DE112013003609T5

DE112013003609T5 - Anzeigevorrichtung und elektronisches Gerät, das die Anzeigevorrichtung beinhaltet

Info

Publication number: DE112013003609T5
Application number: DE201311003609
Authority: DE
Inventors: c/o Semiconductor Energy Labor Hosaka Yasuharu; c/o Semiconductor Energy Labor Shima Yukinori; c/o SEMICONDUCTOR ENERGY LABORA Yamazaki Shunpei; c/o Semiconductor Energy Labora Okazaki Kenichi
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-10
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-07-11
Also published as: JP6552567B2; JP6208485B2; KR102282866B1; US9298057B2; CN108987416A; US10514580B2; TWI666499B; JP6585806B2; JP7378560B2; US20230093499A1; KR102505680B1; TWI804808B; WO2014014039A1; TW202121036A; JP2019061261A; CN104488016B; KR20200032261A; KR20150037851A; KR20230035434A; US11899328B2

Abstract

Die Anzeigevorrichtung beinhaltet ein erstes Substrat, das mit einem Treiberschaltungsbereich versehen ist, der außerhalb und neben einem Pixel-Bereich liegt und mindestens einen zweiten Transistor beinhaltet, der dem ersten Transistor in jedem der Pixel in dem Pixel-Bereich ein Signal zuführt; ein zweites Substrat, das dem ersten Substrat zugewandt ist; eine Flüssigkristallschicht zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat; einen ersten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein anorganisches isolierendes Material enthält und über dem ersten Transistor und dem zweiten Transistor liegt; einen zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein organisches isolierendes Material enthält und über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm liegt; und einen dritten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein anorganisches isolierendes Material enthält und über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm liegt. Der dritte isolierende Zwischenschichtfilm ist in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs angeordnet und weist einen Kantenabschnitt auf einer weiter innen liegenden Seite auf als der Treiberschaltungsbereich.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, bei der ein Flüssigkristallbildschirm verwendet wird, oder eine Anzeigevorrichtung, bei der ein organischer EL-Bildschirm verwendet wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Gerät, das die Anzeigevorrichtung beinhaltet.
Stand der Technik
In den letzten Jahren befinden sich Anzeigevorrichtungen, bei denen Flüssigkristallbildschirme verwendet werden, und Anzeigevorrichtungen, bei denen organische EL-Bildschirme verwendet werden, in aktiver Entwicklung. Diese Anzeigevorrichtungen werden grob in Anzeigevorrichtungen, bei denen nur ein Transistor zur Pixelsteuerung (Pixel-Transistor) über einem Substrat ausgebildet ist und bei denen eine Abtastschaltung (Treiberschaltung) in einer Peripherie-IC enthalten ist, und in Anzeigevorrichtungen, bei denen eine Abtastschaltung über demselben Substrat wie der Pixel-Transistor ausgebildet ist, klassifiziert.
Eine Anzeigevorrichtung, bei der eine Treiberschaltung zusammen mit einem Pixel-Transistor integriert ist, ist wirksam, um die Rahmenbreite der Anzeigevorrichtung oder die Kosten der Peripherie-IC zu verringern. Jedoch muss ein Transistor, der in der Treiberschaltung verwendet wird, bessere elektrische Eigenschaften (z. B. Feldeffektbeweglichkeit (μFE) oder Schwelle) aufweisen als der Pixel-Transistor.
Als Material für einen Halbleiterdünnfilm, der für einen Transistor anwendbar ist, ist ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial weithin bekannt. Als weiteres Material hat ein Oxidhalbleitermaterial Aufmerksamkeit erregt. Beispielsweise wird ein Transistor offenbart, bei dem ein Halbleiterdünnfilm unter Verwendung eines amorphen Oxids, das Indium (In), Gallium (Ga) und Zink (Zn) enthält und eine Elektronen-Ladungsträgerkonzentration unter 10¹⁸/cm³ aufweist, ausgebildet wird (z. B. siehe Patentdokument 1).
Ein Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter für eine Halbleiterschicht verwendet wird, weist eine höhere Feldeffektbeweglichkeit auf als ein Transistor, bei dem amorphes Silizium, welches ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial ist, für eine Halbleiterschicht verwendet wird. Daher kann der Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird, mit hoher Geschwindigkeit arbeiten und zweckmäßigerweise für die Anzeigevorrichtung, bei der ein Pixel-Transistor zusammen mit einer Treiberschaltung integriert ist, verwendet werden. Außerdem sind Herstellungsschritte des Transistors, bei dem ein Oxidhalbleiter verwendet wird, einfacher als diejenigen eines Transistors, bei dem polykristallines Silizium für eine Halbleiterschicht verwendet wird.
Jedoch besteht ein Problem des Transistors, bei dem ein Oxidhalbleiter für eine Halbleiterschicht verwendet wird, darin, dass ein Eindringen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff oder Feuchtigkeit, in den Oxidhalbleiter Ladungsträger erzeugt und elektrische Eigenschaften des Transistors verändert.
Um das obige Problem zu lösen, wird ein Transistor offenbart, dessen Zuverlässigkeit verbessert wird, indem die Konzentration von Wasserstoffatomen in einem Oxidhalbleiterfilm, der als Kanalbildungsbereich des Transistors verwendet wird, auf niedriger als 1 × 10¹⁶ cm^–3 eingestellt wird (z. B. Patentdokument 2).
[Referenz]

Patentdokument 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-165528
Patentdokument 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-139047

Offenbarung der Erfindung
Um die elektrischen Eigenschaften des Transistors, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm für eine Halbleiterschicht verwendet wird, gut aufrechtzuerhalten, ist es, wie auch in Patentdokument 2 beschrieben, wichtig, Wasserstoff, Feuchtigkeit und dergleichen aus dem Oxidhalbleiterfilm so weit wie möglich zu entfernen.
Außerdem ist dann, wenn Transistoren sowohl für einen Pixel-Bereich als auch für einen Treiberschaltungsbereich in einer Anzeigevorrichtung verwendet werden, eine elektrische Belastung an dem für den Treiberschaltungsbereich verwendeten Transistor größer als diejenige an dem für den Pixel-Bereich verwendeten Transistor, obwohl dies vom Ansteuerverfahren abhängt. Deshalb sind elektrische Eigenschaften des für den Treiberschaltungsbereich verwendeten Transistors wichtig.
Im Besonderen liegt ein Problem mit Anzeigevorrichtungen, bei denen Transistoren, bei denen ein Oxidhalbleiterfilm für eine Halbleiterschicht verwendet wird, für den Pixel-Bereich und den Treiberschaltungsbereich verwendet werden, in einer Verschlechterung des für den Treiberschaltungsbereich verwendeten Transistors, welche bei einer Zuverlässigkeitsprüfung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit auftritt. Die Ursache für die Verschlechterung des Transistors ist eine Zunahme der Ladungsträgerdichte des Oxidhalbleiterfilms, der als Halbleiterschicht verwendet wird, infolge eines Eindringens von Feuchtigkeit oder dergleichen von einem organischen isolierenden Film, der über dem Transistor ausgebildet ist, in den Oxidhalbleiterfilm.
Angesichts der vorstehenden Beschreibung ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Veränderungen der elektrischen Eigenschaften einer Anzeigevorrichtung, die Transistoren in einem Pixel-Bereich und einem Treiberschaltungsbereich beinhaltet, zu unterdrücken und die Zuverlässigkeit der Anzeigevorrichtung zu verbessern. Im Besonderen ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Eindringen von Wasserstoff oder Feuchtigkeit in den Oxidhalbleiterfilm in einer Anzeigevorrichtung, bei der ein Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbildungsbereich eines Transistors verwendet wird, zu unterdrücken, Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Anzeigevorrichtung zu unterdrücken und ihre Zuverlässigkeit zu verbessern.
Um eine der obigen Aufgaben zu erfüllen, stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur zur Verfügung, die Veränderungen der elektrischen Eigenschaften von Transistoren, die für einen Pixel-Bereich und einen Treiberschaltungsbereich in einer Anzeigevorrichtung verwendet werden, unterdrücken kann. Insbesondere stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Struktur zur Verfügung, bei der ein Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbildungsbereich eines Transistors verwendet wird und bei der ein Planarisierungsfilm, der aus einem organischen isolierenden Material über dem Transistor ausgebildet wird, eine charakteristische Struktur hat, so dass Wasserstoff oder Feuchtigkeit kaum in den Oxidhalbleiterfilm, besonders in den für den Treiberschaltungsbereich verwendeten Oxidhalbleiterfilm, eindringt. Die Struktur wird nachstehend konkreter beschrieben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung, die umfasst: einen Pixel-Bereich, in dem eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils eine Pixel-Elektrode und mindestens einen elektrisch mit der Pixel-Elektrode verbundenen ersten Transistor beinhalten, angeordnet ist; ein erstes Substrat, das mit einem Treiberschaltungsbereich versehen ist, der außerhalb und neben dem Pixel-Bereich liegt und mindestens einen zweiten Transistor beinhaltet, der dem ersten Transistor, der in jedem der Pixel in dem Pixel-Bereich enthalten ist, ein Signal zuführt; ein zweites Substrat, das dem ersten Substrat zugewandt angeordnet ist; eine Flüssigkristallschicht, die zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat liegt; einen ersten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein anorganisches isolierendes Material enthält und über dem ersten Transistor und dem zweiten Transistor liegt; einen zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein organisches isolierendes Material enthält und über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm liegt; und einen dritten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein anorganisches isolierendes Material enthält und über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm liegt. Bei der Anzeigevorrichtung ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Treiberschaltungsbereich.
Die vorstehende Struktur kann das Folgende umfassen: einen ersten Ausrichtungsfilm über der Pixel-Elektrode; die Flüssigkristallschicht über dem ersten Ausrichtungsfilm; einen zweiten Ausrichtungsfilm über der Flüssigkristallschicht; eine Gegenelektrode über dem zweiten Ausrichtungsfilm; einen organischen isolierenden Schutzfilm über der Gegenelektrode; einen gefärbten Film und einen lichtblockierenden Film über dem organischen isolierenden Schutzfilm; und das zweite Substrat über dem gefärbten Film und dem lichtblockierenden Film.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung, die umfasst: einen Pixel-Bereich, in dem eine Vielzahl von Pixeln, die jeweils eine Pixel-Elektrode und mindestens einen elektrisch mit der Pixel-Elektrode verbundenen ersten Transistor beinhalten, angeordnet ist; ein erstes Substrat, das mit einem Treiberschaltungsbereich versehen ist, der außerhalb und neben dem Pixel-Bereich liegt und mindestens einen zweiten Transistor beinhaltet, der dem ersten Transistor, der in jedem der Pixel in dem Pixel-Bereich enthalten ist, ein Signal zuführt; ein zweites Substrat, das dem ersten Substrat zugewandt angeordnet ist; eine lichtemittierende Schicht, die zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat liegt; einen ersten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein anorganisches isolierendes Material enthält und über dem ersten Transistor und dem zweiten Transistor liegt; einen zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein organisches isolierendes Material enthält und über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm liegt; und einen dritten isolierenden Zwischenschichtfilm, der ein anorganisches isolierendes Material enthält und über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm liegt. Bei der Anzeigevorrichtung ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Treiberschaltungsbereich.
Die vorstehende Struktur kann die lichtemittierende Schicht über der Pixel-Elektrode und eine Elektrode über der lichtemittierenden Schicht umfassen.
Des Weiteren ist bei einer der vorstehenden Strukturen der dritte isolierende Zwischenschichtfilm vorzugsweise einer, der aus einem Siliziumnitridfilm, einem Siliziumnitridoxidfilm und einem Aluminiumoxidfilm ausgewählt wird.
Des Weiteren ist bei einer der vorstehenden Strukturen ein Halbleitermaterial, das in einem Kanalbildungsbereich jedes der ersten und zweiten Transistoren enthalten ist, vorzugsweise ein Oxidhalbleiter. Zusätzlich beinhalten der erste Transistor und der zweite Transistor jeweils vorzugsweise eine Gate-Elektrode, eine Halbleiterschicht, die einen Oxidhalbleiter enthält und über der Gate-Elektrode liegt, und eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode über der Halbleiterschicht.
Die Kategorie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein elektronisches Gerät, das eine Anzeigevorrichtung mit einer der vorstehenden Strukturen beinhaltet.
Es können Veränderungen der elektrischen Eigenschaften einer Anzeigevorrichtung, die Transistoren in einem Pixel-Bereich und einem Treiberschaltungsbereich beinhaltet, unterdrückt werden, und die Zuverlässigkeit der Anzeigevorrichtung kann verbessert werden. Im Besonderen kann ein Eindringen von Wasserstoff oder Feuchtigkeit in den Oxidhalbleiterfilm in einer Anzeigevorrichtung, bei der ein Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbildungsbereich eines Transistors verwendet wird, unterdrückt werden, Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Anzeigevorrichtung können unterdrückt werden, und ihre Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den begleitenden Zeichnungen:
1A bis 1C stellen Draufsichten auf eine Art einer Anzeigevorrichtung dar;
2 stellt einen Querschnitt einer Art einer Anzeigevorrichtung dar;
3 stellt eine Draufsicht auf eine Art einer Anzeigevorrichtung dar;
4 stellt einen Querschnitt einer Art einer Anzeigevorrichtung dar;
5A und 5B stellen einen Schaltplan und eine Querschnittsansicht eines Beispiels für eine Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
6A bis 6C stellen ein Beispiel für einen Tablet-Computer nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
7A bis 7C stellen jeweils ein Beispiel für ein elektronisches Gerät nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
8 zeigt die Ionenintensität eines abgegebenen Gases als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnisses;
9 zeigt die Ionenintensität als Funktion der Oberflächentemperatur eines Substrats für jedes Masse-Ladungs-Verhältnis;
10 stellt ein Querschnittsbild einer beobachteten Probe dar; und 11A und 11B stellen elektrische Eigenschaften von Proben dar.
Beste Methode zum Durchführen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachfolgende Beschreibung beschränkt, und der Fachmann erkennt leicht, dass Modi und Details, wie sie hierin offenbart sind, auf verschiedene Weisen modifiziert werden können, ohne von dem Grundgedanken und dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher wird die vorliegende Erfindung nicht als auf die Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt angesehen.
Bei nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen in allen Zeichnungen bezeichnet werden. Es sei angemerkt, dass die Dicke, die Breite, eine relative Position und dergleichen von Komponenten, nämlich Schichten, Bereichen und dergleichen, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, in einigen Fällen zur Klarstellung der Beschreibung der Ausführungsform übertrieben sind.
In dieser Beschreibung und dergleichen schränkt der Begriff, wie z. B. „Elektrode” oder „Leitung”, eine Funktion einer Komponente nicht ein. Beispielsweise wird eine „Elektrode” mitunter als Teil einer „Leitung” verwendet und umgekehrt. Des Weiteren kann der Begriff „Elektrode” oder „Leitung” den Fall einschließen, in dem eine Vielzahl von „Elektroden” oder „Leitungen” integriert ausgebildet ist.
Des Weiteren handelt es sich bei einem Siliziumnitridoxidfilm in dieser Beschreibung oder dergleichen um einen Film, der Stickstoff, Sauerstoff und Silizium als seine Bestandteile enthält und mehr Stickstoff als Sauerstoff enthält.
Des Weiteren handelt es sich bei einem Siliziumoxynitridfilm um einen Film, der Sauerstoff, Stickstoff und Silizium als seine Bestandteile enthält und mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält.
Wenn beispielsweise ein Transistor mit entgegengesetzter Polarität verwendet wird oder wenn die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, werden die Funktionen einer „Source” und eines „Drains” mitunter miteinander vertauscht. Deshalb können die Begriffe „Source” und „Drain” in dieser Beschreibung und dergleichen verwendet werden, um den Drain bzw. die Source zu bezeichnen.
(Ausführungsform 1)
Bei dieser Ausführungsform wird als Art einer Anzeigevorrichtung eine Anzeigevorrichtung, bei der ein Flüssigkristallbildschirm verwendet wird, anhand von 1A bis 1C sowie 2 beschrieben.
1A bis 1C stellen Draufsichten auf die Anzeigevorrichtung als Art einer Anzeigevorrichtung dar. Es sei angemerkt, dass 1A, 1B und 1C Draufsichten auf die gesamte Anzeigevorrichtung, auf einen Teil eines Treiberschaltungsabschnitts der Anzeigevorrichtung bzw. auf einen Teil eines Pixel-Bereichs darstellen. Zusätzlich entspricht 2 einer Querschnittsansicht entlang der Linie X1-Y1 in 1A.
Bei der Anzeigevorrichtung in 1A ist ein Dichtungsmittel 166 derart angeordnet, dass es einen Pixel-Bereich 142 sowie Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und einen Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 umgibt, welche Treiberschaltungsbereiche sind, die außerhalb und neben dem Pixel-Bereich 142 liegen und dem Pixel-Bereich 142 Signale zuführen, wobei diese über dem ersten Substrat angeordnet sind und Abdichtung mit einem zweiten Substrat 152 erfolgt. Das zweite Substrat 152 ist dem ersten Substrat 102, an dem der Pixel-Bereich 142, die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und der Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 angeordnet sind, zugewandt angeordnet. Der Pixel-Bereich 142, die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und der Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 sind auf diese Weise über das erste Substrat 102, das Dichtungsmittel 166 und das zweite Substrat 152 zusammen mit einem Anzeigeelement abgedichtet.
In 1A ist eine Anschlussstelle für eine flexible gedruckte Schaltung (flexible printed circuit, FPC) (FPC-Anschlussstelle) 146, die elektrisch mit dem Pixel-Bereich 142, den Gate-Treiberschaltungsabschnitten 140 und dem Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 verbunden ist, in einem anderen Bereich über dem ersten Substrat 102 als dem Bereich angeordnet, der von dem Dichtungsmittel 166 umgeben ist. Eine FPC 148 ist an die FPC-Anschlussstelle 146 angeschlossen. Signale und Potentiale, welche an den Pixel-Bereich 142, die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und den Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 angelegt werden, werden über die FPC 148 zugeführt.
1A zeigt ein Beispiel, bei dem die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und der Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 über dem ersten Substrat 102 ausgebildet sind, an dem der Pixel-Bereich 142 ausgebildet ist; diese Struktur schränkt jedoch die vorliegende Erfindung nicht ein. Beispielsweise können nur die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 über dem ersten Substrat 102 ausgebildet sein, so dass ein zusätzlich bereitgestelltes Substrat, an dem eine Source-Treiberschaltung ausgebildet ist (z. B. ein Treiberschaltungssubstrat, das unter Verwendung eines einkristallinen Halbleiterfilms oder eines polykristallinen Halbleiterfilms ausgebildet wird), an dem ersten Substrat 102 montiert ist.
Eine Struktur, bei der die zwei Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 auf beiden Seiten des Pixel-Bereichs 142 platziert sind, ist beispielhaft in 1A dargestellt; diese Struktur schränkt jedoch die vorliegende Erfindung nicht ein. Beispielsweise kann ein Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 nur auf einer Seite des Pixel-Bereichs 142 platziert sein.
Es gibt keine besondere Einschränkung hinsichtlich eines Verfahrens zum Verbinden des zusätzlich bereitgestellten Treiberschaltungssubstrats; ein Chip auf Glas-(chip on glas, COG-)Verfahren, ein Draht-Bondverfahren, ein Tape-Automated-Bonding-(TAB-)Verfahren oder dergleichen kann verwendet werden. Darüber hinaus umfasst die Anzeigevorrichtung einen Bildschirm, in dem ein Anzeigeelement abgedichtet ist, und ein Modul, bei dem eine IC und dergleichen, die einen Regler beinhaltet, an dem Bildschirm montiert sind.
Wie zuvor beschrieben, können einige oder alle Treiberschaltungen, die Transistoren beinhalten, über dem ersten Substrat 102, an dem der Pixel-Bereich 142 ausgebildet ist, ausgebildet sein, so dass ein sogenanntes „System-on-Panel” erzielt werden kann.
In 1C sind ein erster Transistor 101 und ein Kondensator 107 in dem Pixel-Bereich 142 ausgebildet. Bei dem ersten Transistor 101 sind eine Gate-Elektrode 104, eine Source-Elektrode 110 und eine Drain-Elektrode 112 elektrisch mit einer Halbleiterschicht 108 verbunden. Obwohl nicht in der Draufsicht in 1C dargestellt, sind das Folgende über dem ersten Transistor 101 ausgebildet: ein erster isolierender Zwischenschichtfilm, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet wird; ein zweiter isolierender Zwischenschichtfilm, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm ausgebildet wird; und ein dritter isolierender Zwischenschichtfilm, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm ausgebildet wird. Der Kondensator 107 beinhaltet eine Kondensatorelektrode 118, den dritten isolierenden Zwischenschichtfilm, der über der Kondensatorelektrode 118 ausgebildet ist, und eine Pixel-Elektrode 122, die über dem dritten isolierenden Zwischenschichtfilm ausgebildet ist.
In 1B sind ein zweiter Transistor 103 und ein dritter Transistor 105 in dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, der ein Treiberschaltungsbereich ist, ausgebildet. Bei jedem der Transistoren in dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 sind die Gate-Elektrode 104, die Source-Elektrode 110 und die Drain-Elektrode 112 elektrisch mit der Halbleiterschicht 108 verbunden. Bei dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 erstreckt sich eine Gate-Leitung einschließlich der Gate-Elektrode 104 in horizontaler Richtung, eine Source-Leitung einschließlich der Source-Elektrode 110 erstreckt sich in vertikaler Richtung, und eine Drain-Leitung einschließlich der Drain-Elektrode 112 erstreckt sich mit einem Abstand von der Source-Elektrode in vertikaler Richtung.
Der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, der den zweiten Transistor 103 und den dritten Transistor 105 beinhaltet, kann dem ersten Transistor 101, der in jedem Pixel des Pixel-Bereichs 142 enthalten ist, ein Signal zuführen.
Zum Steuern verschiedener Signale, zum Erhöhen einer Spannung und dergleichen erfordern der zweite Transistor 103 und der dritte Transistor 105 in dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 eine relativ hohe Spannung, insbesondere eine Spannung von etwa 10 V bis 30 V. Im Gegensatz dazu wird der erste Transistor 101 in dem Pixel-Bereich 142 nur zum Schalten eines Pixels verwendet und kann deshalb bei einer Spannung von etwa mehreren Volt bis 20 Volt betrieben werden. Daher ist eine Belastung, die an den zweiten Transistor 103 und den dritten Transistor 105 in dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 angelegt wird, viel höher als eine Belastung, die an den ersten Transistor 101 in dem Pixel-Bereich 142 angelegt wird.
Zur konkreten Beschreibung einer Struktur der Anzeigevorrichtung in 1A bis 1C werden Strukturen des Gate-Treiberschaltungsabschnitts 140 und des Pixel-Bereichs 142 nachstehend anhand von 2, die einer Querschnittsansicht entlang der Linie X1-Y1 in 1A bis 1C entspricht, beschrieben.
Bei dem Pixel-Bereich 142 wird der erste Transistor 101 gebildet von dem ersten Substrat 102, der Gate-Elektrode 104, die über dem ersten Substrat 102 ausgebildet ist, einem Gate-Isolierfilm 106, der über der Gate-Elektrode 104 ausgebildet ist, der Halbleiterschicht 108, die in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 106 steht und die Gate-Elektrode 104 überlappend angeordnet ist, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112, welche über dem Gate-Isolierfilm 106 und der Halbleiterschicht 108 ausgebildet sind.
Der Pixel-Bereich 142 beinhaltet zusätzlich einen ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem ersten Transistor 101, insbesondere über dem Gate-Isolierfilm 106, der Halbleiterschicht 108, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112 ausgebildet wird, einen zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114 ausgebildet wird, die Kondensatorelektrode 118, die über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 ausgebildet ist, einen dritten isolierenden Zwischenschichtfilm 120, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 und der Kondensatorelektrode 118 ausgebildet wird, und die Pixel-Elektrode 122, die über dem dritten isolierenden Zwischenschichtfilm 120 ausgebildet ist.
Es sei angemerkt, dass der Kondensator 107 gebildet wird von der Kondensatorelektrode 118, dem dritten isolierenden Zwischenschichtfilm 120 und der Pixel-Elektrode 122. Die Kondensatorelektrode 118, der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 und die Pixel-Elektrode 122 werden vorzugsweise unter Verwendung eines Materials mit der Eigenschaft, sichtbares Licht durchzulassen, ausgebildet, in welchem Falle eine hohe Kapazität gesichert werden kann, ohne dass das Öffnungsverhältnis des Pixel-Bereichs reduziert wird.
Der Pixel-Bereich 142 beinhaltet über der Pixel-Elektrode 122 einen ersten Ausrichtungsfilm 124, eine Flüssigkristallschicht 162, die über dem ersten Ausrichtungsfilm 124 angeordnet ist, einen zweiten Ausrichtungsfilm 164, der über der Flüssigkristallschicht 162 angeordnet ist, eine Gegenelektrode 158, die über dem zweiten Ausrichtungsfilm 164 angeordnet ist, einen organischen isolierenden Schutzfilm 156, der über der Gegenelektrode 158 angeordnet ist, einen gefärbten Film 153 und einen lichtblockierenden Film 154, welche über dem organischen isolierenden Schutzfilm 156 angeordnet sind, und das zweite Substrat 152, das über dem gefärbten Film 153 und dem lichtblockierenden Film 154 angeordnet ist.
Es sei angemerkt, dass ein Flüssigkristallelement 150, das ein Anzeigeelement ist, gebildet wird von der Pixel-Elektrode 122, dem ersten Ausrichtungsfilm 124, der Flüssigkristallschicht 162, dem zweiten Ausrichtungsfilm 164 und der Gegenelektrode 158.
Bei dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 werden der zweite Transistor 103 und der dritte Transistor 105 gebildet von dem ersten Substrat 102, der Gate-Elektrode 104, die über dem ersten Substrat 102 ausgebildet ist, dem Gate-Isolierfilm 106, der über der Gate-Elektrode 104 ausgebildet ist, der Halbleiterschicht 108, die in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 106 steht und die Gate-Elektrode 104 überlappend angeordnet ist, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112, welche über dem Gate-Isolierfilm 106 und der Halbleiterschicht 108 ausgebildet sind.
Der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 beinhaltet zusätzlich den ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114, der über dem zweiten Transistor 103 und dem dritten Transistor 105, insbesondere über dem Gate-Isolierfilm 106, der Halbleiterschicht 108, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112 ausgebildet ist, und den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114 ausgebildet ist.
Auf diese Weise ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs 142 angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120 ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, der ein Treiberschaltungsbereich ist.
Die oben beschriebene Struktur ermöglicht, dass Feuchtigkeit, die von außen aufgenommen wird, oder Gas in Form von Feuchtigkeit, Wasserstoff oder dergleichen, das in der Anzeigevorrichtung erzeugt wird, in einen Bereich oberhalb des zweiten isolierenden Zwischenschichtfilms 116 des Gate-Treiberschaltungsabschnitts 140 abgegeben wird. Folglich ist es möglich, eine Einlagerung von Gas in Form von Feuchtigkeit, Wasserstoff oder dergleichen in den ersten Transistor 101, den zweiten Transistor 103 und den dritten Transistor 105 zu unterdrücken.
Für den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, ist ein organisches isolierendes Material, mit dem die Ebenheit verbessert wird, notwendig, um eine Unebenheit der Transistoren in der Anzeigevorrichtung oder dergleichen zu verringern. Das liegt daran, dass die Verringerung der Unebenheit der Transistoren oder dergleichen zu einer Verbesserung der Anzeigequalität der Anzeigevorrichtung führt. Jedoch gibt das organische isolierende Material Wasserstoff, Feuchtigkeit oder eine organische Komponente als Gas ab, wenn eine Erwärmung oder dergleichen durchgeführt wird.
Es ist unwahrscheinlich, dass das oben genannte Gas in Form von Wasserstoff, Feuchtigkeit oder einer organischen Komponente zu einem großen Problem für einen Transistor wird, bei dem beispielsweise ein Siliziumfilm, der ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial ist, für die Halbleiterschicht 108 verwendet wird. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Halbleiterschicht 108 unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms ausgebildet, und daher muss das Gas aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, angemessen abgegeben werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Halbleiterschicht 108 unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms ausgebildet wird, die Struktur, bei der ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120 auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet ist als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, der ein Treiberschaltungsbereich ist, eine ausgezeichnete Wirkung hat. Darüber hinaus kann eine ähnliche Wirkung auch bei einem Transistor mit der Halbleiterschicht 108, die unter Verwendung eines anderen Materials (z. B. amorphes Silizium oder kristallines Silizium, welches ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial ist) als eines Oxidhalbleiters ausgebildet wird, erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform wird der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 ausgebildet wird, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, als Dielektrikum des Kondensators 107 verwendet. Überdies kann der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet wird, ein Eindringen von Wasserstoff, Feuchtigkeit oder dergleichen von außen in den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 unterdrücken.
Jedoch könnte dann, wenn der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 über dem zweiten Transistor 103 und dem dritten Transistor 105 ausgebildet wäre, welche für den Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 verwendet werden, das Gas, das aus dem organischen isolierenden Material in dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegeben wird, nach außen nicht dispergiert werden und es würde in den zweiten Transistor 103 und den dritten Transistor 105 eindringen.
Wenn das oben beschriebene Gas, das aus dem organischen isolierenden Material abgegeben wird, in den für die Halbleiterschicht 108 der Transistoren verwendeten Oxidhalbleiter eindringt, wird das Gas als Verunreinigung in den Oxidhalbleiterfilm aufgenommen. Dies verändert Eigenschaften der Transistoren, bei denen die Halbleiterschicht 108 verwendet wird.
Im Gegensatz dazu kann bei der in 2 dargestellten Struktur, bei welcher der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 über dem zweiten Transistor 103 und dem dritten Transistor 105, welche für den Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 verwendet werden, ein Loch aufweist, das heißt, bei welcher der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 in einem Teil des Pixel-Bereichs 142 bereitgestellt ist und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120 auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet ist als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, das aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegebene Gas nach außen dispergiert werden.
Bei dem ersten Transistor 101, der für den Pixel-Bereich 142 verwendet wird, ist es ebenfalls bevorzugt, wie in 2 dargestellt, einen die Halbleiterschicht 108 überlappenden Bereich des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet wird, zu entfernen. Eine derartige Struktur kann vermeiden, dass das Gas, das aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegeben wird, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, in den ersten Transistor 101 eindringt.
Nun werden sonstige Bestandteile der Anzeigevorrichtung, die in 1A bis 1C sowie 2 dargestellt ist, unten ausgeführt.
Für das erste Substrat 102 und das zweite Substrat 152 wird ein Glasmaterial verwendet, wie beispielsweise Aluminosilikatglas, Aluminoborosilikatglas oder Bariumborosilikatglas. Bei der Massenproduktion wird für das erste Substrat 102 und das zweite Substrat 152 vorzugsweise ein Mutterglas mit einer der folgenden Größen verwendet: die 8. Generation (2160 mm × 2460 mm), die 9. Generation (2400 mm × 2800 mm oder 2450 mm × 3050 mm), die 10. Generation (2950 mm × 3400 mm) und dergleichen. Eine hohe Bearbeitungstemperatur und eine lange Bearbeitungszeit verursachen eine drastische Schrumpfung des Mutterglases. In dem Fall, in dem die Massenproduktion unter Verwendung des Mutterglases ausgeführt wird, ist es also zu bevorzugen, dass der Erwärmungsprozess im Herstellungsprozess bei einer Temperatur von bevorzugt niedriger als oder gleich 600°C, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 450°C, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 350°C durchgeführt wird.
Es sei angemerkt, dass ein isolierender Basisfilm zwischen dem ersten Substrat 102 und der Gate-Elektrode 104 angeordnet sein kann. Als Beispiele für den isolierenden Basisfilm können ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm, ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Hafniumoxidfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm und dergleichen angegeben werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn ein Siliziumnitridfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Hafniumoxidfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Aluminiumoxidfilm oder dergleichen als isolierender Basisfilm verwendet wird, ein Eindringen von Verunreinigungen, wie z. B. einem Alkalimetall, Wasser und Wasserstoff, von dem ersten Substrat 102 in die Oxidhalbleiterschicht 108 unterdrückt werden kann.
Für die Gate-Elektrode 104 kann ein Metallelement, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Tantal, Titan, Molybdän und Wolfram ausgewählt wird, eine Legierung, die eines dieser Metallelemente als Komponente enthält, eine Legierung, die diese Metallelemente in Kombination enthält, oder dergleichen verwendet werden. Eines oder beide der Metallelemente, Mangan und Zirconium, können verwendet werden. Des Weiteren kann die Gate-Elektrode 104 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten haben. Als Beispiele können eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Aluminiumfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Titannitridfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einen Titannitridfilm geschichtet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Wolframfilm über einen Tantalnitridfilm oder einen Wolframnitridfilm geschichtet ist, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm, ein Aluminiumfilm und ein Titanfilm in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind, und dergleichen angegeben werden. Alternativ kann ein Film, ein Legierungsfilm oder ein Nitridfilm, der Aluminium und ein oder mehrere Elemente enthält, die aus Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Chrom, Neodym und Scandium ausgewählt werden, verwendet werden.
Die Gate-Elektrode 104 kann auch unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, wie beispielsweise Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist. Es ist auch möglich, eine mehrschichtige Struktur zu verwenden, die unter Verwendung des obigen lichtdurchlässigen leitenden Materials und des obigen Metallelementes ausgebildet wird.
Des Weiteren kann ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Sn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Zn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf Sn-Basis, ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Basis, ein Film aus einem Metallnitrid (wie z. B. InN oder ZnN) oder dergleichen zwischen der Gate-Elektrode 104 und dem Gate-Isolierfilm 106 angeordnet sein. Diese Filme weisen jeweils eine Austrittsarbeit von höher als oder gleich 5 eV, bevorzugt höher als oder gleich 5,5 eV auf, welche höher ist als die Elektronenaffinität des Oxidhalbleiters. Somit kann die Schwellenspannung des Transistors, bei dem der Oxidhalbleiter verwendet wird, in positiver Richtung verschoben werden, und ein so genanntes normalerweise ausgeschaltetes Schaltelement (normally-off switching element) kann erzielt werden. Beispielsweise wird als Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis, der eine höhere Stickstoffkonzentration aufweist als mindestens die Halbleiterschicht 108, insbesondere ein Oxynitridhalbleiterfilm auf In-Ga-Zn-Basis mit einer Stickstoffkonzentration von höher als oder gleich 7 Atom-%, verwendet.
Als der Gate-Isolierfilm 106 kann eine einzelne Schicht oder eine Mehrfachschicht, beispielsweise aus einem Siliziumoxidfilm, einem Siliziumoxynitridfilm, einem Siliziumnitridoxidfilm, einem Siliziumnitridfilm, einem Aluminiumoxidfilm, einem Hafniumoxidfilm, einem Galliumoxidfilm, einem Metalloxidfilm auf Ga-Zn-Basis oder dergleichen, bereitgestellt sein. Um die Eigenschaften der Grenzfläche zu der Halbleiterschicht 108 zu verbessern, wird mindestens ein mit der Halbleiterschicht 108 in Kontakt stehender Bereich des Gate-Isolierfilms 106 vorzugsweise mit einem isolierenden Oxidfilm ausgebildet.
Darüber hinaus kann dann, indem ein isolierender Film mit einer Sperrwirkung gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen über dem Gate-Isolierfilm 106 bereitgestellt ist, verhindert werden, dass Sauerstoff von der Halbleiterschicht 108 nach außen diffundiert und dass Wasserstoff, Wasser, oder dergleichen von außen in die Halbleiterschicht 108 eindringt. Als Beispiele für den isolierenden Film mit einer Sperrwirkung gegen Sauerstoff, Wasserstoff, Wasser und dergleichen können ein Aluminiumoxidfilm, ein Aluminiumoxynitridfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Galliumoxynitridfilm, ein Yttriumoxidfilm, ein Yttriumoxynitridfilm, ein Hafniumoxidfilm und ein Hafniumoxynitridfilm angegeben werden.
Der Gate-Isolierfilm 106 kann als Gate-Isolierfilm, der wenige Defekte aufweist und weniger Wasserstoff und weniger Ammoniak abgibt, ausgebildet sein, wenn er in einer geschichteten Struktur ausgebildet ist, bei der ein Siliziumnitridfilm mit wenigen Defekten als erster Siliziumnitridfilm verwendet wird, bei der ein Siliziumnitridfilm, der weniger Wasserstoff und weniger Ammoniak abgibt, als zweiter Siliziumnitridfilm über dem ersten Siliziumnitridfilm angeordnet ist und bei der ein isolierender Oxidfilm über dem zweiten Siliziumnitridfilm angeordnet ist. Folglich kann vermieden werden, dass Wasserstoff und Stickstoff, welche in dem Gate-Isolierfilm 106 enthalten sind, auf die Halbleiterschicht 108 übertragen werden.
Die Verwendung eines Siliziumnitridfilms als der Gate-Isolierfilm 106 hat die folgende Wirkung. Im Vergleich zu einem Siliziumoxidfilm weist ein Siliziumnitridfilm eine hohe Dielektrizitätskonstante auf und braucht eine große Dicke, um eine äquivalente Kapazität zu erhalten. Daher kann die physikalische Dicke des Gate-Isolierfilms erhöht werden. Folglich wird eine Abnahme der Spannungsfestigkeiten des ersten Transistors 101, des zweiten Transistors 103 und des dritten Transistors 105 unterdrückt und die Spannungsfestigkeiten werden verbessert, so dass eine elektrostatische Zerstörung der für die Anzeigevorrichtung verwendeten Transistoren unterdrückt werden kann.
Außerdem wird in dem Fall, in dem Kupfer für die Gate-Elektrode 104 verwendet wird und ein Siliziumnitridfilm als der Gate-Isolierfilm 106 in Kontakt mit der Gate-Elektrode 104 verwendet wird, die Anzahl der Ammoniakmoleküle, die durch Erwärmung aus dem Siliziumnitridfilm abgegeben werden, vorzugsweise so weit wie möglich verringert, so dass eine Reaktion zwischen Kupfer und den Ammoniakmolekülen unterdrückt werden kann.
Bei dem Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm für die Halbleiterschicht 108 verwendet wird, verschiebt der Haftterm (trap level) (auch als Grenzflächenniveau (interface level) bezeichnet) an der Grenzfläche zwischen dem Oxidhalbleiterfilm und dem Gate-Isolierfilm oder in dem Gate-Isolierfilm die Schwellenspannung des Transistors typischerweise in negativer Richtung und erhöht sogenannten Subthreshold-Swing (S-Wert bzw. S value), welcher eine Gate-Spannung bezeichnet, die erforderlich ist, um den Drain-Strom um eine Größenordnung zu verändern, wenn der Transistor eingeschaltet wird. Dies führt zum Problem von Schwankungen der elektrischen Eigenschaften zwischen Transistoren. Unter Verwendung eines Siliziumnitridfilms mit wenigen Defekten als Gate-Isolierfilm können deshalb die Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung und die Schwankungen der elektrischen Eigenschaften zwischen Transistoren verringert werden.
Der Gate-Isolierfilm 106 kann unter Verwendung eines High-k-Dielektrikums, wie z. B. Hafniumsilikat (HfSiO_x), Hafniumsilikat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfSi_xO_yN_z), Hafniumaluminat, dem Stickstoff zugesetzt ist (HfAl_xO_yN_z), Hafniumoxid oder Yttriumoxid, ausgebildet werden, so dass der Gate-Leckstrom des Transistors verringert werden kann.
Die Dicke des Gate-Isolierfilms 106 ist vorzugsweise größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 400 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 10 nm und kleiner als oder gleich 300 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 50 nm und kleiner als oder gleich 250 nm.
Ein Oxidhalbleiter wird für die Halbleiterschicht 108 verwendet, wobei er vorzugsweise mindestens Indium (In) und/oder Zink (Zn) enthält. Um Schwankungen der elektrischen Eigenschaften zwischen den Transistoren, bei denen der Oxidhalbleiter verwendet wird, zu verringern, enthält vorzugsweise der Oxidhalbleiter einen oder mehrere Stabilisatoren zusätzlich zu In oder Zn.
Beispiele für den Stabilisator sind Gallium (Ga), Zinn (Sn), Hafnium (Hf), Aluminium (Al), Zirconium (Zr) und dergleichen. Weitere Beispiele für den Stabilisator sind Lanthanoide, wie z. B. Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym (Nd), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium (Lu).
Als Oxidhalbleiter kann beispielsweise eines der folgenden Materialien verwendet werden: Indiumoxid, Zinnoxid, Zinkoxid, ein Metalloxid auf In-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Zn-Mg-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Mg-Basis, ein Metalloxid auf In-Mg-Basis, ein Metalloxid auf In-Ga-Basis, ein Metalloxid auf In-W-Basis, ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis (auch als IGZO bezeichnet), ein Metalloxid auf In-Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Al-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf Sn-Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Hf-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-La-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Ce-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Pr-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Nd-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sm-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Eu-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Gd-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Tb-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Dy-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Ho-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Er-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Tm-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Yb-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Lu-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Hf-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Al-Ga-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Al-Zn-Basis, ein Metalloxid auf In-Sn-Hf-Zn-Basis und ein Metalloxid auf In-Hf-Al-Zn-Basis.
Es sei angemerkt, dass ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis beispielsweise für ein Oxid steht, welches In, Ga und Zn als seine Hauptkomponenten enthält, und dass es keine besondere Einschränkung hinsichtlich des Verhältnisses von In zu Ga und Zn gibt. Das Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis kann ein Metallelement enthalten, das von In, Ga und Zn verschieden ist.
Als Alternative kann ein Material, das durch InMO₃(ZnO)_m (m ist größer als 0 und keine ganze Zahl) repräsentiert wird, als Oxidhalbleiter verwendet werden. Es sei angemerkt, dass M ein oder mehrere Metallelemente repräsentiert, die aus Ga, Fe, Mn und Co ausgewählt werden. Als Oxidhalbleiter kann alternativ auch ein Material, das durch In₂SnO₅(ZnO)_n (n ist eine ganze Zahl, die größer als 0 ist) repräsentiert wird, verwendet werden.
Es ist möglich, zum Beispiel ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis, welches In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), 2:2:1 (= 2/5:2/5:1/5) oder 3:1:2 (= 1/2:1/6:1/3) enthält, oder eines der Oxide zu verwenden, deren Zusammensetzung in der Nachbarschaft der obigen Zusammensetzungen liegt. Alternativ kann auch ein Metalloxid auf In-Sn-Zn-Basis verwendet werden, welches In, Sn und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 (= 1/3:1/3:1/3), 2:1:3 (= 1/3:1/6:1/2) oder 2:1:5 (= 1/4:1/8:5/8) enthält. Es sei angemerkt, dass der Anteil jedes Atoms in dem Atomverhältnis des Oxidhalbleiterfilms in einem Fehlerbereich von ±20% schwanken kann.
Die Zusammensetzung ist jedoch nicht auf jene, die oben beschrieben worden sind, beschränkt, und in Abhängigkeit von den benötigten Halbleitereigenschaften und elektrischen Eigenschaften (z. B. Feldeffektbeweglichkeit, Schwellenspannung und Schwankung) kann ein Material mit der geeigneten Zusammensetzung verwendet werden. Um die benötigten Halbleitereigenschaften zu erzielen, werden bevorzugt die Ladungsträgerdichte, die Verunreinigungskonzentration, die Defektdichte, das Atomverhältnis eines Metallelementes zu Sauerstoff, der Atomabstand, die Dichte und dergleichen passend eingestellt.
Beispielsweise kann in dem Fall, in dem ein Metalloxid auf In-Sn-Zn-Basis verwendet wird, eine hohe Mobilität auf relativ einfache Weise erhalten werden. Auch in dem Fall, in dem ein Metalloxid auf In-Ga-Zn-Basis verwendet wird, kann die Feldeffektbeweglichkeit erhöht werden, indem die Volumendefektdichte verringert wird.
Ferner ist die Energielücke eines Metalloxids, das für die Halbleiterschicht 108 verwendet werden kann, größer als oder gleich 2 eV, bevorzugt größer als oder gleich 2,5 eV, stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 eV. Mit dem Oxidhalbleiterfilm mit einer solchen großen Energielücke kann der Sperrstrom (Off-state current) des Transistors verringert werden.
Als nächstes wird eine Struktur des Oxidhalbleiterfilms, der als die Oxidhalbleiterschicht 108 verwendet werden kann, nachstehend beschrieben.
Ein Oxidhalbleiterfilm wird grob in einen nicht einkristallinen Oxidhalbleiterfilm und in einen einkristallinen Oxidhalbleiterfilm klassifiziert. Der nicht einkristalline Oxidhalbleiterfilm umfasst einen kristallinen Oxidhalbleiterfilm mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline Oxide semiconductor film, CAAC-OS-Film), einen polykristallinen Oxidhalbleiterfilm, einen mikrokristallinen Oxidhalbleiterfilm, einen amorphen Oxidhalbleiterfilm und dergleichen.
Nun wird der CAAC-OS-Film beschrieben.
Der CAAC-OS-Film ist einer von Oxidhalbleiterfilmen, die eine Vielzahl von Kristallbereichen enthalten, und die meisten Kristallbereiche passen jeweils in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 100 nm. Deshalb gibt es einen Fall, in dem ein in dem CAAC-OS-Film enthaltener Kristallbereich in einen Würfel mit einer Kantenlänge von weniger als 10 nm, weniger als 5 nm oder weniger als 3 nm passt.
In einem Transmissionselektronenmikroskop-(TEM-)Bild des CAAC-OS-Films ist eine Grenze zwischen Kristallbereichen, das heißt eine Korngrenze nicht sicher nachzuweisen. Folglich ist weniger wahrscheinlich, dass in dem CAAC-OS-Film eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit wegen der Korngrenze auftritt.
Nach dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung im Wesentlichen parallel zu einer Probenoberfläche beobachtet wird (Querschnitts-TEM-Bild (cross-sectional TEM image)), sind Metallatome auf eine geschichtete Weise in den Kristallbereichen angeordnet. Jede Metallatomlage weist eine Gestalt auf, die von einer Oberfläche, über welcher der CAAC-OS-Film ausgebildet ist (eine Oberfläche, über welcher der CAAC-OS-Film ausgebildet ist, wird nachstehend als Bildungsoberfläche bezeichnet), oder von einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films widergespiegelt wird, und jede Metallatomlage ist parallel zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films angeordnet.
Andererseits sind nach dem TEM-Bild des CAAC-OS-Films, der in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Probenoberfläche 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 der Metallatome.
In dieser Beschreibung bedeutet ein Begriff „parallel”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich –10° und kleiner als oder gleich 10° ist, und daher umfasst der Begriff auch den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich –5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zusätzlich bedeutet ein Begriff „senkrecht”, dass der Winkel, der zwischen zwei geraden Linien gebildet ist, größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° ist, und daher umfasst der Begriff den Fall, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
Aus den Ergebnissen des Querschnitts-TEM-Bildes und des Flächen-TEM-Bildes findet man eine Ausrichtung in den Kristallbereichen in dem CAAC-OS-Film.
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 ein Peak oft bei einem Beugungswinkel (2θ) von zirka 31°. Dieser Peak stammt aus der (009)-Ebene 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 im Wesentlichen senkrecht zu der Bildungsoberfläche oder der nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ausgerichtet sind.
Andererseits erscheint dann, wenn der CAAC-OS-Film durch ein In-Plane-Verfahren (in-plane method) analysiert wird, bei dem ein Röntgenstrahl in eine Probe in einer Richtung senkrecht zur c-Achse eintritt, oft ein Peak bei 2θ von zirka 56°. Dieser Peak stammt aus der (110)-Ebene des InGaZnO₄-Kristalls. Hier wird die Analyse (ϕ-Scan) unter Bedingungen durchgeführt, wobei die Probe um einen Normalenvektor einer Probenoberfläche als Achse (Achse) gedreht wird, wobei 2θ auf zirka 56° festgelegt wird. In dem Fall, in dem die Probe ein einkristalliner Oxidhalbleiterfilm aus InGaZnO₄ ist, erscheinen sechs Peaks. Die sechs Peaks stammen aus Kristallebenen, die der (110)-Ebene entsprechen. 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 parallel zu einem Normalenvektor einer Bildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche ausgerichtet, während die Richtungen der a-Achsen und b-Achsen zwischen Kristallbereichen verschieden sind. Jede Metallatomlage, die im Querschnitts-TEM-Bild als auf eine geschichtete Weise angeordnet beobachtet wird, entspricht daher einer Ebene parallel zur a-b-Ebene des Kristalls.
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, ist die c-Achse des Kristalls in einer Richtung parallel zu einem Normalenvektor einer Bildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films ausgerichtet. 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 Bildungsoberfläche oder einem Normalenvektor einer nach oben weisenden Oberfläche des CAAC-OS-Films sein.
Des Weiteren ist der Grad der Kristallinität in dem CAAC-OS-Film nicht notwendigerweise gleichmäßig. Zum Beispiel ist in dem Fall, in dem das Kristallwachstum zum Ausbilden des CAAC-OS-Films von der Nachbarschaft der nach oben weisenden Oberfläche des Films an beginnt, der Grad der Kristallinität in der Nähe der nach oben weisenden Oberfläche unter Umständen höher als derjenige in der Nähe der Bildungsoberfläche. Ferner wird dann, wenn dem CAAC-OS-Film eine Verunreinigung zugesetzt wird, die Kristallinität in einem Bereich, dem die Verunreinigung zugesetzt wird, geändert, und der Grad der Kristallinität 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° stammt aus der (311)-Ebene eines ZnGa₂O₄-Kristalls; ein solcher Peak deutet darauf hin, dass ein ZnGa₂O₄-Kristall in einem Teil des CAAC-OS-Films, der den InGaZnO₄-Kristall enthält, 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 jedes beliebige Element, das keine Hauptkomponente des Oxidhalbleiterfilms ist, und darunter gibt es Wasserstoff, Kohlenstoff, Silizium, ein Übergangsmetallelement und dergleichen. Im Besonderen verursacht ein Element (z. B. Silizium), das eine höhere Bindungsstärke an Sauerstoff aufweist als ein in dem Oxidhalbleiterfilm enthaltenes Metallelement, eine Unordnung der Atomanordnung in dem Oxidhalbleiterfilm, weil das Element dem Oxidhalbleiterfilm Sauerstoff entzieht, wodurch die Kristallinität verringert wird. Darüber hinaus weisen ein Schwermetall, wie z. B. Eisen oder Nickel, Argon, Kohlendioxid und dergleichen einen großen Atomradius (oder Molekülradius) auf und deshalb verursacht dann, wenn eines der solchen Elemente in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, das Element eine Unordnung der Atomanordnung des Oxidhalbleiterfilms, wodurch sich die Kristallinität verringert. Es sei angemerkt, dass die in dem Oxidhalbleiterfilm enthaltene Verunreinigung zu einer Einfangstelle für Ladungsträger (carrier trap) oder einer Quelle der Ladungsträger werden könnte.
Der CAAC-OS-Film ist ein Oxidhalbleiterfilm mit einer niedrigen Dichte der Defektzustände (defect states). Beispielsweise dienen Sauerstofffehlstellen in dem Oxidhalbleiterfilm als Einfangstellen für Ladungsträger oder als Ladungsträgererzeugungsquellen, wenn Wasserstoff darin eingefangen wird.
Der Zustand, in dem die Verunreinigungskonzentration niedrig ist und die Dichte der Defektzustände niedrig ist (wenige Sauerstofffehlstellen), wird als „hochrein intrinsisch” oder „im Wesentlichen hochrein intrinsisch” bezeichnet. Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist nur wenige Ladungsträgererzeugungsquellen auf und weist deshalb eine niedrige Ladungsträgerdichte auf. Daher weist ein Transistor, bei dem der Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, selten eine negative Schwellenspannung auf (er weist selten „normalerweise eingeschaltete” Eigenschaften (normally-on characteristics) auf). Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist wenige Einfangstellen für Ladungsträger auf. Deshalb verändern sich die elektrischen Eigenschaften des Transistors, bei dem der Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, kaum, und er weist hohe Zuverlässigkeit auf. Es sei angemerkt, dass Ladungen, die von den Einfangstellen für Ladungsträger in dem Oxidhalbleiterfilm eingefangen werden, lange Zeit brauchen, bis sie freigegeben werden, und sich wie feste elektrische Ladungen verhalten können. Daher weist in einigen Fällen der Transistor, bei dem der Oxidhalbleiterfilm mit einer hohen Verunreinigungskonzentration und einer hohen Dichte der Defektzustände verwendet wird, instabile elektrische Eigenschaften auf.
Bei einem Transistor, bei dem der CAAC-OS-Film verwendet wird, ist eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften, die auf eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht oder UV-Licht zurückzuführen ist, gering.
Beispielsweise wird der CAAC-OS-Film durch ein Sputterverfahren mit einem polykristallinen Oxidhalbleiter-Sputtertarget ausgebildet. Wenn Ionen mit dem Sputtertarget kollidieren, kann ein im Sputtertarget enthaltener Kristallbereich vom Target entlang einer a-b-Ebene abgetrennt werden, und ein gesputtertes Teilchen, das eine Ebene parallel zur a-b-Ebene aufweist (ein planes plattenförmiges gesputtertes Teilchen oder ein pelletförmiges gesputtertes Teilchen), kann vom Target abgetrennt werden. In diesem Fall erreicht das plane plattenförmige gesputterte Teilchen unter Bewahrung seines Kristallzustandes ein Substrat, so dass der CAAC-OS-Film über dem Substrat ausgebildet werden kann.
Beim Ausbilden des CAAC-OS-Films finden vorzugsweise die folgenden Bedingungen Anwendung.
Durch Verringern der Menge an Verunreinigungen, die während der Abscheidung in den CAAC-OS-Film eindringen, kann verhindert werden, dass der Kristallzustand durch die Verunreinigungen verschlechtert wird. Beispielsweise kann die Konzentration der in der Abscheidungskammer vorhandenen Verunreinigungen (z. B. Wasserstoff, Wasser, Kohlendioxid oder Stickstoff) verringert werden. Außerdem kann die Verunreinigungskonzentration in einem Abscheidungsgas verringert werden. Insbesondere wird ein Abscheidungsgas verwendet, dessen Taupunkt bei –80°C oder niedriger, bevorzugt –100°C oder niedriger liegt.
Durch Erhöhen der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung tritt eine Wanderung eines gesputterten Teilchens auf, nachdem das gesputterte Teilchen das Substrat erreicht hat. Die Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung ist insbesondere 100°C bis 740°C, bevorzugt 150°C bis 500°C. Durch Erhöhen der Erwärmungstemperatur des Substrats während der Abscheidung tritt dann, wenn das plane plattenförmige gesputterte Teilchen das Substrat erreicht, eine Wanderung auf dem Substrat auf, so dass eine plane Fläche des gesputterten Teilchens an dem Substrat haftet.
Des Weiteren werden bevorzugt Plasmaschäden während der Abscheidung durch Erhöhen des Sauerstoffanteils am Abscheidungsgas und durch Optimieren der Leistung verringert. Der Sauerstoffanteil am Abscheidungsgas ist 30 Vol.-% oder höher, bevorzugt 100 Vol.-%.
Alternativ kann der Oxidhalbleiterfilm, der als die Halbleiterschicht 108 verwendet wird, eine mehrschichtige Struktur aus einer Vielzahl von Oxidhalbleiterfilmen haben. Beispielsweise kann der Oxidhalbleiterfilm eine mehrschichtige Struktur aus einem ersten Oxidhalbleiterfilm und einem zweiten Oxidhalbleiterfilm haben, welche unter Verwendung von Metalloxiden mit unterschiedlichen Zusammensetzungen ausgebildet werden. Beispielsweise kann der erste Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines Metalloxids aus zwei Komponenten, eines Metalloxids aus drei Komponenten oder eines Metalloxids aus vier Komponenten ausgebildet werden, während der zweite Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung eines dieser Oxide, das sich von dem Oxid für den ersten Oxidhalbleiterfilm unterscheidet, ausgebildet wird.
Ferner können die Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms und des zweiten Oxidhalbleiterfilms gleich sein, während sich die Zusammensetzungen der Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms und des zweiten Oxidhalbleiterfilms voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann der erste Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 enthalten, während der zweite Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 3:1:2 enthält. Alternativ kann der erste Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthalten, während der zweite Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 2:1:3 enthält. Es sei angemerkt, dass der Anteil jedes Atoms in dem Atomverhältnis des Oxidhalbleiterfilms in einem Fehlerbereich von ±20% schwankt.
In diesem Fall enthält entweder der erste Oxidhalbleiterfilm oder der zweite Oxidhalbleiterfilm, der näher an der Gate-Elektrode (auf der Kanalseite) liegt, vorzugsweise In und Ga derart, dass In > Ga gilt. Der andere Oxidhalbleiterfilm, der weiter entfernt von der Gate-Elektrode (auf der Rückkanalseite) liegt, enthält vorzugsweise In und Ga derart, dass In ≤ Ga gilt.
Ferner kann der Oxidhalbleiterfilm eine dreischichtige Struktur aus einem ersten Oxidhalbleiterfilm, einem zweiten Oxidhalbleiterfilm und einem dritten Oxidhalbleiterfilm haben, wobei ihre Bestandteile gleich sein können, während sich die Zusammensetzungen der Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms, des zweiten Oxidhalbleiterfilms und des dritten Oxidhalbleiterfilms voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann der erste Oxidhalbleiterfilm In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthalten, der zweite Oxidhalbleiterfilm kann In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 3:1:2 enthalten, und der dritte Oxidhalbleiterfilm kann In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:1:1 enthalten.
In einem Oxidhalbleiterfilm, der weniger In als Ga und Zn in einem Atomverhältnis enthält, typischerweise dem ersten Oxidhalbleiterfilm, der In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthält, kann eine Erzeugung von Sauerstofffehlstellen stärker verhindert werden als in einem Oxidhalbleiterfilm, der mehr In als Ga und Zn in einem Atomverhältnis enthält, typischerweise dem zweiten Oxidhalbleiterfilm, und als in einem Oxidhalbleiterfilm, der Ga, Zn und In im gleichen Atomverhältnis enthält, typischerweise dem dritten Oxidhalbleiterfilm. Folglich kann eine Zunahme der Ladungsträgerdichte unterdrückt werden. Ferner ist es dann, wenn der erste Oxidhalbleiterfilm, der In, Ga und Zn in einem Atomverhältnis von 1:3:2 enthält, eine amorphe Struktur hat, wahrscheinlich, dass der zweite Oxidhalbleiterfilm ein CAAC-OS-Film ist.
Da die Bestandteile des ersten Oxidhalbleiterfilms, des zweiten Oxidhalbleiterfilms und des dritten Oxidhalbleiterfilms gleich sind, weist der erste Oxidhalbleiterfilm weniger Haftterme an der Grenzfläche zu dem zweiten Oxidhalbleiterfilm auf. Deshalb kann dann, wenn der Oxidhalbleiterfilm die obige Struktur hat, der Betrag der Veränderung der Schwellenspannung des Transistors infolge einer Veränderung im Laufe der Zeit oder einer Photodegradation verringert werden.
In einem Oxidhalbleiter trägt das s-Orbital von Schwermetall hauptsächlich zum Ladungsträgertransport bei, und wenn der In-Gehalt in dem Oxidhalbleiter erhöht wird, ist eine Zunahme der Überlappung der s-Orbitale wahrscheinlich. Somit weist ein Oxid, das In und Ga derart enthält, dass In > Ga gilt, eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit auf als ein Oxid, das In und Ga derart enthält, dass In ≤ Ga gilt. Bei Ga ist außerdem die Energie zur Bildung einer Sauerstofffehlstelle höher als bei In und daher ist es weniger wahrscheinlich als bei In, dass eine Sauerstofffehlstelle auftritt; deshalb weist das Oxid, das In und Ga derart enthält, dass In ≤ Ga gilt, stabilere Eigenschaften auf als das Oxid, das In und Ga derart enthält, dass In > Ga gilt.
Wenn ein Oxidhalbleiter, der In und Ga derart enthält, dass In > Ga gilt, für den Oxidhalbleiterfilm auf der Kanalseite verwendet wird und ein Oxidhalbleiter, der In und Ga derart enthält, dass In ≤ Ga gilt, für den Oxidhalbleiterfilm auf der Rückkanalseite verwendet wird, können die Feldeffektbeweglichkeit und Zuverlässigkeit des Transistors weiter verbessert werden.
Zudem können der erste Oxidhalbleiterfilm, der zweite Oxidhalbleiterfilm und der dritte Oxidhalbleiterfilm unter Verwendung von Oxidhalbleitern mit verschiedenen Kristallinitäten ausgebildet werden. Mit anderen Worten: die Oxidhalbleiterfilme können unter Verwendung einer geeigneten Kombination aus einem einkristallinen Oxidhalbleiter, einem polykristallinen Oxidhalbleiter, einem mikrokristallinen Oxidhalbleiter, einem amorphen Oxidhalbleiter und einem CAAC-OS ausgebildet werden. Wird ein amorpher Oxidhalbleiter bei dem ersten Oxidhalbleiterfilm oder dem zweiten Oxidhalbleiterfilm eingesetzt, wird eine innere Spannung des Oxidhalbleiterfilms oder eine äußere Spannung verringert, eine Veränderung der Eigenschaften des Transistors wird verringert, und die Zuverlässigkeit des Transistors kann weiter verbessert werden.
Die Dicke des Oxidhalbleiterfilms ist bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 30 nm, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, sogar noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 20 nm.
Die Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem für die Halbleiterschicht 108 verwendeten Oxidhalbleiterfilm, ermittelt durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), ist bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 10¹⁶ Atome/cm³. Das liegt daran, dass dann, wenn Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle an einen Oxidhalbleiter gebunden werden, einige der Alkalimetalle oder der Erdalkalimetalle Ladungsträger erzeugen, so dass der Sperrstrom des Transistors ansteigt.
Des Weiteren ist die Wasserstoffkonzentration in dem für die Halbleiterschicht 108 verwendeten Oxidhalbleiterfilm, ermittelt durch Sekundärionen-Massenspektrometrie, niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ Atome/cm³, stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁷ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁶ Atome/cm³.
Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiterfilm enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, zu Wasser, und ein Defekt wird in einem Gitter, von dem Sauerstoff freigegeben wird, (oder in einem Bereich, aus dem Sauerstoff entfernt wird) ausgebildet. Zudem werden Elektronen, die als Ladungsträger dienen, erzeugt, wenn ein Teil von Wasserstoff an Sauerstoff gebunden wird. Folglich kann die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm verringert werden, indem die Wasserstoff enthaltenden Verunreinigungen so weit wie möglich in dem Schritt zum Ausbilden des Oxidhalbleiterfilms verringert werden. Daher kann dann, wenn ein Oxidhalbleiterfilm, aus dem Wasserstoff so weit wie möglich entfernt ist, für den Kanalbereich verwendet wird, eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrückt werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften können verringert werden. Ferner kann der Leckstrom zwischen einer Source und einem Drain des Transistors, typischerweise der Sperrstrom, verringert werden.
Darüber hinaus wird die Stickstoffkonzentration in dem für die Halbleiterschicht 108 verwendeten Oxidhalbleiterfilm auf niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁸ Atome/cm³ eingestellt, was eine Verschiebung der Schwellenspannung in negativer Richtung unterdrücken und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften verringern kann.
Es sei angemerkt, dass verschiedene Experimente den niedrigen Sperrstrom eines Transistors beweisen können, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm, der hochrein wird, indem Wasserstoff so weit wie möglich entfernt wird, für einen Kanalbereich verwendet wird. Beispielsweise kann auch ein Transistor mit einer Kanalbreite von 1 × 10⁶ μm und einer Kanallänge von 10 μm einen Sperrstrom aufweisen, der niedriger als oder gleich der Messgrenze eines Halbleiterparameteranalysators, das heißt niedriger als oder gleich 1 × 10^–13 A ist, wenn die Spannung (Drain-Spannung) zwischen einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode im Bereich von 1 V bis 10 V liegt. In diesem Fall kann man feststellen, dass der Sperrstrom, der einem Wert entspricht, der durch Teilen des Sperrstroms durch die Kanalbreite des Transistors erhalten wird, 100 zA/mm oder weniger beträgt. Außerdem wurden ein Kondensator und ein Transistor miteinander verbunden, und der Sperrstrom wurde mit einer Schaltung gemessen, in der eine in den oder von dem Kondensator fließende Ladung durch den Transistor gesteuert wurde. Bei den Messungen wurde ein hochreiner Oxidhalbleiterfilm für einen Kanalbereich des Transistors verwendet, und der Sperrstrom des Transistors wurde aus einer Veränderung der Menge der Ladung des Kondensators pro Zeiteinheit (unit time) ermittelt. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass in dem Fall, in dem die Spannung zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 3 V war, ein niedrigerer Sperrstrom von mehreren zehn Yoktoampere pro Mikrometer (yA/μm) erhalten werden konnte. Demzufolge weist der Transistor, dessen Kanalbereich unter Verwendung eines hochreinen Oxidhalbleiterfilms ausgebildet wird, einen sehr niedrigen Sperrstrom auf.
Die Source-Elektrode 110 und die Drain-Elektrode 112 sind in einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur ausgebildet, die als leitendes Material ein Metall, wie z. B. Aluminium, Titan, Chrom, Nickel, Kupfer, Yttrium, Zirconium, Molybdän, Silber, Tantal oder Wolfram, oder eine Legierung enthält, die eines dieser Metalle als ihre Hauptkomponente enthält. Als Beispiele können die folgenden Strukturen genannt werden: eine einschichtige Struktur eines Silizium enthaltenden Aluminiumfilms; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Aluminiumfilm geschichtet ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm über einen Wolframfilm geschichtet ist; eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Kupfer-Magnesium-Aluminium-Legierungsfilm ausgebildet ist; eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm und ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind; und eine dreischichtige Struktur, bei der ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm und ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind; und dergleichen. Es sei angemerkt, dass ein durchsichtiges leitendes Material, das Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid enthält, verwendet werden kann.
Bei dieser Ausführungsform sind die Source-Elektrode 110 und die Drain-Elektrode 112 zwar über der Halbleiterschicht 108 angeordnet, aber sie können auch zwischen dem Gate-Isolierfilm 106 und der Halbleiterschicht 108 angeordnet sein.
Als der erste isolierende Zwischenschichtfilm 114 wird vorzugsweise ein isolierender Oxidfilm verwendet, um Eigenschaften der Grenzfläche zu dem für die Halbleiterschicht 108 verwendeten Oxidhalbleiterfilm zu verbessern. Als der erste isolierende Zwischenschichtfilm 114 kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm, ein Aluminiumoxidfilm, ein Hafniumoxidfilm, ein Galliumoxidfilm, ein Metalloxidfilm auf Ga-Zn-Basis oder dergleichen mit einer Dicke von größer als oder gleich 150 nm und kleiner als oder gleich 400 nm verwendet werden. Der erste isolierende Zwischenschichtfilm 114 kann eine mehrschichtige Struktur aus einem isolierenden Oxidfilm und einem isolierenden Nitridfilm haben. Beispielsweise kann der erste isolierende Zwischenschichtilm 114 eine mehrschichtige Struktur aus einem Siliziumoxynitridfilm und einem Siliziumnitridfilm haben.
Für den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 kann ein organisches isolierendes Material mit Wärmebeständigkeit verwendet werden, wie beispielsweise ein auf Acryl basierendes Harz, ein auf Polyimid basierendes Harz, ein auf Benzocyclobuten basierendes Harz, ein auf Polyamid basierendes Harz oder ein auf Epoxid basierendes Harz. Es sei angemerkt, dass der zweite isolierende Zwischenschichtilm 116 ausgebildet werden kann, indem mehrere isolierende Filme, die jeweils unter Verwendung eines dieser Materialien ausgebildet werden, übereinander geschichtet werden. Unter Verwendung des zweiten isolierenden Zwischenschichtfilms 116 kann die Unebenheit des ersten Transistors 101 und dergleichen verringert werden.
Die Kondensatorelektrode 118 kann unter Verwendung eines lichtdurchlässigen leitenden Materials ausgebildet werden, wie beispielsweise Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid (indium tin Oxide; nachstehend als ITO bezeichnet), Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Siliziumoxid zugesetzt ist.
Als der dritte isolierende Zwischenschichtilm 120 kann ein anorganisches isolierendes Material, wie z. B. ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm, ein Siliziumnitridfilm oder ein Aluminiumoxidfilm, verwendet werden. Im Besonderen wird ein Film, der aus einem Siliziumnitridfilm, einem Siliziumnitridoxidfilm und einem Aluminiumoxidfilm ausgewählt wird, vorzugsweise als der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 verwendet. Indem ein Film, der aus einem Siliziumnitridfilm, einem Siliziumnitridoxidfilm und einem Aluminiumoxidfilm ausgewählt wird, als der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 verwendet wird, kann eine Abgabe von Wasserstoff oder Feuchtigkeit aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 unterdrückt werden.
Als die Pixel-Elektrode 122 kann ein Material, das demjenigen der Kondensatorelektrode 118 ähnlich ist, verwendet werden. Obwohl Materialien der Kondensatorelektrode 118 und der Pixel-Elektrode 122 gleich oder unterschiedlich sein können, wird die Verwendung der gleichen Materialien bevorzugt, in welchem Falle die Herstellungskosten verringert werden können.
Für den ersten Ausrichtungsfilm 124 und den zweiten Ausrichtungsfilm 164 kann ein organisches Material mit Wärmebeständigkeit verwendet werden, wie beispielsweise ein auf Acryl basierendes Harz, ein auf Polyimid basierendes Harz, ein auf Benzocyclobuten basierendes Harz, ein auf Polyamid basierendes Harz oder ein auf Epoxid basierendes Harz.
Für die Flüssigkristallschicht 162 kann ein Flüssigkristallmaterial, wie z. B. thermotroper Flüssigkristall, niedermolekularer Flüssigkristall, hochmolekularer Flüssigkristall, polymerdispergierter Flüssigkristall, ferroelektrischer Flüssigkristall oder anti-ferroelektrischer Flüssigkristall, verwendet werden. Ein derartiges Flüssigkristallmaterial weist je nach den Gegebenheiten eine cholesterische Phase, eine smektische Phase, eine kubische Phase, eine chiral nematische Phase, eine isotrope Phase oder dergleichen auf.
Als Alternative kann in dem Fall, in dem ein Modus mit horizontalem elektrischem Feld zum Einsatz kommt, ein eine blaue Phase aufweisender Flüssigkristall, für den kein Ausrichtungsfilm (der erste Ausrichtungsfilm 124 oder der zweite Ausrichtungsfilm 164) notwendig ist, verwendet werden. Eine blaue Phase ist eine der Flüssigkristallphasen, die genau dann erzeugt wird, bevor sich eine cholesterische Phase zu einer isotropen Phase ändert, während die Temperatur des cholesterischen Flüssigkristalls zunimmt. Da die blaue Phase nur in einem schmalen Temperaturbereich erscheint, wird eine Flüssigkristallzusammensetzung, in der mehrere Gewichtsprozent oder mehr eines chiralen Materials gemischt sind, für die Flüssigkristallschicht verwendet, um den Temperaturbereich zu verbessern. Die Flüssigkristallzusammensetzung, die einen Flüssigkristall, der eine blaue Phase aufweist, und ein chirales Material enthält, besitzt eine kurze Ansprechzeit und optische Isotropie, was den Ausrichtungsprozess unnötig und die Betrachtungswinkelabhängigkeit gering macht. Ferner kann, da kein Ausrichtungsfilm bereitgestellt sein muss und keine Reibbehandlung erforderlich ist, eine durch die Reibbehandlung hervorgerufene Beschädigung durch elektrostatische Entladung verhindert werden, und Defekte und Schäden an der Flüssigkristallanzeigevorrichtung können während des Herstellungsprozesses verringert werden. Somit kann die Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit verbesserter Produktivität hergestellt werden. Ein Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, besitzt eine Möglichkeit, dass sich die elektrischen Eigenschaften des Transistors durch den Einfluss statischer Elektrizität stark verändern und von dem beabsichtigten Bereich abweichen können. Deshalb ist es wirksamer, ein eine blaue Phase aufweisendes Flüssigkristallmaterial für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu verwenden, die einen Transistor beinhaltet, bei dem ein Oxidhalbleiterfilm verwendet wird.
Der spezifische Widerstand des Flüssigkristallmaterials ist höher als oder gleich 1 × 10⁹ Ω·cm, bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹¹ Ω·cm, stärker bevorzugt höher als oder gleich 1 × 10¹² Ω·cm. Es sei angemerkt, dass der spezifische Widerstand in dieser Beschreibung bei einer Temperatur von 20°C gemessen wird.
Die Größe eines Speicherkondensators, der in der Anzeigevorrichtung ausgebildet ist, wird unter Berücksichtigung des Leckstroms des Transistors, der in dem Pixel-Bereich bereitgestellt ist, oder dergleichen eingestellt, so dass eine Ladung während eines vorgegebenen Zeitraums gehalten werden kann. Die Größe des Speicherkondensators kann unter Berücksichtigung des Sperrstroms des Transistors oder dergleichen eingestellt werden. In dem Fall, in dem ein Transistor mit einer Oxidhalbleiterschicht, die hochrein ist und in der eine Bildung einer Sauerstofffehlstelle verhindert wird, verwendet wird und beispielsweise ein Flüssigkristallelement als Anzeigeelement verwendet wird, reicht ein Speicherkondensator mit einer Kapazität aus, die ein Drittel oder weniger, bevorzugt ein Fünftel oder weniger der Flüssigkristallkapazität jedes Pixels ist.
Es ist möglich, den Strom in einem Sperrzustand (Sperrstrom) des Transistors dieser Ausführungsform zu verringern, bei dem der Oxidhalbleiter, der hochrein ist und in dem eine Bildung einer Sauerstofffehlstelle verhindert wird, für die Halbleiterschicht verwendet wird. Dementsprechend kann ein elektrisches Signal, wie z. B. ein Bildsignal, für einen längeren Zeitraum gehalten werden, und ein Schreibintervall kann in einem Durchlasszustand länger eingestellt werden. Dementsprechend kann die Häufigkeit eines Aktualisierungsvorgangs verringert werden, was zur Wirkung des Niedrighaltens des Stromverbrauchs führt.
Als Betriebsmodus des Flüssigkristallelementes 150 in der Anzeigevorrichtung in 1A bis 1C sowie 2 kann ein Twisted Nematic-(TN-)Modus, ein In-Plane-Switching-(IPS-)Modus, ein Streufeldschaltungs-(fringe field switching, FFS-)Modus, ein achsensymmetrisch-ausgerichtete-Mikrozellen-(axially symmetric aligned micro-cell, ASM-)Modus, ein optisch kompensierter Doppelbrechungs-(optical compensated birefringence, OCB-)Modus, ein ferroelektrischer Flüssigkristall-(ferroelectric liquid crystal, FLC-)Modus, ein antiferroelektrischer Flüssigkristall-(anti-ferroelectric liquid crystal, AFLC-)Modus oder dergleichen verwendet werden. Ein FFS-Modus wird besonders bevorzugt verwendet, um einen großen Betrachtungswinkel zu erzielen.
Die Anzeigevorrichtung kann eine normalerweise schwarze Flüssigkristallanzeigevorrichtung sein, wie beispielsweise eine durchsichtige Flüssigkristallanzeigevorrichtung, bei der ein Vertikalausrichtungs-(VA-)Modus angewendet wird. Einige Beispiele sind als Vertikalausrichtungsmodus angegeben. Beispielsweise können ein Multi-Domain Vertical Alignment-(MVA-)Modus, ein Patterned Vertical Alignment-(PVA-)Modus und dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus ist es möglich, ein Domänenmultiplikation oder Mehrdomänenentwurf genanntes Verfahren zu verwenden, bei dem ein Pixel in einige Gebiete (Subpixel) geteilt ist und Moleküle in ihren jeweiligen Gebieten in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind.
Obwohl nicht in 1A bis 1C sowie 2 dargestellt, können ein optisches Element (optisches Substrat), wie z. B. ein polarisierendes Element, ein Retardationselement (retardation member) oder ein Antireflexelement, und dergleichen, nach Bedarf bereitgestellt sein. Beispielsweise kann eine zirkulare Polarisation unter Verwendung eines polarisierenden Substrats und eines Retardationssubstrats erzielt werden. Ferner kann eine Hintergrundbeleuchtung, eine Seitenbeleuchtung oder dergleichen als Lichtquelle verwendet werden.
Als Verfahren für eine Anzeige in dem Pixel-Bereich 142 kann ein Progressivverfahren, ein Zeilensprungverfahren oder dergleichen verwendet werden. Ferner sind Farbkomponenten, 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 können R, G, B und W (W entspricht Weiß) oder R, G, B und eine oder mehrere der Farben Gelb, Zyan, Magenta und dergleichen verwendet werden. Es sei angemerkt, dass die Größen von Anzeigebereichen zwischen jeweiligen Punkten von Farbkomponenten unterschiedlich sein können. Es sei angemerkt, dass die offenbarte Erfindung nicht auf den Einsatz bei einer Anzeigevorrichtung für die Farbanzeige beschränkt ist; die offenbarte Erfindung kann auch bei einer Anzeigevorrichtung für eine monochrome Anzeige eingesetzt werden.
Des Weiteren ist ein Abstandshalter 160 unterhalb des zweiten Substrats 152 angeordnet, um den Abstand (Zellenabstand) zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 152 zu steuern. Es sei angemerkt, dass der Zellenabstand die Dicke der Flüssigkristallschicht 162 bestimmt. Der Abstandshalter 160 kann jede beliebige Form wie die eines säulenförmigen Abstandshalters oder eines kugelförmigen Abstandshalters, der durch selektives Ätzen eines isolierenden Films erhalten wird, oder dergleichen, haben.
Der gefärbte Film 153 dient als so genannter Farbfilter. Für den gefärbten Film 153 wird ein Material mit der Eigenschaft, Licht in einem spezifischen Wellenlängenbereich durchzulassen, verwendet, und es kann ein organischer Harzfilm, der einen Farbstoff oder ein Pigment enthält, oder dergleichen verwendet werden.
Der lichtblockierende Film 154 dient als so genannte Schwarzmatrix. Als der lichtblockierende Film 154 kann, solange er Licht aus den benachbarten Pixeln blockieren kann, jeder Film verwendet werden, wie beispielsweise ein Metallfilm oder ein organischer Harzfilm, der einen schwarzen Farbstoff oder ein schwarzes Pigment enthält. Bei dieser Ausführungsform wird der lichtblockierende Film 154, der mit einem ein schwarzes Pigment enthaltenden organischen Harzfilm ausgebildet wird, beispielhaft genannt.
Der organische isolierende Schutzfilm 156 ist so bereitgestellt, dass eine ionische Substanz, die in dem gefärbten Film 153 enthalten ist, nicht in die Flüssigkristallschicht 162 dispergiert wird. Jedoch ist der organische isolierende Schutzfilm 156 nicht auf diese Struktur beschränkt und nicht notwendigerweise bereitgestellt.
Als das Dichtungsmittel 166 kann ein wärmeaushärtendes Harz, ein UV-härtendes Harz oder dergleichen verwendet werden. Ein mit dem Dichtungsmittel 166 abgedichteter Bereich in 2 hat eine Struktur, bei welcher der Gate-Isolierfilm 106, eine Elektrode 113, die im gleichen Schritt wie die Source-Elektrode 110 und die Drain-Elektrode 112 ausgebildet wird, der erste isolierende Zwischenschichtfilm 114 und der zweite isolierende Zwischenschichtfilm 116 zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 152 angeordnet sind; jedoch ist diese Struktur ein Beispiel und schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein. Die Struktur kann beispielsweise eine Struktur sein, bei der nur der Gate-Isolierfilm 106 und der erste isolierende Zwischenschichtfilm 114 bereitgestellt sind. Ein Eindringen von Feuchtigkeit oder dergleichen von außen wird weiter verhindert, wenn der zweite isolierende Zwischenschichtfilm 116 entfernt ist; deshalb ist, wie in 2 dargestellt, ein Teil des zweiten isolierenden Zwischenschichtfilms 116 vorzugsweise entfernt oder verkleinert.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Anzeigevorrichtung beinhaltet, wie zuvor beschrieben, die Transistoren, die in dem Pixel-Bereich und dem Treiberschaltungsbereich ausgebildet sind, den ersten isolierenden Zwischenschichtilm, der über den Transistoren ausgebildet ist, den zweiten isolierenden Zwischenschichtilm, der über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm ausgebildet ist, und den dritten isolierenden Zwischenschichtfilm, der über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm ausgebildet ist. Bei dieser Struktur ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Treiberschaltungsbereich. Diese Struktur kann ein Eindringen des aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtilm abgegebenen Gases in den Transistor unterdrücken, was die Zuverlässigkeit der Anzeigevorrichtung erhöhen kann. Ferner kann der erste isolierende Zwischenschichtfilm ein Eindringen des aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm abgegebenen Gases in den Transistor unterdrücken.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Anzeigevorrichtung, bei der ein organischer EL-Bildschirm verwendet wird, anhand von 3 und 4 als Art einer Anzeigevorrichtung beschrieben. Es sei angemerkt, dass Abschnitte, die den Abschnitten der Ausführungsform 1 ähnlich sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und dass ihre ausführliche Beschreibung weggelassen wird.
3 und 4 stellen eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht auf die/der Anzeigevorrichtung als Art einer Anzeigevorrichtung dar. Es sei angemerkt, dass 4 einer Querschnittsansicht entlang der Linie X2-Y2 in 3 entspricht.
Bei der Anzeigevorrichtung in 3 ist ein Dichtungsmittel 166 derart angeordnet, dass es einen Pixel-Bereich 142 sowie Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und einen Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 umgibt, welche Treiberschaltungsbereiche sind, die außerhalb und neben dem Pixel-Bereich 142 liegen und dem Pixel-Bereich 142 Signale zuführen, wobei diese über einem ersten Substrat 102 angeordnet sind und die Abdichtung mit einem zweiten Substrat 152 erfolgt. Das zweite Substrat 152 ist dem ersten Substrat 102, an dem der Pixel-Bereich 142, die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und der Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 angeordnet sind, zugewandt angeordnet. Der Pixel-Bereich 142, die Gate-Treiberschaltungsabschnitte 140 und der Source-Treiberschaltungsabschnitt 144 sind auf diese Weise über das erste Substrat 102, das Dichtungsmittel 166 und das zweite Substrat 152 zusammen mit einem Anzeigeelement abgedichtet.
Wie zuvor beschrieben, können einige oder alle Treiberschaltungen, die Transistoren beinhalten, über dem ersten Substrat 102, an dem der Pixel-Bereich 142 ausgebildet ist, ausgebildet sein, so dass ein sogenanntes „System-on-Panel” erzielt werden kann. Ferner kann eine gesamte Treiberschaltung oder ein Teil einer Treiberschaltung, die einen Dünnschichttransistor beinhaltet, über demselben Substrat wie ein Pixel-Bereich ausgebildet sein, so dass ein System-on-Panel erzielt werden kann.
Als nächstes werden Strukturen des Pixel-Bereichs 142 und des Gate-Treiberschaltungsabschnitts 140 unten anhand von 4, die einer Querschnittsansicht entlang der Linie X2-Y2 in 3 entspricht, ausgeführt.
Bei dem Pixel-Bereich 142 wird der erste Transistor 101 gebildet von dem ersten Substrat 102, der Gate-Elektrode 104, die über dem ersten Substrat 102 ausgebildet ist, einem Gate-Isolierfilm 106, der über der Gate-Elektrode 104 ausgebildet ist, der Halbleiterschicht 108, die in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 106 steht und die Gate-Elektrode 104 überlappend angeordnet ist, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112, welche über dem Gate-Isolierfilm 106 und der Halbleiterschicht 108 ausgebildet sind.
Der Pixel-Bereich 142 beinhaltet zusätzlich das Folgende: den ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem ersten Transistor 101, insbesondere über dem Gate-Isolierfilm 106, der Halbleiterschicht 108, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112 ausgebildet wird; den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114 ausgebildet wird; den dritten isolierenden Zwischenschichtfilm 120, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 ausgebildet wird; eine Trennwand 126, die über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 und dem dritten isolierenden Zwischenschichtfilm 120 ausgebildet ist; die Pixel-Elektrode 122, die über dem dritten isolierenden Zwischenschichtfilm 120 und der Trennwand 126 ausgebildet ist; eine lichtemittierende Schicht 128, die über der Pixel-Elektrode 122 ausgebildet ist; und eine Elektrode 130, die über der lichtemittierenden Schicht 128 ausgebildet ist.
Es sei angemerkt, dass die Pixel-Elektrode 122, die lichtemittierende Schicht 128 und die Elektrode 130 ein lichtemittierendes Element 170 bilden.
Zusätzlich ist ein Füllmaterial 172 über dem lichtemittierenden Element 170, insbesondere über der Elektrode 130, angeordnet. Das zweite Substrat 152 ist über dem Füllmaterial 172 angeordnet. Das heißt, dass das lichtemittierende Element 170 und das Füllmaterial 172 zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 152 liegen.
Bei dem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 werden der zweite Transistor 103 und der dritte Transistor 105 gebildet von dem ersten Substrat 102, der Gate-Elektrode 104, die über dem ersten Substrat 102 ausgebildet ist, dem Gate-Isolierfilm 106, der über der Gate-Elektrode 104 ausgebildet ist, der Halbleiterschicht 108, die in Kontakt mit dem Gate-Isolierfilm 106 steht und die Gate-Elektrode 104 überlappend angeordnet ist, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112, welche über dem Gate-Isolierfilm 106 und der Halbleiterschicht 108 ausgebildet sind.
Der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 beinhaltet zusätzlich den ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials über dem zweiten Transistor 103 und dem dritten Transistor 105, insbesondere über dem Gate-Isolierfilm 106, der Halbleiterschicht 108, der Source-Elektrode 110 und der Drain-Elektrode 112 ausgebildet wird, und den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm 114 ausgebildet wird.
Auf diese Weise ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs 142 angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120 ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, der ein Treiberschaltungsbereich ist.
Die oben beschriebene Struktur ermöglicht, dass Feuchtigkeit, die von außen aufgenommen wird, oder Gas in Form von Feuchtigkeit, Wasserstoff oder dergleichen, das in der Anzeigevorrichtung erzeugt wird, in einen Bereich oberhalb des zweiten isolierenden Zwischenschichtfilms 116 des Gate-Treiberschaltungsabschnitts 140 abgegeben wird. Folglich ist es möglich, eine Einlagerung von Gas in Form von Feuchtigkeit, Wasserstoff oder dergleichen in den ersten Transistor 101, den zweiten Transistor 103 und den dritten Transistor 105 zu unterdrücken.
Für den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, ist ein organisches isolierendes Material, mit dem die Ebenheit verbessert wird, notwendig, um eine Unebenheit der Transistoren in der Anzeigevorrichtung oder dergleichen zu verringern. Das liegt daran, dass die Verringerung der Unebenheit der Transistoren oder dergleichen zu einer Verbesserung der Anzeigequalität der Anzeigevorrichtung führt. Jedoch gibt das organische isolierende Material Wasserstoff, Feuchtigkeit oder eine organische Komponente als Gas ab, wenn eine Erwärmung oder dergleichen durchgeführt wird.
Es ist unwahrscheinlich, dass das oben genannte Gas in Form von Wasserstoff, Feuchtigkeit oder einer organischen Komponente zu einem großen Problem für einen Transistor wird, bei dem beispielsweise ein Siliziumfilm, der ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial ist, für die Halbleiterschicht 108 verwendet wird. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Halbleiterschicht 108 unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms ausgebildet und daher muss das Gas aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, angemessen abgegeben werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Halbleiterschicht 108 unter Verwendung eines Oxidhalbleiterfilms ausgebildet wird, die Struktur, bei der ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120 auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet ist als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, der ein Treiberschaltungsbereich ist, eine ausgezeichnete Wirkung hat. Darüber hinaus kann eine ähnliche Wirkung auch bei einem Transistor mit der Halbleiterschicht 108, die unter Verwendung eines anderen Materials (z. B. amorphes Silizium oder kristallines Silizium, welches ein auf Silizium basierendes Halbleitermaterial ist) als eines Oxidhalbleiters ausgebildet wird, erzielt werden.
Bei dieser Ausführungsform ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 ausgebildet, um ein Eindringen des aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegebenen Gases in das lichtemittierende Element 170 zu unterdrücken und/oder um die Adhäsion zwischen der Pixel-Elektrode 122 und dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 zu verbessern. Eine derartige Struktur kann ein Eindringen des Gases in Form von Wasserstoff, Feuchtigkeit oder dergleichen von dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 in das lichtemittierende Element 170 unterdrücken.
Jedoch könnte dann, wenn der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 über dem zweiten Transistor 103 und dem dritten Transistor 105 ausgebildet wäre, welche für den Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 verwendet werden, das Gas, das aus dem organischen isolierenden Material in dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegeben wird, nach außen nicht dispergiert werden und es würde in den zweiten Transistor 103 und den dritten Transistor 105 eindringen.
Wenn das oben beschriebene Gas in den für die Halbleiterschicht 108 der Transistoren verwendeten Oxidhalbleiter eindringt, wird das Gas als Verunreinigung in den Oxidhalbleiterfilm aufgenommen. Dies verändert Eigenschaften der Transistoren, bei denen die Halbleiterschicht 108 verwendet wird.
Im Gegensatz dazu kann bei der in 4 dargestellten Struktur, bei welcher der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 über dem zweiten Transistor 103 und dem dritten Transistor 105, welche für den Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140 verwendet werden, ein Loch aufweist, das heißt, bei welcher der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 120 in einem Teil des Pixel-Bereichs 142 bereitgestellt ist und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120 auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet ist als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 140, das aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegebene Gas nach außen dispergiert werden.
Bei dem ersten Transistor 101, der für den Pixel-Bereich 142 verwendet wird, ist es ebenfalls bevorzugt, wie in 4 dargestellt, einen die Halbleiterschicht 108 überlappenden Bereich des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 120, der unter Verwendung eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet wird, zu entfernen. Eine derartige Struktur kann vermeiden, dass das Gas, das aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 116 abgegeben wird, der unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials ausgebildet wird, in den ersten Transistor 101 eindringt.
Nun werden sonstige Bestandteile der Anzeigevorrichtung, die in 3 und 4 dargestellt ist, deren Strukturen sich von denjenigen der Bestandteile der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Anzeigevorrichtung unterscheiden, unten ausgeführt.
Die Trennwand 126 wird unter Verwendung eines organischen isolierenden Materials oder eines anorganischen isolierenden Materials ausgebildet. Es ist besonders bevorzugt, dass die Trennwand 126 unter Verwendung eines lichtempfindlichen Harzmaterials derart ausgebildet wird, dass sie eine Öffnung über der Pixel-Elektrode 122 aufweist, wobei eine Seitenwand der Öffnung als geneigte Oberfläche mit stetiger Krümmung gebildet ist.
Als das Füllmaterial 172 kann ein UV-härtendes Harz oder ein wärmeaushärtendes Harz verwendet werden, sowie ein Inertgas, wie z. B. Stickstoff oder Argon. Beispielsweise kann Polyvinylchlorid (PVC), ein auf Acryl basierendes Harz, ein auf Polyimid basierendes Harz, ein auf Epoxid basierendes Harz, ein auf Silikon basierendes Harz, Polyvinylbutyral (PVB) oder Ethylenvinylacetat (EVA) verwendet werden. Beispielsweise wird Stickstoff als das Füllmaterial 172 verwendet.
Als das lichtemittierende Element 170 kann ein lichtemittierendes Element, das Elektrolumineszenz nutzt, verwendet werden. Lichtemittierende Elemente, die Elektrolumineszenz nutzen, werden in Übereinstimmung damit klassifiziert, ob ein lichtemittierendes Material eine organische Verbindung oder eine anorganische Verbindung ist. Grundsätzlich wird Ersteres als organisches EL-Element bezeichnet, und Letzteres wird als anorganisches EL-Element bezeichnet. Hier wird ein organisches EL-Element verwendet.
Bei einem organischen EL-Element werden durch Anlegen einer Spannung an ein lichtemittierendes Element Elektronen und Löcher getrennt von einem Paar von Elektroden (der Pixel-Elektrode 122 und der Elektrode 130) in eine Schicht injiziert, die eine lichtemittierende organische Verbindung enthält, und es fließt ein Strom. Die Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, und dadurch wird die lichtemittierende organische Verbindung angeregt. Die lichtemittierende organische Verbindung kehrt vom angeregten Zustand in einen Grundzustand zurück, wodurch Licht emittiert wird. Aufgrund eines solchen Mechanismus wird dieses lichtemittierende Element als lichtemittierendes Element mit Stromanregung bezeichnet.
Um Licht aus dem lichtemittierenden Element 170 zu extrahieren, weist mindestens eine der Elektroden (die Pixel-Elektrode 122 oder die Elektrode 130) eine Lichtdurchlässigkeit auf. Bei dem lichtemittierenden Element kann jede der folgenden Emissionsstrukturen Anwendung finden: eine Struktur mit Emission nach oben, bei der eine Lichtemission durch die dem ersten Substrat 102 entgegengesetzt liegende Fläche extrahiert wird; eine Struktur mit Emission nach unten, bei der eine Lichtemission durch die Fläche auf der Seite des ersten Substrats 102 extrahiert wird; oder eine Doppelemissions-Struktur, bei der eine Lichtemission durch die dem ersten Substrat 102 entgegengesetzt liegende Fläche und die Fläche auf der Seite des ersten Substrats 102 extrahiert wird.
Ein Schutzfilm kann über der Elektrode 130 und der Trennwand 126 ausgebildet sein, um zu verhindern, dass Sauerstoff, Wasserstoff, Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder dergleichen in das lichtemittierende Element 170 eindringt. Als Schutzfilm kann ein Siliziumnitridfilm, ein Siliziumnitridoxidfilm oder dergleichen ausgebildet sein. Darüber hinaus ist in einem Raum, der von dem ersten Substrat 102, dem zweiten Substrat 152 und dem Dichtungsmittel 166 gebildet wird, das Füllmaterial 172 zum Dichten bereitgestellt. Es ist bevorzugt, dass ein Anzeigefeld mit einem Schutzfilm (wie z. B. einem Laminatfilm oder einem UV-härtenden Harzfilm) oder einem Abdeckmaterial mit hoher Luftundurchlässigkeit und geringer Entgasung gepackt (abgedichtet) ist, so dass auf diese Weise das Anzeigefeld nicht der äußeren Luft ausgesetzt ist.
Zusätzlich kann im Bedarfsfall ein optischer Film, wie z. B. eine polarisierende Platte, eine kreisförmig polarisierende Platte (einschließlich einer elliptisch polarisierenden Platte), eine Retardationsplatte (eine Viertelwellenplatte oder eine Halbwellenplatte) oder ein Farbfilter, angemessen auf einer lichtemittierenden Fläche des lichtemittierenden Elementes 170 bereitgestellt sein. Ferner kann die polarisierende Platte oder die kreisförmig polarisierende Platte einen Antireflexfilm aufweisen. Es kann beispielsweise eine Blendschutzbehandlung (anti-glare treatment) durchgeführt werden, durch die reflektiertes Licht durch Vorsprünge und Vertiefungen an der Oberfläche gestreut werden kann, um die Blendung zu verringern.
Für die lichtemittierende Schicht 128 werden vorzugsweise organische Verbindungen verwendet, die ein Gastmaterial, das ein lichtemittierendes Material zum Umwandeln einer Triplett-Anregungsenergie in eine Lichtemission ist, und ein Wirtsmaterial, dessen Triplett-Anregungsenergieniveau (T₁-Niveau) höher ist als dasjenige des Gastmaterials, enthält. Es sei angemerkt, dass die lichtemittierende Schicht 128 eine Struktur, bei der eine Vielzahl von lichtemittierenden Schichten übereinander angeordnet sind (so genannte Tandem-Struktur), oder eine Struktur haben kann, die abgesehen von einer lichtemittierenden Schicht eine funktionelle Schicht (z. B. eine Lochinjektionsschicht, eine Lochtransportschicht, eine Elektronentransportschicht, eine Elektroneninjektionsschicht oder eine Ladungserzeugungsschicht) umfasst.
Für das Dichtungsmittel 166 kann ein ein Glasmaterial enthaltendes Material, wie z. B. ein Glasstoff, der durch Schmelzen und Verfestigen von Glaspulver (auch als Glasfritte bezeichnet) ausgebildet wird, zusätzlich zu einem der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Materialien verwendet werden. Ein derartiges Material kann ein Durchdringen von Feuchtigkeit und Gas wirksam unterdrücken. Wenn das lichtemittierende Element 170 als Anzeigeelement verwendet wird, kann dementsprechend eine Verschlechterung des lichtemittierenden Elementes 170 unterdrückt werden, so dass die Anzeigevorrichtung sehr hohe Zuverlässigkeit aufweisen kann.
Ein mit dem Dichtungsmittel 166 abgedichteter Bereich in 4 hat eine Struktur, bei der nur der Gate-Isolierfilm 106 zwischen dem ersten Substrat 102 und dem zweiten Substrat 152 angeordnet ist; jedoch ist diese Struktur ein Beispiel und schränkt die vorliegende Erfindung nicht ein. Die Struktur kann beispielsweise eine Struktur sein, bei welcher der Gate-Isolierfilm 106 und der erste isolierende Zwischenschichtfilm 114 übereinander geschichtet sind. Es sei angemerkt, dass bei einer bevorzugten Struktur das Dichtungsmittel 166, wie in 4 dargestellt, in einem Bereich platziert ist, aus dem der zweite isolierende Zwischenschichtfilm 116 entfernt ist.
Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Anzeigevorrichtung beinhaltet, wie zuvor beschrieben, die Transistoren, die in dem Pixel-Bereich und dem Treiberschaltungsbereich ausgebildet sind, den ersten isolierenden Zwischenschichtfilm, der über den Transistoren ausgebildet ist, den zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm, der über dem ersten isolierenden Zwischenschichtfilm ausgebildet ist, und den dritten isolierenden Zwischenschichtfilm, der über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtilm ausgebildet ist. Bei dieser Struktur ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm in einem Teil eines oberen Bereichs des Pixel-Bereichs angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Treiberschaltungsbereich. Diese Struktur kann ein Eindringen des aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm abgegebenen Gases in den Transistor unterdrücken, was die Zuverlässigkeit der Anzeigevorrichtung erhöhen kann. Ferner kann der erste isolierende Zwischenschichtfilm ein Eindringen des aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm abgegebenen Gases in den Transistor unterdrücken.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Bildsensor, der in Kombination mit einer der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Anzeigevorrichtungen verwendet werden kann, beschrieben.
Ein Beispiel für eine Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor ist in 5A dargestellt. 5A stellt eine Ersatzschaltung eines Pixels der Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor dar.
Eine Elektrode eines Photodiodenelementes 4002 ist elektrisch mit einer Rücksetzsignalleitung 4058 verbunden, und die andere Elektrode des Photodiodenelementes 4002 ist elektrisch mit einer Gate-Elektrode eines Transistors 4040 verbunden. Entweder eine Source-Elektrode oder eine Drain-Elektrode des Transistors 4040 ist elektrisch mit einem Stromversorgungspotential (VDD) verbunden, und die andere der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 4040 ist elektrisch entweder mit einer Source-Elektrode oder mit einer Drain-Elektrode eines Transistors 4056 verbunden. Eine Gate-Elektrode des Transistors 4056 ist elektrisch mit einer Gate-Auswahlleitung 4057 verbunden, und die andere der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 4056 ist elektrisch mit einer Ausgangssignalleitung 4071 verbunden.
Es handelt sich bei einem ersten Transistor 4030 um einen Transistor zum Schalten eines Pixels. Entweder eine Source-Elektrode oder eine Drain-Elektrode des ersten Transistors 4030 ist elektrisch mit einer Videosignalleitung 4059 verbunden, und die andere der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode des ersten Transistors 4030 ist elektrisch mit einem Kondensator 4032 und einem Flüssigkristallelement 4034 verbunden. Eine Gate-Elektrode des ersten Transistors 4030 ist elektrisch mit einer Gate-Leitung 4036 verbunden.
Es sei angemerkt, dass Strukturen des ersten Transistors 4030, des Kondensators 4032 und des Flüssigkristallelementes 4034 ähnlich denjenigen in der bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Anzeigevorrichtung sein können.
5B stellt einen Querschnitt eines Teils eines Pixels der Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor und einen Querschnitt eines Treiberschaltungsabschnitts dar. Bei einem Pixel-Bereich 5042 sind das Photodiodenelement 4002 und der erste Transistor 4030 über einem ersten Substrat 4001 angeordnet. Bei einem Gate-Treiberschaltungsabschnitt 5040, der eine Treiberschaltung ist, sind ein zweiter Transistor 4060 und ein dritter Transistor 4062 über dem ersten Substrat 4001 angeordnet.
Ein erster isolierender Zwischenschichtfilm 4014, ein zweiter isolierender Zwischenschichtfilm 4016 und ein dritter isolierender Zwischenschichtfilm 4020 sind über dem Photodiodenelement 4002 und dem ersten Transistor 4030 in dem Pixel-Bereich 5042 ausgebildet. Über dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 4016 ist der Kondensator 4032, bei dem der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 4020 als Dielektrikum verwendet wird, ausgebildet.
Auf diese Weise ist der dritte isolierende Zwischenschichtfilm 4020 in einem Teil des Pixel-Bereichs 5042 angeordnet, und ein Kantenabschnitt des dritten isolierenden Zwischenschichtfilms 4020 ist auf einer weiter innen liegenden Seite gebildet als der Gate-Treiberschaltungsabschnitt 5040. Bei dieser Struktur kann ein aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 4016 abgegebenes Gas nach außen dispergiert werden. Diese Struktur kann daher ein Eindringen des aus dem zweiten isolierenden Zwischenschichtfilm 4016 abgegebenen Gases in den Transistor unterdrücken, was die Zuverlässigkeit der Anzeigevorrichtung erhöhen kann.
Bei dem Photodiodenelement 4002 sind eine untere Elektrode, die im gleichen Schritt wie die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode des ersten Transistors 4030 ausgebildet wird, und eine obere Elektrode, die im gleichen Schritt wie eine Pixel-Elektrode des Flüssigkristallelementes 4034 ausgebildet wird, als Paar von Elektroden enthalten, und eine Diode befindet sich zwischen dem Paar von Elektroden.
Als Diode, die als das Photodiodenelement 4002 verwendet werden kann, kann eine pn-Diode, die eine Schichtanordnung aus einem p-Typ-Halbleiterfilm und einem n-Typ-Halbleiterfilm umfasst, eine pin-Diode, die eine Schichtanordnung aus einem p-Typ-Halbleiterfilm, einem i-Typ-Halbleiterfilm und einem n-Typ-Halbleiterfilm umfasst, eine Schottky-Diode oder dergleichen verwendet werden.
Über dem Photodiodenelement 4002 sind ein erster Ausrichtungsfilm 4024, eine Flüssigkristallschicht 4096, ein zweiter Ausrichtungsfilm 4084, eine Gegenelektrode 4088, ein organischer isolierender Film 4086, ein gefärbter Film 4085, ein zweites Substrat 4052 und dergleichen angeordnet.
Es sei angemerkt, dass eine pin-Diode bessere photoelektrische Umwandlungseigenschaften aufweist, wenn die Seite des p-Typ-Halbleiterfilms als Lichtempfangsfläche verwendet wird. Das liegt daran, dass die Löcherbeweglichkeit niedriger ist als die Elektronenbeweglichkeit. Diese Ausführungsform zeigt ein Beispiel, bei dem Licht, das von einer Oberfläche des zweiten Substrats 4052 her durch den gefärbten Film 4085, die Flüssigkristallschicht 4096 und dergleichen in das Photodiodenelement 4002 einfällt, in ein elektrisches Signal umgewandelt wird; dieses Beispiel schränkt jedoch die vorliegende Erfindung nicht ein. Beispielsweise kann der gefärbte Film 4085 weggelassen werden.
Das bei dieser Ausführungsform beschriebene Photodiodenelement 4002 nutzt einen Stromfluss zwischen dem Paar von Elektroden, der durch Lichteinfall in das Photodiodenelement 4002 bewirkt wird. Wenn das Photodiodenelement 4002 Licht erkennt, kann eine Information über ein erkanntes Objekt gelesen werden.
Indem beispielsweise ein Schritt zum Herstellen des Transistors für die Anzeigevorrichtung und ein Schritt für den Bildsensor zur gleichen Zeit durchgeführt werden, kann die Produktivität der bei dieser Ausführungsform beschriebenen Anzeigevorrichtung mit dem Bildsensor erhöht werden. Jedoch können eine der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Anzeigevorrichtungen und der bei dieser Ausführungsform beschriebene Bildsensor über unterschiedlichen Substraten hergestellt sein. Insbesondere kann der Bildsensor über dem zweiten Substrat in einer der bei den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Anzeigevorrichtungen hergestellt sein.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für einen Tablet-Computer, bei dem eine Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, beschrieben.
6A bis 6C stellen einen zusammenklappbaren Tablet-Computer dar. 6A stellt den Tablet-Computer dar, der nicht zugeklappt ist. Der Tablet-Computer beinhaltet ein Gehäuse 8630 sowie einen Anzeigeabschnitt 8631a, einen Anzeigeabschnitt 8631b, einen Anzeigemodusschalter 8034, einen Netzschalter 8035, einen Stromsparmodusschalter 8036, eine Spange 8033 und einen Bedienungsschalter 8038, welche auf dem Gehäuse 8630 bereitgestellt sind.
Eine Anzeigevorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei dem Anzeigeabschnitt 8631a und dem Anzeigeabschnitt 8631b eingesetzt werden.
Der gesamte Anzeigeabschnitt 8631a oder ein Teil des Anzeigeabschnitts 8631a kann als Touchscreen dienen, und Daten können eingegeben werden, wenn eine angezeigte Bedienungstaste berührt wird. Beispielsweise kann der Anzeigeabschnitt 8631a Tastaturknöpfe im gesamten Bereich anzeigen, um als Touchscreen zu dienen, und der Anzeigeabschnitt 8631b kann als Anzeigebildschirm verwendet werden.
Ähnlich wie bei dem Anzeigeabschnitt 8631a kann der gesamte Anzeigeabschnitt 8631b oder ein Teil des Anzeigeabschnitts 8631b als Touchscreen dienen.
Des Weiteren können ein Touchscreen-Bereich des Anzeigeabschnitts 8631a und ein Touchscreen-Bereich des Anzeigeabschnitts 8631b gleichzeitig zur Eingabe berührt werden.
Mit dem Anzeigemodusschalter 8034 kann beispielsweise die Anzeige zwischen einem Hochformat, einem Querformat und dergleichen sowie zwischen monochromer Anzeige und Farbanzeige umgeschaltet werden. Mit dem Stromsparmodusschalter 8036 kann die Anzeigeleuchtdichte entsprechend dem Außenlicht, das durch einen optischen Sensor in dem Tablet-Computer erkannt wird, gesteuert werden. Es sei angemerkt, dass zusätzlich zu dem optischen Sensor eine weitere Detektionsvorrichtung mit einem Sensor, wie z. B. einem Kreiselinstrument oder einem Beschleunigungssensor, das/der eine Neigung erkennen kann, in dem Tablet-Computer enthalten sein kann.
Es sei angemerkt, dass 6A ein Beispiel zeigt, bei dem die Flächen des Anzeigeabschnitts 8631a und des Anzeigeabschnitts 8631b gleich sind; dieses Beispiel schränkt jedoch die vorliegende Erfindung nicht ein. Der Anzeigeabschnitt 8631a und der Anzeigeabschnitt 8631b können sich hinsichtlich der Fläche oder der Anzeigequalität voneinander unterscheiden. Beispielsweise kann ein Anzeigefeld ein Bild mit einer höheren Auflösung anzeigen als das andere Anzeigefeld.
Der Tablet-Computer ist in 6B geschlossen. Der Tablet-Computer beinhaltet das Gehäuse 8630 sowie eine Solarzelle 8633 und eine Lade- und Entladesteuerschaltung 8634, mit denen das Gehäuse 8630 versehen ist. In 6B ist eine Struktur, die eine Batterie 8635 und einen Gleichspannungswandler 8636 umfasst, als Beispiel für die Lade- und Entladesteuerschaltung 8634 dargestellt.
Da der Tablet-Computer zusammenklappbar ist, kann das Gehäuse 8630 geschlossen werden, wenn der Tablet-Computer nicht verwendet wird. Folglich können der Anzeigeabschnitt 8631a und der Anzeigeabschnitt 8631b geschützt werden, was zu ausgezeichneter Beständigkeit und ausgezeichneter Zuverlässigkeit hinsichtlich der Langzeitverwendung führt.
Der in 6A bis 6C dargestellte Tablet-Computer kann auch eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Arten von Daten (z. B. eines Standbildes, eines bewegten Bildes und eines Textbildes), eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, des Datums, der Zeit oder dergleichen auf dem Anzeigeabschnitt, eine berührungsempfindliche Eingabefunktion zum Bedienen oder Bearbeiten der Daten, die auf dem Anzeigeabschnitt angezeigt werden, eine Funktion zum Steuern der Verarbeitung mit verschiedenen Arten von Software (Programmen) und dergleichen aufweisen.
Elektrischer Strom, der mit der Solarzelle 8633 erhalten wird, kann zum Betrieb des Tablet-Computers verwendet oder in der Batterie 8635 gespeichert werden. Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 8633 an beiden Oberflächen des Gehäuses 8630 bereitgestellt sein kann. Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie als die Batterie 8635 verwendet wird, besteht ein Vorteil der Verkleinerung oder dergleichen.
Die Struktur und die Arbeitsweise der Lade- und Entladesteuerschaltung 8634 in 6B werden unter Bezugnahme auf ein Blockschema in 6C beschrieben. In 6C sind die Solarzelle 8633, die Batterie 8635, der Gleichspannungswandler 8636, ein Wandler 8637, ein Schalter SW1, ein Schalter SW2, ein Schalter SW3 und ein Anzeigeabschnitt 8631 dargestellt. Die Batterie 8635, der Gleichspannungswandler 8636, der Wandler 8637 und die Schalter SW1 bis SW3 in 6C entsprechen der Lade- und Entladesteuerschaltung 8634 in 6B.
In dem Fall, in dem elektrische Energie von der Solarzelle 8633 erzeugt wird, wird die Spannung der elektrischen Energie, die von der Solarzelle erzeugt wird, durch den Gleichspannungswandler 8636 derart erhöht oder verringert, dass die elektrische Energie eine Spannung zum Aufladen der Batterie 8635 aufweist. Dann wird der Schalter SW1 eingeschaltet, und die Spannung der elektrischen Energie wird durch den Wandler 8637 auf die optimale Spannung für den Anzeigeabschnitt 8631 erhöht oder verringert. Ferner wird dann, wenn keine Anzeige auf dem Anzeigeabschnitt 8631 erfolgt, der Schalter SW1 ausgeschaltet und der Schalter SW2 wird eingeschaltet, so dass die Batterie 8635 aufgeladen wird.
Es sei angemerkt, dass die Solarzelle 8633 als Beispiel für ein Stromerzeugungsmittel beschrieben wird, was jedoch der vorliegenden Erfindung keine Beschränkung auferlegt. Ersatzweise kann auch ein weiteres Stromerzeugungsmittel, wie z. B. ein piezoelektrisches Element oder ein thermoelektrisches Wandlerelement (Peltier-Element), verwendet werden. Die Batterie kann beispielsweise mittels eines in Kombination mit ihr verwendeten weiteren Lademittels, wie z. B. eines kontaktfreien Stromübertragungsmoduls, das durch drahtloses (kontaktloses) Übertragen und Empfangen des Stroms die Batterie aufladen kann, aufgeladen werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für ein elektronisches Gerät, das eine der bei den vorstehenden Ausführungsformen oder dergleichen beschriebenen Anzeigevorrichtungen beinhaltet, beschrieben.
7A stellt ein tragbares Informationsendgerät dar. Das tragbare Informationsendgerät in 7A beinhaltet ein Gehäuse 9300, einen Knopf 9301, ein Mikrofon 9302, einen Anzeigeabschnitt 9303, einen Lautsprecher 9304 und eine Kamera 9305 und weist eine Funktion als Mobiltelefon auf. Jede der Anzeigevorrichtungen und der Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor, welche bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann bei dem Anzeigeabschnitt 9303 eingesetzt werden.
7B stellt ein Display dar. Das Display in 7B beinhaltet ein Gehäuse 9310 und einen Anzeigeabschnitt 9311. Jede der Anzeigevorrichtungen und der Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor, welche bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann bei dem Anzeigeabschnitt 9311 eingesetzt werden.
7C stellt eine digitale Fotokamera dar. Die digitale Fotokamera in 7C beinhaltet ein Gehäuse 9320, einen Knopf 9321, ein Mikrofon 9322 und einen Anzeigeabschnitt 9323. Jede der Anzeigevorrichtungen und der Anzeigevorrichtung mit einem Bildsensor, welche bei den vorstehenden Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann bei dem Anzeigeabschnitt 9323 eingesetzt werden.
Durch Einsatz einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Zuverlässigkeit der elektronischen Geräte erhöht werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und Beispielen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
[Beispiel 1]
In diesem Beispiel wurde ein abgegebenes Gas aus einem Acrylharz untersucht, welches ein typisches Beispiel für das organische Harz ist, das für eine Anzeigevorrichtung verwendet werden kann.
Für eine Probe wurde ein Acrylharz auf ein Glassubstrat aufgetragen, und eine Wärmebehandlung wurde eine Stunde lang in einer Stickstoffgasatmosphäre bei 250°C durchgeführt. Es sei angemerkt, dass das Acrylharz derart ausgebildet wurde, dass es nach der Wärmebehandlung eine Dicke von 1,5 μm aufwies.
Das aus der hergestellten Probe abgegebene Gas wurde durch thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) gemessen.
8 zeigt die Ionenintensität des abgegebenen Gases als Funktion des Masse-Ladungs-Verhältnisses (auch als M/z bezeichnet) bei einer Oberflächentemperatur des Substrats von 250°C. In 8 stellt die horizontale Achse das Masse-Ladungs-Verhältnis dar, und die vertikale Achse stellt die Intensität (willkürliche Einheit) dar. Wie in 8 gezeigt, wurden ein Gas eines Ions mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 18 (ein H₂O-Gas), welches wahrscheinlich auf Wasser zurückzuführen ist, ein Gas eines Ions mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 28 (ein C₂H₄-Gas), ein Gas eines Ions mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 44 (ein C₃H₈-Gas) und ein Gas eines Ions mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 56 (ein C₄H₈-Gas), welches wahrscheinlich auf Kohlenwasserstoff zurückzuführen ist, detektiert. Es sei angemerkt, dass in der Nähe der jeweiligen Masse-Ladungs-Verhältnisse Fragment-Ionen der Gase detektiert wurden.
9 zeigt ebenfalls die Ionenintensität als Funktion der Oberflächentemperatur des Substrats für jedes Masse-Ladungs-Verhältnis (18, 28, 44 und 56). In 9 stellt die horizontale Achse die Oberflächentemperatur des Substrats (°C) dar, und die vertikale Achse stellt die Intensität (willkürliche Einheit) dar. Es wurde herausgefunden, dass in dem Fall, in dem die Oberflächentemperatur des Substrats im Bereich von 55°C bis 270°C lag, die Intensität eines Ions mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 18, welches wahrscheinlich auf Wasser zurückzuführen ist, einen Peak im Bereich von höher als oder gleich 55°C und niedriger als oder gleich 100°C und einen Peak im Bereich von höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 270°C aufwies. Im Gegensatz dazu wurde herausgefunden, dass die Intensitäten von Ionen mit Masse-Ladungs-Verhältnissen von 28, 44 und 56, welche wahrscheinlich auf Kohlenwasserstoff zurückzuführen sind, jeweils einen Peak im Bereich von höher als oder gleich 150°C und niedriger als oder gleich 270°C aufwiesen.
Die obigen Ergebnisse zeigten, dass Wasser, Kohlenwasserstoff und dergleichen, welche als Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiterfilm dienen, aus dem organischen Harz abgegeben wurden. Es wurde herausgefunden, dass im Besonderen Wasser auch bei einer relativ niedrigen Temperatur von höher als oder gleich 55°C und niedriger als oder gleich 100°C abgegeben wurde. Mit andere Worten: dies deutete darauf hin, dass sich elektrische Eigenschaften des Transistors verschlechtern könnten, wenn eine Verunreinigung, die auf das organische Harz zurückzuführen ist, den Oxidhalbleiterfilm erreichte.
Die obigen Ergebnisse deuteten ebenfalls darauf hin, dass dann, wenn das organische Harz mit einem Film, der kein abgegebenes Gas in Form von Wasser, Kohlenwasserstoff oder dergleichen durchlässt (z. B. einem Siliziumnitridfilm, einem Siliziumnitridoxidfilm oder einem Aluminiumoxidfilm), bedeckt war, die Abgabe des Gases aus dem organischen Harz den Druck auf den Film, der kein abgegebenes Gas in Form von Wasser, Kohlenwasserstoff oder dergleichen durchlässt, erhöhte. Dies könnte schließlich den Film, der kein abgegebenes Gas in Form von Wasser, Kohlenwasserstoff oder dergleichen durchlässt, beschädigen und einen Formfehler des Transistors verursachen.
In diesem Beispiel wurde ein Transistor hergestellt, und seine Querschnittsform und seine elektrischen Eigenschaften wurden bewertet.
Bei jeder Probe ist ein Bottom-Gate-Top-Kontakt-Transistor (bottom-gate top-contact transistor), der eine kanalgeätzte Struktur (channel-etched structure) hat und bei dem ein Oxidhalbleiterfilm verwendet wird, bereitgestellt. Der Transistor beinhaltet eine Gate-Elektrode, die über einem Glassubstrat angeordnet ist, einen Gate-Isolierfilm, der über der Gate-Elektrode angeordnet ist, einen Oxidhalbleiterfilm, der über der Gate-Elektrode angeordnet ist, wobei der Gate-Isolierfilm dazwischen liegt, und ein Paar von Elektroden über und in Kontakt mit dem Oxidhalbleiterfilm. Hier wurde ein Wolframfilm für die Gate-Elektrode verwendet, ein Siliziumnitridfilm und ein Siliziumoxynitridfilm darüber wurden für den Gate-Isolierfilm verwendet, und ein In-Ga-Zn-Oxidfilm wurde für den Oxidhalbleiterfilm verwendet. Für jede der Elektroden wurden ein Wolframfilm, ein Aluminiumfilm über dem Wolframfilm und ein Titanfilm über dem Aluminiumfilm verwendet.
Die isolierenden Schutzfilme (ein 450 nm dicker Siliziumoxynitridfilm und ein 50 nm dicker Siliziumnitridfilm darüber) sind über jeder der Elektroden angeordnet.
Bei einer Probe dieses Beispiels ist ein 2 μm dickes Acrylharz über den isolierenden Schutzfilmen angeordnet, und ein 200 nm dicker Siliziumnitridfilm ist über dem Acrylharz derart angeordnet, dass ein Teil einer Seitenfläche des Acrylharzes freigelegt ist. Bei einer Probe eines Vergleichsbeispiels ist ein 1,5 μm dickes Acrylharz über den isolierenden Schutzfilmen angeordnet, und ein 200 nm dicker Siliziumnitridfilm ist über dem Acrylharz angeordnet, um das Acrylharz zu bedecken.
10 zeigt ein Transmissionselektronenbild (transmission electron image; auch als TE-Bild bezeichnet) einer Querschnittsform eines vergrößerten Teils der Probe des Vergleichsbeispiels, welches mit TEM aufgenommen wurde. Für die Beobachtung der Querschnittsform wurde ein Ultra-thin Film Evaluation System HD-2300, hergestellt von Hitachi High-Technologies Corporation, verwendet. Es sei angemerkt, dass in 10 nur eine der Elektroden dargestellt ist. Es wird in der Elektrode und den isolierenden Schutzfilmen in 10, die zum Bedecken der Elektrode angeordnet sind, beobachtet, dass in den Schutzfilmen Risse von einem durch die Elektrode gebildeten Stufenbereich ab erzeugt sind. Da Strukturen der beobachteten Bereiche in der Probe dieses Beispiels und der Probe des Vergleichsbeispiels im Wesentlichen gleich sind, ist eine Querschnittsform der Probe dieses Beispiels nicht gezeigt.
Auf diese Weise hat die Probe dieses Beispiels eine Struktur, bei der ein aus dem Acrylharz abgegebenes Gas aus der Probe nach außen extrahiert wird, und die Probe des Vergleichsbeispiels hat eine Struktur, bei der ein aus dem Acrylharz abgegebenes Gas nicht aus der Probe nach außen extrahiert wird. Mit anderen Worten: bei der Probe des Vergleichsbeispiels wird das aus dem Acrylharz abgegebene Gas nicht nach außen extrahiert und dringt durch den Riss, der in den isolierenden Schutzfilmen erzeugt ist, in den Transistor ein.
Als nächstes wurden Gate-Spannung(Vg)-Drain-Strom(Id)-Eigenschaften, die elektrische Eigenschaften der Transistoren der Proben sind, gemessen. Die Vg-Id-Eigenschaften wurden unter Verwendung der Transistoren, die jeweils eine Kanallänge von 3 μm und eine Kanalbreite von 3 μm aufweisen, gemessen. Es sei angemerkt, dass bei den Messungen der Vg-Id-Eigenschaften die Drain-Spannung (Vd) auf 1 V oder 10 V eingestellt wurde und die Gate-Spannung (Vg) von –20 V bis 15 V überstrichen wurde.
11A und 11B zeigen die Vg-Id-Eigenschaften der Proben. Die Vg-Id-Eigenschaften von 20 Transistoren über einem Glassubstrat mit einer Fläche von 600 mm mal 720 mm wurden auf möglichst einheitliche Weise gemessen. 11A zeigt die Vg-Id-Eigenschaften und Feldeffektbeweglichkeit der Transistoren der Probe dieses Beispiels, und 11B zeigt die Vg-Id-Eigenschaften der Transistoren der Probe des Vergleichsbeispiels. Es sei angemerkt, dass die Feldeffektbeweglichkeit in 11A bei einer Drain-Spannung (Vd) von 10 V erhalten wurde. Die Feldeffektbeweglichkeit ist nicht in 11B gezeigt, da sie schwer ist zu ermitteln.
11A zeigt auf, dass die Transistoren der Probe dieses Beispiels ausgezeichnete Schalteigenschaften aufwiesen. 11B zeigt, dass die Transistoren der Probe des Vergleichsbeispiels keine Schalteigenschaft aufwiesen und sich „normalerweise eingeschaltet” verhielten.
Durch den Vergleich mit der Probe dieses Beispiels wird ersichtlich, dass der Mangel der Schalteigenschaften der Probe des Vergleichsbeispiels dadurch verursacht wurde, dass das aus dem Acrylharz abgegebene Gas die Transistoren beeinflusste. Vielleicht lag das insbesondere daran, dass das aus dem Acrylharz abgegebene Gas die Ladungsträgerdichte in dem Oxidhalbleiterfilm erhöhte und dass ein elektrisches Feld der Gate-Elektrode die Transistoren beim Ausschalten störte.
Dieses Beispiel zeigt, dass dann, wenn ein organisches Harz mit einem Film (hier einem 200 nm dicken Siliziumnitridfilm), der kein abgegebenes Gas in Form von Wasser, Kohlenwasserstoff oder dergleichen durchlässt, bedeckt ist, das aus dem organischen Harz abgegebene Gas einen Mangel der Schalteigenschaften eines Transistors verursacht. Dieses Beispiel zeigt auch, dass ein Mangel der Schalteigenschaften eines Transistors vermieden werden kann und ausgezeichnete Schalteigenschaften erzielt werden können, indem ein Weg, durch den das abgegebene Gas aus der Probe nach außen extrahiert wird, in einem Teil des Films, der das organische Harz bedeckt und kein abgegebenes Gas in Form von Wasser, Kohlenwasserstoff oder dergleichen durchlässt, bereitgestellt ist.
Bezugszeichen

101: erster Transistor, 102: erstes Substrat, 103: zweiter Transistor, 104: Gate-Elektrode, 105: dritter Transistor, 106: Gate-Isolierfilm, 107: Kondensator, 108: Halbleiterschicht, 110: Source-Elektrode, 112: Drain-Elektrode, 113: Elektrode, 114: erster isolierender Zwischenschichtfilm, 116: zweiter isolierender Zwischenschichtfilm, 118: Kondensatorelektrode, 120: dritter isolierender Zwischenschichtfilm, 122: Pixel-Elektrode, 124: erster Ausrichtungsfilm, 126: Trennwand, 128: lichtemittierende Schicht, 130: Elektrode, 140: Gate-Treiberschaltungsabschnitt, 142: Pixel-Bereich, 144: Source-Treiberschaltungsabschnitt, 146: FPC-Anschlussstelle, 148: FPC, 150: Flüssigkristallelement, 152: zweites Substrat, 153: gefärbter Film, 154: lichtblockierender Film, 156: organischer isolierender Schutzfilm, 158: Gegenelektrode, 160: Abstandshalter, 162: Flüssigkristallschicht, 164: zweiter Ausrichtungsfilm, 166: Dichtungsmittel, 170: lichtemittierendes Element, 172: Füllmaterial, 4001: erstes Substrat, 4002: Photodiodenelement, 4014: erster isolierender Zwischenschichtfilm, 4016: zweiter isolierender Zwischenschichtfilm, 4020: dritter isolierender Zwischenschichtfilm, 4024: erster Ausrichtungsfilm, 4030: erster Transistor, 4032: Kondensator, 4034: Flüssigkristallelement, 4036: Gate-Leitung, 4040: Transistor, 4052: zweites Substrat, 4056: Transistor, 4057: Gate-Auswahlleitung, 4058: Rücksetzsignalleitung, 4059: Videosignalleitung, 4060: zweiter Transistor, 4062: dritter Transistor, 4071: Ausgangssignalleitung, 4084: zweiter Ausrichtungsfilm, 4085: gefärbter Film, 4086: organischer isolierender Film, 4088: Gegenelektrode, 4096: Flüssigkristallschicht, 5040: Gate-Treiberschaltungsabschnitt, 5042: Pixel-Bereich, 8033: Spange, 8034: Schalter, 8035: Netzschalter, 8036: Schalter, 8038: Bedienungsschalter, 8630: Gehäuse, 8631: Anzeigeabschnitt, 8631a: Anzeigeabschnitt, 8631b: Anzeigeabschnitt, 8633: Solarzelle, 8634: Lade- und Entladesteuerschaltung, 8635: Batterie, 8636: Gleichspannungswandler, 8637: Wandler, 9300: Gehäuse, 9301: Knopf, 9302: Mikrofon, 9303: Anzeigeabschnitt, 9304: Lautsprecher, 9305: Kamera, 9310: Gehäuse, 9311: Anzeigeabschnitt, 9320: Gehäuse, 9321: Knopf, 9322: Mikrofon, 9323: Anzeigeabschnitt.

Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Seriennr. 2012-161344 , eingereicht beim japanischen Patentamt am 20. Juli 2012, deren gesamter Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenlegung gemacht ist.

Claims

Anzeigevorrichtung, die umfasst: einen Pixel-Abschnitt, der umfasst: einen ersten Transistor; einen ersten isolierenden Film über dem ersten Transistor; einen zweiten isolierenden Film über dem ersten isolierenden Film; einen dritten isolierenden Film über dem zweiten isolierenden Film; eine erste Elektrode über dem dritten isolierenden Film, wobei die erste Elektrode elektrisch mit dem ersten Transistor verbunden ist; einen ersten Ausrichtungsfilm über der ersten Elektrode; und eine Flüssigkristallschicht über dem ersten Ausrichtungsfilm; und einen Treiberschaltungsabschnitt, der umfasst: einen zweiten Transistor; den ersten isolierenden Film über dem zweiten Transistor; den zweiten isolierenden Film über dem ersten isolierenden Film; und den ersten Ausrichtungsfilm über dem zweiten isolierenden Film, wobei der erste isolierende Film ein anorganisches isolierendes Material umfasst, wobei der zweite isolierende Film ein organisches isolierendes Material umfasst, wobei der dritte isolierende Film ein anorganisches isolierendes Material umfasst, und wobei in dem Treiberschaltungsabschnitt der erste Ausrichtungsfilm vollständig in Kontakt mit dem zweiten isolierenden Film steht.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: einen zweiten Ausrichtungsfilm über der Flüssigkristallschicht; eine zweite Elektrode über dem zweiten Ausrichtungsfilm; einen vierten isolierenden Film über der zweiten Elektrode; einen gefärbten Film über dem vierten isolierenden Film; und einen lichtblockierenden Film über dem vierten isolierenden Film.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten isolierenden Film um einen Siliziumoxidfilm, einen Siliziumoxynitridfilm, einen Aluminiumoxidfilm, einen Hafniumoxidfilm, einen Galliumoxidfilm oder einen Metalloxidfilm auf Ga-Zn-Basis handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zweiten isolierenden Film um ein auf Acryl basierendes Harz, ein auf Polyimid basierendes Harz, ein auf Benzocyclobuten basierendes Harz, ein auf Polyamid basierendes Harz oder ein auf Epoxid basierendes Harz handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem dritten isolierenden Film um einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumnitridoxidfilm oder einen Aluminiumoxidfilm handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor jeweils eine Oxidhalbleiterschicht umfassen.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Oxidhalbleiterschicht Indium und/oder Zink umfasst.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Oxidhalbleiterschicht einen ersten Oxidhalbleiterfilm und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm aufweist.
Elektronisches Gerät, das die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 umfasst.
Anzeigevorrichtung, die umfasst: einen Pixel-Abschnitt, der umfasst: einen ersten Transistor; einen ersten isolierenden Film über dem ersten Transistor; einen zweiten isolierenden Film über dem ersten isolierenden Film; einen dritten isolierenden Film über dem zweiten isolierenden Film; eine erste Elektrode über dem dritten isolierenden Film, wobei die erste Elektrode elektrisch mit dem ersten Transistor verbunden ist; einen vierten isolierenden Film über der ersten Elektrode; eine lichtemittierende Schicht über der ersten Elektrode; eine zweite Elektrode über der lichtemittierenden Schicht; und ein Füllmaterial über der zweiten Elektrode; und einen Treiberschaltungsabschnitt, der umfasst: einen zweiten Transistor; den ersten isolierenden Film über dem zweiten Transistor; den zweiten isolierenden Film über dem ersten isolierenden Film; und das Füllmaterial über dem zweiten isolierenden Film, wobei der erste isolierende Film ein anorganisches isolierendes Material umfasst, wobei der zweite isolierende Film ein organisches isolierendes Material umfasst, wobei der dritte isolierende Film ein anorganisches isolierendes Material umfasst, und wobei in dem Treiberschaltungsabschnitt das Füllmaterial vollständig in Kontakt mit dem zweiten isolierenden Film steht.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem ersten isolierenden Film um einen Siliziumoxidfilm, einen Siliziumoxynitridfilm, einen Aluminiumoxidfilm, einen Hafniumoxidfilm, einen Galliumoxidfilm oder einen Metalloxidfilm auf Ga-Zn-Basis handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem zweiten isolierenden Film um ein auf Acryl basierendes Harz, ein auf Polyimid basierendes Harz, ein auf Benzocyclobuten basierendes Harz, ein auf Polyamid basierendes Harz oder ein auf Epoxid basierendes Harz handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem dritten isolierenden Film um einen Siliziumnitridfilm, einen Siliziumnitridoxidfilm oder einen Aluminiumoxidfilm handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor jeweils eine Oxidhalbleiterschicht umfassen.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Oxidhalbleiterschicht Indium und/oder Zink umfasst.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Oxidhalbleiterschicht einen ersten Oxidhalbleiterfilm und einen zweiten Oxidhalbleiterfilm aufweist.
Elektronisches Gerät, das die Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10 umfasst.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Füllmaterial um ein Inertgas, ein UV-härendes Harz oder ein wärmeaushärtendes Harz handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Füllmaterial um einen isolierenden Film handelt.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei dem Füllmaterial um Polyvinylchlorid, ein auf Acryl basierendes Harz, ein auf Polyimid basierendes Harz, ein auf Epoxid basierendes Harz, ein auf Silikon basierendes Harz, Polyvinylbutyral oder Ethylenvinylacetat handelt.