DE112020004134T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Shunpei Yamazaki
Yoshinori Ando
Ryota Hodo
Takashi Hirose
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung, bei der Schwankungen von Eigenschaften gering sind, wird bereitgestellt. Ein Transistor beinhaltet einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der über dem ersten Isolator und dem zweiten Isolator angeordnet ist und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem vierten Isolator. Ein Kondensator beinhaltet den zweiten Leiter, den dritten Isolator, in dem eine zweite Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der in der zweiten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem fünften Isolator. Ein Anschlusspfropfen ist derart angeordnet, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt. Der Anschlusspfropfen ist elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden. Der erste Isolator und der zweite Isolator sind jeweils ein Metalloxid, das eine amorphe Struktur aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Transistor, eine Halbleitervorrichtung und ein elektronisches Gerät. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Halbleiterwafer und ein Modul.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen ist mit einer Halbleitervorrichtung im Allgemeinen eine Vorrichtung gemeint, die unter Nutzung von Halbleitereigenschaften arbeiten kann. Ein Halbleiterelement, wie z. B. ein Transistor, eine Halbleiterschaltung, eine arithmetische Vorrichtung und eine Speichervorrichtung sind jeweils eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung. Es können eine Anzeigevorrichtung (z. B. eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und eine Licht emittierende Anzeigevorrichtung), eine Projektionsvorrichtung, eine Beleuchtungsvorrichtung, eine elektrooptische Vorrichtung, eine Energiespeichervorrichtung, eine Speichervorrichtung, eine Halbleiterschaltung, eine Abbildungsvorrichtung, ein elektronisches Gerät und dergleichen jeweils eine Halbleitervorrichtung beinhalten.
  • Es sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehende technische Gebiet beschränkt ist. Eine Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, betrifft einen Gegenstand, ein Verfahren oder ein Herstellungsverfahren. Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft einen Prozess, eine Maschine, ein Erzeugnis oder eine Zusammensetzung (Zusammensetzung eines Materials).
  • Stand der Technik
  • In den letzten Jahren sind Halbleitervorrichtungen entwickelt worden, um hauptsächlich für eine LSI, eine CPU oder einen Speicher verwendet zu werden. Eine CPU beinhaltet eine integrierte Halbleiterschaltung (mit mindestens einem Transistor und einem Speicher), die hergestellt wird, indem ein Halbleiterwafer zu einer Chip-Form verarbeitet wird, und ist ein Aggregat von Halbleiterelementen, die jeweils mit einer Elektrode versehen sind, die ein Verbindungsanschluss ist.
  • Eine Halbleiterschaltung (IC-Chip), wie z. B. eine LSI, eine CPU oder ein Speicher, wird auf einer Leiterplatte, beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte, montiert, um als Bestandteil verschiedener elektronischer Geräte verwendet zu werden.
  • Eine Technik, bei der ein Transistor unter Verwendung eines Halbleiterdünnfilms ausgebildet wird, der über einem Substrat mit einer isolierenden Oberfläche ausgebildet ist, hat Aufmerksamkeit erregt. Der Transistor wird für eine Vielzahl von elektronischen Vorrichtungen verwendet, wie z. B. eine integrierte Schaltung (integrated circuit, IC) und eine Bildanzeigevorrichtung (auch einfach als Anzeigevorrichtung bezeichnet). Ein Halbleitermaterial auf Silizium-Basis ist als Halbleiterdünnfilm, der für einen Transistor anwendbar ist, weithin bekannt. Als weiteres Material hat ein Oxidhalbleiter Aufmerksamkeit erregt.
  • Es ist bekannt, dass ein Transistor, der einen Oxidhalbleiter enthält, einen sehr niedrigen Leckstrom in einem Sperrzustand aufweist. Beispielsweise werden eine CPU mit geringem Stromverbrauch und dergleichen offenbart, bei der die Eigenschaft eines niedrigen Leckstroms des Transistors, der einen Oxidhalbleiter enthält, genutzt wird (siehe Patentdokument 1). Ferner wird beispielsweise eine Speichervorrichtung offenbart, die unter Nutzung einer Eigenschaft eines niedrigen Leckstroms des Transistors, der einen Oxidhalbleiter enthält, gespeicherte Inhalte lange Zeit halten kann (siehe Patentdokument 2).
  • Ferner ist in den letzten Jahren eine Nachfrage nach einer integrierten Schaltung mit höherer Dichte mit einer Verkleinerung der Größe und einer Verringerung des Gewichts von elektronischen Geräten gestiegen. Außerdem soll die Produktivität einer Halbleitervorrichtung, die eine integrierte Schaltung beinhaltet, verbessert werden.
  • [Referenzen]
  • [Patentdokumente]
    • [Patentdokument 1] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2012-257187
    • [Patentdokument 2] Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-151383
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Eine Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der Schwankungen von Transistoreigenschaften gering sind. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit hohem Durchlassstrom bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die miniaturisiert oder hoch integriert werden kann. Eine weitere Aufgabe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, eine Halbleitervorrichtung mit geringem Stromverbrauch bereitzustellen.
  • 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 Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor, einen Kondensator und einen Anschlusspfropfen beinhaltet. Der Transistor beinhaltet einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der über dem ersten Isolator und dem zweiten Isolator angeordnet ist und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem vierten Isolator. Der Kondensator beinhaltet den zweiten Leiter, den dritten Isolator, in dem eine zweite Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der in der zweiten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem fünften Isolator. Der Anschlusspfropfen ist derart angeordnet, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt. Der Anschlusspfropfen ist elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden. Der erste Isolator und der zweite Isolator sind jeweils ein Metalloxid, das eine amorphe Struktur aufweist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor, einen Kondensator und einen Anschlusspfropfen beinhaltet. Der Transistor beinhaltet einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator, der den ersten Leiter und den zweiten Leiter bedeckt und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen zweiten Isolator, der über dem ersten Isolator angeordnet ist und in dem eine zweite Öffnung, die sich mit dem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen dritten Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem dritten Isolator. Der Kondensator beinhaltet den zweiten Leiter, den ersten Isolator und den zweiten Isolator, in denen eine dritte Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der in der dritten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem vierten Isolator. Der Anschlusspfropfen ist derart angeordnet, dass er den ersten Isolator, den zweiten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt. Der Anschlusspfropfen ist elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden. Der erste Isolator ist ein Metalloxid, das eine amorphe Struktur aufweist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die einen Transistor, einen Kondensator und einen Anschlusspfropfen beinhaltet. Der Transistor beinhaltet einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der den ersten Isolator und den zweiten Isolator bedeckt und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem dritten Isolator angeordnet ist und in dem eine zweite Öffnung, die sich mit dem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und in dem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem fünften Isolator. Der Kondensator beinhaltet den zweiten Leiter und den zweiten Isolator, den dritten Isolator und den vierten Isolator, in denen eine dritte Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen sechsten Isolator, der in der dritten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem sechsten Isolator. Der Anschlusspfropfen ist derart angeordnet, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den vierten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt. Der Anschlusspfropfen ist elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden. Der erste Isolator, der zweite Isolator und der dritte Isolator sind jeweils ein Metalloxid, das eine amorphe Struktur aufweist.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass die Halbleitervorrichtung ferner einen siebten Isolator und einen achten Isolator beinhaltet, dass der siebte Isolator unter dem Oxidhalbleiter angeordnet ist, dass der achte Isolator in Kontakt mit einer Oberseite des vierten Isolators, einer Oberseite des dritten Leiters und einer Oberseite des vierten Leiters ist und dass der siebte Isolator und der achte Isolator jeweils ein Metalloxid sind, das eine amorphe Struktur aufweist.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass die Halbleitervorrichtung ferner einen neunten Isolator beinhaltet, dass der neunte Isolator den achten Isolator bedeckt und in Kontakt mit einer Oberseite des siebten Isolators in einem Bereich ist, der sich nicht mit dem fünften Isolator überlappt, und dass der neunte Isolator ein Metalloxid ist, das eine amorphe Struktur aufweist.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass die Halbleitervorrichtung ferner einen zehnten Isolator und einen elften Isolator beinhaltet, dass der zehnte Isolator in Kontakt mit einer Unterseite des siebten Isolators ist, dass der elfte Isolator in Kontakt mit einer Oberseite des achten Isolators ist und dass der zehnte Isolator und der elfte Isolator jeweils Siliziumnitrid sind.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass die Halbleitervorrichtung ferner einen ersten Nitridisolator und einen zweiten Nitridisolator beinhaltet, dass der erste Nitridisolator zwischen dem ersten Isolator und dem dritten Isolator angeordnet ist, dass der zweite Nitridisolator zwischen dem zweiten Isolator und dem dritten Isolator angeordnet ist und dass der erste Nitridisolator und der zweite Nitridisolator jeweils Siliziumnitrid sind.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass eine Oberseite des ersten Isolators und eine Oberseite des zweiten Isolators in Kontakt mit dem dritten Isolator sind.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass das Metalloxid AlOx (x ist eine vorgegebene Zahl von größer als 0) ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung, die eine erste Isolatorschicht, eine zweite Isolatorschicht, eine erste Speicherzelle und eine zweite Speicherzelle beinhaltet. Die erste Speicherzelle beinhaltet einen ersten Transistor, einen ersten Kondensator und einen ersten Anschlusspfropfen. Der erste Transistor beinhaltet einen ersten Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem ersten Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der über dem ersten Isolator und dem zweiten Isolator angeordnet ist und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem ersten Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem vierten Isolator. Der erste Kondensator beinhaltet den zweiten Leiter, den dritten Isolator, in dem eine zweite Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der in der zweiten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem fünften Isolator. Der erste Anschlusspfropfen ist derart angeordnet, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den ersten Leiter und den ersten Oxidhalbleiter durchdringt. Der erste Anschlusspfropfen ist elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden. Die zweite Speicherzelle beinhaltet einen zweiten Transistor, einen zweiten Kondensator und einen zweiten Anschlusspfropfen. Der zweite Transistor beinhaltet einen zweiten Oxidhalbleiter, einen fünften Leiter und einen sechsten Leiter über dem zweiten Oxidhalbleiter, einen sechsten Isolator über dem fünften Leiter, einen siebten Isolator über dem sechsten Leiter, einen achten Isolator, der über dem sechsten Isolator und dem siebten Isolator angeordnet ist und in dem eine dritte Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem fünften Leiter und dem sechsten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen neunten Isolator, der über dem zweiten Oxidhalbleiter und zwischen dem fünften Leiter und dem sechsten Leiter angeordnet ist, und einen siebten Leiter über dem neunten Isolator. Der zweite Kondensator beinhaltet den sechsten Leiter, den achten Isolator, in dem eine vierte Öffnung, die den sechsten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen zehnten Isolator, der in der vierten Öffnung angeordnet ist, und einen achten Leiter über dem zehnten Isolator. Der zweite Anschlusspfropfen ist derart angeordnet, dass er den sechsten Isolator, den neunten Isolator, den fünften Leiter und den zweiten Oxidhalbleiter durchdringt. Der zweite Anschlusspfropfen ist elektrisch mit dem fünften Leiter verbunden. Die erste Speicherzelle ist über der ersten Isolatorschicht bereitgestellt. Die zweite Speicherzelle ist über der ersten Speicherzelle bereitgestellt. Eine Oberseite des ersten Anschlusspfropfens ist elektrisch mit dem zweiten Anschlusspfropfen verbunden. Die zweite Isolatorschicht ist derart angeordnet, dass sie die erste Speicherzelle und die zweite Speicherzelle bedeckt. Die zweite Isolatorschicht ist in Kontakt mit einem Teil einer Oberseite der ersten Isolatorschicht in einem Bereich, der sich nicht mit dem ersten Oxidhalbleiter und dem zweiten Oxidhalbleiter überlappt.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass die erste Isolatorschicht einen elften Isolator und einen zwölften Isolator über dem elften Isolator beinhaltet, dass die zweite Isolatorschicht einen dreizehnten Isolator und einen vierzehnten Isolator über dem dreizehnten Isolator beinhaltet, dass der elfte Isolator und der dreizehnte Isolator jeweils Siliziumnitrid enthalten und dass der zwölfte Isolator und der vierzehnte Isolator jeweils ein Metalloxid sind, das eine amorphe Struktur aufweist.
  • Im Vorstehenden wird es bevorzugt, dass das Metalloxid AlOx (x ist eine vorgegebene Zahl von größer als 0) ist.
  • Wirkung der Erfindung
  • Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, bei der Schwankungen von Transistoreigenschaften gering sind. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Halbleitervorrichtung mit hohem Durchlassstrom bereitgestellt werden. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die miniaturisiert oder hoch integriert werden kann. Einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann eine Halbleitervorrichtung mit geringem Stromverbrauch bereitgestellt werden.
  • 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 ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1B bis 1D sind Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3A ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3B bis 3D sind Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4A ist ein Diagramm, das die Klassifizierung von Kristallstrukturen von IGZO zeigt.
    • 4B ist ein Diagramm, das ein XRD-Spektrum eines CAAC-IGZO-Films zeigt. 4C ist ein Bild, das ein Nanostrahlelektronenbeugungsmuster des CAAC-IGZO-Films zeigt.
    • 5A ist eine Draufsicht, die ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 5B bis 5D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 6A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 6B bis 6D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 7A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 7B bis 7D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 8A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 8B bis 8D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 9A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 9B bis 9D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 10A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 10B bis 10D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 11A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 11B bis 11D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 12A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 12B bis 12D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 13A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 13B bis 13D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 14A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 14B bis 14D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 15A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 15B bis 15D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 16A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 16B bis 16D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 17A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 17B bis 17D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 18A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 18B bis 18D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 19A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 19B bis 19D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 20A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 20B bis 20D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 21A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 21B bis 21D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 22A ist eine Draufsicht, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 22B bis 22D sind Querschnittsansichten, die das Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 23 ist eine Draufsicht, die eine Mikrowellenbehandlungseinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 24 ist eine Querschnittsansicht, die die Mikrowellenbehandlungseinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 25 ist eine Querschnittsansicht, die die Mikrowellenbehandlungseinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 26 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 27 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 28A ist eine Draufsicht auf eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 28B ist eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 29 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 30A ist ein Blockdiagramm, das ein Strukturbeispiel einer Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 30B ist eine perspektivische Ansicht eines Strukturbeispiels der Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 31A bis 31C sind Schaltpläne, die jeweils ein Strukturbeispiel einer Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
    • 32 ist ein Diagramm, das verschiedene Speichervorrichtungen in hierarchischer Reihenfolge zeigt.
    • 33A ist ein Blockdiagramm einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 33B ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 34A und 34B stellen Beispiele für elektronische Geräte dar.
    • 35A bis 35E sind schematische Darstellungen von Speichervorrichtungen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
    • 36A bis 36H stellen elektronische Geräte von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachstehend werden Ausführungsformen anhand der Zeichnungen beschrieben. Jedoch können die Ausführungsformen in vielen verschiedenen Modi implementiert werden und es ist für Fachleute leicht verständlich, dass Modi und Details dieser auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne dabei vom Gedanken und Schutzbereich dieser abzuweichen. Deshalb sollte die vorliegende Erfindung nicht als auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen beschränkt ausgelegt werden.
  • In den Zeichnungen wird die Größe, die Schichtdicke oder der Bereich in einigen Fällen der Klarheit halber übertrieben dargestellt. Deshalb sind sie nicht notwendigerweise auf das Größenverhältnis beschränkt. Es sei angemerkt, dass die Zeichnungen schematische Ansichten sind, die ideale Beispiele zeigen, und dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Formen oder Werte, welche in den Zeichnungen gezeigt werden, beschränkt sind. Beispielsweise könnte bei dem tatsächlichen Herstellungsprozess die Größe einer Schicht, einer Fotolackmaske oder dergleichen unabsichtlich durch eine Behandlung, wie z. B. Ätzen, verringert werden, was in einigen Fällen zum leichteren Verständnis nicht in den Zeichnungen dargestellt wird. In den Zeichnungen sind die gleichen Abschnitte oder Abschnitte mit ähnlichen Funktionen durch die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird in einigen Fällen nicht wiederholt. Das gleiche Schraffurmuster wird für Abschnitte mit ähnlichen Funktionen verwendet, und in einigen Fällen sind die Abschnitte nicht besonders durch Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Des Weiteren könnte im Besonderen bei einer Draufsicht (auch als „Planansicht“ bezeichnet), einer perspektivischen Ansicht oder dergleichen die Darstellung von einigen Komponenten zum leichteren Verständnis der Erfindung weggelassen werden. Außerdem könnte die Darstellung von einigen verdeckten Linien und dergleichen weggelassen werden.
  • Des Weiteren werden die Ordinalzahlen, wie z. B. erstes und zweites, in dieser Beschreibung und dergleichen aus Gründen der Zweckmäßigkeit verwendet, und sie kennzeichnen weder die Reihenfolge von Schritten noch die Anordnungsreihenfolge von Schichten. Daher kann beispielsweise eine angemessene Beschreibung erfolgen, auch wenn „erstes“ durch „zweites“ oder „drittes“ ersetzt wird. Außerdem entsprechen die Ordnungszahlen in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen nicht den Ordnungszahlen, die zur Spezifizierung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen werden Begriffe zur Erläuterung der Anordnung, wie z. B. „über“ und „unter“, der Einfachheit halber verwendet, um die Positionsbeziehung zwischen Komponenten anhand von Zeichnungen zu beschreiben. Die Positionsbeziehung zwischen Komponenten wird angemessen entsprechend einer Richtung verändert, in der jede Komponente beschrieben wird. Deshalb gibt es keine Beschränkung bezüglich der Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, und eine Beschreibung kann je nach Situation angemessen erfolgen.
  • In dem Fall, in dem es beispielsweise eine explizite Beschreibung „X und Y sind verbunden“ in dieser Beschreibung und dergleichen gibt, werden der Fall, in dem X und Y elektrisch verbunden sind, der Fall, in dem X und Yfunktional verbunden sind, und der Fall, in dem X und Y direkt verbunden sind, in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart. Demzufolge ist, ohne Beschränkung auf eine vorbestimmte Verbindungsbeziehung, beispielsweise in einer in Zeichnungen oder Texten gezeigten bzw. beschriebenen Verbindungsbeziehung eine weitere Verbindungsbeziehung als gezeigte bzw. beschriebene Verbindungsbeziehung ebenfalls enthalten. Hier stellen X und Y jeweils einen Gegenstand (z. B. eine Vorrichtung, ein Element, eine Schaltung, eine Leitung, eine Elektrode, einen Anschluss, einen leitenden Film oder eine Schicht) dar.
  • Außerdem handelt es sich bei einem Transistor in dieser Beschreibung und dergleichen um ein Element, das mindestens drei Anschlüsse beinhaltet, nämlich ein Gate, einen Drain und eine Source. Der Transistor weist einen Bereich, in dem ein Kanal gebildet wird (nachstehend auch als Kanalbildungsbereich bezeichnet), zwischen einem Drain (einem Drain-Anschluss, einem Drain-Bereich oder einer Drain-Elektrode) und einer Source (einem Source-Anschluss, einem Source-Bereich oder einer Source-Elektrode) auf, und ein Strom kann durch den Kanalbildungsbereich zwischen der Source und dem Drain fließen. Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung und dergleichen ein Kanalbildungsbereich auf einen Bereich bezieht, durch den hauptsächlich ein Strom fließt.
  • Wenn beispielsweise Transistoren mit unterschiedlichen Polaritäten zum Einsatz kommen oder die Stromflussrichtung im Schaltungsbetrieb geändert wird, können die Funktionen einer Source und eines Drains in einigen Fällen untereinander ausgetauscht werden. Deshalb können die Begriffe „Source“ und „Drain“ in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen untereinander ausgetauscht werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Kanallänge beispielsweise einen Abstand zwischen einer Source (Source-Bereich oder Source-Elektrode) und einem Drain (Drain-Bereich oder Drain-Elektrode) in einem Bereich, in dem in einer Draufsicht auf einen Transistor ein Halbleiter (oder ein Abschnitt eines Halbleiters, in dem ein Strom fließt, wenn ein Transistor eingeschaltet ist) und eine Gate-Elektrode einander überlappen, oder in einem Kanalbildungsbereich bezeichnet. Es sei angemerkt, dass bei einem Transistor Kanallängen nicht notwendigerweise in allen Bereichen den gleichen Wert aufweisen. Mit anderen Worten: Die Kanallänge eines Transistors ist in einigen Fällen nicht auf einen einzigen Wert beschränkt. Deshalb handelt es sich bei der Kanallänge in dieser Beschreibung um einen beliebigen Wert, den Maximalwert, den Minimalwert oder den Durchschnittswert in einem Kanalbildungsbereich.
  • Die Kanalbreite bezieht sich beispielsweise in einer Draufsicht auf den Transistor auf eine Länge eines Kanalbildungsbereichs, die senkrecht zu einer Kanallängsrichtung in einem Bereich, in dem ein Halbleiter (oder ein Abschnitt eines Halbleiters, in dem ein Strom fließt, wenn ein Transistor eingeschaltet ist) und eine Gate-Elektrode einander überlappen, oder in einem Kanalbildungsbereich ist. Es sei angemerkt, dass bei einem Transistor Kanalbreiten nicht notwendigerweise in allen Bereichen den gleichen Wert aufweisen. Mit anderen Worten: Die Kanalbreite eines Transistors ist in einigen Fällen nicht auf einen einzigen Wert beschränkt. Deshalb handelt es sich bei der Kanalbreite in dieser Beschreibung um einen beliebigen Wert, den Maximalwert, den Minimalwert oder den Durchschnittswert in einem Kanalbildungsbereich.
  • Es sei angemerkt, dass sich in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen abhängig von Transistorstrukturen eine Kanalbreite in einem Bereich, in dem ein Kanal tatsächlich gebildet wird (nachstehend auch als „effektive Kanalbreite“ bezeichnet), von einer Kanalbreite unterscheidet, die in einer Draufsicht auf einen Transistor gezeigt wird (nachstehend auch als „scheinbare Kanalbreite“ bezeichnet). Beispielsweise ist in dem Fall, in dem eine Gate-Elektrode eine Seitenfläche eines Halbleiters bedeckt, eine effektive Kanalbreite größer als eine scheinbare Kanalbreite, und in einigen Fällen kann ihr Einfluss nicht ignoriert werden. Bei einem miniaturisierten Transistor mit einer Gate-Elektrode, die eine Seitenfläche eines Halbleiters bedeckt, erhöht sich in einigen Fällen beispielsweise der Anteil eines Kanalbildungsbereichs, der in der Seitenfläche des Halbleiters gebildet wird. In diesem Fall ist eine effektive Kanalbreite größer als eine scheinbare Kanalbreite.
  • In einem derartigen Fall ist eine effektive Kanalbreite in einigen Fällen schwierig zu messen. Die Schätzung einer effektiven Kanalbreite aus einem Designwert setzt beispielsweise als Annahme die Bedingung voraus, dass die Form eines Halbleiters bekannt ist. Deshalb ist es in dem Fall, in dem die Form eines Halbleiters nicht genau bekannt ist, schwierig, eine effektive Kanalbreite genau zu messen.
  • In dieser Beschreibung kann der einfache Begriff „Kanalbreite“ in einigen Fällen eine scheinbare Kanalbreite bezeichnen. Alternativ kann in dieser Beschreibung der einfache Begriff „Kanalbreite“ in einigen Fällen eine effektive Kanalbreite bezeichnen. Es sei angemerkt, dass eine Kanallänge, eine Kanalbreite, eine effektive Kanalbreite, eine scheinbare Kanalbreite und dergleichen bestimmt werden können, indem ein Querschnitts-TEM-Bild und dergleichen analysiert werden.
  • Es sei angemerkt, dass sich Verunreinigungen in einem Halbleiter beispielsweise auf Elemente beziehen, die sich von den Hauptkomponenten eines Halbleiters unterscheiden. Zum Beispiel kann ein Element mit einer Konzentration von niedriger als 0,1 Atom-% als Verunreinigung betrachtet werden. Wenn eine Verunreinigung enthalten ist, kann sich die Dichte der Defektzustände in einem Halbleiter erhöhen, oder die Kristallinität kann sich verringern. In dem Fall, in dem der Halbleiter ein Oxidhalbleiter ist, umfassen Beispiele für eine Verunreinigung, die die Eigenschaften des Halbleiters verändert, die Elemente der Gruppe 1, die Elemente der Gruppe 2, die Elemente der Gruppe 13, die Elemente der Gruppe 14, die Elemente der Gruppe 15 und Übergangsmetalle, die sich von den Hauptkomponenten des Oxidhalbleiters unterscheiden; es gibt beispielsweise Wasserstoff, Lithium, Natrium, Silizium, Bor, Phosphor, Kohlenstoff und Stickstoff. Es sei angemerkt, dass auch Wasser in einigen Fällen als Verunreinigung dient. Außerdem können Sauerstofffehlstellen (auch als Vo bezeichnet) beispielsweise durch Eindringen von Verunreinigungen in einem Oxidhalbleiter gebildet werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen Siliziumoxynitrid als seine Zusammensetzung mehr Sauerstoff als Stickstoff enthält. Ferner enthält Siliziumnitridoxid als seine Zusammensetzung mehr Stickstoff als Sauerstoff.
  • Ferner kann in dieser Beschreibung und dergleichen der Begriff „Isolator“ auch als Isolierfilm oder Isolierschicht bezeichnet werden. Ferner kann der Begriff „Leiter“ auch als leitender Film oder leitende Schicht bezeichnet werden. Ferner kann der Begriff „Halbleiter“ auch als Halbleiterfilm oder Halbleiterschicht bezeichnet werden.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet außerdem „parallel“ 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 bezeichnet „im Wesentlichen parallel“ den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von größer als oder gleich -30° und kleiner als oder gleich 30° kreuzen. Zudem bezeichnet „senkrecht“ 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. Zudem bezeichnet „im Wesentlichen senkrecht“ den Zustand, in dem sich zwei gerade Linien in einem Winkel von größer als oder gleich 60° und kleiner als oder gleich 120° kreuzen.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet ein Metalloxid im weiteren Sinne ein Oxid eines Metalls. Metalloxide werden in einen Oxidisolator, einen Oxidleiter (darunter auch einen durchsichtigen Oxidleiter), einen Oxidhalbleiter (oxide semiconductor; auch einfach als OS bezeichnet) und dergleichen unterteilt. Wenn beispielsweise ein Metalloxid für eine Halbleiterschicht eines Transistors verwendet wird, wird das Metalloxid in einigen Fällen als Oxidhalbleiter bezeichnet. Das heißt, dass es sich bei einem OS-Transistor um einen Transistor handelt, der ein Metalloxid oder einen Oxidhalbleiter enthält.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bedeutet der Begriff „normalerweise aus“, dass der Drainstrom pro Mikrometer einer Kanalbreite, der in einem Transistor fließt, kleiner als oder gleich 1×10-20 A bei Raumtemperatur, kleiner als oder gleich 1×10-18 A bei 85 °C oder kleiner als oder gleich 1×10-16 A bei 125 °C ist, wenn kein Potential an ein Gate angelegt wird oder das Gate mit einem Grundpotential versorgt wird.
  • (Ausführungsform 1)
  • Bei dieser Ausführungsform werden ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Transistor 200 und einen Kondensator 292 beinhaltet, und ein Herstellungsverfahren dafür anhand von 1 bis 22 beschrieben.
  • <Strukturbeispiel 1 einer Halbleitervorrichtung>
  • Eine Struktur einer Halbleitervorrichtung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet, wird anhand von 1 beschrieben. 1A bis 1D sind eine Draufsicht und Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet. 1A ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung. 1B bis 1D sind Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung. 1B ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A1-A2 in 1A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200 in der Kanallängsrichtung. 1C ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A3-A4 in 1A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200 in der Kanalbreitenrichtung. 1D ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A5-A6 in 1A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Kondensators 292. Es sei angemerkt, dass einige Komponenten in der Draufsicht in 1Ader Einfachheit der Zeichnung halber nicht dargestellt werden.
  • Die Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Isolator 212 über einem Substrat (nicht dargestellt), einen Isolator 214 über dem Isolator 212, den Transistor 200 und den Kondensator 292 über dem Isolator 214, einen Isolator 280 über dem Transistor 200 und dem Kondensator 292, einen Isolator 282 über dem Isolator 280, einen Isolator 284 über dem Isolator 282, einen Isolator 283 über dem Isolator 284 und einen Isolator 274 über dem Isolator 284. Der Isolator 212, der Isolator 214, der Isolator 280, der Isolator 282, der Isolator 283, der Isolator 284 und der Isolator 274 dienen als Zwischenschichtfilme. Ein Leiter 240a, der elektrisch mit dem Transistor 200 verbunden ist und als Anschlusspfropfen dient, und ein Leiter 240b, der elektrisch mit dem Kondensator verbunden ist und als Anschlusspfropfen dient, sind enthalten. Es sei angemerkt, dass ein Isolator 241a in Kontakt mit der Seitenfläche des als Anschlusspfropfen dienenden Leiters 240a bereitgestellt ist und ein Isolator 241b in Kontakt mit der Seitenfläche des als Anschlusspfropfen dienenden Leiters 240b bereitgestellt ist. Ein Leiter 246a, der elektrisch mit dem Leiter 240a verbunden ist und als Leitung dient, ist über dem Isolator 274 und dem Leiter 240a bereitgestellt, und ein Leiter 246b, der elektrisch mit dem Leiter 240b verbunden ist und als Leitung dient, ist über dem Isolator 274 und dem Leiter 240b bereitgestellt. Ein Isolator 286 ist über dem Leiter 246a, dem Leiter 246b und dem Isolator 274 bereitgestellt.
  • Der Isolator 241a ist in Kontakt mit der Innenwand einer in dem Isolator 282, dem Isolator 284, dem Isolator 283 und dem Isolator 274 ausgebildeten Öffnung bereitgestellt, ein erster Leiter des Leiters 240a ist in Kontakt mit der Seitenfläche des Isolators 241a bereitgestellt, und ein zweiter Leiter des Leiters 240a ist weiter innen bereitgestellt. Der Isolator 241b ist in Kontakt mit der Innenwand einer in dem Isolator 282, dem Isolator 284, dem Isolator 283 und dem Isolator 274 ausgebildeten Öffnung bereitgestellt, ein erster Leiter des Leiters 240b ist in Kontakt mit der Seitenfläche des Isolators 241b bereitgestellt, und ein zweiter Leiter des Leiters 240b ist weiter innen bereitgestellt. Hier kann die Oberseite des Leiters 240a im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Oberseite des Isolators 274 in einem Bereich liegen, der sich mit dem Leiter 246a überlappt. Die Oberseite des Leiters 240b kann im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Oberseite des Isolators 274 in einem Bereich liegen, der sich mit dem Leiter 246b überlappt. Es sei angemerkt, dass, obwohl der erste Leiter des Leiters 240 (des Leiters 240a und des Leiters 240b) und der zweite Leiter des Leiters 240 in dem Transistor 200 übereinander angeordnet sind, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Beispielsweise kann der Leiter 240 mit einer einschichtigen Struktur oder einer mehrschichtigen Struktur aus drei oder mehr Schichten bereitgestellt werden. Wenn ein Strukturteil eine mehrschichtige Struktur aufweist, können gegebenenfalls Ordnungszahlen entsprechend der Ausbildungsreihenfolge hinzugefügt werden, um die Schichten voneinander zu unterscheiden.
  • [Transistor 200]
  • Wie in 1A bis 1D dargestellt, beinhaltet der Transistor 200 einen Isolator 216 über dem Isolator 214, einen Leiter 205 (einen Leiter 205a, einen Leiter 205b und einen Leiter 205c), der derart angeordnet ist, dass er in dem Isolator 214 oder dem Isolator 216 eingebettet ist, einen Isolator 222 über dem Isolator 216 und dem Leiter 205, einen Isolator 224 über dem Isolator 222, ein Oxid 230a über dem Isolator 224, ein Oxid 230b über dem Oxid 230a, ein Oxid 243 (ein Oxid 243a und ein Oxid 243b) über dem Oxid 230b, einen Leiter 242a über dem Oxid 243a, einen Isolator 271a über dem Leiter 242a, einen Isolator 273a über dem Isolator 271a, einen Leiter 242b über dem Oxid 243b, einen Isolator 271b über dem Leiter 242b, einen Isolator 273b über dem Isolator 271b, einen Isolator 250 (einen Isolator 250a und einen Isolator 250b) über dem Oxid 230b, einen Leiter 260 (einen Leiter 260a und einen Leiter 260b), der über dem Isolator 250 angeordnet ist und sich mit einem Teil des Oxids 230b überlappt, einen Isolator 272a, der über dem Isolator 224, dem Oxid 230a, dem Oxid 230b, dem Oxid 243a, dem Leiter 242a, dem Isolator 271a und dem Isolator 273a angeordnet ist, einen Isolator 272b, der über dem Isolator 224, dem Oxid 230a, dem Oxid 230b, dem Oxid 243b, dem Leiter 242b, dem Isolator 271 b und dem Isolator 273b angeordnet ist, einen Isolator 275a über dem Isolator 272a und einen Isolator 275b über dem Isolator 272b. Wie in 1B dargestellt, ist die Oberseite des Leiters 260 im Wesentlichen mit der Oberseite des Isolators 250 und der Oberseite des Isolators 280 ausgerichtet. Der Isolator 282 ist in Kontakt mit den Oberseiten des Leiters 260, des Isolators 250 und des Isolators 280.
  • Nachstehend werden das Oxid 230a und das Oxid 230b in einigen Fällen kollektiv als Oxid 230 bezeichnet. Ferner werden der Isolator 250a und der Isolator 250b in einigen Fällen kollektiv als Isolator 250 bezeichnet. Ferner werden der Isolator 271a und der Isolator 271b in einigen Fällen kollektiv als Isolator 271 bezeichnet. Ferner werden der Isolator 272a und der Isolator 272b in einigen Fällen kollektiv als Isolator 272 bezeichnet. Ferner werden der Isolator 273a und der Isolator 273b in einigen Fällen kollektiv als Isolator 273 bezeichnet. Ferner werden der Isolator 275a und der Isolator 275b in einigen Fällen kollektiv als Isolator 275 bezeichnet.
  • Eine Öffnung, die das Oxid 230b erreicht, wird in dem Isolator 280, dem Isolator 272 und dem Isolator 275 bereitgestellt. Der Isolator 250 und der Leiter 260 sind in der Öffnung angeordnet. Außerdem sind in der Kanallängsrichtung des Transistors 200 der Leiter 260 und der Isolator 250 zwischen dem Isolator 271a, dem Isolator 273a, dem Leiter 242a und dem Oxid 243a und dem Isolator 271b, dem Isolator 273b, dem Leiter 242b und dem Oxid 243b bereitgestellt. Der Isolator 250 umfasst einen Bereich in Kontakt mit der Seitenfläche des Leiters 260 und einen Bereich in Kontakt mit der Unterseite des Leiters 260.
  • Das Oxid 230 umfasst vorzugsweise das Oxid 230a, das über dem Isolator 224 angeordnet ist, und das Oxid 230b, das über dem Oxid 230a angeordnet ist. Außerdem kann dann, wenn das Oxid 230a unter dem Oxid 230b bereitgestellt ist, verhindert werden, dass Verunreinigungen von den Komponenten, die unterhalb des Oxids 230a ausgebildet sind, in das Oxid 230b diffundieren.
  • Es sei angemerkt, dass, obwohl in dem Transistor 200 das Oxid 230 eine zweischichtige Struktur aus dem Oxid 230a und dem Oxid 230b aufweist, die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur beschränkt ist. Beispielsweise kann das Oxid 230 eine einschichtige Struktur aus dem Oxid 230b oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten aufweisen; alternativ können das Oxid 230a und das Oxid 230b jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen.
  • Der Leiter 260 dient als erste Gate- (auch als Frontgate bezeichnet) Elektrode, und der Leiter 205 dient als zweite Gate- (auch als Rückgate bezeichnet) Elektrode. Der Isolator 250 dient als erster Gate-Isolator, und der Isolator 224 dient als zweiter Gate-Isolator. Der Leiter 242a dient als ein Anschluss von Source und Drain, und der Leiter 242b dient als anderer Anschluss von Source und Drain. Ein Bereich des Oxids 230, der sich mit dem Leiter 260 überlappt, dient mindestens teilweise als Kanalbildungsbereich.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung des Kanalbildungsbereichs in 1B. Wie in 2 dargestellt, umfasst das Oxid 230b einen Bereich 230bc, der als Kanalbildungsbereich des Transistors 200 dient, sowie einen Bereich 230ba und einen Bereich 230bb, die derart bereitgestellt sind, dass der Bereich 230bc dazwischen liegt, und als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen. Mindestens ein Teil des Bereichs 230bc überlappt sich mit dem Leiter 260. Mit anderen Worten: Der Bereich 230bc ist zwischen dem Leiter 242a und dem Leiter 242b bereitgestellt. Der Bereich 230ba ist derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Leiter 242a überlappt, und der Bereich 230bb ist derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Leiter 242b überlappt.
  • Es handelt sich bei dem Bereich 230bc, der als Kanalbildungsbereich dient, um einen hochohmigen Bereich mit einer niedrigen Ladungsträgerkonzentration, da der Bereich eine geringere Menge an Sauerstofffehlstellen oder eine niedrigere Verunreinigungskonzentration als der Bereich 230ba und der Bereich 230bb aufweist. Außerdem handelt es sich bei dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen, jeweils um einen niederohmigen Bereich mit einer erhöhten Ladungsträgerkonzentration, da die Bereiche eine große Menge an Sauerstofffehlstellen oder eine hohe Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff und Metallelement, aufweisen. Das heißt, dass es sich bei dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb jeweils um einen Bereich handelt, der eine höhere Ladungsträgerkonzentration und einen niedrigeren Widerstand aufweist als der Bereich 230bc.
  • Die Ladungsträgerkonzentration des Bereichs 230bc, der als Kanalbildungsbereich dient, ist bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1018 cm-3, bevorzugter niedriger als 1 × 1017 cm-3, noch bevorzugter niedriger als 1 × 1016 cm-3, noch bevorzugter niedriger als 1 × 1013 cm-3, noch bevorzugter niedriger als 1 × 1012 cm-3. Es sei angemerkt, dass die Untergrenze der Ladungsträgerkonzentration des Bereichs 230bc, der als Kanalbildungsbereich dient, nicht besonders beschränkt ist und beispielsweise 1 × 10-9 cm-3 sein kann.
  • Ein Bereich, dessen Ladungsträgerkonzentration niedriger als oder im Wesentlichen gleich derjenigen des Bereichs 230ba und des Bereichs 230bb und höher als oder im Wesentlichen gleich derjenigen des Bereichs 230bc ist, kann zwischen dem Bereich 230bc und dem Bereich 230ba oder dem Bereich 230bb ausgebildet werden. Das heißt, dass der Bereich als Übergangsbereich zwischen dem Bereich 230bc und dem Bereich 230ba oder dem Bereich 230bb dient. Die Wasserstoffkonzentration des Übergangsbereichs ist in einigen Fällen niedriger als oder im Wesentlichen gleich derjenigen des Bereichs 230ba und des Bereichs 230bb und höher als oder im Wesentlichen gleich derjenigen des Bereichs 230bc. Die Menge an Sauerstofffehlstellen in dem Übergangsbereich ist in einigen Fällen geringer als oder im Wesentlichen gleich derjenigen in dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb und größer als oder im Wesentlichen gleich derjenigen in dem Bereich 230bc.
  • Es sei angemerkt, dass 2 ein Beispiel darstellt, in dem der Bereich 230ba, der Bereich 230bb und der Bereich 230bc in dem Oxid 230b ausgebildet sind; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die vorstehenden Bereiche nicht nur in dem Oxid 230b, sondern auch in dem Oxid 230a ausgebildet werden.
  • Bei dem Oxid 230 ist es in einigen Fällen schwierig, Grenzen zwischen den jeweiligen Bereichen deutlich zu detektieren. Die Konzentration von einem Metallelement und Verunreinigungselementen, wie z. B. Wasserstoff und Stickstoff, welche in jedem Bereich detektiert werden, können sich nicht nur zwischen den Bereichen stufenweise verändern, sondern auch in jedem Bereich allmählich verändern. Das heißt, dass der Bereich, der näher an einem Kanalbildungsbereich liegt, vorzugsweise eine niedrigere Konzentration von einem Metallelement und Verunreinigungselementen, wie z. B. Wasserstoff und Stickstoff, aufweist.
  • Bei dem Transistor 200 wird vorzugsweise für das Oxid 230 (das Oxid 230a und das Oxid 230b), das einen Kanalbildungsbereich aufweist, ein Metalloxid, das als Halbleiter dient (nachstehend auch als Oxidhalbleiter bezeichnet), verwendet.
  • Das Metalloxid, das als Halbleiter dient, weist vorzugsweise eine Bandlücke von mehr als oder gleich 2 eV, bevorzugter mehr als oder gleich 2,5 eV auf. Die Verwendung eines derartigen Metalloxids mit einer großen Bandlücke kann den Sperrstrom des Transistors verringern.
  • Als Oxid 230 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. ein In-M-Zn-Oxid, das Indium, ein Element M und Zink enthält (das Element M ist eine oder mehrere Arten, die aus Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn, Kupfer, Vanadium, Beryllium, Bor, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium und dergleichen ausgewählt werden), verwendet. Alternativ kann ein In-Ga-Oxid, ein In-Zn-Oxid oder Indiumoxid als Oxid 230 verwendet werden.
  • Hier ist das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das für das Oxid 230b verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das für das Oxid 230a verwendet wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist das Oxid 230a unter dem Oxid 230b angeordnet, wodurch verhindert werden kann, dass Verunreinigungen und Sauerstoff von Komponenten, die unterhalb des Oxids 230a ausgebildet sind, in das Oxid 230b diffundieren.
  • Die Dichte von Defektzuständen an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 230a und dem Oxid 230b kann verringert werden, wenn das Oxid 230a und das Oxid 230b zusätzlich zu Sauerstoff ein gemeinsames Element (als Hauptkomponente) enthalten; somit ist der Einfluss der Grenzflächenstreuung auf die Ladungsträgerübertragung gering, und ein hoher Durchlassstrom kann erhalten werden.
  • Das Oxid 230b weist vorzugsweise eine Kristallinität auf. Insbesondere wird es bevorzugt, dass für das Oxid 230b ein kristalliner Oxidhalbleiter mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor, CAAC-OS) verwendet wird.
  • Der CAAC-OS ist ein Metalloxid, das eine dichte Struktur mit hoher Kristallinität aufweist und eine geringe Menge an Verunreinigungen oder Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen (auch als VO: Oxygen Vacancy bezeichnet)) aufweist. Insbesondere wird nach der Ausbildung eines Metalloxids eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur durchgeführt, bei der das Metalloxid nicht zu einem Polykristall wird (z. B. 400 °C bis 600 °C), wodurch ein CAAC-OS, der eine dichte Struktur mit höherer Kristallinität aufweist, erhalten werden kann. Wenn die Dichte des CAAC-OS auf diese Weise erhöht wird, kann die Diffusion von Verunreinigungen oder Sauerstoff in dem CAAC-OS weiter verringert werden.
  • Im Gegensatz dazu ist es weniger wahrscheinlich, dass bei einem CAAC-OS eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund einer Kristallkorngrenze auftritt, da es schwierig ist, eine eindeutige Kristallkorngrenze zu beobachten. Somit ist ein Metalloxid mit einem CAAC-OS physikalisch stabil. Daher ist ein Metalloxid mit einem CAAC-OS wärmebeständig und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf.
  • Es ist wahrscheinlich, dass die elektrischen Eigenschaften eines Transistors, der einen Oxidhalbleiter enthält, durch das Vorhandensein von Verunreinigungen oder Sauerstofffehlstellen in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters leicht verändert werden; als Ergebnis nimmt die Zuverlässigkeit in einigen Fällen ab. In einigen Fällen bildet Wasserstoff in der Nähe einer Sauerstofffehlstelle einen Defekt, in dem Wasserstoff in die Sauerstofffehlstelle eindringt (nachstehend in einigen Fällen als VOH bezeichnet), und ein Elektron, das als Ladungsträger dient, wird erzeugt. Deshalb ist es wahrscheinlich, dass dann, wenn der Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters Sauerstofffehlstellen enthält, der Transistor selbstleitende Eigenschaften aufweist (Eigenschaften, mit denen ein Kanal sogar dann existiert, wenn keine Spannung an eine Gate-Elektrode angelegt wird, und ein Strom durch den Transistor fließt). Daher werden Verunreinigungen, Sauerstofffehlstellen und VOH in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters vorzugsweise so weit wie möglich verringert. Mit anderen Worten: Es wird bevorzugt, dass der Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters eine verringerte Ladungsträgerkonzentration aufweist und ein i-Typ (intrinsisch) oder ein im Wesentlichen i-Typ ist.
  • Im Gegensatz dazu kann dann, wenn ein Isolator, der Sauerstoff enthält, der durch Erwärmung abgegeben wird (nachstehend in einigen Fällen als überschüssiger Sauerstoff bezeichnet), in der Umgebung des Oxidhalbleiters bereitgestellt wird und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, dem Oxidhalbleiter Sauerstoff von dem Isolator zugeführt werden, so dass Sauerstofffehlstellen und VOH verringert werden können. Es sei angemerkt, dass dann, wenn eine überschüssige Menge an Sauerstoff dem Source-Bereich oder dem Drain-Bereich zugeführt wird, der Durchlassstrom oder die Feldeffektbeweglichkeit des Transistors 200 verringert werden könnte. Ferner führen Schwankungen der Menge an Sauerstoff, der dem Source-Bereich oder dem Drain-Bereich zugeführt wird, in der Substratfläche zu Schwankungen der Eigenschaften der Halbleitervorrichtung, die den Transistor beinhaltet.
  • Daher ist der Bereich 230bc, der als Kanalbildungsbereich dient, in dem Oxidhalbleiter vorzugsweise ein i-Typ-Bereich oder ein im Wesentlichen i-Typ-Bereich mit einer verringerten Ladungsträgerkonzentration; jedoch sind der Bereich 230ba und der Bereich 230bb, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen, jeweils vorzugsweise ein n-Typ-Bereich mit einer hohen Ladungsträgerkonzentration. Das heißt: Es wird bevorzugt, dass Sauerstofffehlstellen und VOH in dem Bereich 230bc des Oxidhalbleiters verringert werden und es verhindert wird, dass dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb eine überschüssige Menge an Sauerstoff zugeführt wird.
  • In Anbetracht des Vorstehenden wird bei dieser Ausführungsform eine Mikrowellenbehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre in einem Zustand durchgeführt, in dem der Leiter 242a und der Leiter 242b über dem Oxid 230b bereitgestellt sind, so dass Sauerstofffehlstellen und VOH in dem Bereich 230bc verringert werden. Hier bezeichnet eine Mikrowellenbehandlung beispielsweise eine Behandlung, bei der eine Einrichtung, die eine Stromquelle zum Erzeugen von hochdichtem Plasma unter Verwendung von Mikrowellen beinhaltet, verwendet wird.
  • Indem eine Mikrowellenbehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, kann ein Sauerstoffgas unter Verwendung von Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, in Plasma umgewandelt werden und kann das Sauerstoffplasma aktiviert werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der Bereich 230bc mit Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, bestrahlt werden. Durch die Wirkung des Plasmas, der Mikrowellen oder dergleichen wird VOH in dem Bereich 230bc geschnitten; daher kann Wasserstoff H von dem Bereich 230bc entfernt werden und können Sauerstofffehlstellen Vo mit Sauerstoff kompensiert werden. Das heißt, dass die Reaktion „VOH → H + VO“ in dem Bereich 230bc auftritt, so dass die Wasserstoffkonzentration in dem Bereich 230bc verringert werden kann. Als Ergebnis werden Sauerstofffehlstellen und VOH in dem Bereich 230bc verringert, so dass die Ladungsträgerkonzentration verringert werden kann.
  • Bei der Mikrowellenbehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre werden die Mikrowellen, die Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, das Sauerstoffplasma oder dergleichen von dem Leiter 242a und dem Leiter 242b blockiert und wirken nicht auf den Bereich 230ba und den Bereich 230bb ein. Des Weiteren kann die Wirkung des Sauerstoffplasmas durch den Isolator 271, den Isolator 273, den Isolator 272, den Isolator 275 und den Isolator 280, die derart bereitgestellt sind, dass sie das Oxid 230b und den Leiter 242 (den Leiter 242a und den Leiter 242b) bedecken, reduziert werden. Daher treten bei der Mikrowellenbehandlung die Verringerung von VOH und die Zufuhr einer überschüssigen Menge an Sauerstoff nicht in dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb auf, so dass die Verringerung der Ladungsträgerkonzentration verhindert werden kann.
  • Auf diese Weise können Sauerstofffehlstellen und VoH von dem Bereich 230bc des Oxidhalbleiters selektiv entfernt werden, wodurch der Bereich 230bc ein i-Typ-Bereich oder ein im Wesentlichen i-Typ-Bereich sein kann. Ferner kann verhindert werden, dass eine überschüssige Menge an Sauerstoff dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen, zugeführt wird, so dass die n-Typ-Bereiche aufrechterhalten werden können. Demzufolge können Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors 200 verhindert werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften der Transistoren 200 in der Substratfläche können verhindert werden.
  • Mit der vorstehenden Struktur kann eine Halbleitervorrichtung mit geringen Schwankungen der Transistoreigenschaften bereitgestellt werden. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass in 1B die Seitenfläche der Öffnung, in der der Leiter 260 und dergleichen eingebettet sind, im Wesentlichen senkrecht zu der Ausbildungsoberfläche des Oxids 230b einschließlich des Nutabschnitts ist; jedoch ist diese Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Öffnung eine U-Form aufweisen, wobei ein Unterteil der Öffnung eine leicht gekrümmte Oberfläche aufweist. Beispielsweise kann die Seitenfläche der Öffnung gegenüber der Ausbildungsoberfläche des Oxids 230b schräg liegen.
  • Wie in 1C dargestellt, kann eine gekrümmte Oberfläche zwischen der Seitenfläche des Oxids 230b und der Oberseite des Oxids 230b in einer Querschnittsansicht in der Kanalbreitenrichtung des Transistors 200 bereitgestellt werden. Das heißt: Ein Endabschnitt der Seitenfläche und ein Endabschnitt der Oberseite können gekrümmt sein (im Folgenden wird eine derartige gekrümmte Form auch als abgerundete Form bezeichnet).
  • Der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche ist vorzugsweise größer als 0 nm und kleiner als die Dicke des Oxids 230b in einem Bereich, der sich mit dem Leiter 242 überlappt, oder kleiner als die Hälfte der Länge eines Bereichs, der die gekrümmte Oberfläche nicht aufweist. Insbesondere ist der Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche größer als 0 nm und kleiner als oder gleich 20 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 15 nm, bevorzugter größer als oder gleich 2 nm und kleiner als oder gleich 10 nm. Mit einer derartigen Form kann die Abdeckung des Oxids 230b mit dem Isolator 250 und dem Leiter 260 verbessert werden.
  • Das Oxid 230 weist vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur aus einer Vielzahl von Oxidschichten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen auf. Insbesondere ist das Atomverhältnis des Elements M zu dem Metallelement, das als Hauptkomponente dient, in dem Metalloxid, das für das Oxid 230a verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M zu dem Metallelement, das als Hauptkomponente dient, in dem Metalloxid, das für das Oxid 230b verwendet wird. Außerdem ist das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem Metalloxid, das für das Oxid 230a verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem Metalloxid, das für das Oxid 230b verwendet wird. Außerdem ist das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das für das Oxid 230b verwendet wird, vorzugsweise größer als das Atomverhältnis von In zu dem Element M in dem Metalloxid, das für das Oxid 230a verwendet wird.
  • Es handelt sich bei dem Oxid 230b vorzugsweise um ein Oxid mit Kristallinität, wie z. B. einen CAAC-OS. Ein Oxid mit Kristallinität, wie z. B. ein CAAC-OS, weist eine dichte Struktur mit geringen Mengen an Verunreinigungen und Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen) und eine hohe Kristallinität auf. Dies unterdrückt die Extraktion von Sauerstoff aus dem Oxid 230b durch die Source- oder Drain-Elektrode. Dies hemmt die Extraktion von Sauerstoff aus dem Oxid 230b, selbst wenn eine Wärmebehandlung durchgeführt wird; daher ist der Transistor 200 stabil gegenüber hohen Temperaturen im Herstellungsprozess (d. h. dem sogenannten Wärmebudget).
  • Hier wird das Energieniveau des Verbindungsabschnitts des Oxids 230a und des Oxids 230b beschrieben. Hier verändert sich das Energieniveau des Leitungsbandminimums des Oxids 230a und des Oxids 230b in einem Verbindungsabschnitt des Oxids 230a und des Oxids 230b graduell. Mit anderen Worten: Das Energieniveau des Leitungsbandminimums in dem Verbindungsabschnitt des Oxids 230a und des Oxids 230b verändert sich stetig oder ist stetig zusammenhängend. Dafür wird vorzugsweise die Dichte der Defektzustände in einer Mischschicht verringert, die an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 230a und dem Oxid 230b ausgebildet wird.
  • Insbesondere kann dann, wenn das Oxid 230a und das Oxid 230b abgesehen von Sauerstoff ein gemeinsames Element als Hauptkomponente enthalten, eine Mischschicht mit einer niedrigen Dichte der Defektzustände ausgebildet werden. Beispielsweise kann in dem Fall, in dem es sich bei dem Oxid 230b um ein In-M-Zn-Oxid handelt, ein In-M-Zn-Oxid, ein M-Zn-Oxid, ein Oxid des Elements M, ein In-Zn-Oxid, Indiumoxid oder dergleichen für das Oxid 230a verwendet werden.
  • Insbesondere wird für das Oxid 230a ein Metalloxid mit einem Atomverhältnis von In: M: Zn = 1: 3: 4 oder einer Zusammensetzung in der Nähe davon oder mit einem Atomverhältnis von In: M: Zn = 1: 1: 0,5 oder einer Zusammensetzung in der Nähe davon verwendet. Für das Oxid 230b wird ein Metalloxid mit einem Atomverhältnis von In: M: Zn = 1: 1: 1 oder einer Zusammensetzung in der Nähe davon oder mit einem Atomverhältnis von In: M: Zn = 4: 2: 3 oder einer Zusammensetzung in der Nähe davon verwendet. Es sei angemerkt, dass „die Zusammensetzung in der Nähe davon“ ± 30 % von erwünschtem Atomverhältnis bezeichnet. Als Element M wird vorzugsweise Gallium verwendet.
  • In dem Fall, in dem ein Metalloxid durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, ist das vorstehende Atomverhältnis nicht auf das Atomverhältnis des abgeschiedenen Metalloxids beschränkt, und das vorstehende Atomverhältnis kann ein Atomverhältnis eines Sputtertargets sein, das für die Abscheidung des Metalloxids verwendet wird.
  • Wenn das Oxid 230a und das Oxid 230b die vorstehend beschriebene Struktur aufweisen, kann die Dichte der Defektzustände an der Grenzfläche zwischen dem Oxid 230a und dem Oxid 230b verringert werden. Somit ist der Einfluss der Grenzflächenstreuung auf die Ladungsträgerübertragung gering, und der Transistor 200 kann einen hohen Durchlassstrom und hohe Frequenzeigenschaften aufweisen.
  • Mindestens einer des Isolators 212, des Isolators 214, des Isolators 271, des Isolators 272, des Isolators 275, des Isolators 282, des Isolators 283, des Isolators 284 und des Isolators 286 dient vorzugsweise als isolierender Sperrfilm, der die Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von der Seite des Substrats oder von oberhalb des Transistors 200 in den Transistor 200 verhindert. Deshalb wird für mindestens einen des Isolators 212, des Isolators 214, des Isolators 271, des Isolators 272, des Isolators 275, des Isolators 282, des Isolators 283, des Isolators 284 und des Isolators 286 vorzugsweise ein isolierendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoffatomen, Wasserstoffmolekülen, Wassermolekülen, Stickstoffatomen, Stickstoffmolekülen, Stickstoffoxidmolekülen (z. B. N2O, NO und NO2) und Kupferatomen, d. h. ein isolierendes Material, das die vorstehenden Verunreinigungen mit geringerer Wahrscheinlichkeit passieren, verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein isolierendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen und/oder Sauerstoffmolekülen), d. h. ein isolierendes Material, das der Sauerstoff mit geringerer Wahrscheinlichkeit passiert, verwendet.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung ein isolierender Sperrfilm einen Isolierfilm bezeichnet, der eine Sperreigenschaft aufweist. In dieser Beschreibung meint eine Sperreigenschaft eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion einer entsprechenden Substanz (auch als niedrige Durchlässigkeit bezeichnet). Alternativ meint eine Sperreigenschaft in dieser Beschreibung eine Funktion zum Einfangen oder Fixieren (auch als Gettering bezeichnet) einer entsprechenden Substanz.
  • Ein Isolator, der eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, und Sauerstoff aufweist, wird vorzugsweise für den Isolator 212, den Isolator 214, den Isolator 271, den Isolator 272, den Isolator 275, den Isolator 282, den Isolator 283, den Isolator 284 und den Isolator 286 verwendet; zum Beispiel kann Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid, Indiumgalliumzinkoxid, Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid oder dergleichen verwendet werden. Beispielsweise wird Siliziumnitrid, das eine höhere Wasserstoffsperreigenschaft aufweist, vorzugsweise für den Isolator 212, den Isolator 275, den Isolator 283 und den Isolator 286 verwendet. Beispielsweise wird Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, das eine ausgezeichnete Funktion zum Einfangen und Fixieren von Wasserstoff aufweist, vorzugsweise für den Isolator 214, den Isolator 271, den Isolator 272, den Isolator 282 und den Isolator 284 verwendet. In diesem Fall kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von der Seite des Substrats durch den Isolator 212 und den Isolator 214 in Richtung des Transistors 200 diffundieren. Alternativ kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von einem Zwischenschicht-Isolierfilm oder dergleichen, der außerhalb des Isolators 286 bereitgestellt ist, in Richtung des Transistors 200 diffundieren. Alternativ kann verhindert werden, dass Sauerstoff, der in dem Isolator 224 und dergleichen enthalten ist, durch den Isolator 212 und den Isolator 214 in Richtung des Substrats diffundiert. Alternativ kann verhindert werden, dass Sauerstoff, der in dem Isolator 280 und dergleichen enthalten ist, durch den Isolator 282 und dergleichen in die Komponenten oberhalb des Transistors 200 diffundiert. Auf diese Weise wird es bevorzugt, dass der Transistor 200 von dem Isolator 212, dem Isolator 214, dem Isolator 271, dem Isolator 272, dem Isolator 275, dem Isolator 282, dem Isolator 283, dem Isolator 284 und dem Isolator 286, die eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, und Sauerstoff aufweisen, umschlossen ist.
  • Hier wird ein Oxid mit einer amorphen Struktur vorzugsweise für den Isolator 214, den Isolator 271, den Isolator 272, den Isolator 282 und den Isolator 284 verwendet.
  • Beispielsweise wird ein Metalloxid, wie z. B. AlOx (x ist eine vorgegebene Zahl von größer als 0) oder MgOy (y ist eine vorgegebene Zahl von größer als 0), vorzugsweise verwendet. In einem derartigen Metalloxid mit einer amorphen Struktur weist ein Sauerstoffatom offene Bindungen (dangling bonds) auf und weist in einigen Fällen eine Funktion zum Einfangen oder Fixieren von Wasserstoff mit den offenen Bindungen auf. Wenn ein derartiges Metalloxid mit einer amorphen Struktur als Komponente des Transistors 200 verwendet wird oder in der Umgebung des Transistors 200 bereitgestellt wird, kann Wasserstoff, der in dem Transistor 200 enthalten ist, oder Wasserstoff, der sich in der Umgebung des Transistors 200 befindet, eingefangen oder fixiert werden. Insbesondere wird Wasserstoff, der in dem Kanalbildungsbereich des Transistors 200 enthalten ist, vorzugsweise eingefangen oder fixiert. Indem das Metalloxid mit einer amorphen Struktur als Komponente des Transistors 200 verwendet wird oder in der Umgebung des Transistors 200 bereitgestellt wird, können der Transistor 200 und eine Halbleitervorrichtung, die vorteilhafte Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, hergestellt werden.
  • Obwohl der Isolator 214, der Isolator 271, der Isolator 272, der Isolator 282 und der Isolator 284 vorzugsweise eine amorphe Struktur aufweisen, können sie teilweise einen Bereich mit einer polykristallinen Struktur umfassen. Alternativ können der Isolator 214, der Isolator 271, der Isolator 272, der Isolator 282 und der Isolator 284 eine mehrschichtige Struktur aufweisen, bei der eine Schicht mit einer amorphen Struktur und eine Schicht mit einer polykristallinen Struktur übereinander angeordnet sind. Beispielsweise kann eine mehrschichtige Struktur, bei der eine Schicht mit einer polykristallinen Struktur über einer Schicht mit einer amorphen Struktur ausgebildet wird, zum Einsatz kommen.
  • Der Isolator 214, der Isolator 271, der Isolator 272, der Isolator 282 und der Isolator 284 können beispielsweise durch ein Sputterverfahren abgeschieden werden. Da bei einem Sputterverfahren kein Wasserstoff als Abscheidungsgas verwendet werden muss, kann die Wasserstoffkonzentration des Isolators 212, des Isolators 214, des Isolators 271, des Isolators 272, des Isolators 282 und des Isolators 284 verringert werden. Das Abscheidungsverfahren ist nicht auf ein Sputterverfahren beschränkt; ein chemisches Gasphasenabscheidungs- (chemical vapor deposition, CVD-) Verfahren, ein Molekularstrahlepitaxie- (molecular beam epitaxy, MBE-) Verfahren, ein Impulslaserabscheidungs- (pulsed laser deposition, PLD-) Verfahren, ein Atomlagenabscheidungs- (atomic layer deposition, ALD-) Verfahren oder dergleichen kann in angemessener Weise verwendet werden.
  • Der spezifische Widerstand des Isolators 212, des Isolators 275, des Isolators 283 und des Isolators 286 ist in einigen Fällen vorzugsweise niedrig. Zum Beispiel können, indem der spezifische Widerstand des Isolators 212, des Isolators 275, des Isolators 283 und des Isolators 286 auf etwa 1 × 1013 Ωcm eingestellt wird, der Isolator 212, der Isolator 275, der Isolator 283 und der Isolator 286 in einigen Fällen die Aufladung (charge up) des Leiters 205, des Leiters 242, des Leiters 260 oder des Leiters 246 bei der Behandlung mit Plasma oder dergleichen im Herstellungsprozess einer Halbleitervorrichtung abmildern. Der spezifische Widerstand des Isolators 212, des Isolators 275, des Isolators 283 und des Isolators 286 ist vorzugsweise höher als oder gleich 1 × 1010 Ωcm und niedriger als oder gleich 1 × 1015 Ωcm.
  • Die Permittivität von jedem des Isolators 216 und des Isolators 280 ist vorzugsweise niedriger als diejenige des Isolators 214. Wenn ein Material mit niedriger Permittivität für einen Zwischenschichtfilm verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen erzeugt wird, verringert werden. Für den Isolator 216 und den Isolator 280 wird vorzugsweise zum Beispiel Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, poröses Siliziumoxid oder dergleichen je nach Bedarf verwendet.
  • Der Leiter 205 wird derart angeordnet, dass er sich mit dem Oxid 230 und dem Leiter 260 überlappt. Hier wird der Leiter 205 vorzugsweise derart bereitgestellt, dass er in einer Öffnung, die in dem Isolator 216 ausgebildet ist, eingebettet ist.
  • Der Leiter 205 umfasst den Leiter 205a, den Leiter 205b und den Leiter 205c. Der Leiter 205a wird in Kontakt mit der Unterseite und der Seitenfläche der Öffnung bereitgestellt. Der Leiter 205b wird derart bereitgestellt, dass er in einem vertieften Abschnitt, der in dem Leiter 205a ausgebildet ist, eingebettet ist. Hier ist die Höhe der Oberseite des Leiters 205b niedriger als diejenige der Oberseite des Leiters 205a und diejenige der Oberseite des Isolators 216. Der Leiter 205c wird in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 205b und der Seitenfläche des Leiters 205a bereitgestellt. Hier liegt die Oberseite des Leiters 205c im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Oberseite des Leiters 205a und die Oberseite des Isolators 216. Das heißt, dass der Leiter 205b von dem Leiter 205a und dem Leiter 205c umschlossen ist.
  • Für den Leiter 205a und den Leiter 205c wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoffatomen, Wasserstoffmolekülen, Wassermolekülen, Stickstoffatomen, Stickstoffmolekülen, Stickstoffoxidmolekülen (z. B. N2O, NO und NO2) und Kupferatomen, verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen und/oder Sauerstoffmolekülen) verwendet.
  • Wenn ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Wasserstoff für den Leiter 205a und den Leiter 205c verwendet wird, kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, die in dem Leiter 205b enthalten sind, durch den Isolator 224 und dergleichen in das Oxid 230 diffundieren. Wenn ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff für den Leiter 205a und den Leiter 205c verwendet wird, kann verhindert werden, dass die Leitfähigkeit des Leiters 205b infolge einer Oxidation verringert wird. Als leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff wird vorzugsweise zum Beispiel Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid, Ruthenium, Rutheniumoxid oder dergleichen verwendet. Daher kann eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus den vorstehenden leitenden Materialien als Leiter 205a und Leiter 205c verwendet werden. Beispielsweise kann Titannitrid für den Leiter 205a und den Leiter 205c verwendet werden.
  • Für den Leiter 205b wird vorzugsweise ein leitendes Material verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Beispielsweise kann Wolfram für den Leiter 205b verwendet werden.
  • Der Leiter 205 dient in einigen Fällen als zweite Gate-Elektrode. In diesem Fall kann, indem ein an den Leiter 205 angelegtes Potential nicht synchron mit, sondern unabhängig von einem an den Leiter 260 angelegten Potential geändert wird, die Schwellenspannung (Vth) des Transistors 200 gesteuert werden. Indem insbesondere ein negatives Potential an den Leiter 205 angelegt wird, kann Vth des Transistors 200 höher sein, und der Sperrstrom kann verringert werden. Wenn ein negatives Potential an den Leiter 205 angelegt wird, kann daher der Drain-Strom bei einem an den Leiter 260 angelegten Potential von 0 V im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem es nicht angelegt wird.
  • Der spezifische elektrische Widerstand des Leiters 205 wird unter Berücksichtigung des an den Leiter 205 angelegten Potentials eingestellt, und die Dicke des Leiters 205 wird entsprechend dem spezifischen elektrischen Widerstand bestimmt. Die Dicke des Isolators 216 ist im Wesentlichen gleich derjenigen des Leiters 205. Die Dicke des Leiters 205 und diejenige des Isolators 216 sind vorzugsweise so klein wie möglich im zulässigen Bereich der Konstruktion des Leiters 205. Wenn die Dicke des Isolators 216 verringert wird, kann die absolute Menge an Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, die in dem Isolator 216 enthalten sind, verringert werden, so dass die Diffusion der Verunreinigungen in das Oxid 230 verhindert werden kann.
  • Wie in 1A dargestellt, ist die Größe des Leiters 205 vorzugsweise größer als die Größe eines Bereichs des Oxids 230, der sich nicht mit dem Leiter 242a und dem Leiter 242b überlappt. Wie in 1C dargestellt, wird es besonders bevorzugt, dass sich der Leiter 205 über die Endabschnitte des Oxids 230a und des Oxids 230b in der Kanalbreitenrichtung hinaus erstreckt. Das heißt, dass der Leiter 205 und der Leiter 260 vorzugsweise auf einer Außenseite des Endabschnitts des Oxids 230 in der Kanalbreitenrichtung einander überlappen, wobei die Isolatoren dazwischen liegen. Mit dieser Struktur kann der Kanalbildungsbereich des Oxids 230 elektrisch von einem elektrischen Feld des Leiters 260, der als erste Gate-Elektrode dient, und einem elektrischen Feld des Leiters 205, der als zweite Gate-Elektrode dient, umschlossen werden. In dieser Beschreibung wird eine derartige Transistorstruktur, bei der der Kanalbildungsbereich elektrisch von den elektrischen Feldern des ersten Gates und des zweiten Gates umschlossen ist, als Struktur mit umschlossenem Kanal (surrounded channel structure bzw. S-Kanal-Struktur) bezeichnet.
  • 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. Die S-Kanal-Struktur, die in dieser Beschreibung und dergleichen offenbart wird, unterscheidet sich von einer Fin-Struktur und einer Planarstruktur. Wenn die S-Kanal-Struktur zum Einsatz kommt, kann die Beständigkeit gegen einen Kurzkanaleffekt erhöht werden. Mit anderen Worten: Ein Transistor kann erhalten werden, bei dem ein Kurzkanaleffekt mit geringerer Wahrscheinlichkeit auftritt.
  • Wie in 1C dargestellt, erstreckt sich der Leiter 205, um auch als Leitung zu dienen. Jedoch kann, ohne Beschränkung auf diese Struktur, ein Leiter, der als Leitung dient, unter dem Leiter 205 bereitgestellt sein. Der Leiter 205 wird nicht notwendigerweise in jedem Transistor bereitgestellt. Beispielsweise kann eine Struktur zum Einsatz kommen, bei der eine Vielzahl von Transistoren den Leiter 205 teilt.
  • Es sei angemerkt, dass, obwohl der Transistor 200 eine Struktur aufweist, bei der der Leiter 205 eine Schichtanordnung aus dem Leiter 205a, dem Leiter 205b und dem Leiter 205c ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Beispielsweise kann der Leiter 205 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus zwei Schichten oder vier oder mehr Schichten aufweisen.
  • Der Isolator 222 und der Isolator 224 dienen jeweils als Gate-Isolator.
  • Der Isolator 222 weist vorzugsweise eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Wasserstoff (z. B. Wasserstoffatomen und/oder Wasserstoffmolekülen) auf. Ferner weist der Isolator 222 vorzugsweise eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen und/oder Sauerstoffmolekülen) auf. Beispielsweise weist der Isolator 222 vorzugsweise eine Funktion auf, eine Diffusion von Wasserstoff und/oder Sauerstoff stärker als der Isolator 224 zu verhindern.
  • Als Isolator 222 wird vorzugsweise ein Isolator verwendet, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, bei denen es sich um isolierende Materialien handelt. Als Isolator wird vorzugsweise Aluminiumoxid, Hafniumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat), oder dergleichen verwendet. In dem Fall, in dem der Isolator 222 unter Verwendung eines derartigen Materials ausgebildet wird, dient der Isolator 222 als Schicht, die eine Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid 230 in Richtung des Substrats und eine Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, von der Umgebung des Transistors 200 in das Oxid 230 verhindert. Daher kann dann, wenn der Isolator 222 bereitgestellt wird, verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, in den Transistor 200 diffundieren und dass Sauerstofffehlstellen in dem Oxid 230 erzeugt werden. Ferner kann eine Reaktion des Leiters 205 mit Sauerstoff, der in dem Isolator 224 und dem Oxid 230 enthalten ist, verhindert werden.
  • Alternativ kann dem Isolator 222 beispielsweise Aluminiumoxid, Bismutoxid, Germaniumoxid, Nioboxid, Siliziumoxid, Titanoxid, Wolframoxid, Yttriumoxid oder Zirconiumoxid zugesetzt werden. Dieser Isolator kann alternativ einer Nitrierungsbehandlung unterzogen werden. Alternativ kann für den Isolator 222 eine Schichtanordnung verwendet werden, die erhalten wird, indem Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder Siliziumnitrid über diesen Isolatoren angeordnet wird.
  • Für den Isolator 222 wird vorzugsweise zum Beispiel eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus einem Isolator, der ein sogenanntes Material mit hohem k, wie z. B. Aluminiumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Zirconiumoxid, Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), Strontiumtitanat (SrTiO3) oder (Ba,Sr)TiO3 (BST), enthält, verwendet. Mit Voranschreiten miniaturisierter und hoch integrierter Transistoren kann ein Problem, wie z. B. ein Leckstrom, wegen einer Verringerung der Dicke eines Gate-Isolators auftreten. Wenn ein Material mit hohem k für einen als Gate-Isolator dienenden Isolator verwendet wird, kann ein Gate-Potential beim Betrieb des Transistors verringert werden, während die physikalische Dicke des Gate-Isolators beibehalten wird.
  • Es wird bevorzugt, dass der Isolator 224, der in Kontakt mit dem Oxid 230 ist, überschüssigen Sauerstoff enthält (durch Erwärmung Sauerstoff abgibt). Beispielsweise kann für den Isolator 224 angemessen Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen verwendet werden. Wenn ein Isolator, der Sauerstoff enthält, in Kontakt mit dem Oxid 230 bereitgestellt wird, können Sauerstofffehlstellen in dem Oxid 230 verringert werden, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Transistors 200 führt.
  • Für den Isolator 224 wird insbesondere vorzugsweise ein Oxidmaterial verwendet, von dem ein Teil von Sauerstoff durch Erwärmung abgegeben wird, nämlich ein Isolatormaterial, das einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff umfasst. Ein Oxid, das Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, ist ein Oxidfilm, dessen Menge an abgegebenen Sauerstoffmolekülen größer als oder gleich 1,0 × 1018 Moleküle/cm3, bevorzugt größer als oder gleich 1,0 × 1019 Moleküle/cm3, bevorzugter größer als oder gleich 2,0 × 1019 Moleküle/cm3 oder größer als oder gleich 3,0 × 1020 Moleküle/cm3 bei einer thermischen Desorptionsspektroskopie- (thermal desorption spectroscopy, TDS-) Analyse ist. Es sei angemerkt, dass die Oberflächentemperatur des Films bei der TDS-Analyse vorzugsweise im Bereich von höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 700 °C oder im Bereich von höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 400 °C liegt.
  • Im Herstellungsprozess des Transistors 200 wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung in einem Zustand durchgeführt, in dem eine Oberfläche des Oxids 230 freigelegt ist. Diese Wärmebehandlung kann beispielsweise bei höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 600 °C, bevorzugt höher als oder gleich 350 °C und niedriger als oder gleich 550 °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. Beispielsweise wird die Wärmebehandlung vorzugsweise in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Daher kann dem Oxid 230 Sauerstoff zugeführt werden, und Sauerstofffehlstellen (Vo) können somit verringert werden. 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 eine Wärmebehandlung in einer Atmosphäre, die ein Oxidationsgas mit 10 ppm oder mehr, 1 % oder mehr, oder 10 % oder mehr enthält, durchgeführt werden, und eine weitere Wärmebehandlung kann sukzessiv in einer Stickstoffgasatmosphäre oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt werden. Das Gas, das bei der vorstehenden Wärmebehandlung verwendet wird, wird vorzugsweise hoch gereinigt. Beispielsweise ist die Menge an Feuchtigkeit, die in dem Gas enthalten ist, das bei der vorstehenden Wärmebehandlung verwendet wird, 1 ppb oder weniger, bevorzugt 0,1 ppb oder weniger, bevorzugter 0,05 ppb oder weniger. Wenn die Wärmebehandlung unter Verwendung eines hochgereinigten Gases durchgeführt wird, kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder dergleichen in das Oxid 230 minimiert werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Sauerstoffzusatzbehandlung, die an dem Oxid 230 durchgeführt wird, eine Reaktion, bei der Sauerstofffehlstellen in dem Oxid 230 mit zugeführtem Sauerstoff repariert werden, d. h. eine Reaktion von „VO+O→null“, fördern kann. Außerdem reagiert Wasserstoff, der in dem Oxid 230 verbleibt, mit dem zugeführten Sauerstoff, wodurch dieser Wasserstoff als H2O entfernt werden kann (Dehydrierung). Somit kann die Bildung von VOH durch eine Rekombination von Wasserstoff, der in dem Oxid 230 verbleibt, mit Sauerstofffehlstellen unterdrückt werden.
  • Es sei angemerkt, dass der Isolator 222 und der Isolator 224 jeweils eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen können. In diesem Fall kann, ohne Beschränkung auf eine mehrschichtige Struktur aus dem gleichen Material, eine mehrschichtige Struktur aus unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Der Isolator 224 kann in einer Inselform ausgebildet werden, wobei er sich mit dem Oxid 230a überlappt. In diesem Fall ist der Isolator 272 in Kontakt mit der Seitenfläche des Isolators 224 und der Oberseite des Isolators 222.
  • Das Oxid 243a und das Oxid 243b werden über dem Oxid 230b bereitgestellt. Das Oxid 243a und das Oxid 243b werden voneinander entfernt, wobei der Leiter 260 dazwischen liegt.
  • Das Oxid 243 (das Oxid 243a und das Oxid 243b) weist vorzugsweise eine Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff auf. Es ist vorzuziehen, dass das Oxid 243, das eine Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff aufweist, zwischen dem Oxid 230b und dem Leiter 242 angeordnet ist, der als Source- bzw. Drain-Elektrode dient, wobei in diesem Fall der elektrische Widerstand zwischen dem Oxid 230b und dem Leiter 242 verringert wird. Eine derartige Struktur verbessert die elektrischen Eigenschaften und die Zuverlässigkeit des Transistors 200. In dem Fall, in dem der elektrische Widerstand zwischen dem Leiter 242 und dem Oxid 230b ausreichend verringert werden kann, wird das Oxid 243 nicht notwendigerweise bereitgestellt.
  • Ein Metalloxid, das das Element M enthält, kann für das Oxid 243 verwendet werden. Insbesondere kann als Element M Aluminium, Gallium, Yttrium oder Zinn verwendet werden. Die Konzentration des Elements M im Oxid 243 ist vorzugsweise höher als diejenige im Oxid 230b. Alternativ kann Galliumoxid als Oxid 243 verwendet werden. Ein Metalloxid, wie z. B. ein In-M-Zn-Oxid, kann für das Oxid 243 verwendet werden. Insbesondere ist das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem für das Oxid 243 verwendeten Metalloxid vorzugsweise größer als das Atomverhältnis des Elements M zu In in dem für das Oxid 230b verwendeten Metalloxid. Die Dicke des Oxids 243 ist bevorzugt größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 5 nm, bevorzugter größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm, noch bevorzugter größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 2 nm. Das Oxid 243 weist vorzugsweise eine Kristallinität auf. In dem Fall, in dem das Oxid 243 eine Kristallinität aufweist, kann die Abgabe von Sauerstoff in dem Oxid 230 vorteilhaft verhindert werden. Wenn das Oxid 243 zum Beispiel eine hexagonale Kristallstruktur aufweist, kann die Abgabe von Sauerstoff von dem Oxid 230 in einigen Fällen verhindert werden.
  • Es wird bevorzugt, dass der Leiter 242a in Kontakt mit der Oberseite des Oxids 243a bereitgestellt wird und der Leiter 242b in Kontakt mit der Oberseite des Oxids 243b bereitgestellt wird. Der Leiter 242a und der Leiter 242b dienen jeweils als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des Transistors 200.
  • Für den Leiter 242 wird vorzugsweise z. B. ein Nitrid, das Tantal enthält, ein Nitrid, das Titan enthält, ein Nitrid, das Molybdän enthält, ein Nitrid, das Wolfram enthält, ein Nitrid, das Tantal und Aluminium enthält, ein Nitrid, das Titan und Aluminium enthält, oder dergleichen verwendet. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Nitrid, das Tantal enthält, besonders bevorzugt. Als weiteres Beispiel kann Rutheniumoxid, Rutheniumnitrid, ein Oxid, das Strontium und Ruthenium enthält, ein Oxid, das Lanthan und Nickel enthält, oder dergleichen verwendet werden. Diese Materialien werden bevorzugt, da sie oxidationsbeständige leitende Materialien oder Materialien sind, deren Leitfähigkeit auch nach der Absorption von Sauerstoff aufrechterhalten wird.
  • Es sei angemerkt, dass Wasserstoff, der in dem Oxid 230b oder dergleichen enthalten ist, in einigen Fällen in den Leiter 242a oder den Leiter 242b diffundiert. Wenn insbesondere ein Nitrid, das Tantal enthält, für den Leiter 242a und den Leiter 242b verwendet wird, kann Wasserstoff, der in dem Oxid 230b oder dergleichen enthalten ist, leicht in den Leiter 242a oder den Leiter 242b diffundieren, und der Wasserstoff, der diffundiert, wird in einigen Fällen an Stickstoff, der in dem Leiter 242a oder dem Leiter 242b enthalten ist, gebunden. Das heißt, dass Wasserstoff, der in dem Oxid 230b oder dergleichen enthalten ist, in einigen Fällen von dem Leiter 242a oder dem Leiter 242b absorbiert wird.
  • Der Isolator 271a ist in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 242a bereitgestellt, und der Isolator 271b ist in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 242b bereitgestellt. Der Isolator 271 dient vorzugsweise mindestens als isolierender Sperrfilm gegen Sauerstoff. Daher weist der Isolator 271 vorzugsweise eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff auf. Beispielsweise weist der Isolator 271 vorzugsweise eine Funktion zum weiteren Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff im Vergleich zu dem Isolator 280 auf. Beispielsweise kann ein Nitrid, das Silizium enthält, wie z. B. Siliziumnitrid, für den Isolator 271 verwendet werden. Ferner weist der Isolator 271 vorzugsweise eine Funktion zum Einfangen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, auf. In diesem Fall kann ein Metalloxid mit einer amorphen Struktur, beispielsweise ein Isolator, wie z. B. Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid, für den Isolator 271 verwendet werden. Es wird besonders bevorzugt, dass Aluminiumoxid mit einer amorphen Struktur oder amorphes Aluminiumoxid für den Isolator 271 verwendet wird, da Wasserstoff in einigen Fällen effektiver eingefangen oder fixiert werden kann. Demzufolge können der Transistor 200 und eine Halbleitervorrichtung, die vorteilhafte Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, hergestellt werden.
  • Der Isolator 273a ist in Kontakt mit der Oberseite des Isolators 271a bereitgestellt, und der Isolator 273b ist in Kontakt mit der Oberseite des Isolators 271b bereitgestellt. Es wird bevorzugt, dass die Oberseite des Isolators 273a in Kontakt mit dem Isolator 272a ist und die Seitenfläche des Isolators 273a in Kontakt mit dem Isolator 250 ist. Es wird bevorzugt, dass die Oberseite des Isolators 273b in Kontakt mit dem Isolator 272b ist und die Seitenfläche des Isolators 273b in Kontakt mit dem Isolator 250 ist. Für den Isolator 273 wird vorzugsweise ein Isolator verwendet, der eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, und Sauerstoff aufweist; zum Beispiel kann Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Hafniumoxid, Galliumoxid, Indiumgalliumzinkoxid, Siliziumnitrid, Siliziumnitridoxid oder dergleichen verwendet werden. Zum Beispiel wird vorzugsweise Siliziumnitrid, das eine höhere Wasserstoffsperreigenschaft aufweist, für den Isolator 273 verwendet.
  • Der Isolator 272a ist in Kontakt mit den Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, des Oxids 243a, des Leiters 242a, des Isolators 271a und des Isolators 273a sowie der Oberseite des Isolators 273a bereitgestellt, und der Isolator 272b ist in Kontakt mit den Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, des Oxids 243a, des Leiters 242b, des Isolators 271b und des Isolators 273b sowie der Oberseite des Isolators 273b bereitgestellt. Der Isolator 272a und der Isolator 272b sind in Kontakt mit der Oberseite des Isolators 224 bereitgestellt. Der Isolator 272 dient vorzugsweise als isolierender Sperrfilm zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff. Der Isolator 272 dient vorzugsweise als isolierender Sperrfilm zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von oben in den Isolator 224 oder den Isolator 273, und der Isolator 272 weist vorzugsweise eine Funktion zum Einfangen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, auf. In diesem Fall wird vorzugsweise Aluminiumoxid mit einer amorphen Struktur oder amorphes Aluminiumoxid für den Isolator 272 verwendet. Ein Metalloxid mit einer amorphen Struktur, insbesondere Aluminiumoxid mit einer amorphen Struktur und amorphes Aluminiumoxid, kann in einigen Fällen Wasserstoff, der sich in der Umgebung davon befindet, einfangen oder fixieren; daher können der Transistor 200 und die Halbleitervorrichtung, die vorteilhafte Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, hergestellt werden.
  • Der Isolator 275 ist derart bereitgestellt, dass er den Isolator 272 bedeckt, und eine Öffnung ist in einem Bereich ausgebildet, in dem der Isolator 250 und der Leiter 260 bereitgestellt sind. Für den Isolator 275 wird vorzugsweise Siliziumnitrid verwendet.
  • Indem der Isolator 280, der Isolator 224, der Isolator 222 und der Isolator 275 in einem Bereich angeordnet sind, der zwischen dem Isolator 212 und dem Isolator 283 liegt, und der Isolator 272, der in Kontakt mit dem Isolator 275 ist und eine Funktion zum Einfangen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, aufweist, bereitgestellt ist, können Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, die in dem Isolator 280, dem Isolator 224, dem Isolator 275, dem Isolator 273 oder dergleichen enthalten sind, eingefangen werden und kann die Menge an Wasserstoff in dem Bereich auf einen bestimmten Wert gehalten werden. In diesem Fall wird vorzugsweise Aluminiumoxid oder dergleichen für den Isolator 272 verwendet.
  • Der Isolator 250 dient als Gate-Isolator. Der Isolator 250 wird vorzugsweise in Kontakt mit der Oberseite des Oxids 230b angeordnet. Für den Isolator 250 kann Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, poröses Siliziumoxid oder dergleichen verwendet werden.
  • Insbesondere werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid aufgrund ihrer thermischen Stabilität bevorzugt.
  • Wie bei dem Isolator 224, wird die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, in dem Isolator 250 vorzugsweise verringert. Die Dicke des Isolators 250 ist vorzugsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 20 nm.
  • In 1A bis 1 D weist der Isolator 250 eine zweischichtige Struktur aus dem Isolator 250a und dem Isolator 250b auf. In dem Fall, in dem der Isolator 250 eine mehrschichtige Struktur aus zwei Schichten aufweist, wird es bevorzugt, dass der Isolator 250a, nämlich eine untere Schicht des Isolators 250, unter Verwendung eines Isolators, der Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, ausgebildet wird und dass der Isolator 250b, nämlich eine obere Schicht des Isolators 250, unter Verwendung eines Isolators, der eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff aufweist, ausgebildet wird. Mit einer derartigen Struktur kann verhindert werden, dass Sauerstoff, der in dem Isolator 250a enthalten ist, in den Leiter 260 diffundiert. Das heißt, dass eine Verringerung der Menge an Sauerstoff, der dem Oxid 230 zugeführt wird, verhindert werden kann. Außerdem kann eine Oxidation des Leiters 260 aufgrund von Sauerstoff in dem Isolator 250a verhindert werden. Beispielsweise kann der Isolator 250a unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Materials, das für den Isolator 250 verwendet werden kann, ausgebildet werden, und die obere Schicht des Isolators 250 kann unter Verwendung eines Materials, das demjenigen des Isolators 222 ähnlich ist, ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Isolator 250 eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten aufweisen kann.
  • In dem Fall, in dem Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen für den Isolator 250a verwendet wird, kann der Isolator 250b unter Verwendung eines isolierenden Materials, das ein Material mit hohem k mit hoher relativer Permittivität ist, ausgebildet werden. Der Gate-Isolator mit einer mehrschichtigen Struktur aus dem Isolator 250a und dem Isolator 250b kann thermisch stabil sein und eine hohe relative Permittivität aufweisen. Demzufolge kann das Gate-Potential, das beim Betrieb des Transistors angelegt wird, verringert werden, während die physikalische Dicke des Gate-Isolators beibehalten wird. Außerdem kann die äquivalente Oxiddicke (equivalent oxide thickness, EOT) des Isolators, der als Gate-Isolator dient, verringert werden.
  • Insbesondere kann für den Isolator 250b 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, oder ein Metalloxid, das für das Oxid 230 verwendet werden kann, verwendet werden. Insbesondere wird vorzugsweise ein Isolator, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, verwendet. Als Isolator 250b kann beispielsweise eine mehrschichtige Struktur verwendet werden, die Siliziumoxid und Hafniumoxid über dem Siliziumoxid umfasst.
  • Zwischen dem Isolator 250 und dem Leiter 260 kann ein Metalloxid bereitgestellt sein. Dieses Metalloxid verhindert vorzugsweise eine Diffusion von Sauerstoff von dem Isolator 250 in den Leiter 260. Das Bereitstellen des Metalloxids, das eine Diffusion von Sauerstoff verhindert, verhindert eine Diffusion von Sauerstoff von dem Isolator 250 in den Leiter 260. Das heißt, dass eine Verringerung der Menge an Sauerstoff, der dem Oxid 230 zugeführt wird, verhindert werden kann. Außerdem kann eine Oxidation des Leiters 260 aufgrund von Sauerstoff in dem Isolator 250 verhindert werden.
  • Es sei angemerkt, dass das Metalloxid als Teil der ersten Gate-Elektrode dienen kann. Beispielsweise kann ein Metalloxid, das für das Oxid 230 verwendet werden kann, als Metalloxid verwendet werden. In diesem Fall wird der Leiter 260a durch ein Sputterverfahren abgeschieden, wodurch das Metalloxid einen verringerten Wert des elektrischen Widerstandes aufweisen und zu einem Leiter werden kann. Ein derartiger Leiter kann als Oxidleiter- (oxide conductor, OC-) Elektrode bezeichnet werden.
  • Durch das Vorhandensein des Metalloxids kann der Durchlassstrom des Transistors 200 ohne Abschwächung des Einflusses des elektrischen Feldes von dem Leiter 260 erhöht werden. Darüber hinaus kann der Leckstrom zwischen dem Leiter 260 und dem Oxid 230 verringert werden, indem durch die physikalische Dicke des Isolators 250 und des Metalloxids der Abstand zwischen dem Leiter 260 und dem Oxid 230 gehalten wird. Außerdem können dann, wenn die mehrschichtige Struktur aus dem Isolator 250 und dem Metalloxid bereitgestellt wird, der physikalische Abstand zwischen dem Leiter 260 und dem Oxid 230 sowie die Intensität des elektrischen Feldes, das von dem Leiter 260 an das Oxid 230 angelegt wird, angemessen leicht reguliert werden.
  • Der Leiter 260 dient als erste Gate-Elektrode des Transistors 200. Der Leiter 260 umfasst vorzugsweise den Leiter 260a und den Leiter 260b, der über dem Leiter 260a angeordnet ist. Beispielsweise wird der Leiter 260a vorzugsweise derart angeordnet, dass er die Unterseite und die Seitenfläche des Leiters 260b bedeckt. Wie in 1B dargestellt, liegt die Oberseite des Leiters 260 auf im Wesentlichen der gleichen Ebene wie die Oberseite des Isolators 250. Obwohl der Leiter 260 eine zweischichtige Struktur aus dem Leiter 260a und dem Leiter 260b aufweist, kann eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur aus drei oder mehr Schichten zum Einsatz kommen.
  • Für den Leiter 260a wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoffatomen, Wasserstoffmolekülen, Wassermolekülen, Stickstoffatomen, Stickstoffmolekülen, Stickstoffoxidmolekülen und Kupferatomen, verwendet. Alternativ wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff (z. B. Sauerstoffatomen und/oder Sauerstoffmolekülen) verwendet.
  • Wenn der Leiter 260a eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff aufweist, kann verhindert werden, dass die Leitfähigkeit des Leiters 260b infolge einer Oxidation, die durch den in dem Isolator 250 enthaltenen Sauerstoff hervorgerufen wird, verringert wird. Als leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff wird vorzugsweise zum Beispiel Titan, Titannitrid, Tantal, Tantalnitrid, Ruthenium, Rutheniumoxid oder dergleichen verwendet.
  • Da der Leiter 260 auch als Leitung dient, wird vorzugsweise ein Leiter mit hoher Leitfähigkeit verwendet. Beispielsweise kann ein leitendes Material, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält, für den Leiter 260b verwendet werden. Der Leiter 260b kann eine mehrschichtige Struktur, beispielsweise eine mehrschichtige Struktur aus Titan oder Titannitrid und dem vorstehenden leitenden Material aufweisen.
  • Bei dem Transistor 200 wird der Leiter 260 in selbstausrichtender Weise ausgebildet, um eine Öffnung zu füllen, die in dem Isolator 280 und dergleichen ausgebildet ist. Wenn der Leiter 260 auf diese Weise ausgebildet wird, kann der Leiter 260 in einem Bereich zwischen dem Leiter 242a und dem Leiter 242b ohne Ausrichtung sicher angeordnet werden.
  • Wie in 1C dargestellt, wird es bevorzugt, dass in der Kanalbreitenrichtung des Transistors 200 unter Verwendung der Unterseite des Isolators 222 als Norm die Höhe der Unterseite eines Bereichs des Leiters 260, der sich nicht mit dem Oxid 230b überlappt, niedriger als die Höhe der Unterseite des Oxids 230b ist. Wenn der Leiter 260, der als Gate-Elektrode dient, die Seitenfläche und die Oberseite des Kanalbildungsbereichs des Oxids 230b bedeckt, wobei der Isolator 250 und dergleichen dazwischen liegen, kann das elektrische Feld des Leiters 260 mit hoher Wahrscheinlichkeit auf den gesamten Kanalbildungsbereich des Oxids 230b einwirken. Daher kann der Transistor 200 einen höheren Durchlassstrom und bessere Frequenzeigenschaften aufweisen. Wenn die Unterseite des Isolators 222 als Referenz verwendet wird, ist der Abstand zwischen der Unterseite des Leiters 260 in einem Bereich, in dem sich das Oxid 230a und das Oxid 230b nicht mit dem Leiter 260 überlappen, und der Unterseite des Oxids 230b größer als oder gleich 0 nm und kleiner als oder gleich 100 nm, bevorzugt größer als oder gleich 3 nm und kleiner als oder gleich 50 nm, bevorzugter größer als oder gleich 5 nm und kleiner als oder gleich 20 nm.
  • [Kondensator 292]
  • Der Kondensator 292 beinhaltet den Leiter 242b, einen Isolator 293, der über dem Leiter 242b bereitgestellt ist, und einen Leiter 294, der über dem Isolator 293 bereitgestellt ist. Der Isolator 293 und der Leiter 294 sind in einer Öffnung angeordnet, die in dem Isolator 280, dem Isolator 275b, dem Isolator 272b, dem Isolator 273b und dem Isolator 271b ausgebildet ist. Der Isolator 293 ist in Kontakt mit der Unterseite und der Seitenfläche der Öffnung bereitgestellt. Das heißt, dass der Isolator 293 in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 242b, der Seitenfläche des Isolators 271b, der Seitenfläche des Isolators 273b, der Seitenfläche des Isolators 272b, der Seitenfläche des Isolators 275b und der Seitenfläche des Isolators 280 ist. Der Isolator 293 ist entlang der Form der Öffnung derart bereitgestellt, dass er einen vertieften Abschnitt bildet. Der Leiter 294 ist in Kontakt mit der Oberseite und der Seitenfläche des Isolators 293 angeordnet, um den vertieften Abschnitt zu füllen. Es sei angemerkt, dass die Oberseiten des Isolators 293 und des Leiters 294 im Wesentlichen auf der gleichen Höhe wie die Oberseiten des Isolators 280, des Isolators 250 und des Leiters 260 liegen könnten.
  • Der Leiter 242b dient hier als untere Elektrode des Kondensators 292, der Leiter 294 dient als obere Elektrode des Kondensators 292, und der Isolator 293 dient als Dielektrikum des Kondensators 292. Daher bildet der Kondensator 292 eine Metall-Isolator-Metall- (MIM-) Kapazität. Da eine eines Paars von Elektroden des Kondensators 292, d. h. der Leiter 242b, auch als Source-Elektrode des Transistors dient, kann die Fläche eines Bereichs, in dem der Transistor und die Kapazitätsvorrichtung angeordnet sind, verringert werden. Außerdem kann, da der Herstellungsprozess des Kondensators 292 auch als Teil des Herstellungsprozesses des Transistors durchgeführt wird, die Halbleitervorrichtung mit hoher Produktivität bereitgestellt werden. Außerdem können, da der Isolator 293 unabhängig von der Struktur des Transistors 200 bereitgestellt werden kann, eine Struktur und ein Material des Isolators 293 entsprechend der Leistung, die für den Kondensator 292 erforderlich ist, angemessen ausgewählt werden.
  • Für den Isolator 293 wird vorzugsweise ein Material mit hoher Permittivität (hohem k) verwendet. Beispiele für einen Isolator aus einem Material mit hoher Permittivität (hohem k) (Material mit hoher relativer Permittivität) umfassen Galliumoxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Aluminiumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Hafniumoxynitrid, Hafniumnitridoxid, Hafniumnitrid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxid, das Silizium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Silizium und Hafnium enthält, und ein Nitrid, das Silizium und Hafnium enthält. Für den Isolator 293 kann eine Schichtanordnung aus Filmen dieser Materialien mit hoher Permittivität verwendet werden. Beispielsweise kann für den Isolator 293 ein Isolierfilm verwendet werden, in dem Zirconiumoxid, Aluminiumoxid und Zirconiumoxid in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
  • Für den Leiter 294 kann beispielsweise ein Material verwendet werden, das für den Leiter 260 verwendet werden kann. Außerdem kann der Leiter 294, wie der Leiter 260, eine mehrschichtige Struktur aufweisen.
  • Der Isolator 280 ist über dem Isolator 275 bereitgestellt, und die Öffnung ist in dem Bereich ausgebildet, in dem der Isolator 250 und der Leiter 260 bereitgestellt sind. Die Oberseite des Isolators 280 kann planarisiert werden.
  • Der Isolator 280, der als Zwischenschichtfilm dient, weist vorzugsweise eine niedrige Permittivität auf. Wenn ein Material mit niedriger Permittivität für einen Zwischenschichtfilm verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen erzeugt wird, verringert werden. Beispielsweise wird der Isolator 280 vorzugsweise unter Verwendung eines Materials, das demjenigen des Isolators 216 ähnlich ist, ausgebildet. Insbesondere werden Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid, welche thermisch stabil sind, bevorzugt. Materialien, wie z. B. Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid und poröses Siliziumoxid, werden besonders bevorzugt, da ein Bereich, der Sauerstoff enthält, der durch Erwärmung abgegeben wird, leicht gebildet werden kann.
  • Wie der Isolator 224, weist der Isolator 280 vorzugsweise einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff oder überschüssigen Sauerstoff auf. Ferner wird vorzugsweise die Konzentration von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, in dem Isolator 280 verringert. Beispielsweise kann für den Isolator 280 ein Oxid, das Silizium enthält, wie z. B. Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid, angemessen verwendet werden.
  • Der Isolator 282 dient vorzugsweise als isolierender Sperrfilm zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von oben in den Isolator 280, und der Isolator 282 weist vorzugsweise eine Funktion zum Einfangen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, auf. Der Isolator 282 dient vorzugsweise als isolierender Sperrfilm zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff. Ein Metalloxid mit einer amorphen Struktur, beispielsweise ein Isolator, wie z. B. Aluminiumoxid, kann für den Isolator 282 verwendet werden. Indem der Isolator 282, der eine Funktion zum Einfangen von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, aufweist, in Kontakt mit dem Isolator 280 in einem Bereich bereitgestellt wird, der zwischen dem Isolator 212 und dem Isolator 283 liegt, können Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, die in dem Isolator 280 und dergleichen enthalten sind, eingefangen werden und kann die Menge an Wasserstoff in dem Bereich auf einen bestimmten Wert gehalten werden. Es wird besonders bevorzugt, dass Aluminiumoxid mit einer amorphen Struktur oder amorphes Aluminiumoxid für den Isolator 282 verwendet wird, da Wasserstoff in einigen Fällen effektiver eingefangen oder fixiert werden kann. Demzufolge können der Transistor 200 und eine Halbleitervorrichtung, die vorteilhafte Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, hergestellt werden.
  • Der Isolator 283 dient als isolierender Sperrfilm zum Verhindern einer Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von oben in den Isolator 280. Der Isolator 283 wird über dem Isolator 282 angeordnet. Für den Isolator 283 wird vorzugsweise ein Nitrid, das Silizium enthält, wie z. B. Siliziumnitrid oder Siliziumnitridoxid, verwendet. Beispielsweise kann Siliziumnitrid, das durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, für den Isolator 283 verwendet werden. Wenn der Isolator 283 durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, kann ein Siliziumnitridfilm mit hoher Dichte, in dem ein Hohlraum oder dergleichen mit geringerer Wahrscheinlichkeit ausgebildet wird, ausgebildet werden. Um den Isolator 283 zu erhalten, kann Siliziumnitrid, das durch ein CVD-Verfahren abgeschieden wird, über Siliziumnitrid, das durch ein Sputterverfahren abgeschieden wird, angeordnet werden.
  • Für den Leiter 240a und den Leiter 240b wird vorzugsweise ein leitendes Material verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Ferner können der Leiter 240a und der Leiter 240b jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen.
  • In dem Fall, in dem der Leiter 240 eine mehrschichtige Struktur aufweist, wird vorzugsweise ein leitendes Material mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, für einen Leiter, nämlich eine untere Schicht des Leiters 240, verwendet. Beispielsweise wird vorzugsweise Tantal, Tantalnitrid, Titan, Titannitrid, Ruthenium, Rutheniumoxid oder dergleichen verwendet. Das leitende Material mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, kann eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung sein. Ferner kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in einer Schicht oberhalb des Isolators 274 enthalten sind, durch den Leiter 240a in das Oxid 230 eindringen.
  • Für den Isolator 241a und den Isolator 241b kann beispielsweise ein Isolator wie Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Siliziumnitridoxid verwendet werden. Der Isolator 241a ist in Kontakt mit dem Isolator 274, dem Isolator 283, dem Isolator 284, dem Isolator 282, dem Isolator 280, dem Isolator 275a, dem Isolator 272a, dem Isolator 273a und dem Isolator 271a bereitgestellt; daher kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Isolator 280 oder dergleichen enthalten sind, durch den Leiter 240a in das Oxid 230 eindringen. Außerdem ist der Isolator 241b in Kontakt mit dem Isolator 274, dem Isolator 283, dem Isolator 284 und dem Isolator 282 bereitgestellt; daher kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Isolator 274 oder dergleichen enthalten sind, durch den Leiter 240b und den Leiter 294 in das Oxid 230 eindringen. Siliziumnitrid ist wegen seiner hohen Wasserstoffsperreigenschaft besonders bevorzugt. Weiterhin kann verhindert werden, dass in dem Isolator 280 enthaltener Sauerstoff von dem Leiter 240a absorbiert wird. Weiterhin kann verhindert werden, dass in dem Isolator 274 enthaltener Sauerstoff von dem Leiter 240b absorbiert wird.
  • Der Leiter 246 (der Leiter 246a und der Leiter 246b), der als Leitung dient, kann in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 240a und der Oberseite des Leiters 240b angeordnet werden. Für den Leiter 246 wird vorzugsweise ein leitendes Material verwendet, das Wolfram, Kupfer oder Aluminium als Hauptkomponente enthält. Der Leiter kann eine mehrschichtige Struktur, beispielsweise eine Schichtanordnung aus Titan oder Titannitrid und dem vorstehenden leitenden Material, aufweisen. Es sei angemerkt, dass der Leiter derart ausgebildet werden kann, dass er in einer Öffnung, die in einem Isolator bereitgestellt ist, eingebettet ist. Der Isolator 286 kann über dem Leiter 246 und dem Isolator 274 bereitgestellt werden.
  • <Bestandsmaterialien einer Halbleitervorrichtung>
  • Nachstehend werden Bestandsmaterialien beschrieben, die für eine Halbleitervorrichtung verwendet werden können.
  • <<Substrat>>
  • Als Substrat, über dem der Transistor 200 ausgebildet wird, kann beispielsweise ein Isolatorsubstrat, ein Halbleitersubstrat oder ein Leitersubstrat verwendet werden. Beispiele für das Isolatorsubstrat umfassen ein Glassubstrat, ein Quarzsubstrat, ein Saphirsubstrat, ein stabilisiertes Zirkonoxid-Substrat (z. B. ein Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid-Substrat) und ein Harzsubstrat. Beispiele für das Halbleitersubstrat umfassen ein Halbleitersubstrat unter Verwendung von Silizium, Germanium oder dergleichen als Material und ein Verbindungshalbleitersubstrat aus Siliziumkarbid, Siliziumgermanium, Galliumarsenid, Indiumphosphid, Zinkoxid oder Galliumoxid. Außerdem wird ein Halbleitersubstrat, in dem ein Isolatorbereich in dem vorstehenden Halbleitersubstrat bereitgestellt ist, wie z. B. ein Silizium-auf-Isolator- (silicon on insulator, SOI-) Substrat, angegeben. Als Leitersubstrat wird ein Graphitsubstrat, ein Metallsubstrat, ein Legierungssubstrat, ein leitendes Harzsubstrat oder dergleichen angegeben. Es wird ein Substrat, das ein Metallnitrid enthält, ein Substrat, das ein Metalloxid enthält, oder dergleichen angegeben. Ferner wird ein Substrat, das ein Isolatorsubstrat ist, das mit einem Leiter oder einem Halbleiter versehen ist, ein Substrat, das ein Halbleitersubstrat ist, das mit einem Leiter oder einem Isolator versehen ist, ein Substrat, das ein Leitersubstrat ist, das mit einem Halbleiter oder einem Isolator versehen ist, oder dergleichen angegeben. Alternativ kann ein beliebiges dieser Substrate, über dem ein Element bereitgestellt ist, verwendet werden. Als Element, das über dem Substrat bereitgestellt wird, wird ein Kondensator, ein Widerstand, ein Schaltelement, ein Licht emittierendes Element, ein Speicherelement oder dergleichen angegeben.
  • <<Isolator>>
  • Beispiele für einen Isolator umfassen ein isolierendes Oxid, ein isolierendes Nitrid, ein isolierendes Oxynitrid, ein isolierendes Nitridoxid, ein isolierendes Metalloxid, ein isolierendes Metalloxynitrid und ein isolierendes Metallnitridoxid.
  • Mit Voranschreiten miniaturisierter und hoch integrierter Transistoren kann beispielsweise ein Problem, wie z. B. ein Leckstrom, wegen einer Verringerung der Dicke eines Gate-Isolators auftreten. Wenn ein Material mit hohem k für einen als Gate-Isolator dienenden Isolator verwendet wird, kann die Spannung beim Betrieb des Transistors verringert werden, während die physikalische Dicke des Gate-Isolators beibehalten wird. Im Gegensatz dazu kann dann, wenn ein Material mit niedriger relativer Permittivität für den Isolator, der als Zwischenschichtfilm dient, verwendet wird, die parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen erzeugt wird, verringert werden. Demzufolge wird vorzugsweise ein Material je nach der Funktion des Isolators ausgewählt.
  • Außerdem umfassen Beispiele für den Isolator mit hoher relativer Permittivität Galliumoxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxid, das Silizium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Silizium und Hafnium enthält, und ein Nitrid, das Silizium und Hafnium enthält.
  • Beispiele für den Isolator mit niedriger relativer Permittivität umfassen Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumnitridoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxid, dem Fluor zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff zugesetzt ist, Siliziumoxid, dem Kohlenstoff und Stickstoff zugesetzt sind, poröses Siliziumoxid und ein Harz.
  • Außerdem können dann, wenn ein Transistor, der ein Metalloxid in einem Kanalbildungsbereich enthält, von einem Isolator mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, und Sauerstoff umschlossen ist, die elektrischen Eigenschaften des Transistors stabilisiert werden. Als Isolator mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, und Sauerstoff kann beispielsweise eine Einzelschicht oder eine Schichtanordnung aus einem Isolator, der Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Chlor, Argon, Gallium, Germanium, Yttrium, Zirconium, Lanthan, Neodym, Hafnium oder Tantal enthält, verwendet werden. Als Isolator mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, und Sauerstoff kann insbesondere ein Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Galliumoxid, Germaniumoxid, Yttriumoxid, Zirconiumoxid, Lanthanoxid, Neodymoxid, Hafniumoxid oder Tantaloxid, oder ein Metallnitrid, wie z. B. Aluminiumnitrid, Siliziumnitridoxid oder Siliziumnitrid, verwendet werden.
  • Als Isolator, der als Gate-Isolator dient, wird vorzugsweise ein Isolator mit einem Bereich, der durch Erwärmung abgegebenen Sauerstoff enthält, verwendet. Wenn eine Struktur zum Einsatz kommt, bei der Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid mit einem Bereich, der durch Erwärmung abgegebenen Sauerstoff enthält, in Kontakt mit dem Oxid 230 ist, können Sauerstofffehlstellen, die in dem Oxid 230 enthalten sind, kompensiert werden.
  • <<Leiter>>
  • Für einen Leiter 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, Lanthan und dergleichen ausgewählt wird, eine Legierung, die eines der vorstehenden Metallelemente als ihre Komponente enthält, eine Legierung, die eine Kombination der vorstehenden Metallelemente enthält, 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. Alternativ kann ein Halbleiter mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, typischerweise polykristallines Silizium, das ein Verunreinigungselement, wie z. B. Phosphor, enthält, oder ein Silizid, wie z. B. Nickelsilizid, verwendet werden.
  • Ferner kann eine Schichtanordnung aus einer Vielzahl von leitenden Schichten, die aus den vorstehenden Materialien ausgebildet werden, verwendet werden. Beispielsweise kann auch eine mehrschichtige Struktur, bei der ein Material, das ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallelemente enthält, und ein sauerstoffhaltiges leitendes Material kombiniert sind, verwendet werden. Alternativ kann eine mehrschichtige Struktur, bei der ein Material, das ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallelemente enthält, und ein stickstoffhaltiges leitendes Material kombiniert sind, verwendet werden. Alternativ kann eine mehrschichtige Struktur, bei der ein Material, das ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallelemente enthält, ein sauerstoffhaltiges leitendes Material und ein stickstoffhaltiges leitendes Material kombiniert sind, verwendet werden.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn ein Oxid für den Kanalbildungsbereich des Transistors verwendet wird, vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur, bei der ein Material, das ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallelemente enthält, und ein sauerstoffhaltiges leitendes Material kombiniert sind, für den Leiter, der als Gate-Elektrode dient, verwendet wird. In diesem Fall wird das sauerstoffhaltige leitende Material vorzugsweise auf der Seite des Kanalbildungsbereichs bereitgestellt. Wenn das sauerstoffhaltige leitende Material auf der Seite des Kanalbildungsbereichs bereitgestellt wird, wird Sauerstoff, der von dem leitenden Material abgegeben wird, dem Kanalbildungsbereich leicht zugeführt.
  • Insbesondere wird vorzugsweise ein leitendes Material, das Sauerstoff und ein Metallelement enthält, das in dem Metalloxid enthalten ist, in dem ein Kanal gebildet wird, für den als Gate-Elektrode dienenden Leiter verwendet. Alternativ kann ein leitendes Material, das ein beliebiges der vorstehend beschriebenen Metallelemente und Stickstoff enthält, verwendet werden. Beispielsweise kann ein stickstoffhaltiges leitendes Material, wie z. B. Titannitrid oder Tantalnitrid, verwendet werden. Alternativ kann Indiumzinnoxid, Indiumoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumzinkoxid, das Wolframoxid enthält, Indiumoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinnoxid, das Titanoxid enthält, Indiumzinkoxid oder Indiumzinnoxid, dem Silizium zugesetzt ist, verwendet werden. Alternativ kann Indium-Gallium-Zink-Oxid, das Stickstoff enthält, verwendet werden. Unter Verwendung eines derartigen Materials kann Wasserstoff, der in dem Metalloxid enthalten ist, in dem ein Kanal gebildet wird, in einigen Fällen eingefangen werden. Alternativ kann Wasserstoff, der von einem externen Isolator oder dergleichen eindringt, in einigen Fällen eingefangen werden.
  • <<Metalloxid>>
  • Das Oxid 230 wird vorzugsweise unter Verwendung eines Metalloxids (eines Oxidhalbleiters) ausgebildet, das als Halbleiter dient. Im Folgenden wird ein Metalloxid beschrieben, das für das Oxid 230 verwendet werden kann.
  • Ein Metalloxid enthält vorzugsweise mindestens Indium oder Zink. Insbesondere sind vorzugsweise Indium und Zink enthalten.
  • Hier wird der Fall in Betracht gezogen, in dem es sich bei dem Metalloxid um ein In-M-Zn-Oxid handelt, das Indium, ein Element M und Zink enthält. Es sei angemerkt, dass es sich bei dem Element M um Aluminium, Gallium, Yttrium oder Zinn handelt. Weitere Elemente, die als Element M verwendet werden können, sind Bor, Titan, Eisen, Nickel, Germanium, Zirconium, Molybdän, Lanthan, Cer, Neodym, Hafnium, Tantal, Wolfram, Magnesium, Kobalt und dergleichen. Es sei angemerkt, dass eine Vielzahl der vorstehenden Elemente in Kombination als Element M verwendet werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen auch ein Metalloxid, das Stickstoff enthält, in einigen Fällen als Metalloxid bezeichnet wird. Ein stickstoffhaltiges Metalloxid kann auch als Metalloxynitrid bezeichnet werden.
  • <Klassifizierung von Kristallstrukturen>
  • Zuerst wird die Klassifizierung der Kristallstrukturen eines Oxidhalbleiters anhand von 4A beschrieben. 4A ist ein Diagramm, das die Klassifizierung der Kristallstrukturen eines Oxidhalbleiters, typischerweise IGZO (eines Metalloxids, das In, Ga und Zn enthält), zeigt.
  • Wie in 4A gezeigt, wird ein Oxidhalbleiter grob in „Amorphous (amorph)“, „Crystalline (kristallin)“ und „Crystal (Kristall)“ klassifiziert. „Amorphous“ umfasst „completely amorphous“ (vollständig amorph). „Crystalline“ umfasst „CAAC“ (c-axis aligned crystalline bzw. einen Kristall mit Ausrichtung bezüglich der c-Achse), „nc“ (nanocrystalline bzw. nanokristallin) und „CAC“ (cloud-aligned composite bzw. einen wolkenartig ausgerichteten Verbund), wobei „single crystal“ (Einkristall) und „poly crystal“ (Polykristall) ausgeschlossen werden. Es sei angemerkt, dass „single crystal“, „poly crystal“ und „completely amorphous“ aus der Kategorie von „Crystalline“ ausgeschlossen werden. „Crystal“ umfasst „single crystal“ und „poly crystal“.
  • Es sei angemerkt, dass sich die Strukturen im dicken Rahmen in 4A in einem Zwischenzustand zwischen „Amorphous (amorph)“ und „Crystal (Kristall)“ befinden und zu einem neuen Grenzgebiet (New crystalline phase bzw. einer neuen kristallinen Phase) gehören. Das heißt, dass sich diese Strukturen von „Amorphous (amorph)“, welches energetisch instabil ist, und „Crystal (Kristall)“ völlig unterscheiden.
  • Es sei angemerkt, dass eine Kristallstruktur eines Films oder eines Substrats mit einem Röntgenbeugungs- (X-ray diffraction, XRD-) Spektrum ausgewertet werden kann. 4B zeigt ein XRD-Spektrum, das durch Messung der Röntgenbeugung unter streifendem Einfall (grazing-incidence XRD, GIXD) erhalten wird, eines CAAC-IGZO-Films, der in „Crystalline“ klassifiziert wird. Es sei angemerkt, dass ein GIXD-Verfahren auch als Dünnfilmverfahren oder Seemann-Bohlin-Verfahren bezeichnet wird. Das in 4B gezeigte XRD-Spektrum, das durch die GIXD-Messung erhalten wird, wird nachstehend einfach als XRD-Spektrum bezeichnet. Es sei angemerkt, dass der CAAC-IGZO-Film in 4B eine Zusammensetzung in der Nähe von In:Ga:Zn = 4:2:3 [Atomverhältnis] aufweist. Der CAAC-IGZO-Film in 4B weist eine Dicke von 500 nm auf.
  • Wie in 4B gezeigt, wird ein Peak, der eine eindeutige Kristallinität zeigt, in dem XRD-Spektrum des CAAC-IGZO-Films erfasst. Insbesondere wird ein Peak, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse zeigt, bei 2θ von ungefähr 31° in dem XRD-Spektrum des CAAC-IGZO-Films erfasst. Es sei angemerkt, dass, wie in 4B gezeigt, der Peak bei 2θ von ungefähr 31° eine asymmetrische Form aufweist, wobei der Winkel, bei dem die Peakintensität erfasst wird, die Achse ist.
  • Eine Kristallstruktur eines Films oder eines Substrats kann mit einem Beugungsmuster ausgewertet werden, das durch ein Nanostrahlelektronenbeugungs-(Nano Beam Electron Diffraction, NBED-) Verfahren erhalten wird (auch als Nanostrahlelektronenbeugungsmuster bezeichnet). 4C zeigt ein Beugungsmuster des CAAC-IGZO-Films. 4C zeigt ein Beugungsmuster, das durch NBED, bei der ein Elektronenstrahl parallel zu dem Substrat einfällt, beobachtet wird. Es sei angemerkt, dass der CAAC-IGZO-Film in 4C eine Zusammensetzung in der Nähe von In:Ga:Zn = 4:2:3 [Atomverhältnis] aufweist. In dem Nanostrahlelektronenbeugungsverfahren wird eine Elektronenbeugung mit einem Probendurchmesser von 1 nm durchgeführt.
  • Wie in 4C gezeigt, wird eine Vielzahl von Punkten, die eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse zeigen, in dem Beugungsmuster des CAAC-IGZO-Films beobachtet.
  • <<Struktur eines Oxidhalbleiters>>
  • Im Hinblick auf die Kristallstruktur könnten Oxidhalbleiter auf andere Weise als diejenige in 4A klassifiziert werden. Oxidhalbleiter werden beispielsweise in einen einkristallinen Oxidhalbleiter und einen nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter klassifiziert. Beispiele für den nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen den CAAC-OS und den nc-OS, welche vorstehend beschrieben worden sind. Weitere Beispiele für den nicht-einkristallinen Oxidhalbleiter umfassen einen polykristallinen Oxidhalbleiter, einen amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-ähnlichen OS) und einen amorphen Oxidhalbleiter.
  • Hier werden CAAC-OS, nc-OS und a-ähnlicher OS, die vorstehend beschrieben worden sind, ausführlich beschrieben.
  • [CAAC-OS]
  • Der CAAC-OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine Vielzahl von Kristallbereichen aufweist, die jeweils eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse in einer bestimmten Richtung aufweisen. Es sei angemerkt, dass die bestimmte Richtung die Dickenrichtung eines CAAC-OS-Films, die Normalrichtung der Ausbildungsoberfläche des CAAC-OS-Films oder die Normalrichtung der Oberfläche des CAAC-OS-Films bezeichnet. Der Kristallbereich bezeichnet einen Bereich, der eine periodische Atomanordnung aufweist. Wenn eine Atomanordnung als Gitteranordnung angesehen wird, bezeichnet der Kristallbereich auch einen Bereich mit einer gleichmäßigen Gitteranordnung. Der CAAC-OS weist einen Bereich auf, in dem eine Vielzahl von Kristallbereichen in der Richtung der a-b Ebene verbunden ist, und der Bereich könnte eine Verzerrung aufweisen. 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 eine Vielzahl von Kristallbereichen verbunden ist. Das heißt, dass der CAAC-OS ein Oxidhalbleiter ist, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse aufweist und keine deutliche Ausrichtung in Richtung der a-b-Ebene aufweist.
  • Es sei angemerkt, dass jeder der Vielzahl von Kristallbereichen aus einem oder mehreren feinen Kristallen (Kristallen, die jeweils einen maximalen Durchmesser von kleiner als 10 nm aufweisen) gebildet wird. In dem Fall, in dem der Kristallbereich aus einem feinen Kristall gebildet wird, ist der maximale Durchmesser des Kristallbereichs kleiner als 10 nm. In dem Fall, in dem der Kristallbereich aus einer großen Anzahl von feinen Kristallen gebildet wird, könnte die Größe des Kristallbereichs ungefähr mehrere zehn Nanometer sein.
  • Im Falle eines In-M-Zn-Oxids (das Element M ist eine oder mehrere Arten, die aus Aluminium, Gallium, Yttrium, Zinn, Titan und dergleichen ausgewählt werden) gibt es eine Tendenz, dass der CAAC-OS eine geschichtete Kristallstruktur (auch als geschichtete Struktur bezeichnet) aufweist, bei der eine Schicht, die Indium (In) und Sauerstoff enthält (nachstehend eine In-Schicht), und eine Schicht, die das Element M, Zink (Zn) und Sauerstoff enthält (nachstehend eine (M,Zn)-Schicht), übereinander angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass Indium und das Element M durcheinander ersetzt werden können. Deshalb könnte in der (M,Zn)-Schicht Indium enthalten sein. Außerdem könnte in der In-Schicht das Element M enthalten sein. Es sei angemerkt, dass in der In-Schicht Zn enthalten sein könnte. Eine derartige geschichtete Struktur wird beispielsweise in einem hochauflösenden TEM-Bild als Gitterbild beobachtet.
  • Wenn beispielsweise der CAAC-OS-Film einer Strukturanalyse mittels eines XRD-Geräts unterzogen wird, wird durch die Out-of-Plane-XRD-Messung mit einem θ/2θ-Scan ein Peak, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse zeigt, bei 2θ von 31° oder in der Nähe davon erfasst. Es sei angemerkt, dass sich die Position des Peaks, der eine Ausrichtung bezüglich der c-Achse zeigt (der Wert von 2θ), abhängig von der Art, der Zusammensetzung oder dergleichen des Metallelements, das in dem CAAC-OS enthalten ist, ändern könnte.
  • In dem Elektronenbeugungsmuster des CAAC-OS-Films wird beispielsweise eine Vielzahl von hellen Punkten (Punkten) beobachtet. Es sei angemerkt, dass ein Punkt und ein anderer Punkt punktsymmetrisch beobachtet werden, wobei ein Punkt des einfallenden Elektronenstrahls, der durch eine Probe hindurchgeht (auch als direkter Punkt bezeichnet), als Symmetriezentrum verwendet wird.
  • Wenn der Kristallbereich aus einer bestimmten Richtung beobachtet wird, weist die Gitteranordnung in diesem Kristallbereich grundsätzlich ein hexagonales Gitter auf; die Gittereinheit weist jedoch nicht immer ein regelmäßiges Sechseck, sondern auch in einigen Fällen ein unregelmäßiges Sechseck auf. Eine fünfeckige Gitteranordnung, eine siebeneckige Gitteranordnung und dergleichen sind in einigen Fällen in der Verzerrung enthalten. Es sei angemerkt, dass eine eindeutige Kristallkorngrenze (Grain-Boundary) selbst in der Nähe der Verzerrung in dem CAAC-OS nicht beobachtet werden kann. Das heißt, dass das Bilden einer Kristallkorngrenze durch die Verzerrung einer Gitteranordnung unterdrückt wird. Das liegt wahrscheinlich 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 Metallatoms und dergleichen tolerieren kann.
  • Es sei angemerkt, dass eine Kristallstruktur, bei der eine eindeutige Kristallkorngrenze beobachtet wird, ein sogenannter Polykristall ist. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Kristallkorngrenze als Rekombinationszentrum dient und Ladungsträger eingefangen werden, was zu einer Verringerung des Durchlassstroms, einer Verringerung der Feldeffektbeweglichkeit oder dergleichen eines Transistors führt. Daher ist der CAAC-OS, in dem keine eindeutige Kristallkorngrenze beobachtet wird, ein kristallines Oxid mit einer Kristallstruktur, das für eine Halbleiterschicht eines Transistors geeignet ist. Es sei angemerkt, dass Zn vorzugsweise enthalten ist, um den CAAC-OS zu bilden. Beispielsweise werden ein In-Zn-Oxid und ein In-Ga-Zn-Oxid bevorzugt, da diese Oxide im Vergleich zu einem In-Oxid die Erzeugung einer Kristallkorngrenze unterdrücken können.
  • Der CAAC-OS ist ein Oxidhalbleiter mit hoher Kristallinität, in dem keine eindeutige Kristallkorngrenze beobachtet wird. In dem CAAC-OS tritt daher eine Verringerung der Elektronenbeweglichkeit aufgrund der Kristallkorngrenze mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf. Ein Eindringen von Verunreinigungen, eine Bildung von Defekten oder dergleichen könnte die Kristallinität eines Oxidhalbleiters verringern. Dies bedeutet, dass der CAAC-OS ein Oxidhalbleiter ist, der geringe Mengen an Verunreinigungen und Defekten (z. B. Sauerstofffehlstellen) aufweist. Daher ist ein Oxidhalbleiter, der einen CAAC-OS enthält, physikalisch stabil. Deshalb ist der Oxidhalbleiter, der den CAAC-OS enthält, wärmebeständig und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf. Der CAAC-OS ist auch gegenüber hohen Temperaturen im Herstellungsprozess (d. h. dem sogenannten Wärmebudget) stabil. Die Verwendung des CAAC-OS für einen OS-Transistor kann daher den Freiheitsgrad des Herstellungsprozesses erhöhen.
  • [nc-OS]
  • 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. Mit anderen Worten: Der nc-OS enthält einen feinen Kristall. Es sei angemerkt, dass die Größe des feinen Kristalls beispielsweise größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, insbesondere größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm ist; daher wird der feine Kristall auch als Nanokristall bezeichnet. 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 abhängig von einem Analyseverfahren unterscheiden. Wenn beispielsweise der nc-OS-Film einer Strukturanalyse mittels eines XRD-Geräts unterzogen wird, wird durch die Out-of-Plane-XRD-Messung mit einem θ/2θ-Scan ein Peak, der eine Kristallinität zeigt, nicht erfasst. Ferner wird ein Beugungsmuster wie ein Halo-Muster beobachtet, wenn der nc-OS-Film einer Elektronenbeugung (auch als Feinbereichs- (selected-area) Elektronenbeugung bezeichnet) mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser, der größer ist als derjenige eines Nanokristalls (z. B. größer als oder gleich 50 nm), unterzogen wird. Im Gegensatz dazu wird in einigen Fällen ein Elektronenbeugungsmuster erhalten, in dem eine Vielzahl von Punkten in einem ringförmigen Bereich rund um einen direkten Punkt beobachtet wird, wenn der nc-OS-Film einer Elektronenbeugung (auch als Nanostrahl-Elektronenbeugung bezeichnet) mittels eines Elektronenstrahls mit einem Probendurchmesser, der nahezu gleich oder kleiner als derjenige eines Nanokristalls ist (z. B. größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 30 nm), unterzogen wird.
  • [a-ähnlicher OS]
  • Der a-ähnliche OS ist ein Oxidhalbleiter, der eine Struktur aufweist, die zwischen derjenigen des nc-OS und derjenigen des amorphen Oxidhalbleiters liegt. 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 niedrige Kristallinität aufweist. Der a-ähnliche OS weist im Vergleich zu dem nc-OS und dem CAAC-OS eine hohe Wasserstoffkonzentration in dem Film auf.
  • <<Struktur eines Oxidhalbleiters>>
  • Als Nächstes wird der vorstehend beschriebene CAC-OS ausführlich beschrieben. Es sei angemerkt, dass der CAC-OS die Materialzusammensetzung betrifft.
  • [CAC-OS]
  • Es handelt sich bei dem CAC-OS beispielsweise um ein Material mit einer Zusammensetzung, bei der Elemente, die in einem Metalloxid enthalten sind, ungleichmäßig verteilt sind, wobei sie jeweils eine Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm oder eine ähnliche Größe aufweisen. Es sei angemerkt, dass in der folgenden Beschreibung eines Metalloxids ein Zustand, in dem ein oder mehrere Metallelemente ungleichmäßig verteilt sind und Bereiche, die das/die Metallelement/e enthalten, mit einer Größe von größer als oder gleich 0,5 nm und kleiner als oder gleich 10 nm, bevorzugt größer als oder gleich 1 nm und kleiner als oder gleich 3 nm oder einer ähnlichen Größe vermischt sind, als Mosaikmuster oder patchartiges Muster bezeichnet wird.
  • Außerdem weist der CAC-OS eine Zusammensetzung auf, bei der Materialien in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich derart geteilt sind, dass ein Mosaikmuster gebildet wird, wobei die ersten Bereiche in dem Film verteilt sind (nachstehend auch als wolkenartige Zusammensetzung bezeichnet). Das heißt, dass der CAC-OS ein Verbundmetalloxid mit einer Zusammensetzung ist, bei der die ersten Bereiche und die zweiten Bereiche gemischt sind.
  • Hier werden die Atomverhältnisse von In, Ga und Zn zu den Metallelementen, die in dem CAC-OS in einem In-Ga-Zn-Oxid enthalten sind, als [In], [Ga] bzw. [Zn] bezeichnet.
  • Beispielsweise weist der erste Bereich in dem CAC-OS in dem In-Ga-Zn-Oxid [In] auf, welches höher ist als dasjenige in der Zusammensetzung des CAC-OS-Films. Außerdem weist der zweite Bereich [Ga] auf, welches höher ist als dasjenige in der Zusammensetzung des CAC-OS-Films. Alternativ weist der erste Bereich beispielsweise [In], welches höher ist als dasjenige in dem zweiten Bereich, und [Ga] auf, welches niedriger ist als dasjenige in dem zweiten Bereich. Außerdem weist der zweite Bereich [Ga], welches höher ist als dasjenige in dem ersten Bereich, und [In] auf, welches niedriger ist als dasjenige in dem ersten Bereich.
  • Insbesondere handelt es sich bei dem ersten Bereich um einen Bereich, der Indiumoxid, Indiumzinkoxid oder dergleichen als Hauptkomponente enthält. Außerdem handelt es sich bei dem zweiten Bereich um einen Bereich, der Galliumoxid, Galliumzinkoxid oder dergleichen als Hauptkomponente enthält. Das heißt, dass der erste Bereich auch als Bereich, der In als Hauptkomponente enthält, bezeichnet werden kann. Außerdem kann der zweite Bereich auch als Bereich, der Ga als Hauptkomponente enthält, bezeichnet werden.
  • Es sei angemerkt, dass in einigen Fällen keine eindeutige Grenze zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich beobachtet werden kann.
  • Beispielsweise bestätigt ein durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (energy dispersive X-ray spectroscopy, EDX) erhaltenes Verteilungsbild, dass ein CAC-OS in einem In-Ga-Zn-Oxid eine Struktur aufweist, bei der der Bereich, der In als Hauptkomponente enthält (der erste Bereich), und der Bereich, der Ga als Hauptkomponente enthält (der zweite Bereich), ungleichmäßig verteilt und vermischt sind.
  • In dem Fall, in dem der CAC-OS für einen Transistor verwendet wird, komplementieren die Leitfähigkeit, die von dem ersten Bereich stammt, und die isolierende Eigenschaft, die von dem zweiten Bereich stammt, miteinander, wodurch der CAC-OS eine Schaltfunktion (Ein-/Ausschaltfunktion) aufweisen kann. Mit anderen Worten: Der CAC-OS weist eine leitende Funktion in einem Teil des Materials auf und weist eine isolierende Funktion in einem anderen Teil des Materials auf; als gesamtes Material weist der CAC-OS eine Funktion eines Halbleiters auf. Die Trennung der leitenden Funktion und der isolierenden Funktion kann jede Funktion maximieren. Demzufolge können dann, wenn der CAC-OS für einen Transistor verwendet wird, ein hoher Durchlassstrom (Ion), eine hohe Feldeffektbeweglichkeit (µ) und eine ausgezeichnete Umschaltung erzielt werden.
  • Ein Oxidhalbleiter kann verschiedene Strukturen aufweisen, die unterschiedliche Eigenschaften zeigen. Zwei oder mehr von dem amorphen Oxidhalbleiter, dem polykristallinen Oxidhalbleiter, dem a-ähnlichen OS, dem CAC-OS, dem nc-OS und dem CAAC-OS können in einem Oxidhalbleiter einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
  • <Transistor, der den Oxidhalbleiter enthält>
  • Als Nächstes wird der Fall beschrieben, in dem der vorstehende Oxidhalbleiter für einen Transistor verwendet wird.
  • Wenn der vorstehende Oxidhalbleiter für einen Transistor verwendet wird, kann ein Transistor erhalten werden, der eine hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweist. Außerdem kann ein Transistor erhalten werden, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist.
  • Vorzugsweise wird ein Oxidhalbleiter mit einer niedrigen Ladungsträgerkonzentration für einen Kanalbildungsbereich des Transistors verwendet. Die Ladungsträgerkonzentration des Kanalbildungsbereichs eines Oxidhalbleiters ist beispielsweise niedriger als oder gleich 1 × 1017 cm-3, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 1015 cm-3, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1013 cm-3, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1011 cm-3, sogar noch bevorzugter niedriger als 1 × 1010 cm-3 und höher als oder gleich 1 × 10 -9 cm-3. In dem Fall, in dem die Ladungsträgerkonzentration eines Oxidhalbleiterfilms verringert werden soll, wird die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiterfilm verringert, um die Dichte der Defektzustände zu verringern. In dieser Beschreibung und dergleichen wird ein Zustand mit einer niedrigen Verunreinigungskonzentration und niedriger Dichte der Defektzustände als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Zustand bezeichnet. Es sei angemerkt, dass ein Oxidhalbleiter mit einer niedrigen Ladungsträgerkonzentration in einigen Fällen als hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiter bezeichnet wird.
  • Ein hochreiner intrinsischer oder im Wesentlichen hochreiner intrinsischer Oxidhalbleiterfilm weist eine niedrige Dichte der Defektzustände auf und weist daher in einigen Fällen eine niedrige Dichte der Einfangzustände auf.
  • Eine elektrische Ladung, die von den Einfangzuständen in dem Oxidhalbleiter eingefangen wird, benötigt eine lange Zeit, bis sie sich verliert, und sie kann sich wie feste elektrische Ladung verhalten. Daher weist ein Transistor, dessen Kanalbildungsbereich in einem Oxidhalbleiter mit hoher Dichte der Einfangzustände gebildet wird, in einigen Fällen instabile elektrische Eigenschaften auf.
  • Um stabile elektrische Eigenschaften des Transistors zu erhalten, ist es daher effektiv, die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern. Um die Verunreinigungskonzentration in dem Oxidhalbleiter zu verringern, wird vorzugsweise auch die Verunreinigungskonzentration in einem Film verringert, der dem Oxidhalbleiter benachbart ist. Beispiele für die Verunreinigungen umfassen Wasserstoff, Stickstoff, ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, Eisen, Nickel und Silizium.
  • <Verunreinigung>
  • Hier wird der Einfluss von Verunreinigungen in dem Oxidhalbleiter beschrieben.
  • Wenn Silizium oder Kohlenstoff, welche Elemente der Gruppe 14 sind, in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, werden Defektzustände in dem Oxidhalbleiter gebildet. Daher werden die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters und die Silizium- oder Kohlenstoffkonzentration in der Nähe einer Grenzfläche zu dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters (die durch Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) erhaltene Konzentration) jeweils auf niedriger als oder gleich 2 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 1017 Atome/cm3 eingestellt.
  • Wenn der Oxidhalbleiter ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall enthält, werden in einigen Fällen Defektzustände gebildet und Ladungsträger erzeugt. Daher ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall enthaltender Oxidhalbleiter verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Daher wird die durch SIMS erhaltene Alkalimetall- oder Erdalkalimetallkonzentration in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters auf niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 2 × 1016 Atome/cm3 eingestellt.
  • Wenn der Oxidhalbleiter Stickstoff enthält, wird der Oxidhalbleiter infolge der Erzeugung von Elektronen, die als Ladungsträger dienen, und eines Anstiegs der Ladungsträgerkonzentration leicht zum n-Typ. Folglich ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein Stickstoff enthaltender Oxidhalbleiter als Halbleiter verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Wenn Stickstoff in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, wird in einigen Fällen ein Einfangzustand gebildet. Dies könnte zu instabilen elektrischen Eigenschaften des Transistors führen. Daher wird die durch SIMS erhaltene Stickstoffkonzentration in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters auf niedriger als 5 × 1019 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als oder gleich 5 × 1018 Atome/cm3, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 1018 Atome/cm3, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 5 × 1017 Atome/cm3 eingestellt.
  • Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, reagiert mit Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, zu Wasser und erzeugt daher in einigen Fällen eine Sauerstofffehlstelle. Infolge des Eindringens von Wasserstoff in die Sauerstofffehlstelle wird in einigen Fällen ein Elektron erzeugt, das als Ladungsträger dient. In einigen Fällen verursacht ferner eine Bindung eines Teils von Wasserstoff an Sauerstoff, der an ein Metallatom gebunden ist, die Erzeugung eines Elektrons, das als Ladungsträger dient. Folglich ist es wahrscheinlich, dass ein Transistor, bei dem ein Wasserstoff enthaltender Oxidhalbleiter verwendet wird, selbstleitende Eigenschaften aufweist. Aus diesem Grund wird Wasserstoff in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters vorzugsweise so weit wie möglich verringert. Insbesondere wird die durch SIMS erhaltene Wasserstoffkonzentration in dem Kanalbildungsbereich des Oxidhalbleiters auf niedriger als 1 × 1020 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als 5 × 1019 Atome/cm3, bevorzugter niedriger als 1 × 1019 Atome/cm3, noch bevorzugter niedriger als 5 × 1018 Atome/cm3, noch bevorzugter niedriger als 1 × 1018 Atome/cm3 eingestellt.
  • Wenn ein Oxidhalbleiter, in dem Verunreinigungen ausreichend verringert sind, für einen Kanalbildungsbereich eines Transistors verwendet wird, kann der Transistor stabile elektrische Eigenschaften aufweisen.
  • <<Andere Halbleitermaterialien>>
  • Halbleitermaterialien, die für das Oxid 230 verwendet werden können, sind nicht auf die vorstehenden Metalloxide beschränkt. Für das Oxid 230 kann ein Halbleitermaterial, das eine Bandlücke aufweist (ein Halbleitermaterial, das kein Zero-Gap-Halbleiter ist), verwendet werden. Beispielsweise wird vorzugsweise ein Einzelelement-Halbleiter, wie z. B. Silizium, ein Verbindungshalbleiter, wie z. B. Galliumarsenid, oder ein geschichtetes Material, das als Halbleiter dient (auch als atomares geschichtetes Material oder zweidimensionales Material bezeichnet), als Halbleitermaterial verwendet. Insbesondere wird ein geschichtetes Material, das als Halbleiter dient, vorzugsweise als Halbleitermaterial verwendet.
  • In dieser Beschreibung und dergleichen bezeichnet das geschichtete Material im Allgemeinen eine Gruppe von Materialien mit einer geschichteten Kristallstruktur. Bei der geschichteten Kristallstruktur sind Schichten, die durch eine kovalente Bindung oder eine ionische Bindung gebildet werden, mit einer Bindung, wie z. B. der Van der Waals-Kräfte, die schwächer als eine kovalente Bindung oder eine ionische Bindung ist, übereinander angeordnet. Das geschichtete Material weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit in einer Monoschicht, d. h. eine hohe zweidimensionale elektrische Leitfähigkeit, auf. Wenn ein Material, das als Halbleiter dient und eine hohe zweidimensionale elektrische Leitfähigkeit aufweist, für einen Kanalbildungsbereich verwendet wird, kann der Transistor, der einen hohen Durchlassstrom aufweist, bereitgestellt werden.
  • Beispiele für das geschichtete Material umfassen Graphen, Silicen und Chalkogenid. Chalkogenid ist eine Verbindung, die Chalkogen enthält. Chalkogen ist ein allgemeiner Begriff von Elementen, die zu der Gruppe 16 gehören, wobei der Begriff Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Polonium und Livermorium umfasst. Beispiele für ein Chalkogenid umfassen ein Übergangsmetall-Chalkogenid und ein Chalkogenid von Elementen der Gruppe 13.
  • Für das Oxid 230 wird vorzugsweise zum Beispiel ein Übergangsmetall-Chalkogenid, das als Halbleiter dient, verwendet. Spezifische Beispiele für das Übergangsmetall-Chalkogenid, das für das Oxid 230 verwendet werden kann, umfassen Molybdänsulfid (typischerweise MoS2), Molybdänselenid (typischerweise MoSe2), Molybdäntellurid (typischerweise MoTe2), Wolframsulfid (typischerweise WS2), Wolframselenid (typischerweise WSe2), Wolframtellurid (typischerweise WTe2), Hafniumsulfid (typischerweise HfS2), Hafniumselenid (typischerweise HfSe2), Zirconiumsulfid (typischerweise ZrS2) und Zirconiumselenid (typischerweise ZrSe2).
  • <Strukturbeispiel 2 einer Halbleitervorrichtung>
  • Eine Struktur einer Halbleitervorrichtung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet und sich von der Struktur von dem vorstehenden <Strukturbeispiel 1 einer Halbleitervorrichtung> unterscheidet, wird anhand von 3A bis 3D beschrieben. 3A ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung. 3B bis 3D sind Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung. 3B ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A1-A2 in 3A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200 in der Kanallängsrichtung. 3C ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A3-A4 in 3A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200 in der Kanalbreitenrichtung. 3D ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A5-A6 in 3A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Kondensators 292. Es sei angemerkt, dass einige Komponenten in der Draufsicht in 3A der Einfachheit der Zeichnung halber nicht dargestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass bei der in 3A bis 3D dargestellten Halbleitervorrichtung Komponenten mit den gleichen Funktionen wie die Komponenten, die in der Halbleitervorrichtung, die bei dem <Strukturbeispiel 1 einer Halbleitervorrichtung> beschrieben worden ist, enthalten sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es sei angemerkt, dass auch in diesem Abschnitt die Materialien, die bei dem <Strukturbeispiel 1 einer Halbleitervorrichtung> ausführlich beschrieben worden sind, als Bestandsmaterialien der Halbleitervorrichtung verwendet werden können.
  • Bei der in 3A bis 3D dargestellten Halbleitervorrichtung sind der Isolator 214, der Isolator 216, der Isolator 222, der Isolator 224, der Isolator 272, der Isolator 275, der Isolator 280 und der Isolator 282 strukturiert. Der Isolator 284 bedeckt den Isolator 212, den Isolator 214, den Isolator 216, den Isolator 222, den Isolator 224, den Isolator 272, den Isolator 275, den Isolator 280 und den Isolator 282. Das heißt, dass der Isolator 284 in Kontakt mit der Oberseite des Isolators 282, den Seitenflächen des Isolators 214, des Isolators 216, des Isolators 222, des Isolators 224, des Isolators 272, des Isolators 275 und des Isolators 280 und der Oberseite des Isolators 214 ist. Ferner ist der Isolator 283 derart angeordnet, dass er den Isolator 284 bedeckt. Demzufolge sind der Isolator 214, der Isolator 216, der Isolator 222, der Isolator 224, der Isolator 280 und der Isolator 282 zusätzlich zu dem Oxid 230 und dergleichen durch den Isolator 283, den Isolator 284, den Isolator 212 und den Isolator 214 von außen isoliert. Mit anderen Worten: Der Transistor 200 ist in einem Bereich angeordnet, der mit dem Isolator 284 und dem Isolator 214 abgedichtet wird.
  • Beispielsweise können der Isolator 214, der Isolator 271, der Isolator 275, der Isolator 282 und der Isolator 284 unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das eine Funktion zum Einfangen und Fixieren von Wasserstoff aufweist. Für den Isolator 284 kann ein Isolator verwendet werden, der demjenigen für den Isolator 282 ähnlich ist. Der Isolator 212 und der Isolator 283 können unter Verwendung eines Materials ausgebildet werden, das eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Wasserstoff und Sauerstoff aufweist. Für den Isolator 214, den Isolator 271, den Isolator 275, den Isolator 282 und den Isolator 284 kann ein Metalloxid mit einer amorphen Struktur, beispielsweise Aluminiumoxid, verwendet werden. Für den Isolator 212 und den Isolator 283 kann typischerweise Siliziumnitrid verwendet werden. Es wird besonders bevorzugt, dass Aluminiumoxid mit einer amorphen Struktur oder amorphes Aluminiumoxid für den Isolator 284 verwendet wird, da Wasserstoff in einigen Fällen effektiver eingefangen oder fixiert werden kann. Demzufolge kann eine Halbleitervorrichtung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet und vorteilhafte Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweist, hergestellt werden.
  • Mit der vorstehenden Struktur kann verhindert werden, dass Wasserstoff, der in einem Bereich außerhalb des abgedichteten Bereichs enthalten ist, in den abgedichteten Bereich eindringt.
  • Obwohl eine Struktur, bei der der Isolator 212 und der Isolator 283 jeweils eine Einzelschicht sind, in 3A bis 3D dargestellt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können der Isolator 212 und der Isolator 283 jeweils eine mehrschichtige Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen.
  • Der Isolator 274 ist derart bereitgestellt, dass er den Isolator 283 bedeckt, und dient als Zwischenschichtfilm. Die Permittivität des Isolators 274 ist vorzugsweise niedriger als diejenige des Isolators 214. Wenn ein Material mit niedriger Permittivität für einen Zwischenschichtfilm verwendet wird, kann die parasitäre Kapazität, die zwischen Leitungen erzeugt wird, verringert werden. Der Isolator 274 kann beispielsweise unter Verwendung eines Materials, das demjenigen des Isolators 280 ähnlich ist, bereitgestellt werden.
  • <Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung>
  • Als Nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen der in 3A bis 3D dargestellten Halbleitervorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, anhand von 5A bis 22D beschrieben.
  • Es sei angemerkt, dass A jeder Zeichnung eine Draufsicht ist. Ferner ist B jeder Zeichnung eine Querschnittsansicht, die einem Abschnitt entspricht, der durch eine Strichpunktlinie A1-A2 in A gekennzeichnet ist, und auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200 in der Kanallängsrichtung. Ferner ist C jeder Zeichnung eine Querschnittsansicht, die einem Abschnitt entspricht, der durch eine Strichpunktlinie A3-A4 in A gekennzeichnet ist, und auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200 in der Kanalbreitenrichtung. Ferner ist D jeder Zeichnung eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A5-A6 in A gekennzeichnet ist, und auch eine Querschnittsansicht des Kondensators 292. Es sei angemerkt, dass der Einfachheit der Zeichnung halber einige Komponenten in der Draufsicht von A jeder Zeichnung nicht dargestellt werden.
  • Nachstehend können ein isolierendes Material zum Ausbilden eines Isolators, ein leitendes Material zum Ausbilden eines Leiters und ein Halbleitermaterial zum Ausbilden eines Halbleiters durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen angemessen abgeschieden werden.
  • Beispiele für das Sputterverfahren umfassen ein RF-Sputterverfahren, in dem eine Hochfrequenz-Stromquelle als Sputterstromquelle verwendet wird, ein DC-Sputterverfahren, in dem eine DC-Stromquelle verwendet wird, und ein gepulstes DC-Sputterverfahren, in dem eine Spannung, die an eine Elektrode angelegt wird, in gepulster Weise geändert wird. Ein RF-Sputterverfahren wird hauptsächlich in dem Fall verwendet, in dem ein Isolierfilm ausgebildet wird, und ein DC-Sputterverfahren wird hauptsächlich in dem Fall verwendet, in dem ein leitender Metallfilm ausgebildet wird. Ein gepulstes DC-Sputterverfahren wird hauptsächlich in dem Fall verwendet, in dem eine Verbindung, wie z. B. ein Oxid, ein Nitrid oder ein Carbid, durch ein reaktives Sputterverfahren abgeschieden wird.
  • Es sei angemerkt, dass CVD-Verfahren in ein plasmaunterstütztes CVD- (Plasma Enhanced CVD, PECVD-) Verfahren, bei dem Plasma verwendet wird, ein thermisches CVD- (TCVD-) Verfahren, bei dem Wärme verwendet wird, ein Photo-CVD-Verfahren, bei dem Licht verwendet wird, und dergleichen eingeteilt werden können. Außerdem können die CVD-Verfahren je nach zu verwendendem Quellengas in ein Metall-CVD- (MCVD-) Verfahren und ein metallorganisches CVD- (MOCVD-) Verfahren eingeteilt werden.
  • Durch ein plasmaunterstütztes CVD-Verfahren kann ein qualitativ hochwertiger Film bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgebildet werden. Des Weiteren ist ein thermisches CVD-Verfahren ein Abscheidungsverfahren, bei dem kein Plasma verwendet wird und daher weniger Schäden an einem Gegenstand verursacht werden. Beispielsweise könnte eine Leitung, eine Elektrode, ein Element (z. B. ein Transistor oder ein Kondensator) oder dergleichen, die/das in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, durch Empfangen von elektrischen Ladungen vom Plasma aufgeladen werden (charge up). In diesem Fall könnten die akkumulierten elektrischen Ladungen die Leitung, die Elektrode, das Element oder dergleichen beschädigen, die/das in der Halbleitervorrichtung enthalten ist. Im Gegensatz dazu werden dann, wenn ein thermisches CVD-Verfahren, bei dem kein Plasma verwendet wird, zum Einsatz kommt, keine derartigen Plasmaschäden verursacht, und es kann die Ausbeute der Halbleitervorrichtung erhöht werden. Da bei der Abscheidung durch ein thermisches CVD-Verfahren keine Plasmaschäden verursacht werden, kann ferner ein Film mit wenigen Defekten erhalten werden.
  • Als ALD-Verfahren kann ein thermisches ALD-Verfahren, in dem ein Vorläufer und ein Reaktant lediglich durch thermische Energie miteinander reagieren, ein plasmagestütztes ALD- (Plasma Enhanced ALD, PEALD-) Verfahren, in dem ein durch Plasma angeregter Reaktant verwendet wird, oder dergleichen verwendet werden.
  • Bei einem ALD-Verfahren können Atomlagen nacheinander (eine nach der anderen) abgeschieden werden, wobei die selbstregulierenden Eigenschaften der Atome genutzt werden. Daher weist ein ALD-Verfahren Vorteile auf, wie z. B. die Abscheidung eines extrem dünnen Films, die Abscheidung auf einer Komponente mit einem hohen Seitenverhältnis, die Abscheidung eines Films mit einer geringen Anzahl von Defekten wie Pinholes, die Abscheidung mit einer ausgezeichneten Abdeckung und die Abscheidung bei niedriger Temperatur. Bei dem PEALD-Verfahren ist die Verwendung von Plasma manchmal vorzuziehen, da die Abscheidung bei einer niedrigeren Temperatur möglich ist. Es sei angemerkt, dass ein bei einem ALD-Verfahren verwendeter Vorläufer in einigen Fällen Verunreinigungen, wie z. B. Kohlenstoff, enthält. Daher enthält ein Film, der durch ein ALD-Verfahren ausgebildet wird, in einigen Fällen Verunreinigungen, wie z. B. Kohlenstoff, in größerer Menge als ein Film, der durch ein anderes Abscheidungsverfahren ausgebildet wird. Es sei angemerkt, dass Verunreinigungen durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS) quantifiziert werden können.
  • Im Unterschied zu einem Abscheidungsverfahren, bei dem Teilchen, die von einem Target oder dergleichen abgegeben werden, abgeschieden werden, sind ein CVD-Verfahren und ein ALD-Verfahren Abscheidungsverfahren, bei denen ein Film durch eine Reaktion an einer Oberfläche eines Gegenstandes ausgebildet wird. Daher sind ein CVD-Verfahren und ein ALD-Verfahren Abscheidungsverfahren, die weniger wahrscheinlich von der Form eines Gegenstandes beeinflusst werden und eine vorteilhafte Stufenabdeckung ermöglichen. Insbesondere ermöglicht ein ALD-Verfahren eine ausgezeichnete Stufenabdeckung und eine ausgezeichnete Gleichmäßigkeit der Dicke und kann beispielsweise zum Bedecken einer Oberfläche eines Öffnungsabschnitts mit einem hohen Seitenverhältnis vorteilhaft verwendet werden. Im Gegensatz dazu weist ein ALD-Verfahren eine relativ niedrige Abscheidungsrate auf; daher ist es in einigen Fällen vorzuziehen, dass ein ALD-Verfahren mit einem weiteren Abscheidungsverfahren mit einer hohen Abscheidungsrate, wie z. B. einem CVD-Verfahren, kombiniert wird.
  • Bei einem CVD-Verfahren und einem ALD-Verfahren kann die Zusammensetzung eines auszubildenden Films durch ein Verhältnis der Durchflussrate der Quellengase gesteuert werden. Beispielsweise kann durch ein CVD-Verfahren und ein ALD-Verfahren ein Film mit einer bestimmten Zusammensetzung abhängig von einem Verhältnis der Durchflussrate der Quellengase ausgebildet werden. Außerdem kann beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens und eines ALD-Verfahrens ein Film ausgebildet werden, dessen Zusammensetzung sich stetig ändert, indem das Verhältnis der Durchflussrate der Quellengase während der Ausbildung des Films geändert wird. In dem Fall, in dem der Film ausgebildet wird, während das Verhältnis der Durchflussrate der Quellengase geändert wird, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem der Film unter Verwendung einer Vielzahl von Abscheidungskammern ausgebildet wird, die Zeit, die zur Filmausbildung benötigt wird, verringert werden, da die Zeit, die zum Übertragen und zum Regulieren des Drucks benötigt wird, wegfällt. Daher kann die Produktivität einer Halbleitervorrichtung in einigen Fällen erhöht werden.
  • Zuerst wird ein Substrat (nicht dargestellt) vorbereitet, und der Isolator 212 wird über dem Substrat abgeschieden (siehe 5A bis 5D). Der Isolator 212 wird vorzugsweise durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 212 verringert werden. Das Abscheidungsverfahren des Isolators 212 ist nicht auf ein Sputterverfahren beschränkt, und ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen kann nach Bedarf verwendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolator 212 Siliziumnitrid unter Verwendung eines Siliziumtargets in einer Atmosphäre, die ein Stickstoffgas enthält, durch ein gepulstes DC-Sputterverfahren abgeschieden. Die Verwendung eines gepulsten DC-Sputterverfahrens kann die Erzeugung von Teilchen aufgrund einer Lichtbogenbildung auf der Targetoberfläche verhindern, was eine gleichmäßigere Filmdicke ermöglicht. Außerdem können dann, wenn eine Impulsspannung verwendet wird, der Anstieg und Abfall der Entladung im Vergleich zu dem Fall, in dem eine Hochfrequenz-Spannung verwendet wird, schlagartig eingestellt werden. Als Ergebnis kann einer Elektrode Strom effizienter zugeführt werden, so dass die Sputteringrate und die Filmqualität verbessert werden können.
  • Indem ein Isolator, der mit geringerer Wahrscheinlichkeit Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, durchlässt, wie z. B. Siliziumnitrid, für den Isolator 212 verwendet wird, kann die Diffusion von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in einer Schicht unterhalb des Isolators 212 enthalten sind, verhindert werden. Indem ein Isolator, der mit geringerer Wahrscheinlichkeit Kupfer durchlässt, wie z. B. Siliziumnitrid, für den Isolator 212 verwendet wird, kann auch in dem Fall, in dem ein Metall, das leicht diffundiert, wie z. B. Kupfer, für einen Leiter in einer Schicht unterhalb des Isolators 212 (nicht dargestellt) verwendet wird, verhindert werden, dass das Metall durch den Isolator 212 hindurch nach oben diffundiert.
  • Als Nächstes wird der Isolator 214 über dem Isolator 212 abgeschieden (siehe 5A bis 5D). Der Isolator 214 wird vorzugsweise durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 214 verringert werden. Das Abscheidungsverfahren des Isolators 214 ist nicht auf ein Sputterverfahren beschränkt, und ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen kann nach Bedarf verwendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolator 214 Aluminiumoxid unter Verwendung eines Aluminiumtargets in einer Atmosphäre, die ein Sauerstoffgas enthält, durch ein gepulstes DC-Sputterverfahren abgeschieden. Die Verwendung des gepulsten DC-Sputterverfahrens erzielt eine gleichmäßigere Filmdicke und verbessert die Sputteringrate und die Filmqualität.
  • Ein Metalloxid, das eine amorphe Struktur aufweist und eine ausgezeichnete Funktion zum Einfangen und Fixieren von Wasserstoff aufweist, wie z. B. Aluminiumoxid, wird vorzugsweise für den Isolator 214 verwendet. Daher fängt der Isolator 214 Wasserstoff ein, der in dem Isolator 216 und dergleichen enthalten ist, oder fixiert der Isolator 214 den Wasserstoff, und die Diffusion von Wasserstoff in das Oxid 230 kann verhindert werden. Es wird besonders bevorzugt, dass Aluminiumoxid mit einer amorphen Struktur oder amorphes Aluminiumoxid für den Isolator 214 verwendet wird, da Wasserstoff in einigen Fällen effektiver eingefangen oder fixiert werden kann. Demzufolge können der Transistor 200 und eine Halbleitervorrichtung, die vorteilhafte Eigenschaften und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen, hergestellt werden.
  • Als Nächstes wird der Isolator 216 über dem Isolator 214 abgeschieden. Der Isolator 216 wird vorzugsweise durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 216 verringert werden. Das Abscheidungsverfahren des Isolators 216 ist nicht auf ein Sputterverfahren beschränkt, und ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen kann nach Bedarf verwendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolator 216 Siliziumoxid unter Verwendung eines Siliziumtargets in einer Atmosphäre, die ein Sauerstoffgas enthält, durch ein gepulstes DC-Sputterverfahren abgeschieden. Die Verwendung des gepulsten DC-Sputterverfahrens erzielt eine gleichmäßigere Filmdicke und verbessert die Sputteringrate und die Filmqualität.
  • Der Isolator 212, der Isolator 214 und der Isolator 216 werden vorzugsweise sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft abgeschieden. Beispielsweise kann eine Multikammer-Abscheidungseinrichtung verwendet werden. Folglich können die Mengen an Wasserstoff in dem abgeschiedenen Isolator 212, Isolator 214 und Isolator 216 verringert werden, und ferner kann verhindert werden, dass Wasserstoff zwischen den einzelnen Abscheidungsschritten in die Filme eindringt.
  • Dann wird eine Öffnung, die den Isolator 214 erreicht, in dem Isolator 216 ausgebildet. Beispiele für die Öffnung umfassen eine Nut und einen Schlitz. Ein Bereich, in dem die Öffnung ausgebildet wird, kann als Öffnungsabschnitt bezeichnet werden. Die Öffnung kann durch Nassätzen ausgebildet werden; jedoch wird Trockenätzen zur Mikrofabrikation bevorzugt. Der Isolator 214 ist vorzugsweise ein Isolator, der als Ätzstoppfilm beim Ausbilden der Nut durch Ätzen des Isolators 216 dient. In dem Fall, in dem beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumoxynitrid für den Isolator 216 verwendet wird, in dem die Nut ausgebildet werden soll, wird der Isolator 214 vorzugsweise ausgebildet, indem Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Hafniumoxid verwendet wird.
  • Als Trockenätzeinrichtung kann eine kapazitiv gekoppelte Plasma- (capacitively coupled plasma, CCP-) Ätzeinrichtung, die parallele Plattenelektroden beinhaltet, verwendet werden. Die kapazitiv gekoppelte Plasma-Ätzeinrichtung, die die parallelen Plattenelektroden beinhaltet, kann eine Struktur aufweisen, bei der eine Hochfrequenz-Spannung an eine der parallelen Plattenelektroden angelegt wird. Alternativ kann eine Struktur, bei der unterschiedliche Hochfrequenz-Spannungen an eine der parallelen Plattenelektroden angelegt werden, zum Einsatz kommen. Alternativ kann eine Struktur, bei der Hochfrequenz-Spannungen mit der gleichen Frequenz an die parallelen Plattenelektroden angelegt werden, zum Einsatz kommen. Alternativ kann eine Struktur, bei der Hochfrequenz-Spannungen mit unterschiedlichen Frequenzen an die parallelen Plattenelektroden angelegt werden, zum Einsatz kommen. Alternativ kann eine Trockenätzeinrichtung, die eine hochdichte Plasmaquelle umfasst, verwendet werden. Als Trockenätzeinrichtung, die eine hochdichte Plasmaquelle umfasst, kann beispielsweise eine induktiv gekoppelte Plasma- (inductively coupled plasma, ICP-) Ätzeinrichtung verwendet werden.
  • Nach der Ausbildung der Öffnung wird ein leitender Film 205A ausgebildet (siehe 5A bis 5D). Der leitende Film 205A enthält vorzugsweise einen Leiter, der eine Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff aufweist. Beispielsweise kann Tantalnitrid, Wolframnitrid oder Titannitrid verwendet werden. Alternativ kann ein mehrschichtiger Film verwendet werden, der unter Verwendung von dem Leiter mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff und Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän, Aluminium, Kupfer oder einer Molybdän-Wolframlegierung ausgebildet wird. Der leitende Film 205A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird Titannitrid für den leitenden Film 205A abgeschieden. Wenn ein derartiges Metallnitrid für eine Schicht unter dem Leiter 205b verwendet wird, kann verhindert werden, dass der Leiter 205b durch den Isolator 216 oder dergleichen oxidiert wird. Selbst wenn ein Metall, das leicht diffundiert, wie z. B. Kupfer, für den Leiter 205b verwendet wird, kann verhindert werden, dass das Metall von dem Leiter 205a nach außen diffundiert.
  • Als Nächstes wird ein leitender Film 205B ausgebildet (siehe 5A bis 5D). Für den leitenden Film 205B kann Tantal, Wolfram, Titan, Molybdän, Aluminium, Kupfer, eine Molybdän-Wolframlegierung oder dergleichen verwendet werden. Der leitende Film kann durch ein Plattierungsverfahren, ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird Wolfram für den leitenden Film 205B ausgebildet.
  • Als Nächstes werden, indem eine chemisch-mechanische Polier- (CMP-) Behandlung durchgeführt wird, der leitende Film 205A und der leitende Film 205B teilweise entfernt, so dass der Isolator 216 freigelegt wird (siehe 6A bis 6D). Als Ergebnis verbleiben der Leiter 205a und der Leiter 205b nur in dem Öffnungsabschnitt.
  • Es sei angemerkt, dass durch die CMP-Behandlung der Isolator 216 in einigen Fällen teilweise entfernt wird.
  • Als Nächstes wird ein oberer Teil des Leiters 205b durch Ätzen entfernt (siehe 7A bis 7D). Dadurch ist die Höhe der Oberseite des Leiters 205b niedriger als diejenige der Oberseite des Leiters 205a und diejenige der Oberseite des Isolators 216. Für das Ätzen des Leiters 205b kann das Trockenätzen oder Nassätzen verwendet werden; jedoch wird das Trockenätzen für die Mikrofabrikation bevorzugt.
  • Als Nächstes wird ein leitender Film 205C über dem Isolator 216, dem Leiter 205a und dem Leiter 205b ausgebildet (siehe 8A bis 8D). Vorzugsweise umfasst der leitende Film 205C, wie der leitende Film 205A, einen Leiter, der eine Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff aufweist.
  • Bei dieser Ausführungsform wird Titannitrid für den leitenden Film 205C abgeschieden. Wenn ein derartiges Metallnitrid für eine Schicht über dem Leiter 205b verwendet wird, kann verhindert werden, dass der Leiter 205b durch den Isolator 222 oder dergleichen oxidiert wird. Selbst wenn ein Metall, das leicht diffundiert, wie z. B. Kupfer, für den Leiter 205b verwendet wird, kann verhindert werden, dass das Metall von dem Leiter 205c nach außen diffundiert.
  • Als Nächstes wird, indem eine CMP-Behandlung durchgeführt wird, der leitende Film 205C teilweise entfernt, so dass der Isolator 216 freigelegt wird (siehe 9A bis 9D). Als Ergebnis verbleiben der Leiter 205a, der Leiter 205b und der Leiter 205c nur in dem Öffnungsabschnitt. Auf diese Weise kann der Leiter 205 mit einer flachen Oberseite ausgebildet werden. Ferner wird der Leiter 205b von dem Leiter 205a und dem Leiter 205c umschlossen. Daher kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, von dem Leiter 205b zur Außenseite des Leiters 205a und des Leiters 205c diffundieren. Ferner kann verhindert werden, dass der Leiter 205b infolge des Eindringens von Sauerstoff von der Außenseite des Leiters 205a und des Leiters 205c oxidiert wird. Es sei angemerkt, dass durch die CMP-Behandlung der Isolator 216 in einigen Fällen teilweise entfernt wird.
  • Als Nächstes wird der Isolator 222 über dem Isolator 216 und dem Leiter 205 abgeschieden (siehe 10A bis 10D). Als Isolator 222 wird vorzugsweise ein Isolator abgeschieden, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält. 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. Der Isolator, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, weist eine Sperreigenschaft gegen Sauerstoff, Wasserstoff und Wasser auf. Wenn der Isolator 222 eine Sperreigenschaft gegen Wasserstoff und Wasser aufweist, kann verhindert werden, dass Wasserstoff und Wasser, welche in Strukturteilen in der Umgebung des Transistors 200 enthalten sind, durch den Isolator 222 in den Transistor 200 diffundieren, und es kann eine Erzeugung von Sauerstofffehlstellen in dem Oxid 230 verhindert werden.
  • Der Isolator 222 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen abgeschieden werden. Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolator 222 Hafniumoxid durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 222 verringert werden.
  • Anschließend wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von höher als oder gleich 250 °C und niedriger als oder gleich 650 °C, bevorzugt höher als oder gleich 300 °C und niedriger als oder gleich 500 °C, bevorzugter höher als oder gleich 320 °C und niedriger als oder gleich 450 °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. In dem Fall, in dem beispielsweise die Wärmebehandlung in einer Mischatmosphäre aus einem Stickstoffgas und einem Sauerstoffgas durchgeführt wird, kann der Anteil an Sauerstoffgas ungefähr 20 % sein. 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.
  • Das Gas, das bei der vorstehenden Wärmebehandlung verwendet wird, wird vorzugsweise hoch gereinigt. Beispielsweise ist die Menge an Feuchtigkeit, die in dem Gas enthalten ist, das bei der vorstehenden Wärmebehandlung verwendet wird, 1 ppb oder weniger, bevorzugt 0,1 ppb oder weniger, bevorzugter 0,05 ppb oder weniger. Wenn die Wärmebehandlung unter Verwendung eines hochgereinigten Gases durchgeführt wird, kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder dergleichen in den Isolator 222 oder dergleichen minimiert werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Wärmebehandlung, nachdem der Isolator 222 abgeschieden worden ist, eine Behandlung bei 400 °C eine Stunde lang durchgeführt, wobei das Verhältnis der Durchflussmenge eines Stickstoffgases zu der Durchflussmenge eines Sauerstoffgases 4 slm: 1 slm ist. Durch die Wärmebehandlung können Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Isolator 222 enthalten sind, entfernt werden. In dem Fall, in dem ein Oxid, das Hafnium enthält, für den Isolator 222 verwendet wird, wird ein Teil des Isolators 222 in einigen Fällen durch die Wärmebehandlung kristallisiert. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise auch nach der Abscheidung des Isolators 224 durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird der Isolator 224 über dem Isolator 222 abgeschieden (siehe 10A bis 10D). Der Isolator 224 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen abgeschieden werden. Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolator 224 Siliziumoxid durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 224 verringert werden. Die Wasserstoffkonzentration des Isolators 224 wird vorzugsweise verringert, da der Isolator 224 in einem späteren Schritt in Kontakt mit dem Oxid 230a ist.
  • Hier kann, um einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff in dem Isolator 224 auszubilden, eine Plasmabehandlung mit Sauerstoff unter reduziertem Druck durchgeführt werden. Die Plasmabehandlung mit Sauerstoff wird vorzugsweise zum Beispiel unter Verwendung einer Einrichtung durchgeführt, die eine Stromquelle zum Erzeugen von hochdichtem Plasma unter Verwendung von Mikrowellen beinhaltet. Alternativ kann eine Stromquelle zum Anlegen einer Hochfrequenz (HF) an eine Seite des Substrats bereitgestellt werden. Die Verwendung des hochdichten Plasmas ermöglicht, dass hochdichte Sauerstoffradikale erzeugt werden, und das Anlegen der HF an die Seite des Substrats ermöglicht, dass Sauerstoffradikale, die durch das hochdichte Plasma erzeugt werden, in effizienter Weise dem Isolator 224 zugeführt werden. Alternativ kann, nachdem eine Plasmabehandlung mit einem Inertgas unter Verwendung dieser Einrichtung durchgeführt worden ist, eine Plasmabehandlung mit Sauerstoff durchgeführt werden, um abgegebenen Sauerstoff zu kompensieren. Es sei angemerkt, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Isolator 224 enthalten sind, entfernt werden können, indem die Bedingungen für die Plasmabehandlung angemessen ausgewählt werden. In diesem Fall wird die Wärmebehandlung nicht notwendigerweise durchgeführt.
  • Nachdem Aluminiumoxid beispielsweise durch ein Sputterverfahren über dem Isolator 224 abgeschieden worden ist, kann eine CMP-Behandlung durchgeführt werden, bis der Isolator 224 freigelegt wird. Durch die CMP-Behandlung kann die Oberfläche des Isolators 224 planarisiert und geglättet werden. Wenn die CMP-Behandlung an dem über dem Isolator 224 angeordneten Aluminiumoxid durchgeführt wird, ist der Endpunkt der CMP-Behandlung leicht zu erkennen. Ein Teil des Isolators 224 kann durch die CMP-Behandlung poliert werden, so dass die Dicke des Isolators 224 reduziert werden kann; die Dicke des Isolators 224 kann jedoch zum Zeitpunkt der Abscheidung des Isolators 224 reguliert werden. Das Planarisieren und Glätten der Oberfläche des Isolators 224 könnten verhindern, dass die Abdeckung des später abgeschiedenen Oxids verschlechtert wird und die Ausbeute der Halbleitervorrichtung verringert wird. Aluminiumoxid wird vorzugsweise durch ein Sputterverfahren über dem Isolator 224 abgeschieden, wobei in diesem Fall dem Isolator 224 Sauerstoff zugeführt werden kann.
  • Als Nächstes werden ein Oxidfilm 230A und ein Oxidfilm 230B in dieser Reihenfolge über dem Isolator 224 ausgebildet (siehe 10A bis 10D). Es sei angemerkt, dass der Oxidfilm 230A und der Oxidfilm 230B vorzugsweise sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft ausgebildet werden. Wenn die Oxidfilme ohne Aussetzung an der Luft ausgebildet werden, kann verhindert werden, dass sich Verunreinigungen oder Feuchtigkeit in der Luft an den Oxidfilm 230A und den Oxidfilm 230B heften, so dass eine Grenzfläche zwischen dem Oxidfilm 230A und dem Oxidfilm 230B sowie die Umgebung der Grenzfläche sauber gehalten werden können.
  • Der Oxidfilm 230A und der Oxidfilm 230B können durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • In dem Fall, in dem der Oxidfilm 230A und der Oxidfilm 230B beispielsweise durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden, wird Sauerstoff oder ein Gasgemisch aus Sauerstoff und einem Edelgas als Sputtergas verwendet. Durch Erhöhung des Anteils an Sauerstoff im Sputtergas kann die Menge an überschüssigem Sauerstoff in den auszubildenden Oxidfilmen erhöht werden. In dem Fall, in dem die Oxidfilme durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden, kann das vorstehende Target aus einem In-M-Zn-Oxid oder dergleichen verwendet werden.
  • Insbesondere wird beim Ausbilden des Oxidfilms 230A ein Teil von Sauerstoff, der im Sputtergas enthalten ist, in einigen Fällen dem Isolator 224 zugeführt. Daher kann der Anteil an Sauerstoff, der im Sputtergas enthalten ist, höher als oder gleich 70 %, bevorzugt höher als oder gleich 80 %, bevorzugter 100 % sein.
  • In dem Fall, in dem der Oxidfilm 230B durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, wird ein sauerstoffüberschüssiger Oxidhalbleiter ausgebildet, wenn dabei der Anteil an Sauerstoff, der im Sputtergas enthalten ist, höher als 30 % und niedriger als oder gleich 100 %, bevorzugt höher als oder gleich 70 % und niedriger als oder gleich 100 % ist. Ein Transistor, bei dem ein sauerstoffüberschüssiger Oxidhalbleiter für seinen Kanalbildungsbereich verwendet wird, kann eine relativ hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. In dem Fall, in dem der Oxidfilm 230B durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird und der Anteil an Sauerstoff, der im Sputtergas enthalten ist, während der Ausbildung höher als oder gleich 1 % und niedriger als oder gleich 30 %, bevorzugt höher als oder gleich 5 % und niedriger als oder gleich 20 % ist, wird ein sauerstoffarmer Oxidhalbleiter ausgebildet. Ein Transistor, bei dem ein sauerstoffarmer Oxidhalbleiter für seinen Kanalbildungsbereich verwendet wird, kann eine relativ hohe Feldeffektbeweglichkeit aufweisen. Wenn der Oxidfilm ausgebildet wird, während das Substrat erwärmt wird, kann die Kristallinität des Oxidfilms erhöht werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Oxidfilm 230A durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Oxidtargets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:4 ausgebildet. Der Oxidfilm 230B wird durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Oxidtargets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 4:2:4,1 ausgebildet. Es sei angemerkt, dass jeder der Oxidfilme vorzugsweise durch geeignete Auswahl der Filmausbildungsbedingungen und eines Atomverhältnisses ausgebildet wird, um die für das Oxid 230a und das Oxid 230b erforderlichen Eigenschaften aufzuweisen.
  • Als Nächstes wird ein Oxidfilm 243A über dem Oxidfilm 230B ausgebildet (siehe 10A bis 10D). Der Oxidfilm 243A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Das Atomverhältnis von Ga zu In in dem Oxidfilm 243A ist vorzugsweise größer als das Atomverhältnis von Ga zu In in dem Oxidfilm 230B. Bei dieser Ausführungsform wird der Oxidfilm 243A durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines Oxidtargets mit einem Atomverhältnis von In:Ga:Zn = 1:3:4 ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass der Isolator 222, der Isolator 224, der Oxidfilm 230A, der Oxidfilm 230B und der Oxidfilm 243A vorzugsweise durch ein Sputterverfahren ohne Aussetzung an der Luft abgeschieden werden. Beispielsweise kann eine Multikammer-Abscheidungseinrichtung verwendet werden. Folglich können die Mengen an Wasserstoff in dem abgeschiedenen Isolator 222, Isolator 224, Oxidfilm 230A, Oxidfilm 230B und Oxidfilm 243A verringert werden, und ferner kann verhindert werden, dass Wasserstoff zwischen den einzelnen Abscheidungsschritten in die Filme eindringt.
  • Als Nächstes wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann in einem Temperaturbereich, in dem der Oxidfilm 230A, der Oxidfilm 230B und der Oxidfilm 243A nicht zu Polykristallen werden, d. h. bei einer Temperatur von höher als oder gleich 250 °C und niedriger als oder gleich 650 °C, bevorzugt höher als oder gleich 400 °C und niedriger als oder gleich 600 °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. In dem Fall, in dem beispielsweise die Wärmebehandlung in einer Mischatmosphäre aus einem Stickstoffgas und einem Sauerstoffgas durchgeführt wird, kann der Anteil an Sauerstoffgas ungefähr 20 % sein. 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.
  • Das Gas, das bei der vorstehenden Wärmebehandlung verwendet wird, wird vorzugsweise hoch gereinigt. Beispielsweise ist die Menge an Feuchtigkeit, die in dem Gas enthalten ist, das bei der vorstehenden Wärmebehandlung verwendet wird, 1 ppb oder weniger, bevorzugt 0,1 ppb oder weniger, bevorzugter 0,05 ppb oder weniger. Wenn die Wärmebehandlung unter Verwendung eines hochgereinigten Gases durchgeführt wird, kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder dergleichen in den Oxidfilm 230A, den Oxidfilm 230B, den Oxidfilm 243A oder dergleichen minimiert werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird als Wärmebehandlung eine Behandlung eine Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 550 °C durchgeführt, und sukzessiv wird eine weitere Behandlung eine Stunde lang in einer Sauerstoffatmosphäre bei 550 °C durchgeführt. Durch die Wärmebehandlung können Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, die in dem Oxidfilm 230A, dem Oxidfilm 230B und dem Oxidfilm 243A enthalten sind, entfernt werden. Durch die Wärmebehandlung kann ferner die Kristallinität des Oxidfilms 230B verbessert werden, wodurch eine dichte Struktur mit höherer Dichte erhalten werden kann. Daher kann die Diffusion von Sauerstoff oder Verunreinigungen in dem Oxidfilm 230B verhindert werden.
  • Als Nächstes wird ein leitender Film 242A über dem Oxidfilm 243A ausgebildet (siehe 10A bis 10D). Der leitende Film 242A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Beispielsweise wird für den leitenden Film 242A Tantalnitrid durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Es sei angemerkt, dass eine Wärmebehandlung durchgeführt werden kann, bevor der leitende Film 242A ausgebildet wird. Die Wärmebehandlung kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden, und der leitende Film 242A kann sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft ausgebildet werden.
  • Durch eine derartige Behandlung können Feuchtigkeit und Wasserstoff, die an der Oberfläche des Oxidfilms 243A und dergleichen adsorbiert sind, entfernt werden, und die Feuchtigkeitsfkonzentration und die Wasserstoffkonzentration in dem Oxidfilm 230A, dem Oxidfilm 230B und dem Oxidfilm 243A können verringert werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist vorzugsweise höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 400 °C. Bei dieser Ausführungsform ist die Temperatur der Wärmebehandlung 200 °C.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm 271A über dem leitenden Film 242A ausgebildet (siehe 10A bis 10D). Der Isolierfilm 271A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Der Isolierfilm 271A wird vorzugsweise unter Verwendung eines Isolierfilms ausgebildet, der eine Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff aufweist. Für den Isolierfilm 271A kann beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid durch ein Sputterverfahren abgeschieden werden.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm 273A über dem Isolierfilm 271A ausgebildet (siehe 10A bis 10D). Der Isolierfilm 273A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Für den Isolierfilm 273A kann beispielsweise Siliziumnitrid oder Siliziumoxid durch ein Sputterverfahren abgeschieden werden.
  • Es sei angemerkt, dass der leitende Film 242A, der Isolierfilm 271A und der Isolierfilm 273A vorzugsweise ohne Aussetzung an der Luft durch ein Sputterverfahren ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine Multikammer-Abscheidungseinrichtung verwendet werden. Folglich können die Mengen an Wasserstoff in dem ausgebildeten leitenden Film 242A, Isolierfilm 271A und Isolierfilm 273A verringert werden, und ferner kann verhindert werden, dass Wasserstoff zwischen den einzelnen Abscheidungsschritten in die Filme eindringt. In dem Fall, in dem eine Hartmaske über dem Isolierfilm 273A bereitgestellt wird, wird ein Film, der zu der Hartmaske wird, vorzugsweise sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft ausgebildet.
  • Als Nächstes werden der Oxidfilm 230A, der Oxidfilm 230B, der Oxidfilm 243A, der leitende Film 242A, der Isolierfilm 271A und der Isolierfilm 273A durch ein Lithographieverfahren zu Inselformen verarbeitet, so dass das Oxid 230a, das Oxid 230b, eine Oxidschicht 243B, eine leitende Schicht 242B, eine Isolierschicht 271B und eine Isolierschicht 273B ausgebildet werden (siehe 11A bis 11 D). Die Verarbeitung kann durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren durchgeführt werden. Ein Trockenätzverfahren eignet sich für die Mikrofabrikation. Der Oxidfilm 230A, der Oxidfilm 230B, der Oxidfilm 243A, der leitende Film 242A, der Isolierfilm 271A und die Isolierschicht 271B können unter unterschiedlichen Bedingungen verarbeitet werden. In diesem Schritt ist die Dicke des Isolators 224 in einem Bereich, der sich nicht mit dem Oxid 230a überlappt, in einigen Fällen klein. In diesem Schritt kann der Isolator 224 zur Inselform verarbeitet werden, wobei er sich mit dem Oxid 230a überlappt.
  • Bei dem Lithographieverfahren wird zuerst ein Fotolack durch eine Maske belichtet. Als Nächstes wird ein belichteter Bereich unter Verwendung einer Entwicklerlösung entfernt oder er bleibt übrig, so dass eine Fotolackmaske ausgebildet wird. Dann wird eine Ätzbehandlung durch die Fotolackmaske durchgeführt, wodurch ein Leiter, ein Halbleiter, ein Isolator oder dergleichen zu einer gewünschten Form verarbeitet werden kann. Die Fotolackmaske kann ausgebildet werden, indem beispielsweise der Fotolack unter Verwendung von KrF-Excimerlaserlicht, ArF-Excimerlaserlicht, extrem ultraviolettem (EUV-) Licht oder dergleichen belichtet wird. Alternativ kann eine Flüssigkeitsimmersionstechnik zum Einsatz kommen, bei der ein Abschnitt zwischen einem Substrat und einer Projektionslinse mit einer Flüssigkeit (z. B. Wasser) gefüllt wird, um eine Belichtung durchzuführen. Anstelle des vorstehend beschriebenen Lichts kann ein Elektronenstrahl oder ein Ionenstrahl verwendet werden. Es sei angemerkt, dass im Falle der Verwendung eines Elektronenstrahls oder eines lonenstrahls keine Maske notwendig ist. Es sei angemerkt, dass die Fotolackmaske entfernt werden kann, indem beispielsweise eine Trockenätzbehandlung, wie z. B. Veraschung, durchgeführt wird, eine Nassätzbehandlung durchgeführt wird, eine Nassätzbehandlung nach einer Trockenätzbehandlung durchgeführt wird oder eine Trockenätzbehandlung nach einer Nassätzbehandlung durchgeführt wird.
  • Eine Hartmaske, die aus einem Isolator oder einem Leiter ausgebildet wird, kann unter der Fotolackmaske verwendet werden. In dem Fall, in dem eine Hartmaske verwendet wird, kann eine Hartmaske mit einer gewünschten Form ausgebildet werden, indem ein Isolierfilm oder ein leitender Film, der als Material der Hartmaske dient, über dem leitenden Film 242A ausgebildet wird, eine Fotolackmaske darüber ausgebildet wird und dann das Material der Hartmaske geätzt wird. Das Ätzen des leitenden Films 242A und dergleichen kann nach dem Entfernen der Fotolackmaske oder ohne Entfernung dieser durchgeführt werden. Im letzteren Fall könnte sich die Fotolackmaske während des Ätzens verlieren. Die Hartmaske kann durch Ätzen entfernt werden, nachdem der leitende Film 242A und dergleichen geätzt worden sind. Im Gegensatz dazu wird die Hartmaske in dem Fall, in dem das Material der Hartmaske den folgenden Prozess nicht beeinflusst oder in dem folgenden Prozess genutzt werden kann, nicht notwendigerweise entfernt. Bei dieser Ausführungsform werden die Isolierschicht 271B und die Isolierschicht 273B als Hartmasken verwendet. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem die Isolierschicht 271B als Hartmaske ausreichend dient, die Isolierschicht 273B nicht notwendigerweise bereitgestellt. In diesem Fall ist die Ausbildung des Isolierfilms 273A nicht erforderlich. In dem Fall, in dem die Isolierschicht 273B nicht bereitgestellt wird und die Isolierschicht 271B als Hartmaske verwendet wird, wird es bevorzugt, dass die Dicke der Isolierschicht 271B angemessen reguliert wird, um zu verhindern, dass die Isolierschicht 271B während des Ätzens des leitenden Films 242A oder dergleichen verschwindet.
  • Hier dienen die Isolierschicht 271B und die Isolierschicht 273B als Maske für die leitende Schicht 242B; daher weist die leitende Schicht 242B, wie in 11B bis 11D dargestellt, keine gekrümmte Oberfläche zwischen der Seitenfläche und der Oberseite auf. Daher sind Endabschnitte an den Kreuzungen der Seitenflächen und der Oberseiten des Leiters 242a und des Leiters 242b, die in 3B gezeigt werden, eckig. Die Querschnittsfläche des Leiters 242 ist in dem Fall, in dem der Endabschnitt an der Kreuzung der Seitenfläche und der Oberseite des Leiters 242 eckig ist, größer als in dem Fall, in dem der Endabschnitt gerundet ist. Demzufolge wird der Widerstand des Leiters 242 verringert, so dass der Durchlassstrom des Transistors 200 erhöht werden kann.
  • Hier werden das Oxid 230a, das Oxid 230b, die Oxidschicht 243B, die leitende Schicht 242B, die Isolierschicht 271B und die Isolierschicht 273B derart ausgebildet, dass sie sich mindestens teilweise mit dem Leiter 205 überlappen. Die Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, der Oxidschicht 243B, der leitenden Schicht 242B, der Isolierschicht 271B und der Isolierschicht 273B sind vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Oberseite des Isolators 222. Wenn die Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, der Oxidschicht 243B, der leitenden Schicht 242B, der Isolierschicht 271B und der Isolierschicht 273B im Wesentlichen senkrecht zu der Oberseite des Isolators 222 sind, kann eine Vielzahl von Transistoren 200 in einem kleineren Bereich und mit einer höheren Dichte bereitgestellt werden. Der Winkel, der zwischen den Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, der Oxidschicht 243B, der leitenden Schicht 242B, der Isolierschicht 271B und der Isolierschicht 273B und der Oberseite des Isolators 222 gebildet wird, kann ein spitzer Winkel sein. In diesem Fall ist der Winkel, der zwischen den Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, der Oxidschicht 243B, der leitenden Schicht 242B, der Isolierschicht 271B und der Isolierschicht 273B und der Oberseite des Isolators 222 gebildet wird, vorzugsweise größer als oder gleich 60° und kleiner als 70°. Mit einer derartigen Form kann in einem späteren Schritt die Abdeckung mit dem Isolator 272, dem Isolator 275 und dergleichen verbessert werden, so dass Defekte, wie z. B. Hohlräume, reduziert werden können.
  • Ein Nebenprodukt, das in dem Ätzschritt erzeugt wird, wird in einigen Fällen schichtweise an den Seitenflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b, der Oxidschicht 243B, der leitenden Schicht 242B, der Isolierschicht 271B und der Isolierschicht 273B ausgebildet. In diesem Fall wird das geschichtete Nebenprodukt zwischen dem Isolator 272 und dem Oxid 230a, dem Oxid 230b, dem Oxid 243, dem Leiter 242, dem Isolator 271 und dem Isolator 273 ausgebildet. Ein geschichtetes Nebenprodukt wird in einigen Fällen auch über dem Isolator 224 ausgebildet. Wenn der Isolator 272 in dem Zustand, in dem das geschichtete Nebenprodukt über dem Isolator 224 ausgebildet ist, abgeschieden wird, verhindert das geschichtete Nebenprodukt den Zusatz von Sauerstoff zu dem Isolator 224. Daher wird das geschichtete Nebenprodukt, das in Kontakt mit der Oberseite des Isolators 224 ausgebildet ist, vorzugsweise entfernt.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm 272A über dem Isolator 224, dem Oxid 230a, dem Oxid 230b, der Oxidschicht 243B, der leitenden Schicht 242B, der Isolierschicht 271 B und der Isolierschicht 273B ausgebildet (siehe 12A bis 12D). Der Isolierfilm 272A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolierfilm 272AAluminiumoxid durch ein Sputterverfahren abgeschieden.
  • Der Isolierfilm 272A wird vorzugsweise durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Wenn der Isolierfilm 272A durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, kann Sauerstoff dem Isolator 224 und der Isolierschicht 273B zugesetzt werden. Zu diesem Zeitpunkt ist die Isolierschicht 271B in Kontakt mit der Oberseite der leitenden Schicht 242B bereitgestellt, wodurch die Oxidation der leitenden Schicht 242B verringert werden kann.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm 275A über dem Isolierfilm 272A ausgebildet (siehe 12A bis 12D). Der Isolierfilm 275A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolierfilm 275A Siliziumnitrid durch ein Sputterverfahren abgeschieden.
  • Dann wird ein Isolierfilm, der zu dem Isolator 280 wird, über dem Isolierfilm 275A ausgebildet. Der Isolierfilm kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Als Isolierfilm wird beispielsweise ein Siliziumoxidfilm durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Wenn der Isolierfilm, der zu dem Isolator 280 wird, in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durch ein Sputterverfahren ausgebildet wird, kann der Isolator 280, der überschüssigen Sauerstoff enthält, ausgebildet werden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 280 verringert werden. Eine Wärmebehandlung kann durchgeführt werden, bevor der Isolierfilm ausgebildet wird. Die Wärmebehandlung kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden, und der Isolierfilm kann sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft ausgebildet werden. Durch eine derartige Behandlung können Feuchtigkeit und Wasserstoff, die an der Oberfläche des Isolierfilms 275A und dergleichen adsorbiert werden, entfernt werden, und die Feuchtigkeitsfkonzentration und die Wasserstoffkonzentration in dem Oxid 230a, dem Oxid 230b, der Oxidschicht 243B und dem Isolator 224 können verringert werden. Für die Wärmebehandlung können die Bedingungen für die vorstehende Wärmebehandlung verwendet werden.
  • Als Nächstes wird der Isolierfilm, der zu dem Isolator 280 wird, einer CMP-Behandlung unterzogen, so dass der Isolator 280 mit einer flachen Oberseite ausgebildet wird (siehe 12A bis 12D). Es sei angemerkt, dass beispielsweise Siliziumnitrid durch ein Sputterverfahren über dem Isolator 280 abgeschieden werden kann und eine CMP-Behandlung an dem Siliziumnitrid durchgeführt werden kann, bis der Isolator 280 freigelegt wird.
  • Als Nächstes werden ein Teil des Isolators 280, ein Teil des Isolierfilms 275A, ein Teil des Isolierfilms 272A, ein Teil der Isolierschicht 273B, ein Teil der Isolierschicht 271B, ein Teil der leitenden Schicht 242B, ein Teil der Oxidschicht 243B und ein Teil des Oxids 230b verarbeitet, um eine Öffnung auszubilden, die das Oxid 230b erreicht. Die Öffnung wird vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie sich mit dem Leiter 205 überlappt. Der Isolator 275a, der Isolator 275b, der Isolator 272a, der Isolator 272b, der Isolator 273a, der Isolator 273b, der Isolator 271a, der Isolator 271b, der Leiter 242a, der Leiter 242b, das Oxid 243a und das Oxid 243b werden durch Ausbildung der Öffnung ausgebildet (siehe 13A bis 13D).
  • Bei der Ausbildung der Öffnung wird ein oberer Teil des Oxids 230b entfernt. Wenn ein Teil des Oxids 230b entfernt wird, wird ein Nutabschnitt in dem Oxid 230b ausgebildet. Der Nutabschnitt kann abhängig von der Tiefe des Nutabschnitts in dem Ausbildungsschritt der Öffnung oder in einem Schritt, der sich von dem Ausbildungsschritt der Öffnung unterscheidet, ausgebildet werden.
  • Der Teil des Isolators 280, der Teil des Isolierfilms 275A, der Teil des Isolierfilms 272A, der Teil der Isolierschicht 273B, der Teil der Isolierschicht 271B, der Teil der leitenden Schicht 242B, der Teil der Oxidschicht 243B und der Teil des Oxids 230b können durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren verarbeitet werden. Ein Trockenätzverfahren eignet sich für die Mikrofabrikation. Die Verarbeitung kann unter den jeweiligen Bedingungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Teil des Isolators 280 durch ein Trockenätzverfahren verarbeitet werden, der Teil des Isolierfilms 275A, der Teil des Isolierfilms 272A, der Teil der Isolierschicht 273B und der Teil der Isolierschicht 271B können durch ein Nassätzverfahren verarbeitet werden, und der Teil der Oxidschicht 243B, der Teil der leitenden Schicht 242B und der Teil des Oxids 230b können durch ein Trockenätzverfahren verarbeitet werden. Die Verarbeitung des Teils der Oxidschicht 243B und des Teils der leitenden Schicht 242B und die Verarbeitung des Teils des Oxids 230b können unter unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt werden.
  • Hier werden Verunreinigungen, die an den Oberflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b und dergleichen haften oder darin diffundieren, vorzugsweise entfernt. Es wird auch bevorzugt, dass ein beschädigter Bereich, der an der Oberfläche des Oxids 230b ausgebildet wird, durch das Trockenätzverfahren entfernt wird. Beispielsweise stammen die Verunreinigungen von Komponenten, die in dem Isolator 280, dem Teil des Isolierfilms 275A, dem Teil des Isolierfilms 272A, dem Teil der Isolierschicht 273B, dem Teil der Isolierschicht 271B sowie der leitenden Schicht 242B enthalten sind, Komponenten, die in einem Bestandteil einer Einrichtung, die bei der Ausbildung der Öffnung verwendet wird, enthalten sind, und Komponenten, die in einem Gas oder einer Flüssigkeit, das/die beim Ätzen verwendet wird, enthalten sind. Beispiele für die Verunreinigungen umfassen Aluminium, Silizium, Tantal, Fluor und Chlor.
  • Insbesondere hemmen Verunreinigungen, wie z. B. Aluminium und Silizium, dass das Oxid 230b zu einem CAAC-OS wird. Es wird daher bevorzugt, dass Verunreinigungselemente, wie z. B. Aluminium und Silizium, welche hemmen, dass das Oxid zu einem CAAC-OS wird, verringert oder entfernt werden. Beispielsweise ist die Konzentration von Aluminiumatomen in dem Oxid 230b und in der Umgebung davon niedriger als oder gleich 5,0 Atom-%, bevorzugt niedriger als oder gleich 2,0 Atom-%, bevorzugter niedriger als oder gleich 1,5 Atom-%, noch bevorzugter niedriger als oder gleich 1,0 Atom-% , sogar noch bevorzugter niedriger als 0,3 Atom-%.
  • Es sei angemerkt, dass in einem Metalloxid ein Bereich, der durch Verunreinigungen, wie z. B. Aluminium und Silizium, daran gehindert wird, zu einem CAAC-OS zu werden, und der zu einem amorphähnlichen Oxidhalbleiter (a-ähnlichen OS) wird, in einigen Fällen als Nicht-CAAC-Bereich bezeichnet wird. In dem Nicht-CAAC-Bereich wird die Dichte der Kristallstruktur verringert, um eine große Menge an VoH zu bilden; daher weist der Transistor mit höherer Wahrscheinlichkeit selbstleitende Eigenschaften auf. Daher wird der Nicht-CAAC-Bereich des Oxids 230b vorzugsweise verringert oder entfernt.
  • Im Gegensatz dazu weist das Oxid 230b vorzugsweise eine geschichtete CAAC-Struktur auf. Insbesondere erreicht die CAAC-Struktur vorzugsweise einen unteren Endabschnitt eines Drains in dem Oxid 230b. In dem Transistor 200 dienen der Leiter 242a oder der Leiter 242b und seine Umgebung als Drain. Mit anderen Worten: Das Oxid 230b in der Umgebung des unteren Endabschnitts des Leiters 242a (des Leiters 242b) weist vorzugsweise eine CAAC-Struktur auf. Auf diese Weise wird der beschädigte Bereich des Oxids 230b entfernt und die CAAC-Struktur wird in dem Endabschnitt des Drains, der die Drain-Widerstandsspannung deutlich beeinflusst, ausgebildet, so dass Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors 200 weiter verhindert werden können. Die Zuverlässigkeit des Transistors 200 kann verbessert werden.
  • Um die Verunreinigungen zu entfernen, wird eine Reinigungsbehandlung durchgeführt. Beispiele für das Reinigungsverfahren umfassen eine Nassreinigung mit einer Reinigungslösung oder dergleichen, eine Plasmabehandlung mit Plasma, eine Reinigung durch Wärmebehandlung, und eine geeignete Kombination dieser Reinigungsverfahren. Durch die Reinigungsbehandlung könnte der Nutabschnitt vertieft werden.
  • Die Nassreinigung kann unter Verwendung von einer wässrigen Lösung, in der Ammoniakwasser, Oxalsäure, Phosphorsäure, Flusssäure oder dergleichen mit kohlensäurehaltigem Wasser oder reinem Wasser verdünnt ist, reinem Wasser, kohlensäurehaltigem Wasser oder dergleichen durchgeführt werden. Alternativ kann eine Ultraschallreinigung unter Verwendung von einer derartigen wässrigen Lösung, reinem Wasser oder kohlensäurehaltigem Wasser durchgeführt werden. Alternativ können diese Reinigungen angemessen kombiniert werden.
  • Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung und dergleichen in einigen Fällen eine wässrige Lösung, in der eine kommerziell verfügbare Flusssäure mit reinem Wasser verdünnt wird, als verdünnte Flusssäure bezeichnet wird und eine wässrige Lösung, in der ein kommerziell verfügbares Ammoniakwasser mit reinem Wasser verdünnt wird, als verdünntes Ammoniakwasser bezeichnet wird. Die Konzentration, die Temperatur und dergleichen der wässrigen Lösung können abhängig von einer zu entfernenden Verunreinigung, der Struktur einer zu reinigenden Halbleitervorrichtung oder dergleichen angemessen reguliert werden. Die Konzentration von Ammoniak in dem verdünnten Ammoniakwasser ist höher als oder gleich 0,01 % und niedriger als oder gleich 5 %, bevorzugt höher als oder gleich 0,1 % und niedriger als oder gleich 0,5 %. Die Konzentration von Fluorwasserstoff in der verdünnten Flusssäure ist höher als oder gleich 0,01 ppm und niedriger als oder gleich 100 ppm, bevorzugt höher als oder gleich 0,1 ppm und niedriger als oder gleich 10 ppm.
  • Für die Ultraschallreinigung kann eine Frequenz von höher als oder gleich 200 kHz, bevorzugt höher als oder gleich 900 kHz angewendet werden. Mit dieser Frequenz kann die Beschädigung an dem Oxid 230b und dergleichen verringert werden.
  • Die Reinigungsbehandlung kann mehrmals durchgeführt werden, und die Reinigungslösung kann bei jeder Reinigungsbehandlung geändert werden. Beispielsweise kann die erste Reinigungsbehandlung unter Verwendung einer verdünnten Flusssäure oder eines verdünnten Ammoniakwassers durchgeführt werden, und die zweite Reinigungsbehandlung kann unter Verwendung von reinem Wasser oder kohlensäurehaltigem Wasser durchgeführt werden.
  • Als Reinigungsbehandlung werden bei dieser Ausführungsform eine Nassreinigung unter Verwendung von einer verdünnten Flusssäure und dann eine Nassreinigung unter Verwendung von reinem Wasser oder kohlensäurehaltigem Wasser durchgeführt. Durch diese Reinigungsbehandlung können Verunreinigungen, die an den Oberflächen des Oxids 230a, des Oxids 230b und dergleichen haften oder darin diffundieren, entfernt werden. Ferner kann die Kristallinität des Oxids 230b erhöht werden.
  • Durch die vorstehende Verarbeitung, wie z. B. das Trockenätzen, oder die vorstehende Reinigungsbehandlung könnte die Dicke des Isolators 224 in einem Bereich, der sich mit der Öffnung überlappt und sich nicht mit dem Oxid 230b überlappt, kleiner sein als die Dicke des Isolators 224 in einem Bereich, der sich mit dem Oxid 230b überlappt.
  • Nach dem Ätzen oder der Reinigung kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Die Wärmebehandlung kann bei 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. Beispielsweise wird die Wärmebehandlung vorzugsweise in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt. Daher kann dem Oxid 230a und dem Oxid 230b Sauerstoff zugeführt werden, und Sauerstofffehlstellen Vo können somit verringert werden. Außerdem kann die Kristallinität des Oxids 230b durch die Wärmebehandlung verbessert werden. Die Wärmebehandlung kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden. Alternativ kann eine Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre durchgeführt werden, und eine weitere Wärmebehandlung kann sukzessiv in einer Stickstoffgasatmosphäre ohne Aussetzung an der Luft durchgeführt werden.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm 250A (ein Isolierfilm 250Aa und ein Isolierfilm 250Ab) ausgebildet (siehe 14A bis 14D). Eine Wärmebehandlung kann durchgeführt werden, bevor der Isolierfilm 250Aa ausgebildet wird. Die Wärmebehandlung kann unter reduziertem Druck durchgeführt werden, und der Isolierfilm 250Aa kann sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft ausgebildet werden. Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt. Durch eine derartige Behandlung können Feuchtigkeit und Wasserstoff, die an der Oberfläche des Oxids 230b und dergleichen adsorbiert werden, entfernt werden, und die Feuchtigkeitsfkonzentration und die Wasserstoffkonzentration in dem Oxid 230a und dem Oxid 230b können verringert werden. Die Temperatur der Wärmebehandlung ist vorzugsweise höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 400 °C.
  • Der Isolierfilm 250Aa kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Der Isolierfilm 250A wird vorzugsweise durch ein Ausbildungsverfahren mit einem Gas ausgebildet, in dem Wasserstoffatome reduziert oder entfernt werden. Dadurch kann die Wasserstoffkonzentration des Isolierfilms 250Aa verringert werden. Die Wasserstoffkonzentration des Isolierfilms 250Aa wird vorzugsweise verringert, da der Isolierfilm 250Aa in einem späteren Schritt zu dem Isolator 250a wird, der in Kontakt mit dem Oxid 230b ist.
  • Der Isolierfilm 250Aa wird vorzugsweise durch ein ALD-Verfahren ausgebildet. Es ist erforderlich, dass die Dicke des Isolators 250, der als Gate-Isolierfilm des miniaturisierten Transistors 200 dient, sehr klein (z. B. ungefähr 5 nm bis 30 nm) ist und eine kleine Abweichung aufweist. Demgegenüber handelt es sich bei einem ALD-Verfahren um ein Abscheidungsverfahren, in dem ein Vorläufer und ein Reaktant (Oxidationsmittel) abwechselnd eingeleitet werden, und die Filmdicke kann durch die Anzahl der Wiederholungen des Zyklus gesteuert werden; daher ist die genaue Steuerung der Filmdicke möglich. Daher kann die Genauigkeit des Gate-Isolierfilms, die von dem miniaturisierten Transistor 200 erforderlich ist, erzielt werden. Wie in 14B und 14C dargestellt, ist es ferner erforderlich, dass der Isolierfilm 250Aa an der Unterseite und der Seitenfläche der Öffnung, die in dem Isolator 280 und dergleichen ausgebildet wird, mit guter Abdeckung ausgebildet wird. An der Unterseite und der Seitenfläche der Öffnung können Atomlagen nacheinander (eine nach der anderen) abgeschieden werden, wodurch der Isolierfilm 250Aa in der Öffnung mit guter Abdeckung ausgebildet werden kann.
  • In dem Fall, in dem beispielsweise der Isolierfilm 250Aa durch ein PECVD-Verfahren ausgebildet wird, wird das wasserstoffhaltige Abscheidungsgas in Plasma zersetzt, um eine große Menge an Wasserstoffradikalen zu erzeugen. Sauerstoff in dem Oxid 230b wird durch die Reduktionsreaktion von Wasserstoffradikalen extrahiert, um VOH zu bilden, so dass die Wasserstoffkonzentration in dem Oxid 230b erhöht wird. Jedoch kann dann, wenn der Isolierfilm 250Aa durch ein ALD-Verfahren ausgebildet wird, die Erzeugung von Wasserstoffradikalen sowohl bei der Einleitung eines Vorläufers als auch bei der Einleitung eines Reaktanten verhindert werden. Daher kann dann, wenn der Isolierfilm 250Aa durch ein ALD-Verfahren ausgebildet wird, eine Erhöhung der Wasserstoffkonzentration in dem Oxid 230b verhindert werden.
  • Es sei angemerkt, dass es bevorzugt wird, dass der Isolierfilm 250Aa unter Verwendung eines Isolators ausgebildet wird, der Sauerstoff durch Erwärmung abgibt, und dass der Isolierfilm 250Ab unter Verwendung eines Isolators ausgebildet wird, der eine Funktion zum Verhindern einer Diffusion von Sauerstoff aufweist. Mit einer derartigen Struktur kann verhindert werden, dass Sauerstoff, der in dem Isolator 250a enthalten ist, in den Leiter 260 diffundiert. Das heißt, dass eine Verringerung der Menge an Sauerstoff, der dem Oxid 230 zugeführt wird, verhindert werden kann. Außerdem kann eine Oxidation des Leiters 260 aufgrund von Sauerstoff in dem Isolator 250a verhindert werden.
  • Insbesondere kann für den Isolierfilm 250Ab 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, oder ein Metalloxid, das für das Oxid 230 verwendet werden kann, verwendet werden. Insbesondere wird vorzugsweise ein Isolator, der ein Oxid von Aluminium und/oder ein Oxid von Hafnium enthält, verwendet.
  • Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolierfilm 250Aa Siliziumoxid durch ein PEALD-Verfahren abgeschieden, und für den Isolierfilm 250Ab wird Hafniumoxid durch ein thermisches ALD-Verfahren abgeschieden.
  • Als Nächstes wird eine Mikrowellenbehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt (siehe 14A bis 14D). Gestrichelte Linien in 14B bis 14D stellen Mikrowellen, Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, Sauerstoffplasma, Sauerstoffradikale oder dergleichen dar. Die Mikrowellenbehandlung wird vorzugsweise zum Beispiel mit einer Mikrowellenbehandlungseinrichtung durchgeführt, die eine Stromquelle zum Erzeugen von hochdichtem Plasma unter Verwendung von Mikrowellen beinhaltet. Die Mikrowellenbehandlungseinrichtung kann eine Stromquelle zum Anlegen von HF an eine Seite des Substrats beinhalten. Die Verwendung von hochdichtem Plasma ermöglicht die Erzeugung von hochdichten Sauerstoffradikalen. Ferner ermöglicht das Anlegen von HF an die Seite des Substrats, dass Sauerstoffionen, die durch das hochdichte Plasma erzeugt werden, in effizienter Weise in das Oxid 230b eingeleitet werden. Die Mikrowellenbehandlung wird vorzugsweise unter reduziertem Druck durchgeführt, und der Druck kann auf höher als oder gleich 60 Pa, bevorzugt höher als oder gleich 133 Pa, bevorzugter höher als oder gleich 200 Pa, noch bevorzugter höher als oder gleich 400 Pa eingestellt werden. Ferner ist die Sauerstoffdurchflussrate (O2/O2+Ar) niedriger als oder gleich 50 %, bevorzugt höher als oder gleich 10 % und niedriger als oder gleich 30 %. Die Behandlungstemperatur ist niedriger als oder gleich 750 °C, bevorzugt niedriger als oder gleich 500 °C, beispielsweise ungefähr 400 °C. Nach der Sauerstoffplasmabehandlung kann eine Wärmebehandlung sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft durchgeführt werden.
  • Wie in 14B bis 14D dargestellt, kann dann, wenn die Mikrowellenbehandlung in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, ein Sauerstoffgas unter Verwendung von Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, in Plasma umgewandelt werden und kann das Sauerstoffplasma auf einen Bereich des Oxids 230b, der zwischen dem Leiter 242a und dem Leiter 242b liegt, einwirken. Zu diesem Zeitpunkt kann der in 2 dargestellte Bereich 230bc mit Mikrowellen oder Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, bestrahlt werden. Das heißt, dass die Mikrowellen, die Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, das Sauerstoffplasma oder dergleichen auf den Bereich 230bc einwirken können. Durch die Wirkung des Plasmas, der Mikrowellen oder dergleichen wird VoH in dem Bereich 230bc geschnitten; daher kann Wasserstoff H von dem Bereich 230bc entfernt werden. Das heißt, dass die Reaktion „VOH → H + Vo“ in dem Bereich 230bc auftritt, so dass die Wasserstoffkonzentration in dem Bereich 230bc verringert werden kann. Als Ergebnis werden Sauerstofffehlstellen und VoH in dem Bereich 230bc verringert, so dass die Ladungsträgerkonzentration verringert werden kann. Außerdem können dann, wenn den Sauerstofffehlstellen, die in dem Bereich 230bc ausgebildet sind, Sauerstoffradikale, die durch das Sauerstoffplasma erzeugt werden, oder Sauerstoff, der in dem Isolator 250 enthalten ist, zugeführt werden, Sauerstofffehlstellen in dem Bereich 230bc weiter verringert werden, so dass die Ladungsträgerkonzentration verringert werden kann.
  • Im Gegensatz dazu werden der Leiter 242a und der Leiter 242b über dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb, die in 2 dargestellt werden, bereitgestellt. Wie in 14B, 14C und 14D dargestellt, wird die Wirkung der Mikrowellen, der Hochfrequenzwellen, wie z. B. HF, des Sauerstoffplasmas oder dergleichen von dem Leiter 242a und dem Leiter 242b blockiert, und daher erreicht die Wirkung nicht den Bereich 230ba und den Bereich 230bb. Daher treten die Verringerung von VoH und die Zufuhr einer überschüssigen Menge an Sauerstoff wegen der Mikrowellenbehandlung nicht in dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb auf, so dass die Verringerung der Ladungsträgerkonzentration verhindert werden kann.
  • Auf diese Weise können Sauerstofffehlstellen und VoH von dem Bereich 230bc des Oxidhalbleiters selektiv entfernt werden, wodurch der Bereich 230bc ein i-Typ-Bereich oder ein im Wesentlichen i-Typ-Bereich sein kann. Ferner kann verhindert werden, dass eine überschüssige Menge an Sauerstoff dem Bereich 230ba und dem Bereich 230bb, die als Source-Bereich und Drain-Bereich dienen, zugeführt wird, so dass die n-Typ-Bereiche aufrechterhalten werden können. Demzufolge können Schwankungen der elektrischen Eigenschaften des Transistors 200 verhindert werden, und Schwankungen der elektrischen Eigenschaften der Transistoren 200 in der Substratfläche können verhindert werden.
  • Daher kann eine Halbleitervorrichtung mit geringen Schwankungen der Transistoreigenschaften bereitgestellt werden. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • Obwohl in dem in 14A bis 14D dargestellten Schritt die Mikrowellenbehandlung nach der Ausbildung des Isolierfilms 250Ab durchgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Mikrowellenbehandlung nach der Ausbildung des Isolierfilms 250Aa durchgeführt werden, die Mikrowellenbehandlung kann vor der Ausbildung des Isolierfilms 250Aa durchgeführt werden, die Mikrowellenbehandlung kann sowohl vor der Ausbildung des Isolierfilms 250Aa als auch nach der Ausbildung des Isolierfilms 250Ab durchgeführt werden, oder die Mikrowellenbehandlung kann sowohl nach der Ausbildung des Isolierfilms 250Aa als auch nach der Ausbildung des Isolierfilms 250Ab durchgeführt werden.
  • In dem Fall, in dem der Isolierfilm 250A die vorstehend beschriebene zweischichtige Struktur aufweist, kann bei der Mikrowellenbehandlung Siliziumoxid für den Isolierfilm 250Aa durch ein PEALD-Verfahren abgeschieden werden, und für den Isolierfilm 250Ab kann Hafniumoxid durch ein thermisches ALD-Verfahren abgeschieden werden. Hier werden die Mikrowellenbehandlung, die Abscheidung von Siliziumoxid durch PEALD und die Abscheidung von Hafniumoxid durch thermische ALD vorzugsweise sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft durchgeführt. Beispielsweise kann eine Multikammer-Behandlungseinrichtung verwendet werden. Eine Behandlung unter Verwendung eines durch Plasma angeregten Reaktants (eines Oxidationsmittels) in einer PEALD-Einrichtung kann anstelle der Mikrowellenbehandlung durchgeführt werden. Hier wird ein Sauerstoffgas als Reaktant (Oxidationsmittel) verwendet.
  • Nach der Mikrowellenbehandlung kann die Wärmebehandlung durchgeführt werden, wobei der reduzierte Druck aufrechterhalten wird. Durch eine derartige Behandlung kann Wasserstoff in dem Isolierfilm 250A, dem Oxid 230b und dem Oxid 230a effizient entfernt werden. Außerdem wird ein Teil von Wasserstoff in einigen Fällen in den Leiter 242 (den Leiter 242a und den Leiter 242b) eingefangen. Alternativ können ein Schritt zum Durchführen der Mikrowellenbehandlung und ein Schritt zum Durchführen der Wärmebehandlung mehrmals wiederholt werden, wobei der reduzierte Druck nach der Mikrowellenbehandlung aufrechterhalten wird. Durch Wiederholung der Wärmebehandlung kann Wasserstoff in dem Isolierfilm 250A, dem Oxid 230b und dem Oxid 230a effizienter entfernt werden. Es sei angemerkt, dass die Temperatur der Wärmebehandlung vorzugsweise höher als oder gleich 300 °C und niedriger als oder gleich 500 °C ist.
  • Ferner verbessert die Mikrowellenbehandlung die Filmqualität des Isolierfilms 250A, wodurch verhindert werden kann, dass Wasserstoff, Wasser, Verunreinigungen und dergleichen diffundieren. Demzufolge kann verhindert werden, dass in einem späteren Schritt, wie z. B. bei der Ausbildung eines leitenden Films, der zu dem Leiter 260 wird, oder bei einer späteren Behandlung, wie z. B. Wärmebehandlung, Wasserstoff, Wasser, Verunreinigungen und dergleichen durch den Isolator 250 in das Oxid 230b, das Oxid 230a und dergleichen diffundieren.
  • Als Nächstes werden ein leitender Film, der zu dem Leiter 260a wird, und ein leitender Film, der zu dem Leiter 260b wird, in dieser Reihenfolge ausgebildet. Der leitende Film, der zu dem Leiter 260a wird, und der leitende Film, der zu dem Leiter 260b wird, können durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird der leitende Film, der zu dem Leiter 260a wird, durch ein ALD-Verfahren ausgebildet, und der leitende Film, der zu dem Leiter 260b wird, wird durch ein CVD-Verfahren ausgebildet.
  • Dann werden der Isolierfilm 250A, der leitende Film, der zu dem Leiter 260a wird, und der leitende Film, der zu dem Leiter 260b wird, durch eine CMP-Behandlung poliert, bis der Isolator 280 freigelegt ist, wodurch der Isolator 250 (der Isolator 250a und der Isolator 250b) und der Leiter 260 (der Leiter 260a und der Leiter 260b) ausgebildet werden (siehe 15A bis 15D). Auf diese Weise wird der Isolator 250 derart angeordnet, dass er die Innenwand (die Seitenwand und die Unterseite) der Öffnung, die das Oxid 230b erreicht, und des Nutabschnitts des Oxids 230b bedeckt. Der Leiter 260 wird derart angeordnet, dass er die Öffnung und den Nutabschnitt füllt, wobei der Isolator 250 dazwischen liegt.
  • Als Nächstes werden ein Teil des Isolators 280, ein Teil des Isolators 275b, ein Teil des Isolators 272b, ein Teil des Isolators 273b und ein Teil des Isolators 271b verarbeitet, um die Öffnung auszubilden, die den Leiter 242b erreicht (siehe 16A bis 16D). Der Teil des Isolators 280, der Teil des Isolators 275b, der Teil des Isolators 272b, der Teil des Isolators 273b und der Teil des Isolators 271b können durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren verarbeitet werden. Ein Trockenätzverfahren eignet sich für die Mikrofabrikation. Die Verarbeitung kann unter den jeweiligen Bedingungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Teil des Isolators 280 durch ein Trockenätzverfahren verarbeitet werden, und der Teil des Isolators 275b, der Teil des Isolators 272b, der Teil des Isolators 273b und der Teil des Isolators 271b können durch ein Nassätzverfahren verarbeitet werden.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm 293A ausgebildet (siehe 17A bis 17D). Der Isolierfilm 293A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Für den Isolierfilm 293A kann Galliumoxid, Hafniumoxid, Zirconiumoxid, Aluminiumoxid, Aluminiumoxynitrid, Aluminiumnitridoxid, Aluminiumnitrid, Hafniumoxynitrid, Hafniumnitridoxid, Hafniumnitrid, ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Aluminium und Hafnium enthält, ein Oxid, das Silizium und Hafnium enthält, ein Oxynitrid, das Silizium und Hafnium enthält, oder ein Nitrid, das Silizium und Hafnium enthält, verwendet werden. Für den Isolierfilm 293A kann eine Schichtanordnung aus diesen Filmen verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform wird als Isolierfilm 293A ein Isolierfilm verwendet, in dem Zirconiumoxid, Aluminiumoxid und Zirconiumoxid in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
  • Als Nächstes wird ein leitender Film 294A ausgebildet (siehe 17A bis 17D). Der leitende Film 294A kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Bei dieser Ausführungsform wird eine untere Schicht des leitenden Films 294A durch ein ALD-Verfahren ausgebildet, und eine obere Schicht des leitenden Films 294A wird durch ein CVD-Verfahren ausgebildet.
  • Dann werden der Isolierfilm 293A und der leitende Film 294A durch eine CMP-Behandlung poliert, bis der Isolator 280 freigelegt ist, wodurch der Isolator 293 und der Leiter 294 ausgebildet werden (siehe 18A bis 18D). Auf diese Weise wird der Isolator 293 derart angeordnet, dass er die Innenwand (die Seitenwand und die Unterseite) des Nutabschnitts der Öffnung, die den Leiter 242b erreicht, bedeckt. Der Leiter 294 wird derart angeordnet, dass er die Öffnung und den Nutabschnitt füllt, wobei der Isolator 293 dazwischen liegt.
  • Als Nächstes kann eine Wärmebehandlung unter Bedingungen, die denjenigen der vorstehenden Wärmebehandlung ähnlich sind, durchgeführt werden. Bei dieser Ausführung wird eine Behandlung eine Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 400 °C durchgeführt. Durch die Wärmebehandlung können die Feuchtigkeitskonzentration und die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 250, dem Isolator 293 und dem Isolator 280 verringert werden. Nach der Wärmebehandlung kann der Isolator 282 sukzessiv ohne Aussetzung an der Luft abgeschieden werden.
  • Als Nächstes wird der Isolator 282 über dem Isolator 250, dem Leiter 260, dem Isolator 293, dem Leiter 294 und dem Isolator 280 ausgebildet (siehe 19A bis 19D). Der Isolator 282 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen abgeschieden werden. Der Isolator 282 wird vorzugsweise durch ein Sputterverfahren abgeschieden. Indem ein Sputterverfahren, in dem Wasserstoff nicht als Abscheidungsgas verwendet werden muss, verwendet wird, kann die Wasserstoffkonzentration in dem Isolator 282 verringert werden. Der Isolator 282 wird durch ein Sputterverfahren in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre abgeschieden, wodurch während der Abscheidung Sauerstoff dem Isolator 280 zugeführt werden kann. Daher kann überschüssiger Sauerstoff in dem Isolator 280 enthalten sein. Zu diesem Zeitpunkt wird der Isolator 282 vorzugsweise während der Erwärmung des Substrats abgeschieden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird für den Isolator 282 Aluminiumoxid unter Verwendung eines Aluminiumtargets in einer Atmosphäre, die ein Sauerstoffgas enthält, durch ein gepulstes DC-Sputterverfahren abgeschieden. Die Verwendung des gepulsten DC-Sputterverfahrens erzielt eine gleichmäßigere Filmdicke und verbessert die Sputteringrate und die Filmqualität.
  • Als Nächstes werden ein Teil des Isolators 282, ein Teil des Isolators 280, ein Teil des Isolators 275, ein Teil des Isolators 272, ein Teil des Isolators 224, ein Teil des Isolators 222 und ein Teil des Isolators 216 verarbeitet, um eine Öffnung auszubilden, die den Isolator 214 erreicht (siehe 20A bis 20D). Die Öffnung wird in einigen Fällen derart ausgebildet, dass sie den Transistor 200 und den Kondensator 292 umschließt. Alternativ wird die Öffnung in einigen Fällen derart ausgebildet, dass sie eine Vielzahl von Transistoren 200 und eine Vielzahl von Kondensatoren 292 umschließt. Daher werden ein Teil der Seitenfläche des Isolators 282, ein Teil der Seitenfläche des Isolators 280, ein Teil der Seitenfläche des Isolators 275, ein Teil der Seitenfläche des Isolators 272, ein Teil der Seitenfläche des Isolators 224, ein Teil der Seitenfläche des Isolators 222 und ein Teil der Seitenfläche des Isolators 216 in der Öffnung freigelegt.
  • Der Teil des Isolators 282, der Teil des Isolators 280, der Teil des Isolators 275, der Teil des Isolators 272, der Teil des Isolators 224, der Teil des Isolators 222 und der Teil des Isolators 216 können durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren verarbeitet werden. Ein Trockenätzverfahren eignet sich für die Mikrofabrikation. Die Verarbeitung kann unter den jeweiligen Bedingungen durchgeführt werden. In diesem Schritt wird die Dicke des Isolators 214 in einem Bereich, der sich mit der Öffnung überlappt, in einigen Fällen verringert.
  • Als Nächstes wird der Isolator 284 derart ausgebildet, dass er den Isolator 282, den Isolator 280, den Isolator 275, den Isolator 272, den Isolator 224, den Isolator 222 und den Isolator 216 bedeckt (siehe 21B bis 21D). Der Isolator 284 wird vorzugsweise unter Bedingungen ausgebildet, die denjenigen für den Isolator 282 ähnlich sind. Der Isolator 284 kann beispielsweise durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen abgeschieden werden.
  • Insbesondere wird Aluminiumoxid vorzugsweise z. B. durch ein Sputterverfahren für den Isolator 284 abgeschieden. Der Isolator 284 wird durch ein Sputterverfahren in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre abgeschieden, wodurch während der Abscheidung Sauerstoff dem Isolator 280 zugeführt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt wird der Isolator 284 vorzugsweise während der Erwärmung des Substrats abgeschieden. Da der Isolator 282 in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 260 und der Oberseite des Leiters 294 ausgebildet ist, kann verhindert werden, dass Sauerstoff, der in dem Isolator 280 enthalten ist, während der Abscheidungsbehandlung des Isolators 284 von dem Leiter 260 und dem Leiter 294 absorbiert wird. Wie in 21B bis 21D dargestellt, ist der Isolator 284 an der Unterseite der Öffnung in Kontakt mit dem Isolator 214. Das heißt, dass die Oberseiten und die Seitenflächen des Transistors 200 und des Kondensators 292 mit dem Isolator 284 bedeckt sind und die Unterseiten des Transistors 200 und des Kondensators 292 mit dem Isolator 214 bedeckt sind.
  • Als Nächstes wird der Isolator 283 über dem Isolator 284 ausgebildet (siehe 21B bis 21D). Der Isolator 283 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen abgeschieden werden. Der Isolator 283 kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen. Beispielsweise kann Siliziumnitrid durch ein Sputterverfahren abgeschieden werden, und über dem Siliziumnitrid kann Siliziumnitrid durch ein CVD-Verfahren abgeschieden werden. Wie in 21B bis 21D dargestellt, bedeckt der Isolator 283 den Isolator 284. Auf diese Weise werden der Transistor 200 und der Kondensator 292 von dem Isolator 283, dem Isolator 284 und dem Isolator 214 umschlossen, die hohe Sperreigenschaften aufweisen, wodurch das Eindringen von Feuchtigkeit und Wasserstoff von außen verhindert werden kann.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm, der zu dem Isolator 274 wird, über dem Isolator 284 ausgebildet. Der Isolierfilm kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Beispielsweise wird vorzugsweise Siliziumoxid durch ein CVD-Verfahren abgeschieden. Der Isolierfilm wird vorzugsweise durch ein Ausbildungsverfahren unter Verwendung des Gases ausgebildet, in dem Wasserstoffatome reduziert oder entfernt werden. Dadurch kann die Wasserstoffkonzentration des Isolierfilms verringert werden.
  • Als Nächstes wird der Isolierfilm, der zu dem Isolator 274 wird, einer CMP-Behandlung unterzogen, so dass der Isolator 274 mit einer flachen Oberseite ausgebildet wird (siehe 22B bis 22D).
  • Als Nächstes kann eine Wärmebehandlung durchgeführt werden. Bei dieser Ausführung wird eine Behandlung eine Stunde lang in einer Stickstoffatmosphäre bei 400 °C durchgeführt. Durch die Wärmebehandlung kann, wie in 2 dargestellt, Sauerstoff, der bei der Abscheidung des Isolators 282 hinzugefügt worden ist, in den Isolator 280 und den Isolator 250 diffundieren und selektiv dem Kanalbildungsbereich des Oxids 230 zugeführt werden. Es sei angemerkt, dass die Wärmebehandlung nicht notwendigerweise nach der Ausbildung des Isolators 274 durchgeführt wird und beispielsweise nach der Abscheidung des Isolators 282 oder nach der Abscheidung des Isolators 284 durchgeführt werden kann.
  • Als Nächstes wird eine Öffnung, die den Leiter 242 erreicht, in dem Isolator 271a, dem Isolator 273a, dem Isolator 272a, dem Isolator 275a, dem Isolator 280, dem Isolator 282, dem Isolator 284, dem Isolator 283 und dem Isolator 274 ausgebildet. Außerdem wird eine Öffnung, die den Leiter 294 erreicht, in dem Isolator 282, dem Isolator 284, dem Isolator 283 und dem Isolator 274 ausgebildet (siehe 22A, 22B und 22D). Die Öffnungen können durch ein Lithographieverfahren ausgebildet werden. Es sei angemerkt, dass die Öffnungen in der Draufsicht in 22A jeweils kreisförmig sind; jedoch sind die Formen der Öffnungen nicht darauf beschränkt. Beispielsweise weisen die Öffnungen in der Draufsicht jeweils eine fast kreisförmige Form, wie z. B. eine elliptische Form, eine polygonale Form, wie z. B. eine viereckige Form, oder eine polygonale Form, wie z. B. eine viereckige Form, mit abgerundeten Ecken auf.
  • Als Nächstes wird ein Isolierfilm, der zu dem Isolator 241 wird, ausgebildet und einer anisotropen Ätzung unterzogen, so dass der Isolator 241 ausgebildet wird (siehe 22A, 22B und 22D). Der Isolierfilm, der zu dem Isolator 241 wird, kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden. Der Isolierfilm, der zu dem Isolator 241 wird, wird vorzugsweise unter Verwendung eines Isolierfilms ausgebildet, der eine Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Sauerstoff aufweist. Zum Beispiel wird Aluminiumoxid vorzugsweise durch ein ALD-Verfahren abgeschieden. Alternativ wird Siliziumnitrid vorzugsweise durch ein PEALD-Verfahren abgeschieden. Siliziumnitrid ist wegen seiner hohen Wasserstoffsperreigenschaft bevorzugt.
  • Als anisotrope Ätzung für den Isolierfilm, der zu dem Isolator 241 wird, kann beispielsweise ein Trockenätzverfahren durchgeführt werden. Indem der Isolator 241 an den Seitenwandabschnitten der Öffnungen bereitgestellt wird, können der Durchgang von Sauerstoff von außen und eine Oxidation des Leiters 240a und des Leiters 240b, die anschließend ausgebildet werden, verhindert werden. Des Weiteren kann verhindert werden, dass Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, von dem Leiter 240a und dem Leiter 240b nach außen diffundieren.
  • Als Nächstes wird ein leitender Film, der zu dem Leiter 240a und dem Leiter 240b wird, ausgebildet. Der leitende Film, der zu dem Leiter 240a und dem Leiter 240b wird, weist vorzugsweise eine mehrschichtige Struktur auf, die einen Leiter mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasser und Wasserstoff, umfasst. Beispielsweise kann eine mehrschichtige Struktur aus Tantalnitrid, Titannitrid oder dergleichen und Wolfram, Molybdän, Kupfer oder dergleichen zum Einsatz kommen. Der leitende Film, der zu dem Leiter 240 wird, kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Dann wird der leitende Film, der zu dem Leiter 240a und dem Leiter 240b wird, teilweise durch eine CMP-Behandlung entfernt, um die Oberseite des Isolators 274 freizulegen. Als Ergebnis verbleibt der leitende Film nur in den Öffnungen, so dass der Leiter 240a und der Leiter 240b, deren Oberseiten flach sind, ausgebildet werden können (siehe 22A, 22B und 22D). Es sei angemerkt, dass die Oberseite des Isolators 274 in einigen Fällen durch die CMP-Behandlung teilweise entfernt wird.
  • Als Nächstes wird ein leitender Film, der zu dem Leiter 246 wird, ausgebildet. Der leitende Film, der zu dem Leiter 246 wird, kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Als Nächstes wird der leitende Film, der zu dem Leiter 246 wird, durch ein Lithographieverfahren verarbeitet, um den Leiter 246a in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 240a und den Leiter 246b in Kontakt mit der Oberseite des Leiters 240b auszubilden. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Teil des Isolators 274 in einem Bereich, der sich nicht mit dem Leiter 246a und dem Leiter 246b überlappt, in einigen Fällen entfernt (siehe 3A, 3B und 3D).
  • Als Nächstes wird der Isolator 286 über dem Leiter 246 und dem Isolator 274 abgeschieden (siehe 3B bis 3D). Der Isolator 286 kann durch ein Sputterverfahren, ein CVD-Verfahren, ein MBE-Verfahren, ein PLD-Verfahren, ein ALD-Verfahren oder dergleichen abgeschieden werden. Der Isolator 286 kann eine mehrschichtige Struktur aufweisen. Beispielsweise kann Siliziumnitrid durch ein Sputterverfahren abgeschieden werden, und über dem Siliziumnitrid kann Siliziumnitrid durch ein CVD-Verfahren abgeschieden werden.
  • Durch den vorstehenden Prozess kann die in 3A bis 3D gezeigte Halbleitervorrichtung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet, hergestellt werden.
  • <Mikrowellenbehandlungseinrichtung>
  • Im Folgenden wird eine Mikrowellenbehandlungseinrichtung beschrieben, die für das vorstehende Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung verwendet werden kann.
  • Zuerst wird eine Struktur einer Herstellungseinrichtung, die bei der Herstellung einer Halbleitervorrichtung oder dergleichen kaum den Eintritt von Verunreinigungen erlaubt, anhand von 23, 24 und 25 beschrieben.
  • 23 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Ein-Wafer-Mehrkammer-Herstellungseinrichtung 2700 darstellt. Die Herstellungseinrichtung 2700 beinhaltet eine atmosphärenseitige Substratzufuhrkammer 2701, die einen Kassettenport 2761 zum Halten eines Substrats und einen Ausrichtungsport 2762 zum Durchführen der Ausrichtung eines Substrats umfasst, eine atmosphärenseitige Substrattransferkammer 2702, über die ein Substrat von der atmosphärenseitigen Substratzufuhrkammer 2701 transportiert wird, eine Load-Lock-Kammer 2703a, in der ein Substrat geleitet wird und der Druck in der Kammer vom Atmosphärendruck auf reduzierten Druck oder von reduziertem Druck auf Atmosphärendruck umgeschaltet wird, eine Unload-Lock-Kammer 2703b, in der ein Substrat abgeleitet wird und der Druck in der Kammer von reduziertem Druck auf Atmosphärendruck oder vom Atmosphärendruck auf reduzierten Druck umgeschaltet wird, eine Transferkammer 2704, über die ein Substrat im Vakuum transportiert wird, eine Kammer 2706a, eine Kammer 2706b, eine Kammer 2706c und eine Kammer 2706d.
  • Die atmosphärenseitige Substrattransferkammer 2702 ist mit der Load-Lock-Kammer 2703a und der Unload-Lock-Kammer 2703b verbunden, die Load-Lock-Kammer 2703a und die Unload-Lock-Kammer 2703b sind mit der Transferkammer 2704 verbunden, und die Transferkammer 2704 ist mit der Kammer 2706a, der Kammer 2706b, der Kammer 2706c und der Kammer 2706d verbunden.
  • Es sei angemerkt, dass Gate-Ventile GV für Verbindungsabschnitte zwischen den Kammern derart bereitgestellt sind, dass jede Kammer außer der atmosphärenseitigen Substratzufuhrkammer 2701 und der atmosphärenseitigen Substrattransferkammer 2702 unabhängig in einem Vakuumzustand gehalten werden kann. Außerdem wird die atmosphärenseitige Substrattransferkammer 2702 mit einem Transferroboter 2763a bereitgestellt, und die Transferkammer 2704 wird mit einem Transferroboter 2763b bereitgestellt. Mit dem Transferroboter 2763a und dem Transferroboter 2763b kann ein Substrat innerhalb der Herstellungseinrichtung 2700 transportiert werden.
  • In der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern ist der Rückdruck (Totaldruck) beispielsweise niedriger als oder gleich 1 × 10-4 Pa, bevorzugt niedriger als oder gleich 3 × 10-5 Pa, bevorzugter niedriger als oder gleich 1 × 10-5 Pa. In der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern ist der Partialdruck eines Gasmoleküls (Atoms) mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis (m/z) von 18 beispielsweise niedriger als oder gleich 3 × 10-5 Pa, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-5 Pa, bevorzugter niedriger als oder gleich 3 × 10-6 Pa. In der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern ist ferner der Partialdruck eines Gasmoleküls (Atoms) mit m/z von 28 beispielsweise niedriger als oder gleich 3 × 10-5 Pa, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-5 Pa, bevorzugter niedriger als oder gleich 3 × 10-6 Pa. In der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern ist ferner der Partialdruck eines Gasmoleküls (Atoms) mit m/z von 44 beispielsweise niedriger als oder gleich 3 × 10-5 Pa, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-5 Pa, bevorzugter niedriger als oder gleich 3 × 10-6 Pa.
  • Es sei angemerkt, dass der Totaldruck und der Partialdruck in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern unter Verwendung eines Massenanalysators gemessen werden können. Es kann beispielsweise der Qulee CGM-051, ein Quadrupolmassenanalysator (auch als Q-mass bezeichnet), hergestellt von ULVAC, Inc., verwendet werden.
  • Darüber hinaus weisen die Transferkammer 2704 und die Kammern jeweils vorzugsweise eine Struktur auf, bei der die Menge der externen Leckage oder internen Leckage klein ist. Beispielsweise ist in der Transferkammer 2704 und jeder der Kammern die Leckrate niedriger als oder gleich 3 × 10-6 Pa·m3/s, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-6 Pa·m3/s. Die Leckrate eines Gasmoleküls (Atoms) mit m/z von 18 ist beispielsweise niedriger als oder gleich 1 × 10-7 Pa·m3/s, bevorzugt niedriger als oder gleich 3 × 10-8 Pa·m3/s. Die Leckrate eines Gasmoleküls (Atoms) mit m/z von 28 ist beispielsweise niedriger als oder gleich 1 × 10-5 Pa·m3/s, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-6 Pa·m3/s. Die Leckrate eines Gasmoleküls (Atoms) mit m/z von 44 ist beispielsweise niedriger als oder gleich 3 × 10-6 Pa·m3/s, bevorzugt niedriger als oder gleich 1 × 10-6 Pa·m3/s.
  • Es sei angemerkt, dass eine Leckrate von dem Totaldruck und dem Partialdruck hergeleitet werden kann, die unter Verwendung des Massenanalysators gemessen werden. Die Leckrate hängt von einer externen Leckage und einer internen Leckage ab. Die externe Leckage bezeichnet ein Einströmen von Gas von außerhalb eines Vakuumsystems durch ein winziges Loch, einen Dichtungsdefekt oder dergleichen. Die interne Leckage rührt von einer Leckage durch eine Unterteilung, wie z. B. ein Ventil, in einem Vakuumsystem oder von einem Gas her, das von einem internen Bauelement freigesetzt wird. Es müssen Maßnahmen sowohl bezüglich der externen Leckage als auch der internen Leckage getroffen werden, damit die Leckrate auf niedriger als oder gleich dem vorstehend beschriebenen Wert eingestellt wird.
  • Es können beispielsweise Öffnungs-/Schließ-Abschnitte der Transferkammer 2704 und der Kammern mit einer Metalldichtung abgedichtet werden. Für die Metalldichtung wird vorzugsweise ein Metall, das mit Eisenfluorid, Aluminiumoxid oder Chromoxid bedeckt ist, verwendet. Die Metalldichtung ermöglicht eine größere Adhäsion als ein O-Ring, was zu einer Verringerung der externen Leckage führen kann. Des Weiteren wird unter Verwendung des Metalls, das mit Eisenfluorid, Aluminiumoxid, Chromoxid oder dergleichen bedeckt ist, das im Passivzustand ist, die Freisetzen von Gas, das Verunreinigungen enthält, die von der Metalldichtung freigesetzt werden, unterdrückt, so dass die interne Leckage verringert werden kann.
  • Für ein Bauelement der Herstellungseinrichtung 2700 wird Aluminium, Chrom, Titan, Zirconium, Nickel oder Vanadium, das eine kleine Menge von Gas, das Verunreinigungen enthält, freisetzt, verwendet. Alternativ kann für das vorstehende Bauelement eine Legierung verwendet werden, die Eisen, Chrom, Nickel und dergleichen enthält und mit dem vorstehenden Material bedeckt ist. Die Legierung, die Eisen, Chrom, Nickel und dergleichen enthält, ist fest, wärmebeständig und zur Verarbeitung geeignet. Hierbei kann dann, wenn eine Oberflächenunebenheit des Bauelements durch Polieren oder dergleichen verringert wird, um die Flächenausdehnung zu verringern, das Freisetzen von Gas verringert werden.
  • Alternativ kann das vorstehende Bauelement der Herstellungseinrichtung 2700 mit Eisenfluorid, Aluminiumoxid, Chromoxid oder dergleichen bedeckt sein.
  • Das Bauelement der Herstellungseinrichtung 2700 wird vorzugsweise soweit wie möglich nur aus Metall ausgebildet. In dem Fall, in dem beispielsweise ein Sichtfenster, das unter Verwendung von Quarz oder dergleichen ausgebildet wird, bereitgestellt ist, ist die Oberfläche des Sichtfensters vorzugsweise dünn mit Eisenfluorid, Aluminiumoxid, Chromoxid oder dergleichen bedeckt, um das Freisetzen von Gas zu unterdrücken.
  • Ein Adsorbat, das in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern vorhanden ist, weist keine Auswirkungen auf den Druck in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern auf, da es an einer Innenwand oder dergleichen adsorbiert wird; das Adsorbat verursacht jedoch das Freisetzen von Gas, wenn das Innere der Transferkammer 2704 und jeder der Kammern evakuiert wird. Somit ist es, obwohl die Leckrate und die Evakuierungsrate keine Korrelation zueinander aufweisen, wichtig, dass das in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern vorhandene Adsorbat so weit wie möglich desorbiert wird und die Evakuierung im Voraus unter Verwendung einer Pumpe mit hoher Evakuierungsfähigkeit durchgeführt wird. Es sei angemerkt, dass die Transferkammer 2704 und jede der Kammern einem Backen unterzogen werden können, um eine Desorption des Adsorbats zu fördern. Beim Backen kann die Desorptionsrate des Adsorbats um ein 10-Faches erhöht werden. Das Backen kann bei höher als oder gleich 100 °C und niedriger als oder gleich 450 °C durchgeführt werden. Dabei kann dann, wenn das Adsorbat entfernt wird, während ein Inertgas in die Transferkammer 2704 und jede der Kammern eingeleitet wird, die Desorptionsrate von Wasser oder dergleichen, das lediglich durch Evakuierung nur schwer zu desorbieren ist, weiter erhöht werden. Es sei angemerkt, dass dann, wenn das Inertgas, das eingeleitet wird, im Wesentlichen auf dieselbe Temperatur wie die Backtemperatur erwärmt wird, die Desorptionsrate des Adsorbats weiter erhöht werden kann. Hierbei wird vorzugsweise ein Edelgas als Inertgas verwendet.
  • Alternativ wird eine Behandlung zum Evakuieren des Inneren der Transferkammer 2704 und jeder der Kammern vorzugsweise für eine bestimmte Zeitspanne durchgeführt, nachdem ein erwärmtes Inertgas, wie z. B. ein erwärmtes Edelgas, erwärmter Sauerstoff oder dergleichen eingeleitet worden ist, um den Druck in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern zu erhöhen. Die Einführung des erwärmten Gases kann das Adsorbat in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern desorbieren, und es können die in der Transferkammer 2704 und in jeder der Kammern vorhandenen Verunreinigungen verringert werden. Es sei angemerkt, dass ein vorteilhafter Effekt erzielt werden kann, wenn diese Behandlung mehr als oder gleich 2-Mal und weniger als oder gleich 30-Mal, bevorzugt mehr als oder gleich 5-Mal und weniger als oder gleich 15-Mal wiederholt wird. Insbesondere wird ein Inertgas, Sauerstoff oder dergleichen bei einer Temperatur von höher als oder gleich 40 °C und niedriger als oder gleich 400 °C, bevorzugt höher als oder gleich 50 °C und niedriger als oder gleich 200 °C in die Transferkammer 2704 und in jede der Kammern eingeleitet, so dass der Druck in diesen bei höher als oder gleich 0,1 Pa und niedriger als oder gleich 10 kPa, bevorzugt höher als oder gleich 1 Pa und niedriger als oder gleich 1 kPa, bevorzugter höher als oder gleich 5 Pa und niedriger als oder gleich 100 Pa für 1 Minute bis 300 Minuten, bevorzugt 5 Minuten bis 120 Minuten gehalten werden kann. Anschließend wird das Innere der Transferkammer 2704 und jeder der Kammern für 5 Minuten bis 300 Minuten, bevorzugt 10 Minuten bis 120 Minuten, evakuiert.
  • Als Nächstes werden die Kammer 2706b und die Kammer 2706c anhand einer schematischen Querschnittsansicht von 24 beschrieben.
  • Die Kammer 2706b und die Kammer 2706c sind beispielsweise Kammern, die in der Lage sind, eine Mikrowellenbehandlung an einem Gegenstand durchzuführen. Es sei angemerkt, dass die Kammer 2706b der Kammer 2706c gleicht, mit Ausnahme der Atmosphäre, in der die Mikrowellenbehandlung durchgeführt wird. Die anderen Strukturen sind gemeinsam und werden daher im Folgenden kollektiv beschrieben.
  • Die Kammer 2706b und die Kammer 2706c umfassen jeweils eine Schlitzantennen-Platte 2808, eine dielektrische Platte 2809, einen Substrathalter 2812 und eine Absaugöffnung 2819. Eine Gaszufuhrquelle 2801, ein Ventil 2802, ein Hochfrequenz-Generator 2803, ein Wellenleiter 2804, ein Modus-Wandler 2805, ein Gasrohr 2806, ein Wellenleiter 2807, ein Anpassungskasten 2815, eine Hochfrequenz-Stromquelle 2816, eine Vakuumpumpe 2817 und ein Ventil 2818 werden außerhalb der Kammer 2706b und der Kammer 2706c bereitgestellt.
  • Der Hochfrequenz-Generator 2803 ist mit dem Modus-Wandler 2805 über den Wellenleiter 2804 verbunden. Der Modus-Wandler 2805 ist mit der Schlitzantennen-Platte 2808 über den Wellenleiter 2807 verbunden. Die Schlitzantennen-Platte 2808 wird in Kontakt mit der dielektrischen Platte 2809 positioniert. Die Gaszufuhrquelle 2801 ist ferner mit dem Modus-Wandler 2805 über das Ventil 2802 verbunden. Gas wird über das Gasrohr 2806, das durch den Modus-Wandler 2805, den Wellenleiter 2807 und die dielektrische Platte 2809 führt, zu der Kammer 2706b und der Kammer 2706c transportiert. Die Vakuumpumpe 2817 weist eine Funktion auf, Gas oder dergleichen aus der Kammer 2706b und der Kammer 2706c über das Ventil 2818 und die Absaugöffnung 2819 auszustoßen. Die Hochfrequenz-Stromquelle 2816 ist mit dem Substrathalter 2812 über den Anpassungskasten 2815 verbunden.
  • Der Substrathalter 2812 weist eine Funktion zum Halten eines Substrats 2811 auf. Der Substrathalter 2812 weist beispielsweise eine Funktion zum elektrostatischen Einspannen oder zum mechanischen Einspannen des Substrats 2811 auf. Außerdem weist der Substrathalter 2812 eine Funktion einer Elektrode auf, die mit elektrischer Energie von der Hochfrequenz-Stromquelle 2816 versorgt wird. Der Substrathalter 2812 umfasst einen Erwärmungsmechanismus 2813 und weist somit eine Funktion zum Erwärmen des Substrats 2811 auf.
  • Als Vakuumpumpe 2817 können beispielsweise eine Trockenpumpe, eine mechanische Boosterpumpe, eine Ionenpumpe, eine Titansublimationspumpe, eine Kryopumpe, eine Turbo-Molekularpumpe oder dergleichen verwendet werden. Zusätzlich zu der Vakuumpumpe 2817 kann auch eine Kryofalle verwendet werden. Die Verwendung von Kryopumpe und Kryofalle wird besonders bevorzugt, da Wasser auf effiziente Weise ausgestoßen werden kann.
  • Als Erwärmungsmechanismus 2813 kann beispielsweise ein Erwärmungsmechanismus verwendet werden, der eine Widerstandsheizung oder dergleichen zum Erwärmen verwendet. Alternativ kann eine Wärmeleitung oder Wärmestrahlung aus einem Medium, wie z. B. einem erwärmten Gas, als Erwärmungsmechanismus verwendet werden. Beispielsweise kann RTA (rapid thermal annealing), wie z. B. GRTA (gas rapid thermal annealing) oder LRTA (lamp rapid thermal annealing), verwendet werden. Bei der GRTA wird eine Wärmebehandlung unter Verwendung eines Hochtemperaturgases durchgeführt. Ein Inertgas wird als Gas verwendet.
  • Die Gaszufuhrquelle 2801 kann über einen Massenstromregler mit einem Reinigungsapparat verbunden sein. Als Gas wird vorzugsweise ein Gas verwendet, dessen Taupunkt bei -80 °C oder niedriger, bevorzugt bei -100 °C oder niedriger liegt. Beispielsweise kann ein Sauerstoffgas, ein Stickstoffgas oder ein Edelgas (z. B. ein Argongas) verwendet werden.
  • Als dielektrische Platte 2809 können beispielsweise Siliziumoxid (Quarz), Aluminiumoxid (Tonerde), Yttriumoxid (Yttria) oder dergleichen verwendet werden. Eine Schutzschicht kann ferner auf einer Oberfläche der dielektrischen Platte 2809 ausgebildet werden. Als Schutzschicht können Magnesiumoxid, Titanoxid, Chromoxid, Zirconiumoxid, Hafniumoxid, Tantaloxid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Yttriumoxid oder dergleichen verwendet werden. Die dielektrische Platte 2809 wird einem Bereich mit besonders hoher Dichte des hochdichten Plasmas 2810 ausgesetzt, das zu später beschrieben wird; demzufolge können durch Bereitstellen der Schutzschicht Schäden verringert werden. Folglich kann ein Anstieg von Teilchen oder dergleichen während der Behandlung verhindert werden.
  • Der Hochfrequenz-Generator 2803 weist eine Funktion zum Erzeugen einer Mikrowelle von beispielsweise mehr als oder gleich 0,3 GHz und weniger als oder gleich 3,0 GHz, mehr als oder gleich 0,7 GHz und weniger als oder gleich 1,1 GHz oder mehr als oder gleich 2,2 GHz und weniger als oder gleich 2,8 GHz auf. Die Mikrowelle, die durch den Hochfrequenz-Generator 2803 erzeugt wird, wird über den Wellenleiter 2804 zu dem Modus-Wandler 2805 übertragen. Der Modus-Wandler 2805 wandelt die übertragene Mikrowelle in dem TE-Modus in eine Mikrowelle in dem TEM-Modus um. Anschließend wird die Mikrowelle über den Wellenleiter 2807 zu der Schlitzantennen-Platte 2808 übertragen. Die Schlitzantennen-Platte 2808 ist mit einer Vielzahl von schlitzartigen Löchern bereitgestellt, und die Mikrowelle passiert die schlitzartigen Löcher und die dielektrische Platte 2809. Anschließend wird ein elektrisches Feld unterhalb der dielektrischen Platte 2809 erzeugt, und das hochdichte Plasma 2810 kann erzeugt werden. Das hochdichte Plasma 2810 umfasst je nach Gasspezies, die von der Gaszufuhrquelle 2801 zugeführt wird, Ionen und Radikale. Beispielsweise sind Sauerstoffradikale vorhanden.
  • Zu diesem Zeitpunkt kann die Qualität eines Films oder dergleichen über dem Substrat 2811 durch die Ionen und Radikale, die in dem hochdichten Plasma 2810 erzeugt werden, modifiziert werden. Es sei angemerkt, dass es in einigen Fällen vorzuziehen ist, dass eine Vorspannung an eine Seite des Substrats 2811 unter Verwendung der Hochfrequenz-Stromquelle 2816 angelegt wird. Als Hochfrequenz-Stromquelle 2816 kann beispielsweise eine Hochfrequenz- (HF-) Stromquelle mit einer Frequenz von 13,56 MHz, 27,12 MHz oder dergleichen verwendet werden. Das Anlegen einer Vorspannung an die Seite des Substrats ermöglicht, dass Ionen in dem hochdichten Plasma 2810 in effizienter Weise einen tiefliegenden Abschnitt einer Öffnung des Films oder dergleichen über dem Substrat 2811 erreichen.
  • Beispielsweise kann in der Kammer 2706b oder der Kammer 2706c eine Sauerstoffradikalbehandlung unter Verwendung des hochdichten Plasmas 2810 durchgeführt werden, indem Sauerstoff von der Gaszufuhrquelle 2801 eingeleitet wird.
  • Als Nächstes werden die Kammer 2706a und die Kammer 2706d anhand einer schematischen Querschnittsansicht von 25 beschrieben.
  • Die Kammer 2706a und die Kammer 2706d sind beispielsweise Kammern, die in der Lage sind, einen Gegenstand mit einer elektromagnetischen Welle zu bestrahlen. Es sei angemerkt, dass die Kammer 2706a der Kammer 2706d gleicht, mit Ausnahme der Art der elektromagnetischen Welle. Die anderen Strukturen weisen viele gemeinsame Abschnitte auf und werden daher im Folgenden kollektiv beschrieben.
  • Die Kammer 2706a und die Kammer 2706d umfassen jeweils eine oder mehrere Lampen 2820, einen Substrathalter 2825, eine Gaseinlassöffnung 2823 und eine Absaugöffnung 2830. Eine Gaszufuhrquelle 2821, ein Ventil 2822, eine Vakuumpumpe 2828 und ein Ventil 2829 sind außerhalb der Kammer 2706a und der Kammer 2706d bereitgestellt.
  • Die Gaszufuhrquelle 2821 ist mit der Gaseinlassöffnung 2823 über das Ventil 2822 verbunden. Die Vakuumpumpe 2828 ist mit der Absaugöffnung 2830 über das Ventil 2829 verbunden. Die Lampe 2820 ist derart angeordnet, dass sie dem Substrathalter 2825 zugewandt ist. Der Substrathalter 2825 weist eine Funktion zum Halten eines Substrats 2824 auf. Der Substrathalter 2825 umfasst einen Erwärmungsmechanismus 2826 und weist somit eine Funktion zum Erwärmen des Substrats 2824 auf.
  • Als Lampe 2820 kann beispielsweise eine Lichtquelle mit einer Funktion zum Emittieren von einer elektromagnetischen Welle, wie z. B. Infrarotlicht, sichtbarem Licht oder UV-Licht, verwendet werden. Beispielsweise kann eine Lichtquelle mit einer Funktion zum Emittieren einer elektromagnetischen Welle verwendet werden, die einen Peak in einem Wellenlängenbereich von länger als oder gleich 10 nm und kürzer als oder gleich 2500 nm, länger als oder gleich 500 nm und kürzer als oder gleich 2000 nm, oder länger als oder gleich 40 nm und kürzer als oder gleich 340 nm aufweist.
  • Als Lampe 2820 kann beispielsweise eine Lichtquelle, wie z. B. eine Halogenlampe, eine Metallhalogenidlampe, eine Xenon-Bogenlampe, eine Kohlenstoff-Bogenlampe, eine Hochdruck-Natriumlampe oder eine Hochdruck-Quecksilberlampe, verwendet werden.
  • Beispielsweise wird ein Teil der elektromagnetischen Welle oder die gesamte elektromagnetische Welle, die von der Lampe 2820 emittiert wird, von dem Substrat 2824 absorbiert, so dass die Qualität eines Films oder dergleichen über dem Substrat 2824 modifiziert werden kann. Beispielsweise können Defekte erzeugt oder verringert werden, oder es können Verunreinigungen entfernt werden. Es sei angemerkt, dass die Erzeugung oder die Verringerung von Defekten, das Entfernen von Verunreinigungen oder dergleichen in effizienter Weise durchgeführt werden können, während das Substrat 2824 erwärmt wird.
  • Alternativ kann beispielsweise die elektromagnetische Welle, die von der Lampe 2820 emittiert wird, in dem Substrathalter 2825 Wärme entstehen lassen, durch die das Substrat 2824 erwärmt werden kann. In diesem Fall kann der Erwärmungsmechanismus 2826 in dem Substrathalter 2825 weggelassen werden.
  • Bezüglich der Vakuumpumpe 2828 wird auf die Beschreibung der Vakuumpumpe 2817 Bezug genommen. Bezüglich des Erwärmungsmechanismus 2826 wird auf die Beschreibung des Erwärmungsmechanismus 2813 Bezug genommen. Bezüglich der Gaszufuhrquelle 2821 wird auf die Beschreibung der Gaszufuhrquelle 2801 Bezug genommen.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Herstellungseinrichtung kann die Qualität eines Films oder dergleichen modifiziert werden, während der Eintritt von Verunreinigungen in einen Gegenstand unterdrückt wird.
  • (Ausführungsform 2)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Ausführungsformen von Halbleitervorrichtungen anhand von 26 bis 29 beschrieben.
  • [Speichervorrichtung 2]
  • Ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung (eine Speichervorrichtung) einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 26 beschrieben.
  • <Strukturbeispiel einer Speichereinrichtung>
  • 26 ist eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung, die eine Speichereinrichtung 290 beinhaltet. 26 entspricht einer Querschnittsansicht in der Kanallängsrichtung des Transistors 200. Durch die Struktur des Leiters 240 unterscheidet sich die in 26 dargestellte Speichereinrichtung 290 von der in 3A bis 3D dargestellten Halbleitervorrichtung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet und bei dem <Strukturbeispiel 2 einer Halbleitervorrichtung> beschrieben worden ist. Das heißt, dass der Leiter 240 mit dem Leiter 242a verbunden ist und den Leiter 242a, das Oxid 243a, das Oxid 230a, das Oxid 230b, den Isolator 224 und den Isolator 222 durchdringt, so dass er mit einem Leiter 166 verbunden ist.
  • Es sei angemerkt, dass bei der in 26 dargestellten Halbleitervorrichtung Komponenten mit den gleichen Funktionen wie die Komponenten, die in der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Halbleitervorrichtung enthalten sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es sei angemerkt, dass auch in diesem Abschnitt die Materialien, die bei der vorstehenden Ausführungsform ausführlich beschrieben worden sind, als Bestandsmaterialien der Halbleitervorrichtung verwendet werden können.
  • Eine Leitungsschicht kann über der Speichereinrichtung 290 bereitgestellt werden. Beispielsweise sind in 26 ein Isolator 160 und ein Isolator 162 als Zwischenschichtfilme über dem Transistor 200 und dem Kondensator 292 bereitgestellt. Der Leiter 166, der elektrisch mit dem Transistor 200 verbunden ist, ist in dem Isolator 160 und dem Isolator 162 eingebettet. Es sei angemerkt, dass der Leiter 166 als Anschlusspfropfen oder Leitung dient.
  • Eine Leitungsschicht kann über dem Isolator 162 und dem Leiter 166 bereitgestellt werden. Beispielsweise sind in 26 ein Isolator 163 und ein Isolator 164 bereitgestellt. Ferner ist ein Leiter 168 in dem Isolator 163 und dem Isolator 164 eingebettet. Der Leiter 168 dient als Anschlusspfropfen oder Leitung.
  • Für den Isolator 162 und den Isolator 164 wird vorzugsweise ein Isolator mit einer niedrigen relativen Permittivität verwendet. Für den Isolator 162 und den Isolator 164 kann beispielsweise ein Isolator verwendet werden, der für den Isolator 280 oder dergleichen verwendet werden kann.
  • Für den Isolator 160 und den Isolator 163 wird vorzugsweise ein Isolator mit einer Funktion zum Verhindern des Durchgangs von Verunreinigungen, wie z. B. Wasserstoff, und Sauerstoff verwendet. Für den Isolator 160 und den Isolator 163 kann beispielsweise ein Isolator verwendet werden, der für den Isolator 283 oder dergleichen verwendet werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die vorstehende Speichereinrichtung 290 eine mehrschichtige Struktur aufweisen kann. 27 ist eine Querschnittsansicht einer Struktur, bei der fünf Speichereinrichtungen 290 übereinander angeordnet sind. Wie in 27 dargestellt, ist eine Speichereinrichtung 290 über den Leiter 240 und den Leiter 166 elektrisch mit einer anderen Speichervorrichtung 290 verbunden.
  • Es sei angemerkt, dass, wie in 27 dargestellt, die Vielzahl von Speichereinrichtungen (Speichereinrichtungen 290_1 bis 290_5) mit dem Isolator 284 und dem Isolator 214 kollektiv abgedichtet werden kann. Indem die Vielzahl von Speichereinrichtungen kollektiv abgedichtet wird, kann der Prozess vereinfacht werden. Es sei angemerkt, dass die Wasserstoffkonzentration in dem Transistor 200 verringert werden kann, wenn einige Komponenten des Transistors 200 und einige Komponenten in der Umgebung des Transistors 200 durch ein Sputterverfahren abgeschieden werden. Daher kann selbst dann, wenn ein weiterer Transistor 200 oberhalb des Transistors 200 ausgebildet wird, die Wasserstoffkonzentration in dem unten liegenden Transistor 200 niedrig gehalten werden. Demzufolge kann in dem Fall, in dem eine Struktur, bei der die Speichereinrichtungen 290 übereinander angeordnet sind, zum Einsatz kommt, die Wasserstoffkonzentration in dem Transistor 200 verringert werden, indem die Vielzahl von Speichereinrichtungen kollektiv abgedichtet wird, ohne die Speichereinrichtungen 290 individuell abzudichten.
  • Es sei angemerkt, dass die Abdichtung der Vielzahl von Speichereinrichtungen unter Verwendung des Isolators 284 und des Isolators 214 auf eine derartige Weise, dass alle der Vielzahl von Speichereinrichtungen kollektiv abgedichtet werden, oder auf eine derartige Weise, dass eine kollektive Abdichtung je einige Speichereinrichtungen durchgeführt wird, durchgeführt werden kann.
  • Es sei angemerkt, dass die Vielzahl von Speichereinrichtungen 290 in der Kanallängsrichtung, in der Kanalbreitenrichtung oder in einer Matrix angeordnet sein kann. Je nach Design können die Speichervorrichtungen ohne Regelmäßigkeit angeordnet sein.
  • Wenn das gleiche Material für den Isolator 214 und den Isolator 282 verwendet wird, wird einer des Isolators 214 und des Isolators 282 nicht notwendigerweise bereitgestellt. Dies kann die Anzahl von Herstellungsschritten verringern.
  • Wie in 27 dargestellt, können dann, wenn die Vielzahl von Speichereinrichtungen (die Speichereinrichtungen 290_1 bis 290_5) übereinander angeordnet ist, die Speichereinrichtungen ohne Vergrößerung der Fläche, die von den Speichereinrichtungen eingenommen wird, integriert werden. Das heißt, dass eine 3D-Speichereinrichtung gebildet werden kann.
  • Obwohl 27 ein Beispiel für eine Struktur darstellt, bei der jede Schicht eine Speichereinrichtung umfasst, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Jede Schicht kann eine Vielzahl von Speichereinrichtungen umfassen, und die Vielzahl von Speichereinrichtungen kann in der Kanallängsrichtung, in der Kanalbreitenrichtung oder in einer Matrix angeordnet sein. Je nach Design können die Speichereinrichtungen ohne Regelmäßigkeit angeordnet sein.
  • <Modifikationsbeispiel einer Speichereinrichtung>
  • Beispiele für eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die den Transistor 200 und den Kondensator 292 beinhaltet und sich von der bei dem <Strukturbeispiel einer Speichereinrichtung> beschriebenen Halbleitervorrichtung unterscheidet, werden nachstehend anhand von 28A, 28B und 29 beschrieben. Es sei angemerkt, dass bei der in 28A, 28B und 29 dargestellten Halbleitervorrichtung Komponenten mit den gleichen Funktionen wie die Komponenten, die in der bei den vorstehenden Ausführungsformen und in 26 beschriebenen Halbleitervorrichtung enthalten sind, durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Es sei angemerkt, dass in diesem Abschnitt die Materialien, die bei den vorstehenden Ausführungsformen und dem <Strukturbeispiel einer Speichereinrichtung> ausführlich beschrieben worden sind, als Bestandsmaterialien des Transistors 200 und des Kondensators 292 verwendet werden können.
  • <<Modifikationsbeispiel 1 einer Speichereinrichtung>>
  • Ein Beispiel für eine Halbleitervorrichtung, die eine Speichereinrichtung 600 beinhaltet, wird nachstehend anhand von 28A und 28B beschrieben. Die Speichereinrichtung 600 beinhaltet einen Transistor 200a, einen Transistor 200b, einen Kondensator 292a und einen Kondensator 292b.
  • 28A ist eine Draufsicht auf die Halbleitervorrichtung, die die Speichereinrichtung 600 beinhaltet. 28B ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts, der durch eine Strichpunktlinie A1-A2 in 28A gekennzeichnet ist, und ist auch eine Querschnittsansicht des Transistors 200a und des Transistors 200b in der Kanallängsrichtung. Es sei angemerkt, dass einige Komponenten in der Draufsicht in 28A der Einfachheit der Zeichnung halber nicht dargestellt werden.
  • Wie in 28B dargestellt, weist die Speichereinrichtung 600 eine Achsensymmetrie auf, wobei die Strichpunktlinie A3-A4 als Symmetrieachse dient. Ein Leiter 242c dient sowohl als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des Transistors 200a wie auch als Source-Elektrode oder Drain-Elektrode des Transistors 200b. Ein Leiter 240c dient sowohl als Leiter, der elektrisch mit dem Transistor 200a verbunden ist und als Anschlusspfropfen dient, wie auch als Leiter, der elektrisch mit dem Transistor 200b verbunden ist und als Anschlusspfropfen dient. Demzufolge ermöglicht die vorstehende Verbindungsstruktur der zwei Transistoren, der zwei Kapazitätsvorrichtungen, der Leitung und des Anschlusspfropfens, eine Halbleitervorrichtung, die miniaturisiert oder hoch integriert werden kann, bereitzustellen.
  • Bezüglich der Strukturen und Wirkungen des Transistors 200a, des Transistors 200b, des Kondensators 292a und des Kondensators 292b kann auf die Strukturbeispiele der Halbleitervorrichtung, die in 3A bis 3D und 26 dargestellt wird, Bezug genommen werden.
  • <<Modifikationsbeispiel 2 der Speichereinrichtung>>
  • 29 stellt ein Beispiel dar, in dem eine Speichereinheit 470 eine Transistorschicht 413, die einen Transistor 200T beinhaltet, und vier Speichereinrichtungsschichten 415 (Speichereinrichtungsschichten 415_1 bis 415_4) beinhaltet.
  • Die Speichereinrichtungsschichten 415_1 bis 415_4 beinhalten jeweils eine Vielzahl von Speichereinrichtungen 420. Als Speichereinrichtung 420 kann beispielsweise die in 26 dargestellte Speichereinrichtung 290 oder die in 28A und 28B dargestellte Speichereinrichtung 600 verwendet werden.
  • Die Speichereinrichtung 420 ist über einen Leiter 424 und den Leiter 166 elektrisch mit den Speichereinrichtungen 420, die in unterschiedlichen Speichereinrichtungsschichten 415 enthalten sind, und mit dem Transistor 200T verbunden, der in der Transistorschicht 413 enthalten ist.
  • Die Speichereinheit 470 ist mit dem Isolator 212, dem Isolator 214, dem Isolator 282, dem Isolator 284 und dem Isolator 283 abgedichtet (der Einfachheit halber wird eine derartige Struktur nachstehend als Abdichtungsstruktur bezeichnet). Der Isolator 274 ist um den Isolator 283 herum bereitgestellt. Ein Leiter 440 ist in dem Isolator 274, dem Isolator 212 und dem Isolator 214 bereitgestellt und elektrisch mit einer Elementschicht 411 verbunden.
  • Der Isolator 212 und der Isolator 283 werden vorzugsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet, das eine hohe Wasserstoffsperreigenschaft aufweist. Ferner werden der Isolator 214 und der Isolator 282 vorzugsweise unter Verwendung eines Materials ausgebildet, das eine Funktion zum Einfangen oder Fixieren von Wasserstoff aufweist.
  • Beispiele für das Material mit einer hohen Wasserstoffsperreigenschaft umfassen Siliziumnitrid und Siliziumnitridoxid. Beispiele für das Material mit einer Funktion zum Einfangen oder Fixieren von Wasserstoff umfassen Aluminiumoxid, Hafniumoxid und ein Oxid, das Aluminium und Hafnium enthält (Hafniumaluminat).
  • Materialien, die für den Isolator 212, den Isolator 214, den Isolator 282 und den Isolator 283 verwendet werden, können eine amorphe Struktur oder eine kristalline Struktur aufweisen, obwohl die Kristallstruktur der Materialien nicht besonders beschränkt ist. Beispielsweise wird ein amorpher Aluminiumoxidfilm für das Material, das eine Funktion zum Einfangen oder Fixieren von Wasserstoff aufweist, vorteilhaft verwendet. Amorphes Aluminiumoxid könnte eine größere Menge an Wasserstoff als Aluminiumoxid mit hoher Kristallinität einfangen oder fixieren.
  • Der Isolator 280 wird innerhalb der Abdichtungsstruktur bereitgestellt. Der Isolator 280 weist eine Funktion auf, Sauerstoff durch Erwärmung abzugeben. Der Isolator 280 umfasst einen Bereich mit überschüssigem Sauerstoff.
  • Als Modell von überschüssigem Sauerstoff in dem Isolator 280 kann das folgende Modell angegeben werden, wobei die Diffusion von Wasserstoff in einem Oxidhalbleiter, der in Kontakt mit dem Isolator 280 ist, in Betracht gezogen wird.
  • Wasserstoff in dem Oxidhalbleiter diffundiert durch den Isolator 280, der in Kontakt mit dem Oxidhalbleiter ist, in einen anderen Strukturteil. Der überschüssige Sauerstoff in dem Isolator 280 reagiert mit dem Wasserstoff in dem Oxidhalbleiter, um die OH-Bindung zu bilden, und der Wasserstoff diffundiert in den Isolator 280. Das Wasserstoffatom mit der OH-Bindung reagiert mit dem Sauerstoffatom, das an ein Atom (wie z. B. ein Metallatom) in dem Isolator 282 gebunden ist, wenn das Wasserstoffatom ein Material, das eine Funktion zum Einfangen oder Fixieren von Wasserstoff aufweist (typischerweise den Isolator 282), erreicht, und wird in dem Isolator 282 eingefangen oder fixiert. Im Gegensatz dazu wird es angenommen, dass das Sauerstoffatom des überschüssigen Sauerstoffs, das die OH-Bindung aufwies, als überschüssiger Sauerstoff in dem Isolator 280 verbleibt. Das heißt, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass der überschüssige Sauerstoff in dem Isolator 280 bei der Diffusion des Wasserstoffs als Brücke dient.
  • Ein Herstellungsprozess der Halbleitervorrichtung ist einer der wichtigen Faktoren, um das vorstehende Modell zu erfüllen.
  • Beispielsweise wird der Isolator 280, der überschüssigen Sauerstoff enthält, über dem Oxidhalbleiter ausgebildet, und dann wird der Isolator 282 ausgebildet. Danach wird vorzugsweise eine Wärmebehandlung durchgeführt. Insbesondere wird die Wärmebehandlung bei höher als oder gleich 350 °C, bevorzugt höher als oder gleich 400 °C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre, in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre oder in einer Mischatmosphäre aus Sauerstoff und Stickstoff durchgeführt. Die Wärmebehandlung wird länger als oder gleich 1 Stunde, bevorzugt länger als oder gleich 4 Stunden, bevorzugter länger als oder gleich 8 Stunden durchgeführt.
  • Durch die vorstehende Wärmebehandlung kann Wasserstoff, der in dem Oxidhalbleiter enthalten ist, durch den Isolator 280 und den Isolator 282 nach außen diffundieren. Das heißt, dass die absolute Menge an Wasserstoff in dem Oxidhalbleiter und in der Umgebung des Oxidhalbleiters verringert werden kann.
  • Nach der Wärmebehandlung wird der Isolator 284 ausgebildet. Der Isolator 284 wird unter Verwendung eines Materials mit einer hohen Wasserstoffsperreigenschaft ausgebildet; daher kann verhindert werden, dass nach außen diffundierter Wasserstoff oder Wasserstoff, der sich außen befindet, ins Innere, insbesondere in Richtung des Oxidhalbleiters oder des Isolators 280, eindringt.
  • Es sei angemerkt, dass ein Beispiel, in dem die Wärmebehandlung nach der Ausbildung des Isolators 282 durchgeführt wird, vorstehend beschrieben worden ist; jedoch ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Wärmebehandlung nach der Ausbildung der Transistorschicht 413 oder nach der Ausbildung der Speichereinrichtungsschichten 415_1 bis 415_3 durchgeführt werden. Wenn Wasserstoff durch die Wärmebehandlung nach außen diffundiert, diffundiert Wasserstoff in Aufwärtsrichtung oder in lateraler Richtung der Transistorschicht 413. In ähnlicher Weise diffundiert dann, wenn die Wärmebehandlung nach der Ausbildung der Speichereinrichtungsschichten 415_1 bis 415_3 durchgeführt wird, Wasserstoff in Aufwärtsrichtung oder in lateraler Richtung.
  • Durch den vorstehenden Herstellungsprozess sind der Isolator 214 und der Isolator 284 aneinander befestigt, so dass die vorstehend beschriebene Abdichtungsstruktur gebildet wird.
  • Die vorstehende Struktur und der vorstehende Herstellungsprozess ermöglichen, dass eine Halbleitervorrichtung, die einen Oxidhalbleiter mit einer verringerten Wasserstoffkonzentration enthält, bereitgestellt wird. Beispielsweise umfasst das Oxid 230b, das in dem Transistor 200T oder der Speichereinrichtung 420 enthalten ist, einen Bereich, in dem die durch SIMS gemessene Wasserstoffkonzentration niedriger als 1 × 1020 Atome/cm3, bevorzugt niedriger als 1 × 1019 Atome/cm3 ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann eine Halbleitervorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitgestellt werden. Einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechend kann ferner eine Halbleitervorrichtung mit vorteilhaften elektrischen Eigenschaften bereitgestellt werden.
  • Die Zusammensetzungen, das Verfahren und dergleichen, welche bei dieser Ausführungsform beschrieben worden sind, können je nach Bedarf mit beliebigen der Zusammensetzungen, der Strukturen, der Verfahren und dergleichen, welche bei den anderen Ausführungsformen beschrieben werden, kombiniert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die einen Transistor, der ein Oxid als Halbleiter verwendet (nachstehend in einigen Fällen als OS-Transistor bezeichnet), und einen Kondensator beinhaltet (nachstehend in einigen Fällen als OS-Speichervorrichtung bezeichnet), anhand von 30A, 30B und 31A bis 31C beschrieben. Es handelt sich bei der OS-Speichervorrichtung um eine Speichervorrichtung, die mindestens einen Kondensator und einen OS-Transistor beinhaltet, der das Laden und Entladen des Kondensators steuert. Die OS-Speichervorrichtung weist ausgezeichnete Halteeigenschaften auf, da der Sperrstrom des OS-Transistors sehr niedrig ist, wodurch sie als nichtflüchtiger Speicher dienen kann.
  • <Strukturbeispiel der Speichervorrichtung>
  • 30A stellt ein Beispiel für die Struktur der OS-Speichervorrichtung dar. Eine Speichervorrichtung 1400 beinhaltet eine Peripherieschaltung 1411 und ein Speicherzellenarray 1470. Die Peripherieschaltung 1411 beinhaltet eine Zeilenschaltung 1420, eine Spaltenschaltung 1430, eine Ausgabeschaltung 1440 und eine Steuerlogikschaltung 1460.
  • Die Spaltenschaltung 1430 beinhaltet beispielsweise einen Spaltendecoder, eine Vorladeschaltung, einen Leseverstärker, eine Schreibschaltung und dergleichen. Die Vorladeschaltung weist eine Funktion zum Vorladen von Leitungen auf. Der Leseverstärker weist eine Funktion zum Verstärken eines Datensignals, das von einer Speicherzelle gelesen wird, auf. Die oben erwähnten Leitungen sind mit Speicherzellen verbunden, die in dem Speicherzellenarray 1470 enthalten sind, und werden später ausführlich beschrieben. Das verstärkte Datensignal wird als Datensignal RDATA über die Ausgabeschaltung 1440 zur Außenseite der Speichervorrichtung 1400 ausgegeben. Die Zeilenschaltung 1420 beinhaltet beispielsweise einen Zeilendecoder, eine Wortleitungstreiberschaltung und dergleichen und kann eine Zeile, auf die zugegriffen werden soll, auswählen.
  • Als Versorgungsspannungen von außen werden der Speichervorrichtung 1400 eine niedrige Versorgungsspannung (VSS), eine hohe Versorgungsspannung (VDD) für die Peripherieschaltung 1411 und eine hohe Versorgungsspannung (VIL) für das Speicherzellenarray 1470 zugeführt. Steuersignale (CE, WE, RE), ein Adressensignal ADDR und ein Datensignal WDATA werden von außen in die Speichervorrichtung 1400 eingegeben. Das Adressensignal ADDR wird in den Zeilendecoder und den Spaltendecoder eingegeben, und das Datensignal WDATA wird in die Schreibschaltung eingegeben.
  • Die Steuerlogikschaltung 1460 verarbeitet die von außen eingegebenen Steuersignale (CE, WE und RE) und erzeugt Steuersignale für den Zeilendecoder und den Spaltendecoder. Das Steuersignal CE ist ein Chipfreigabesignal, das Steuersignal WE ist ein Schreibfreigabesignal und das Steuersignal RE ist ein Lesefreigabesignal. Signale, die durch die Steuerlogikschaltung 1460 verarbeitet werden, sind nicht darauf beschränkt, und andere Steuersignale können nach Bedarf eingegeben werden.
  • Das Speicherzellenarray 1470 umfasst eine Vielzahl von in einer Matrix angeordneten Speicherzellen MC und eine Vielzahl von Leitungen. Die Anzahl von Leitungen, die das Speicherzellenarray 1470 mit der Zeilenschaltung 1420 verbindet, wird entsprechend der Struktur der Speicherzelle MC, der Anzahl von Speicherzellen MC, die in einer Spalte angeordnet sind, und dergleichen bestimmt. Die Anzahl von Leitungen, die das Speicherzellenarray 1470 mit der Spaltenschaltung 1430 verbindet, wird entsprechend der Struktur der Speicherzelle MC, der Anzahl von Speicherzellen MC, die in einer Zeile angeordnet sind, und dergleichen bestimmt.
  • Es sei angemerkt, dass 30A ein Beispiel darstellt, in dem die Peripherieschaltung 1411 und das Speicherzellenarray 1470 auf derselben Ebene ausgebildet werden; diese Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann, wie in 30B dargestellt, das Speicherzellenarray 1470 über einem Teil der Peripherieschaltung 1411 derart bereitgestellt werden, dass es sich mit der Peripherieschaltung 1411 überlappt. Beispielsweise kann ein Leseverstärker unterhalb des Speicherzellenarrays 1470 derart bereitgestellt werden, dass er sich mit dem Speicherzellenarray 1470 überlappt.
  • 31A bis 31C stellen Strukturbeispiele einer Speicherzelle dar, die als Speicherzelle MC verwendet werden kann.
  • [DOSRAM]
  • 31A bis 31C stellen Schaltungskonfigurationsbeispiele einer Speicherzelle eines DRAM dar. In dieser Beschreibung und dergleichen wird in einigen Fällen ein DRAM, in dem eine Speicherzelle, die einen OS-Transistor und einen Kondensator beinhaltet, verwendet wird, als DOSRAM (Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory) bezeichnet. Eine Speicherzelle 1471, die in 31A dargestellt wird, beinhaltet einen Transistor M1 und einen Kondensator CA. Es sei angemerkt, dass der Transistor M1 ein Gate (in einigen Fällen als Frontgate bezeichnet) und ein Rückgate beinhaltet.
  • Ein erster Anschluss des Transistors M1 ist mit einem ersten Anschluss des Kondensators CA verbunden. Ein zweiter Anschluss des Transistors M1 ist mit einer Leitung BIL verbunden. Ein Gate des Transistors M1 ist mit einer Leitung WOL verbunden. Ein Rückgate des Transistors M1 ist mit einer Leitung BGL verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kondensators CA ist mit einer Leitung CAL verbunden.
  • Die Leitung BIL dient als Bitleitung, und die Leitung WOL dient als Wortleitung. Die Leitung CAL dient als Leitung zum Anlegen eines vorbestimmten Potentials an den zweiten Anschluss des Kondensators CA. Beim Schreiben und Lesen von Daten kann ein Erdpotential oder ein niedriges Potential an eine Leitung LL angelegt werden. Die Leitung BGL dient als Leitung zum Anlegen eines Potentials an das Rückgate des Transistors M1. Indem ein beliebiges Potential an die Leitung BGL angelegt wird, kann die Schwellenspannung des Transistors M1 erhöht oder verringert werden.
  • Hier entspricht die in 31A dargestellte Speicherzelle 1471 der in 26 dargestellten Speichervorrichtung. Das heißt, dass der Transistor M1 und der Kondensator CA dem Transistor 200 bzw. dem Kondensator 292 entsprechen.
  • Die Speicherzelle MC ist nicht auf die Speicherzelle 1471 beschränkt, und ihre Schaltungskonfiguration kann geändert werden. Beispielsweise kann die Speicherzelle MC eine Struktur aufweisen, bei der das Rückgate des Transistors M1 nicht mit der Leitung BGL, sondern mit der Leitung WOL verbunden ist, wie bei einer in 31B dargestellten Speicherzelle 1472. Als weiteres Beispiel kann die Speicherzelle MC mit einem Single-Gate-Transistor, d. h. dem Transistor M1 ohne Rückgate, ausgebildet werden, wie bei einer in 31C dargestellten Speicherzelle 1473.
  • In dem Fall, in dem die Halbleitervorrichtung, die bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, in der Speicherzelle 1471 und dergleichen verwendet wird, kann der Transistor 200 als Transistor M1 verwendet werden, und der Kondensator 292 kann als Kondensator CA verwendet werden. Indem ein OS-Transistor als Transistor M1 verwendet wird, kann der Transistor M1 einen sehr niedrigen Leckstrom aufweisen. Das heißt, dass geschriebene Daten durch Verwendung des Transistors M1 für eine lange Zeit gehalten werden können, wodurch die Häufigkeit der Aktualisierung der Speicherzelle verringert werden kann. Außerdem kann ein Aktualisierungsvorgang einer Speicherzelle unnötig werden. Außerdem können, da der Leckstrom sehr niedrig ist, mehrstufige Daten oder analoge Daten in der Speicherzelle 1471, der Speicherzelle 1472 und der Speicherzelle 1473 gehalten werden.
  • In dem DOSRAM wird, wie vorstehend beschrieben, ein Leseverstärker unter dem Speicherzellenarray 1470 derart bereitgestellt, dass er sich mit dem Speicherzellenarray 1470 überlappt; auf diese Weise kann die Bitleitung verkürzt werden. Dadurch wird die Kapazität der Bitleitung verringert, was ermöglicht, dass die Speicherkapazität der Speicherzelle verringert wird.
  • Es sei angemerkt, dass die Strukturen der Peripherieschaltung 1411, des Speicherzellenarrays 1470 und dergleichen, die bei dieser Ausführungsform beschrieben werden, nicht auf das Vorstehende beschränkt sind. Die Anordnung und Funktionen dieser Schaltungen und der Leitungen, Schaltungselemente und dergleichen, die mit den Schaltungen verbunden sind, können nach Bedarf geändert, entfernt oder hinzugefügt werden.
  • Im Allgemeinen werden verschiedene Speichervorrichtungen (Speicher) je nach dem Zweck für Halbleitervorrichtungen, wie z. B. einen Computer, verwendet. 32 zeigt ein Diagramm, das verschiedene Speichervorrichtungen in hierarchischer Reihenfolge zeigt. Die Speichervorrichtungen in den höheren Stufen erfordern eine höhere Zugriffsgeschwindigkeit, und die Speichervorrichtungen in den niedrigeren Stufen erfordern eine größere Speicherkapazität und eine höhere Aufzeichnungsdichte. In 32 werden in absteigender Reihenfolge der Stufe ein Speicher, der als Register in einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung, wie z. B. einer CPU, enthalten ist, ein SRAM (Static Random Access Memory), ein DRAM (Dynamic Random Access Memory) und ein 3D-NAND-Speicher gezeigt.
  • Ein Speicher, der als Register in einer arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung, wie z. B. einer CPU, enthalten ist, wird beispielsweise für eine temporäre Speicherung von Berechnungsergebnissen verwendet; daher greift die arithmetische Verarbeitungsvorrichtung sehr häufig auf den Speicher zu. Demzufolge wird eine hohe Betriebsgeschwindigkeit stärker erfordert als die Speicherkapazität. Das Register weist auch eine Funktion zum Halten von Einstellungsinformationen der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung oder dergleichen auf.
  • Ein SRAM wird beispielsweise für einen Cache verwendet. Der Cache weist eine Funktion zum Halten einer Kopie eines Teils von Daten auf, die in einem Hauptspeicher gehalten sind. Indem eine Kopie von häufig verwendeten Daten in dem Cache gehalten wird, kann die Zugriffsgeschwindigkeit auf die Daten erhöht werden.
  • Ein DRAM wird beispielsweise für den Hauptspeicher verwendet. Der Hauptspeicher weist eine Funktion zum Halten eines Programms oder von Daten auf, die aus einem Storage gelesen werden. Die Aufzeichnungsdichte eines DRAM ist ungefähr 0,1 bis 0,3 Gbit/mm2.
  • Ein 3D-NAND-Speicher wird beispielsweise für einen Storage verwendet. Der Storage weist eine Funktion zum Halten von Daten, die lange Zeit gehalten werden sollen, verschiedenen Programmen, die in der arithmetischen Verarbeitungsvorrichtung verwendet werden, oder dergleichen auf. Deshalb erfordert der Storage eine hohe Speicherkapazität und eine hohe Aufzeichnungsdichte stärker als die Betriebsgeschwindigkeit. Die Aufzeichnungsdichte einer Speichervorrichtung, die für einen Storage verwendet wird, ist ungefähr 0,6 bis 6,0 Gbit/mm2.
  • Die Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mit hoher Geschwindigkeit arbeiten und Daten lange Zeit halten. Die Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann als Speichervorrichtung in einem Grenzbereich 901, der sowohl die Stufe, in der sich ein Cache befindet, als auch die Stufe umfasst, in der sich ein Hauptspeicher befindet, vorteilhaft verwendet werden. Alternativ kann die Speichervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Speichervorrichtung in einem Grenzbereich 902, der sowohl die Stufe, in der sich ein Hauptspeicher befindet, als auch die Stufe umfasst, in der sich ein Storage befindet, vorteilhaft verwendet werden.
  • Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer geeigneten Kombination mit einer beliebigen der bei den anderen Ausführungsformen und dergleichen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
  • (Ausführungsform 4)
  • Bei dieser Ausführungsform wird ein Beispiel für einen Chip 1200, auf dem eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung montiert ist, anhand von 33A und 33B beschrieben. Eine Vielzahl von Schaltungen (Systemen) ist auf dem Chip 1200 montiert. Die Technologie, bei der eine Vielzahl von Schaltungen (Systemen) auf einem Chip integriert ist, wird in einigen Fällen als System-on-Chip (SoC) bezeichnet.
  • Wie in 33A dargestellt, beinhaltet der Chip 1200 eine CPU 1211, eine GPU 1212, einen oder mehrere analoge arithmetische Abschnitte 1213, eine oder mehrere Speichersteuerungen 1214, eine oder mehrere Schnittstellen 1215, eine oder mehrere Netzwerkschaltungen 1216 und dergleichen.
  • Ein Bump (nicht dargestellt) ist auf dem Chip 1200 vorgesehen, und wie in 33B dargestellt, ist der Chip 1200 mit einer ersten Oberfläche einer gedruckten Leiterplatte (printed circuit board, PCB) 1201 verbunden. Eine Vielzahl von Bumps 1202 ist auf der Rückseite der ersten Oberfläche der PCB 1201 vorgesehen, und die PCB 1201 ist mit einer Hauptplatine 1203 verbunden.
  • Speichervorrichtungen, wie z. B. ein DRAM 1221 und ein Flash-Speicher 1222, können bei der Hauptplatine 1203 bereitgestellt werden. Beispielsweise kann ein DOSRAM, das bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, als DRAM 1221 verwendet werden. Beispielsweise kann ein NOSRAM, das bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, als Flash-Speicher 1222 verwendet werden.
  • Die CPU 1211 umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von CPU-Kernen. Die GPU 1212 umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von GPU-Kernen. Die CPU 1211 und die GPU 1212 können jeweils einen Speicher zum temporären Speichern von Daten umfassen. Alternativ kann ein gemeinsamer Speicher für die CPU 1211 und die GPU 1212 bei dem Chip 1200 bereitgestellt werden. Als Speicher kann das DOSRAM, der vorstehend beschrieben worden ist, verwendet werden. Die GPU 1212 ist zur parallelen Bearbeitung einer großen Menge von Daten geeignet und kann daher für eine Bildverarbeitung und eine Produkt-Summen-Operation verwendet werden. Wenn eine Bildverarbeitungsschaltung oder eine Produkt-Summen-Operations-Schaltung unter Verwendung eines Oxidhalbleiters der vorliegenden Erfindung in der GPU 1212 bereitgestellt wird, können eine Bildverarbeitung und eine Produkt-Summen-Operation mit geringem Stromverbrauch ausgeführt werden.
  • Da die CPU 1211 und die GPU 1212 bei dem gleichen Chip bereitgestellt sind, kann eine Leitung zwischen der CPU 1211 und der GPU 1212 verkürzt werden; demzufolge können eine Datenübertragung von der CPU 1211 auf die GPU 1212, eine Datenübertragung zwischen den Speichern, die in der CPU 1211 und der GPU 1212 enthalten sind, und eine Übertragung von Operationsergebnissen von der GPU 1212 auf die CPU 1211 nach der Operation in der GPU 1212 mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Der analoge arithmetische Abschnitt 1213 beinhaltet eine Analog/Digital- (A/D-) Wandlerschaltung und/oder eine Digital/Analog- (D/A-) Wandlerschaltung. In dem analogen arithmetischen Abschnitt 1213 kann ferner die vorstehend beschriebene Produkt-Summen-Operations-Schaltung bereitgestellt werden.
  • Die Speichersteuerung 1214 beinhaltet eine Schaltung, die als Steuerung des DRAM 1221 dient, und eine Schaltung, die als Schnittstelle des Flash-Speichers 1222 dient.
  • Die Schnittstelle 1215 beinhaltet eine Schnittstellenschaltung, die mit einem externen Verbindungsgerät, wie z. B. einer Anzeigevorrichtung, einem Lautsprecher, einem Mikrofon, einer Kamera und einer Steuerung, verbunden ist. Beispiele für die Steuerung umfassen eine Maus, eine Tastatur und einen Gamecontroller. Als derartige Schnittstelle kann ein Universal Serial Bus (USB), ein High-Definition Multimedia Interface (HDMI) (eingetragenes Markenzeichen) oder dergleichen verwendet werden.
  • Die Netzwerkschaltung 1216 umfasst eine Netzwerkschaltung, wie z. B. ein lokales Netzwerk (Local Area Network, LAN). Darüber hinaus kann die Netzwerkschaltung 1216 eine Schaltung für die Netzwerksicherheit enthalten.
  • Bei dem Chip 1200 können die vorstehenden Schaltungen (Systeme) durch den gleichen Herstellungsprozess ausgebildet werden. Folglich ist es selbst dann, wenn die Anzahl von Schaltungen zunimmt, die für den Chip 1200 erforderlich sind, unnötig, die Anzahl von Schritten im Herstellungsprozess zu erhöhen; somit kann der Chip 1200 mit geringen Kosten hergestellt werden.
  • Die Hauptplatine 1203, die mit der PCB 1201, auf der der Chip 1200, der die GPU 1212 beinhaltet, montiert ist, dem DRAM 1221 und dem Flash-Speicher 1222 bereitgestellt ist, kann als GPU-Modul 1204 bezeichnet werden.
  • Das GPU-Modul 1204 beinhaltet den Chip 1200, bei dem die SoC-Technologie zum Einsatz kommt, und kann daher eine kleine Größe aufweisen. Das GPU-Modul 1204 zeichnet sich durch eine Bildverarbeitung aus, und daher wird es für ein tragbares elektronisches Gerät, wie z. B. ein Smartphone, einen Tablet-Computer, einen Laptop-PC und eine tragbare (mobile) Spielekonsole, vorteilhaft verwendet. Die Produkt-Summen-Operations-Schaltung, in der die GPU 1212 verwendet wird, kann die Operation unter Verwendung eines tiefen neuronalen Netzes (deep neural network, DNN), eines faltenden neuronalen Netzes (convolutional neural network, CNN), eines rekurrenten neuronalen Netzes (RNN), eines Autoencoders, einer tiefen Boltzmann-Maschine (deep Boltzmann machine, DBM), eines Deep Belief Network (DBN) oder dergleichen durchführen; daher kann der Chip 1200 als KI-Chip verwendet werden oder das GPU-Modul 1204 kann als KI-System-Modul verwendet werden.
  • Die bei dieser Ausführungsform beschriebene Struktur kann in einer geeigneten Kombination mit einer beliebigen der bei den anderen Ausführungsformen und dergleichen beschriebenen Strukturen verwendet werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Beispiele für elektronische Bauelemente und elektronische Geräte beschrieben, die die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Speichervorrichtung und dergleichen beinhalten.
  • <Elektronisches Bauelement>
  • Zuerst wird ein Beispiel für ein elektronisches Bauelement, das eine Speichervorrichtung 720 beinhaltet, anhand von 34A und 34B beschrieben.
  • 34A stellt perspektivische Ansichten eines elektronischen Bauelements 700 und eines Substrats (einer Leiterplatte 704) dar, auf dem das elektronische Bauelement 700 montiert ist. Das in 34A dargestellte elektronische Bauelement 700 umfasst die Speichervorrichtung 720 in einem Formteil 711. In 34A wird ein Teil weggelassen, um das Innere des elektronischen Bauelements 700 darzustellen. Das elektronische Bauelement 700 weist ein Lötauge 712 auf der Außenseite des Formteils 711 auf. Das Lötauge 712 ist elektrisch mit einem Elektrodenpad 713 verbunden, und das Elektrodenpad 713 ist über eine Leitung 714 elektrisch mit der Speichervorrichtung 720 verbunden. Das elektronische Bauelement 700 ist beispielsweise auf einer gedruckten Leiterplatte 702 montiert. Eine Vielzahl von derartigen elektronischen Bauelementen wird kombiniert und auf der gedruckten Leiterplatte 702 elektrisch miteinander verbunden; somit wird die Leiterplatte 704 fertiggestellt.
  • Die Speichervorrichtung 720 beinhaltet eine Treiberschaltungsschicht 721 und eine Speicherschaltungsschicht 722.
  • 34B stellt eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauelements 730 dar. Das elektronische Bauelement 730 ist ein Beispiel für ein System-in-Package (SiP) oder ein Multi-Chip-Modul (MCM). Bei dem elektronischen Bauelement 730 wird ein Abstandhalter 731 über einem Gehäusesubstrat 732 (einer gedruckten Leiterplatte) bereitgestellt und werden eine Halbleitervorrichtung 735 und eine Vielzahl der Speichervorrichtungen 720 über dem Abstandhalter 731 bereitgestellt.
  • Bei dem elektronischen Bauelement 730 wird ein Beispiel gezeigt, in dem die Speichervorrichtung 720 als Speicher mit hoher Bandbreite (High Bandwidth Memory, HBM) verwendet wird. Außerdem kann für die Halbleitervorrichtung 735 eine integrierte Schaltung (eine Halbleitervorrichtung), wie z. B. eine CPU, eine GPU oder ein FPGA, verwendet werden.
  • Als Gehäusesubstrat 732 kann ein Keramiksubstrat, ein Kunststoffsubstrat, ein Glasepoxidsubstrat oder dergleichen verwendet werden. Als Abstandshalter 731 kann ein Siliziumabstandshalter, ein Harzabstandshalter oder dergleichen verwendet werden.
  • Der Abstandhalter 731 beinhaltet eine Vielzahl von Leitungen und weist eine Funktion auf, eine Vielzahl von integrierten Schaltungen mit unterschiedlichen Anschlussabständen elektrisch zu verbinden. Die Vielzahl von Leitungen ist als Einzelschicht oder Schichtanordnung bereitgestellt. Der Abstandshalter 731 funktioniert ferner derart, dass er die integrierten Schaltungen, die über dem Abstandshalter 731 bereitgestellt sind, elektrisch mit einer Elektrode des Gehäusesubstrats 732 verbindet. Aus diesen Gründen wird der Abstandshalter in einigen Fällen als „Umverdrahtungssubstrat“ oder „Mittelsubstrat“ bezeichnet. In einigen Fällen wird der Abstandshalter 731 mit einer Durchgangselektrode versehen, und unter Verwendung dieser Durchgangselektrode werden die integrierte Schaltung und das Gehäusesubstrat 732 elektrisch verbunden. Beim Siliziumabstandshalter kann ferner als Durchgangselektrode eine Silizium-Durchkontaktierung (Through Silicon Via, TSV) verwendet werden.
  • Als Abstandshalter 731 wird vorzugsweise ein Siliziumabstandshalter verwendet. Es ist unnötig, bei einem Siliziumabstandshalter ein aktives Element bereitzustellen; daher kann er mit geringeren Kosten hergestellt werden als eine integrierte Schaltung. Andererseits können Leitungen für einen Siliziumabstandshalter durch einen Halbleiterprozess ausgebildet werden; daher kann die Ausbildung von miniaturisierten Leitungen leicht erzielt werden, was bei einem Harzabstandshalter schwer ist.
  • Beim HBM müssen viele Leitungen verbunden werden, um eine hohe Speicherbandbreite zu erzielen. Aus diesem Grund wird bei dem Abstandshalter, an dem ein HBM montiert wird, eine Ausbildung von miniaturisierten Leitungen mit hoher Dichte erfordert. Daher wird als Abstandshalter, an dem ein HBM montiert wird, vorzugsweise ein Siliziumabstandshalter verwendet.
  • Beim SiP, MCM oder dergleichen, bei dem ein Siliziumabstandshalter verwendet wird, tritt eine Verringerung der Zuverlässigkeit aufgrund der Differenz zwischen dem Ausdehnungskoeffizienten der integrierten Schaltung und demjenigen des Abstandshalters mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf. Ferner tritt, da die Ebenheit der Oberfläche des Siliziumabstandshalters hoch ist, eine schlechte Verbindung zwischen der integrierten Schaltung, die über dem Siliziumabstandshalter bereitgestellt ist, und dem Siliziumabstandshalter mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf. Insbesondere wird beim 2,5D-Gehäuse (2,5D-Montierung), bei dem eine Vielzahl von integrierten Schaltungen über einem Abstandshalter nebeneinander angeordnet wird, vorzugsweise ein Siliziumabstandshalter verwendet.
  • Des Weiteren kann ein Kühlkörper (eine Abstrahlplatte) derart bereitgestellt werden, dass er sich mit dem elektronischen Bauelement 730 überlappt. In dem Fall, in dem ein Kühlkörper bereitgestellt wird, sind die Höhen der integrierten Schaltungen, die über dem Abstandhalter 731 bereitgestellt werden, vorzugsweise gleich. Beispielsweise sind bei dem bei dieser Ausführungsform beschriebenen elektronischen Bauelement 730 die Höhen der Speichervorrichtungen 720 und der Halbleitervorrichtung 735 vorzugsweise gleich.
  • An dem Unterteil des Gehäusesubstrats 732 kann eine Elektrode 733 bereitgestellt werden, um das elektronische Bauelement 730 an einem anderen Substrat zu montieren. 34B stellt ein Beispiel dar, in dem die Elektrode 733 unter Verwendung von Lotkugeln ausgebildet ist. Indem die Lotkugeln an dem Unterteil des Gehäusesubstrats 732 in einer Matrix bereitgestellt werden, kann eine Ball-Grid-Array-(BGA-) Montierung erzielt werden. Außerdem kann die Elektrode 733 unter Verwendung von leitenden Stiften ausgebildet werden. Indem die leitenden Stifte an dem Unterteil des Gehäusesubstrats 732 in einer Matrix bereitgestellt werden, kann eine Pin-Grid-Array-(PGA-) Montierung erzielt werden.
  • Das elektronische Bauelement 730 kann ohne Beschränkung auf BGA und PGA durch verschiedene Montageverfahren an einem anderen Substrat montiert werden. Beispielsweise können die folgenden Montageverfahren zum Einsatz kommen: Staggered Pin Grid Array (SPGA), Land Grid Array (LGA), Quad Flat Package (QFP), Quad Flat J-Ieaded Package (QFJ), Quad Flat Non-leaded Package (QFN) oder dergleichen.
  • Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und dergleichen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 6)
  • Bei dieser Ausführungsform werden Anwendungsbeispiele der Speichervorrichtung mit der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen Halbleitervorrichtung beschrieben. Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann beispielsweise auf Speichervorrichtungen einer Vielzahl von elektronischen Geräten (z. B. Informationsendgeräte, Computer, Smartphones, E-Book-Lesegeräte, Digitalkameras (einschließlich Videokameras), Videoaufzeichnungs-/Wiedergabegeräte und Navigationssysteme) angewendet werden. Hier bezieht sich der Computer nicht nur auf einen Tablet-Computer, einen Laptop und einen Schreibtischcomputer, sondern auch auf einen großen Computer, wie z. B. ein Server-System. Alternativ wird die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung auf Wechseldatenträger wie Speicherkarten (z. B. SD-Karten), USB-Speicher und Solid State Drives (SSD) angewendet. 35A bis 35E stellen einige Strukturbeispiele von Wechseldatenträgern schematisch dar. Beispielsweise wird die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung zu einem gepackten Speicher-Chip verarbeitet und in einer Vielzahl von Speichervorrichtungen und Wechselspeichern verwendet.
  • 35A ist eine schematische Darstellung eines USB-Speichers. Ein USB-Speicher 1100 beinhaltet ein Gehäuse 1101, eine Kappe 1102, einen USB-Anschluss 1103 und ein Substrat 1104. Das Substrat 1104 ist in dem Gehäuse 1101 untergebracht. Beispielsweise werden ein Speicher-Chip 1105 und ein Steuer-Chip 1106 an dem Substrat 1104 angebracht. Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann in den Speicher-Chip 1105 oder dergleichen integriert werden.
  • 35B ist eine schematische externe Darstellung einer SD-Karte, und 35C ist eine schematische Darstellung, die die Innenstruktur der SD-Karte darstellt. Eine SD-Karte 1110 beinhaltet ein Gehäuse 1111, einen Anschluss 1112 und ein Substrat 1113. Das Substrat 1113 ist in dem Gehäuse 1111 untergebracht. Beispielsweise werden ein Speicher-Chip 1114 und ein Steuer-Chip 1115 an dem Substrat 1113 angebracht. Wenn der Speicher-Chip 1114 auch an der Rückseite des Substrats 1113 bereitgestellt wird, kann die Kapazität der SD-Karte 1110 erhöht werden. Außerdem kann ein drahtloser Chip, der zur drahtlosen Kommunikation geeignet ist, auf dem Substrat 1113 bereitgestellt werden. Mit einem derartigen drahtlosen Chip können Daten per Funkverbindung zwischen einem Host-Gerät und der SD-Karte 1110 aus dem Speicher-Chip 1114 gelesen und in diesen geschrieben werden. Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann in den Speicher-Chip 1114 oder dergleichen integriert werden.
  • 35D ist eine schematische externe Darstellung eines SSD, und 35E ist eine schematische Darstellung, die die Innenstruktur des SSD darstellt. Ein SSD 1150 beinhaltet ein Gehäuse 1151, einen Anschluss 1152 und ein Substrat 1153. Das Substrat 1153 ist in dem Gehäuse 1151 untergebracht. Beispielsweise werden ein Speicher-Chip 1154, ein Speicher-Chip 1155 und ein Steuer-Chip 1156 an dem Substrat 1153 angebracht. Der Speicher-Chip 1155 ist ein Arbeitsspeicher des Steuer-Chips 1156, und es kann z. B. ein DOSRAM-Chip verwendet werden. Wenn der Speicher-Chip 1154 auch an der Rückseite des Substrats 1153 bereitgestellt wird, kann die Kapazität des SSD 1150 erhöht werden. Die bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Halbleitervorrichtung kann in den Speicher-Chip 1154 oder dergleichen integriert werden.
  • Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und dergleichen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
  • (Ausführungsform 7)
  • Eine Halbleitervorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann für einen Prozessor, wie z. B. eine CPU oder eine GPU, oder einen Chip verwendet werden. 36A bis 36H stellen spezifische Beispiele für elektronische Geräte dar, die einen Prozessor, wie z. B. eine CPU oder eine GPU, oder einen Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten.
  • <Elektronisches Gerät und System>
  • Die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann auf verschiedenen elektronischen Geräten montiert werden. Als Beispiele für elektronische Geräte können elektronische Geräte mit einem relativ großen Bildschirm, wie beispielsweise ein Fernsehgerät, ein Monitor eines Desktop- oder Laptop-Informationsendgeräts, eine Digital Signage und ein großer Spielautomat wie ein Flipperautomat, eine Digitalkamera, eine digitale Videokamera, ein digitaler Fotorahmen, ein E-Book-Lesegerät, ein Mobiltelefon, eine tragbare Spielkonsole, ein tragbares Informationsendgerät und ein Audiowiedergabegerät angegeben werden. Indem die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem elektronischen Gerät bereitgestellt wird, kann das elektronische Gerät mit einer künstlichen Intelligenz ausgestattet sein.
  • Das elektronische Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Antenne beinhalten. Wenn die Antenne ein Signal empfängt, können ein Bild, Informationen oder dergleichen auf einem Anzeigeabschnitt angezeigt werden. Wenn das elektronische Gerät die Antenne und eine Sekundärbatterie beinhaltet, kann die Antenne für die kontaktlose Energieübertragung verwendet werden.
  • Das elektronische Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann einen Sensor (einen Sensor mit einer Funktion zum Messen von Kraft, Verschiebung, Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Winkelgeschwindigkeit, Drehzahl, Abstand, Licht, Flüssigkeit, Magnetismus, Temperatur, chemischer Substanz, Ton, Zeit, Härte, elektrischem Feld, elektrischem Strom, elektrischer Spannung, elektrischer Leistung, Strahlung, Durchflussrate, Feuchtigkeit, Steigungsgrad, Schwingung, Geruch oder Infrarotstrahlen) beinhalten.
  • Das elektronische Gerät einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann verschiedene Funktionen aufweisen. Beispielsweise kann das elektronische Gerät eine Funktion zum Anzeigen verschiedener Informationen (eines Standbildes, eines bewegten Bildes, eines Textbildes und dergleichen) auf dem Anzeigeabschnitt, eine Touchscreen-Funktion, eine Funktion zum Anzeigen eines Kalenders, des Datums, der Zeit und dergleichen, eine Funktion zum Ausführen diverser Arten von Software (Programmen), eine drahtlose Kommunikationsfunktion und eine Funktion zum Lesen eines Programms oder der Daten, das/die in einem Speichermedium gespeichert ist/sind, aufweisen. 36A bis 36H zeigen Beispiele für elektronische Geräte.
  • [Informationsendgerät]
  • 36A stellt ein Mobiltelefon (Smartphone) dar, das eine Art von Informationsendgerät ist. Ein Informationsendgerät 5100 beinhaltet ein Gehäuse 5101 und einen Anzeigeabschnitt 5102. Ein Touchscreen wird als Eingabeschnittstelle in dem Anzeigeabschnitt 5102 bereitgestellt, und Knöpfe werden in dem Gehäuse 5101 bereitgestellt.
  • Das Informationsendgerät 5100 kann unter Verwendung des Chips einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Applikation, bei der die künstliche Intelligenz genutzt wird, ausführen. Beispiele für die Applikation, bei der die künstliche Intelligenz genutzt wird, umfassen eine Applikation, die das Gespräch erkennt und den Inhalt des Gesprächs an dem Anzeigeabschnitt 5102 anzeigt, eine Applikation, die einen Text, eine Figur oder dergleichen, welche ein Benutzer in den Touchscreen des Anzeigeabschnitts 5102 eingibt, erkennt und sie an dem Anzeigeabschnitt 5102 anzeigt, und eine Applikation, die eine biometrische Identifizierung mittels Fingerabdrücke oder Stimmabdrücke ausführt.
  • 36B stellt ein Laptop-Informationsendgerät 5200 dar. Das Laptop-Informationsendgerät 5200 beinhaltet einen Hauptteil 5201 des Informationsendgeräts, einen Anzeigeabschnitt 5202 und eine Tastatur 5203.
  • Das Laptop-Informationsendgerät 5200 kann unter Verwendung des Chips einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, auf ähnliche Weise wie das vorstehend beschriebene Informationsendgerät 5100, eine Applikation, bei der die künstliche Intelligenz genutzt wird, ausführen. Beispiele für die Applikation, bei der die künstliche Intelligenz genutzt wird, umfassen eine Software zur Design-Unterstützung, eine Software zur Textkorrektur und eine Software zur automatischen Menügenerierung. Unter Verwendung des Laptop-Informationsendgeräts 5200 kann eine neuartige künstliche Intelligenz entwickelt werden.
  • Im Obigen stellen 36A und 36B als Beispiele für das elektronische Gerät das Smartphone bzw. das Laptop-Informationsendgerät dar; jedoch können andere Informationsendgeräte als ein Smartphone und ein Laptop-Informationsendgerät verwendet werden. Beispiele für andere Informationsendgeräte als ein Smartphone und ein Laptop-Informationsendgerät sind ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein Desktop-Informationsendgerät und eine Workstation.
  • [Spielkonsole]
  • 36C stellt eine tragbare Spielkonsole 5300 dar, die ein Beispiel für eine Spielkonsole ist. Die tragbare Spielkonsole 5300 beinhaltet ein Gehäuse 5301, ein Gehäuse 5302, ein Gehäuse 5303, einen Anzeigeabschnitt 5304, einen Anschluss 5305, eine Bedientaste 5306 und dergleichen. Das Gehäuse 5302 und das Gehäuse 5303 können von dem Gehäuse 5301 abgetrennt werden. Indem der Anschluss 5305, der in dem Gehäuse 5301 bereitgestellt wird, an einem anderen Gehäuse (nicht dargestellt) verbunden wird, können Bilder, die an den Anzeigeabschnitt 5304 ausgegeben werden, an ein anderes Videogerät (nicht dargestellt) ausgegeben werden. Das Gehäuse 5302 und das Gehäuse 5303 können dabei jeweils als Betriebsabschnitt dienen. Dadurch kann eine Vielzahl von Spielern gleichzeitig ein Spiel genießen. Der bei der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Chip kann an einem Chip oder dergleichen, der an einem Substrat jedes des Gehäuses 5301, des Gehäuses 5302 und des Gehäuses 5303 bereitgestellt wird, montiert werden.
  • 36D stellt eine stationäre Spielkonsole 5400 dar, die ein Beispiel für eine Spielkonsole ist. Die stationäre Spielkonsole 5400 ist drahtlos oder nicht drahtlos mit einem Controller 5402 verbunden.
  • Unter Verwendung der GPU oder des Chips einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei einer Spielkonsole, wie z. B. der tragbaren Spielkonsole 5300 oder der stationären Spielkonsole 5400, kann eine Spielkonsole mit geringem Stromverbrauch erzielt werden. Der geringe Stromverbrauch ermöglicht eine Verringerung der Wärmeerzeugung von der Schaltung, wodurch der Einfluss der Wärmeerzeugung auf die Schaltung, die Peripherieschaltung und das Modul verringert werden kann.
  • Wenn die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der tragbaren Spielkonsole 5300 verwendet wird, kann außerdem die tragbare Spielkonsole 5300 mit künstlicher Intelligenz erhalten werden.
  • Im Allgemeinen werden das Fortschreiten eines Spiels, die Worten und Taten eines Spielcharakters und die Darstellung eines Phänomens und dergleichen in dem Spiel durch das Programm des Spiels bestimmt; jedoch ermöglicht die Verwendung einer künstlichen Intelligenz bei der tragbaren Spielkonsole 5300 die Darstellung, die nicht durch das Spielprogramm beschränkt wird. So können beispielsweise Ausdrücke, wie z. B. vom Spieler gestellte Fragen, der Spielverlauf, die Zeit und die Worten und Taten von Spielfiguren, geändert werden.
  • Wenn ein Spiel, das eine Vielzahl von Spielern benötigt, bei der tragbaren Spielkonsole 5300 gespielt wird, kann die künstliche Intelligenz einen virtuellen Spieler bilden; daher kann das Spiel allein gespielt werden, wenn der Spieler, der von der künstlichen Intelligenz gebildet wird, als Gegner verwendet wird.
  • Obwohl 36C und 36D die tragbare Spielkonsole bzw. die stationäre Spielkonsole als Beispiele für die Spielkonsole darstellen, ist die Spielkonsole, bei der die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht darauf beschränkt. Beispiele für die Spielkonsole, bei der die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfassen eine in einer Unterhaltungseinrichtung (wie z. B. einer Spielhalle oder einem Vergnügungspark) installierte Arcade-Spielmaschine und eine in Sportanlagen installierte Wurfmaschine für Schlagtraining.
  • [Großer Computer]
  • Die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann bei einem großen Computer verwendet werden.
  • 36E stellt einen Supercomputer 5500 dar, der ein Beispiel für einen großen Computer ist. 36F stellt einen Rackmount-Computer 5502 dar, der in dem Supercomputer 5500 bereitgestellt wird.
  • Der Supercomputer 5500 beinhaltet ein Gestell 5501 und eine Vielzahl von Rackmount-Computern 5502. Die Vielzahl von Computern 5502 ist in dem Gestell 5501 untergebracht. Der Computer 5502 beinhaltet eine Vielzahl von Substraten 5504, und die GPU oder der Chip, die/der bei der vorstehenden Ausführungsform beschrieben worden ist, wird an dem Substrat montiert.
  • Der Supercomputer 5500 ist ein großer Computer, der hauptsächlich bei wissenschaftlichen Berechnungen verwendet wird. Bei wissenschaftlichen Berechnungen muss eine große Menge an arithmetischen Verarbeitungen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, so dass der Stromverbrauch hoch ist und der Chip eine große Menge an Wärme erzeugt. Indem die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Supercomputer 5500 verwendet wird, kann ein Supercomputer mit geringem Stromverbrauch erzielt werden. Mit geringem Stromverbrauch kann die Wärmeerzeugung von einer Schaltung verringert werden, wodurch der Einfluss auf die Schaltung, die Peripherieschaltung und das Modul durch die Wärmeerzeugung verringert werden kann.
  • Obwohl 36E und 36F einen Supercomputer als Beispiel für einen großen Computer darstellen, ist ein großer Computer, bei dem die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, nicht darauf beschränkt. Beispiele für einen großen Computer, bei dem die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfassen einen Computer, der Dienstleistung bereitstellt (Server), und einen großen Universalcompuer (Mainframe).
  • [Beweglicher Gegenstand]
  • Die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in einem Auto, d. h. einem beweglichen Gegenstand, und um einen Fahrersitz im Auto herum verwendet werden.
  • 36G stellt eine Frontscheibe und ihre Umgebung innerhalb eines Autos dar, das ein Beispiel für einen beweglichen Gegenstand ist. 36G stellt ein Anzeigefeld 5701, ein Anzeigefeld 5702 und ein Anzeigefeld 5703, welche an einem Armaturenbrett angebracht sind, sowie ein Anzeigefeld 5704 dar, das an einer Säule angebracht ist.
  • Die Anzeigefelder 5701 bis 5703 können verschiedene Informationen bereitstellen, indem ein Geschwindigkeitsmesser, ein Tachometer, ein Kilometerstand, eine Tankanzeige, eine Schaltanzeige, eine Einstellung der Klimaanlage und dergleichen angezeigt werden. Der Inhalt, das Layout und dergleichen der Anzeige auf den Anzeigefeldern können entsprechend den Präferenzen des Benutzers angemessen verändert werden, so dass das Design verbessert werden kann. Die Anzeigefelder 5701 bis 5703 können auch als Beleuchtungsvorrichtungen verwendet werden.
  • Das Anzeigefeld 5704 kann die von der Säule behinderte Sicht (tote Winkel) kompensieren, indem ein Bild, das mit einer in dem Auto bereitgestellten Abbildungsvorrichtung (nicht dargestellt) aufgenommen wird, angezeigt wird. Das heißt, dass tote Winkel beseitigt werden können und die Sicherheit erhöht werden kann, indem ein Bild, das mit einer außerhalb des Autos bereitgestellten Abbildungsvorrichtung aufgenommen wird, angezeigt wird. Indem ein Bild angezeigt wird, um den Bereich zu kompensieren, den ein Fahrer nicht sehen kann, kann der Fahrer leicht und bequem die Sicherheit überprüfen. Das Anzeigefeld 5704 kann auch als Beleuchtungsvorrichtung verwendet werden.
  • Da die GPU oder der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Komponente der künstlichen Intelligenz verwendet werden kann, kann der Chip z. B. im automatischen Fahrsystem des Autos eingesetzt werden. Der Chip kann auch für ein System verwendet werden, das die Navigation, die Risikovorhersage oder dergleichen durchführt. Die Anzeigefelder 5701 bis 5704 können Informationen über die Navigation, die Risikovorhersage und dergleichen anzeigen.
  • Es sei angemerkt, dass das Auto oben als Beispiel für den beweglichen Gegenstand beschrieben worden ist; der bewegliche Gegenstand ist jedoch nicht auf ein Auto beschränkt. Beispielsweise können als beweglicher Gegenstand ein Zug, eine Einschienenbahn, ein Schiff, ein Flugkörper (ein Hubschrauber, ein unbemanntes Flugzeug (eine Drohne), ein Flugzeug oder eine Rakete) und dergleichen angegeben werden. Durch Anwenden des Chips einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf diese beweglichen Gegenstände können sie mit einem System, bei dem künstliche Intelligenz verwendet wird, ausgestattet werden.
  • [Haushaltgerät]
  • 36H zeigt einen elektrischen Kühl- und Gefrierschrank 5800, der ein Beispiel für ein Haushaltsgerät ist. Der elektrische Kühl- und Gefrierschrank 5800 umfasst ein Gehäuse 5801, eine Kühlschranktür 5802, eine Gefrierschranktür 5803 und dergleichen.
  • Wenn der Chip einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in dem elektrischen Kühl- und Gefrierschrank 5800 verwendet wird, kann der elektrische Kühl- und Gefrierschrank 5800 mit künstlicher Intelligenz erhalten werden. Die Nutzung der künstlichen Intelligenz ermöglicht es dem elektrischen Kühl- und Gefrierschrank 5800, eine Funktion zur automatischen Erstellung eines Menüs auf der Grundlage der im elektrischen Kühl- und Gefrierschrank 5800 gelagerten Lebensmittel und des Verfallsdatums der Lebensmittel sowie eine Funktion zur automatischen Steuerung der Temperatur, die für die im elektrischen Kühl- und Gefrierschrank 5800 gelagerten Lebensmittel geeignet ist, aufzuweisen.
  • Hier wird ein elektrischer Kühl- und Gefrierschrank als Beispiel für ein Haushaltsgerät beschrieben; weitere Beispiele für Haushaltsgeräte sind ein Staubsauger, ein Mikrowellenherd, ein Elektroofen, ein Reiskocher, ein Wasserkocher, ein IH-Herd, ein Wasserspender, ein Heiz-Kühl-Kombinationsgerät wie eine Klimaanlage, eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner und ein audiovisuelles Gerät.
  • Die elektronischen Geräte und ihre Funktionen, die Anwendungsbeispiele der künstlichen Intelligenz und ihre Wirkungen und dergleichen, die bei dieser Ausführungsform beschrieben worden sind, können in angemessener Weise mit denen anderer elektronischer Geräte kombiniert werden.
  • Diese Ausführungsform kann in einer geeigneten Kombination mit einer der bei den anderen Ausführungsformen und dergleichen beschriebenen Strukturen implementiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 160
    Isolator,
    162
    Isolator,
    163
    Isolator,
    164
    Isolator,
    166
    Leiter,
    168
    Leiter,
    200
    Transistor,
    200a
    Transistor,
    200b
    Transistor,
    200T
    Transistor,
    205
    Leiter,
    205a
    Leiter,
    205A
    leitender Film,
    205b
    Leiter,
    205B
    leitender Film,
    205c
    Leiter,
    205C
    leitender Film,
    212
    Isolator,
    214
    Isolator,
    216
    Isolator,
    222
    Isolator,
    224
    Isolator,
    230
    Oxid,
    230a
    Oxid,.
    230A
    Oxidfilm,
    230b
    Oxid,
    230B
    Oxidfilm, 230ba: Bereich,
    230bb
    Bereich,
    230bc
    Bereich, 240: Leiter,
    240a
    Leiter,
    240b
    Leiter,
    240c
    Leiter,
    241
    Isolator,
    241a
    Isolator,
    241b
    Isolator,
    242
    Leiter,
    242a
    Leiter,
    242A
    leitender Film,
    242b
    Leiter,
    242B
    leitende Schicht,
    242c
    Leiter,
    243
    Oxid,
    243a
    Oxid,
    243A
    Oxidfilm,
    243b
    Oxid,
    243B
    Oxidschicht,
    246
    Leiter,
    246a
    Leiter,
    246b
    Leiter,
    250
    Isolator,
    250a
    Isolator,
    250A
    Isolierfilm,
    250Aa
    Isolierfilm,
    250Ab
    Isolierfilm,
    250b
    Isolator,
    260
    Leiter,
    260a
    Leiter,
    260b
    Leiter,
    271
    Isolator,
    271a
    Isolator,
    271A
    Isolierfilm,
    271b
    Isolator,
    271B
    Isolierschicht,
    272
    Isolator,
    272a
    Isolator,
    272A
    Isolierfilm,
    272b
    Isolator,
    273
    Isolator,
    273a
    Isolator,
    273A
    Isolierfilm,
    273b
    Isolator,
    273B
    Isolierschicht,
    274
    Isolator,
    275
    Isolator,
    275a
    Isolator,
    275A
    Isolierfilm,
    275b
    Isolator,
    280
    Isolator,
    282
    Isolator,
    283
    Isolator,
    284
    Isolator,
    286
    Isolator,
    290
    Speichervorrichtung,
    290_1
    Speichervorrichtung,
    290_5
    Speichervorrichtung,
    292
    Kondensator,
    292a
    Kondensator,
    292b
    Kondensator,
    293
    Isolator,
    293A
    Isolierfilm,
    294
    Leiter,
    294A
    leitender Film,
    411
    Elementschicht,
    413
    Transistorschicht,
    415
    Speichereinrichtungsschicht,
    415_1
    Speichereinrichtungsschicht,
    415_3
    Speichereinrichtungsschicht,
    415_4
    Speichereinrichtungsschicht,
    420
    Speichervorrichtung,
    424
    Leiter,
    440
    Leiter,
    470
    Speichereinheit,
    600
    Speichervorrichtung,
    700
    elektronisches Bauelement,
    702
    gedruckte Leiterplatte,
    704
    Leiterplatte,
    711
    Formteil,
    712
    Lötauge,
    713
    Elektrodenpad,
    714
    Leitung,
    720
    Speichervorrichtung,
    721
    Treiberschaltungsschicht,
    722
    Speicherschaltungsschicht,
    730
    elektronisches Bauelement,
    731
    Abstandhalter,
    732
    Gehäusesubstrat,
    733
    Elektrode,
    735
    Halbleitervorrichtung,
    901
    Grenzbereich,
    902
    Grenzbereich

Claims (12)

  1. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor; einen Kondensator; und einen Anschlusspfropfen, wobei der Transistor einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der über dem ersten Isolator und dem zweiten Isolator angeordnet ist und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem vierten Isolator umfasst, wobei der Kondensator den zweiten Leiter, den dritten Isolator, in dem eine zweite Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der in der zweiten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem fünften Isolator umfasst, wobei der Anschlusspfropfen derart angeordnet ist, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt, wobei der Anschlusspfropfen elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden ist, und wobei der erste Isolator und der zweite Isolator jeweils ein Metalloxid sind, das eine amorphe Struktur aufweist.
  2. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor; einen Kondensator; und einen Anschlusspfropfen, wobei der Transistor einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator, der den ersten Leiter und den zweiten Leiter bedeckt und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen zweiten Isolator, der über dem ersten Isolator angeordnet ist und in dem eine zweite Öffnung, die sich mit dem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen dritten Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem dritten Isolator umfasst, wobei der Kondensator den zweiten Leiter, den ersten Isolator und den zweiten Isolator, in denen eine dritte Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der in der dritten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem vierten Isolator umfasst, wobei der Anschlusspfropfen derart angeordnet ist, dass er den ersten Isolator, den zweiten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt, wobei der Anschlusspfropfen elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden ist, und wobei der erste Isolator ein Metalloxid ist, das eine amorphe Struktur aufweist.
  3. Halbleitervorrichtung, die umfasst: einen Transistor; einen Kondensator; und einen Anschlusspfropfen, wobei der Transistor einen Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der den ersten Isolator und den zweiten Isolator bedeckt und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem dritten Isolator angeordnet ist und in dem eine zweite Öffnung, die sich mit dem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der über dem Oxidhalbleiter und in dem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem fünften Isolator umfasst, wobei der Kondensator den zweiten Leiter, den zweiten Isolator, den dritten Isolator und den vierten Isolator, in denen eine dritte Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen sechsten Isolator, der in der dritten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem sechsten Isolator umfasst, wobei der Anschlusspfropfen derart angeordnet ist, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den vierten Isolator, den ersten Leiter und den Oxidhalbleiter durchdringt, wobei der Anschlusspfropfen elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden ist, und wobei der erste Isolator, der zweite Isolator und der dritte Isolator jeweils ein Metalloxid sind, das eine amorphe Struktur aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, die ferner umfasst: einen siebten Isolator; und einen achten Isolator, wobei der siebte Isolator unter dem Oxidhalbleiter angeordnet ist, wobei der achte Isolator in Kontakt mit einer Oberseite des vierten Isolators, einer Oberseite des dritten Leiters und einer Oberseite des vierten Leiters ist, und wobei der siebte Isolator und der achte Isolator jeweils ein Metalloxid sind, das eine amorphe Struktur aufweist.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, die ferner einen neunten Isolator umfasst, wobei der neunte Isolator den achten Isolator bedeckt und in Kontakt mit einer Oberseite des siebten Isolators in einem Bereich ist, der sich nicht mit dem fünften Isolator überlappt, und wobei der neunte Isolator ein Metalloxid ist, das eine amorphe Struktur aufweist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, die ferner umfasst: einen zehnten Isolator; und einen elften Isolator, wobei der zehnte Isolator in Kontakt mit einer Unterseite des siebten Isolators ist, wobei der elfte Isolator in Kontakt mit einer Oberseite des achten Isolators ist, und wobei der zehnte Isolator und der elfte Isolator jeweils Siliziumnitrid sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, die ferner umfasst: einen ersten Nitridisolator; und einen zweiten Nitridisolator, wobei der erste Nitridisolator zwischen dem ersten Isolator und dem dritten Isolator angeordnet ist, wobei der zweite Nitridisolator zwischen dem zweiten Isolator und dem dritten Isolator angeordnet ist, und wobei der erste Nitridisolator und der zweite Nitridisolator jeweils Siliziumnitrid sind.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei eine Oberseite des ersten Isolators und eine Oberseite des zweiten Isolators in Kontakt mit dem dritten Isolator sind.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Metalloxid AlOx (x ist eine vorgegebene Zahl von größer als 0) ist.
  10. Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine erste Isolatorschicht; eine zweite Isolatorschicht; eine erste Speicherzelle; und eine zweite Speicherzelle, wobei die erste Speicherzelle einen ersten Transistor, einen ersten Kondensator und einen ersten Anschlusspfropfen umfasst, wobei der erste Transistor einen ersten Oxidhalbleiter, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter über dem ersten Oxidhalbleiter, einen ersten Isolator über dem ersten Leiter, einen zweiten Isolator über dem zweiten Leiter, einen dritten Isolator, der über dem ersten Isolator und dem zweiten Isolator angeordnet ist und in dem eine erste Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen vierten Isolator, der über dem ersten Oxidhalbleiter und zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter angeordnet ist, und einen dritten Leiter über dem vierten Isolator umfasst, wobei der erste Kondensator den zweiten Leiter, den dritten Isolator, in dem eine zweite Öffnung, die den zweiten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen fünften Isolator, der in der zweiten Öffnung angeordnet ist, und einen vierten Leiter über dem fünften Isolator umfasst, wobei der erste Anschlusspfropfen derart angeordnet ist, dass er den ersten Isolator, den dritten Isolator, den ersten Leiter und den ersten Oxidhalbleiter durchdringt, wobei der erste Anschlusspfropfen elektrisch mit dem ersten Leiter verbunden ist, wobei die zweite Speicherzelle einen zweiten Transistor, einen zweiten Kondensator und einen zweiten Anschlusspfropfen umfasst, wobei der zweite Transistor einen zweiten Oxidhalbleiter, einen fünften Leiter und einen sechsten Leiter über dem zweiten Oxidhalbleiter, einen sechsten Isolator über dem fünften Leiter, einen siebten Isolator über dem sechsten Leiter, einen achten Isolator, der über dem sechsten Isolator und dem siebten Isolator angeordnet ist und in dem eine dritte Öffnung, die sich mit einem Bereich zwischen dem fünften Leiter und dem sechsten Leiter überlappt, ausgebildet ist, einen neunten Isolator, der über dem zweiten Oxidhalbleiter und zwischen dem fünften Leiter und dem sechsten Leiter angeordnet ist, und einen siebten Leiter über dem neunten Isolator umfasst, wobei der zweite Kondensator den sechsten Leiter, den achten Isolator, in dem eine vierte Öffnung, die den sechsten Leiter erreicht, ausgebildet ist, einen zehnten Isolator, der in der vierten Öffnung angeordnet ist, und einen achten Leiter über dem zehnten Isolator umfasst, wobei der zweite Anschlusspfropfen derart angeordnet ist, dass er den sechsten Isolator, den neunten Isolator, den fünften Leiter und den zweiten Oxidhalbleiter durchdringt, wobei der zweite Anschlusspfropfen elektrisch mit dem fünften Leiter verbunden ist, wobei die erste Speicherzelle über der ersten Isolatorschicht bereitgestellt ist, wobei die zweite Speicherzelle über der ersten Speicherzelle bereitgestellt ist, wobei eine Oberseite des ersten Anschlusspfropfens elektrisch mit dem zweiten Anschlusspfropfen verbunden ist, wobei die zweite Isolatorschicht derart angeordnet ist, dass sie die erste Speicherzelle und die zweite Speicherzelle bedeckt, und wobei die zweite Isolatorschicht in Kontakt mit einem Teil einer Oberseite der ersten Isolatorschicht in einem Bereich ist, der sich nicht mit dem ersten Oxidhalbleiter und dem zweiten Oxidhalbleiter überlappt.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die erste Isolatorschicht einen elften Isolator und einen zwölften Isolator über dem elften Isolator umfasst, wobei die zweite Isolatorschicht einen dreizehnten Isolator und einen vierzehnten Isolator über dem dreizehnten Isolator umfasst, wobei der elfte Isolator und der dreizehnte Isolator jeweils Siliziumnitrid enthalten, und wobei der zwölfte Isolator und der vierzehnte Isolator jeweils ein Metalloxid sind, das eine amorphe Struktur aufweist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Metalloxid AlOx (x ist eine vorgegebene Zahl von größer als 0) ist.
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