkristallelemente einiger Pixel, die einander benachbart sind, elektrisch miteinander verbunden, um einen Block zu bilden. Der Block wird in zwei Typen unterteilt: einen inselförmigen Block (z. B. einen Block 3515_1 oder einen Block 3515_2) und einen linearen Block (z. B. einen Block 3516), der sich in der Y-Richtung erstreckt.
  • Die Leitung 3510_1 (oder 3510_2), die sich in der X-Richtung erstreckt, ist elektrisch mit dem inselförmigen Block 3515_1 (oder dem Block 3515_2) verbunden. Außerdem ist die Leitung 3511, die sich in der Y-Richtung erstreckt, elektrisch mit dem linearen Block 3516 verbunden.
  • 27B ist ein Ersatzschaltplan, in dem eine Vielzahl von Leitungen 3510, die sich in der X-Richtung erstrecken, und die Vielzahl von Leitungen 3511, die sich in der Y-Richtung erstrecken, gezeigt sind. Eine Eingangsspannung oder ein gemeinsames Potential kann in jede der Leitungen 3510, die sich in der X-Richtung erstrecken, eingegeben werden. Ferner kann ein Erdpotential in jede der Leitungen 3511, die sich in der Y-Richtung erstrecken, eingegeben werden, oder die Leitungen 3511 können elektrisch mit der Detektionsschaltung verbunden sein.
  • [Beispiel für die Arbeitsweise eines Touchscreens]
  • Die Arbeitsweise des oben beschriebenen Touchscreens wird anhand von 28A, 28B und 29 beschrieben.
  • Wie in 29 dargestellt, wird eine Rahmen-Periode in eine Schreibperiode und eine Detektionsperiode unterteilt. Die Schreibperiode ist eine Periode, in der Bilddaten in ein Pixel geschrieben werden und die Leitungen 3510 (auch als Gate-Leitungen bezeichnet) sequentiell ausgewählt werden. Andererseits ist die Detektionsperiode eine Periode, in der Erspüren durch einen Berührungssensor durchgeführt wird, und in der die Leitungen 3510, die sich in der X-Richtung erstrecken, sequentiell ausgewählt werden und eine Eingangsspannung eingegeben wird.
  • 28A ist ein Ersatzschaltplan in der Schreibperiode. In der Schreibperiode wird ein gemeinsames Potential sowohl in die Leitung 3510, die sich in der X-Richtung erstreckt, als auch in die Leitung 3511, die sich in der Y-Richtung erstreckt, eingegeben.
  • 28B ist ein Ersatzschaltplan zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Detektionsperiode. In der Detektionsperiode ist jede der Leitungen 3511, die sich in der Y-Richtung erstrecken, elektrisch mit der Detektionsschaltung verbunden. Eine Eingangsspannung wird in die Leitungen 3510, die sich in der X-Richtung erstrecken und ausgewählt werden, eingegeben, und ein gemeinsames Potential wird in die Leitungen 3510, die sich in der X-Richtung erstrecken und nicht ausgewählt werden, eingegeben.
  • Es ist bevorzugt, dass eine Periode, in der ein Bild geschrieben wird, und eine Periode, in der Erspüren durch einen Berührungssensor durchgeführt wird, wie oben beschrieben getrennt bereitgestellt werden. Daher kann eine Verringerung der Empfindlichkeit des Berührungssensors, die durch Rauschen verursacht wird, das erzeugt wird, wenn Daten in ein Pixel geschrieben werden, unterdrückt werden.
  • [Strukturbeispiele für ein Pixel]
  • Strukturbeispiele für ein Pixel, das für den obigen Touchscreen verwendet werden kann, werden nachstehend beschrieben.
  • 30A ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Pixels, das einen „Fringe Field Switching(FFS)”-Modus benutzt, zeigt.
  • Das Pixel beinhaltet einen Transistor 3521, eine Elektrode 3522, eine Elektrode 3523, einen Flüssigkristall 3524 und einen Farbfilter 3525. Die Elektrode 3523 mit einer Öffnung ist elektrisch mit einer Source oder einem Drain des Transistors 3521 verbunden. Die Elektrode 3523 ist über der Elektrode 3522 vorgesehen, wobei eine Isolierschicht dazwischen liegt. Die Elektrode 3523 und die Elektrode 3522 können jeweils als eine Elektrode eines Flüssigkristallelements dienen, und durch Anlegen einer Spannung dazwischen kann die Ausrichtung von Flüssigkristallen gesteuert werden.
  • Als der Transistor 3521 kann der Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Beispielsweise kann entweder der Transistor 100 oder der Transistor 150 verwendet werden. Bezüglich der Elektrode 3522, der Elektrode 3523, des Flüssigkristalls 3524 und des Farbfilters 3525 kann auf die Details der oben beschriebenen Flüssigkristallanzeigevorrichtung Bezug genommen werden.
  • Beispielsweise ist die Elektrode 3522 elektrisch mit der oben beschriebenen Leitung 3510 oder Leitung 3511 verbunden; somit kann das Pixel des oben beschriebenen Touchscreens ausgebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Elektrode 3522 über der Elektrode 3523 vorgesehen sein kann. In diesem Fall kann die Elektrode 3522 eine Öffnung aufweisen und über der Elektrode 3523 vorgesehen sein, wobei eine Isolierschicht dazwischen liegt.
  • 30B ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Pixels mit einem In-Plane-Switching(IPS)-Modus zeigt.
  • Die Elektrode 3523 und die Elektrode 3522, die in dem Pixel vorgesehen sind, haben jeweils eine kammförmige Form und sind auf der gleichen Fläche vorgesehen.
  • Beispielsweise ist die Elektrode 3522 elektrisch mit der oben beschriebenen Leitung 3510 oder Leitung 3511 verbunden; somit kann das Pixel des oben beschriebenen Touchscreens ausgebildet werden.
  • 30C ist eine Querschnittsansicht, die einen Teil eines Pixels im Vertical-Alignment-(VA-)Modus- von einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zeigt.
  • Die Elektrode 3522 ist derart bereitgestellt, dass sie der Elektrode 3523 zugewandt ist, wobei der Flüssigkristall 3524 dazwischen liegt. Die Leitung 3526 ist über der Elektrode 3522 vorgesehen. Zum Beispiel kann die Leitung 3526 vorgesehen sein, um den Block, der das in 30C gezeigte Pixel beinhaltet und die Blöcke, die von dem Block unterschiedlich sind, der das in 30C gezeigte Pixel beinhaltet, elektrisch zu verbinden.
  • Beispielsweise ist die Elektrode 3522 elektrisch mit der oben beschriebenen Leitung 3510 oder Leitung 3511 verbunden; somit kann das Pixel des oben beschriebenen Touchscreens ausgebildet werden.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit einer der Strukturen, die bei den anderen Ausführungsformen, einem Beispiel und einem Referenzbeispiel beschrieben werden, implementiert werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Die Anzeigevorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei verschiedenen elektronischen Geräten (darunter auch Spielautomaten) verwendet werden. Beispiele für elektronische Geräte umfassen ein Fernsehgerät (auch als Fernseher oder Fernsehempfänger bezeichnet), einen Monitor eines Computers oder der gleichen, eine Digitalkamera, eine digitale Videokamera, einen Digitalfotorahmen, ein Mobiltelefon, einen tragbaren Spielautomaten, ein tragbares Informationsendgerät, eine Audiowiedergabevorrichtung, einen Spielautomaten (z. B. einen Pachinko-Automaten oder einen Glücksspielautomaten), und eine Spielkonsole. Beispiele für diese elektronischen Geräte sind in 20A bis 20C dargestellt.
  • 20A zeigt ein Beispiel für ein Mobiltelefon 9000. Das Mobiltelefon 9000 beinhaltet zwei Gehäuse 9030 und 9031. Das Gehäuse 9031 beinhaltet ein Anzeigefeld 9032, einen Lautsprecher 9033, ein Mikrofon 9034, eine Zeigevorrichtung 9036, eine Kameralinse 9037, einen externen Verbindungsanschluss 9038 und dergleichen. Das Gehäuse 9030 beinhaltet dazu eine Solarzelle 9040 mit einer Funktion zum Laden des tragbaren Informationsendgeräts, einen externen Speicherschlitz 9041 und dergleichen. Des Weiteren ist eine Antenne in dem Gehäuse 9031 eingebaut. Die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebene Anzeigevorrichtung wird für das Anzeigefeld 9032 verwendet, wodurch die Anzeigequalität des Mobiltelefons verbessert werden kann.
  • Das Anzeigefeld 9032 ist mit einem Touchscreen versehen. Eine Vielzahl von Bedientasten 9035, die als Bilder angezeigt werden, ist in 20A mit gestrichelten Linien bezeichnet. Es sei angemerkt, dass eine Verstärkungsschaltung (boosting circuit), durch die eine ausgegebene Spannung aus der Solarzelle 9040 derart vergrößert wird, dass sie für jede Schaltung ausreichend hoch ist, ebenfalls enthalten ist.
  • In dem Anzeigefeld 9032 kann sich die Anzeigerichtung je nach Bedarf entsprechend dem Anwendungsmodus ändern. Des Weiteren ist das Mobiltelefon mit der Kameralinse 9037 an derselben Oberfläche wie das Anzeigefeld 9032 versehen und kann daher als Videotelefon verwendet werden. Der Lautsprecher 9033 und das Mikrofon 9034 können für Videofonanrufe, zum Aufzeichnen und Abspielen von Ton und dergleichen wie auch für Sprachanrufe (voice calls) verwendet werden. Darüber hinaus können die Gehäuse 9030 und 9031 in einem Zustand, in dem sie wie in 20A geöffnet sind, derart verschoben sein, dass das eine mit dem anderen überlappt. Daher kann die Größe des Mobiltelefons verringert werden, wodurch man das Mobiltelefon dafür geeignet macht, herumgetragen zu werden.
  • Der externe Verbindungsanschluss 9038 kann mit einem Wechselstromadapter und verschiedenen Typen von Kabeln, wie z. B. einem USB-Kabel, verbunden werden, und es sind ein Laden und eine Datenkommunikation mit einem Personalcomputer oder dergleichen möglich. Des Weiteren kann eine große Datenmenge gespeichert, und zwar durch Einführen eines Aufzeichnungsmediums in den externen Speicherschlitz 9041, und bewegt werden.
  • 20B zeigt ein Fernsehgerät 9100. Bei dem Fernsehgerät 9100 ist ein Anzeigeabschnitt 9103 in einem Gehäuse 9101 eingebaut, und ein Bild kann an dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigt werden. Es sei angemerkt, dass hier das Gehäuse 9101 durch einen Ständer 9105 gehalten wird.
  • Das Fernsehgerät 9100 kann mit einem Bedienungsschalter des Gehäuses 9101 oder einer separaten Fernbedienung 9110 betrieben werden. Fernsehsender und Lautstärke können mit einer Bedienungstaste 9109 der Fernbedienung 9110 eingestellt werden, so dass ein auf dem Anzeigeabschnitt 9103 angezeigtes Bild gesteuert werden kann. Des Weiteren kann die Fernbedienung 9110 mit einem Anzeigebereich 9107 versehen sein, auf dem die von der Fernbedienung 9110 ausgegebenen Daten angezeigt werden.
  • Das Fernsehgerät 9100, das in 20B gezeigt ist, ist mit einem Empfänger, einem Modem und dergleichen versehen. Allgemeines Fernsehen kann mit dem Empfänger in dem Fernsehgerät 9100 empfangen werden. Weiterhin kann dann, wenn das Fernsehgerät 9100 drahtgebunden oder drahtlos über das Modem mit einem Kommunikationsnetzwerk verbunden ist, eine unidirektionale (von einem Sender zu einem Empfänger) oder eine bidirektionale (zwischen einem Sender und einem Empfänger oder zwischen Empfängern) Datenkommunikation durchgeführt werden.
  • Eine der Halbleitervorrichtungen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann für die Anzeigeabschnitte 9103 und 9107 verwendet werden. Somit kann das Fernsehgerät hohe Anzeigequalität aufweisen.
  • 20C zeigt einen Computer 9200. Der Computer 9200 beinhaltet einen Hauptteil 9201, ein Gehäuse 9202, einen Anzeigebereich 9203, eine Tastatur 9204, einen externen Verbindungsanschluss 9205, eine Zeigevorrichtung 9206 und dergleichen.
  • Jede der Anzeigevorrichtungen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann für den Anzeigebereich 9203 verwendet werden. Somit kann ein Computer eine hohe Anzeigequalität aufweisen.
  • Der Anzeigebereich 9203 hat eine berührungsempfindliche Eingabefunktion. Wenn ein Benutzer angezeigte Knöpfe, die auf dem Anzeigebereich 9203 des Computers 9200 angezeigt werden, mit seinem Finger oder dergleichen berührt, kann der Benutzer eine Aktion des Bildschirms durchführen und eine Information eingeben. Zudem kann dann, wenn der Computer 9200 dazu gebracht werden kann, mit Haushaltsgeräten zu kommunizieren oder die Haushaltsgeräte zu steuern, der Anzeigebereich 9203 als Steuergerät, das die Haushaltsgeräte durch Handlungen am Bildschirm steuert, dienen. Beispielsweise kann unter Verwendung des bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Touchscreens der Anzeigebereich 9203 eine berührungsempfindliche Eingabefunktion aufweisen.
  • 21 zeigt einen zusammenklappbaren Tablet-Computer 9600. In 21 ist der Tablet-Computer 9600 geöffnet und beinhaltet ein Gehäuse 9630, einen Anzeigebereich 9631a, einen Anzeigebereich 9631b, einen Knopf zum Schalten des Anzeigemodus 9634, einen An-/Abschalter 9635, einen Knopf zum Schalten des Stromsparrmodus 9636 und eine Spange 9633.
  • Jede der Anzeigevorrichtungen, die bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann für den Anzeigebereich 9631a und den Anzeigebereich 9631b verwendet werden. Somit kann die Anzeigequalität des Tablet-Computers 9600 verbessert werden.
  • Ein Teil des Anzeigebereichs 9631a kann ein Touchscreen-Bereich 9632a sein, und Daten können eingegeben werden, wenn eine angezeigte Bedienungstastatur 9638 berührt wird. Obwohl eine Struktur als Beispiel gezeigt ist, bei der ein halber Bereich des Anzeigebereichs 9631a nur eine Anzeigefunktion hat und der andere halbe Bereich auch eine Touchscreenfunktion hat, ist die Struktur des Anzeigeabschnitts 9631a nicht darauf beschränkt. Der ganze Bereich des Anzeigebereichs 9631a kann eine Touchscreenfunktion haben. Beispielsweise kann der ganze Anzeigebereich 9631a Tastaturknöpfe anzeigen und als Touchscreen dienen, während der Anzeigeabschnitt 9631b als Anzeigebildschirm verwendet werden kann.
  • Wie in dem Anzeigebereich 9631a kann ein Teil des Anzeigebereichs 9631b ein Touchscreen-Bereich 9632b sein. Wenn ein Tastaturanzeige-Schaltknopf 9639, der auf dem Touchscreen angezeigt wird, mit einem Finger, einem Stift oder dergleichen berührt wird, kann eine Tastatur auf dem Anzeigebereich 9631b angezeigt werden.
  • Berührungsempfindliche Eingabe kann an den Touchscreen-Bereichen 9632a und 9632b zur gleichen Zeit durchgeführt werden.
  • Der Knopf zum Schalten des Anzeigemodus 9634 kann beispielsweise die Anzeigeausrichtung (z. B. zwischen einem Hochformat und einem Querformat) umschalten und einen Anzeigemodus auswählen (zwischen monochromer Anzeige und Farbanzeige umschalten). Der Knopf zum Schalten des Stromsparrmodus 9636 kann die Anzeigeleuchtdichte entsprechend der Menge an Außenlicht, das von einem optischen Sensor in dem Tablet-Computer 9600 detektiert wird, beim Verwenden des Tablet-Computers 9600 steuern. Der Tablet-Computer 9600 kann eine weitere Detektorvorrichtung, wie z. B. einen Sensor zum Detektieren der Ausrichtung (z. B. ein Kreiselinstrument oder einen Beschleunigungssensor), zusätzlich zu dem optischen Sensor aufweisen.
  • Obwohl der Anzeigebereich 9631a und der Anzeigebereich 9631b die gleiche Anzeigefläche in 21 aufweisen, ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Der Anzeigebereich 9631a und der Anzeigebereich 9631b können verschiedene Flächen oder verschiedene Anzeigequalität haben. Beispielsweise kann einer von ihnen ein Anzeigefeld sein, das Bilder mit höherer Auflösung anzeigen kann als das andere.
  • Diese Ausführungsform kann in geeigneter Kombination mit einer der Strukturen, die bei den anderen Ausführungsformen, einem Beispiel und einem Referenzbeispiel beschrieben werden, implementiert werden.
  • [Beispiel]
  • In diesem Beispiel wird der Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt, und die anfänglichen elektrischen Eigenschaften des Transistors werden beschrieben. Ein Herstellungsprozess des Transistors wird anhand von 3A bis 3E beschrieben.
  • Zuerst wurde ein Glassubstrat als das Substrat 101 verwendet, ein 100 nm dicker Wolframfilm wurde durch ein Sputterverfahren ausgebildet, eine Fotolackmaske wurde durch einen Fotolithografieprozess über dem Wolframfilm ausgebildet, und ein Teil des Wolframfilms wurde unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt, so dass die Gate-Elektrode 110 ausgebildet wurde.
  • Als Nächstes wurde der Gate-Isolierfilm 106 über der Gate-Elektrode 110 ausgebildet. In diesem Beispiel hat der Gate-Isolierfilm 106 eine vierschichtige Struktur. Der Gate-Isolierfilm 106 beinhaltet einen 50 nm dicken ersten Siliziumnitridfilm als erste Schicht, einen 300 nm dicken zweiten Siliziumnitridfilm als zweite Schicht, einen 50 nm dicken dritten Siliziumnitridfilm als dritte Schicht und einen 50 nm dicken Siliziumoxynitridfilm als vierte Schicht.
  • Der erste Siliziumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 2000 sccm und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurden einer Reaktionskammer einer Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wurde auf 100 Pa reguliert; und eine Leistung von 2000 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Der zweite Siliziumnitridfilm wurde unter den Bedingungen ausgebildet, die sich bezüglich des Quellengases von den Bedingungen für den ersten Siliziumnitridfilm darin unterscheiden, dass die Durchflussmenge von Ammoniak 2000 sccm war.
  • Der dritte Siliziumnitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm wurden der Reaktionskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wurde auf 100 Pa reguliert; und eine Leistung von 2000 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Der Siliziumoxynitridfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 20 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 3000 sccm wurden der Reaktionskammer der Plasma-CVD-Vorrichtung als Quellengas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wurde auf 40 Pa reguliert; und eine Leistung von 100 W wurde unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Bei jedem der Herstellungsprozesse für die ersten bis dritten Siliziumnitridfilme und den Siliziumoxynitridfilm war die Substrattemperatur 350°C.
  • Auf 3A kann man bezüglich der Struktur, die durch die Schritte bis hierin erhalten wurde, Bezug nehmen.
  • Als nächstes wurde der mehrschichtige Film 103 ausgebildet, der mit der Gate-Elektrode 110 überlappt, wobei der Gate-Isolierfilm 106 dazwischen liegt.
  • Hier wurde ein 35 nm dicker erster In-Ga-Zn-Oxidfilm über dem Gate-Isolierfilm 106 durch ein Sputterverfahren ausgebildet, und dann wurde ein 20 nm dicker zweiter In-Ga-Zn-Oxidfilm über dem ersten In-Ga-Zn-Oxidfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet.
  • Dann wurde eine Fotolackmaske über dem zweiten In-Ga-Zn-Oxidfilm durch einen Fotolithografieprozess ausgebildet, und der erste In-Ga-Zn-Oxidfilm und der zweite In-Ga-Zn-Oxidfilm wurden teilweise mittels der Fotolackmaske geätzt. Danach wurde die erste Wärmebehandlung durchgeführt, so dass der mehrschichtige Film 103 ausgebildet wurde.
  • Der erste In-Ga-Zn-Oxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:1:1 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet, Argon mit einer Durchflussmenge von 50 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 50 sccm wurden einer Reaktionskammer einer Sputtervorrichtung als Sputtergase zugeführt, der Druck wurde in der Reaktionskammer auf 0,3 Pa reguliert und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der erste In-Ga-Zn-Oxidfilm bei einer Substrattemperatur von 170°C ausgebildet wurde.
  • Der zweite In-Ga-Zn-Oxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:3:2 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet; Argon mit einer Durchflussmenge von 90 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 10 sccm wurden der Reaktionskammer der Sputtervorrichtung als Sputtergas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wurde auf 0,3 Pa reguliert; und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der zweite In-Ga-Zn-Oxidfilm bei einer Substrattemperatur von 100°C ausgebildet wurde.
  • Als die erste Wärmebehandlung wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt, und dann wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 450°C in einer Gemischatmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Auf 3B kann man bezüglich der Struktur, die durch die Schritte bis hierin erhalten wurde, Bezug nehmen.
  • Als Nächstes wurden die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b in Kontakt mit dem mehrschichtigen Film 103 ausgebildet.
  • Ein leitender Film wurde über dem Gate-Isolierfilm 106 und dem mehrschichtigen Film 103 ausgebildet. Als leitender Film wurde ein 400 nm dicker Aluminiumfilm über einem 50 nm dicken Wolframfilm ausgebildet, und ein 100 nm dicker Titanfilm wurde über dem Aluminiumfilm ausgebildet. Dann wurde eine Fotolackmaske durch einen Fotolithografieprozess über dem leitenden Film ausgebildet, und der leitende Film wurde dann teilweise unter Verwendung der Fotolackmaske geätzt, wodurch die Source-Elektrode 104a und die Drain-Elektrode 104b ausgebildet wurden.
  • Als nächstes wurde, nachdem das Substrat in eine Reaktionskammer unter verringertem Druck transportiert und bei 220°C erwärmt worden war, das Substrat in eine Reaktionskammer, die mit Distickstoffmonoxid gefüllt war, transportiert. Der mehrschichtige Film 103 wurde dann einem Sauerstoffplasma ausgesetzt, das derart erzeugt wurde, dass eine obere Elektrode in der Reaktionskammer mit einer Hochfrequenzleistung von 150 W unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle versorgt wurde.
  • Auf 3C kann man bezüglich der Struktur, die durch die Schritte bis hierin erhalten wurde, Bezug nehmen.
  • Anschließend wurde ein 20 nm dicker dritter In-Ga-Zn-Oxidfilm als der Oxidfilm 105 über dem mehrschichtigen Film 103, der Source-Elektrode 104a und der Drain-Elektrode 104b ausgebildet.
  • Der dritte In-Ga-Zn-Oxidfilm wurde unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: ein Sputtertarget, bei dem In:Ga:Zn = 1:3:2 (Atomverhältnis) gilt, wurde verwendet; Argon mit einer Durchflussmenge von 90 sccm und Sauerstoff mit einer Durchflussmenge von 10 sccm wurden der Reaktionskammer der Sputtervorrichtung als Sputtergas zugeführt; der Druck in der Reaktionskammer wurde auf 0,3 Pa reguliert; und eine Gleichstromleistung von 5 kW wurde zugeführt. Es sei angemerkt, dass der dritte In-Ga-Zn-Oxidfilm bei einer Substrattemperatur von 100°C ausgebildet wurde.
  • Bezüglich der Struktur, die durch die bisherigen Schritte erhalten wird, kann auf 3D Bezug genommen werden. Es sei angemerkt, dass in diesem Beispiel die zweite Wärmebehandlung, die bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, nicht durchgeführt wurde.
  • Dann wurde nach der obigen Plasmabehanlung der Oxidisolierfilm 107b über dem Oxidfilm 105 ohne Aussetzung an die Luft ausgebildet; die dritte Wärmebehandlung wurde durchgeführt; und der Nitridisolierfilm 108 wurde über dem Oxidisolierfilm 107b ausgebildet, wodurch der Isolierfilm 120 ausgebildet wurde. Ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm wurde als der Oxidisolierfilm 107b ausgebildet. Ein 100 nm dicker Siliziumnitridfilm wurde als der Nitridisolierfilm 108 ausgebildet. In diesem Beispiel wurde der Oxidisolierfilm 107a nicht ausgebildet.
  • Als der Oxidisolierfilm 107b wurde ein 400 nm dicker Siliziumoxynitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 200 sccm und Distickstoffmonoxid mit einer Durchflussmenge von 4000 sccm wurden als Quellengase verwendet; der Druck in der Reaktionskammer war 200 Pa; die Substrattemperatur war 220°C; und eine Hochfrequenzleistung von 1500 W wurde den parallelen Plattenelektroden unter Verwendung einer 27,12 MHz-Hochfrequenzleistungsquelle zugeführt.
  • Als die dritte Wärmebehandlung wurde eine Wärmebehandlung eine Stunde lang bei 350°C in einer Gemischatmosphäre aus Stickstoff und Sauerstoff durchgeführt.
  • Als der Nitridisolierfilm 108 wurde ein Siliziumnitridfilm durch ein Plasma-CVD-Verfahren unter den folgenden Bedingungen ausgebildet: Silan mit einer Durchflussmenge von 50 sccm, Stickstoff mit einer Durchflussmenge von 5000 sccm und Ammoniak mit einer Durchflussmenge von 100 sccm wurden als Quellengas verwendet; der Druck in der Reaktionskammer war 100 Pa; die Substrattemperatur war 350°C; und eine Hochfrequenzleistung von 1000 W wurde parallelen Plattenelektroden zugeführt.
  • Durch die obigen Schritte wurde ein Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt. Des Weiteren wurden in diesem Beispiel 20 Transistoren mit der gleichen Struktur auf dem Substrat hergestellt. Es sei angemerkt, dass in jedem der hergestellten Transistoren die Kanallänge (L) 6 μm beträgt und die Kanalbreite (W) 50 μm beträgt.
  • Als Nächstes wurden anfängliche Vg-Id-Eigenschaften der hergestellten Transistoren gemessen. Eine Veränderung der Eigenschaften des Stroms, der zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode floss (nachstehend als Drain-Strom bezeichnet), d. h. Vg-Id-Eigenschaften wurden hier unter den folgenden Bedingungen gemessen: die Substrattemperatur war 25°C; der Potentialunterschied zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode (nachstehend als Drain-Spannung bezeichnet) war 1 V oder 10 V; und der Potentialunterschied zwischen der Source-Elektrode und der Gate-Elektrode (nachstehend als Gate-Spannung bezeichnet) wurde von –20 V bis zu +15 V verändert.
  • 31 zeigt Vg-Id-Eigenschaften der hergestellten Transistoren. In 31 stellt die horizontale Achse die Gate-Spannung Vg dar, und die vertikale Achse stellt den Drain-Strom Id dar. Zudem stellen die durchgezogenen Linien die Vg-Id-Eigenschaften bei den Drain-Spannungen Vd von 1 V und 10 V dar, und die gestrichelte Linie stellt die Feld-Effekt-Beweglichkeit bezüglich der Gate-Spannungen bei der Drain-Spannung Vd von 10 V dar. Es sei angemerkt, dass die Feld-Effekt-Beweglichkeit durch Betreiben jeder Probe in einem Sättigungsbereich erhalten wurde.
  • Laut 31 wurde bestätigt, dass der Transistor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet, ohne dass Defekte verursacht werden.
  • [Referenzbeispiel]
  • Analyseergebnisse von physikalischen Eigenschaften des mehrschichtigen Films 103, der bei der Ausführungsform 2 beschrieben worden ist, werden beschrieben.
  • [Siliziumkonzentration im mehrschichtigem Film]
  • Zuerst wird die Siliziumkonzentration in jedem der Filme, die in dem mehrschichtigen Film 103 enthalten sind, anhand von 22 beschrieben.
  • Hier wurde eine Probe, in der der mehrschichtige Film 103 über einem Siliziumwafer ausgebildet wurde, hergestellt, und die Siliziumkonzentration in dem mehrschichtigen Film wurde durch Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (time-of-flight secondary ion mass spectrometry, ToF-SIMS) gemessen.
  • Der Oxidfilm 103c wurde über dem Siliziumwafer ausgebildet. Der Oxidfilm 103c ist ein Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2) ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein Argongas (Durchflusmenge: 30 sccm) und ein Sauerstoffgas (Durchflusmenge: 15 sccm) als Sputtergas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 103a wurde über dem Oxidfilm 103c ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm 103a ist ein Oxidhalbleiterfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (mit einem Atomverhältnis In:Ga:Zn = 1:1:1) ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein Argongas (Durchflussmenge: 30 sccm) und ein Sauerstoffgas (Durchflussmenge: 15 sccm) als Sputtergas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 300°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Der Oxidfilm 103b wurde über dem Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet. Der Oxidfilm 103b ist ein Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2) ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein Argongas (Durchflussmenge: 30 sccm) und ein Sauerstoffgas (Durchflussmenge: 15 sccm) als Sputtergas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Anschließend wurde eine Wärmebehandlung zwei Stunden lang bei 450°C durchgeführt, so dass eine Probe A erhalten wurde. Des Weiteren wurde als Vergleichsbeispiel eine Probe B, an der eine Wärmebehandlung nach dem Ausbilden des Oxidfilms 103b nicht durchgeführt wurde, wurde vorbereitet. ToF-SIMS wurde an den Probe A und Probe B durchgeführt. 22 zeigt die Sekundärionenintensitäten von In, Ga und Zn in einer Tiefenrichtung, und die Siliziumkonzentration [Atome/cm3] in einer Tiefenrichtung, welche von der Sekundärionenintensität von SiO3 umgerechnet wurde. In dem mehrschichtigen Film 103 in jeder der Probe A und der Probe B war die Dicke des Oxidhalbleiterfilms 103a 10 nm und die Dicke des Oxidfilms 103b war 10 nm.
  • 22 zeigt, dass die Zusammensetzungen der Filme, die in dem mehrschichtigen Film 103 enthalten sind, abhängig von den Zusammensetzungen der jeweiligen Targets, die zum Zeitpunkt der Abscheidung verwendet werden, variieren. Es sei angemerkt, dass die Zusammensatzungen der Filme nicht einfach unter Verwendung von 22 verglichen werden können.
  • 22 deutet darauf hin, dass die Grenzfläche zwischen dem Siliziumwafer und dem Oxidhalbleiterfilm 103a des mehrschichtigen Films 103 und die nach oben weisende Oberfläche des Oxidfilms 103b hohe SiO3-Konzentration aufweisen. Darüber hinaus zeigt 22, dass die Konzentration von SiO3 in dem Oxidhalbleiterfilm 103a etwa 1 × 1018 Atome/cm3 ist, welche die Untergrenze für Detektion bei ToF-SIMS ist. Das liegt wahrscheinlich daran, dass dank des Vorhandenseins der Oxidfilme 103b und 103c der Oxidhalbleiterfilm 103a von Silizium, das von dem Siliziumwafer oder der Oberflächenverschmutzung kommt, nicht beeinflusst wird.
  • Ferner deutet der Vergleich der Probe, die der Wärmebehandlung unterzogen worden war, mit einer „wie abgeschieden (as-deposited)” Probe (die Probe, die einer Wärmebehandlung nicht unterzogen wurde, wird als „as-depo” in 22 bezeichnet) darauf hin, dass es nicht wahrscheinlich ist, dass Silizium durch die Wärmebehandlung verteilt wird, obwohl Silizium bei der Abscheidung eintritt.
  • Da der Oxidhalbleiterfilm 103a zwischen dem Oxidfilm 103b und dem Oxidfilm 103c bereitgestellt wurde, um nicht in direktem Kontakt mit dem Isolierfilm, der Silizium enthält, wie z. B. dem Gate-Isolierfilm 106, zu stehen, kann verhindert werden, dass Silizium im Isolierfilm in den Oxidhalbleiterfilm 103a eintritt.
  • [CPM-Messung eines lokalisierten Niveaus]
  • Als Nächstes werden Messergebnisse der Dichte von lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103 durch eine Methode des konstanten Photostroms (constant photocurrent method) beschrieben. Die Dichte von lokalisierten Niveaus in dem mehrschichtigen Film 103 ist verringert, wodurch der Transistor, der den mehrschichtigen Film 103 verwendet, stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann.
  • Damit der Transistor hohe Feld-Effekt-Beweglichkeit und stabile elektrische Eigenschaften aufweisen kann, ist der Absorptionskoeffizient infolge der lokalisierten Niveaus des mehrschichtigen Films 103, der durch CPM gemessen wird, bevorzugt niedriger als 1 × 10–3 cm–1, stärker bevorzugt niedriger als 3 × 10–4 cm–1.
  • Die gemessene Probe war eine Probe, in der der mehrschichtige Film 103 über dem Siliziumwafer ausgebildet wurde.
  • Der Oxidfilm 103c wurde über dem Siliziumwafer ausgebildet. Der Oxidfilm 103c ist ein Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2) ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein Argongas (Durchflussmenge: 30 sccm) und ein Sauerstoffgas (Durchflussmenge: 15 sccm) als Abscheidungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Der Oxidhalbleiterfilm 103a wurde über dem Oxidfilm 103c ausgebildet. Der Oxidhalbleiterfilm 103a ist ein Oxidhalbleiterfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:1:1) ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein Argongas (Durchflussmenge: 30 sccm) und ein Sauerstoffgas (Durchflussmenge: 15 sccm) als Abscheidungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Der Oxidfilm 103b wurde über dem Oxidhalbleiterfilm 103a ausgebildet. Der Oxidfilm 103b ist ein Oxidfilm, der durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Targets aus einem In-Ga-Zn-Oxid (mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:2) ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass ein Argongas (Durchflussmenge: 30 sccm) und ein Sauerstoffgas (Durchflussmenge: 15 sccm) als Abscheidungsgas verwendet wurden, dass der Druck auf 0,4 Pa eingestellt wurde, dass die Substrattemperatur auf 200°C eingestellt wurde und dass eine Gleichstromleistung von 0,5 kW angelegt wurde.
  • Um die Genauigkeit der CPM-Messung zu verbessern, braucht hier der mehrschichtige Film 103 eine gewisse Dicke. Insbesondere wurden die Dicken des Oxidfilms 103c, des Oxidhalbleiterfilms 103a und des Oxidfilms 103b, die in dem mehrschichtigen Film 103 enthalten sind, entsprechend auf 30 nm, 100 nm bzw. 30 nm eingestellt.
  • 23A zeigt Ergebnisse einer Anpassung (fitting) des Absorptionskoeffizienten (Punktlinie), der unter Verwendung eines Spektrophotometers gemessen wurde, und des Absorptionskoeffizienten (durchgezogene Linie), der durch CPM im Bereich einer Energie, die höher als oder gleich der Energielücke jeder Schicht in dem mehrschichtigen Film 103 ist, gemessen wurde. Es sei angemerkt, dass die Urbach-Energie, die aufgrund des durch CPM gemessen Absorptionskoeffizienten erhalten wird, 78,7 meV betrug. Der integrale Wert des Absorptionskoeffizienten in dem Energiebereich wurde derart abgeleitet, dass, ein Hintergrund (dünne Punktlinie) von dem durch CPM in dem Energiebereich, der durch einen gestrichelten Kreis in 23A gezeigt ist, gemessenen Absorptionskoeffizienten subtrahiert wurde (siehe 23B). Als Ergebnis fand man, dass der Absorptionskoeffizient wegen der lokalisierten Niveaus dieser Probe 2,02 × 10–4 cm–1 betrug.
  • Die lokalisierten Niveaus, die hier erhalten wurden, stammen wahrscheinlich aus einer Verunreinigung oder einem Defekt. Folglich hat der mehrschichtige Film 103 eine äußerst niedrige Dichte der Niveaus aufgrund einer Verunreinigung oder eines Defekts. Das heißt, dass der Transistor, der den mehrschichtigen Film 103 beinhaltet, hohe Feld-Effekt-Beweglichkeit und stabile elektrische Eigenschaften aufweist.
  • Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-261919 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 30. November 2012, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.
  • 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 2006-165528 [0006]
    • JP 2011-222767 [0006]
    • JP 2012-261919 [0516]

Claims (18)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine erste Elektrode; einen ersten Isolierfilm über der ersten Elektrode; einen Oxidhalbleiterfilm, der Gallium umfasst, über dem ersten Isolierfilm; einen ersten Oxidfilm, der Gallium umfasst, über und in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm; eine zweite Elektrode über dem ersten Oxidfilm; eine dritte Elektrode über dem ersten Oxidfilm; und einen zweiten Oxidfilm, der Gallium umfasst, über und in Kontakt mit dem ersten Oxidfilm, der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm weiterhin Indium und Zink umfasst.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Oxidfilm und der zweite Oxidfilm jeweils weiterhin Indium und Zink umfassen.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Oxidhalbleiterfilm, der erste Oxidfilm und der zweite Oxidfilm jeweils gleiche Metallelemente umfassen.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms die gleiche wie eine Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms ist, und wobei die Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms ist, und wobei die Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, die weiter einen zweiten Isolierfilm über und in Kotakt mit dem zweiten Oxidfilm umfasst, wobei der zweite Isolierfilm überschüssigen Sauerstoff enthält.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der zweite Isolierfilm ein Stapel aus einem Oxidisolierfilm und einem Nitridisolierfilm ist.
  9. Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine erste Elektrode; einen ersten Isolierfilm über der ersten Elektrode; einen ersten Oxidfilm, der Gallium umfasst, über dem ersten Isolierfilm; einen Oxidhalbleiterfilm, der Gallium umfasst, über dem ersten Oxidfilm; einen zweiten Oxidfilm, der Gallium umfasst, über und in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm; eine zweite Elektrode über dem zweiten Oxidfilm; eine dritte Elektrode über dem zweiten Oxidfilm; und einen dritten Oxidfilm, der Gallium umfasst, über und in Kontakt mit dem zweiten Oxidfilm, der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Oxidhalbleiterfilm weiter Indium und Zink umfasst.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der erste Oxidfilm, der zweite Oxidfilm und der dritte Oxidfilm jeweils weiterhin Indium und Zink umfassen.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Oxidhalbleiterfilm, der erste Oxidfilm, der zweite Oxidfilm und der dritte Oxidfilm jeweils gleiche Metallelemente umfassen.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms die gleiche wie eine Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms und eine Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms ist, und wobei die Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms ist.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms und eine Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms ist, und wobei die Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms und die Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms sind.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms die gleiche wie eine Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms ist, wobei die Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms höher als eine Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms ist, und wobei die Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms die gleiche wie eine Elektronenaffinität des ersten Oxidfilms ist, wobei die Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des zweiten Oxidfilms ist, und wobei die Elektronenaffinität des dritten Oxidfilms niedriger als eine Elektronenaffinität des Oxidhalbleiterfilms ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, die weiter einen zweiten Isolierfilm über und in Kontakt mit dem dritten Oxidfilm umfasst, wobei der zweite Isolierfilm überschüssigen Sauerstoff enthält.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der zweite Isolierfilm ein Stapel aus einem Oxidisolierfilm und einem Nitridisolierfilm ist.
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