DE112019005072T5

DE112019005072T5 - Fahrzeugalarmvorrichtung

Info

Publication number: DE112019005072T5
Application number: DE112019005072.9T
Authority: DE
Inventors: Shunpei Yamazaki; Takayuki Ikeda; Kiyotaka KIMURA; Yuki TAMATSUKURI
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2018-10-11
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-07-22
Also published as: JP7402811B2; WO2020075008A1; CN112805764A; JPWO2020075008A1; US20220041101A1; KR20210071975A; JP2024025806A

Abstract

Eine neuartige Fahrzeugalarmvorrichtung wird bereitgestellt. Die Fahrzeugalarmvorrichtung beinhaltet eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen. Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen beinhaltet eine Vielzahl von Mikrofonen und eine Verzögerungsschaltung. Als Transistor, der in der Verzögerungsschaltung enthalten ist, wird ein OS-Transistor verwendet. Durch die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen wird ein Fremdgeräusch erhalten, und die Position der Schallquelle des Fremdgeräusches wird bestimmt. In dem Fall, in dem es aus der Relativgeschwindigkeit oder dergleichen zwischen der Schallquelle, deren Position bestimmt worden ist, und dem Fahrzeug beurteilt wird, dass die Schallquelle mit dem Fahrzeug mit höherer Wahrscheinlichkeit kollidiert, wird ein akustisches Signal zum Erregen der Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen ausgegeben.

Description

Technisches Gebiet
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Fahrzeugalarmvorrichtung. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren dafür.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehende technische Gebiet beschränkt ist. Das technische Gebiet einer Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft alternativ einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung (eine Materialzusammensetzung).
Stand der Technik
Es handelt sich bei Fahrzeugen, wie z. B. Autos, in der modernen Gesellschaft um eines der essentiellen Transportmittel oder Logistikmittel. In den letzten Jahren ist eine Technik zur Erkennung der Umgebung von Fahrzeugen unter Verwendung von Sensoren, wie z. B. LIDAR (Light Detection And Ranging), einem Millimeterwellen-Radar und einer Kamera, von vielen Unternehmen entwickelt worden. Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren, bei dem ein Hindernis, das sich in einem unsichtbaren Bereich befindet, durch eine Schallquellenlokalisierungs-Technologie unter Verwendung von Mikrofonen erkannt wird.
[Referenz]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H5-85288
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine neuartige Fahrzeugalarmvorrichtung oder dergleichen bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, eine Fahrzeugalarmvorrichtung oder dergleichen mit verbesserter Betriebsgeschwindigkeit bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe ist, eine Fahrzeugalarmvorrichtung oder dergleichen bereitzustellen, die selbst in einer Umgebung mit hoher Temperatur präzise arbeiten kann.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Aufgaben dem Vorhandensein weiterer Aufgaben nicht im Wege steht. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfüllt nicht notwendigerweise sämtliche dieser Aufgaben. Weitere Aufgaben werden aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
Mittel zur Lösung des Problems
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugalarmvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen beinhaltet. Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen beinhaltet eine Vielzahl von Mikrofonen und eine Verzögerungsschaltung. Als Transistor, der in der Verzögerungsschaltung enthalten ist, wird ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter, der eine Art von Metalloxid ist, in einer Halbleiterschicht enthält, in der ein Kanal gebildet wird (auch als „OS-Transistor“ bezeichnet), verwendet. Durch die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen wird ein Fremdgeräusch erhalten, und die Position der Schallquelle des Fremdgeräusches wird bestimmt. In dem Fall, in dem es aus der Relativgeschwindigkeit oder dergleichen zwischen der Schallquelle, deren Position bestimmt worden ist, und dem Fahrzeug beurteilt wird, dass die Schallquelle mit dem Fahrzeug mit höherer Wahrscheinlichkeit kollidiert, wird ein akustisches Signal zum Erregen von Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen ausgegeben.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugalarmvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen, eine Steuervorrichtung und eine Signalausgabevorrichtung beinhaltet und in einem Fahrzeug montiert ist. Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen weist eine Funktion zum Erhalten eines Fremdgeräusches und eine Funktion zum Bestimmen einer Position einer Schallquelle des Fremdgeräusches auf. Die Steuervorrichtung weist eine Funktion zum Erhalten einer Änderung der Position der Schallquelle und eine Funktion zum Zuführen eines Signals zu der Signalausgabevorrichtung auf. Die Signalausgabevorrichtung weist eine Funktion zum Empfangen des Signals und zum Ausgeben eines akustischen Signals auf.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugalarmvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen, eine Steuervorrichtung und eine Signalausgabevorrichtung beinhaltet und in einem Fahrzeug montiert ist. Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen weist eine Funktion zum Erhalten eines Fremdgeräusches und eine Funktion zum Bestimmen einer Position einer Schallquelle des Fremdgeräusches auf. Die Steuervorrichtung weist eine Funktion zum Erhalten einer Änderung der Position der Schallquelle und eine Funktion zum Zuführen eines Signals zu der Signalausgabevorrichtung auf. Die Signalausgabevorrichtung weist eine Funktion zum Empfangen des Signals und zum Ausgeben eines akustischen Signals auf. Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen beinhaltet ein Mikrofon-Array, das ein erstes Mikrofon und ein zweites Mikrofon umfasst, eine erste Auswahlschaltung, eine erste Signalhalteschaltung, eine zweite Signalhalteschaltung, eine zweite Auswahlschaltung und eine Signalverarbeitungsschaltung. Die erste Auswahlschaltung weist eine Funktion zum Auswählen des ersten Mikrofons oder des zweiten Mikrofons auf. Die erste Signalhalteschaltung weist eine Funktion zum Halten von Schallquellensignalen, die unter Verwendung des ersten Mikrofons zu einer Vielzahl von Zeitpunkten erhalten werden, als eine Vielzahl von ersten Spannungen, die den jeweiligen Schallquellensignalen entsprechen, auf. Die zweite Signalhalteschaltung weist eine Funktion zum Halten von Schallquellensignalen, die unter Verwendung des zweiten Mikrofons zu einer Vielzahl von Zeitpunkten erhalten werden, als eine Vielzahl von zweiten Spannungen, die den jeweiligen Schallquellensignalen entsprechen, auf. Die zweite Auswahlschaltung weist eine Funktion zum Auswählen einer der Vielzahl von ersten Spannungen und einer der Vielzahl von zweiten Spannungen auf. Die Signalverarbeitungsschaltung weist eine Funktion zum Durchführen einer Operation bzw. Berechnung der ersten Spannung und der zweiten Spannung auf, die durch die zweite Auswahlschaltung ausgewählt werden. Die erste Signalhalteschaltung und die zweite Signalhalteschaltung beinhalten jeweils einen ersten Transistor. Eine Halbleiterschicht des ersten Transistors enthält einen Oxidhalbleiter.
Das akustische Signal ist vorzugsweise ein Signal, das die Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen erregt. Solange die Aufmerksamkeit des Fahrzeuginsassen erregt werden kann, ist die Ausgabe der Signalausgabevorrichtung nicht notwendigerweise das akustische Signal. Beispielsweise kann sie ein Leuchtsignal, ein Geruch, eine Vibration oder dergleichen sein.
Die Steuervorrichtung weist eine Funktion zum Erhalten einer Änderung der Position der Schallquelle unter Verwendung der Position der Schallquelle und einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Position der Schallquelle und einem Fahrzeug auf.
Die Signalverarbeitungsschaltung kann eine Differenzschaltung und/oder eine Multiplikationsschaltung umfassen.
Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ohne Beschränkung auf Fahrzeuge, wie z. B. Autos und Busse, auf alle beweglichen Gegenstände angewandt werden kann. Beispielsweise kann sie auf verschiedene bewegliche Gegenstände angewendet werden, wie z. B. Eisenbahnfahrzeuge, darunter einen Zug und eine Lokomotive, Baufahrzeuge, darunter einen Kranwagen und einen Bulldozer, bemannte Roboter, Luftfahrzeuge, darunter ein Flugzeug und einen Hubschrauber, Schiffe, und U-Boote.
Wirkung der Erfindung
Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine neuartige Fahrzeugalarmvorrichtung oder dergleichen bereitgestellt werden. Alternativ kann eine Fahrzeugalarmvorrichtung oder dergleichen mit verbesserter Betriebsgeschwindigkeit bereitgestellt werden. Alternativ kann eine Fahrzeugalarmvorrichtung oder dergleichen bereitgestellt werden, die selbst in einer Umgebung mit hoher Temperatur präzise arbeiten kann.
Es sei angemerkt, dass die Beschreibung dieser Wirkungen dem Vorhandensein weiterer Wirkungen nicht im Wege steht. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt nicht notwendigerweise sämtliche dieser Wirkungen. Weitere Wirkungen werden aus der Erläuterung der Beschreibung, der Zeichnungen, der Patentansprüche und dergleichen ersichtlich und können davon abgeleitet werden.
Figurenliste

1A und 1B sind Ansichten, die ein Fahrzeug darstellen.
2A, 2B und 2C sind Blockdiagramme, die Strukturbeispiele einer Fahrzeugalarmvorrichtung und einer Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen darstellen.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung darstellt.
6 ist eine Ansicht, die eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung darstellt.
7 ist eine Ansicht, die eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung darstellt.
8 ist eine Ansicht, die eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung darstellt.
9 ist eine Ansicht, die eine Arbeitsweise einer Fahrzeugalarmvorrichtung darstellt.
10A und 10B sind Ansichten, die ein Strukturbeispiel eines neuronalen Netzes darstellen.
11A und 11B sind Blockdiagramme, die ein Strukturbeispiel einer Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen darstellen.
12 ist eine Ansicht, die ein Schaltungsstrukturbeispiel einer Verzögerungsschaltung darstellt.
13A und 13B sind Ansichten, die ein Betriebsbeispiel einer Verzögerungsschaltung darstellen.
14 ist eine Ansicht, die ein Schaltungsstrukturbeispiel von Verzögerungsschaltungen darstellt.
15 ist ein Zeitdiagramm, das ein Betriebsbeispiel von Verzögerungsschaltungen zeigt.
16A und 16B sind Ansichten, die eine Technologie zum Schätzten der Schallquellenrichtung darstellen.
17 ist eine Ansicht, die ein Schaltungsstrukturbeispiel einer Signalverarbeitungsschaltung darstellt.
18A, 18B und 18C sind Ansichten, die ein Schaltungsstrukturbeispiel einer Signalverarbeitungsschaltung darstellen.
19A und 19B sind Ansichten, die Schaltungsstrukturbeispiele einer Verzögerungsschaltung darstellen.
20A und 20B sind Ansichten, die Schaltungsstrukturbeispiele einer Differenzschaltung darstellen.
21 ist eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
22 ist eine Ansicht, die ein Strukturbeispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt.
23A, 23B und 23C sind Ansichten, die Strukturbeispiele von Transistoren darstellen.
24A, 24B, 24C, 24D und 24E sind Ansichten, die Strukturen eines Halbleiterwafers und eines elektronischen Bauelements zeigen.
25A und 25B sind Ansichten, die Strukturbeispiele von elektronischen Geräten darstellen.
26 ist eine Ansicht, die eine Marktvorstellung darstellt.

Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt ist und es für den Fachmann leicht ersichtlich ist, dass Modi und Details auf verschiedene Weise geändert werden können. Außerdem sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden.
In jeder Zeichnung, die in dieser Beschreibung erläutert wird, könnte zur Verdeutlichung der Erfindung die Größe, die Schichtdicke oder der Bereich jeder Komponente übertrieben dargestellt werden oder weggelassen werden. Deshalb sind sie nicht notwendigerweise auf das Größenverhältnis beschränkt. Außerdem könnte bei einer Draufsicht (auch als „Planansicht“ bezeichnet), einer perspektivischen Ansicht oder dergleichen die Darstellung von einigen Komponenten zum besseren Verständnis der Zeichnungen weggelassen werden. Außerdem könnte die Darstellung von einigen verdeckten Linien und dergleichen weggelassen werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen werden Ordnungszahlen, wie z. B. „erstes“ und „zweites“, verwendet, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden, und sie bezeichnen weder die Priorität noch die Reihenfolge, wie z. B. die Reihenfolge von Schritten oder die Anordnungsreihenfolge. Außerdem könnte ein Begriff ohne Ordnungszahl in dieser Beschreibung und dergleichen in Patentansprüchen mit einer Ordnungszahl versehen sein, um eine Verwechslung zwischen Komponenten zu vermeiden. Außerdem könnte ein Begriff mit einer Ordnungszahl in dieser Beschreibung und dergleichen in Patentansprüchen mit einer anderen Ordnungszahl versehen sein. Außerdem könnte dann, wenn in dieser Beschreibung und dergleichen ein Begriff mit einer Ordnungszahl versehen ist, die Ordnungszahl in Patentansprüchen und dergleichen weggelassen werden.
Des Weiteren bedeutet die explizite Erläuterung „X und Y sind verbunden“ in dieser Beschreibung und dergleichen, dass der Fall, in dem Xund Yelektrisch verbunden sind, der Fall, in dem X und Y funktional verbunden sind, und der Fall, in dem X und Y direkt verbunden sind, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart sind. Demzufolge ist, ohne Beschränkung auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, beispielsweise auf eine in Zeichnungen oder Texten gezeigte bzw. beschriebene Verbindungsbeziehung, eine weitere Verbindungsbeziehung als in Zeichnungen oder Texten gezeigte bzw. beschriebene Verbindungsbeziehung ebenfalls in den Zeichnungen oder den Texten offenbart.
In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet außerdem „parallel“ beispielsweise den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von größer als oder gleich -10° und kleiner als oder gleich 10° kreuzen. Folglich ist auch der Fall mit eingeschlossen, in dem der Winkel größer als oder gleich -5° und kleiner als oder gleich 5° ist. Zudem bezeichnen „senkrecht“ und „orthogonal“ beispielsweise den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von größer als oder gleich 80° und kleiner als oder gleich 100° kreuzen. Folglich ist auch der Fall mit eingeschlossen, in dem der Winkel größer als oder gleich 85° und kleiner als oder gleich 95° ist.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen bei der Verwendung der Begriffe „identisch“, „derselbe“, „gleich“, „gleichmäßig“ und dergleichen (darunter auch ihre Synonyme), die beim Beschreiben von Rechenwerten und Messwerten verwendet werden, ein Fehlerbereich von ±20 % mit eingeschlossen ist, sofern nicht anders angegeben.
Ferner bezeichnet in dieser Beschreibung und dergleichen ein hohes Stromversorgungspotential VDD (nachstehend einfach als „VDD“ oder „H-Potential“ bezeichnet) ein Stromversorgungspotential, das höher ist als ein niedriges Stromversorgungspotential VSS. Ferner bezeichnet das niedrige Stromversorgungspotential VSS (nachstehend einfach als „VSS“ oder „L-Potential“ bezeichnet) ein Stromversorgungspotential, das niedriger ist als das hohe Stromversorgungspotential VDD. Außerdem kann ein Erdpotential als VDD oder VSS verwendet werden. Beispielsweise handelt es sich in dem Fall, in dem ein Erdpotential als VDD dient, bei VSS um ein Potential, das niedriger ist als das Erdpotential; und es handelt sich in dem Fall, in dem ein Erdpotential als VSS dient, bei VDD um ein Potential, das höher ist als das Erdpotential.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „Film“ und der Begriff „Schicht“ je nach Sachlage oder Umständen untereinander ausgetauscht werden können. Beispielsweise kann der Begriff „leitende Schicht“ in einigen Fällen durch den Begriff „leitender Film“ ersetzt werden. Beispielsweise kann auch der Begriff „Isolierfilm“ in einigen Fällen durch den Begriff „Isolierschicht“ ersetzt werden.
(Ausführungsform 1)
Eine Fahrzeugalarmvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. 1A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Außenansicht eines Fahrzeugs 100 darstellt, das eine Fahrzeugalarmvorrichtung 200 beinhaltet. 1B ist eine Draufsicht auf das Fahrzeug 100. Es sei angemerkt, dass zum leichten Verständnis der Zeichnungen die Darstellung von einigen Komponenten des Fahrzeugs 100 in 1B und dergleichen weggelassen wird. Außerdem zeigt 2A ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel der Fahrzeugalarmvorrichtung 200 darstellt.
<Strukturbeispiel des Fahrzeugs 100 und der Fahrzeugalarmvorrichtung 200>
Das Fahrzeug 100, das in 1A und 1B dargestellt wird, beinhaltet M (M ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich 1) Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110. In dieser Beschreibung und dergleichen wird die erste Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 durch die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[1] dargestellt, und die k-te (k ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich M) Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 wird durch die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k] dargestellt. In ähnlicher Weise wird die M-te Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 durch die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[M] dargestellt.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen eine beliebige der Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[1] bis 110[M] durch „die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k]“ oder „die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110“ dargestellt wird. Das Gleiche gilt auch für die Bezugszeichen, die andere Komponenten darstellen. Um die Vielzahl von Komponenten zu unterscheiden, werden Ausdrücke, wie z. B. [1] oder_1, verwendet.
1A und 1B stellen 14 Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 (die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[1] bis 110[11]) dar. Insbesondere sind die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[1] bis 110[3] an der Vorderseite des Fahrzeugs 100 bereitgestellt, die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[4] bis 110[7] sind auf der rechten Seitenfläche bereitgestellt, die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[8] bis 110[10] sind an der Rückseite bereitgestellt, und die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[11] bis 110[14] sind auf der linken Seitenfläche bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass die Anzahl von Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110, die in dem Fahrzeug 100 bereitgestellt werden, nicht auf 14 beschränkt ist. Außerdem kann durch Erhöhung der Anzahl von verwendeten Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 die Erfassungsgenauigkeit der Position, der Geschwindigkeit und dergleichen eines sich dem Fahrzeug 100 nähernden Gegenstandes weiter erhöht werden.
Das Fahrzeug 100 beinhaltet ferner eine Airbagvorrichtung 131 in einem Lenkrad 151 und eine Airbagvorrichtung 132 in einem Armaturenbrett 152. Des Weiteren ist eine Airbagvorrichtung 133a in einer Tür 135a bereitgestellt, und eine Airbagvorrichtung 133b ist in einer Tür 135b bereitgestellt. Des Weiteren ist eine Airbagvorrichtung 134a in einer Tür 136a bereitgestellt, und eine Airbagvorrichtung 134b ist in einer Tür 136b bereitgestellt. Des Weiteren beinhaltet das Fahrzeug 100 eine Steuervorrichtung 120 und eine Signalausgabevorrichtung 130.
Die Fahrzeugalarmvorrichtung 200 beinhaltet die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110, die Steuervorrichtung 120 und die Signalausgabevorrichtung 130. Insbesondere sind die M Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 und die Signalausgabevorrichtung 130 mit der Steuervorrichtung 120 verbunden (siehe 2A).
Die Steuervorrichtung 120 kann eine Speichervorrichtung 121, eine arithmetische Vorrichtung 122, ein neuronales Netz 123 und dergleichen beinhalten. Die arithmetische Vorrichtung 122 kann ein GPU (Graphics Processing Unit bzw. Grafikprozessor) sein. Ferner kann die Steuervorrichtung 120 oder die arithmetische Vorrichtung 122 mit einer PLD (Programmable Logic Device bzw. programmierbaren logischen Vorrichtung), wie z. B. einer FPGA (Field Programmable Gate Array bzw. feldprogrammierbaren Gateanordnung) oder einer FPAA (Field Programmable Analog Array bzw. feldprogrammierbaren Analoganordnung), gebildet werden.
Es sei angemerkt, dass die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 und die Signalausgabevorrichtung 130 mit der Steuervorrichtung 120 entweder durch ein Drahtverbindungsverfahren oder durch ein drahtloses Verbindungsverfahren verbunden sein können. Das Drahtverbindungsverfahren, das eine direkte Verbindung mit einer Metallleitung oder dergleichen ermöglicht, wird mit geringerer Wahrscheinlichkeit als das drahtlose Verbindungsverfahren, das eine Verbindung per drahtlose Kommunikation oder dergleichen ermöglicht, durch Rauschen beeinflusst. Anstelle der Metallleitung kann auch eine optische Faser oder dergleichen verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn das drahtlose Verbindungsverfahren verwendet wird, die Anzahl von Leitungen, die zur Verbindung verwendet werden, verringert werden. Außerdem kann der Freiheitsgrad der Platzierung der Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 und der Signalausgabevorrichtung 130 erhöht werden. Daher kann die Fahrzeugalarmvorrichtung 200 leicht installiert werden.
Ferner kann ein Sensor 140 zusätzlich zu den Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 mit der Steuervorrichtung 120 verbunden sein (siehe 2A). Beispiele für den Sensor 140 umfassen einen Sensor für elektromagnetische Wellen, einen Ultraschallsensor, einen Infrarotsensor, einen Beschleunigungssensor, einen Bildsensor, ein Millimeterwellenradar, ein Lidar und dergleichen. Eine Vielzahl von Arten von Sensoren 140 kann mit der Steuervorrichtung 120 verbunden sein.
Die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[1] bis 110[3] weisen eine Funktion zum Erfassen einer Schallquelle hauptsächlich an der Vorderseite des Fahrzeugs 100 auf. Die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[4] bis 110[7] weisen eine Funktion zum Erfassen einer Schallquelle hauptsächlich auf der rechten Seitenfläche des Fahrzeugs 100 auf. Die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[8] bis 110[10] weisen eine Funktion zum Erfassen einer Schallquelle hauptsächlich an der Rückseite des Fahrzeugs 100 auf. Die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[11] bis 110[14] weisen eine Funktion zum Erfassen einer Schallquelle hauptsächlich auf der linken Seitenfläche des Fahrzeugs 100 auf.
Die Installationshöhe H der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 (die Höhe von einer Straßenoberfläche bis zur Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110) ist bevorzugt größer als oder gleich 50 cm, stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 m, noch stärker bevorzugt größer als oder gleich 1 m 50 cm von der Straßenoberfläche. Wenn die Installationsposition der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 nahe der Straßenoberfläche liegt, gibt es die Tendenz, dass die Vorrichtung mit höherer Wahrscheinlichkeit durch akustische Reflexion oder dergleichen wegen der Straßenoberfläche beeinflusst wird, so dass die Erfassungsgenauigkeit verringert werden könnte.
Ferner weisen die M Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 vorzugsweise die gleiche Installationshöhe H vom Erdboden auf. Insbesondere weisen die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[1] bis 110[3] vorzugsweise die gleiche Installationshöhe H auf. Ferner weisen die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[4] bis 110[7] vorzugsweise die gleiche Installationshöhe H auf. Ferner weisen die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[8] bis 110[10] vorzugsweise die gleiche Installationshöhe H auf. Ferner weisen die Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110[11] bis 110[14] vorzugsweise die gleiche Installationshöhe H auf.
Insbesondere ist die Installationshöhe H jeder der M Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 bevorzugt das 0,8-Fache oder mehr und das 1,2-Fache oder weniger der durchschnittlichen Installationshöhe H, stärker bevorzugt das 0,9-Fache oder mehr und das 1,1-Fache oder weniger der durchschnittlichen Installationshöhe H.
2B ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k] darstellt. Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k] beinhaltet ein Mikrofon-Array 111[k], eine Verzögerungsschaltungsgruppe 112[k], eine Signalverarbeitungsschaltung 113[k], einen ADC 114[k] und eine digitale arithmetische Schaltung 115[k].
Das Mikrofon-Array 111 [k] beinhaltet N (N ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich 2) Mikrofone 116. Die Mikrofone 116 weisen eine Funktion zum Umwandeln von eingefangenen Schallwellen in elektrische Signale (auch als „Schallquellensignale“ bezeichnet) auf.
Die Verzögerungsschaltungsgruppe 112[k] beinhaltet N Verzögerungsschaltungen 117. Das j-te (j ist eine ganze Zahl von größer als oder gleich 1 und kleiner als oder gleich N) Mikrofon 116 (das Mikrofon 116[1]) ist elektrisch mit der j-ten Verzögerungsschaltung 117 (der Verzögerungsschaltung 117[j]) verbunden. Die N Verzögerungsschaltungen 117 sind elektrisch mit der Signalverarbeitungsschaltung 113[k] verbunden, und die Signalverarbeitungsschaltung 113[k] ist elektrisch mit der digitalen arithmetischen Schaltung 115[k] verbunden. Es sei angemerkt, dass die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Der ADC 114[k] weist eine Funktion zum Umwandeln eines analogen Signals in ein digitales Signal auf. Daher wird, wenn die Ausgabe der Signalverarbeitungsschaltung 113[k] ein digitales Signal ist, der ADC 114 nicht notwendigerweise bereitgestellt. Ferner kann die Struktur der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k] vereinfacht werden, indem die Steuervorrichtung 120 die Funktionen des ADC 114[k] und/oder der digitalen arithmetischen Schaltung 115[k] übernimmt (siehe 2C).
Da ein analoges Signal gegenüber dem Rauschen schwach ist, wird dann, wenn die Ausgabe der Signalverarbeitungsschaltung 113[k] ein analoges Signal ist, der ADC 114[k] vorzugsweise so nah wie möglich der Signalverarbeitungsschaltung 113[k] bereitgestellt.
In dem Fall, in dem der ADC 114 in der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 bereitgestellt wird, kann dann, wenn beispielsweise die Anzahl von Richtungen von Schallquellen, die erkannt werden sollen, 8 ist, eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 mit 8 ADCs 114 bereitgestellt werden. Indem eine Vielzahl von ADCs 114 bereitgestellt wird, kann die Verarbeitungsfähigkeit der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 erhöht werden.
<Betriebsbeispiel der Fahrzeugalarmvorrichtung 200>
Als Nächstes wird ein Betriebsbeispiel der Fahrzeugalarmvorrichtung 200 anhand der Zeichnungen beschrieben. 3 und 4 sind Flussdiagramme, die die Arbeitsweise der Fahrzeugalarmvorrichtung 200 darstellen. 5 bis 9 sind Darstellungen, die die Arbeitsweise der Fahrzeugalarmvorrichtung 200 darstellen.
[Betriebsbeispiel 1]
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel der Fahrzeugalarmvorrichtung 200 darstellt. Zuerst wird ein Schall außerhalb des Fahrzeugs 100 (auch als „Fremdgeräusch“ bezeichnet) erhalten (Schritt S310). 5 stellt einen Zustand dar, in dem das Fahrzeug 100 ein Fremdgeräusch 901 erhält, das von einem Fahrzeug 900 erzeugt wird, das sich hinter einer wandförmigen Struktur 800 bewegt. Das Fahrzeug 900 wird durch die Struktur 800 behindert und kann nicht von dem Fahrzeug 100 visuell wahrgenommen werden.
Als Nächstes wird die Position der Schallquelle des Fremdgeräusches 901 bestimmt (Schritt S320, siehe 6). Das Verfahren zum Bestimmen der Position der Schallquelle wird nachstehend ausführlich beschrieben.
In der Steuervorrichtung 120 wird es dann aus der Position der Schallquelle und der Relativgeschwindigkeit zwischen der Position der Schallquelle und dem Fahrzeug 100 beurteilt, ob sich die Schallquelle, deren Position bestimmt worden ist, dem Fahrzeug 100 nähert oder nicht (Schritt S330).
In dem Fall, in dem es aus einer Änderung der Position der Schallquelle beurteilt wird, dass die Schallquelle eine Kollisionsgefahr mit dem Fahrzeug 100 aufweist, führt die Steuervorrichtung 120 der in dem Fahrzeug bereitgestellten Signalausgabevorrichtung 130 ein Signal zu. Wenn die Signalausgabevorrichtung 130 das Signal, das von der Steuervorrichtung 120 zugeführt wird, empfängt, gibt die Signalausgabevorrichtung 130 ein akustisches Signal, wie z. B. einen Warnton zum Erregen der Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen, aus (Schritt S340, siehe 7). Die Ausgabe des Warntons von der Signalausgabevorrichtung 130 ermöglicht, dass der Fahrzeuginsasse eine Ausweichbewegung durchführt, um eine Kollision zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass ein Audiosystem, ein Navigationssystem oder dergleichen, das in dem Fahrzeug 100 montiert ist, als Signalausgabevorrichtung 130 verwendet werden kann.
Ferner ist die Ausgabe der Signalausgabevorrichtung 130 nicht auf das akustische Signal beschränkt und kann ein Leuchtsignal sein. Alternativ kann ein Geruch, eine Vibration oder dergleichen ausgegeben werden, um die Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen zu erregen.
Die Position der Schallquelle kann mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 oder mit einer Vielzahl von Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110 bestimmt werden. Indem die Anzahl von Vorrichtungen zur Erfassung von Schallquellen 110, die zur Bestimmung der Position der Schallquelle verwendet werden, erhöht wird, kann die Genauigkeit der Bestimmung der Position der Schallquelle erhöht werden.
[Betriebsbeispiel 2]
4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Arbeitsweise darstellt, die sich von derjenigen des Betriebsbeispiels 1 unterscheidet. 4 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel für den Fall zeigt, in dem eine Insassenschutzvorrichtung (z. B. eine Airbagvorrichtung) in Kombination mit der Fahrzeugalarmvorrichtung 200 verwendet wird.
Der Vorgang bis zu dem Schritt S340 des Betriebsbeispiels 2 ist gleich demjenigen des Betriebsbeispiels 1. Die digitale arithmetische Schaltung 115[k] und/oder die Steuervorrichtung 120 analysieren/analysiert dann die Schallquelle, die sich dem Fahrzeug 100 nähert, und bestimmen/bestimmt aus der Art des Schalls das sich nähernde Objekt (das Fahrzeug 900 bei dieser Ausführungsform) (Schritt S350). Beispielsweise können Geräuschkomponenten, wie z. B. ein Motorengeräusch, ein Bremsgeräusch und ein Geräusch eines fahrenden Autos, durch ein Datenverarbeitungsverfahren, wie z. B. Template-Anpassung bzw. Template Matching, erkannt und ausgeschlossen werden. Ferner kann beispielsweise bestimmt werden, ob das Objekt (nachstehend auch als „sich näherndes Objekt“ bezeichnet) ein Lastwagen, ein Auto oder ein Motorrad ist. In dem Fall, in dem das sich nähernde Objekt mit einer Ultraschall-Kollisionsvermeidungsvorrichtung ausgestattet wird, kann eine Ultraschallwelle, die von dem sich nähernden Objekt erzeugt wird, genutzt werden, um das sich nähernde Objekt zu bestimmen.
Die Datenverarbeitung, wie z. B. die Bestimmung der Art eines sich nähernden Objekts oder die Entfernung einer Geräuschkomponente, kann unter Verwendung der künstlichen Intelligenz (artificial intelligence, AI bzw. KI), wie z. B. des maschinellen Lernens, durchgeführt werden.
Beispielsweise kann die Speichervorrichtung 121, die in der Steuervorrichtung 120 enthalten ist, Gewichtsdaten, die im Voraus durch Lernen erhalten worden sind, akustische Daten oder dergleichen speichern, so dass die Art des sich nähernden Objekts durch das neuronale Netz 123 unter Verwendung der Gewichtsdaten oder der akustischen Daten bestimmt werden kann. Ferner kann das neuronale Netz 123 aus Software bestehen und die arithmetische Vorrichtung 122 kann eine Berechnung durchführen, so dass die Art des sich nähernden Objekts bestimmt werden kann.
Mit der Technologie der künstlichen Intelligenz können Geräuschkomponenten, wie z. B. ein Motorengeräusch, ein Bremsgeräusch, ein Geräusch eines fahrenden Autos und andere Umgebungsgeräusche, entfernt werden. Die Verwendung der Technologie der künstlichen Intelligenz ermöglicht die Bestimmung eines sich nähernden Objekts aus verschiedenen Geräuschkomponenten.
Hier wird ein Strukturbeispiel des neuronalen Netzes 123 beschrieben. Wie in 10A gezeigt, kann das neuronale Netz 123 eine Eingabeschicht IL, eine Ausgabeschicht OL und eine Mittelschicht (versteckte Schicht) HL beinhalten. Die Eingabeschicht IL, die Ausgabeschicht OL und die Mittelschicht HL beinhalten jeweils ein oder mehrere Neuronen (Neuronen 124). Es sei angemerkt, dass die Mittelschicht HL aus einer Schicht oder aus zwei oder mehr Schichten bestehen kann. Ein neuronales Netz mit zwei oder mehr Mittelschichten HL kann auch als DNN (Deep Neural Network) bezeichnet werden, und das Lernen mit einem tiefen neuronalen Netz kann auch als Deep Learning bezeichnet werden.
Die Eingabedaten werden in Neuronen der Eingabeschicht IL eingegeben, die Ausgabesignale der Neuronen in der vorhergehenden Schicht oder der folgenden Schicht werden in Neuronen der Mittelschicht HL eingegeben, und die Ausgabesignale der Neuronen in der vorhergehenden Schicht werden in Neuronen der Ausgabeschicht OL eingegeben. Es sei angemerkt, dass jedes Neuron mit allen Neuronen der vorhergehenden und folgenden Schichten verbunden sein kann (vollständige Verbindung) oder mit einigen der Neuronen verbunden sein kann.
10B stellt ein Beispiel für eine Berechnung mit den Neuronen dar. Hier werden das Neuron 124 und zwei Neuronen der vorhergehenden Schicht, die Signale an das Neuron 124 ausgeben, dargestellt. Eine Ausgabe x₁ von einem Neuron der vorhergehenden Schicht und eine Ausgabe x₂ von einem Neuron der vorhergehenden Schicht werden in das Neuron 124 eingegeben. Anschließend wird bei dem Neuron 124 die Summe x₁w₁ + x₂w₂ von einem Multiplikationsergebnis (x₁w₁) der Ausgabe x₁ mit einem Gewicht w₁ und einem Multiplikationsergebnis (x₂w₂) der Ausgabe x₂ mit einem Gewicht w₂ berechnet, und dann wird eine Vorspannung b je nach Bedarf hinzugefügt, so dass der Wert a = x₁w₁ + x₂w₂ + b erhalten wird. Der Wert a wird mit einer Aktivierungsfunktion h umgewandelt, und ein Ausgabesignal y = h(a) wird von dem Neuron 124 ausgegeben.
Auf diese Weise umfasst die Berechnung mit den Neuronen eine Berechnung, bei der die Produkte aus den Ausgaben und den Gewichten von den Neuronen der vorhergehenden Schichten addiert werden, d. h. eine Produkt-Summen-Operation (x₁w₁ + x₂w₂, die vorstehend beschrieben worden ist). Diese Produkt-Summen-Operation kann über eine Software unter Verwendung eines Programms oder unter Verwendung einer Hardware durchgeführt werden. In dem Fall, in dem die Produkt-Summen-Operation mittels einer Hardware durchgeführt wird, kann eine Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet werden. Als Produkt-Summen-Operations-Schaltung kann entweder eine digitale oder eine analoge Schaltung verwendet werden. Wenn eine analoge Schaltung als Produkt-Summen-Operations-Schaltung verwendet wird, kann die Größe der Produkt-Summen-Operations-Schaltung verringert werden oder können eine höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit und ein geringerer Stromverbrauch durch eine Verringerung der Zugriffe auf einen Speicher erzielt werden.
Die Produkt-Summen-Operationsschaltung kann unter Verwendung eines Transistors mit Silizium (wie z. B. einkristallinem Silizium) in einer Halbleiterschicht, in der ein Kanal gebildet wird (auch als „Si-Transistor“ bezeichnet), oder eines OS-Transistors ausgebildet werden. Da der Sperrstrom des OS-Transistors sehr niedrig ist, wird er vorteilhaft als Transistor, der in einem analogen Speicher der Produkt-Summen-Operations-Schaltung enthalten ist, verwendet. Es sei angemerkt, dass die Produkt-Summen-Operations-Schaltung sowohl einen Si-Transistor als auch einen OS-Transistor enthalten kann.
Anschließend schätzt die Steuervorrichtung 120 aus einer Änderung des Abstandes und der Relativgeschwindigkeit zwischen dem sich nähernden Objekt und dem Fahrzeug 100, ob die Kollision zwischen dem sich nähernden Objekt und dem Fahrzeug 100 mit Gewissheit auftritt (Schritt S360). Außerdem schätzt die Steuervorrichtung 120 aus der Art des sich nähernden Objekts und der Relativgeschwindigkeit den Grad des Kollisionsstoßes. Dabei kann der Grad des Stoßes mit höherer Genauigkeit geschätzt werden, indem Daten, die von dem Sensor 140 erhalten werden, in Betracht gezogen werden.
In dem Fall, in dem die Möglichkeit einer Kollision als niedrig beurteilt wird, kehrt der Prozess zu dem Schritt S310 zurück. In dem Fall, in dem es beurteilt wird, dass eine Kollision mit Gewissheit auftritt, wird eine Insassenschutzvorrichtung aktiviert (Schritt S370). In dem Fall, in dem beispielsweise eine Airbagvorrichtung als Insassenschutzvorrichtung verwendet wird, können alle Airbagvorrichtungen, die das Fahrzeug 100 beinhalten, gleichzeitig aktiviert werden; alternativ kann die Kollisionsstelle des Fahrzeugs 100 geschätzt werden und kann die Airbagvorrichtung, die aktiviert werden soll, bestimmt werden.
In dem Fall, in dem beispielsweise die Kollision an der rechten Seitenfläche des Fahrzeugs 100 mit Gewissheit auftritt, werden die Airbagvorrichtung 133a und die Airbagvorrichtung 133b aktiviert, um einen Airbag 108 aufzublasen. Dabei kann der Airbag 108 vor der Kollision durch ein mechanisches Verfahren, wie z. B. eine Pumpe, aufgeblasen werden (siehe 8), und nach der Kollision kann der Airbag durch einen Gasgenerator schlagartig aufgeblasen werden (siehe 9).
Der Enddruck in dem Airbag 108 wird gemäß dem vorher abgeschätzten Grad des Kollisionsstoßes festgelegt. Indem der Druck in dem Airbag angemessen gesteuert wird, wird optimaler Insassenschutz gewährleistet. Ferner kann der Stoß sofort nach der Kollision von einem Beschleunigungssensor oder dergleichen erfasst werden, und dann kann der Druck in dem Airbag ferner reguliert werden. Indem die Airbagvorrichtung vor der Kollision aktiviert wird, kann der Insasse ohne Verzögerung geschützt werden.
Außerdem kann eine Vielzahl von Gasgeneratoren in der Airbagvorrichtung bereitgestellt werden; beispielsweise können der Druck, die Aufblähungsgeschwindigkeit und dergleichen des Airbags reguliert werden, indem die Gasgeneratoren sequenziell in Betrieb genommen werden. In dem Fall, in dem eine Vielzahl von Gasgeneratoren in der Airbagvorrichtung bereitgestellt wird, können die Sprengkräfte der Gasgeneratoren einander gleich oder voneinander unterschiedlich sein.
Wenn eine Vielzahl von Gasgeneratoren in der Airbagvorrichtung bereitgestellt wird, kann die Menge an verwendetem Schwarzpulver pro Gasgenerator verringert werden, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines zweiten Unfalls aufgrund der Auslösung der Airbagvorrichtung verringert werden kann. Das Geräusch der Explosion, das verursacht wird, wenn der Gasgenerator in Betrieb genommen wird, kann auch verringert werden, was eine psychologische Belastung des Insassen abmildern kann.
Außerdem können in der Airbagvorrichtung, an der eine Vielzahl von Gasgeneratoren montiert wird, selbst dann, wenn einer der Gasgeneratoren mangelhaft funktioniert, die anderen Gasgeneratoren die Auslösung der Airbagvorrichtung sicherstellen. Daher kann die Redundanz der Airbagvorrichtung erhöht werden. Das heißt, dass die Redundanz der Insassenschutzvorrichtung erhöht werden kann.
Ferner kann dann, wenn das vorstehend beschriebene Verfahren zum Einsatz kommt, bei dem der Airbag durch ein mechanisches Verfahren, z. B. durch eine Pumpe, vor einer Kollision aufgebläht wird, der Airbag in dem Fall, in dem eine Kollision knapp vermieden worden ist, oder im Falle einer leichten Kollision, für die der Gasgenerator nicht in Betrieb genommen werden muss, zur Wiederverwendung verwahrt werden. Auch in der Airbagvorrichtung, an der eine Vielzahl von Gasgeneratoren montiert ist, kann der Airbag in dem Fall, in dem ein Gasgenerator nach der Auslösung der Airbagvorrichtung noch nicht benutzt worden ist, zur Wiederverwendung verwahrt werden. Da die Airbagvorrichtung nicht ersetzt werden muss, können die Instandhaltungskosten des Fahrzeugs 100 verringert werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 2)
Bei dieser Ausführungsform werden eine Struktur und ein Vorgang der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, anhand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. 11A ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k], die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, darstellt. Es sei angemerkt, dass 11A ein Blockdiagramm ist, das demjenigen in 2C ähnlich ist. Daher werden Abschnitte, die sich von denjenigen, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden sind, unterscheiden, hauptsächlich beschrieben, um eine wiederholte Beschreibung zu verringern.
Die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110[k] einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Mikrofon-Array 111[k] mit einer Vielzahl von Mikrofonen und weist eine Funktion einer Vorrichtung zur Lokalisierung von Schallquellen auf, die auf eine Zielrichtung fokussieren kann, indem eine Verzögerung dem Schall, der in jedes Mikrofon hineingeht, hinzugefügt wird und somit die Schalle von der Zielrichtung phasengleich sind. Eine Differenz des Abstandes zwischen einer Schallquelle und einem Mikrofon führt zu einer Flugzeit- (time-of-flight, TOF-) Differenz von Schallwellen, wodurch die Position der Schallquelle geschätzt wird.
In 11A werden Schallquellensignale, die durch die Mikrofone 116 umgewandelt werden, durch Schallquellensignale D1 bis DN dargestellt. Der Verzögerungsschaltung 117[1] wird das Schallquellensignal D1 zugeführt, und der Verzögerungsschaltung 117[N] wird das Schallquellensignal DN zugeführt. Mit anderen Worten: Die Schallquellensignale D1 bis DN werden den entsprechenden Verzögerungsschaltungen 117[1] bis 117[N] zugeführt.
Eine Verstärkerschaltung kann ferner zwischen jedem Mikrofon 116 und jeder Verzögerungsschaltung 117 bereitgestellt werden. Indem die Verstärkerschaltung zwischen jedem Mikrofon 116 und jeder Verzögerungsschaltung 117 bereitgestellt wird, kann der Abstand zwischen dem Mikrofon-Array 111[k] und der Verzögerungsschaltungsgruppe 112[k] vergrößert werden.
Die Verzögerungsschaltungen 117 (die Verzögerungsschaltungen 117[1] bis 117[N]) weisen eine Funktion zum Verzögern der Schallquellensignale, die von den Mikrofonen 116 zugeführt werden, und zum Erzeugen von Ausgabesignalen auf. 11B zeigt ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Verzögerungsschaltung 117 darstellt. Die Verzögerungsschaltungen 117 beinhalten jeweils eine Auswahlschaltung 21, eine Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 und eine Auswahlschaltung 23.
Die Auswahlschaltung 21 (auch als erste Auswahlschaltung bezeichnet) weist eine Funktion eines Demultiplexers auf, der eines der Schallquellensignale D1 bis DN, wie z. B. das Schallquellensignal D1, in die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 einteilt. Die Auswahlschaltung 21 weist eine Funktion eines Schalters auf, dessen Ein- oder Ausschaltzustand durch ein Auswahlsignal W gesteuert wird. Beispielsweise besteht die Auswahlschaltung 21 aus n-Kanal-Transistoren. In diesem Fall werden die Transistoren, die in der Auswahlschaltung 21 enthalten sind, eingeschaltet, wenn das Auswahlsignal W bei dem H-Pegel ist, und sie werden ausgeschaltet, wenn das Auswahlsignal W bei dem L-Pegel ist.
Die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 weisen jeweils eine Funktion zum Halten von Analogspannungen, die den Schallquellensignalen entsprechen, und zum Ausgeben einer Spannung auf, die der analogen Spannung entspricht. Die Analogspannungen werden in die Signalhalteschaltungen 22 geschrieben, indem der Schalter der Auswahlschaltung 21 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eingeschaltet wird und das Schallquellensignal abgetastet wird. Das Schreiben der Analogspannungen in die Signalhalteschaltungen 22 kann gesteuert werden, indem das Auswahlsignal W auf den H-Pegel eingestellt wird. Ferner kann das Halten der Analogspannungen in den Signalhalteschaltungen 22 gesteuert werden, indem das Auswahlsignal W auf den L-Pegel eingestellt wird.
Die Analogspannungen, die auf dem Schallquellensignal zu dem Zeitpunkt basieren, zu dem das Auswahlsignal W auf den H-Pegel eingestellt wird, werden zu unterschiedlichen Zeitpunkten in die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 geschrieben, und die Analogspannungen werden gehalten, indem das Auswahlsignal W auf den L-Pegel eingestellt wird. Mit anderen Worten: Die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten das Schallquellensignal von dem Mikrofon 116 erhalten und Spannungen halten, die den Schallquellensignalen entsprechen. Die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 tastet nacheinander das Schallquellensignal ab, wodurch diskrete Werte des Schallquellensignals, das von dem Mikrofon 116 ausgegeben wird, gehalten werden können.
Die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 weisen auch eine Funktion zum Verstärkten und Ausgeben der gehaltenen Analogspannungen auf. Beispielsweise beinhaltet die Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 jeweils eine Sourcefolgerschaltung und weist eine Funktion zum Ausgeben einer Spannung, die der gehaltenen Analogspannung entspricht, durch die Sourcefolgerschaltung oder dergleichen auf.
Die Auswahlschaltung 23 (auch als zweite Auswahlschaltung bezeichnet) weist eine Funktion eines Multiplexers auf, der eine der Analogspannungen auswählt, die in der Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 gehalten werden, und diese zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt ausgibt. Die Auswahlschaltung 23 weist eine Funktion eines Schalters auf, dessen Ein- oder Ausschaltzustand durch ein Auswahlsignal S gesteuert wird. Beispielsweise besteht die Auswahlschaltung 23 aus n-Kanal-Transistoren. In diesem Fall werden die Transistoren, die in der Auswahlschaltung 23 enthalten sind, eingeschaltet, wenn das Auswahlsignal S bei dem H-Pegel ist, und sie werden ausgeschaltet, wenn das Auswahlsignal S bei dem L-Pegel ist.
Die Auswahlschaltung 23 wird in jeder der Verzögerungsschaltungen 117[1] bis 117[N] bereitgestellt, und Ausgabesignale Q11-Q1n bis QN1-QNn können erhalten werden. Die Ausgabesignale Q11-Q1n sind Signale, die dem Schallquellensignal D1 entsprechen, d. h. diskrete Signale, die durch sequentielle Ausgabe der Analogspannungen, die in der Vielzahl von Signalhalteschaltungen 22 in der Verzögerungsschaltung 117[1] gehalten werden, erhalten werden. Diese Ausgabesignale Q11-Q1n entsprechen dem Schallquellensignal D1, das um eine vorbestimmte Zeit verzögert wird. Die Ausgabesignale Q21-Q2n bis QN1-QNn sind auch Signale, die den Schallquellensignalen D2 bis DN entsprechen, d. h. diskrete Signale, die durch sequentielle Ausgabe der Analogspannungen, die in den Signalhalteschaltungen 22 in den Verzögerungsschaltungen 117[2] bis 117[N] gehalten werden, erhalten werden. Diese Ausgabesignale Q21-Q2n bis QN1-QNn entsprechen den Schallquellensignalen D2 bis DN, die um eine vorbestimmte Zeit verzögert werden. Das heißt, dass in der Auswahlschaltung 23 eine vorbestimmte Verzögerungszeit für das Auswahlsignal S eingestellt wird, wodurch die Ausgabesignale Q11-Q1n bis QN1-QNn, die Schallquellensignalen mit einer vorbestimmten Verzögerungszeit entsprechen, ausgegeben werden können.
Die Transistoren, die in der Verzögerungsschaltung 117 enthalten sind, sind vorzugsweise OS-Transistoren. Insbesondere werden OS-Transistoren vorzugsweise als Transistoren verwendet, die in den Signalhalteschaltungen 22 in der Verzögerungsschaltung 117 enthalten sind. Strom, der im Sperrzustand zwischen Source und Drain des OS-Transistors fließt (auch als „Sperrstrom“ bezeichnet), ist sehr gering. Die Verwendung der OS-Transistoren in den Signalhalteschaltungen 22 ermöglicht, dass die Analogspannungen, die durch Abtasten des Schallquellensignals erhalten werden, in den Signalhalteschaltungen 22 für eine lange Zeit gehalten werden. Mit anderen Worten: Die Analogspannungen, die in den Signalhalteschaltungen 22 gehalten werden, ändern sich nicht leicht und die Schätzung der Schallquelle, die auf den Schallquellensignalen basiert, kann präziser durchgeführt werden.
Außerdem können in den Signalhalteschaltungen 22, die OS-Transistoren beinhalten, Analogspannungen durch Laden oder Entladen von Ladungen erneut geschrieben und gelesen werden, so dass das Erhalten und Lesen von Analogspannungen im Wesentlichen ohne Beschränkung der Anzahl von Vorgängen durchgeführt werden können. Eine Signalhalteschaltung, die OS-Transistoren beinhaltet, weist eine hohe Beständigkeit gegen Neuschreiben auf, da im Unterschied zu einem magnetischen Speicher, einem Resistive Random Access Memory oder dergleichen keine Strukturveränderung auf atomarer Ebene verursacht wird. Außerdem wird die Instabilität wegen der Erhöhung von Elektroneneinfangzentren in einer Signalhalteschaltung, die OS-Transistoren beinhaltet, nicht beobachtet, selbst wenn ein Neuschreiben wie in einem Flash-Speicher wiederholt durchgeführt wird.
Die Signalhalteschaltungen 22, die OS-Transistoren beinhalten, können über einer Schaltung, die Si-Transistoren beinhaltet, oder dergleichen frei angeordnet werden; daher kann eine Integration leicht durchgeführt werden, selbst wenn eine Vielzahl von Verzögerungsschaltungen bereitgestellt wird. Außerdem kann, da ein OS-Transistor unter Verwendung einer Fertigungseinrichtung, die derjenigen für einen Si-Transistor im Wesentlichen gleich ist, hergestellt werden kann, die Herstellung mit geringen Kosten durchgeführt werden.
Außerdem kann ein OS-Transistor ein Halbleiterelement mit vier Anschlüssen sein, das zusätzlich zu einer Gate-Elektrode, einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode eine Rückgate-Elektrode beinhaltet. Ein elektrisches Netzwerk, in dem eine Eingabe oder Ausgabe von Signalen, die zwischen einer Source und einem Drain fließen, entsprechend einer Spannung, die an die Gate-Elektrode oder die Rückgate-Elektrode angelegt wird, unabhängig gesteuert werden kann, kann gebildet werden. Daher ist ein Schaltungsdesign mit der gleichen Idee wie bei einer LSI möglich. Außerdem weist ein OS-Transistor in einer Umgebung mit hoher Temperatur ausgezeichnetere elektrische Eigenschaften als ein Si-Transistor auf. Insbesondere kann ein vorteilhafter Schaltvorgang auch bei hoher Temperatur im Bereich von 125 °C bis 150 °C durchgeführt werden, da ein Verhältnis von Durchlassstrom zu Sperrstrom hoch ist.
Die Signalverarbeitungsschaltung 113 weist eine Funktion zum Berechnen der Differenz zwischen den Ausgabesignalen, die durch die Auswahlschaltungen 23 ausgewählt werden, zum Berechnen eines Integralwerts der Differenz und zum Schätzten der Verzögerungszeit auf, zu der Schallquellensignale phasengleich sind. Die Signalverarbeitungsschaltung 113 beinhaltet beispielsweise eine Differenzschaltung, eine Integratorschaltung, einen Komparator und eine Dreieckswellen-Erzeugungsschaltung. Spannungen der zwei Ausgabesignalen, die für einen Vergleich durch die Auswahlschaltungen 23 ausgewählt werden, werden in die Differenzschaltung eingegeben. Die Integratorschaltung gibt einen Wert aus, der durch Integrieren eines Ausgabesignals der Differenzschaltung erhalten wird. In den Komparator werden Ausgabesignale von der Integratorschaltung und der Dreieckswellen-Erzeugungsschaltung eingegeben.
Die Signalverarbeitungsschaltung 113 dient als arithmetische Analogschaltung. Da die Signalverarbeitungsschaltung 113 Signale von analogen Werten vergleicht und verarbeitet, kann eine Schaltung mit großer Fläche, wie z. B. eine A/D-Wandlerschaltung, weggelassen werden, so dass eine Erhöhung der Schaltungsfläche unterdrückt werden kann.
Ferner kann die Signalverarbeitungsschaltung 113 aus einer Multiplikationsschaltung bestehen. Die Multiplikationsschaltung kann mit einer logarithmischen Wandlerschaltung, einer Additionsschaltung oder einer antilogarithmischen Wandlerschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers gebildet werden. Die Multiplikationsschaltung kann auch mit einer translinearen Schaltung, wie z. B. einer Gilbert-Zelle, gebildet werden.
Bei der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden OS-Transistoren als Transistoren verwendet, die in der Verzögerungsschaltung 117 enthalten sind. Ferner weist die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein System zum Halten von Ladungen auf, die Analogspannungen entsprechen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten abgetastet werden. Da die OS-Transistoren einen extrem niedrigen Sperrstrom aufweisen, kann der Speicherkondensator zum Halten der Analogspannungen verkleinert werden. Daher kann die Integrationsdichte der Verzögerungsschaltungen 117 erhöht werden.
Außerdem kann die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskrete Schallquellensignale als Ausgabesignale lesen, indem die Analogspannungen, die den Ladungen entsprechen, die in der Verzögerungsschaltung 117 gehalten sind, zu unterschiedlichen Zeitpunkten gelesen werden. Eine gewünschte Verzögerungszeit kann eingestellt werden, indem der Zeitpunkt des Steuersignals S geändert wird. Demzufolge kann eine gewünschte Verzögerungszeit ohne Umwandlung von Schallquellensignalen in digitale Signale eingestellt werden, so dass diskrete Schallquellensignale phasengleich sein können.
12 zeigt ein spezifisches Schaltungsstrukturbeispiel der in 11B gezeigten Verzögerungsschaltung 117. 12 ist ein Strukturbeispiel einer Verzögerungsschaltung, bei der das Schallquellensignal D1, das von dem Mikrofon 116 ausgegeben wird, an zwei Knoten gehalten wird und zu unterschiedlichen Verzögerungszeitpunkten als drei Ausgabesignale ausgegeben wird.
12 zeigt Transistoren 101, die in der Auswahlschaltung 21 enthalten sind, die Transistoren 101, Transistoren 102 und Transistoren 103, die in den Signalhalteschaltungen 22 enthalten sind, und Transistoren 104, die in der Auswahlschaltung 23 enthalten sind. Die Transistoren 101 bis 104 sind n-Kanal-Transistoren und dienen als Schalter, die durch das Steuersignal bei dem H-Pegel eingeschaltet werden und durch das Steuersignal bei dem L-Pegel ausgeschaltet werden.
12 zeigt Auswahlsignale W11 und W12 als Auswahlsignal W. Es handelt sich bei den Auswahlsignalen W11 und W12 um Signale zum Abtasten der Analogspannungen des Schallquellensignals D1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
12 zeigt Knoten F11 und F12, an denen die Analogspannungen gehalten werden, die durch die Auswahlschaltung 21 abgetastet werden. In 12 werden die Knoten F11 und F12 mit den Gates der Transistoren 102 verbunden, die Eingangsanschlüsse der Sourcefolgerschaltungen sind. Bei der Struktur werden Vorspannungen V_B der Sourcefolgerschaltungen an die Gates der Transistoren 103 angelegt. Es sei angemerkt, dass, obwohl die Struktur, bei der Kondensatoren mit den Knoten F11 und F12 verbunden sind, dargestellt wird, die Kondensatoren weggelassen werden können, wenn die Gate-Kapazität der Transistoren 102 ausreichend groß ist. In 12 werden Knoten, mit denen die Transistoren 102 und die Transistoren 103, die in den Sourcefolgerschaltungen enthalten sind, verbunden sind, als O11 und O12 dargestellt. Die Spannungen der Knoten O11 und O12 entsprechen den Analogspannungen der Knoten F11 und F12. Die Sourcefolgerschaltungen können eine Ladungsversorgungsfähigkeit zu der folgenden Auswahlschaltung 23 erhöhen.
In 12 werden Auswahlsignale S11 bis S1n und S21 bis S2n als Auswahlsignal S der Auswahlschaltung 23 gezeigt. Die Auswahlsignale S11 bis S1n weisen eine Funktion zum Ausgeben der Spannung des Knotens O11 an die Ausgabesignale Q11 bis Q1n auf. Durch Einstellung des Zeitpunktes zum Zuführen der Auswahlsignale S11 bis S1n können die Ausgabesignale Q11 bis Q1n zu Signalen geändert werden, die durch Verzögerung der Spannung des Knotens O11 um eine vorbestimmte Zeit erhalten werden. Ferner weisen die Auswahlsignale S21 bis S2n eine Funktion zum Ausgeben der Spannung des Knotens O12 an die Ausgabesignale Q11 bis Q1n auf. Durch Einstellung des Zeitpunktes zum Zuführen der Auswahlsignale S21 bis S2n können die Ausgabesignale Q11 bis Q1n zu Signalen geändert werden, die durch Verzögerung der Spannung des Knotens O12 um eine vorbestimmte Zeit erhalten werden.
Als Nächstes wird der Vorgang der in 12 gezeigten Verzögerungsschaltung 117 anhand von 13 bis 16 beschrieben.
13A ist ein Strukturbeispiel der Verzögerungsschaltung 117, bei der zum leichten Verständnis des Vorgangs in 12 das Auswahlsignal W für das Abtasten des Schallquellensignals durch Auswahlsignale W11 bis W13 dargestellt wird und das Auswahlsignal S für das Lesen einer gehaltenen Vielzahl von Analogspannungen als Ausgabesignale Q11 und Q12 durch Auswahlsignale S111, S112, S121, S122, S131 und S132 dargestellt wird. Das heißt: Die Verzögerungsschaltung 117 in 13A weist eine Struktur auf, bei der das Abtasten des Schallquellensignals zu drei unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt wird, um drei Analogspannungen zu erhalten, und zwei Ausgabesignale mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben werden. Außerdem zeigt 13A den Knoten F11 bis einen Knoten F13 sowie den Knoten O11 bis einen Knoten O13.
13B ist ein Zeitdiagramm, das einen Abtastvorgang für das Schallquellensignal D1 darstellt, das mit der Verzögerungsschaltung 117 in 13A verbunden ist. In 13B wird eine Wellenform des Schallquellensignals D1 gezeigt und der Vorgang der Auswahlsignale W11 bis W13 und der Spannungen, die in die Knoten F11 bis F13 geschrieben werden, zu den Zeitpunkten T1 bis T4 wird dargestellt. Bei dem Zeitdiagramm handelt es sich bei den Perioden mit dem Schraffurmuster um Perioden in instabilem Zustand.
Wie vorstehend beschrieben, wird das Schallquellensignal D1 abgetastet, indem das Auswahlsignal W11 zu dem Zeitpunkt T1 auf den H-Pegel eingestellt wird und eine Spannung V1 des Schallquellensignals D1 in den Knoten F11 geschrieben wird.
Zu dem Zeitpunkt T2, der eine Periode T später von dem Zeitpunkt T1 ist, wird das Schallquellensignal D1 abgetastet, indem das Auswahlsignal W12 auf den H-Pegel eingestellt wird und eine Spannung V2 des Schallquellensignals D1 in den Knoten F12 geschrieben wird. Es sei angemerkt, dass die Periode T vorzugsweise kurz ist. In diesem Fall kann die Anzahl von Abtastungen des Schallquellensignals erhöht werden und eine Winkelauflösung verbessert werden.
Zu dem Zeitpunkt T3 wird das Schallquellensignal D1 abgetastet, indem das Auswahlsignal W13 auf den H-Pegel eingestellt wird und eine Spannung V3 des Schallquellensignals D1 in den Knoten F13 geschrieben wird.
Die Spannungen V1 bis V3, die an den Knoten F11 bis F13 gehalten werden, können gehalten werden, indem die Auswahlsignale W11 bis W13 auf den L-Pegel eingestellt werden. Im Falle einer Initialisierung kann, wie bei dem Zeitpunkt T4 gezeigt, das Auswahlsignal W11 auf den H-Pegel eingestellt werden, während das Schallquellensignal mit einem konstanten Potential zugeführt wird.
14 ist ein Strukturbeispiel der Verzögerungsschaltung 117[1], bei der zum leichten Verständnis des Vorgangs in 12 das Auswahlsignal W für das Abtasten des Schallquellensignals D1 durch die Auswahlsignale W11 bis W13 dargestellt wird und das Auswahlsignal S für das Lesen von gehaltenen Spannungen als Ausgabesignale Q11 und Q12 durch die Auswahlsignale S111, S112, S121, S122, S131 und S132 dargestellt wird, und ein Strukturbeispiel der Verzögerungsschaltung 117[2], bei der das Auswahlsignal W für das Abtasten des Schallquellensignals D2 durch die Auswahlsignale W21 bis W23 dargestellt wird und das Auswahlsignal S für das Lesen von gehaltenen Spannungen als Ausgabesignale Q21 und Q22 durch die Auswahlsignale S211, S212, S221, S222, S231 und S232 dargestellt wird. Das heißt: Die Verzögerungsschaltungen 117[1] und 117[2] in 14 weisen eine Struktur auf, bei der drei Analogspannungen erhalten werden und zwei Ausgabesignale mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben werden. Außerdem zeigt 14 die Knoten F11 bis F13, Knoten F21 bis F23, die Knoten O11 bis O13 und Knoten O21 bis O23.
15 ist ein Zeitdiagramm, das Vorgänge zum Lesen der Spannungen V1 bis V3, die an den jeweiligen Knoten F11 bis F13 in der Verzögerungsschaltung 117[1] in 14 gehalten werden, und der Spannungen V4 bis V6, die an den jeweiligen Knoten F21 bis F23 in der Verzögerungsschaltung 117[2] gehalten werden, als Ausgabesignale Q11, Q12, Q21 und Q22 darstellt. 15 zeigt auch Vorgänge zu den Zeitpunkten T5 bis T8 der Ausgabesignale Q11, Q12, Q21 und Q22, die durch die Auswahlsignale S111, S112, S121, S122, S131, S132, S211, S212, S221, S222, S231 und S232 aus den Knoten F11 bis F13 und den Knoten F21 bis F23 gelesen werden.
Zu dem Zeitpunkt T5 wird das Auswahlsignal S111 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V1 an dem Knoten F11 entspricht, wird als Ausgabesignal Q11 ausgegeben. Zu dem gleichen Zeitpunkt T5 wird das Auswahlsignal S211 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V4 an dem Knoten F21 entspricht, wird als Ausgabesignal Q21 ausgegeben.
Zu dem Zeitpunkt T7 wird das Auswahlsignal S131 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V3 an dem Knoten F13 entspricht, wird als Ausgabesignal Q11 ausgegeben. Zu dem gleichen Zeitpunkt T7 wird das Auswahlsignal S122 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V5 an dem Knoten F12 entspricht, wird als Ausgabesignal Q12 ausgegeben. Zu dem Zeitpunkt T7 wird das Auswahlsignal S231 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V6 an dem Knoten F23 entspricht, wird als Ausgabesignal Q21 ausgegeben. Zu dem gleichen Zeitpunkt T7 wird das Auswahlsignal S222 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V5 an dem Knoten F22 entspricht, wird als Ausgabesignal Q22 ausgegeben.
Zu dem Zeitpunkt T8 wird das Auswahlsignal S132 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V3 an dem Knoten F13 entspricht, wird als Ausgabesignal Q12 ausgegeben. Zu dem gleichen Zeitpunkt T8 wird das Auswahlsignal S232 auf den H-Pegel eingestellt, und die Spannung, die der Spannung V6 an dem Knoten F23 entspricht, wird als Ausgabesignal Q22 ausgegeben.
Wie in 15 gezeigt, kann das Ausgabesignal Q12 als verzögertes Ausgabesignal Q11 erhalten werden. In ähnlicher Weise kann das Ausgabesignal Q22 als verzögertes Ausgabesignal Q21 erhalten werden. Indem der Zeitpunkt des Auswahlsignals S gesteuert wird, können die Signale, die in den Signalhalteschaltungen gehalten werden, mit beliebiger Verzögerungszeit ausgegeben werden. Wenn sich der Abstand zwischen der Schallquelle und dem Mikrofon zwischen der Verzögerungsschaltung 117[1] und der Verzögerungsschaltung 117[2] unterscheidet, können beispielsweise die Schallquellensignale durch Änderung der Verzögerungszeit phasengleich sein, wodurch die Schallquellenrichtung geschätzt werden kann.
16A ist eine schematische Ansicht, die die vorstehend beschriebene Technologie zum Schätzten der Schallquellenrichtung darstellt, in der die Ausgabesignale, die den Schallquellensignalen entsprechen, durch Änderung der Verzögerungszeit phasengleich sind.
16A zeigt die Mikrofone 116[1] und 116[2] als Teil des Mikrofon-Arrays sowie eine Schallquelle 40. Zur Erläuterung ist in 16A der Abstand zwischen der Schallquelle 40 und dem Mikrofon 116[1] 1 m, und der Abstand zwischen dem Mikrofon 116[1] und dem Mikrofon 116[2] ist 0,5 m. Der Abstand von der Schallquelle 40 bis zum Mikrofon 116[2] ist ungefähr 1,12 m. Daher wird der Schall, der von der Schallquelle 40 das Mikrofon 116[2] erreicht, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Schall von der Schallquelle 40 das Mikrofon 116[1] erreicht, unter der Annahme um 0,35 ms verzögert, dass die Schallgeschwindigkeit 340 m/s ist.
16B zeigt die visualisierten Ausgabesignale Q11 bis Q13 und Q21 bis Q23, die verzögerte Schallquellensignale sind, die durch die Verzögerungsschaltungen 117[1] und 117[2] in der schematischen Ansicht in 16A erhalten werden. Wie in 16B gezeigt, verzögern die Verzögerungsschaltungen 117[1] und 117[2] die Ausgabesignale, wobei in den Verzögerungsschaltungen die Verzögerungszeiten auf keine Verzögerungszeit (0 ms), eine Verzögerungszeit (0,35 ms) und eine Verzögerungszeit (0,7 ms) eingestellt werden.
Wie in 16B gezeigt, weisen die Mikrofone 116[1] und 116[2] mit keiner Verzögerungszeit (0 ms) unterschiedliche Ankunftszeiten des Schalls auf, und die Ausgabesignale, die von den beiden Verzögerungsschaltungen 117[1] und 117[2] ausgegeben werden, stimmen nicht überein (Zeitpunkt t1). Im Gegensatz dazu stimmen das Ausgabesignal, das von der Verzögerungsschaltung 117[1] mit einer Verzögerungszeit (0,35 ms) ausgegeben wird, und das Ausgabesignal, das von der Verzögerungsschaltung 117[2] mit keiner Verzögerungszeit ausgegeben wird, überein (Zeitpunkt t2). Das Gleiche gilt auch für die Ausgabesignale, die zu den Zeitpunkten t3 und t4 erhalten werden. Indem die Ausgabesignale, die durch unterschiedliche Verzögerungsschaltungen erhalten werden, miteinander verglichen werden, wird die Korrespondenz/Inkorrespondenz von Phasen der Ausgabesignale bestimmt, was für die Schätzung der Schallquelle genutzt werden kann.
Wie in den schematischen Ansichten von 16A und 16B gezeigt, werden die Ausgabesignale, die auf dem abgetasteten Schallquellensignal basieren, verzögert, und die Ausgabesignale werden miteinander verglichen. Die Verzögerungszeit einer Phase eines Schalls, der von der Zielrichtung kommt, kann geschätzt werden. Indem die Differenz des Abstandes zu der Schallquelle unter Verwendung der Verzögerungszeit berechnet wird, kann die Vorrichtung eine Funktion zur Lokalisierung von Schallquellen aufweisen, die auf die Zielrichtung fokussieren kann.
17 zeigt ein spezifisches Strukturbeispiel der Signalverarbeitungsschaltung 113. Die Signalverarbeitungsschaltung 113 in 17 beinhaltet Differenzschaltungen 31_1 bis 31 9, Integratorschaltungen 32_1 bis 32_9, Komparatoren 33_1 bis 33_9, eine Dreieckswellen-Erzeugungsschaltung 34 und eine arithmetische Schaltung 35.
Die Differenzschaltungen 31_1 bis 31 9 berechnen die Differenz zwischen den Ausgabesignalen (den Ausgabesignalen Q11 bis Q13 und Q21 bis Q23 in dem Beispiel von 17) von jeder Verzögerungsschaltung (den Verzögerungsschaltungen 117[1] und 117[2] in dem Beispiel von 17). An die Integratorschaltungen 32_1 bis 32_9 werden die Ausgabesignale von den jeweiligen Differenzschaltungen 31_1 bis 31_9 ausgegeben, und die Ausgabesignale werden integriert. In die Komparatoren 33_1 bis 33_9 werden eine Dreieckswelle von der Dreieckswellen-Erzeugungsschaltung 34 und die Ausgabesignale von den Integratorschaltungen 32_1 bis 32_9 eingegeben, und die Komparatoren 33_1 bis 33_9 vergleichen die Spannungen. An die arithmetische Schaltung 35 werden die Ausgabesignale von den Komparatoren 33_1 bis 33_9 ausgegeben, und die Verzögerungszeit zum Abgleichen der Phasen der Schallquellensignale wird geschätzt, wodurch ein Ausgabesignal OUT, das der Differenz des Abstandes zu der Schallquelle entspricht, von der Verzögerungszeit erhalten werden kann.
Spezifische Beispiele für die Schaltung, die in der Signalverarbeitungsschaltung 113 enthalten ist, werden anhand von 18A bis 18C beschrieben. 18A ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur einer Stufe in der Signalverarbeitungsschaltung 113 in 17 zeigt. 18A zeigt als Beispiel eine Differenzschaltung 31, in die die Ausgabesignale Q1 und Q2 eingegeben werden, eine Integratorschaltung 32, einen Komparator 33 und eine Dreieckswellen-Erzeugungsschaltung 34.
Ein Strukturbeispiel der Differenzschaltung 31 wird in 18B gezeigt. Die Differenzschaltung 31 beinhaltet beispielsweise einen Widerstand 51, einen Widerstand 52, einen Transistor 53, einen Transistor 54 und einen Transistor 55. Ein nicht invertierender Eingangsanschluss ist mit einem Gate des Transistors 53 verbunden. Ein invertierender Eingangsanschluss ist mit einem Gate des Transistors 54 verbunden. Eine Leitung, die eine Vorspannung Vbias zuführt, ist mit einem Gate des Transistors 55 verbunden. Ein Ausgangsanschluss OUT der Differenzschaltung 31 wird auf der Seite des Drain-Anschlusses des Transistors 54 bereitgestellt.
Ein Strukturbeispiel der Integratorschaltung 32 wird in 18C gezeigt. Die Integratorschaltung 32 beinhaltet beispielsweise eine Diode 61, einen Widerstand 62, einen Operationsverstärker 63, einen Kondensator 64 und einen Schalter 65. Dem Eingangsanschluss der Diode 61 wird das Ausgabesignal der Differenzschaltung 31 zugeführt. An dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers wird der Ausgangsanschluss OUT der Integratorschaltung 32 bereitgestellt.
19A und 19B zeigen Modifikationsbeispiele von Schaltungsstrukturen, die für jeden Transistor in der vorstehend beschriebenen Verzögerungsschaltung 117 verwendet werden können.
Die Transistoren 101 bis 104 in 12, 13A und dergleichen weisen eine Top-Gate-Struktur oder eine Bottom-Gate-Struktur ohne Rückgate-Elektrode auf; jedoch sind sie nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können wie in einer Verzögerungsschaltung 117Ain 19A Transistoren 101A bis 104A, die eine Rückgate-Elektrode beinhalten, verwendet werden. Mit der Struktur von 19A können die Zustände der Transistoren 101A bis 104A von außen leichter gesteuert werden.
Die Transistoren 101 bis 104 in 12, 13A und dergleichen weisen eine Top-Gate-Struktur oder eine Bottom-Gate-Struktur ohne Rückgate-Elektrode auf; jedoch sind sie nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können wie in einer Verzögerungsschaltung 117B in 19B Transistoren 101B bis 104B, die Rückgate-Elektroden beinhalten, die mit ihren Gate-Elektroden verbunden sind, verwendet werden. Mit der Struktur von 19B kann die Menge an Strom, der durch die Transistoren 101B bis 104B fließt, erhöht werden.
20A und 20B zeigen Modifikationsbeispiele von Schaltungsstrukturen, die für jeden Transistor in der vorstehend beschriebenen Differenzschaltung 31 verwendet werden können.
Die Transistoren 53 bis 55 in 18B weisen eine Top-Gate-Struktur oder eine Bottom-Gate-Struktur ohne Rückgate-Elektrode auf; jedoch sind sie nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können wie in einer Differenzschaltung 31A in 20A Transistoren 53A bis 55A, die eine Rückgate-Elektrode beinhalten, verwendet werden. Mit der Struktur von 20A können die Zustände der Transistoren 53A bis 55A von außen leichter gesteuert werden.
Die Transistoren 53 bis 55 in 18B weisen eine Top-Gate-Struktur oder eine Bottom-Gate-Struktur ohne Rückgate-Elektrode auf; jedoch sind sie nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können wie in einer Differenzschaltung 31B in 20B Transistoren 53B bis 55B, die Rückgate-Elektroden beinhalten, die mit ihren Gate-Elektroden verbunden sind, verwendet werden. Mit der Struktur von 20B kann die Menge an Strom, der durch die Transistoren 53B bis 55B fließt, erhöht werden.
Die vorstehend beschriebene Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Signale von einer Vielzahl von Mikrofonen als Signale von analogen Werten zusammen halten und verzögerte Signale ausgeben. Mit Analogspannungen kann die Halbleitervorrichtung eine Signalverarbeitung durchführen. Demzufolge kann die A/D-Wandlerschaltung zum Verarbeiten von Signalen weggelassen werden, wodurch Fehlfunktionen aufgrund von Frequenzfehlern oder Unsynchronisation, die durch große Menge an arithmetischer Verarbeitung oder dergleichen verursacht werden, verringert werden können. Es sei angemerkt, dass die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht nur für die Schallquellenlokalisierungs-Technologie, mit der die Richtung, von der ein bestimmter Schall erzeugt wird, bestimmt wird, sondern auch z. B. für eine Technologie, mit der ein Zustand durch Phasenunterschiede von empfangenen Signalen geschätzt wird, verwendet werden kann.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 3)
Bei dieser Ausführungsform werden Strukturen eines Transistors beschrieben, der in einer Halbleitervorrichtung, wie z. B. der Fahrzeugalarmvorrichtung 200, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, verwendet werden kann. Insbesondere wird eine Struktur beschrieben, bei der Transistoren mit unterscheidenden elektrischen Eigenschaften übereinander angeordnet werden. Mit der Struktur kann die Designflexibilität der Halbleitervorrichtung erhöht werden. Indem Transistoren mit unterscheidenden elektrischen Eigenschaften übereinander angeordnet werden, kann der Integrationsgrad der Halbleitervorrichtung erhöht werden.
Eine Halbleitervorrichtung, die in 21 dargestellt wird, beinhaltet einen Transistor 300, einen Transistor 500 und einen Kondensator 600. 23A ist eine Querschnittsansicht des Transistors 500 in der Kanallängsrichtung, 23B ist eine Querschnittsansicht des Transistors 500 in der Kanalbreitenrichtung, und 23C ist eine Querschnittsansicht des Transistors 300 in der Kanalbreitenrichtung.
Der Transistor 500 ist ein OS-Transistor. Da der Sperrstrom des Transistors 500 niedrig ist, können, indem der Transistor 500 als Transistor, der in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, verwendet wird, eine geschriebene Datenspannung oder Ladungen lange Zeit gehalten werden. Mit anderen Worten: Der Stromverbrauch der Halbleitervorrichtung kann verringert werden, da die Halbleitervorrichtung eine geringe Häufigkeit des Aktualisierungsvorgangs oder keine Notwendigkeit des Aktualisierungsvorgangs aufweist.
Die Halbleitervorrichtung, die bei dieser Ausführungsform beschrieben wird, beinhaltet den Transistor 300, den Transistor 500 und den Kondensator 600, wie in 21 gezeigt. Der Transistor 500 wird oberhalb des Transistors 300 bereitgestellt, und der Kondensator 600 wird oberhalb des Transistors 300 und des Transistors 500 bereitgestellt.
Der Transistor 300 ist über einem Substrat 311 bereitgestellt und beinhaltet einen Leiter 316, einen Isolator 315, einen Halbleiterbereich 313, der ein Teil des Substrats 311 ist, sowie einen niederohmigen Bereich 314a und einen niederohmigen Bereich 314b, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen. Es sei angemerkt, dass der Transistor 300 beispielsweise als Transistor verwendet werden kann, der in einer Pufferschaltung 17 der vorstehenden Ausführungsform enthalten ist.
Wie in 23C gezeigt, sind eine Oberseite und eine Seitenfläche in der Kanalbreitenrichtung des Halbleiterbereichs 313 des Transistors 300 mit dem Leiter 316 bedeckt, wobei der Isolator 315 dazwischen angeordnet ist. Bei dem FIN-Transistor 300 wird die effektive Kanalbreite erhöht, wodurch die Durchlasszustandseigenschaften des Transistors 300 verbessert werden können. Außerdem können, da der Beitrag des elektrischen Feldes der Gate-Elektrode erhöht werden kann, die Sperrzustandseigenschaften des Transistors 300 verbessert werden.
Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Transistor 300 um einen p-Kanal-Transistor oder um einen n-Kanal-Transistor handeln kann.
Vorzugsweise enthalten ein Bereich des Halbleiterbereichs 313, in dem ein Kanal gebildet wird, ein Bereich in der Nähe davon, die niederohmigen Bereiche 314a und 314b, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen, und dergleichen einen Halbleiter, wie z. B. einen Halbleiter auf Siliziumbasis, bevorzugt einkristallines Silizium. Alternativ können diese Bereiche unter Verwendung eines Materials, das Ge (Germanium), SiGe (Siliziumgermanium), GaAs (Galliumarsenid), GaAlAs (Galliumaluminiumarsenid) oder dergleichen enthält, ausgebildet werden. Es kann auch eine Struktur zum Einsatz kommen, bei der Silizium verwendet wird, dessen effektive Masse gesteuert wird, indem eine Spannung an das Kristallgitter angelegt wird und der Gitterabstand verändert wird. Alternativ kann es sich bei dem Transistor 300 um einen Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (high-electron-mobility transistor, HEMT) aus GaAs und GaAlAs oder dergleichen handeln.
Die niederohmigen Bereiche 314a und 314b enthalten zusätzlich zu einem Halbleitermaterial, das für den Halbleiterbereich 313 verwendet wird, ein n-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Element, wie z. B. Arsen oder Phosphor, oder ein p-Typ-Leitfähigkeit verleihendes Element, wie z. B. Bor.
Der Leiter 316, der als Gate-Elektrode dient, kann unter Verwendung eines Halbleitermaterials, wie z. B. Silizium, das das n-Typ-Leitfähigkeit verleihende Element, wie z. B. Arsen oder Phosphor, oder das p-Typ-Leitfähigkeit verleihende Element, wie z. B. Bor, enthält, oder eines leitenden Materials, wie z. B. eines Metallmaterials, eines Legierungsmaterials oder eines Metalloxidmaterials, ausgebildet werden.
Es sei angemerkt, dass ein Material, das für den Leiter verwendet wird, die Austrittsarbeit des Leiters bestimmt, wodurch die Schwellenspannung des Transistors angepasst werden kann, wenn das Material, das für den Leiter verwendet wird, ausgewählt wird. Insbesondere wird es bevorzugt, Titannitrid, Tantalnitrid oder dergleichen als Leiter zu verwenden. Um sowohl die Leitfähigkeit als auch die Einbettbarkeit sicherzustellen, wird es außerdem bevorzugt, eine Schichtanordnung aus Metallmaterialien, wie z. B. Wolfram und Aluminium, als Leiter zu verwenden. Insbesondere wird Wolfram in Hinblick auf die Wärmebeständigkeit bevorzugt.
Es sei angemerkt, dass der in 21 dargestellte Transistor 300 nur ein Beispiel ist und nicht auf die darin dargestellte Struktur beschränkt ist; ein geeigneter Transistor kann entsprechend einer Schaltungsstruktur oder einem Betriebsverfahren verwendet werden. In dem Fall, in dem alle Transistoren, die in der Halbleitervorrichtung enthalten sind, OS-Transistoren sind und die gleiche Leitfähigkeit aufweisen (dies bedeutet die Transistoren mit gleicher Polarität, wie z. B. nur n-Kanal-Transistoren), weist der Transistor 300 eine Struktur auf, die derjenigen des Transistors 500 ähnlich ist, der einen Oxidhalbleiter enthält, wie in 22 gezeigt. Es sei angemerkt, dass die Details des Transistors 500 nachstehend beschrieben werden.
Ein Isolator 320, ein Isolator 322, ein Isolator 324 und ein Isolator 326 sind der Reihe nach derart übereinander angeordnet, dass sie den Transistor 300 bedecken.
Für den Isolator 320, den Isolator 322, den Isolator 324 und den Isolator 326 kann beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Aluminiumnitridoxid, Aluminiumnitrid oder dergleichen verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung „Siliziumoxynitrid“ auf ein Material bezieht, das Sauerstoff enthält, dessen Anteil höher ist als der Stickstoffanteil, und dass sich „Siliziumnitridoxid“ auf ein Material bezieht, das Stickstoff enthält, dessen Anteil höher ist als der Sauerstoffanteil. Außerdem bezieht sich in dieser Beschreibung „Aluminiumoxynitrid“ auf ein Material, das Sauerstoff enthält, dessen Anteil höher ist als der Stickstoffanteil, und „Aluminiumnitridoxid“ bezieht sich auf ein Material, das Stickstoff enthält, dessen Anteil höher ist als der Sauerstoffanteil.
Der Isolator 322 kann als Planarisierungsfilm zum Planarisieren einer Pegeldifferenz dienen, die durch den unter dem Isolator 322 bereitgestellten Transistor 300 oder dergleichen hervorgerufen wird. Beispielsweise kann die Oberseite des Isolators 322 durch eine Planarisierungsbehandlung mittels eines chemischmechanischen Polier- (CMP-) Verfahrens oder dergleichen planarisiert werden, um den Grad der Planarität zu erhöhen.
Der Isolator 324 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Films mit einer Sperreigenschaft ausgebildet, der verhindert, dass Wasserstoff und Verunreinigungen von dem Substrat 311, dem Transistor 300 oder dergleichen in einen Bereich diffundieren, in dem der Transistor 500 bereitgestellt ist.
Für den Film, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, kann beispielsweise Siliziumnitrid, das durch ein CVD-Verfahren abgeschieden wird, verwendet werden. Die Diffusion von Wasserstoff in ein Halbleiterelement, das einen Oxidhalbleiter enthält, wie z. B. den Transistor 500, verschlechtert in einigen Fällen die Eigenschaften des Halbleiterelements. Daher wird vorzugsweise ein Film, der eine Wasserstoffdiffusion verhindert, zwischen dem Transistor 500 und dem Transistor 300 bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem Film, der eine Wasserstoffdiffusion verhindert, um einen Film, von dem weniger Wasserstoff abgegeben wird.
Die Menge an abgegebenem Wasserstoff kann beispielsweise durch thermische Desorptionsspektroskopie (TDS) oder dergleichen analysiert werden. Die Menge an Wasserstoff, der von dem Isolator 324 abgegeben wird, umgerechnet in Wasserstoffatome pro Flächeneinheit des Isolators 324, ist beispielsweise niedriger als oder gleich 10 × 10¹⁵ Atome/cm², bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 10¹⁵ Atome/cm² bei der TDS-Analyse bei einer Temperatur der Filmoberfläche in dem Bereich von 50 °C bis 500 °C.
Es sei angemerkt, dass die Permittivität des Isolators 326 vorzugsweise niedriger ist als diejenige des Isolators 324. Beispielsweise ist die relative Permittivität des Isolators 326 bevorzugt niedriger als 4, stärker bevorzugt niedriger als 3. Beispielsweise ist die relative Permittivität des Isolators 326 bevorzugt das 0,7-Fache oder weniger, stärker bevorzugt das 0,6-Fache oder weniger derjenigen des Isolators 324. In dem Fall, in dem ein Material mit niedriger Permittivität für einen Zwischenschichtfilm verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen erzeugt wird, verringert werden.
Ein Leiter 328, ein Leiter 330 und dergleichen, welche mit dem Kondensator 600 oder dem Transistor 500 verbunden sind, sind in dem Isolator 320, dem Isolator 322, dem Isolator 324 und dem Isolator 326 eingebettet. Es sei angemerkt, dass der Leiter 328 und der Leiter 330 jeweils als Anschlusspfropfen oder Leitung dienen. Eine Vielzahl von Leitern, die als Anschlusspfropfen oder Leitungen dienen, ist in einigen Fällen gemeinsam mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Ferner können in dieser Beschreibung und dergleichen eine Leitung und ein Anschlusspfropfen, der mit der Leitung verbunden ist, eine einzelne Komponente bilden. Das heißt, dass in einigen Fällen ein Teil eines Leiters als Leitung dient und ein Teil eines Leiters als Anschlusspfropfen dient.
Als Material für die jeweiligen Anschlusspfropfen und Leitungen (z. B. den Leiter 328 und den Leiter 330) kann ein leitendes Material, wie z. B. ein Metallmaterial, ein Legierungsmaterial, ein Metallnitridmaterial oder ein Metalloxidmaterial, in einer Einzelschicht oder Schichtanordnung verwendet werden. Vorzugsweise wird ein hochschmelzendes Material, das sowohl Wärmebeständigkeit als auch Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, verwendet, und besonders vorzugsweise wird Wolfram verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit niedrigem Widerstand, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, verwendet. Die Verwendung eines leitenden Materials mit niedrigem Widerstand kann den Leitungswiderstand verringern.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 326 und dem Leiter 330 bereitgestellt werden. Beispielsweise sind in 21 ein Isolator 350, ein Isolator 352 und ein Isolator 354 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 356 in dem Isolator 350, dem Isolator 352 und dem Isolator 354 ausgebildet. Der Leiter 356 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung, der/die mit dem Transistor 300 verbunden ist. Es sei angemerkt, dass der Leiter 356 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden kann, das den zum Ausbilden des Leiters 328 und des Leiters 330 verwendeten Materialien ähnlich ist.
Es sei angemerkt, dass als Isolator 350 vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator verwendet wird, der wie der Isolator 324 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Ferner umfasst der Leiter 356 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, wird insbesondere in einer Öffnung des Isolators 350 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Bei einer derartigen Struktur können der Transistor 300 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 300 in den Transistor 500 verhindert werden kann.
Es sei angemerkt, dass für den Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, vorzugsweise zum Beispiel Tantalnitrid oder dergleichen verwendet wird. Durch Übereinanderanordnen von Tantalnitrid und Wolfram, das eine hohe Leitfähigkeit aufweist, kann die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 300 verhindert werden, während die Leitfähigkeit einer Leitung sichergestellt ist. In diesem Fall ist eine Tantalnitridschicht, die eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, vorzugsweise in Kontakt mit dem Isolator 350, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 354 und dem Leiter 356 bereitgestellt werden. Beispielsweise sind in 21 ein Isolator 360, ein Isolator 362 und ein Isolator 364 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 366 in dem Isolator 360, dem Isolator 362 und dem Isolator 364 ausgebildet. Der Leiter 366 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung. Es sei angemerkt, dass der Leiter 366 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden kann, das den zum Ausbilden des Leiters 328 und des Leiters 330 verwendeten Materialien ähnlich ist.
Es sei angemerkt, dass als Isolator 360 vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator verwendet wird, der wie der Isolator 324 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Ferner umfasst der Leiter 366 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, wird insbesondere in einer Öffnung des Isolators 360 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Bei einer derartigen Struktur können der Transistor 300 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 300 in den Transistor 500 verhindert werden kann.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 364 und dem Leiter 366 bereitgestellt werden. Beispielsweise sind in 21 ein Isolator 370, ein Isolator 372 und ein Isolator 374 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 376 in dem Isolator 370, dem Isolator 372 und dem Isolator 374 ausgebildet. Der Leiter 376 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung. Es sei angemerkt, dass der Leiter 376 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden kann, das den zum Ausbilden des Leiters 328 und des Leiters 330 verwendeten Materialien ähnlich ist.
Es sei angemerkt, dass als Isolator 370 vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator verwendet wird, der wie der Isolator 324 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Ferner umfasst der Leiter 376 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, wird insbesondere in einer Öffnung des Isolators 370 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Bei einer derartigen Struktur können der Transistor 300 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 300 in den Transistor 500 verhindert werden kann.
Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 374 und dem Leiter 376 bereitgestellt werden. Beispielsweise sind in 21 ein Isolator 380, ein Isolator 382 und ein Isolator 384 der Reihe nach übereinander angeordnet. Ferner ist ein Leiter 386 in dem Isolator 380, dem Isolator 382 und dem Isolator 384 ausgebildet. Der Leiter 386 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung. Es sei angemerkt, dass der Leiter 386 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden kann, das den zum Ausbilden des Leiters 328 und des Leiters 330 verwendeten Materialien ähnlich ist.
Es sei angemerkt, dass als Isolator 380 vorzugsweise zum Beispiel ein Isolator verwendet wird, der wie der Isolator 324 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Ferner umfasst der Leiter 386 vorzugsweise einen Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Der Leiter, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, wird insbesondere in einer Öffnung des Isolators 380 ausgebildet, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist. Bei einer derartigen Struktur können der Transistor 300 und der Transistor 500 durch eine Sperrschicht getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 300 in den Transistor 500 verhindert werden kann.
Obwohl die Leitungsschicht, die den Leiter 356 beinhaltet, die Leitungsschicht, die den Leiter 366 beinhaltet, die Leitungsschicht, die den Leiter 376 beinhaltet, und die Leitungsschicht, die den Leiter 386 beinhaltet, vorstehend beschrieben worden sind, ist die Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Drei oder weniger Leitungsschichten, die der Leitungsschicht ähnlich sind, die den Leiter 356 beinhaltet, können bereitgestellt werden, oder fünf oder mehr Leitungsschichten, die der Leitungsschicht ähnlich sind, die den Leiter 356 beinhaltet, können bereitgestellt werden.
Ein Isolator 510, ein Isolator 512, ein Isolator 514 und ein Isolator 516 sind der Reihe nach über dem Isolator 384 angeordnet. Eine Substanz, die eine Sperreigenschaft gegen Sauerstoff oder Wasserstoff aufweist, wird vorzugsweise für einen beliebigen von dem Isolator 510, dem Isolator 512, dem Isolator 514 und dem Isolator 516 verwendet.
Der Isolator 510 und der Isolator 514 werden vorzugsweise zum Beispiel unter Verwendung eines Films mit einer Sperreigenschaft ausgebildet, der verhindert, dass Wasserstoff oder Verunreinigungen von dem Substrat 311, einem Bereich, in dem der Transistor 300 bereitgestellt ist, oder dergleichen in einen Bereich diffundieren, in dem der Transistor 500 bereitgestellt ist. Daher kann ein Material, das demjenigen für den Isolator 324 ähnlich ist, verwendet werden.
Für den Film, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, kann beispielsweise Siliziumnitrid, das durch ein CVD-Verfahren abgeschieden wird, verwendet werden. Die Diffusion von Wasserstoff in ein Halbleiterelement, das einen Oxidhalbleiter enthält, wie z. B. den Transistor 500, verschlechtert in einigen Fällen die Eigenschaften des Halbleiterelements. Daher wird vorzugsweise ein Film, der eine Wasserstoffdiffusion verhindert, zwischen dem Transistor 500 und dem Transistor 300 bereitgestellt. Insbesondere handelt es sich bei dem Film, der eine Wasserstoffdiffusion verhindert, um einen Film, von dem weniger Wasserstoff abgegeben wird.
Bezüglich des Films, der eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff aufweist, wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid, für den Isolator 510 und den Isolator 514 verwendet.
Aluminiumoxid weist insbesondere eine hohe Sperrwirkung auf, die den Durchgang sowohl von Sauerstoff als auch von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, welche eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors verursachen, unterbindet. Daher kann die Verwendung von Aluminiumoxid verhindern, dass in und nach einem Herstellungsprozess des Transistors Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, in den Transistor 500 eindringen. Zudem kann eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid in dem Transistor 500 verhindert werden. Deshalb wird Aluminiumoxid in geeigneter Weise als Schutzfilm für den Transistor 500 verwendet.
Beispielsweise kann ein Material, das demjenigen für den Isolator 320 ähnlich ist, für den Isolator 512 und den Isolator 516 verwendet werden. Wenn ein Material mit relativ niedriger Permittivität für diese Isolatoren verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität zwischen Leitungen verringert werden. Beispielsweise kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen für den Isolator 512 und den Isolator 516 verwendet werden.
Ein Leiter 518, ein Leiter, der in dem Transistor 500 enthalten ist (z. B. ein Leiter 503), und dergleichen sind in dem Isolator 510, dem Isolator 512, dem Isolator 514 und dem Isolator 516 eingebettet. Es sei angemerkt, dass der Leiter 518 als Anschlusspfropfen oder Leitung dient, der/die mit dem Kondensator 600 oder dem Transistor 300 verbunden ist. Der Leiter 518 kann unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das den zum Ausbilden des Leiters 328 und des Leiters 330 verwendeten Materialien ähnlich ist.
Insbesondere handelt sich bei dem Leiter 518 in einem Bereich, der in Kontakt mit dem Isolator 510 und dem Isolator 514 ist, vorzugsweise um einen Leiter mit einer Sperreigenschaft gegen Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser. Bei einer derartigen Struktur können der Transistor 300 und der Transistor 500 durch die Schicht mit einer Sperreigenschaft gegen Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser getrennt sein, so dass die Diffusion von Wasserstoff von dem Transistor 300 in den Transistor 500 verhindert werden kann.
Der Transistor 500 ist oberhalb des Isolators 516 bereitgestellt.
Wie in 23A und 23B gezeigt, beinhaltet der Transistor 500 den Leiter 503, der in den Isolatoren 514 und 516 eingebettet bereitgestellt ist; einen Isolator 520, der über dem Isolator 516 und dem Leiter 503 bereitgestellt ist; einen Isolator 522, der über dem Isolator 520 bereitgestellt ist; einen Isolator 524, der über dem Isolator 522 bereitgestellt ist; ein Oxid 530a, das über dem Isolator 524 bereitgestellt ist; ein Oxid 530b, das über dem Oxid 530a bereitgestellt ist; einen Leiter 542a und einen Leiter 542b, die über dem Oxid 530b voneinander getrennt bereitgestellt sind; einen Isolator 580, der über dem Leiter 542a und dem Leiter 542b bereitgestellt ist und eine Öffnung aufweist, die sich mit einem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b überlappt; ein Oxid 530c, das an einer Unterseite und einer Seitenfläche der Öffnung bereitgestellt ist; einen Isolator 550, der an einer Bildungsoberfläche des Oxids 530c bereitgestellt ist; und einen Leiter 560, der an einer Bildungsoberfläche des Isolators 550 bereitgestellt ist.
Wie in 23A und 23B gezeigt, wird ein Isolator 544 vorzugsweise zwischen dem Isolator 580 und dem Oxid 530a, dem Oxid 530b, dem Leiter 542a und dem Leiter 542b bereitgestellt. Außerdem beinhaltet, wie in 23A und 23B gezeigt, der Leiter 560 vorzugsweise einen Leiter 560a, der auf der Innenseite des Isolators 550 bereitgestellt ist, und einen Leiter 560b, der derart bereitgestellt ist, dass er auf der Innenseite des Leiters 560a eingebettet ist. Außerdem ist, wie in 23A und 23B gezeigt, ein Isolator 574 vorzugsweise über dem Isolator 580, dem Leiter 560 und dem Isolator 550 bereitgestellt.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen das Oxid 530a, das Oxid 530b und das Oxid 530c in einigen Fällen gemeinsam als Oxid 530 bezeichnet werden.
Es sei angemerkt, dass, obwohl der Transistor 500 eine Struktur aufweist, bei der drei Schichten aus dem Oxid 530a, dem Oxid 530b und dem Oxid 530c in einem Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird, und in der Nähe davon übereinander angeordnet sind, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann eine einschichtige Struktur aus dem Oxid 530b, eine zweischichtige Struktur aus dem Oxid 530b und dem Oxid 530a, eine zweischichtige Struktur aus dem Oxid 530b und dem Oxid 530c oder eine mehrschichtige Struktur aus vier oder mehr Schichten zum Einsatz kommen. Obwohl bei dem Transistor 500 der Leiter 560 eine mehrschichtige Struktur aus zwei Schichten aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt. Beispielsweise kann der Leiter 560 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten aufweisen. Der Transistor 500 in 21 und 23A ist nur ein Beispiel und nicht auf die darin dargestellte Struktur beschränkt; ein geeigneter Transistor kann entsprechend einer Schaltungsstruktur oder einem Betriebsverfahren verwendet werden.
Der Leiter 560 dient hier als Gate-Elektrode des Transistors, und der Leiter 542a und der Leiter 542b dienen jeweils als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode. Wie vorstehend beschrieben, wird der Leiter 560 derart ausgebildet, dass er in der Öffnung des Isolators 580 und dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b eingebettet ist. Die Positionen des Leiters 560, des Leiters 542a und des Leiters 542b werden in Bezug auf die Öffnung des Isolators 580 in selbstjustierender Weise ausgewählt. Das heißt, dass bei dem Transistor 500 die Gate-Elektrode zwischen der Source-Elektrode und der Drain-Elektrode in selbstjustierender Weise bereitgestellt werden kann. Demzufolge kann der Leiter 560 ausgebildet werden, ohne einen Positionsspielraum bereitzustellen; daher kann die Fläche, die von dem Transistor 500 eingenommen wird, verringert werden. Demzufolge können eine Miniaturisierung und eine hohe Integration der Halbleitervorrichtung erzielt werden.
Außerdem umfasst, da der Leiter 560 in dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b in selbstjustierender Weise ausgebildet wird, der Leiter 560 keinen Bereich, der sich mit dem Leiter 542a oder dem Leiter 542b überlappt. Daher kann die parasitäre Kapazität zwischen dem Leiter 560 und dem Leiter 542a bzw. dem Leiter 542b verringert werden. Als Ergebnis kann die Schaltgeschwindigkeit des Transistors 500 erhöht werden, und der Transistor 500 kann hohe Frequenzeigenschaften aufweisen.
Der Leiter 560 dient in einigen Fällen als erste Gate-Elektrode (auch als Top-Gate-Elektrode bezeichnet). Ferner dient der Leiter 503 in einigen Fällen als zweite Gate-Elektrode (auch als Bottom-Gate-Elektrode bezeichnet). In diesem Fall kann, indem ein an den Leiter 503 angelegtes Potential nicht synchron mit, sondern unabhängig von einem an den Leiter 560 angelegten Potential geändert wird, die Schwellenspannung des Transistors 500 gesteuert werden. Indem insbesondere ein negatives Potential an den Leiter 503 angelegt wird, kann die Schwellenspannung des Transistors 500 höher als 0 V sein, und der Sperrstrom kann verringert werden. Demzufolge kann ein Drain-Strom bei einem an den Leiter 560 angelegten Potential von 0 V in dem Fall, in dem ein negatives Potential an den Leiter 503 angelegt wird, stärker verringert werden als in dem Fall, in dem es nicht angelegt wird.
Der Leiter 503 wird derart platziert, dass er sich mit dem Oxid 530 und dem Leiter 560 überlappt. Dadurch werden in dem Fall, in dem Potentiale an den Leiter 560 und den Leiter 503 angelegt werden, ein elektrisches Feld, das von dem Leiter 560 erzeugt wird, und ein elektrisches Feld, das von dem Leiter 503 erzeugt wird, miteinander verbunden, und der Kanalbildungsbereich, der in dem Oxid 530 gebildet wird, kann bedeckt werden.
In dieser Beschreibung und dergleichen wird eine Transistorstruktur, bei der ein Kanalbildungsbereich elektrisch von elektrischen Feldern eines Paars von Gate-Elektroden (einer ersten Gate-Elektrode und einer zweiten Gate-Elektrode) umschlossen ist, als Struktur mit umschlossenem Kanal (surrounded channel structure bzw. S-Kanal-Struktur) bezeichnet. In dieser Beschreibung und dergleichen weist ferner die Struktur mit umschlossenem Kanal (S-Kanal-Struktur) ein Merkmal auf, dass die Seitenfläche und die Umgebung des Oxids 530, das in Kontakt mit dem Leiter 542a und dem Leiter 542b, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, ist, ein I-Typ wie der Kanalbildungsbereich sind. Da die Seitenfläche und die Umgebung des Oxids 530, das in Kontakt mit dem Leiter 542a und dem Leiter 542b ist, in Kontakt mit dem Isolator 544 sind, können sie wie der Kanalbildungsbereich ein I-Typ sein. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen „I-Typ“ die gleiche Bedeutung wie „hochrein intrinsisch“, welches nachstehend beschrieben wird, aufweisen kann. Die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbarte S-Kanal-Struktur unterscheidet sich von einer Fin-Typ-Struktur und einer Planar-Struktur. Mit der S-Kanal-Struktur kann eine Beständigkeit gegen Kurzkanaleffekt erhöht werden, d. h., dass ein Transistor, bei dem ein Kurzkanaleffekt mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt, bereitgestellt werden kann.
Der Leiter 503 weist eine Struktur auf, die derjenigen des Leiters 518 ähnlich ist; ein Leiter 503a ist in Kontakt mit einer Innenwand einer Öffnung in dem Isolator 514 und dem Isolator 516 ausgebildet, und ein Leiter 503b ist weiter innen ausgebildet. Es sei angemerkt, dass, obwohl der Leiter 503a und der Leiter 503b in dem Transistor 500 übereinander angeordnet sind, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Beispielsweise kann der Leiter 503 auch als Einzelschicht oder mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten bereitgestellt werden.
Hier wird für den Leiter 503a vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. einem Wasserstoffatom, einem Wasserstoffmolekül, einem Wassermolekül und einem Kupferatom, d. h. ein leitendes Material, das die vorstehenden Verunreinigungen mit geringerer Wahrscheinlichkeit passieren, verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. einem Sauerstoffatom und/oder einem Sauerstoffmolekül), d. h. ein leitendes Material, das der Sauerstoff mit geringerer Wahrscheinlichkeit passiert, verwendet. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen oder Sauerstoff eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion der vorstehenden Verunreinigungen und/oder des vorstehenden Sauerstoffs bezeichnet.
Wenn beispielsweise der Leiter 503a eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff aufweist, kann verhindert werden, dass die Leitfähigkeit des Leiters 503b infolge einer Oxidation verringert wird.
Außerdem wird in dem Fall, in dem der Leiter 503 auch als Leitung dient, für den Leiter 503b vorzugsweise ein leitendes Material mit hoher Leitfähigkeit verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. In diesem Fall wird der Leiter 505 nicht notwendigerweise bereitgestellt. Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Leiter 503b in der Zeichnung um eine Einzelschicht handelt; jedoch kann er eine mehrschichtige Struktur, beispielsweise eine Schichtanordnung aus einem beliebigen der vorstehenden leitenden Materialien und Titan oder Titannitrid, aufweisen.
Der Isolator 520, der Isolator 522 und der Isolator 524 dienen jeweils als zweiter Gate-Isolierfilm.
Als Isolator 524 in Kontakt mit dem Oxid 530 wird hier vorzugsweise ein Isolator verwendet, der mehr Sauerstoff enthält als die stöchiometrische Zusammensetzung. Das heißt, dass vorzugsweise ein Sauerstoffüberschussbereich in dem Isolator 524 ausgebildet wird. Wenn ein derartiger Isolator, der überschüssigen Sauerstoff enthält, in Kontakt mit dem Oxid 530 bereitgestellt wird, können Sauerstofffehlstellen (auch als Vo bezeichnet) in dem Oxid 530 verringert werden, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Transistors 500 führt. Im Falle des Eindringens von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstellen des Oxids 530 dienen derartige Defekte (nachstehend in einigen Fällen als VoH bezeichnet) als Donatoren, und Elektronen, die als Ladungsträger dienen, werden in einigen Fällen erzeugt. In einigen Fällen führt die Bindung eines Teils von Wasserstoff an Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, ferner zu der Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein Oxidhalbleiter, der eine große Menge an Wasserstoff enthält, verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Außerdem wird Wasserstoff in einem Oxidhalbleiter durch eine Belastung, wie z. B. Wärme oder ein elektrisches Feld, leicht übertragen; daher könnte dann, wenn eine große Menge an Wasserstoff in einem Oxidhalbleiter enthalten ist, die Zuverlässigkeit des Transistors verringert werden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird VoH in dem Oxid 530 vorzugsweise so weit wie möglich reduziert, so dass das Oxid 530 hochrein intrinsisch oder im Wesentlichen hochrein intrinsisch ist. Auf diese Weise ist es wichtig, Verunreinigungen, wie z. B. Feuchtigkeit und Wasserstoff, in einem Oxidhalbleiter zu entfernen (in einigen Fällen als Dehydratisierungs- oder Dehydrierungs-Behandlung beschrieben) und Sauerstofffehlstellen durch die Zufuhr von Sauerstoff zu dem Oxidhalbleiter zu kompensieren (in einigen Fällen als Sauerstoffzusatzbehandlung beschrieben), um einen Oxidhalbleiter, in dem VoH ausreichend verringert ist, zu erhalten. Wenn ein Oxidhalbleiter mit ausreichend verringerten Verunreinigungen, wie z. B. VoH, für einen Kanalbildungsbereich in einem Transistor verwendet wird, kann der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
Als Isolator, der einen Sauerstoffüberschussbereich umfasst, wird insbesondere vorzugsweise ein Oxidmaterial verwendet, das einen Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgibt. Ein Oxid, das Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, ist ein Oxidfilm, dessen Menge an abgegebenem Sauerstoff, umgerechnet in Sauerstoffatome, größer als oder gleich 1,0 × 10¹⁸ Atome/cm³, bevorzugt größer als oder gleich 1,0 × 10¹⁹ Atome/cm³, stärker bevorzugt größer als oder gleich 2,0 × 10¹⁹ Atome/cm³ oder größer als oder gleich 3,0 × 10²⁰ Atome/cm³ bei einer thermischen Desorptionsspektroskopie-(TDS-) Analyse ist. Es sei angemerkt, dass die Temperatur der Filmoberfläche bei der TDS-Analyse vorzugsweise höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 700 °C, oder höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 400 °C ist.
Eine oder mehrere der Wärmebehandlung, der Mikrowellenbehandlung und der RF-Behandlung können in einem Zustand durchgeführt werden, in dem der Isolator mit dem Sauerstoffüberschussbereich und das Oxid 530 in Kontakt miteinander sind. Durch die Behandlung kann Wasser oder Wasserstoff in dem Oxid 530 entfernt werden. In dem Oxid 530 kann beispielsweise eine Dehydrierung durchgeführt werden, wenn eine Reaktion, bei der eine Bindung von VoH getrennt wird, d. h. eine Reaktion von „V_OH→Vo+H“, auftritt. Ein Teil von Wasserstoff, der zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, ist an Sauerstoff gebunden, um H₂O zu bilden, und wird in einigen Fällen von dem Oxid 530 oder einem Isolator in der Nähe des Oxids 530 entfernt. Außerdem wird ein Teil von Wasserstoff in einigen Fällen in den Leiter 542 eingefangen.
Für die Mikrowellenbehandlung wird beispielsweise eine Einrichtung, die eine Energiequelle zum Erzeugen von hochdichtem Plasma beinhaltet, oder eine Einrichtung, die eine Energiequelle zum Anlegen einer Hochfrequenz (HF) an eine Substratseite beinhaltet, vorzugsweise verwendet. Beispielsweise ermöglicht die Verwendung eines Sauerstoff enthaltenden Gases und des hochdichten Plasmas, dass hochdichte Sauerstoffradikale gebildet werden, und das Anlegen der HF an die Substratseite ermöglicht, dass Sauerstoffradikale, die durch das hochdichte Plasma erzeugt werden, in effizienter Weise in das Oxid 530 oder einen Isolator in der Nähe des Oxids 530 eingeleitet werden. Bei der Mikrowellenbehandlung ist der Druck höher als oder gleich 133 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 200 Pa, stärker bevorzugt höher als oder gleich 400 Pa. Als Gas, das in eine Einrichtung zum Durchführen der Mikrowellenbehandlung eingeleitet wird, werden beispielsweise Sauerstoff und Argon verwendet, und die Sauerstoffdurchflussrate (O₂/(O₂+Ar)) kann niedriger als oder gleich 50 %, bevorzugt höher als oder gleich 10 % und niedriger als oder gleich 30 % sein.
In einem Herstellungsprozess des Transistors 500 wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung durchgeführt, wobei die Oberfläche des Oxids 530 freigelegt wird. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise bei einer Temperatur von höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 450 °C, bevorzugt höher als oder gleich 350 °C und niedriger als oder gleich 400 °C durchgeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Wärmebehandlung in einer Stickstoffgasatmosphäre, einer Inertgasatmosphäre oder einer Atmosphäre durchgeführt wird, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise zum Beispiel in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Demzufolge kann dem Oxid 530 Sauerstoff zugeführt werden, so dass Sauerstofffehlstellen (Vo) verringert werden können. Die Wärmebehandlung kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden. Alternativ kann die Wärmebehandlung in einer Stickstoffgasatmosphäre oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden, und dann kann eine weitere Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält, durchgeführt werden, um abgegebenen Sauerstoff zu kompensieren. Alternativ kann die Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält, durchgeführt werden und dann kann eine weitere Wärmebehandlung sukzessiv in einer Stickstoffgasatmosphäre oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden.
Es sei angemerkt, dass die Sauerstoffzusatzbehandlung an dem Oxid 530 eine Reaktion, bei der Sauerstofffehlstellen in dem Oxid 530 mit zugeführtem Sauerstoff gefüllt werden, d. h. eine Reaktion von „V_O+O→null“, fördern kann. Ferner reagiert Wasserstoff, der in dem Oxid 530 verbleibt, mit dem zugeführten Sauerstoff, so dass die Entfernung von Wasserstoff als H₂O (Dehydrierung) durchgeführt werden kann. Demzufolge kann verhindert werden, dass Wasserstoff, der in dem Oxid 530 verbleibt, mit Sauerstofffehlstellen rekombiniert und VoH gebildet wird.
In dem Fall, in dem der Isolator 524 einen Sauerstoffüberschussbereich umfasst, weist der Isolator 522 vorzugsweise eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. einem Sauerstoffatom, einem Sauerstoffmolekül oder dergleichen) auf, das heißt, dass der Isolator 522 vorzugsweise mit geringerer Wahrscheinlichkeit den Sauerstoff durchlässt.
Wenn der Isolator 522 eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff oder Verunreinigungen aufweist, diffundiert Sauerstoff, der in dem Oxid 530 enthalten ist, nicht in Richtung des Isolators 520, was vorzuziehen ist. Ferner kann verhindert werden, dass der Leiter 503 mit Sauerstoff reagiert, der in dem Isolator 524 oder dem Oxid 530 enthalten ist.
Für den Isolator 522 wird beispielsweise eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus einem Isolator, der ein sogenanntes Material mit hohem k, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), Tantaloxid, Zirconiumoxid, Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Strontiumtitanat (SrTiO₃) oder (Ba,Sr)TiO₃ (BST), enthält, vorzugsweise verwendet. Mit einer Miniaturisierung und einer hohen Integration eines Transistors könnte ein Problem, wie z. B. ein Leckstrom, wegen einer Verringerung der Dicke eines Gate-Isolierfilms verursacht werden. Wenn ein Material mit hohem k für einen als Gate-Isolierfilm dienenden Isolator verwendet wird, kann ein Gate-Potential während des Betriebs des Transistors verringert werden, während die physikalische Dicke gehalten wird.
Insbesondere wird vorzugsweise ein Isolator verwendet, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, welcher ein isolierendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, Sauerstoff und dergleichen, d. h. ein isolierendes Material, das der Sauerstoff mit geringerer Wahrscheinlichkeit passiert, ist. Als Isolator, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, wird vorzugsweise Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), oder dergleichen verwendet. In dem Fall, in dem der Isolator 522 unter Verwendung eines derartigen Materials ausgebildet wird, dient der Isolator 522 als Schicht, die eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid 530 und ein Eindringen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, von der Umgebung des Transistors 500 in das Oxid 530 verhindert.
Alternativ kann diesen Isolatoren beispielsweise Aluminiumoxid, Bismutoxid, Germaniumoxid, Nioboxid, Siliziumoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid oder Zirconiumoxid zugesetzt werden. Diese Isolatoren können alternativ einer Nitrierungsbehandlung unterzogen werden. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder Siliziumnitrid kann über dem vorstehenden Isolator angeordnet werden.
Der Isolator 520 ist vorzugsweise thermisch stabil. Beispielsweise werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid, welche thermisch stabil sind, bevorzugt. Ferner können dann, wenn ein Isolator, der ein Material mit hohem k ist, mit Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid kombiniert wird, der Isolator 520 und der Isolator 526 mit einer mehrschichtigen Struktur, die thermisch stabil sind und eine hohe relative Permittivität aufweisen, erhalten werden.
Es sei angemerkt, dass bei dem Transistor 500 in 23A und 23B der Isolator 520, der Isolator 522 und der Isolator 524 als zweiter Gate-Isolierfilm gezeigt werden, der eine mehrschichtige Struktur aus drei Schichten aufweist; jedoch kann der zweite Gate-Isolierfilm eine einschichtige Struktur, eine mehrschichtige Struktur aus zwei Schichten oder eine mehrschichtige Struktur aus vier oder mehr Schichten aufweisen. In diesem Fall kann, ohne Beschränkung auf eine mehrschichtige Struktur, die aus dem gleichen Material ausgebildet wird, eine mehrschichtige Struktur verwendet werden, die aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet wird.
Bei dem Transistor 500 wird vorzugsweise ein Metalloxid, das als Oxidhalbleiter dient, als Oxid 530 verwendet, das einen Kanalbildungsbereich umfasst. Als Oxid 530 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. ein In-M-Zn-Oxid (das Element M ist eine oder mehrere Arten, die aus Aluminium, Gallium, Yttrium, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Bor, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden), verwendet. Insbesondere ist das In-M-Zn-Oxid, das als Oxid 530 verwendet werden kann, vorzugsweise ein CAAC-OS (ein kristalliner Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse bzw. c-axis aligned crystalline oxide semiconductor). Ein In-Ga-Oxid oder ein In-Zn-Oxid kann als Oxid 530 verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass Metalloxide, die als Oxidhalbleiter dienen, in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und in einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter unterteilt werden. Beispiele für einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen CAAC-OS, einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen nc-OS (nanokristallinen Oxidhalbleiter bzw. nanocrystalline oxide semiconductor), einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-ähnlichen OS) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
Der CAAC-OS weist eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse auf, seine Nanokristalle sind in Richtung der a-b-Ebene verbunden, und seine Kristallstruktur weist eine Verzerrung auf. Es sei angemerkt, dass eine Verzerrung einen Abschnitt bezeichnet, in dem sich die Richtung einer Gitteranordnung zwischen einem Bereich mit einer gleichmäßigen Gitteranordnung und einem anderen Bereich mit einer gleichmäßigen Gitteranordnung in einem Bereich verändert, in dem die Nanokristalle verbunden sind.
Die Form des Nanokristalls ist grundlegend sechseckig; jedoch ist die Form nicht immer auf ein regelmäßiges Sechseck beschränkt und ist in einigen Fällen ein unregelmäßiges Sechseck. Eine fünfeckige Gitteranordnung, eine siebeneckige Gitteranordnung und dergleichen sind in einigen Fällen in der Verzerrung enthalten. Es sei angemerkt, dass es schwierig ist, selbst in der Nähe der Verzerrung in dem CAAC-OS eine eindeutige Korngrenze (auch als Grain-Boundary bezeichnet) zu beobachten. Das heißt, dass die Bildung einer Korngrenze durch die Verzerrung einer Gitteranordnung ver- bzw. behindert wird. Das liegt daran, dass der CAAC-OS eine Verzerrung dank einer niedrigen Dichte der Anordnung von Sauerstoffatomen in Richtung der a-b-Ebene, einer Veränderung des interatomaren Bindungsabstandes durch Substitution eines Metallelements und dergleichen tolerieren kann.
Es gibt die Tendenz, dass der CAAC-OS eine geschichtete Kristallstruktur (auch als mehrschichtige Struktur bezeichnet) aufweist, bei der eine Schicht, die Indium und Sauerstoff enthält (nachstehend In-Schicht), und eine Schicht, die das Element M, Zink und Sauerstoff enthält (nachstehend (M, Zn)-Schicht), übereinander angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass Indium und das Element M untereinander ausgetauscht werden können und dass dann, wenn das Element M der (M, Zn)-Schicht durch Indium ersetzt wird, die Schicht auch als (In, M, Zn)-Schicht bezeichnet werden kann. Wenn Indium der In-Schicht durch das Element M ersetzt wird, kann die Schicht auch als (In, M)-Schicht bezeichnet werden.
Der CAAC-OS ist ein Metalloxid mit hoher Kristallinität. Im Gegensatz dazu ist es weniger wahrscheinlich, dass bei dem CAAC-OS eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund einer Korngrenze auftritt, da es schwierig ist, eine eindeutige Korngrenze zu beobachten. Ein Eindringen von Verunreinigungen, eine Bildung von Defekten oder dergleichen könnte die Kristallinität eines Metalloxides verringern. Dies bedeutet, dass der CAAC-OS ein Metalloxid ist, das nur geringe Mengen an Verunreinigungen und Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen) aufweist. Somit ist ein Metalloxid mit dem CAAC-OS physikalisch stabil; daher ist ein Metalloxid mit dem CAAC-OS wärmebeständig und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf.
In dem nc-OS weist ein mikroskopischer Bereich (zum Beispiel ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, insbesondere ein Bereich mit einer Größe von größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm) eine regelmäßige Atomanordnung auf. Es gibt keine Regelmäßigkeit der Kristallausrichtung zwischen unterschiedlichen Nanokristallen in dem nc-OS. Daher wird keine Ausrichtung des gesamten Films beobachtet. Deshalb kann man den nc-OS in einigen Fällen nicht von einem a-ähnlichen OS oder einem amorphen Oxidhalbleiter in Abhängigkeit von einem Analyseverfahren unterscheiden.
Es sei angemerkt, dass ein In-Ga-Zn-Oxid (auch als „IGZO“ bezeichnet), das ein Metalloxid ist, das Indium, Gallium und Zink enthält, in einigen Fällen eine stabile Struktur aufweist, wenn es aus den vorstehend beschriebenen Nanokristallen gebildet wird (besteht). Insbesondere gibt es die Tendenz, dass IGZO-Kristalle an der Luft nicht wachsen, so dass sich eine stabile Struktur ergibt, wenn IGZO aus kleineren Kristallen (z. B. den vorstehend beschriebenen Nanokristallen) und nicht aus größeren Kristallen (hier Kristallen mit einer Größe von mehreren Millimetern oder mehreren Zentimetern) gebildet wird.
Der a-ähnliche OS ist ein Metalloxid, das eine Struktur zwischen denjenigen des nc-OS und des amorphen Oxidhalbleiters aufweist. Der a-ähnliche OS enthält einen Hohlraum oder einen Bereich mit niedriger Dichte. Das heißt, dass der a-ähnliche OS im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS eine niedrigere Kristallinität aufweist.
Ein Oxidhalbleiter (Metalloxid) kann verschiedene Strukturen aufweisen, die unterschiedliche Eigenschaften aufzeigen. Zwei oder mehr von dem amorphen Oxidhalbleiter, dem polykristallinen Oxidhalbleiter, dem a-ähnlichen OS, dem nc-OS und dem CAAC-OS können in einem Oxidhalbleiter einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
Außerdem wird vorzugsweise ein Metalloxid mit niedriger Ladungsträgerkonzentration für den Transistor 500 verwendet. In dem Fall, in dem die Ladungsträgerkonzentration des Metalloxids verringert wird, wird die Konzentration von Verunreinigungen in einem Metalloxid verringert, so dass die Dichte der Defektzustände verringert werden kann. In dieser Beschreibung und dergleichen wird ein Zustand mit einer niedrigen Konzentration von Verunreinigungen und einer niedrigen Dichte der Defektzustände als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Zustand bezeichnet. Beispiele für Verunreinigungen in einem Metalloxid umfassen Wasserstoff, Stickstoff, ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, Eisen, Nickel und Silizium.
Insbesondere reagiert Wasserstoff, der in einem Metalloxid enthalten ist, mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, zu Wasser, und daher werden in einigen Fällen Sauerstofffehlstellen in dem Metalloxid gebildet. Wenn der Kanalbildungsbereich in dem Metalloxid Sauerstofffehlstellen enthält, weist der Transistor in einigen Fällen selbstleitende Eigenschaften auf. In einigen Fällen dient ferner ein Defekt, der eine Sauerstofffehlstelle ist, in die Wasserstoff eindringt, als Donator und erzeugt ein Elektron, das als Ladungsträger dient. In einigen Fällen führt die Bindung eines Teils von Wasserstoff an Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, ferner zu der Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein Metalloxid, das eine große Menge an Wasserstoff enthält, verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist.
Ein Defekt, in dem Wasserstoff in eine Sauerstofffehlstelle eindringt, kann als Donator des Metalloxids dienen. Jedoch ist es schwierig, den Defekt quantitativ auszuwerten. Daher wird das Metalloxid in einigen Fällen nicht durch seine Donatorkonzentration, sondern durch seine Ladungsträgerkonzentration ausgewertet. Deshalb wird in dieser Beschreibung und dergleichen nicht die Donatorkonzentration, sondern die Ladungsträgerkonzentration unter der Annahme des Zustandes, in dem kein elektrisches Feld angelegt wird, in einigen Fällen als Parameter des Metalloxids verwendet. Das heißt, dass „Ladungsträgerkonzentration“ in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen auch als „Donatorkonzentration“ bezeichnet werden kann.
Folglich wird dann, wenn ein Metalloxid für das Oxid 530 verwendet wird, Wasserstoff in dem Metalloxid vorzugsweise so weit wie möglich verringert. Insbesondere ist die Konzentration von Wasserstoff in dem Metalloxid, die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) gemessen wird, niedriger als 1 × 10²⁰ Atome/cm³, bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁹ Atome/cm³, stärker bevorzugt niedriger als 5 × 10¹⁸ Atome/cm³, noch stärker bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁸ Atome/cm³. Wenn ein Metalloxid mit ausreichend verringerten Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, für einen Kanalbildungsbereich in einem Transistor verwendet wird, kann der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
Wenn ein Metalloxid für das Oxid 530 verwendet wird, ist die Ladungsträgerkonzentration des Metalloxids in dem Kanalbildungsbereich bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10¹⁸ cm^-3, stärker bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁷ cm^-3, noch stärker bevorzugt niedriger als 1 × 10¹⁶ cm^-3, noch stärker bevorzugt niedriger als 1 × 10¹³ cm^-3, noch stärker bevorzugt niedriger als 1 × 10¹² cm^-3. Es sei angemerkt, dass die Untergrenze der Ladungsträgerkonzentration des Metalloxids in dem Kanalbildungsbereich nicht besonders beschränkt ist und beispielsweise 1 × 10 ⁹ cm^-3 sein kann.
Im Falle der Verwendung eines Metalloxids für das Oxid 530 kann dann, wenn der Leiter 542 (der Leiter 542a und der Leiter 542b) und das Oxid 530 in Kontakt miteinander sind, Sauerstoff in dem Oxid 530 in den Leiter 542 diffundieren, so dass der Leiter 542 oxidiert wird. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Leitfähigkeit des Leiters 542 durch die Oxidation des Leiters 542 verringert wird. Es sei angemerkt, dass „Diffusion von Sauerstoff in dem Oxid 530 in den Leiter 542“ auch als „Absorption von Sauerstoff in dem Oxid 530 durch den Leiter 542“ bezeichnet werden kann.
Wenn Sauerstoff in dem Oxid 530 in den Leiter 542 (den Leiter 542a und den Leiter 542b) diffundiert, wird in einigen Fällen eine andere Schicht zwischen dem Leiter 542a und dem Oxid 530b sowie zwischen dem Leiter 542b und dem Oxid 530b gebildet. Die andere Schicht enthält mehr Sauerstoff als der Leiter 542; daher wird angenommen, dass die andere Schicht eine isolierende Eigenschaft aufweist. In diesem Fall kann eine dreischichtige Struktur aus dem Leiter 542, der anderen Schicht und dem Oxid 530b als dreischichtige Struktur aus einem Metall, einem Isolator und einem Halbleiter angesehen werden und wird in einigen Fällen als Metall-Isolator-Halbleiter- (metal-insulatorsemiconductor, MIS-) Struktur oder eine Diodenübergangsstruktur bezeichnet, die als Hauptteil eine MIS-Struktur aufweist.
Es sei angemerkt, dass die vorstehende andere Schicht nicht notwendigerweise zwischen dem Leiter 542 und dem Oxid 530b ausgebildet wird; beispielsweise kann die andere Schicht zwischen dem Leiter 542 und dem Oxid 530c ausgebildet werden oder sowohl zwischen dem Leiter 542 und dem Oxid 530b als auch zwischen dem Leiter 542 und dem Oxid 530c ausgebildet werden.
Für das Metalloxid, das als Kanalbildungsbereich in dem Oxid 530 dient, wird vorzugsweise ein Metalloxid mit einer Bandlücke von 2 eV oder mehr, bevorzugt 2,5 eV oder mehr verwendet. Die Verwendung eines Metalloxids mit einer großen Bandlücke kann den Sperrstrom des Transistors verringern.
Wenn das Oxid 530 das Oxid 530a unter dem Oxid 530b umfasst, kann verhindert werden, dass Verunreinigungen von den Komponenten, die unterhalb des Oxids 530a ausgebildet sind, in das Oxid 530b diffundieren. Außerdem kann dann, wenn das Oxid 530c über dem Oxid 530b bereitgestellt wird, verhindert werden, dass Verunreinigungen von den Komponenten, die oberhalb des Oxids 530c ausgebildet sind, in das Oxid 530b diffundieren.
Es sei angemerkt, dass das Oxid 530 vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur aus Oxiden aufweist, die sich durch das Atomverhältnis von Metallatomen voneinander unterscheiden. Insbesondere ist das Atomverhältnis des Elements M in Bestandelementen in dem Metalloxid, das als Oxid 530a verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M in Bestandelementen in dem Metalloxid, das als Oxid 530b verwendet wird. Außerdem ist das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem Metalloxid, das als Oxid 530a verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem Metalloxid, das als Oxid 530b verwendet wird. Außerdem ist das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das als Oxid 530b verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das als Oxid 530a verwendet wird. Als Oxid 530c kann ein Metalloxid, das als Oxid 530a oder Oxid 530b verwendet werden kann, verwendet werden.
Die Energie des Leitungsbandminimums von jedem des Oxids 530a und des Oxids 530c ist vorzugsweise höher als die Energie des Leitungsbandminimums des Oxids 530b. Mit anderen Worten: Die Elektronenaffinität von jedem des Oxids 530a und des Oxids 530c ist vorzugsweise kleiner als die Elektronenaffinität des Oxids 530b.
Hier verändern sich die Energieniveaus der Leitungsbandminima in Verbindungsabschnitten des Oxids 530a, des Oxids 530b und des Oxids 530c graduell. Mit anderen Worten: Die Energieniveaus der Leitungsbandminima in Verbindungsabschnitten des Oxids 530a, des Oxids 530b und des Oxids 530c verändern sich stetig oder sind stetig zusammenhängend. Dafür wird vorzugsweise die Dichte der Defektzustände in Mischschichten verringert, die an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530a und dem Oxid 530b sowie an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530b und dem Oxid 530c gebildet werden.
Insbesondere kann dann, wenn das Oxid 530a und das Oxid 530b sowie das Oxid 530b und das Oxid 530c abgesehen von Sauerstoff ein gemeinsames Element (als Hauptkomponente) enthalten, eine Mischschicht mit niedriger Dichte der Defektzustände ausgebildet werden. Beispielsweise wird in dem Fall, in dem es sich bei dem Oxid 530b um ein In-Ga-Zn-Oxid handelt, vorzugsweise ein In-Ga-Zn-Oxid, ein Ga-Zn-Oxid, Galliumoxid oder dergleichen als Oxid 530a und Oxid 530c verwendet.
Dabei dient das Oxid 530b als Hauptladungsträgerweg. Wenn das Oxid 530a und das Oxid 530c die vorstehend beschriebene Struktur aufweisen, kann die Dichte der Defektzustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530a und dem Oxid 530b sowie an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530b und dem Oxid 530c verringert werden. Somit ist der Einfluss der Grenzflächenstreuung auf die Ladungsträgerübertragung gering, und der Transistor 500 kann einen hohen Durchlassstrom aufweisen.
Der Leiter 542a und der Leiter 542b, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, werden über dem Oxid 530b bereitgestellt. Für den Leiter 542a und den Leiter 542b wird vorzugsweise ein Metallelement, das aus Aluminium, Chrom, Kupfer, Silber, Gold, Platin, Tantal, Nickel, Titan, Molybdän, Wolfram, Hafnium, Vanadium, Niob, Mangan, Magnesium, Zirconium, Beryllium, Indium, Ruthenium, Iridium, Strontium und Lanthan ausgewählt wird, eine Legierung, die ein beliebiges der vorstehenden Metallelemente enthält, eine Legierung, in der einige der vorstehenden Metallelemente kombiniert sind, oder dergleichen verwendet. Beispielsweise wird vorzugsweise Tantalnitrid, Titannitrid, Wolfram, ein Nitrid, das Titan und Aluminium enthält, ein Nitrid, das Tantal und Aluminium enthält, Rutheniumoxid, Rutheniumnitrid, ein Oxid, das Strontium und Ruthenium enthält, ein Oxid, das Lanthan und Nickel enthält, oder dergleichen verwendet. Tantalnitrid, Titannitrid, ein Nitrid, das Titan und Aluminium enthält, ein Nitrid, das Tantal und Aluminium enthält, Rutheniumoxid, Rutheniumnitrid, ein Oxid, das Strontium und Ruthenium enthält, und ein Oxid, das Lanthan und Nickel enthält, werden bevorzugt, da sie oxidationsbeständige leitende Materialien oder Materialien sind, die auch nach der Absorption von Sauerstoff ihre Leitfähigkeit aufrechterhalten. Ferner wird ein Metallnitridfilm aus Tantalnitrid oder dergleichen bevorzugt, da er eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Sauerstoff aufweist.
Obwohl in 23 der Leiter 542a und der Leiter 542b jeweils eine einschichtige Struktur aufweisen, kann eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen. Beispielsweise können ein Tantalnitridfilm und ein Wolframfilm übereinander angeordnet werden. Alternativ können ein Titanfilm und ein Aluminiumfilm übereinander angeordnet werden. Weitere Beispiele umfassen eine zweischichtige Struktur, bei der ein Aluminiumfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Kupfer-Magnesium-Aluminiumlegierungsfilm angeordnet ist, eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Titanfilm angeordnet ist, und eine zweischichtige Struktur, bei der ein Kupferfilm über einem Wolframfilm angeordnet ist.
Außerdem werden eine dreischichtige Struktur, bei der ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm über dem Titanfilm oder dem Titannitridfilm und ein Titanfilm oder ein Titannitridfilm darüber angeordnet sind, eine dreischichtige Struktur, bei der ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm, ein Aluminiumfilm oder ein Kupferfilm über dem Molybdänfilm oder dem Molybdännitridfilm und ein Molybdänfilm oder ein Molybdännitridfilm darüber angeordnet sind, und dergleichen angegeben. Es sei angemerkt, dass auch ein durchsichtiges leitendes Material, das Indiumoxid, Zinnoxid oder Zinkoxid enthält, verwendet werden kann.
Wie in 23A gezeigt, werden in einigen Fällen ein Bereich 543a und ein Bereich 543b als niederohmige Bereiche an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 530 und dem Leiter 542a (dem Leiter 542b) und in der Umgebung davon ausgebildet. In diesem Fall dient der Bereich 543a als Source-Bereich oder Drain-Bereich, und der Bereich 543b dient als der andere Bereich von Source-Bereich und Drain-Bereich. Der Kanalbildungsbereich wird in einem Bereich zwischen dem Bereich 543a und dem Bereich 543b ausgebildet.
Wenn der Leiter 542a (der Leiter 542b) in Kontakt mit dem Oxid 530 bereitgestellt wird, wird in einigen Fällen die Sauerstoffkonzentration in dem Bereich 543a (dem Bereich 543b) verringert. Außerdem wird in einigen Fällen eine Metallverbindungsschicht, die das Metall, das in dem Leiter 542a (dem Leiter 542b) enthalten ist, und die Komponente des Oxids 530 enthält, in dem Bereich 543a (dem Bereich 543b) ausgebildet. In diesem Fall wird die Ladungsträgerdichte des Bereichs 543a (des Bereichs 543b) erhöht, und der Bereich 543a (der Bereich 543b) wird zu einem niederohmigen Bereich.
Der Isolator 544 wird derart bereitgestellt, dass er den Leiter 542a und den Leiter 542b bedeckt, und verhindert eine Oxidation des Leiters 542a und des Leiters 542b. Dabei kann der Isolator 544 derart bereitgestellt werden, dass er eine Seitenfläche des Oxids 530 bedeckt und in Kontakt mit dem Isolator 524 ist.
Als Isolator 544 kann ein Metalloxid, das eine oder mehrere Arten enthält, die aus Hafnium, Aluminium, Gallium, Yttrium, Zirconium, Wolfram, Titan, Tantal, Nickel, Germanium, Neodym, Lanthan, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden, verwendet werden. Alternativ kann Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid oder dergleichen für den Isolator 544 verwendet werden.
Insbesondere wird vorzugsweise ein Isolator, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), als Isolator 544 verwendet. Insbesondere weist Hafniumaluminat eine höhere Wärmebeständigkeit auf als ein Hafniumoxidfilm. Deshalb wird Hafniumaluminat bevorzugt, da es weniger wahrscheinlich ist, dass es durch eine Wärmebehandlung in einem späteren Schritt kristallisiert wird. Es sei angemerkt, dass der Isolator 544 nicht notwendigerweise bereitgestellt wird, wenn der Leiter 542a und der Leiter 542b oxidationsbeständige Materialien sind oder ihre Leitfähigkeit auch nach der Absorption von Sauerstoff nicht signifikant verringert wird. Das Design kann entsprechend den erforderlichen Transistoreigenschaften angemessen eingestellt werden.
Dank des Isolators 544 kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Isolator 580 enthalten sind, durch das Oxid 530c und den Isolator 550 in das Oxid 530b diffundieren. Des Weiteren kann die Oxidation des Leiters 560 durch überschüssigen Sauerstoff, der in dem Isolator 580 enthalten ist, verhindert werden.
Der Isolator 550 dient als erster Gate-Isolierfilm. Der Isolator 550 wird vorzugsweise in Kontakt mit einer Innenseite (einer Oberseite und einer Seitenfläche) des Oxids 530c bereitgestellt. Der Isolator 550 wird vorzugsweise wie der Isolator 524 unter Verwendung eines Isolators ausgebildet, der überschüssigen Sauerstoff enthält und Sauerstoff durch Erwärmung abgibt.
Insbesondere kann Siliziumoxid, das überschüssigen Sauerstoff enthält, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, oder poröses Siliziumoxid verwendet werden. Insbesondere werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid, welche thermisch stabil sind, bevorzugt.
Wenn als Isolator 550 ein Isolator, von dem Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, in Kontakt mit der Oberseite des Oxids 530c bereitgestellt wird, kann dem Kanalbildungsbereich des Oxids 530b Sauerstoff von dem Isolator 550 über das Oxid 530c effektiv zugeführt werden. Ferner wird, wie bei dem Isolator 524, vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser oder Wasserstoff, in dem Isolator 550 verringert. Die Dicke des Isolators 550 ist vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 20 nm.
Außerdem kann ein Metalloxid zwischen dem Isolator 550 und dem Leiter 560 bereitgestellt werden, um dem Oxid 530 überschüssigen Sauerstoff, der in dem Isolator 550 enthalten ist, effizient zuzuführen. Das Metalloxid verhindert vorzugsweise eine Diffusion von Sauerstoff von dem Isolator 550 in den Leiter 560. Das Bereitstellen des Metalloxids, das eine Diffusion von Sauerstoff verhindert, verhindert eine Diffusion von überschüssigem Sauerstoff von dem Isolator 550 in den Leiter 560. Das heißt, dass eine Verringerung der Menge an überschüssigem Sauerstoff, der dem Oxid 530 zugeführt wird, verhindert werden kann. Außerdem kann eine Oxidation des Leiters 560 aufgrund von überschüssigem Sauerstoff verhindert werden. Für das Metalloxid kann ein Material, das für den Isolator 544 verwendet werden kann, verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass der Isolator 550, wie der zweite Gate-Isolierfilm, eine mehrschichtige Struktur aufweisen kann. Mit einer Miniaturisierung und einer hohen Integration eines Transistors könnte ein Problem, wie z. B. ein Leckstrom, wegen einer Verringerung der Dicke eines Gate-Isolierfilms verursacht werden. Aus diesem Grund kann dann, wenn ein Isolator, der als Gate-Isolierfilm dient, eine mehrschichtige Struktur aus einem Material mit hohem k und einem thermisch stabilen Material aufweist, ein Gate-Potential während des Betriebs des Transistors verringert werden, während die physikalische Dicke gehalten wird. Außerdem kann die mehrschichtige Struktur thermisch stabil sein und eine hohe relative Permittivität aufweisen.
Obwohl der Leiter 560, der als erste Gate-Elektrode dient, eine zweischichtige Struktur in 23A und 23B aufweist, kann eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen.
Für den Leiter 560a wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. einem Wasserstoffatom, einem Wasserstoffmolekül, einem Wassermolekül, einem Stickstoffatom, einem Stickstoffmolekül, einem Stickstoffoxidmolekül (z. B. N₂O, NO und NO₂) und einem Kupferatom, verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. einem Sauerstoffatom und/oder einem Sauerstoffmolekül) verwendet. Wenn der Leiter 560a eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff aufweist, kann verhindert werden, dass die Leitfähigkeit des Leiters 560b infolge einer Oxidation, die durch den in dem Isolator 550 enthaltenen Sauerstoff hervorgerufen wird, verringert wird. Als leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff wird vorzugsweise zum Beispiel Tantal, Tantalnitrid, Ruthenium, Rutheniumoxid oder dergleichen verwendet. Zudem kann ein Oxidhalbleiter, der als Oxid 530 verwendet werden kann, für den Leiter 560a verwendet werden. In diesem Fall wird der Leiter 560b durch ein Sputterverfahren ausgebildet, wodurch der Leiter 560a einen verringerten Wert des elektrischen Widerstandes aufweisen und zu einem Leiter werden kann. Ein derartiger Leiter kann als OC- (Oxidleiter bzw. Oxide Conductor-) Elektrode bezeichnet werden.
Für der Leiter 560b wird vorzugsweise ein leitendes Material verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Als Leiter 560b, der als Leitung dient, wird vorzugsweise ein Leiter verwendet, der eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Beispielsweise kann ein leitendes Material verwendet werden, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Der Leiter 560b kann eine mehrschichtige Struktur, beispielsweise eine mehrschichtige Struktur aus Titan oder Titannitrid und einem beliebigen der vorstehenden leitenden Materialien aufweisen.
Der Isolator 580 wird über dem Leiter 542a und dem Leiter 542b bereitgestellt, wobei der Isolator 544 dazwischen angeordnet ist. Der Isolator 580 umfasst vorzugsweise einen Sauerstoffüberschussbereich. Der Isolator 580 enthält vorzugsweise zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, poröses Siliziumoxid, ein Harz oder dergleichen. Insbesondere werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid, welche thermisch stabil sind, bevorzugt. Insbesondere werden Siliziumoxid und poröses Siliziumoxid bevorzugt, da ein Sauerstoffüberschussbereich in einem späteren Schritt leicht ausgebildet werden kann.
Der Isolator 580 umfasst vorzugsweise einen Sauerstoffüberschussbereich. Wenn der Isolator 580, der Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, in Kontakt mit dem Oxid 530c bereitgestellt wird, kann dem Oxid 530 Sauerstoff in dem Isolator 580 effizient über das Oxid 530c zugeführt werden Es sei angemerkt, dass vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser oder Wasserstoff, in dem Isolator 580 verringert wird.
Die Öffnung des Isolators 580 wird derart ausgebildet, dass sie sich mit dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b überlappt. Demzufolge wird der Leiter 560 derart ausgebildet, dass er in der Öffnung des Isolators 580 und dem Bereich zwischen dem Leiter 542a und dem Leiter 542b eingebettet ist.
Für die Miniaturisierung einer Halbleitervorrichtung ist es erforderlich, die Gate-Länge zu verkürzen; dabei muss verhindert werden, dass die Leitfähigkeit des Leiters 560 verringert wird. Wenn die Dicke des Leiters 560 erhöht wird, kann der Leiter 560 eine Form mit einem hohen Seitenverhältnis aufweisen. Bei dieser Ausführungsform wird der Leiter 560 derart bereitgestellt, dass er in der Öffnung des Isolators 580 eingebettet ist; somit kann selbst dann, wenn der Leiter 560 eine Form mit einem hohen Seitenverhältnis aufweist, der Leiter 560 ausgebildet werden, ohne dass er während des Prozesses zerbricht.
Der Isolator 574 wird vorzugsweise in Kontakt mit einer Oberseite des Isolators 580, einer Oberseite des Leiters 560 und einer Oberseite des Isolators 550 bereitgestellt. Indem der Isolator 574 durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, können Sauerstoffüberschussbereiche in dem Isolator 550 und dem Isolator 580 bereitgestellt werden. Dadurch kann dem Oxid 530 Sauerstoff von den Sauerstoffüberschussbereichen zugeführt werden.
Als Isolator 574 kann beispielsweise ein Metalloxid, das eine oder mehrere Arten enthält, die aus Hafnium, Aluminium, Gallium, Yttrium, Zirconium, Wolfram, Titan, Tantal, Nickel, Germanium, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden, verwendet werden.
Insbesondere weist Aluminiumoxid eine hohe Sperreigenschaft auf, so dass selbst mit einer kleinen Dicke von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 3,0 nm eine Diffusion von Wasserstoff und Stickstoff verhindert werden kann. Daher dient Aluminiumoxid, das durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, zum einen als Sauerstoffversorgungsquelle und zum anderen kann er auch als Sperrfilm gegen Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, dienen.
Ein Isolator 581, der als Zwischenschichtfilm dient, wird vorzugsweise über dem Isolator 574 bereitgestellt. Wie bei dem Isolator 524 oder dergleichen, wird vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser oder Wasserstoff, in dem Isolator 581 verringert.
Ein Leiter 540a und ein Leiter 540b werden in Öffnungen bereitgestellt, die in dem Isolator 581, dem Isolator 574, dem Isolator 580 und dem Isolator 544 ausgebildet sind. Der Leiter 540a und der Leiter 540b werden einander zugewandt bereitgestellt, wobei der Leiter 560 dazwischen angeordnet ist. Die Strukturen des Leiters 540a und des Leiters 540b sind denjenigen eines Leiters 546 und eines Leiters 548 ähnlich, die nachstehend beschrieben werden.
Ein Isolator 582 ist über dem Isolator 581 bereitgestellt. Eine Substanz, die eine Sperreigenschaft gegen Sauerstoff oder Wasserstoff aufweist, wird vorzugsweise für den Isolator 582 verwendet. Daher kann ein Material, das demjenigen für den Isolator 514 ähnlich ist, für den Isolator 582 verwendet werden. Für den Isolator 582 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid, verwendet.
Aluminiumoxid weist insbesondere eine hohe Sperrwirkung auf, die den Durchgang sowohl von Sauerstoff als auch von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, welche eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Transistors verursachen, unterbindet. Daher kann die Verwendung von Aluminiumoxid verhindern, dass in und nach einem Herstellungsprozess des Transistors Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff und Feuchtigkeit, in den Transistor 500 eindringen. Zudem kann eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid in dem Transistor 500 verhindert werden. Deshalb wird Aluminiumoxid in geeigneter Weise als Schutzfilm für den Transistor 500 verwendet.
Ein Isolator 586 ist über dem Isolator 582 bereitgestellt. Für den Isolator 586 kann ein Material, das demjenigen für den Isolator 320 ähnlich ist, verwendet werden. Wenn ein Material mit relativ niedriger Permittivität für diese Isolatoren verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität zwischen Leitungen verringert werden. Beispielsweise kann ein Siliziumoxidfilm, ein Siliziumoxynitridfilm oder dergleichen für den Isolator 586 verwendet werden.
Der Leiter 546, der Leiter 548 und dergleichen sind in dem Isolator 520, dem Isolator 522, dem Isolator 524, dem Isolator 544, dem Isolator 580, dem Isolator 574, dem Isolator 581, dem Isolator 582 und dem Isolator 586 eingebettet.
Der Leiter 546 und der Leiter 548 dienen als Anschlusspfropfen oder Leitungen, die mit dem Kondensator 600, dem Transistor 500 oder dem Transistor 300 verbunden sind. Der Leiter 546 und der Leiter 548 können unter Verwendung von Materialien ausgebildet werden, die den zum Ausbilden des Leiters 328 und des Leiters 330 verwendeten Materialien ähnlich sind.
Nach dem Ausbilden des Transistors 500 kann eine Öffnung derart ausgebildet werden, dass sie den Transistor 500 umgibt, und ein Isolator, der eine hohe Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Wasser aufweist, kann derart ausgebildet werden, dass er die Öffnung bedeckt. Indem der Isolator, der eine hohe Sperreigenschaft aufweist, den Transistor 500 umgibt, kann das Eindringen von Feuchtigkeit und Wasserstoff von außen verhindert werden. Alternativ kann eine Vielzahl von Transistoren 500 gemeinsam von dem Isolator, der eine hohe Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Wasser aufweist, umgeben sein. Wenn eine Öffnung derart ausgebildet wird, dass sie den Transistor 500 umgibt, werden beispielsweise die Ausbildung einer Öffnung, die den Isolator 522 oder den Isolator 514 erreicht, und die Ausbildung des Isolators mit einer hohen Sperreigenschaft, der in Kontakt mit dem Isolator 522 oder dem Isolator 514 ist, bevorzugt, da diese Schritte auch als Teil des Herstellungsprozesses des Transistors 500 dienen können. Es sei angemerkt, dass für den Isolator, der eine hohe Sperreigenschaft gegen Wasserstoff oder Wasser aufweist, ein Material, das demjenigen für den Isolator 522 oder den Isolator 514 ähnlich ist, verwendet werden kann.
Der Kondensator 600 ist oberhalb des Transistors 500 bereitgestellt. Der Kondensator 600 beinhaltet einen Leiter 610, einen Leiter 620 und einen Isolator 630.
Ein Leiter 612 kann über dem Leiter 546 und dem Leiter 548 bereitgestellt werden. Der Leiter 612 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung, der/die mit dem Transistor 500 verbunden ist. Der Leiter 610 dient als Elektrode des Kondensators 600. Es sei angemerkt, dass der Leiter 612 und der Leiter 610 gleichzeitig ausgebildet werden können.
Für den Leiter 612 und den Leiter 610 kann ein Metallfilm, der ein Element enthält, das aus Molybdän, Titan, Tantal, Wolfram, Aluminium, Kupfer, Chrom, Neodym und Skandium ausgewählt wird, ein Metallnitridfilm, der ein beliebiges der vorstehenden Elemente als Komponente enthält (ein Tantalnitridfilm, ein Titannitridfilm, ein Molybdännitridfilm oder ein Wolframnitridfilm), oder dergleichen verwendet werden. Alternativ ist es möglich, ein leitendes Material zu verwenden, 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.
Bei dieser Ausführungsform weisen der Leiter 612 und der Leiter 610 jeweils eine einschichtige Struktur auf; jedoch ist die Struktur nicht darauf beschränkt, und es kann auch eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann zwischen einem Leiter mit einer Sperreigenschaft und einem Leiter mit hoher Leitfähigkeit ein Leiter ausgebildet werden, der an den Leiter mit einer Sperreigenschaft und den Leiter mit hoher Leitfähigkeit sehr haftfähig ist.
Der Leiter 620 wird derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Leiter 610 überlappt, wobei der Isolator 630 dazwischen angeordnet ist. Es sei angemerkt, dass der Leiter 620 unter Verwendung eines leitenden Materials, wie z. B. eines Metallmaterials, eines Legierungsmaterials oder eines Metalloxidmaterials, ausgebildet werden kann. Vorzugsweise wird ein hochschmelzendes Material, das sowohl Wärmebeständigkeit als auch Leitfähigkeit aufweist, wie z. B. Wolfram oder Molybdän, verwendet, und besonders vorzugsweise wird Wolfram verwendet. In dem Fall, in dem der Leiter 620 gleichzeitig mit einer anderen Komponente, wie z. B. einem Leiter, ausgebildet wird, kann Cu (Kupfer), Al (Aluminium) oder dergleichen, welches ein Metallmaterial mit niedrigem Widerstand ist, verwendet werden.
Ein Isolator 640 ist über dem Leiter 620 und dem Isolator 630 bereitgestellt. Der Isolator 640 kann unter Verwendung eines Materials bereitgestellt werden, das demjenigen für den Isolator 320 ähnlich ist. Der Isolator 640 kann als Planarisierungsfilm dienen, der eine unebene Form darunter abdeckt.
Unter Verwendung dieser Struktur kann bei einer Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, der einen Oxidhalbleiter enthält, eine Miniaturisierung oder eine hohe Integration erzielt werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 4)
Bei dieser Ausführungsform werden ein IC-Chip, ein elektronisches Bauelement, elektronische Geräte und dergleichen als Beispiele für eine Halbleitervorrichtung beschrieben.
<Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements>
24A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelements zeigt. Das elektronische Bauelement wird auch als Halbleitergehäuse oder IC-Gehäuse bezeichnet. Dieses elektronische Bauelement weist je nach Anschluss-Entnahmerichtung und Anschlussform eine Vielzahl von Standards und Namen auf. Daher werden Beispiele dafür bei dieser Ausführungsform beschrieben. Das nachstehend beschriebene elektronische Bauelement entspricht dem elektronischen Bauelement, das die Transistoren der Verzögerungsschaltungen beinhaltet, die in der Halbleitervorrichtung enthalten sind.
Eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor beinhaltet, wird fertiggestellt, indem abtrennbare Bauelemente durch einen Aufbauprozess (Post-Prozess) auf einer gedruckten Leiterplatte integriert werden. Der Post-Prozess kann durch Schritte in 24A vollendet werden. Insbesondere wird, nachdem ein Elementsubstrat, das in einem Vorprozess erhalten wird, fertiggestellt worden ist (Schritt ST71), eine Rückseite des Substrats geschliffen. Die Dicke des Substrats wird in diesem Schritt verringert, um die Verkrümmung oder dergleichen des Substrats in dem Vorprozess zu verringern und um das elektronische Bauelement zu verkleinern. Als Nächstes wird ein Vereinzelungsschritt durchgeführt, um das Substrat in eine Vielzahl von Chips einzuteilen (Schritt ST72).
24B ist eine Draufsicht, die einen Halbleiterwafer 7100 vor einem Vereinzelungsschritt darstellt. 24C ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 24B. Eine Vielzahl von Schaltungsbereichen 7102 wird in dem Halbleiterwafer 7100 bereitgestellt. Beispielsweise ist eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem Schaltungsbereich 7102 bereitgestellt.
Die Vielzahl von Schaltungsbereichen 7102 sind jeweils von einem Trennbereich 7104 umgeben. Trennlinien (auch als „Vereinzelungslinien“ bezeichnet) 7106 sind an einer Position angeordnet, die sich mit den Trennbereichen 7104 überlappt. In dem Vereinzelungsschritt ST72 wird der Halbleiterwafer 7100 entlang den Trennlinien 7106 geschnitten, so dass Chips 7110, die die Schaltungsbereiche 7102 umfassen, von dem Halbleiterwafer 7100 abgeschnitten werden. 24D ist eine vergrößerte Ansicht des Chips 7110.
Eine leitende Schicht oder eine Halbleiterschicht kann in den Trennbereichen 7104 vorgesehen sein. Indem eine leitende Schicht oder eine Halbleiterschicht in den Trennbereichen 7104 bereitgestellt wird, wird die ESD, die in dem Vereinzelungsschritt auftreten könnte, abgemildert, was eine Abnahme der Ausbeute aufgrund des Vereinzelungsschritts verhindert. Ein Vereinzelungsschritt wird im Allgemeinen durchgeführt, während reines Wasser, dessen spezifischer Widerstand durch Auflösen eines Kohlensäuregases oder dergleichen verringert wird, einem zu schneidenden Teil zugeführt wird, um beispielsweise ein Substrat abzukühlen, Späne zu entfernen und eine Elektrifizierung zu verhindern. Das Vorhandensein einer leitenden Schicht oder einer Halbleiterschicht in den Trennbereichen 7104 ermöglicht eine Verringerung der Verwendung von reinem Wasser. Daher können die Kosten für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung reduziert werden. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung mit erhöhter Produktivität hergestellt werden.
Nach dem Schritt ST72 werden die getrennten Chips einzeln aufgenommen, um in einem Chipbondenschritt an einem Leiterrahmen montiert und damit verbunden zu werden (Schritt ST73). Als Verfahren zum Verbinden des Chips mit dem Leiterrahmen in dem Chipbondenschritt kann ein Verfahren ausgewählt werden, das für das Produkt geeignet ist. Das Verbinden kann beispielsweise mit einem Harz oder einem Klebeband durchgeführt werden. In dem Chipbondenschritt kann der Chip auf einem Interposer bzw. Zwischenträger montiert und daran befestigt werden. In einem Drahtbondschritt wird eine Leitung des Leiterrahmens über einen feinen Metalldraht (Leitung) elektrisch mit einer Elektrode auf dem Chip verbunden (Schritt ST74). Als feiner Metalldraht kann ein Silberdraht oder ein Golddraht verwendet werden. Als Drahtbonden kann Ballbonden oder Keilbonden verwendet werden.
Ein Formgebungsschritt wird durchgeführt, um den drahtgebundenen Chip mit einem Epoxidharz oder dergleichen zu versiegeln (Schritt ST75). Durch den Formgebungsschritt wird das elektronische Bauelement mit dem Harz gefüllt, so dass die Beschädigung eines montierten Schaltungsabschnitts oder Drahts aufgrund mechanischer Kraft von außen verringert werden kann. Außerdem kann die Verschlechterung der Eigenschaften aufgrund von Feuchtigkeit oder Staub verringert werden. Die Leitung des Leiterrahmens wird plattiert. Danach wird die Leitung geschnitten und verarbeitet (Schritt ST76). Dieser Plattierungsprozess verhindert ein Rosten der Leitung und unterstützt ein Löten beim Montieren des Chips auf einer gedruckten Leiterplatte in einem späteren Schritt. Din Druck (Markierung) wird an einer Oberfläche des Gehäuses durchgeführt (Schritt ST77). Durch einen Prüfschritt (Schritt ST78) wird das elektronische Bauelement fertiggestellt (Schritt ST79).
24E ist eine perspektivische schematische Ansicht des fertiggestellten elektronischen Bauelements. 24E ist eine perspektivische schematische Ansicht, die ein QFP (Quad-Flat-Package) als Beispiel für das elektronische Bauelement darstellt. Wie in 24E dargestellt, beinhaltet ein elektronisches Bauelement 7000 eine Leitung 7001 und einen Chip 7110.
Das elektronische Bauelement 7000 ist beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte 7002 montiert. Eine Vielzahl von derartigen elektronischen Bauelementen 7000 ist kombiniert und elektrisch miteinander über der gedruckten Leiterplatte 7002 verbunden; somit können die elektronischen Bauelemente an einem elektronischen Gerät montiert werden. Eine fertiggestellte Leiterplatte 7004 wird in einem elektronischen Gerät oder dergleichen bereitgestellt.
Das elektronische Bauelement 7000 kann als elektronisches Bauelement (IC-Chip) von elektronischen Geräten auf verschiedenen Gebieten verwendet werden, wie beispielsweise digitaler Signalverarbeitung, softwaredefinierten Funksystemen, Avioniksystemen (elektronischen Vorrichtungen, die in Flugzeugen verwendet werden, wie z. B. Kommunikationssystemen, Navigationssystemen, Autopilot-Systemen und Flugmanagementsystemen), ASIC-Prototypenherstellung, medizinischer Bildverarbeitung, Stimmerkennung, Verschlüsselung, Bioinformatik, Emulatoren für mechanische Systeme und Radioteleskopen der Radioastronomie. Beispiele für derartige elektronische Geräte umfassen Kameras (z. B. Videokameras und digitale Fotokameras), Anzeigevorrichtungen, Laptop-PC, Mobiltelefone, Spielkonsolen (darunter auch tragbare Spielkonsolen), tragbare Informationsendgeräte (z. B. Smartphones und Tablet-Informationsendgeräte), E-Book-Lesegeräte, tragbare Informationsendgeräte (z. B. uhrartige, am Kopf tragbare, schutzbrillenartige, brillenartige, armbandartige, armreifartige und halskettenartige Informationsendgeräte), Navigationssysteme, Audio-Wiedergabevorrichtungen (z. B. Car-Audio-Players und digitale Audio-Players), Kopiergeräte, Faxgeräte, Drucker, Multifunktionsdrucker, Geldautomaten (automated teller machines, ATM), Verkaufsautomaten und Haushaltsgeräte.
<Anwendungsbeispiele für elektronische Geräte>
Als Nächstes werden Fälle beschrieben, in denen das vorstehend beschriebene elektronische Bauelement für elektronische Geräte, wie z. B. einen beweglichen Gegenstand oder ein Strukturteil, oder ein Gehäuse verwendet wird.
25A stellt ein Head-Mounted-Display (HMD) 910 dar. Bei dem HMD 910 ist ein Öffnungsabschnitt 912 in einem Teil eines Gehäuses 911 bereitgestellt. Außerdem beinhaltet das HMD 910 einen Separator 913, einen Bedienschalter 914, ein externes Speichermittel 915, einen Lautsprecher 916, einen externen akustischen Ausgangsanschluss 917, eine Befestigungseinheit 920, ein Anzeigemittel 921 (ein Anzeigemittel 921R und ein Anzeigemittel 921L) und eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922 (eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922[1] und eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922[2]).
Als Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922 kann die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, verwendet werden. Ferner ist das HMD 910 mit dem vorstehend beschriebenen elektronischen Bauelement bereitgestellt, das eine Funktion der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922 oder dergleichen aufweist.
Ein Benutzer des HMD 910 trägt das HMD 910 am Kopf, wodurch er ein Bild, das auf dem Anzeigemittel 921 angezeigt wird, betrachten kann. Indem die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922 in dem HMD 910 bereitgestellt wird, kann der Benutzer während der Betrachtung des Bildes eine Änderung der Umgebung erfassen. Außerdem kann ein Warnton je nach Bedarf ausgegeben werden. Eine Warnung kann ferner je nach Bedarf auf dem Anzeigemittel 921 angezeigt werden. Indem die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 922 in dem HMD 910 bereitgestellt wird, kann der Benutzer mit Beruhigung auf die Betrachtung des Bildes konzentrieren und ein stärkeres Immersionsgefühl haben.
25B stellt einen Motorroller 950 dar. Der Motorroller 950 beinhaltet einen Seitenspiegel 951, eine Sekundärbatterie 952, einen Blinker 953 und eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 955. Die Sekundärbatterie 952 ist in einem Stauraum unter dem Sitz 954 gelagert.
Als Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 955 kann die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 110, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, verwendet werden. Ferner ist der Motorroller 950 mit dem vorstehend beschriebenen elektronischen Bauelement bereitgestellt, das eine Funktion der Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 955 oder dergleichen aufweist. Indem die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen 955 in dem Motorroller 950 bereitgestellt wird, kann die Fahrsicherheit erhöht werden.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
(Ausführungsform 5)
Bei dieser Ausführungsform wird eine Marktvorstellung bzw. Market Image beschrieben, bei der ein OS-Transistor verwendet werden kann.
<Marktvorstellung>
26 stellt eine Marktvorstellung dar, bei der ein OS-Transistor verwendet werden kann. In 26 stellt ein Bereich bzw. Gebiet 701 einen Produktbereich (OS-Display) dar, der auf ein Display unter Verwendung eines OS-Transistors anwendbar ist, ein Bereich 702 stellt einen Produktbereich (OS-LSI-Analog) dar, im dem eine Large-Scale-Integration (LSI) unter Verwendung eines OS-Transistors auf eine analoge Verarbeitung anwendbar ist, und ein Bereich 703 stellt einen Produktbereich (OS-LSI-Digital) dar, im dem eine LSI unter Verwendung eines OS-Transistors auf eine digitale Verarbeitung anwendbar ist. Der OS-Transistor kann in den in 26 dargestellten drei Bereichen, dem Bereich 701, dem Bereich 702 und dem Bereich 703, d. h. auf drei großen Märkten, vorteilhaft verwendet werden.
In 26 stellt ein Bereich 704 einen Bereich dar, in dem der Bereich 701 und der Bereich 702 einander überlappen, ein Bereich 705 stellt einen Bereich dar, in dem der Bereich 702 und der Bereich 703 einander überlappen, ein Bereich 706 stellt einen Bereich dar, in dem der Bereich 701 und der Bereich 703 einander überlappen, und ein Bereich 707 stellt einen Bereich dar, in dem der Bereich 701, der Bereich 702 und der Bereich 703 einander überlappen.
Bei dem OS-Display kann eine FET-Struktur, wie z. B. ein Bottom-Gate-OS-FET (BG-OS-FET) oder ein Top-Gate-OS-FET (TG-OS-FET), vorteilhaft verwendet werden. Es sei angemerkt, dass der Bottom-Gate-OS-FET einen kanalgeätzten FET und einen kanalschützenden FET umfasst. Der Top-Gate-OS-FET umfasst einen Top-Gate-Self-Aligneded- (TGSA-) FET.
Bei dem OS-LSI-Analog und dem OS-LSI-Digital kann beispielsweise ein Gate-Last-OS-FET (GL-OS-FET) vorteilhaft verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass die vorstehend beschriebenen Transistoren jeweils einen Single-Gate-Transistor mit einer Gate-Elektrode, einen Dual-Gate-Transistor mit zwei Gate-Elektroden und einen Transistor mit drei oder mehr Gate-Elektroden umfassen. Unter Dual-Gate-Transistoren wird insbesondere ein Transistor mit einer Struktur mit umschlossenem Kanal (S-Kanal-Struktur) vorzugsweise verwendet.
Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen ein Transistor mit einer S-Kanal-Struktur einen Transistor mit einer Struktur bezeichnet, bei der ein Kanalbildungsbereich elektrisch von den elektrischen Feldern eines Paars von Gate-Elektroden umschlossen ist. In dieser Beschreibung und dergleichen weist ferner die Struktur mit umschlossenem Kanal (S-Kanal-Struktur) ein Merkmal auf, dass die Seitenfläche und die Umgebung des Oxids 530, das in Kontakt mit dem Leiter 542a und dem Leiter 542b, die als Source-Elektrode und Drain-Elektrode dienen, ist, ein I-Typ wie der Kanalbildungsbereich sind. Da die Seitenfläche und die Umgebung des Oxids 530, das in Kontakt mit dem Leiter 542a und dem Leiter 542b ist, in Kontakt mit dem Isolator 544 sind, können sie wie der Kanalbildungsbereich ein I-Typ sein. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen „I-Typ“ die gleiche Bedeutung wie „hochrein intrinsisch“, welches vorstehend beschrieben worden ist, aufweisen kann. Die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbarte S-Kanal-Struktur unterscheidet sich von einer Fin-Typ-Struktur und einer Planar-Struktur. Mit der S-Kanal-Struktur kann eine Beständigkeit gegen Kurzkanaleffekt erhöht werden, d. h., dass ein Transistor, bei dem ein Kurzkanaleffekt mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt, bereitgestellt werden kann.
Als Produkte, die in dem OS-Display (dem Bereich 701) enthalten sind, können Produkte, bei denen eine Flüssigkristallanzeige (liquid crystal display, LCD), Elektrolumineszenz (EL) und eine Leuchtdiode (light-emitting diode, LED) als Anzeigevorrichtungen enthalten sind, angegeben werden. Eine beliebige der vorstehenden Anzeigevorrichtungen wird vorzugsweise mit einem Quantenpunkt (Quantum Dot, Q-Dot) kombiniert.
Es sei angemerkt, dass bei dieser Ausführungsform EL organische EL und anorganische EL umfasst. Bei dieser Ausführungsform umfasst ferner LED eine Mikro-LED, eine Mini-LED und eine Makro-LED. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen eine Leuchtdiode mit einer Chipgröße von 10000 µm² oder kleiner als Mikro-LED bezeichnet wird, eine Leuchtdiode mit einer Chipgröße von größer als 10000 µm² und kleiner als oder gleich 1 mm² als Mini-LED bezeichnet wird und eine Leuchtdiode mit einer Chipgröße von größer als 1 mm² als Makro-LED bezeichnet wird.
Als Produkte, die in dem OS-LSI-Analog (dem Bereich 702) enthalten sind, können eine Vorrichtung zur Lokalisierung von Schallquellen, die einem breiten Frequenzbereich (z. B. einem hörbaren Ton mit einer Frequenz von 20 Hz bis 20 kHz oder einer Ultraschallwelle von 20 kHz oder größer) entspricht, eine Vorrichtung für die Batteriesteuerung (eine IC für die Batteriesteuerung, eine IC für den Batterieschutz oder ein Batteriemanagementsystem) und dergleichen angegeben werden.
Als Produkte, die in dem OS-LSI-Digital (dem Bereich 703) enthalten sind, können eine Speichervorrichtung, eine Hauptprozessor- (Central Processor Unit, CPU-) Vorrichtung, eine Grafikprozessor- (Graphics Processing Unit, GPU-) Vorrichtung, eine feldprogrammierbare Gateanordnung- (Field Programmable Gate Array, FPGA-) Vorrichtung, eine Leistungsvorrichtung, eine Hybrid-Vorrichtung, bei der eine OS-LSI und eine Si-LSI übereinander angeordnet werden oder gemischt werden, eine Licht emittierende Vorrichtung und dergleichen angegeben werden.
Als Produkte, die in dem Bereich 704 enthalten sind, können eine Anzeigevorrichtung, die einen Infrarot-Sensor oder einen Nahinfrarot-Sensor in einem Anzeigebereich beinhaltet, eine mit einem Sensor ausgestattete Signalverarbeitungsvorrichtung mit einem OS-FET, eine implantierbare Biosensorvorrichtung und dergleichen angegeben werden. Als Produkte, die in dem Bereich 705 enthalten sind, können eine Verarbeitungsschaltung, die eine Analog/Digital-(A/D-) Wandlerschaltung oder dergleichen umfasst, eine KI- (artificial intelligence, AI-) Vorrichtung, die die Verarbeitungsschaltung umfasst, und dergleichen angegeben werden. Als Produkte, die in dem Bereich 706 enthalten sind, können eine Anzeigevorrichtung, bei der eine Pixel-AI-Technologie verwendet wird, und dergleichen angegeben werden. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen die Pixel-AI-Technologie eine Technologie bezeichnet, bei der ein Speicher, der aus einem OS-FET oder dergleichen, der in einer Pixelschaltung einer Anzeige enthalten ist, besteht, genutzt wird.
Als Produkt, das in dem Bereich 707 enthalten ist, kann ein Verbundprodukt angegeben werden, das durch Kombination verschiedener Produkte, die in den Bereichen 701 bis 706 enthalten sind, erhalten wird.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Produktbereiche wie in 26 angewendet werden. Das heißt, dass die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf viele Märkte angewendet werden kann.
Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
Bezugszeichenliste

100:: Fahrzeug,
101:: Transistor,
102:: Transistor,
103:: Transistor,
104:: Transistor,
108:: Airbag,
110:: Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen,
111:: Mikrofon-Array,
112:: Verzögerungsschaltungsgruppe,
113:: Signalverarbeitungsschaltung,
114:: ADC,
115:: digitale arithmetische Schaltung,
116:: Mikrofon,
117:: Verzögerungsschaltung,
120:: Steuervorrichtung,
121:: Speichervorrichtung,
122:: arithmetische Vorrichtung,
123:: neuronales Netz,
124:: Neuron,
130:: Signalausgabevorrichtung,
131:: Airbagvorrichtung,
132:: Airbagvorrichtung,
133a:: Airbagvorrichtung,
133b:: Airbagvorrichtung,
134a:: Airbagvorrichtung,
134b:: Airbagvorrichtung,
140:: Sensor,
151:: Lenkrad,
152:: Armaturenbrett,
200:: Fahrzeugalarmvorrichtung

Claims

Fahrzeugalarmvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen, eine Steuervorrichtung und eine Signalausgabevorrichtung umfasst, wobei die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen eine Funktion zum Erhalten eines Fremdgeräusches und eine Funktion zum Bestimmen einer Position einer Schallquelle des Fremdgeräusches aufweist, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Erhalten einer Änderung der Position der Schallquelle und eine Funktion zum Zuführen eines Signals zu der Signalausgabevorrichtung aufweist, und wobei die Signalausgabevorrichtung eine Funktion zum Empfangen des Signals und zum Ausgeben eines akustischen Signals aufweist.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das akustische Signal ein Signal ist, das eine Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen erregt.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Erhalten der Änderung der Position der Schallquelle unter Verwendung der Position der Schallquelle und einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Position der Schallquelle und einem Fahrzeug aufweist.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ein neuronales Netz umfasst.
Fahrzeugalarmvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen, eine Steuervorrichtung und eine Signalausgabevorrichtung umfasst, wobei die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen eine Funktion zum Erhalten eines Fremdgeräusches und eine Funktion zum Bestimmen einer Position einer Schallquelle des Fremdgeräusches aufweist, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Erhalten einer Änderung der Position der Schallquelle und eine Funktion zum Zuführen eines Signals zu der Signalausgabevorrichtung aufweist, wobei die Signalausgabevorrichtung eine Funktion zum Empfangen des Signals und zum Ausgeben eines akustischen Signals aufweist, wobei die Vorrichtung zur Erfassung von Schallquellen umfasst: ein Mikrofon-Array, das ein erstes Mikrofon und ein zweites Mikrofon umfasst; eine erste Auswahlschaltung, eine erste Signalhalteschaltung, eine zweite Signalhalteschaltung, eine zweite Auswahlschaltung; und eine Signalverarbeitungsschaltung, wobei die erste Auswahlschaltung eine Funktion zum Auswählen des ersten Mikrofons oder des zweiten Mikrofons aufweist, wobei die erste Signalhalteschaltung eine Funktion zum Halten von Schallquellensignalen, die unter Verwendung des ersten Mikrofons zu einer Vielzahl von Zeitpunkten erhalten werden, als eine Vielzahl von ersten Spannungen, die den jeweiligen Schallquellensignalen entsprechen, aufweist, wobei die zweite Signalhalteschaltung eine Funktion zum Halten von Schallquellensignalen, die unter Verwendung des zweiten Mikrofons zu einer Vielzahl von Zeitpunkten erhalten werden, als eine Vielzahl von zweiten Spannungen, die den jeweiligen Schallquellensignalen entsprechen, aufweist, wobei die zweite Auswahlschaltung eine Funktion zum Auswählen einer der Vielzahl von ersten Spannungen und einer der Vielzahl von zweiten Spannungen aufweist, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Funktion zum Durchführen einer Berechnung der ersten Spannung und der zweiten Spannung aufweist, die durch die zweite Auswahlschaltung ausgewählt werden, wobei die erste Signalhalteschaltung und die zweite Signalhalteschaltung jeweils einen ersten Transistor beinhalten, und wobei eine Halbleiterschicht des ersten Transistors einen Oxidhalbleiter enthält.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das akustische Signal ein Signal ist, das eine Aufmerksamkeit eines Fahrzeuginsassen erregt.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuervorrichtung eine Funktion zum Erhalten der Änderung der Position der Schallquelle unter Verwendung der Position der Schallquelle und einer Relativgeschwindigkeit zwischen der Position der Schallquelle und einem Fahrzeug aufweist.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, die ein neuronales Netz umfasst.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die erste Signalhalteschaltung und die zweite Signalhalteschaltung jeweils einen zweiten Transistor beinhalten, und wobei eine Halbleiterschicht des zweiten Transistors einen Oxidhalbleiter enthält.
Fahrzeugalarmvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Signalverarbeitungsschaltung eine Differenzschaltung oder eine Multiplikationsschaltung ist.