JP2020102643A - 半導体装置 - Google Patents

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JP2020102643A
JP2020102643A JP2020035622A JP2020035622A JP2020102643A JP 2020102643 A JP2020102643 A JP 2020102643A JP 2020035622 A JP2020035622 A JP 2020035622A JP 2020035622 A JP2020035622 A JP 2020035622A JP 2020102643 A JP2020102643 A JP 2020102643A
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哲弘 田中
Tetsuhiro Tanaka
哲弘 田中
和幸 種村
Kazuyuki Tanemura
和幸 種村
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Abstract

【課題】形状不良の起こりにくいトランジスタを提供する。または、電気特性の異常の少ないトランジスタを提供する。または、耐圧に優れたトランジスタを提供する。【解決手段】第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、第２の半導体は、第１の半導体の上面と接する領域を有し、第１の導電体は、第１の導電体と第２の半導体とが互いに重なる領域を有し、絶縁体は、第１の導電体と第１の半導体との間に配置され、第２の導電体は、第２の半導体の上面と接する領域を有し、第３の半導体は、第１の半導体の上面、第２の半導体の上面および第２の導電体の上面と接する領域を有する半導体装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、トランジスタおよび半導体装置に関する。または、本発明は、例えば
、トランジスタおよび半導体装置の製造方法に関する。または、本発明は、例えば、表示
装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、プロセッサ、電子機器に関する。また
は、表示装置、液晶表示装置、発光装置、記憶装置、電子機器の製造方法に関する。また
は、表示装置、液晶表示装置、発光装置、記憶装置、電子機器の駆動方法に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・
オブ・マター）に関するものである。
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指す。表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、半導体回路および電子機器
は、半導体装置を有する場合がある。
絶縁表面を有する基板上の半導体を用いて、トランジスタを構成する技術が注目されてい
る。当該トランジスタは集積回路や表示装置のような半導体装置に広く応用されている。
トランジスタに適用可能な半導体としてシリコンが知られている。
トランジスタの半導体に用いられるシリコンは、用途によって非晶質シリコンと多結晶シ
リコンとが使い分けられている。例えば、大型の表示装置を構成するトランジスタに適用
する場合、大面積基板への成膜技術が確立されている非晶質シリコンを用いると好適であ
る。一方、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような高機能の表示装置を構成
するトランジスタに適用する場合、高い電界効果移動度を有するトランジスタを作製可能
な多結晶シリコンを用いると好適である。多結晶シリコンは、非晶質シリコンに対し高温
での熱処理、またはレーザ光処理を行うことで形成する方法が知られる。
近年では、酸化物半導体（代表的にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物）を用いたトランジスタの
開発が活発化している。
酸化物半導体の歴史は古く、１９８８年には、結晶Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を半導体素子
へ利用することが開示されている（特許文献１参照。）。また、１９９５年には、酸化物
半導体を用いたトランジスタが発明されており、その電気特性が開示されている（特許文
献２参照。）。
酸化物半導体を用いたトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタ、および多
結晶シリコンを用いたトランジスタとは異なる特徴を有する。例えば、酸化物半導体を用
いたトランジスタを適用した表示装置は、消費電力が低いことが知られている。酸化物半
導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、大型の表示装置を構成するトラ
ンジスタに用いることができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、高い電界
効果移動度を有するため、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような高機能の
表示装置を実現できる。また、非晶質シリコンを用いたトランジスタの生産設備の一部を
改良して利用することが可能であるため、設備投資を抑えられるメリットもある。
特開昭６３−２３９１１７ 特表平１１−５０５３７７
形状不良の起こりにくいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、電気特
性の異常の少ないトランジスタを提供することを課題の一とする。または、耐圧に優れた
トランジスタを提供することを課題の一とする。または、サブスレッショルドスイング値
の小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、短チャネル効果の小さ
いトランジスタを提供することを課題の一とする。または、ノーマリーオフの電気特性を
有するトランジスタを提供することを課題の一とする。または、非導通時のリーク電流の
小さいトランジスタを提供することを課題の一とする。または、電気特性の優れたトラン
ジスタを提供することを課題の一とする。または、信頼性の高いトランジスタを提供する
ことを課題の一とする。または、高い周波数特性を有するトランジスタを提供することを
課題の一とする。
または、該トランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、
該半導体装置を有するモジュールを提供することを課題の一とする。または、該半導体装
置、または該モジュールを有する電子機器を提供することを課題の一とする。または、新
規な半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規なモジュールを提供する
ことを課題の一とする。または、新規な電子機器を提供することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
（１）
本発明の一態様は、第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と
、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、第２の半導体は、第１の半導体の上面と接する領
域を有し、第１の導電体は、第１の導電体と第２の半導体とが互いに重なる領域を有し、
絶縁体は、第１の導電体と第１の半導体との間に配置され、第２の導電体は、第２の半導
体の上面と接する領域を有し、第３の半導体は、第１の半導体の上面、第２の半導体の上
面および第２の導電体の上面と接する領域を有する半導体装置である。
（２）
本発明の一態様は、第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と
、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、絶縁体は、第１の導電体上に配置され、第１の半
導体は、絶縁体上に配置され、第２の半導体は、第１の半導体上に配置され、第２の導電
体は、第２の半導体上に配置され、第３の半導体は、第１の半導体上、第２の半導体上お
よび第２の導電体上に配置される半導体装置である。
（３）
本発明の一態様は、第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と
、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、第２の半導体は、第１の半導体上に配置され、第
１の導電体は、第２の半導体上に配置され、第３の半導体は、第１の半導体上、第２の半
導体上および第１の導電体上に配置され、絶縁体は、第３の半導体上に配置され、第２の
導電体は、絶縁体上に配置される半導体装置である。
（４）
本発明の一態様は、（１）乃至（３）のいずれか一において、絶縁体は、電子トラップ準
位を有する領域を有する半導体装置である。
（５）
本発明の一態様は、第１の導電体と、第２の導電体と、第３の導電体と、第１の半導体と
、第２の半導体と、第３の半導体と、第１の絶縁体と、第２の絶縁体と、を有し、第１の
絶縁体は、第１の導電体上に配置され、第１の半導体は、第１の絶縁体上に配置され、第
２の半導体は、第１の半導体上に配置され、第２の導電体は、第２の半導体上に配置され
、第３の半導体は、第１の半導体上、第２の半導体上および第２の導電体上に配置され、
第２の絶縁体は、第３の半導体上に配置され、第３の導電体は、第２の絶縁体上に配置さ
れる半導体装置である。
（６）
本発明の一態様は、（５）において、第１の絶縁体は、電子トラップ準位を有する領域を
有する半導体装置である。
（７）
本発明の一態様は、（４）または（６）において、電子トラップ準位を有する領域は、ハ
フニウムおよび酸素を有する半導体装置である。
（８）
本発明の一態様は、（１）乃至（７）のいずれか一において、第２の半導体は、第１の半
導体よりも電子親和力が大きい半導体装置である。
（９）
本発明の一態様は、（１）乃至（８）のいずれか一において、第２の半導体は、第３の半
導体よりも電子親和力が大きい半導体装置である。
（１０）
本発明の一態様は、（１）乃至（９）のいずれか一において、第２の半導体は、第１の半
導体よりもエネルギーギャップが小さい半導体装置である。
（１１）
本発明の一態様は、（１）乃至（１０）のいずれか一において、第２の半導体は、第３の
半導体よりもエネルギーギャップが小さい半導体装置である。
（１２）
本発明の一態様は、（１）乃至（１１）のいずれか一において、第２の半導体は、インジ
ウム、元素Ｍ（アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）、亜鉛および酸素を
有する半導体装置である。
（１３）
（１）乃至（１２）のいずれか一に記載の半導体装置と、プリント基板と、を有するモジ
ュールである。
（１４）
（１）乃至（１２）のいずれか一に記載の半導体装置、または（１３）に記載のモジュー
ルと、スピーカー、操作キー、または、バッテリーと、を有する電子機器である。
形状不良の起こりにくいトランジスタを提供することができる。または、電気特性の異常
の少ないトランジスタを提供することができる。または、耐圧に優れたトランジスタを提
供することができる。または、サブスレッショルドスイング値の小さいトランジスタを提
供することができる。または、短チャネル効果の小さいトランジスタを提供することがで
きる。または、ノーマリーオフの電気特性を有するトランジスタを提供することができる
。または、非導通時のリーク電流の小さいトランジスタを提供することができる。または
、電気特性の優れたトランジスタを提供することができる。または、信頼性の高いトラン
ジスタを提供することができる。または、高い周波数特性を有するトランジスタを提供す
ることができる。
または、該トランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、該半導体
装置を有するモジュールを提供することができる。または、該半導体装置、または該モジ
ュールを有する電子機器を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供する
ことができる。または、新規なモジュールを提供することができる。または、新規な電子
機器を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、
図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項な
どの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタを説明する断面図。 本発明の一態様に係るバンド図。 本発明の一態様に係る積層構造およびバンド図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタを説明する断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る記憶装置を示す回路図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す上面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示すブロック図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す斜視図および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示すブロック図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図、上面図および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図および断面図。 本発明の一態様に係る電子機器を示す斜視図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。 ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。 Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。 本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を説明する上面図および断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタを説明する断面図。 本発明の一態様に係るトランジスタを説明する断面図。 トランジスタの電気特性を示す図。 トランジスタの電気特性を示す図。 トランジスタの電気特性を示す図。 トランジスタの電気特性を示す図。
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説
明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に
理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるもの
ではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異
なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じく
し、特に符号を付さない場合がある。
なお、図において、大きさ、膜（層）の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて
いる場合がある。
なお、本明細書において、「膜」という表記と、「層」という表記と、を互いに入れ替え
ることが可能である。
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）
との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である
。一般的に、電位（電圧）は、相対的なものであり、基準の電位からの相対的な大きさに
よって決定される。したがって、「接地電位」などと記載されている場合であっても、電
位が０Ｖであるとは限らない。例えば、回路で最も低い電位が、「接地電位」となる場合
もある。または、回路で中間くらいの電位が、「接地電位」となる場合もある。その場合
には、その電位を基準として、正の電位と負の電位が規定される。
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜的に用いるものであり、工程順または積層
順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」な
どと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書などに記載されている序数詞
と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」とし
ての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密
に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と
言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体
」と言い換えることができる場合がある。
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」とし
ての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密
に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と
言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体
」と言い換えることができる場合がある。
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度
が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導
体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、キャリア移動度
が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導
体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族
元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、
水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素
などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形
成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純
物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５
族元素などがある。
なお、本明細書において、Ａが濃度Ｂの領域を有する、と記載する場合、例えば、Ａのあ
る領域における深さ方向全体の濃度がＢである場合、Ａのある領域における深さ方向の濃
度の平均値がＢである場合、Ａのある領域における深さ方向の濃度の中央値がＢである場
合、Ａのある領域における深さ方向の濃度の最大値がＢである場合、Ａのある領域におけ
る深さ方向の濃度の最小値がＢである場合、Ａのある領域における深さ方向の濃度の収束
値がＢである場合、測定上Ａそのものの確からしい値の得られる領域における濃度がＢで
ある場合などを含む。
また、本明細書において、Ａが大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂの領域を有
する、と記載する場合、例えば、Ａのある領域における全体の大きさ、長さ、厚さ、幅、
または距離がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離
の平均値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の
中央値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の最
大値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の最小
値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の収束値
がＢである場合、測定上Ａそのものの確からしい値の得られる領域での大きさ、長さ、厚
さ、幅、または距離がＢである場合などを含む。
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトラン
ジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重な
る領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電
極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つの
トランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で
電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領
域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのト
ランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネ
ル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示される
チャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる
場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に
形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示
される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の
方が大きくなる。
ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測
による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積
もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状
が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが互いに
重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上
のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅ
ｌ Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した
場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合があ
る。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い
込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを取得して、その画像を解析することなどによ
って、値を決定することができる。
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求め
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
なお、本明細書において、ＡがＢより迫り出した形状を有すると記載する場合、上面図ま
たは断面図において、Ａの少なくとも一端が、Ｂの少なくとも一端よりも外側にある形状
を有することを示す場合がある。したがって、ＡがＢより迫り出した形状を有すると記載
されている場合、例えば上面図において、Ａの一端が、Ｂの一端よりも外側にある形状を
有すると読み替えることができる。
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置さ
れている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平
行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。ま
た、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態を
いう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二
つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。
＜トランジスタ１＞
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタについて説明する。
図１（Ａ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）および図５（Ａ）は、トランジスタの
作製方法を説明する上面図である。各上面図には、一点鎖線Ａ１−Ａ２および一点鎖線Ａ
３−Ａ４が記され、それに対応した断面図を図１（Ｂ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、図４
（Ｂ）および図５（Ｂ）に示す。
まずは、基板４００を準備する。
基板４００としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい
。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコ
ニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、樹脂基板などがある。また、半導体
基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、または炭化シリ
コン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウ
ムなどの化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を
有する半導体基板、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板な
どがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などが
ある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さら
には、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶
縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。
または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子と
しては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
また、基板４００として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトラン
ジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トラン
ジスタを剥離し、可とう性基板である基板４００に転置する方法もある。その場合には、
非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板４００として
、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板４００が
伸縮性を有してもよい。また、基板４００は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形
状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板４
００の厚さは、例えば、５μｍ以上７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ
以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３００μｍ以下とする。基板４００を薄くすると、
半導体装置を軽量化することができる。また、基板４００を薄くすることで、ガラスなど
を用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に
戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板４００上の半導体装置に
加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができ
る。
可とう性基板である基板４００としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、ま
たはそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板４００は、線膨張
率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板４００とし
ては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１
０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリ
オレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、
アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板
４００として好適である。
次に、導電体を成膜する。導電体の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ：
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシー（ＭＢ
Ｅ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法またはパルスレーザ堆積（ＰＬ
Ｄ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔ
ｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて行うことができる。
なお、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅ
ｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ ＣＶ
Ｄ）法、光を利用する光ＣＶＤ（Ｐｈｏｔｏ ＣＶＤ）法などに分類できる。さらに用い
る原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（
ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法に分けることができる。
ＰＥＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、ＴＣＶＤ法は、プラズマを
用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である
。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子（トランジスタ、容量素子など）など
は、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積
した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある
。一方、プラズマを用いないＴＣＶＤ法の場合、こういったプラズマダメージが生じない
ため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、ＴＣＶＤ法では、成膜中の
プラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
また、ＡＬＤ法も、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法で
ある。また、ＡＬＤ法も、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が
得られる。
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは
異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって
、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に
、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の
高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速
度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが
好ましい場合もある。
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御するこ
とができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の
組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜し
ながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜す
ることができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用い
て成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くす
ることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。
次に、導電体上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体４１３を形
成する。なお、単にレジストを形成するという場合、レジストの下に反射防止層を形成す
る場合も含まれる。
レジストは、対象物をエッチングなどによって加工した後で除去する。レジストの除去に
は、プラズマ処理または／およびウェットエッチングを用いる。なお、プラズマ処理とし
ては、プラズマアッシングが好適である。レジストなどの除去が不十分な場合、０．００
１ｖｏｌｕｍｅ％以上１ｖｏｌｕｍｅ％以下の濃度のフッ化水素酸または／およびオゾン
水などによって取り残したレジストなどを除去しても構わない。
導電体４１３となる導電体としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、
リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリ
ウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、
タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよ
い。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタン
を含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電
体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
次に、絶縁体４０２を成膜する。絶縁体４０２の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
絶縁体４０２としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、絶縁体４０２としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
また、絶縁体４０２は過剰酸素を含む絶縁体であることが好ましい。過剰酸素を含む絶縁
体は、後に形成する半導体４０６ｂなどの酸素欠損を低減させる機能を有する場合がある
。半導体４０６ｂが酸化物半導体である場合、酸素欠損は正孔トラップなどとなる。また
、酸素欠損のサイトに水素が入ることによって、キャリアである電子を生成することがあ
る。したがって、半導体４０６ｂの酸素欠損を低減することで、トランジスタに安定した
電気特性を付与することができる。
ここで、加熱処理によって酸素を放出する絶縁体は、昇温脱離ガス分光法分析（ＴＤＳ分
析）にて、１００℃以上７００℃以下または１００℃以上５００℃以下の表面温度の範囲
で１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上または１
×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の酸素（酸素原子数換算）を放出することもある。
ここで、ＴＤＳ分析を用いた酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
測定試料をＴＤＳ分析したときの気体の全放出量は、放出ガスのイオン強度の積分値に比
例する。そして標準試料との比較により、気体の全放出量を計算することができる。
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコン基板のＴＤＳ分析結果、および
測定試料のＴＤＳ分析結果から、測定試料の酸素分子の放出量（ＮＯ２）は、下に示す式
で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量電荷比３２で検出されるガス
の全てが酸素分子由来と仮定する。ＣＨ３ＯＨの質量電荷比は３２であるが、存在する可
能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の
酸素原子および質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比
率が極微量であるため考慮しない。
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α
ＮＨ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。ＳＨ２は、標準試
料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値である。ここで、標準試料の基準値を、Ｎ
Ｈ２／ＳＨ２とする。ＳＯ２は、測定試料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値で
ある。αは、ＴＤＳ分析におけるイオン強度に影響する係数である。上に示す式の詳細に
関しては、特開平６−２７５６９７公報を参照する。なお、上記酸素の放出量は、電子科
学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として一
定量の水素原子を含むシリコン基板を用いて測定する。
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原
子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分
子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量につ
いても見積もることができる。
なお、ＮＯ２は酸素分子の放出量である。酸素原子に換算したときの放出量は、酸素分子
の放出量の２倍となる。
または、加熱処理によって酸素を放出する絶縁体は、過酸化ラジカルを含むこともある。
具体的には、過酸化ラジカルに起因するスピン密度が、５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３
以上であることをいう。なお、過酸化ラジカルを含む絶縁体は、電子スピン共鳴法（ＥＳ
Ｒ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）にて、ｇ値が２．０１近傍に非
対称の信号を有することもある。
または、過剰酸素を含む絶縁体は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））で
あってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））は、シリコン原子数の
２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原
子数および酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂ
ａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定した値である。
また、絶縁体４０２は、基板４００からの不純物の拡散を防止する機能を有してもよい。
次に、半導体４３６ａを成膜する。半導体４３６ａの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
次に、酸素イオンを添加することにより、半導体４３６ａに過剰酸素を含ませてもよい。
酸素イオンの添加は、例えば、イオン注入法により、加速電圧を２ｋＶ以上１０ｋＶ以下
とし、ドーズ量を５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下
として行えばよい。
次に、半導体４３６ｂを成膜する（図１（Ａ）および図１（Ｂ）参照。）。半導体４３６
ｂの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用
いて行うことができる。なお、半導体４３６ａの成膜と、半導体４３６ｂの成膜と、を大
気に暴露することなく連続で行うことで、膜中および界面への不純物の混入を低減するこ
とができる。
次に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理を行うことで、半導体４３６ａおよび半
導体４３６ｂの水素濃度を低減させることができる場合がある。また、半導体４３６ａお
よび半導体４３６ｂの酸素欠損を低減させることができる場合がある。加熱処理は、２５
０℃以上６５０℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、さらに好ましくは５２０
℃以上５７０℃以下で行えばよい。加熱処理は、不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを
１０ｐｐｍ以上、１％以上もしくは１０％以上含む雰囲気で行う。加熱処理は減圧状態で
行ってもよい。または、加熱処理は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸
素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加
熱処理を行ってもよい。加熱処理によって、半導体４３６ａおよび半導体４３６ｂの結晶
性を高めることや、水素や水などの不純物を除去することなどができる。
次に、半導体４３６ｂ上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、半導体４
０６ｂを形成する。このとき、半導体４０６ｂと重ならない半導体４３６ａの一部をエッ
チングしても構わない。こうすることで、半導体４３６ａに凸部が形成される（図２（Ａ
）および図２（Ｂ）参照。）。半導体４３６ａの少なくとも一部を残存させることによっ
て、絶縁体４０２がエッチングされることを防止することができる。
次に、導電体を成膜する。導電体の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法また
はＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
導電体としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム
、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム
、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタン
グステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、合金や
化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅お
よびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒
素を含む導電体などを用いてもよい。
次に、導電体上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体４１６ａお
よび導電体４１６ｂを形成する（図３（Ａ）および図３（Ｂ）参照。）。
例えば、導電体４１３をゲート電極、絶縁体４０２をゲート絶縁体、導電体４１６ａをソ
ース電極、導電体４１６ｂをドレイン電極とすれば、図３までで工程を完了し、ボトムゲ
ート構造を有するトランジスタとしてもよい。
次に、半導体４３６ｃを成膜する。半導体４３６ｃの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。半導体４３６ｃ
の成膜の前に、半導体４０６ｂ、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂの表面をエッチン
グしても構わない。例えば、希ガスを含むプラズマを用いてエッチングすることができる
。その後、大気に暴露することなく連続で半導体４３６ｃを成膜することにより、半導体
４０６ｂ、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと、半導体４３６ｃと、の界面への不純
物の混入を低減することができる。膜と膜との界面などに存在する不純物は、膜中の不純
物よりも拡散しやすい場合がある。そのため、該不純物の混入を低減することにより、ト
ランジスタに安定した電気特性を付与することができる。
次に、絶縁体４４２を成膜する。絶縁体４４２の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。なお、半導体４３６
ｃの成膜と、絶縁体４４２の成膜と、を大気に暴露することなく連続で行うことで、膜中
および界面への不純物の混入を低減することができる。
絶縁体４４２としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、絶縁体４４２としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
次に、導電体４３４を成膜する（図４（Ａ）および図４（Ｂ）参照。）。導電体４３４の
成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて
行うことができる。なお、絶縁体４４２の成膜と、導電体４３４の成膜と、を大気に暴露
することなく連続で行うことで、膜中および界面への不純物の混入を低減することができ
る。
導電体４３４としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミ
ニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イット
リウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよ
びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、
合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体
、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンお
よび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
次に、導電体４３４上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体４０
４を形成する。また、該レジストまたは導電体４０４を用いて絶縁体４４２を加工し、絶
縁体４１２を形成する。また、該レジスト、導電体４０４または絶縁体４１２を用いて半
導体４３６ｃを加工し、半導体４０６ｃを形成する。また、該レジスト、導電体４０４、
絶縁体４１２または半導体４０６ｃ、ならびに導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂを用
いて半導体４３６ａを加工し、半導体４０６ａを形成する（図５（Ａ）および図５（Ｂ）
参照。）。したがって、半導体４０６ａは、半導体４０６ｃ下、導電体４１６ａ下および
導電体４１６ｂ下に残存する。また、半導体４０６ｃと絶縁体４１２と導電体４０４とが
上面から見たときに同様の形状となるが、本発明の一態様に係るトランジスタはこの形状
に限定されるものではない。例えば、半導体４０６ｃと絶縁体４１２と導電体４０４とを
別のレジストを用いて加工してもよい。例えば、絶縁体４１２を形成してから、導電体４
０４となる導電体を成膜してもよいし、導電体４０４を形成した後で絶縁体４１２となる
絶縁体上に別途レジストなどを形成してもよい。また、例えば、半導体４０６ａまたは半
導体４０６ｃが、隣接するトランジスタなどと繋がっていてもよい。
次に、絶縁体を成膜してもよい。絶縁体の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニ
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。絶縁体は、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸化シリコン、
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸
化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で
用いればよい。
絶縁体は、バリア層としての機能を有することが好ましい。絶縁体は、例えば、酸素また
は／および水素をブロックする機能を有する。または、絶縁体は、例えば、絶縁体４０２
または絶縁体４１２よりも、酸素または／および水素をブロックする能力が高いことが好
ましい。
以上の工程により、本発明の一態様に係るトランジスタを作製することができる。
図５（Ｂ）に示したトランジスタは、絶縁体４０２を半導体４３６ａで覆ったまま工程を
進められる。したがって、絶縁体４０２の形状不良に起因するトランジスタの絶縁破壊、
および電気特性の劣化を抑制することができる。
図５（Ｂ）に示すように、半導体４０６ｂの側面は、導電体４１６ａおよび導電体４１６
ｂと接する。また、導電体４０４および導電体４１３の電界によって、半導体４０６ｂを
電気的に取り囲むことができる（導電体から生じる電界によって、半導体を電気的に取り
囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅ
ｌ）構造とよぶ。）。そのため、半導体４０６ｂの全体（上面、下面および側面）にチャ
ネルが形成される。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのソース−ドレイン間に
大電流を流すことができ、導通時の電流（オン電流）を高くすることができる。
なお、トランジスタがｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する場合、半導体４０６ｂの側面にも
チャネルが形成される。したがって、半導体４０６ｂが厚いほどチャネル領域は大きくな
る。即ち、半導体４０６ｂが厚いほど、トランジスタのオン電流を高くすることができる
。また、半導体４０６ｂが厚いほど、キャリアの制御性の高い領域の割合が増えるため、
サブスレッショルドスイング値を小さくすることができる。例えば、２０ｎｍ以上、好ま
しくは４０ｎｍ以上、さらに好ましくは６０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上の
厚さの領域を有する半導体４０６ｂとすればよい。ただし、半導体装置の生産性が低下す
る場合があるため、例えば、３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、さらに好まし
くは１５０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体４０６ｂとすればよい。
高いオン電流が得られるため、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、微細化されたトランジスタに
適した構造といえる。トランジスタを微細化できるため、該トランジスタを有する半導体
装置は、集積度の高い、高密度化された半導体装置とすることが可能となる。例えば、ト
ランジスタは、チャネル長が好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、
より好ましくは２０ｎｍ以下の領域を有し、かつ、トランジスタは、チャネル幅が好まし
くは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下の領域
を有する。
なお、導電体４１３を形成しなくてもよい（図６（Ａ）参照。）。また、絶縁体４１２、
半導体４０６ｃおよび半導体４０６ａが導電体４０４から迫り出した形状としてもよい（
図６（Ｂ）参照。）。また、絶縁体４４２、半導体４３６ｃおよび半導体４３６ａを加工
しなくてもよい（図６（Ｃ）参照。）。また、Ａ１−Ａ２断面における導電体４１３の幅
が、半導体４０６ｂよりも大きくてもよい（図４０（Ａ）参照。）。また、導電体４１３
と導電体４０４とが開口部を介して接していてもよい（図４０（Ｂ）参照。）。
＜半導体＞
半導体４０６ｂの上下に半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃを配置することで、トラン
ジスタの電気特性を向上させることができる場合がある。
半導体４０６ｂは、例えば、インジウムを含む酸化物半導体である。半導体４０６ｂは、
例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、半導体
４０６ｂは、元素Ｍを含むと好ましい。元素Ｍは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム
、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホ
ウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ラ
ンタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステンなどがある。ただし
、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Ｍは、例え
ば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。例えば、酸素との結合エネルギーがイン
ジウムよりも高い元素である。または、元素Ｍは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギ
ャップを大きくする機能を有する元素である。また、半導体４０６ｂは、亜鉛を含むと好
ましい。酸化物半導体は、亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。
ただし、半導体４０６ｂは、インジウムを含む酸化物半導体に限定されない。半導体４０
６ｂは、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物などの、インジウムを含まず、亜
鉛を含む酸化物半導体、ガリウムを含む酸化物半導体、スズを含む酸化物半導体などであ
っても構わない。
半導体４０６ｂは、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。半導体４０６
ｂのエネルギーギャップは、例えば、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、好ましくは２．８
ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下とする。
例えば、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃは、半導体４０６ｂを構成する酸素以外の
元素一種以上、または二種以上から構成される酸化物半導体である。半導体４０６ｂを構
成する酸素以外の元素一種以上、または二種以上から半導体４０６ａおよび半導体４０６
ｃが構成されるため、半導体４０６ａと半導体４０６ｂとの界面、および半導体４０６ｂ
と半導体４０６ｃとの界面において、欠陥準位が形成されにくい。
半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃは、少なくともインジウムを含む
と好ましい。なお、半導体４０６ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎおよびＭの和を
１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０
ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａ
ｔｏｍｉｃ％より高いとする。また、半導体４０６ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、Ｉ
ｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ
％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％
より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。また、半導体４０６ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ
酸化物のとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが
５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくはＩｎが２
５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高くする。なお、半導体４０６ｃは
、半導体４０６ａと同種の酸化物を用いても構わない。ただし、半導体４０６ａまたは／
および半導体４０６ｃがインジウムを含まなくても構わない場合がある。例えば、半導体
４０６ａまたは／および半導体４０６ｃが酸化ガリウムであっても構わない。なお、半導
体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃに含まれる各元素の原子数が、簡単な
整数比にならなくても構わない。
半導体４０６ｂは、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃよりも電子親和力の大きい酸化
物を用いる。例えば、半導体４０６ｂとして、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃより
も電子親和力の０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ
以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下大きい酸化物を用いる。なお、
電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
なお、インジウムガリウム酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する
。そのため、半導体４０６ｃがインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガリウム原
子割合［Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）］は、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上、さら
に好ましくは９０％以上とする。
このとき、ゲート電圧を印加すると、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂ、半導体４０６ｃ
のうち、電子親和力の大きい半導体４０６ｂにチャネルが形成される。
ここで、半導体４０６ａと半導体４０６ｂとの間には、半導体４０６ａと半導体４０６ｂ
との混合領域を有する場合がある。また、半導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの間には、
半導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、欠陥準
位密度が低くなる。そのため、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃの
積層体は、それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する（連続接合とも
いう。）バンド構造となる（図７参照。）。なお、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよ
び半導体４０６ｃは、それぞれの界面を明確に判別できない場合がある。
このとき、電子は、半導体４０６ａ中および半導体４０６ｃ中ではなく、半導体４０６ｂ
中を主として移動する。上述したように、半導体４０６ａと半導体４０６ｂとの界面にお
ける欠陥準位密度、および半導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの界面における欠陥準位密
度を低くすることによって、半導体４０６ｂ中で電子の移動が阻害されることが少なく、
トランジスタのオン電流を高くすることができる。
トランジスタのオン電流は、電子の移動を阻害する要因を低減するほど、高くすることが
できる。例えば、電子の移動を阻害する要因のない場合、効率よく電子が移動すると推定
される。電子の移動は、例えば、チャネル形成領域の物理的な凹凸が大きい場合にも阻害
される。
トランジスタのオン電流を高くするためには、例えば、半導体４０６ｂの上面または下面
（被形成面、ここでは半導体４０６ａ）の、１μｍ×１μｍの範囲における二乗平均平方
根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）粗さが１ｎｍ未満、好ましくは０．６
ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎｍ未満とすればよ
い。また、１μｍ×１μｍの範囲における平均面粗さ（Ｒａともいう。）が１ｎｍ未満、
好ましくは０．６ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎ
ｍ未満とすればよい。また、１μｍ×１μｍの範囲における最大高低差（Ｐ−Ｖともいう
。）が１０ｎｍ未満、好ましくは９ｎｍ未満、さらに好ましくは８ｎｍ未満、より好まし
くは７ｎｍ未満とすればよい。ＲＭＳ粗さ、ＲａおよびＰ−Ｖは、エスアイアイ・ナノテ
クノロジー株式会社製走査型プローブ顕微鏡システムＳＰＡ−５００などを用いて測定す
ることができる。
また、トランジスタのオン電流を高くするためには、半導体４０６ｃの厚さは小さいほど
好ましい。例えば、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以下
の領域を有する半導体４０６ｃとすればよい。一方、半導体４０６ｃは、チャネルの形成
される半導体４０６ｂへ、隣接する絶縁体を構成する酸素以外の元素（水素、シリコンな
ど）が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、半導体４０６ｃは、ある
程度の厚さを有することが好ましい。例えば、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、
さらに好ましくは２ｎｍ以上の厚さの領域を有する半導体４０６ｃとすればよい。また、
半導体４０６ｃは、絶縁体４０２などから放出される酸素の外方拡散を抑制するために、
酸素をブロックする性質を有すると好ましい。
また、信頼性を高くするためには、半導体４０６ａは厚く、半導体４０６ｃは薄いことが
好ましい。例えば、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ
以上、より好ましくは６０ｎｍ以上の厚さの領域を有する半導体４０６ａとすればよい。
半導体４０６ａの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と半導体４０６ａとの界面か
らチャネルの形成される半導体４０６ｂまでの距離を離すことができる。ただし、半導体
装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、２００ｎｍ以下、好ましくは１２０ｎ
ｍ以下、さらに好ましくは８０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体４０６ａとすればよ
い。
例えば、半導体４０６ｂと半導体４０６ａとの間に、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓ
ＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において
、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましく
は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好
ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のシ
リコン濃度となる領域を有する。また、半導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの間に、ＳＩ
ＭＳにおいて、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以
下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以
下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以下のシリコン濃度となる領域を有する。
また、半導体４０６ｂは、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×
１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×
１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の水素濃度となる領域を有する。また、半導
体４０６ｂの水素濃度を低減するために、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃの水素濃
度を低減すると好ましい。半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃは、ＳＩＭＳにおいて、
１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは
１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好まし
くは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに
好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の
水素濃度となる領域を有する。また、半導体４０６ｂは、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１
５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１
５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１
０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは
１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒素濃度と
なる領域を有する。また、半導体４０６ｂの窒素濃度を低減するために、半導体４０６ａ
および半導体４０６ｃの窒素濃度を低減すると好ましい。半導体４０６ａおよび半導体４
０６ｃは、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０
１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒素濃度となる領域を有する。
上述の３層構造は一例である。例えば、半導体４０６ａまたは半導体４０６ｃのない２層
構造としても構わない。または、半導体４０６ａの上もしくは下、または半導体４０６ｃ
上もしくは下に、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃとして例示した
半導体のいずれか一を有する４層構造としても構わない。または、半導体４０６ａの上、
半導体４０６ａの下、半導体４０６ｃの上、半導体４０６ｃの下のいずれか二箇所以上に
、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃとして例示した半導体のいずれ
か一以上を有するｎ層構造（ｎは５以上の整数）としても構わない。
＜酸化物半導体の構造について＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられ
る。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ
Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半
導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半
導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａ
ｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこと
もできる。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半
導体の一つである。
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分
解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方
、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーとも
いう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起
因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図３４（Ａ）に、
試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高
分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、
特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日
本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うこ
とができる。
図３４（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図３４（Ｂ）に示す。
図３４（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる
。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）ま
たは上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
図３４（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図３４（Ｃ）
は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図３４（Ｂ）および図３４（Ｃ）
より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上３ｎｍ以下程度であり、ペレットとペレットと
の傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペ
レットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。
ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレッ
ト５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造と
なる（図３４（Ｄ）参照。）。図３４（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で傾
きが生じている箇所は、図３４（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
また、図３５（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ
補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図３５（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３）
を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図３５（Ｂ）、図３５（Ｃ）および図
３５（Ｄ）に示す。図３５（Ｂ）、図３５（Ｃ）および図３５（Ｄ）より、ペレットは、
金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかし
ながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡ
ＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ
に対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図３６（Ａ）に示すよう
に回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺ
ｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶がｃ軸配向性
を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１°
近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近
傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを
示している。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解
析では、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎ
ｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、Ｉｎ
ＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５６
°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（
φスキャン）を行っても、図３６（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対
し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφス
キャンした場合、図３６（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピ
ークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、
ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺ
ｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍの
電子線を入射させると、図３７（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回折
パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の
結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、
ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略
垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ
径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図３７（Ｂ）に示す。図３７
（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、
ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。
なお、図３７（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面およ
び（１００）面などに起因すると考えられる。また、図３７（Ｂ）における第２リングは
（１１０）面などに起因すると考えられる。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。酸化物半導体の欠陥
としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳは、不純物濃度の低い酸化物半導体ということもできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ
は、酸素欠損の少ない酸化物半導体ということもできる。
酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源とな
る場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水
素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素
との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二
酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。
また、欠陥準位密度の低い（酸素欠損が少ない）酸化物半導体は、キャリア密度を低くす
ることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸
化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、
高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体となりやすい。したがって、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳを用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリー
オンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性な酸
化物半導体は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体のキャリアトラップに捕獲され
た電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことが
ある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体を用いたトランジ
スタは、電気特性が不安定となる場合がある。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジス
タは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは欠陥準位密度が低いため、光の照射などによって生成されたキャ
リアが、欠陥準位に捕獲されることが少ない。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトラ
ンジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
＜微結晶酸化物半導体＞
次に、微結晶酸化物半導体について説明する。
微結晶酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域
と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体に含
まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさで
あることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶
であるナノ結晶を有する酸化物半導体を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能
ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ
−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−Ｏ
Ｓの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３
ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレ
ット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。した
がって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合
がある。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置
を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示す
ピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きいプローブ径（例
えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行うと
、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレッ
トの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折
を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと
、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リン
グ状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−
ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有す
る酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ
）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ
は、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
＜非晶質酸化物半導体＞
次に、非晶質酸化物半導体について説明する。
非晶質酸化物半導体は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物
半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。
非晶質酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。
非晶質酸化物半導体に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌ
ａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導
体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体
に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンのみが観
測される。
非晶質構造については、様々な見解が示されている。例えば、原子配列に全く秩序性を有
さない構造を完全な非晶質構造（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ）と呼ぶ場合がある。また、長距離秩序性を有さないが、ある原子から最近接
原子または第２近接原子までの範囲において秩序性を有していてもよい構造を非晶質構造
と呼ぶ場合もある。したがって、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を
有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長
距離秩序性を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって、
結晶部を有することから、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳを、非晶質酸化物半
導体または完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。
＜非晶質ライク酸化物半導体＞
なお、酸化物半導体は、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する場合があ
る。そのような構造を有する酸化物半導体を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａ−ｌｉ
ｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）と呼ぶ。
ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察される
場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領
域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ
ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため
、電子照射による構造の変化を示す。
電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ（
試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いずれ
の試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料
は、いずれも結晶部を有することがわかる。
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、
ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を
６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これ
らの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度で
あり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞の
間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見
なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
図３８は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさを調査した例である
。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図３８より、ａ−ｌｉｋ
ｅ ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的
には、図３８中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度
の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ
２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳ
およびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／
ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図
３８中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳおよ
びＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程度で
あることがわかる。
このように、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合があ
る。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど
見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓと比べて、不安定な構造であることがわかる。
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べ
て密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶
の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ
−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶
の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱
面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よっ
て、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において
、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また
、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、
ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３
未満となる。
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる
単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もる
ことができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせ
る割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない
種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。な
お、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ、微結晶酸化物
半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
＜電荷捕獲層＞
なお、酸化物半導体を用いたトランジスタは、チャネルドーピングなどによるしきい値電
圧の制御が困難である。以下では、電荷捕獲層を用いてトランジスタのしきい値電圧を変
動させる方法について説明する。
図８（Ａ）は、図５（Ｂ）に示したトランジスタの拡大図である。図８（Ｂ）は、図８（
Ａ）に示した断面におけるバンド図を簡易的に示したものである。
図８（Ａ）に示すように、絶縁体４０２は、絶縁体４０２ａと、絶縁体４０２ｂと、絶縁
体４０２ｃと、がこの順に積層した構造を有する。絶縁体４０２ｂまたはその界面は、一
部が電子トラップとしての機能を有する。
図８（Ｂ）に矢印で示すように、導電体４１３に正の電圧を印加する。このとき、ソース
とドレインとの間に電圧を印加することで、半導体４０６ｂと半導体４０６ａとの界面に
チャネルが形成される。さらに、導電体４１３に印加する正の電圧を大きくすると、絶縁
体４０２ｃにＦＮ（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）トンネル電流が流れ、絶縁体４０
２ｂまたはその界面に電子を注入することができる。
ＦＮトンネル電流は、絶縁体の厚さが５ｎｍ以下で顕著となる。よって、ゲート電極に大
きい正の電圧を印加していくことで絶縁体の障壁が薄くなっていき、実効的に５ｎｍ以下
となる辺りからＦＮトンネル電流が生じる。例えば、絶縁体４０２ｃとして厚さが１０ｎ
ｍの酸化シリコンを仮定した場合、導電体４１３に印加する電圧を２６．５Ｖ以上とする
ことで、実効的な厚さを５ｎｍ以下とすることができる。ＦＮトンネル電流を十分に大き
くするためには、好ましくは３０Ｖ以上、さらに好ましくは３５Ｖ以上、より好ましくは
４０Ｖ以上の電圧を導電体４１３に印加すればよい。なお、この値は絶縁体４０２ｃによ
って変化する。
絶縁体４０２ｂまたはその界面に電子を注入することによって、トランジスタのしきい値
電圧をプラス方向に変動させることができる。
なお、例えば、導電体４１３に負の電圧を印加することでも、絶縁体４０２ａにＦＮトン
ネル電流が流れ、絶縁体４０２ｂまたはその界面に電子を注入することができる場合があ
る。
以上に示した方法では、絶縁体４０２ｂまたはその界面に電子を注入するために比較的高
い電圧を要する。したがって、絶縁体４０２ｂまたはその界面に注入された電子は、トラ
ンジスタの駆動に要する電圧において安定である。このように、絶縁体４０２ｂまたはそ
の界面に注入された電子は、長期間に渡って保持されることがわかる。
また、絶縁体４０２が形状不良を有する場合、厚さの薄い領域で絶縁破壊が起こる場合が
あるが、本発明の一態様に係るトランジスタは、絶縁体４０２の形状が安定しているため
、導電体４１３に高い電圧を印加した場合でも絶縁破壊が起こりにくい。
なお、絶縁体に電荷を捕獲させてトランジスタのしきい値電圧を制御する上述の方法は、
絶縁体４１２などに対しても適用できる。
＜トランジスタ２＞
次に、一部形状の異なるトランジスタの作製方法について説明する。図９（Ａ）、図１０
（Ａ）、図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、図１３（Ａ）、図１４（Ａ）および図３９（Ａ）
は、トランジスタの作製方法を説明する上面図である。各上面図には、一点鎖線Ｆ１−Ｆ
２および一点鎖線Ｆ３−Ｆ４が記され、それに対応した断面図を図９（Ｂ）、図１０（Ｂ
）、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１４（Ｂ）および図３９（Ｂ）に示
す。
まずは、基板５００を準備する。基板５００は、基板４００についての記載を参照する。
次に、導電体を成膜する。導電体の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法また
はＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
次に、導電体上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５１３を形
成する。
次に、絶縁体を成膜する。絶縁体の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法また
はＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
次に、絶縁体の上面から下面に向けて、基板５００の下面と平行な形状となるようにエッ
チングを行うことで、導電体５１３を露出させ、絶縁体５０３を形成する（図９（Ａ）お
よび図９（Ｂ）参照。）。このような方法で絶縁体５０３を形成することで、導電体５１
３の上面の高さと、絶縁体５０３の上面の高さと、を同程度にすることができる。したが
って、後の工程における形状不良を抑制することができる。
次に、絶縁体５０２を成膜する。絶縁体５０２の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。絶縁体５０２は、絶
縁体４０２についての記載を参照する。
次に、半導体５３６ａを成膜する。半導体５３６ａの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。半導体５３６ａ
は、半導体４３６ａについての記載を参照する。
次に、半導体５３６ｂを成膜する。半導体５３６ｂの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。半導体５３６ｂ
は、半導体４３６ｂについての記載を参照する。なお、半導体５３６ａの成膜と、半導体
５３６ｂの成膜と、を大気に暴露することなく連続で行うことで、膜中および界面への不
純物の混入を低減することができる。
次に、加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好まし
くは４５０℃以上６００℃以下、さらに好ましくは５２０℃以上５７０℃以下で行えばよ
い。加熱処理は、不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上もし
くは１０％以上含む雰囲気で行う。加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、加熱処
理は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１
０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。加熱処
理によって、半導体５３６ａおよび半導体５３６ｂの結晶性を高めることや、水素や水な
どの不純物を除去することなどができる。
次に、導電体５４６を成膜する（図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）参照。）。導電体５４
６の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用
いて行うことができる。導電体５４６は、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂとなる導
電体についての記載を参照する。
次に、導電体５４６上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５１
６ａおよび導電体５１６ｂを形成する（図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）参照。）。
次に、半導体５３６ｂ上にレジストなどを形成し、該レジスト、導電体５１６ａおよび導
電体５１６ｂを用いて加工し、半導体５０６ｂを形成する。このとき、半導体５０６ｂと
重ならない半導体５３６ａの一部をエッチングしても構わない。こうすることで、半導体
５３６ａに凸部が形成される（図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）参照。）。半導体５３６
ａの少なくとも一部を残存させることによって、絶縁体５０２がエッチングされることを
防止することができる。
なお、導電体５１６ａ、導電体５１６ｂおよび半導体５０６ｂの形成は、導電体５４６を
形成した後、以下に示す方法によって行っても構わない。
まず、導電体５４６上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５１
６および半導体５０６ｂを形成する。このとき、半導体５０６ｂと重ならない半導体５３
６ａの一部をエッチングしても構わない。こうすることで、半導体５３６ａに凸部が形成
される（図３９（Ａ）および図３９（Ｂ）参照。）。半導体５３６ａの少なくとも一部を
残存させることによって、絶縁体５０２がエッチングされることを防止することができる
。このとき、レジストを除去してから導電体５１６を用いて加工することで半導体５０６
ｂを形成してもよい。
次に、導電体５１６上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５１
６ａおよび導電体５１６ｂを形成する（図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）参照。）。
次に、半導体５３６ｃを成膜する。半導体５３６ｃの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ
法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。半導体５３６ｃ
は、半導体４３６ｃについての記載を参照する。
次に、絶縁体５４２を成膜する。絶縁体５４２の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、
ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。絶縁体５４２は、絶
縁体４４２についての記載を参照する。
次に、導電体５３４を成膜する（図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）参照。）。導電体５３
４の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用
いて行うことができる。導電体５３４は、導電体４３４についての記載を参照する。
次に、導電体５３４上にレジストなどを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５０
４を形成する。また、該レジストまたは導電体５０４を用いて絶縁体５４２を加工し、絶
縁体５１２を形成する。また、該レジスト、導電体５０４または絶縁体５４２を用いて半
導体５３６ｃを加工し、半導体５０６ｃを形成する。また、該レジスト、導電体５０４、
絶縁体５４２または半導体５０６ｃ、ならびに導電体５１６ａおよび導電体５１６ｂを用
いて半導体５３６ａを加工し、半導体５０６ａを形成する（図１４（Ａ）および図１４（
Ｂ）参照。）。したがって、半導体５０６ａは、半導体５０６ｃ下に残存する。なお、こ
こでは半導体５０６ｃと絶縁体５１２と導電体５０４とが上面から見たときに同様の形状
となるよう加工しているが、この形状に限定されるものではない。例えば、絶縁体５１２
と導電体５０４とを別のレジストを用いて加工してもよい。例えば、絶縁体５１２を形成
してから、導電体５０４となる導電体を成膜してもよいし、導電体５０４を形成した後で
絶縁体５１２となる絶縁体上に別途レジストなどを形成してもよい。また、例えば、半導
体５０６ａまたは半導体５０６ｃが、隣接するトランジスタなどと繋がっていてもよい。
次に、絶縁体を成膜してもよい。絶縁体の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニ
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。絶縁体は、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸化シリコン、
窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸
化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で
用いればよい。
絶縁体は、バリア層としての機能を有することが好ましい。絶縁体は、例えば、酸素また
は／および水素をブロックする機能を有する。または、絶縁体は、例えば、絶縁体５０２
または絶縁体５１２よりも、酸素または／および水素をブロックする能力が高いことが好
ましい。
以上の工程により、本発明の一態様に係るトランジスタを作製することができる。
図１４（Ｂ）に示したトランジスタは、絶縁体５０２を半導体５３６ａで覆ったまま工程
を進められる。したがって、絶縁体５０２の形状不良に起因するトランジスタの絶縁破壊
、および電気特性の劣化を抑制することができる。
図１４（Ｂ）に示すように、トランジスタはｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する。また、導
電体５０４および導電体５１３からの電界が、半導体５０６ｂの側面において導電体５１
６ａおよび導電体５１６ｂなどによって阻害されにくい構造である。
なお、導電体５１３を形成しなくてもよい（図１５（Ａ）参照。）。また、絶縁体５１２
、半導体５０６ｃおよび半導体５０６ａが導電体５０４から迫り出した形状としてもよい
（図１５（Ｂ）参照。）。また、絶縁体５４２、半導体５３６ｃおよび半導体５３６ａを
加工しなくてもよい（図１５（Ｃ）参照。）。また、Ｆ１−Ｆ２断面における導電体５１
３の幅が、半導体５０６ｂよりも大きくてもよい（図４１（Ａ）参照。）。また、導電体
５１３と導電体５０４とが開口部を介して接していてもよい（図４１（Ｂ）参照。）また
、導電体５０４を設けなくてもよい（図４１（Ｃ）参照。）。
＜回路＞
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタなどを利用した半導体装置の回路の一例に
ついて説明する。
＜ＣＭＯＳインバータ＞
図１６（Ａ）に示す回路図は、ｐチャネル型のトランジスタ２２００とｎチャネル型のト
ランジスタ２１００を直列に接続し、かつそれぞれのゲートを接続した、いわゆるＣＭＯ
Ｓインバータの構成を示している。
＜半導体装置の構造１＞
図１７は、図１６（Ａ）に対応する半導体装置の断面図である。図１７に示す半導体装置
は、トランジスタ２２００と、トランジスタ２１００と、を有する。また、トランジスタ
２１００は、トランジスタ２２００の上方に配置する。なお、トランジスタ２１００とし
て、図１４に示したトランジスタを用いた例を示しているが、本発明の一態様に係る半導
体装置は、これに限定されるものではない。例えば、図５、図６、図１５、図４０、図４
１または図４２などに示したトランジスタなどを、トランジスタ２１００として用いても
構わない。よって、トランジスタ２１００については、適宜上述したトランジスタについ
ての記載を参酌する。
図１７に示すトランジスタ２２００は、半導体基板４５０を用いたトランジスタである。
トランジスタ２２００は、半導体基板４５０中の領域４７２ａと、半導体基板４５０中の
領域４７２ｂと、絶縁体４６２と、導電体４５４と、を有する。
トランジスタ２２００において、領域４７２ａおよび領域４７２ｂは、ソース領域および
ドレイン領域としての機能を有する。また、絶縁体４６２は、ゲート絶縁体としての機能
を有する。また、導電体４５４は、ゲート電極としての機能を有する。したがって、導電
体４５４に印加する電位によって、チャネル形成領域の抵抗を制御することができる。即
ち、導電体４５４に印加する電位によって、領域４７２ａと領域４７２ｂとの間の導通・
非導通を制御することができる。
半導体基板４５０としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、ま
たは炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛
、酸化ガリウムなどの化合物半導体基板などを用いればよい。好ましくは、半導体基板４
５０として単結晶シリコン基板を用いる。
半導体基板４５０は、ｎ型の導電型を付与する不純物を有する半導体基板を用いる。ただ
し、半導体基板４５０として、ｐ型の導電型を付与する不純物を有する半導体基板を用い
ても構わない。その場合、トランジスタ２２００となる領域には、ｎ型の導電型を付与す
る不純物を有するウェルを配置すればよい。または、半導体基板４５０がｉ型であっても
構わない。
半導体基板４５０の上面は、（１１０）面を有することが好ましい。こうすることで、ト
ランジスタ２２００のオン特性を向上させることができる。
領域４７２ａおよび領域４７２ｂは、ｐ型の導電型を付与する不純物を有する領域である
。このようにして、トランジスタ２２００はｐチャネル型トランジスタを構成する。
なお、トランジスタ２２００は、領域４６０などによって隣接するトランジスタと分離さ
れる。領域４６０は、絶縁性を有する領域である。
図１７に示す半導体装置は、絶縁体４６４と、絶縁体４６６と、絶縁体４６８と、導電体
４８０ａと、導電体４８０ｂと、導電体４８０ｃと、導電体４７８ａと、導電体４７８ｂ
と、導電体４７８ｃと、導電体４７６ａと、導電体４７６ｂと、導電体４７４ａと、導電
体４７４ｂと、導電体４７４ｃと、導電体４９６ａと、導電体４９６ｂと、導電体４９６
ｃと、導電体４９６ｄと、導電体４９８ａと、導電体４９８ｂと、導電体４９８ｃと、絶
縁体４９０と、絶縁体４９２と、絶縁体４９４と、を有する。
絶縁体４６４は、トランジスタ２２００上に配置する。また、絶縁体４６６は、絶縁体４
６４上に配置する。また、絶縁体４６８は、絶縁体４６６上に配置する。また、絶縁体４
９０は、絶縁体４６８上に配置する。また、トランジスタ２１００は、絶縁体４９０上に
配置する。また、絶縁体４９２は、トランジスタ２１００上に配置する。また、絶縁体４
９４は、絶縁体４９２上に配置する。
絶縁体４６４は、領域４７２ａに達する開口部と、領域４７２ｂに達する開口部と、導電
体４５４に達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体４８０ａ、導
電体４８０ｂまたは導電体４８０ｃが埋め込まれている。
また、絶縁体４６６は、導電体４８０ａに達する開口部と、導電体４８０ｂに達する開口
部と、導電体４８０ｃに達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体
４７８ａ、導電体４７８ｂまたは導電体４７８ｃが埋め込まれている。
また、絶縁体４６８は、導電体４７８ｂに達する開口部と、導電体４７８ｃに達する開口
部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体４７６ａまたは導電体４７６ｂが埋
め込まれている。
また、絶縁体４９０は、トランジスタ２１００のチャネル形成領域と重なる開口部と、導
電体４７６ａに達する開口部と、導電体４７６ｂに達する開口部と、を有する。また、開
口部には、それぞれ導電体４７４ａ、導電体４７４ｂまたは導電体４７４ｃが埋め込まれ
ている。
導電体４７４ａは、トランジスタ２１００のゲート電極としての機能を有しても構わない
。または、例えば、導電体４７４ａに一定の電位を印加することで、トランジスタ２１０
０のしきい値電圧などの電気特性を制御しても構わない。または、例えば、導電体４７４
ａとトランジスタ２１００のゲート電極としての機能を有する導電体４０４とを電気的に
接続しても構わない。こうすることで、トランジスタ２１００のオン電流を大きくするこ
とができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ２１０
０の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。
また、絶縁体４９２は、トランジスタ２１００のソース電極またはドレイン電極の一方で
ある導電体５１６ｂを通って、導電体４７４ｂに達する開口部と、トランジスタ２１００
のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体５１６ａに達する開口部と、トラン
ジスタ２１００のゲート電極である導電体５０４に達する開口部と、導電体４７４ｃに達
する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体４９６ａ、導電体４９６ｂ
、導電体４９６ｃまたは導電体４９６ｄが埋め込まれている。ただし、それぞれの開口部
は、さらにトランジスタ２１００などの構成要素のいずれかを介する場合がある。
また、絶縁体４９４は、導電体４９６ａに達する開口部と、導電体４９６ｂおよび導電体
４９６ｄに達する開口部と、導電体４９６ｃに達する開口部と、を有する。また、開口部
には、それぞれ導電体４９８ａ、導電体４９８ｂまたは導電体４９８ｃが埋め込まれてい
る。
絶縁体４６４、絶縁体４６６、絶縁体４６８、絶縁体４９０、絶縁体４９２および絶縁体
４９４としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニ
ウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジル
コニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、ま
たは積層で用いればよい。例えば、絶縁体４０１としては、酸化アルミニウム、酸化マグ
ネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガ
リウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化
ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
絶縁体４６４、絶縁体４６６、絶縁体４６８、絶縁体４９０、絶縁体４９２または絶縁体
４９４の一以上は、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を有
することが好ましい。トランジスタ２１００の近傍に、水素などの不純物および酸素をブ
ロックする機能を有する絶縁体を配置することによって、トランジスタ２１００の電気特
性を安定にすることができる。
水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ
素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、
アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム
、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。
導電体４８０ａ、導電体４８０ｂ、導電体４８０ｃ、導電体４７８ａ、導電体４７８ｂ、
導電体４７８ｃ、導電体４７６ａ、導電体４７６ｂ、導電体４７４ａ、導電体４７４ｂ、
導電体４７４ｃ、導電体４９６ａ、導電体４９６ｂ、導電体４９６ｃ、導電体４９６ｄ、
導電体４９８ａ、導電体４９８ｂおよび導電体４９８ｃとしては、例えば、ホウ素、窒素
、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト
、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウ
ム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを
含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム
、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
なお、図１８に示す半導体装置は、図１７に示した半導体装置のトランジスタ２２００の
構造が異なるのみである。よって、図１８に示す半導体装置については、図１７に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図１８に示す半導体装置は、トランジスタ２
２００がＦｉｎ型である場合を示している。トランジスタ２２００をＦｉｎ型とすること
により、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ２２００のオン特性を向
上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、ト
ランジスタ２２００のオフ特性を向上させることができる。
また、図１９に示す半導体装置は、図１７に示した半導体装置のトランジスタ２２００の
構造が異なるのみである。よって、図１９に示す半導体装置については、図１７に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図１９に示す半導体装置は、トランジスタ２
２００がＳＯＩ基板に設けられた場合を示している。図１９には、絶縁体４５２によって
領域４５６が半導体基板４５０と分離されている構造を示す。ＳＯＩ基板を用いることに
よって、パンチスルー現象などを抑制することができるためトランジスタ２２００のオフ
特性を向上させることができる。なお、絶縁体４５２は、半導体基板４５０の一部を絶縁
体化させることによって形成することができる。例えば、絶縁体４５２としては、酸化シ
リコンを用いることができる。
図１７乃至図１９に示した半導体装置は、半導体基板を用いてｐチャネル型トランジスタ
を作製し、その上方にｎチャネル型トランジスタを作製するため、素子の占有面積を縮小
することができる。即ち、半導体装置の集積度を高くすることができる。また、ｎチャネ
ル型トランジスタと、ｐチャネル型トランジスタとを同一の半導体基板を用いて作製した
場合と比べて、工程を簡略化することができるため、半導体装置の生産性を高くすること
ができる。また、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、ｐチャネル型ト
ランジスタは、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域、シャロートレ
ンチ構造、歪み設計などの複雑な工程を省略できる場合がある。そのため、ｎチャネル型
トランジスタを、半導体基板を用いて作製する場合と比べて、生産性および歩留まりを高
くすることができる場合がある。
＜ＣＭＯＳアナログスイッチ＞
また図１６（Ｂ）に示す回路図は、トランジスタ２１００とトランジスタ２２００のそれ
ぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、い
わゆるＣＭＯＳアナログスイッチとして機能させることができる。
＜記憶装置１＞
本発明の一態様に係るトランジスタを用いた、電力が供給されない状況でも記憶内容の保
持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置（記憶装置）の一例を図２０
に示す。
図２０（Ａ）に示す半導体装置は、第１の半導体を用いたトランジスタ３２００と第２の
半導体を用いたトランジスタ３３００、および容量素子３４００を有している。なお、ト
ランジスタ３３００としては、上述したトランジスタを用いることができる。
トランジスタ３３００は、オフ電流の小さいトランジスタが好ましい。トランジスタ３３
００は、例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタを用いることができる。トランジス
タ３３００のオフ電流が小さいことにより、半導体装置の特定のノードに長期にわたり記
憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、または
リフレッシュ動作の頻度が極めて少なくすることが可能となるため、消費電力の低い半導
体装置となる。
図２０（Ａ）において、第１の配線３００１はトランジスタ３２００のソースと電気的に
接続され、第２の配線３００２はトランジスタ３２００のドレインと電気的に接続される
。また、第３の配線３００３はトランジスタ３３００のソース、ドレインの一方と電気的
に接続され、第４の配線３００４はトランジスタ３３００のゲートと電気的に接続されて
いる。そして、トランジスタ３２００のゲート、およびトランジスタ３３００のソース、
ドレインの他方は、容量素子３４００の電極の一方と電気的に接続され、第５の配線３０
０５は容量素子３４００の電極の他方と電気的に接続されている。
図２０（Ａ）に示す半導体装置は、トランジスタ３２００のゲートの電位が保持可能とい
う特性を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、第４の配線３００４の電位を、トラ
ンジスタ３３００が導通状態となる電位にして、トランジスタ３３００を導通状態とする
。これにより、第３の配線３００３の電位が、トランジスタ３２００のゲート、および容
量素子３４００の電極の一方と電気的に接続するノードＦＧに与えられる。即ち、トラン
ジスタ３２００のゲートには、所定の電荷が与えられる（書き込み）。ここでは、異なる
二つの電位レベルを与える電荷（以下Ｌｏｗレベル電荷、Ｈｉｇｈレベル電荷という。）
のどちらかが与えられるものとする。その後、第４の配線３００４の電位を、トランジス
タ３３００が非導通状態となる電位にして、トランジスタ３３００を非導通状態とするこ
とにより、ノードＦＧに電荷が保持される（保持）。
トランジスタ３３００のオフ電流が小さいため、ノードＦＧの電荷は長期間にわたって保
持される。
次に情報の読み出しについて説明する。第１の配線３００１に所定の電位（定電位）を与
えた状態で、第５の配線３００５に適切な電位（読み出し電位）を与えると、第２の配線
３００２は、ノードＦＧに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ
３２００をｎチャネル型とすると、トランジスタ３２００のゲートにＨｉｇｈレベル電荷
が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｈは、トランジスタ３２００の
ゲートにＬｏｗレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｌよ
り低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ３２００を
「導通状態」とするために必要な第５の配線３００５の電位をいうものとする。したがっ
て、第５の配線３００５の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０とすることによ
り、ノードＦＧに与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、ノードＦＧ
にＨｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線３００５の電位がＶ０（＞
Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ３２００は「導通状態」となる。一方、ノードＦＧ
にＬｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線３００５の電位がＶ０（＜Ｖ
ｔｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ３２００は「非導通状態」のままである。このため
、第２の配線３００２の電位を判別することで、ノードＦＧに保持されている情報を読み
出すことができる。
なお、メモリセルをアレイ状に配置する場合、読み出し時には、所望のメモリセルの情報
を読み出さなくてはならない。ほかのメモリセルの情報を読み出さないためには、ノード
ＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ３２００が「非導通状態」となるような電位
、つまり、Ｖｔｈ＿Ｈより低い電位を第５の配線３００５に与えればよい。または、ノー
ドＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ３２００が「導通状態」となるような電位
、つまり、Ｖｔｈ＿Ｌより高い電位を第５の配線３００５に与えればよい。
＜半導体装置の構造２＞
図２１は、図２０（Ａ）に対応する半導体装置の断面図である。図２１に示す半導体装置
は、トランジスタ３２００と、トランジスタ３３００と、容量素子３４００と、を有する
。また、トランジスタ３３００および容量素子３４００は、トランジスタ３２００の上方
に配置する。なお、トランジスタ３３００としては、上述したトランジスタ２１００につ
いての記載を参照する。また、トランジスタ３２００としては、図１７に示したトランジ
スタ２２００についての記載を参照する。なお、図１７では、トランジスタ２２００がｐ
チャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジスタ３２００がｎチャ
ネル型トランジスタであっても構わない。
図２１に示すトランジスタ２２００は、半導体基板４５０を用いたトランジスタである。
トランジスタ２２００は、半導体基板４５０中の領域４７２ａと、半導体基板４５０中の
領域４７２ｂと、絶縁体４６２と、導電体４５４と、を有する。
図２１に示す半導体装置は、絶縁体４６４と、絶縁体４６６と、絶縁体４６８と、導電体
４８０ａと、導電体４８０ｂと、導電体４８０ｃと、導電体４７８ａと、導電体４７８ｂ
と、導電体４７８ｃと、導電体４７６ａと、導電体４７６ｂと、導電体４７４ａと、導電
体４７４ｂと、導電体４７４ｃと、導電体４９６ａと、導電体４９６ｂと、導電体４９６
ｃと、導電体４９６ｄと、導電体４９８ａと、導電体４９８ｂと、導電体４９８ｃと、導
電体４９８ｄと、絶縁体４９０と、絶縁体４９２と、絶縁体４９４と、を有する。
絶縁体４６４は、トランジスタ３２００上に配置する。また、絶縁体４６６は、絶縁体４
６４上に配置する。また、絶縁体４６８は、絶縁体４６６上に配置する。また、絶縁体４
９０は、絶縁体４６８上に配置する。また、トランジスタ２１００は、絶縁体４９０上に
配置する。また、絶縁体４９２は、トランジスタ２１００上に配置する。また、絶縁体４
９４は、絶縁体４９２上に配置する。
絶縁体４６４は、領域４７２ａに達する開口部と、領域４７２ｂに達する開口部と、導電
体４５４に達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体４８０ａ、導
電体４８０ｂまたは導電体４８０ｃが埋め込まれている。
また、絶縁体４６６は、導電体４８０ａに達する開口部と、導電体４８０ｂに達する開口
部と、導電体４８０ｃに達する開口部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体
４７８ａ、導電体４７８ｂまたは導電体４７８ｃが埋め込まれている。
また、絶縁体４６８は、導電体４７８ｂに達する開口部と、導電体４７８ｃに達する開口
部と、を有する。また、開口部には、それぞれ導電体４７６ａまたは導電体４７６ｂが埋
め込まれている。
また、絶縁体４９０は、トランジスタ３３００のチャネル形成領域と重なる開口部と、導
電体４７６ａに達する開口部と、導電体４７６ｂに達する開口部と、を有する。また、開
口部には、それぞれ導電体４７４ａ、導電体４７４ｂまたは導電体４７４ｃが埋め込まれ
ている。
導電体４７４ａは、トランジスタ３３００のボトムゲート電極としての機能を有しても構
わない。または、例えば、導電体４７４ａに一定の電位を印加することで、トランジスタ
３３００のしきい値電圧などの電気特性を制御しても構わない。または、例えば、導電体
４７４ａとトランジスタ３３００のトップゲート電極である導電体４０４とを電気的に接
続しても構わない。こうすることで、トランジスタ３３００のオン電流を大きくすること
ができる。また、パンチスルー現象を抑制することができるため、トランジスタ３３００
の飽和領域における電気特性を安定にすることができる。
また、絶縁体４９２は、トランジスタ３３００のソース電極またはドレイン電極の一方で
ある導電体５１６ｂを通って、導電体４７４ｂに達する開口部と、トランジスタ３３００
のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体５１６ａと絶縁体５１１を介して重
なる導電体５１４に達する開口部と、トランジスタ３３００のゲート電極である導電体５
０４に達する開口部と、トランジスタ３３００のソース電極またはドレイン電極の他方で
ある導電体５１６ａを通って、導電体４７４ｃに達する開口部と、を有する。また、開口
部には、それぞれ導電体４９６ａ、導電体４９６ｂ、導電体４９６ｃまたは導電体４９６
ｄが埋め込まれている。ただし、それぞれの開口部は、さらにトランジスタ３３００など
の構成要素のいずれかを介する場合がある。
また、絶縁体４９４は、導電体４９６ａに達する開口部と、導電体４９６ｂに達する開口
部と、導電体４９６ｃに達する開口部と、導電体４９６ｄに達する開口部と、を有する。
また、開口部には、それぞれ導電体４９８ａ、導電体４９８ｂ、導電体４９８ｃまたは導
電体４９８ｄが埋め込まれている。
絶縁体４６４、絶縁体４６６、絶縁体４６８、絶縁体４９０、絶縁体４９２または絶縁体
４９４の一以上は、水素などの不純物および酸素をブロックする機能を有する絶縁体を有
することが好ましい。トランジスタ３３００の近傍に、水素などの不純物および酸素をブ
ロックする機能を有する絶縁体を配置することによって、トランジスタ３３００の電気特
性を安定にすることができる。
導電体４９８ｄとしては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アル
ミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イッ
トリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルお
よびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば
、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電
体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタン
および窒素を含む導電体などを用いてもよい。
トランジスタ３２００のソースまたはドレインは、導電体４８０ｂと、導電体４７８ｂと
、導電体４７６ａと、導電体４７４ｂと、導電体４９６ｃと、を介してトランジスタ３３
００のソース電極またはドレイン電極の一方である導電体５１６ｂと電気的に接続する。
また、トランジスタ３２００のゲート電極である導電体４５４は、導電体４８０ｃと、導
電体４７８ｃと、導電体４７６ｂと、導電体４７４ｃと、導電体４９６ｄと、を介してト
ランジスタ３３００のソース電極またはドレイン電極の他方である導電体５１６ａと電気
的に接続する。
容量素子３４００は、トランジスタ３３００のソース電極またはドレイン電極の他方と電
気的に接続する電極と、導電体５１４と、絶縁体５１１と、を有する。なお、絶縁体５１
１は、トランジスタ３３００のゲート絶縁体として機能する絶縁体５１２と同一工程を経
て形成できるため、生産性を高めることができる。また、導電体５１４として、トランジ
スタ３３００のゲート電極として機能する導電体５０４と同一工程を経て形成した層を用
いると、生産性を高めることができる。
そのほかの構造については、適宜図１７などについての記載を参酌することができる。
なお、図２２に示す半導体装置は、図２１に示した半導体装置のトランジスタ３２００の
構造が異なるのみである。よって、図２２に示す半導体装置については、図２１に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図２２に示す半導体装置は、トランジスタ３
２００がＦｉｎ型である場合を示している。Ｆｉｎ型であるトランジスタ３２００につい
ては、図１８に示したトランジスタ２２００の記載を参照する。なお、図１８では、トラ
ンジスタ２２００がｐチャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジ
スタ３２００がｎチャネル型トランジスタであっても構わない。
また、図２３に示す半導体装置は、図２１に示した半導体装置のトランジスタ３２００の
構造が異なるのみである。よって、図２３に示す半導体装置については、図２１に示した
半導体装置の記載を参酌する。具体的には、図２３に示す半導体装置は、トランジスタ３
２００がＳＯＩ基板である半導体基板４５０に設けられた場合を示している。ＳＯＩ基板
である半導体基板４５０に設けられたトランジスタ３２００については、図１９に示した
トランジスタ２２００の記載を参照する。なお、図１９では、トランジスタ２２００がｐ
チャネル型トランジスタである場合について説明したが、トランジスタ３２００がｎチャ
ネル型トランジスタであっても構わない。
＜記憶装置２＞
図２０（Ｂ）に示す半導体装置は、トランジスタ３２００を有さない点で図２０（Ａ）に
示した半導体装置と異なる。この場合も図２０（Ａ）に示した半導体装置と同様の動作に
より情報の書き込みおよび保持動作が可能である。
図２０（Ｂ）に示す半導体装置における、情報の読み出しについて説明する。トランジス
タ３３００が導通状態になると、浮遊状態である第３の配線３００３と容量素子３４００
とが導通し、第３の配線３００３と容量素子３４００の間で電荷が再分配される。その結
果、第３の配線３００３の電位が変化する。第３の配線３００３の電位の変化量は、容量
素子３４００の電極の一方の電位（または容量素子３４００に蓄積された電荷）によって
、異なる値をとる。
例えば、容量素子３４００の電極の一方の電位をＶ、容量素子３４００の容量をＣ、第３
の配線３００３が有する容量成分をＣＢ、電荷が再分配される前の第３の配線３００３の
電位をＶＢ０とすると、電荷が再分配された後の第３の配線３００３の電位は、（ＣＢ×
ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ）／（ＣＢ＋Ｃ）となる。したがって、メモリセルの状態として、容量素
子３４００の電極の一方の電位がＶ１とＶ０（Ｖ１＞Ｖ０）の２つの状態をとるとすると
、電位Ｖ１を保持している場合の第３の配線３００３の電位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ
１）／（ＣＢ＋Ｃ））は、電位Ｖ０を保持している場合の第３の配線３００３の電位（＝
（ＣＢ×ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ０）／（ＣＢ＋Ｃ））よりも高くなることがわかる。
そして、第３の配線３００３の電位を所定の電位と比較することで、情報を読み出すこと
ができる。
この場合、メモリセルを駆動させるための駆動回路に上記第１の半導体が適用されたトラ
ンジスタを用い、トランジスタ３３００として第２の半導体が適用されたトランジスタを
駆動回路上に積層して配置する構成とすればよい。
以上に示した半導体装置は、酸化物半導体を用いたオフ電流の小さいトランジスタを適用
することで、長期にわたって記憶内容を保持することが可能となる。つまり、リフレッシ
ュ動作が不要となるか、またはリフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能とな
るため、消費電力の低い半導体装置を実現することができる。また、電力の供給がない場
合（ただし、電位は固定されていることが好ましい）であっても、長期にわたって記憶内
容を保持することが可能である。
また、該半導体装置は、情報の書き込みに高い電圧が不要であるため、素子の劣化が起こ
りにくい。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲートへの電子の注
入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行わないため、絶縁体の劣化といっ
た問題が生じない。即ち、本発明の一態様に係る半導体装置は、従来の不揮発性メモリで
問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上した半導体装置
である。さらに、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、情報の書き込みが行わ
れるため、高速な動作が可能となる。
＜撮像装置＞
以下では、本発明の一態様に係る撮像装置について説明する。
図２４（Ａ）は、本発明の一態様に係る撮像装置２００の例を示す平面図である。撮像装
置２００は、画素部２１０と、画素部２１０を駆動するための周辺回路２６０と、周辺回
路２７０、周辺回路２８０と、周辺回路２９０と、を有する。画素部２１０は、ｐ行ｑ列
（ｐおよびｑは２以上の整数）のマトリクス状に配置された複数の画素２１１を有する。
周辺回路２６０、周辺回路２７０、周辺回路２８０および周辺回路２９０は、それぞれ複
数の画素２１１に接続し、複数の画素２１１を駆動するための信号を供給する機能を有す
る。なお、本明細書等において、周辺回路２６０、周辺回路２７０、周辺回路２８０およ
び周辺回路２９０などの全てを指して「周辺回路」または「駆動回路」と呼ぶ場合がある
。例えば、周辺回路２６０は周辺回路の一部といえる。
また、撮像装置２００は、光源２９１を有することが好ましい。光源２９１は、検出光Ｐ
１を放射することができる。
また、周辺回路は、少なくとも、論理回路、スイッチ、バッファ、増幅回路、または変換
回路の１つを有する。また、周辺回路は、画素部２１０を形成する基板上に形成してもよ
い。また、周辺回路の一部または全部にＩＣチップ等の半導体装置を用いてもよい。なお
、周辺回路は、周辺回路２６０、周辺回路２７０、周辺回路２８０および周辺回路２９０
のいずれか一以上を省略してもよい。
また、図２４（Ｂ）に示すように、撮像装置２００が有する画素部２１０において、画素
２１１を傾けて配置してもよい。画素２１１を傾けて配置することにより、行方向および
列方向の画素間隔（ピッチ）を短くすることができる。これにより、撮像装置２００にお
ける撮像の品質をより高めることができる。
＜画素の構成例１＞
撮像装置２００が有する１つの画素２１１を複数の副画素２１２で構成し、それぞれの副
画素２１２に特定の波長帯域の光を透過するフィルタ（カラーフィルタ）を組み合わせる
ことで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。
図２５（Ａ）は、カラー画像を取得するための画素２１１の一例を示す平面図である。図
２５（Ａ）に示す画素２１１は、赤（Ｒ）の波長帯域を透過するカラーフィルタが設けら
れた副画素２１２（以下、「副画素２１２Ｒ」ともいう）、緑（Ｇ）の波長帯域を透過す
るカラーフィルタが設けられた副画素２１２（以下、「副画素２１２Ｇ」ともいう）およ
び青（Ｂ）の波長帯域を透過するカラーフィルタが設けられた副画素２１２（以下、「副
画素２１２Ｂ」ともいう）を有する。副画素２１２は、フォトセンサとして機能させるこ
とができる。
副画素２１２（副画素２１２Ｒ、副画素２１２Ｇ、および副画素２１２Ｂ）は、配線２３
１、配線２４７、配線２４８、配線２４９、配線２５０と電気的に接続される。また、副
画素２１２Ｒ、副画素２１２Ｇ、および副画素２１２Ｂは、それぞれが独立した配線２５
３に接続している。また、本明細書等において、例えばｎ行目の画素２１１に接続された
配線２４８および配線２４９を、それぞれ配線２４８［ｎ］および配線２４９［ｎ］と記
載する。また、例えばｍ列目の画素２１１に接続された配線２５３を、配線２５３［ｍ］
と記載する。なお、図２５（Ａ）において、ｍ列目の画素２１１が有する副画素２１２Ｒ
に接続する配線２５３を配線２５３［ｍ］Ｒ、副画素２１２Ｇに接続する配線２５３を配
線２５３［ｍ］Ｇ、および副画素２１２Ｂに接続する配線２５３を配線２５３［ｍ］Ｂと
記載している。副画素２１２は、上記配線を介して周辺回路と電気的に接続される。
また、撮像装置２００は、隣接する画素２１１の、同じ波長帯域を透過するカラーフィル
タが設けられた副画素２１２同士がスイッチを介して電気的に接続する構成を有する。図
２５（Ｂ）に、ｎ行（ｎは１以上ｐ以下の整数）ｍ列（ｍは１以上ｑ以下の整数）に配置
された画素２１１が有する副画素２１２と、該画素２１１に隣接するｎ＋１行ｍ列に配置
された画素２１１が有する副画素２１２の接続例を示す。図２５（Ｂ）において、ｎ行ｍ
列に配置された副画素２１２Ｒと、ｎ＋１行ｍ列に配置された副画素２１２Ｒがスイッチ
２０１を介して接続されている。また、ｎ行ｍ列に配置された副画素２１２Ｇと、ｎ＋１
行ｍ列に配置された副画素２１２Ｇがスイッチ２０２を介して接続されている。また、ｎ
行ｍ列に配置された副画素２１２Ｂと、ｎ＋１行ｍ列に配置された副画素２１２Ｂがスイ
ッチ２０３を介して接続されている。
なお、副画素２１２に用いるカラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に限定さ
れず、それぞれシアン（Ｃ）、黄（Ｙ）およびマゼンダ（Ｍ）の光を透過するカラーフィ
ルタを用いてもよい。１つの画素２１１に３種類の異なる波長帯域の光を検出する副画素
２１２を設けることで、フルカラー画像を取得することができる。
または、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタが設
けられた副画素２１２に加えて、黄（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタが設けられた副
画素２１２を有する画素２１１を用いてもよい。または、それぞれシアン（Ｃ）、黄（Ｙ
）およびマゼンダ（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素２１２に加え
て、青（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素２１２を有する画素２１
１を用いてもよい。１つの画素２１１に４種類の異なる波長帯域の光を検出する副画素２
１２を設けることで、取得した画像の色の再現性をさらに高めることができる。
また、例えば、図２５（Ａ）において、赤の波長帯域を検出する副画素２１２、緑の波長
帯域を検出する副画素２１２、および青の波長帯域を検出する副画素２１２の画素数比（
または受光面積比）は、１：１：１でなくても構わない。例えば、画素数比（受光面積比
）を赤：緑：青＝１：２：１とするＢａｙｅｒ配列としてもよい。または、画素数比（受
光面積比）を赤：緑：青＝１：６：１としてもよい。
なお、画素２１１に設ける副画素２１２は１つでもよいが、２つ以上が好ましい。例えば
、同じ波長帯域を検出する副画素２１２を２つ以上設けることで、冗長性を高め、撮像装
置２００の信頼性を高めることができる。
また、可視光を吸収または反射して、赤外光を透過するＩＲ（ＩＲ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ）
フィルタを用いることで、赤外光を検出する撮像装置２００を実現することができる。
また、ＮＤ（ＮＤ：Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ（減光フィルタ）を用い
ることで、光電変換素子（受光素子）に大光量光が入射した時に生じる出力飽和すること
を防ぐことができる。減光量の異なるＮＤフィルタを組み合わせて用いることで、撮像装
置のダイナミックレンジを大きくすることができる。
また、前述したフィルタ以外に、画素２１１にレンズを設けてもよい。ここで、図２６の
断面図を用いて、画素２１１、フィルタ２５４、レンズ２５５の配置例を説明する。レン
ズ２５５を設けることで、光電変換素子が入射光を効率よく受光することができる。具体
的には、図２６（Ａ）に示すように、画素２１１に形成したレンズ２５５、フィルタ２５
４（フィルタ２５４Ｒ、フィルタ２５４Ｇおよびフィルタ２５４Ｂ）、および画素回路２
３０等を通して光２５６を光電変換素子２２０に入射させる構造とすることができる。
ただし、一点鎖線で囲んだ領域に示すように、矢印で示す光２５６の一部が配線２５７の
一部によって遮光されてしまうことがある。したがって、図２６（Ｂ）に示すように光電
変換素子２２０側にレンズ２５５およびフィルタ２５４を配置して、光電変換素子２２０
が光２５６を効率良く受光させる構造が好ましい。光電変換素子２２０側から光２５６を
光電変換素子２２０に入射させることで、検出感度の高い撮像装置２００を提供すること
ができる。
図２６に示す光電変換素子２２０として、ｐｎ型接合またはｐｉｎ型の接合が形成された
光電変換素子を用いてもよい。
また、光電変換素子２２０を、放射線を吸収して電荷を発生させる機能を有する物質を用
いて形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発生させる機能を有する物質としては、セ
レン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、カドミウム亜鉛合金
等がある。
例えば、光電変換素子２２０にセレンを用いると、可視光や、紫外光、赤外光に加えて、
Ｘ線や、ガンマ線といった幅広い波長帯域にわたって光吸収係数を有する光電変換素子２
２０を実現できる。
ここで、撮像装置２００が有する１つの画素２１１は、図２５に示す副画素２１２に加え
て、第１のフィルタを有する副画素２１２を有してもよい。
＜画素の構成例２＞
以下では、シリコンを用いたトランジスタと、酸化物半導体を用いたトランジスタと、を
用いて画素を構成する一例について説明する。
図２７（Ａ）、図２７（Ｂ）は、撮像装置を構成する素子の断面図である。図２７（Ａ）
に示す撮像装置は、シリコン基板３００に設けられたシリコンを用いたトランジスタ３５
１、トランジスタ３５１上に積層して配置された酸化物半導体を用いたトランジスタ３５
２およびトランジスタ３５３、ならびにシリコン基板３００に設けられたフォトダイオー
ド３６０を含む。各トランジスタおよびフォトダイオード３６０は、種々のプラグ３７０
および配線３７１と電気的な接続を有する。また、フォトダイオード３６０のアノード３
６１は、低抵抗領域３６３を介してプラグ３７０と電気的に接続を有する。
また撮像装置は、シリコン基板３００に設けられたトランジスタ３５１およびフォトダイ
オード３６０を有する層３１０と、層３１０と接して設けられ、配線３７１を有する層３
２０と、層３２０と接して設けられ、トランジスタ３５２およびトランジスタ３５３を有
する層３３０と、層３３０と接して設けられ、配線３７２および配線３７３を有する層３
４０を備えている。
なお図２７（Ａ）の断面図の一例では、シリコン基板３００において、トランジスタ３５
１が形成された面とは逆側の面にフォトダイオード３６０の受光面を有する構成とする。
該構成とすることで、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光路を確保すること
ができる。そのため、高開口率の画素を形成することができる。なお、フォトダイオード
３６０の受光面をトランジスタ３５１が形成された面と同じとすることもできる。
なお、酸化物半導体を用いたトランジスタを用いて画素を構成する場合には、層３１０を
、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する層とすればよい。または層３１０を省略し
、酸化物半導体を用いたトランジスタのみで画素を構成してもよい。
なおシリコンを用いたトランジスタを用いて画素を構成する場合には、層３３０を省略す
ればよい。層３３０を省略した断面図の一例を図２７（Ｂ）に示す。層３３０を省略する
場合、層３４０の配線３７２も省略することができる。
なお、シリコン基板３００は、ＳＯＩ基板であってもよい。また、シリコン基板３００に
替えて、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ヒ化ガリウム、ヒ化アル
ミニウムガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウムまたは有機半導体を有する基板を用
いることもできる。
ここで、トランジスタ３５１およびフォトダイオード３６０を有する層３１０と、トラン
ジスタ３５２およびトランジスタ３５３を有する層３３０と、の間には絶縁体３８０が設
けられる。ただし、絶縁体３８０の位置は限定されない。
トランジスタ３５１のチャネル形成領域近傍に設けられる絶縁体中の水素はシリコンのダ
ングリングボンドを終端し、トランジスタ３５１の信頼性を向上させる効果がある。一方
、トランジスタ３５２およびトランジスタ３５３などの近傍に設けられる絶縁体中の水素
は、酸化物半導体中にキャリアを生成する要因の一つとなる。そのため、トランジスタ３
５２およびトランジスタ３５３などの信頼性を低下させる要因となる場合がある。したが
って、シリコン系半導体を用いたトランジスタの上層に酸化物半導体を用いたトランジス
タを積層して設ける場合、これらの間に水素をブロックする機能を有する絶縁体３８０を
設けることが好ましい。絶縁体３８０より下層に水素を閉じ込めることで、トランジスタ
３５１の信頼性が向上させることができる。さらに、絶縁体３８０より下層から、絶縁体
３８０より上層に水素が拡散することを抑制できるため、トランジスタ３５２およびトラ
ンジスタ３５３などの信頼性を向上させることができる。
絶縁体３８０としては、例えば、酸素または水素をブロックする機能を有する絶縁体を用
いる。
また、図２７（Ａ）の断面図において、層３１０に設けるフォトダイオード３６０と、層
３３０に設けるトランジスタとを重なるように形成することができる。そうすると、画素
の集積度を高めることができる。すなわち、撮像装置の解像度を高めることができる。
また、図２８（Ａ１）および図２８（Ｂ１）に示すように、撮像装置の一部または全部を
湾曲させてもよい。図２８（Ａ１）は、撮像装置を同図中の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２の方向に
湾曲させた状態を示している。図２８（Ａ２）は、図２８（Ａ１）中の一点鎖線Ｘ１−Ｘ
２で示した部位の断面図である。図２８（Ａ３）は、図２８（Ａ１）中の一点鎖線Ｙ１−
Ｙ２で示した部位の断面図である。
図２８（Ｂ１）は、撮像装置を同図中の一点鎖線Ｘ３−Ｘ４の方向に湾曲させ、かつ、同
図中の一点鎖線Ｙ３−Ｙ４の方向に湾曲させた状態を示している。図２８（Ｂ２）は、図
２８（Ｂ１）中の一点鎖線Ｘ３−Ｘ４で示した部位の断面図である。図２８（Ｂ３）は、
図２８（Ｂ１）中の一点鎖線Ｙ３−Ｙ４で示した部位の断面図である。
撮像装置を湾曲させることで、像面湾曲や非点収差を低減することができる。よって、撮
像装置と組み合わせて用いるレンズなどの光学設計を容易とすることができる。例えば、
収差補正のためのレンズ枚数を低減できるため、撮像装置を用いた電子機器などの小型化
や軽量化を実現することができる。また、撮像された画像の品質を向上させる事ができる
。
＜ＣＰＵ＞
以下では、上述したトランジスタや上述した記憶装置などの半導体装置を含むＣＰＵにつ
いて説明する。
図２９は、上述したトランジスタを一部に用いたＣＰＵの一例の構成を示すブロック図で
ある。
図２９に示すＣＰＵは、基板１１９０上に、ＡＬＵ１１９１（ＡＬＵ：Ａｒｉｔｈｍｅｔ
ｉｃ ｌｏｇｉｃ ｕｎｉｔ、演算回路）、ＡＬＵコントローラ１１９２、インストラク
ションデコーダ１１９３、インタラプトコントローラ１１９４、タイミングコントローラ
１１９５、レジスタ１１９６、レジスタコントローラ１１９７、バスインターフェース１
１９８、書き換え可能なＲＯＭ１１９９、およびＲＯＭインターフェース１１８９を有し
ている。基板１１９０は、半導体基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板などを用いる。ＲＯＭ１
１９９およびＲＯＭインターフェース１１８９は、別チップに設けてもよい。もちろん、
図２９に示すＣＰＵは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のＣＰＵはその
用途によって多種多様な構成を有している。例えば、図２９に示すＣＰＵまたは演算回路
を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含み、それぞれのコアが並列で動作するよ
うな構成としてもよい。また、ＣＰＵが内部演算回路やデータバスで扱えるビット数は、
例えば８ビット、１６ビット、３２ビット、６４ビットなどとすることができる。
バスインターフェース１１９８を介してＣＰＵに入力された命令は、インストラクション
デコーダ１１９３に入力され、デコードされた後、ＡＬＵコントローラ１１９２、インタ
ラプトコントローラ１１９４、レジスタコントローラ１１９７、タイミングコントローラ
１１９５に入力される。
ＡＬＵコントローラ１１９２、インタラプトコントローラ１１９４、レジスタコントロー
ラ１１９７、タイミングコントローラ１１９５は、デコードされた命令に基づき、各種制
御を行なう。具体的にＡＬＵコントローラ１１９２は、ＡＬＵ１１９１の動作を制御する
ための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ１１９４は、ＣＰＵのプログラ
ム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク
状態から判断し、処理する。レジスタコントローラ１１９７は、レジスタ１１９６のアド
レスを生成し、ＣＰＵの状態に応じてレジスタ１１９６の読み出しや書き込みを行なう。
また、タイミングコントローラ１１９５は、ＡＬＵ１１９１、ＡＬＵコントローラ１１９
２、インストラクションデコーダ１１９３、インタラプトコントローラ１１９４、および
レジスタコントローラ１１９７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタ
イミングコントローラ１１９５は、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成す
る内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。
図２９に示すＣＰＵでは、レジスタ１１９６に、メモリセルが設けられている。レジスタ
１１９６のメモリセルとして、上述したトランジスタや記憶装置などを用いることができ
る。
図２９に示すＣＰＵにおいて、レジスタコントローラ１１９７は、ＡＬＵ１１９１からの
指示に従い、レジスタ１１９６における保持動作の選択を行う。即ち、レジスタ１１９６
が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量素子
によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が選択
されている場合、レジスタ１１９６内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる。容
量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換えが行
われ、レジスタ１１９６内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる。
図３０は、レジスタ１１９６として用いることのできる記憶素子１２００の回路図の一例
である。記憶素子１２００は、電源遮断で記憶データが揮発する回路１２０１と、電源遮
断で記憶データが揮発しない回路１２０２と、スイッチ１２０３と、スイッチ１２０４と
、論理素子１２０６と、容量素子１２０７と、選択機能を有する回路１２２０と、を有す
る。回路１２０２は、容量素子１２０８と、トランジスタ１２０９と、トランジスタ１２
１０と、を有する。なお、記憶素子１２００は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、
インダクタなどのその他の素子をさらに有していてもよい。
ここで、回路１２０２には、上述した記憶装置を用いることができる。記憶素子１２００
への電源電圧の供給が停止した際、回路１２０２のトランジスタ１２０９のゲートにはＧ
ＮＤ（０Ｖ）、またはトランジスタ１２０９がオフする電位が入力され続ける構成とする
。例えば、トランジスタ１２０９のゲートが抵抗等の負荷を介して接地される構成とする
。
スイッチ１２０３は、一導電型（例えば、ｎチャネル型）のトランジスタ１２１３を用い
て構成され、スイッチ１２０４は、一導電型とは逆の導電型（例えば、ｐチャネル型）の
トランジスタ１２１４を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ１２０３の第１の端
子はトランジスタ１２１３のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ１２０３の第２
の端子はトランジスタ１２１３のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ１２０３は
トランジスタ１２１３のゲートに入力される制御信号ＲＤによって、第１の端子と第２の
端子の間の導通または非導通（つまり、トランジスタ１２１３の導通状態または非導通状
態）が選択される。スイッチ１２０４の第１の端子はトランジスタ１２１４のソースとド
レインの一方に対応し、スイッチ１２０４の第２の端子はトランジスタ１２１４のソース
とドレインの他方に対応し、スイッチ１２０４はトランジスタ１２１４のゲートに入力さ
れる制御信号ＲＤによって、第１の端子と第２の端子の間の導通または非導通（つまり、
トランジスタ１２１４の導通状態または非導通状態）が選択される。
トランジスタ１２０９のソースとドレインの一方は、容量素子１２０８の一対の電極のう
ちの一方、およびトランジスタ１２１０のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部
分をノードＭ２とする。トランジスタ１２１０のソースとドレインの一方は、低電源電位
を供給することのできる配線（例えばＧＮＤ線）に電気的に接続され、他方は、スイッチ
１２０３の第１の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの一方）と電気的に接
続される。スイッチ１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの
他方）はスイッチ１２０４の第１の端子（トランジスタ１２１４のソースとドレインの一
方）と電気的に接続される。スイッチ１２０４の第２の端子（トランジスタ１２１４のソ
ースとドレインの他方）は電源電位ＶＤＤを供給することのできる配線と電気的に接続さ
れる。スイッチ１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの他方
）と、スイッチ１２０４の第１の端子（トランジスタ１２１４のソースとドレインの一方
）と、論理素子１２０６の入力端子と、容量素子１２０７の一対の電極のうちの一方と、
は電気的に接続される。ここで、接続部分をノードＭ１とする。容量素子１２０７の一対
の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電
源電位（ＧＮＤ等）または高電源電位（ＶＤＤ等）が入力される構成とすることができる
。容量素子１２０７の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配
線（例えばＧＮＤ線）と電気的に接続される。容量素子１２０８の一対の電極のうちの他
方は、一定の電位が入力される構成とすることができる。例えば、低電源電位（ＧＮＤ等
）または高電源電位（ＶＤＤ等）が入力される構成とすることができる。容量素子１２０
８の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供給することのできる配線（例えばＧＮＤ
線）と電気的に接続される。
なお、容量素子１２０７および容量素子１２０８は、トランジスタや配線の寄生容量等を
積極的に利用することによって省略することも可能である。
トランジスタ１２０９のゲートには、制御信号ＷＥが入力される。スイッチ１２０３およ
びスイッチ１２０４は、制御信号ＷＥとは異なる制御信号ＲＤによって第１の端子と第２
の端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチの第１の端子と第２
の端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第１の端子と第２の端子の間は非導通状態
となる。
トランジスタ１２０９のソースとドレインの他方には、回路１２０１に保持されたデータ
に対応する信号が入力される。図３０では、回路１２０１から出力された信号が、トラン
ジスタ１２０９のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ１２０３の
第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの他方）から出力される信号は、
論理素子１２０６によってその論理値が反転された反転信号となり、回路１２２０を介し
て回路１２０１に入力される。
なお、図３０では、スイッチ１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとド
レインの他方）から出力される信号は、論理素子１２０６および回路１２２０を介して回
路１２０１に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ１２０３の第２の端子
（トランジスタ１２１３のソースとドレインの他方）から出力される信号が、論理値を反
転させられることなく、回路１２０１に入力されてもよい。例えば、回路１２０１内に、
入力端子から入力された信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合
に、スイッチ１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの他方）
から出力される信号を当該ノードに入力することができる。
また、図３０において、記憶素子１２００に用いられるトランジスタのうち、トランジス
タ１２０９以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる膜または基板１１９
０にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン膜または
シリコン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子
１２００に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体で形成されるトラン
ジスタとすることもできる。または、記憶素子１２００は、トランジスタ１２０９以外に
も、チャネルが酸化物半導体で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトラ
ンジスタは酸化物半導体以外の半導体でなる膜または基板１１９０にチャネルが形成され
るトランジスタとすることもできる。
図３０における回路１２０１には、例えばフリップフロップ回路を用いることができる。
また、論理素子１２０６としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いる
ことができる。
本発明の一態様に係る半導体装置では、記憶素子１２００に電源電圧が供給されない間は
、回路１２０１に記憶されていたデータを、回路１２０２に設けられた容量素子１２０８
によって保持することができる。
また、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタはオフ電流が極めて小さい。例
えば、酸化物半導体にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流は、結晶性を有する
シリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著しく低い。そのため
、当該トランジスタをトランジスタ１２０９として用いることによって、記憶素子１２０
０に電源電圧が供給されない間も容量素子１２０８に保持された信号は長期間にわたり保
たれる。こうして、記憶素子１２００は電源電圧の供給が停止した間も記憶内容（データ
）を保持することが可能である。
また、スイッチ１２０３およびスイッチ１２０４を設けることによって、プリチャージ動
作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路１２０１が
元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
また、回路１２０２において、容量素子１２０８によって保持された信号はトランジスタ
１２１０のゲートに入力される。そのため、記憶素子１２００への電源電圧の供給が再開
された後、容量素子１２０８に保持された信号によって、トランジスタ１２１０の導通状
態、または非導通状態が切り替わり、その状態に応じて信号を回路１２０２から読み出す
ことができる。それ故、容量素子１２０８に保持された信号に対応する電位が多少変動し
ていても、元の信号を正確に読み出すことが可能である。
このような記憶素子１２００を、プロセッサが有するレジスタやキャッシュメモリなどの
記憶装置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐこ
とができる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰
することができる。よって、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、また
は複数の論理回路において、短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を
抑えることができる。
記憶素子１２００をＣＰＵに用いる例として説明したが、記憶素子１２００は、ＤＳＰ（
Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、カスタムＬＳＩ、ＰＬＤ（Ｐｒ
ｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）等のＬＳＩ、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆ
ｒｅｑｕｅｎｃｙ）デバイスにも応用可能である。
＜表示装置＞
以下では、本発明の一態様に係る表示装置について、図３１および図３２を用いて説明す
る。
表示装置に用いられる表示素子としては液晶素子（液晶表示素子ともいう。）、発光素子
（発光表示素子ともいう。）などを用いることができる。発光素子は、電流または電圧に
よって輝度が制御される素子をその範疇に含んでおり、具体的には無機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、有機ＥＬなどを含む。以下では、表示装置の一例とし
てＥＬ素子を用いた表示装置（ＥＬ表示装置）および液晶素子を用いた表示装置（液晶表
示装置）について説明する。
なお、以下に示す表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコ
ントローラを含むＩＣなどを実装した状態にあるモジュールとを含む。
また、以下に示す表示装置は画像表示デバイス、または光源（照明装置含む）を指す。ま
た、コネクター、例えばＦＰＣ、ＴＣＰが取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリ
ント配線板を有するモジュールまたは表示素子にＣＯＧ方式によりＩＣ（集積回路）が直
接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。
図３１は、本発明の一態様に係るＥＬ表示装置の一例である。図３１（Ａ）に、ＥＬ表示
装置の画素の回路図を示す。図３１（Ｂ）は、ＥＬ表示装置全体を示す上面図である。
図３１（Ａ）は、ＥＬ表示装置に用いられる画素の回路図の一例である。
なお、本明細書等においては、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（
容量素子、抵抗素子など）などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなく
ても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続
先を特定しなくても、発明の一態様が明確であるといえる。そして、接続先が特定された
内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細
書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先として複
数の箇所が想定される場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。
したがって、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（容量素子、抵抗素
子など）などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発
明の一態様を構成することが可能な場合がある。
なお、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業
者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少な
くとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つ
まり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であるといえる。そして、機能が特定され
た発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。し
たがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態
様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または
、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として
開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
図３１（Ａ）に示すＥＬ表示装置は、スイッチ素子７４３と、トランジスタ７４１と、容
量素子７４２と、発光素子７１９と、を有する。
なお、図３１（Ａ）などは、回路構成の一例であるため、さらに、トランジスタを追加す
ることが可能である。逆に、図３１（Ａ）の各ノードにおいて、トランジスタ、スイッチ
、受動素子などを追加しないようにすることも可能である。
トランジスタ７４１のゲートはスイッチ素子７４３の一端および容量素子７４２の一方の
電極と電気的に接続される。トランジスタ７４１のソースは容量素子７４２の他方の電極
と電気的に接続され、発光素子７１９の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ
７４１のドレインは電源電位ＶＤＤが与えられる。スイッチ素子７４３の他端は信号線７
４４と電気的に接続される。発光素子７１９の他方の電極は定電位が与えられる。なお、
定電位は接地電位ＧＮＤまたはそれより小さい電位とする。
スイッチ素子７４３としては、トランジスタを用いると好ましい。トランジスタを用いる
ことで、画素の面積を小さくでき、解像度の高いＥＬ表示装置とすることができる。また
、スイッチ素子７４３として、トランジスタ７４１と同一工程を経て作製されたトランジ
スタを用いると、ＥＬ表示装置の生産性を高めることができる。なお、トランジスタ７４
１または／およびスイッチ素子７４３としては、例えば、上述したトランジスタを適用す
ることができる。
図３１（Ｂ）は、ＥＬ表示装置の上面図である。ＥＬ表示装置は、基板７００と、基板７
５０と、シール材７３４と、駆動回路７３５と、駆動回路７３６と、画素７３７と、ＦＰ
Ｃ７３２と、を有する。シール材７３４は、画素７３７、駆動回路７３５および駆動回路
７３６を囲むように基板７００と基板７５０との間に配置される。なお、駆動回路７３５
または／および駆動回路７３６をシール材７３４の外側に配置しても構わない。
図３１（Ｃ）は、図３１（Ｂ）の一点鎖線Ｍ−Ｎの一部に対応するＥＬ表示装置の断面図
である。
図３１（Ｃ）には、トランジスタ７４１として、基板７００上の導電体７０４ａと、導電
体７０４ａ上の絶縁体７１２ａと、絶縁体７１２ａ上の絶縁体７１２ｂと、絶縁体７１２
ｂ上にあり導電体７０４ａと重なる半導体７０６ａおよび半導体７０６ｂと、半導体７０
６ａおよび半導体７０６ｂと接する導電体７１６ａおよび導電体７１６ｂと、半導体７０
６ｂ上、導電体７１６ａ上および導電体７１６ｂ上の絶縁体７１８ａと、絶縁体７１８ａ
上の絶縁体７１８ｂと、絶縁体７１８ｂ上の絶縁体７１８ｃと、絶縁体７１８ｃ上にあり
半導体７０６ｂと重なる導電体７１４ａと、を有する構造を示す。なお、トランジスタ７
４１の構造は一例であり、図３１（Ｃ）に示す構造と異なる構造であっても構わない。
したがって、図３１（Ｃ）に示すトランジスタ７４１において、導電体７０４ａはゲート
電極としての機能を有し、絶縁体７１２ａおよび絶縁体７１２ｂはゲート絶縁体としての
機能を有し、導電体７１６ａはソース電極としての機能を有し、導電体７１６ｂはドレイ
ン電極としての機能を有し、絶縁体７１８ａ、絶縁体７１８ｂおよび絶縁体７１８ｃはゲ
ート絶縁体としての機能を有し、導電体７１４ａはゲート電極としての機能を有する。な
お、半導体７０６は、光が当たることで電気特性が変動する場合がある。したがって、導
電体７０４ａ、導電体７１６ａ、導電体７１６ｂ、導電体７１４ａのいずれか一以上が遮
光性を有すると好ましい。
なお、絶縁体７１８ａおよび絶縁体７１８ｂの界面を破線で表したが、これは両者の境界
が明確でない場合があることを示す。例えば、絶縁体７１８ａおよび絶縁体７１８ｂとし
て、同種の絶縁体を用いた場合、観察手法によっては両者の区別が付かない場合がある。
図３１（Ｃ）には、容量素子７４２として、基板上の導電体７０４ｂと、導電体７０４ｂ
上の絶縁体７１２ａと、絶縁体７１２ａ上の絶縁体７１２ｂと、絶縁体７１２ｂ上にあり
導電体７０４ｂと重なる導電体７１６ａと、導電体７１６ａ上の絶縁体７１８ａと、絶縁
体７１８ａ上の絶縁体７１８ｂと、絶縁体７１８ｂ上の絶縁体７１８ｃと、絶縁体７１８
ｃ上にあり導電体７１６ａと重なる導電体７１４ｂと、を有し、導電体７１６ａおよび導
電体７１４ｂの重なる領域で、絶縁体７１８ａおよび絶縁体７１８ｂの一部が除去されて
いる構造を示す。
容量素子７４２において、導電体７０４ｂおよび導電体７１４ｂは一方の電極として機能
し、導電体７１６ａは他方の電極として機能する。
したがって、容量素子７４２は、トランジスタ７４１と共通する膜を用いて作製すること
ができる。また、導電体７０４ａおよび導電体７０４ｂを同種の導電体とすると好ましい
。その場合、導電体７０４ａおよび導電体７０４ｂは、同一工程を経て形成することがで
きる。また、導電体７１４ａおよび導電体７１４ｂを同種の導電体とすると好ましい。そ
の場合、導電体７１４ａおよび導電体７１４ｂは、同一工程を経て形成することができる
。
図３１（Ｃ）に示す容量素子７４２は、占有面積当たりの容量が大きい容量素子である。
したがって、図３１（Ｃ）は表示品位の高いＥＬ表示装置である。なお、図３１（Ｃ）に
示す容量素子７４２は、導電体７１６ａおよび導電体７１４ｂの重なる領域を薄くするた
め、絶縁体７１８ａおよび絶縁体７１８ｂの一部が除去された構造を有するが、本発明の
一態様に係る容量素子はこれに限定されるものではない。例えば、導電体７１６ａおよび
導電体７１４ｂの重なる領域を薄くするため、絶縁体７１８ｃの一部が除去された構造を
有しても構わない。
トランジスタ７４１および容量素子７４２上には、絶縁体７２０が配置される。ここで、
絶縁体７２０は、トランジスタ７４１のソース電極として機能する導電体７１６ａに達す
る開口部を有してもよい。絶縁体７２０上には、導電体７８１が配置される。導電体７８
１は、絶縁体７２０の開口部を介してトランジスタ７４１と電気的に接続してもよい。
導電体７８１上には、導電体７８１に達する開口部を有する隔壁７８４が配置される。隔
壁７８４上には、隔壁７８４の開口部で導電体７８１と接する発光層７８２が配置される
。発光層７８２上には、導電体７８３が配置される。導電体７８１、発光層７８２および
導電体７８３の重なる領域が、発光素子７１９となる。
ここまでは、ＥＬ表示装置の例について説明した。次に、液晶表示装置の例について説明
する。
図３２（Ａ）は、液晶表示装置の画素の構成例を示す回路図である。図３２に示す画素は
、トランジスタ７５１と、容量素子７５２と、一対の電極間に液晶の充填された素子（液
晶素子）７５３とを有する。
トランジスタ７５１では、ソース、ドレインの一方が信号線７５５に電気的に接続され、
ゲートが走査線７５４に電気的に接続されている。
容量素子７５２では、一方の電極がトランジスタ７５１のソース、ドレインの他方に電気
的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。
液晶素子７５３では、一方の電極がトランジスタ７５１のソース、ドレインの他方に電気
的に接続され、他方の電極が共通電位を供給する配線に電気的に接続されている。なお、
上述した容量素子７５２の他方の電極が電気的に接続する配線に与えられる共通電位と、
液晶素子７５３の他方の電極に与えられる共通電位とが異なる電位であってもよい。
なお、液晶表示装置も、上面図はＥＬ表示装置と同様として説明する。図３１（Ｂ）の一
点鎖線Ｍ−Ｎに対応する液晶表示装置の断面図を図３２（Ｂ）に示す。図３２（Ｂ）にお
いて、ＦＰＣ７３２は、端子７３１を介して配線７３３ａと接続される。なお、配線７３
３ａは、トランジスタ７５１を構成する導電体または半導体のいずれかと同種の導電体ま
たは半導体を用いてもよい。
トランジスタ７５１は、トランジスタ７４１についての記載を参照する。また、容量素子
７５２は、容量素子７４２についての記載を参照する。なお、図３２（Ｂ）には、図３１
（Ｃ）の容量素子７４２に対応した容量素子７５２の構造を示したが、これに限定されな
い。
なお、トランジスタ７５１の半導体に酸化物半導体を用いた場合、極めてオフ電流の小さ
いトランジスタとすることができる。したがって、容量素子７５２に保持された電荷がリ
ークしにくく、長期間に渡って液晶素子７５３に印加される電圧を維持することができる
。そのため、動きの少ない動画や静止画の表示の際に、トランジスタ７５１をオフ状態と
することで、トランジスタ７５１の動作のための電力が不要となり、消費電力の小さい液
晶表示装置とすることができる。また、容量素子７５２の占有面積を小さくできるため、
開口率の高い液晶表示装置、または高精細化した液晶表示装置を提供することができる。
トランジスタ７５１および容量素子７５２上には、絶縁体７２１が配置される。ここで、
絶縁体７２１は、トランジスタ７５１に達する開口部を有する。絶縁体７２１上には、導
電体７９１が配置される。導電体７９１は、絶縁体７２１の開口部を介してトランジスタ
７５１と電気的に接続する。
導電体７９１上には、配向膜として機能する絶縁体７９２が配置される。絶縁体７９２上
には、液晶層７９３が配置される。液晶層７９３上には、配向膜として機能する絶縁体７
９４が配置される。絶縁体７９４上には、スペーサ７９５が配置される。スペーサ７９５
および絶縁体７９４上には、導電体７９６が配置される。導電体７９６上には、基板７９
７が配置される。
上述した構造を有することで、占有面積の小さい容量素子を有する表示装置を提供するこ
とができる、または、表示品位の高い表示装置を提供することができる。または、高精細
の表示装置を提供することができる。
例えば、本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素
子、および発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、または様
々な素子を有することができる。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置は、例え
ば、ＥＬ素子（有機物および無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子）、白
色、赤色、緑色または青色などの発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎ
ｇ Ｄｉｏｄｅ）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子
、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、プラ
ズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム
）を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＤＭＳ（デジタル・
マイクロ・シャッター）、ＩＭＯＤ（インターフェアレンス・モジュレーション）素子、
シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子、エレクトロウェッ
ティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子な
どの少なくとも一つを有している。これのほかにも、電気的または磁気的作用により、コ
ントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい。
ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディスプレイなどがある。電子放出素子
を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）また
はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。液晶素子を用いた表示
装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディス
プレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）
などがある。電子インクまたは電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペー
パーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する
場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすれ
ばよい。例えば、画素電極の一部または全部が、アルミニウム、銀、などを有するように
すればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けること
も可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
なお、ＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファ
イトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜として
もよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物
半導体、例えば、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体などを容易に成膜することができる。さ
らに、その上に、結晶を有するｐ型ＧａＮ半導体などを設けて、ＬＥＤを構成することが
できる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体との間に、
ＡｌＮ層を設けてもよい。なお、ＬＥＤが有するＧａＮ半導体は、ＭＯＣＶＤで成膜して
もよい。ただし、グラフェンを設けることにより、ＬＥＤが有するＧａＮ半導体は、スパ
ッタリング法で成膜することも可能である。
＜電子機器＞
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備
えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ
等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いること
ができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器と
して、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ
、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプ
レイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオ
プレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ
払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図３３に示
す。
図３３（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体９０１、筐体９０２、表示部９０３、表示部
９０４、マイクロフォン９０５、スピーカー９０６、操作キー９０７、スタイラス９０８
等を有する。なお、図３３（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部９０３と表示
部９０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない
。
図３３（Ｂ）は携帯データ端末であり、第１筐体９１１、第２筐体９１２、第１表示部９
１３、第２表示部９１４、接続部９１５、操作キー９１６等を有する。第１表示部９１３
は第１筐体９１１に設けられており、第２表示部９１４は第２筐体９１２に設けられてい
る。そして、第１筐体９１１と第２筐体９１２とは、接続部９１５により接続されており
、第１筐体９１１と第２筐体９１２の間の角度は、接続部９１５により変更が可能である
。第１表示部９１３における映像を、接続部９１５における第１筐体９１１と第２筐体９
１２との間の角度にしたがって、切り替える構成としてもよい。また、第１表示部９１３
および第２表示部９１４の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表
示装置を用いるようにしてもよい。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッ
チパネルを設けることで付加することができる。または、位置入力装置としての機能は、
フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加する
ことができる。
図３３（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体９２１、表示部９２２、キ
ーボード９２３、ポインティングデバイス９２４等を有する。
図３３（Ｄ）は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体９３１、冷蔵室用扉９３２、冷凍室用扉９３
３等を有する。
図３３（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体９４１、第２筐体９４２、表示部９４３、
操作キー９４４、レンズ９４５、接続部９４６等を有する。操作キー９４４およびレンズ
９４５は第１筐体９４１に設けられており、表示部９４３は第２筐体９４２に設けられて
いる。そして、第１筐体９４１と第２筐体９４２とは、接続部９４６により接続されてお
り、第１筐体９４１と第２筐体９４２の間の角度は、接続部９４６により変更が可能であ
る。表示部９４３における映像を、接続部９４６における第１筐体９４１と第２筐体９４
２との間の角度にしたがって切り替える構成としてもよい。
図３３（Ｆ）は自動車であり、車体９５１、車輪９５２、ダッシュボード９５３、ライト
９５４等を有する。
本実施例では、本発明の一態様に係るトランジスタを作製した。
なお、トランジスタの作製方法については、図９乃至図１４などを参照する。
まず、基板５００として、厚さが１００ｎｍの酸化シリコンと、厚さが２８０ｎｍの窒化
酸化シリコンと、厚さが３００ｎｍの酸化シリコンと、厚さが３００ｎｍの酸化シリコン
と、厚さが５０ｎｍの酸化アルミニウムと、がこの順に積層されたシリコン基板を準備し
た。
次に、スパッタリング法によって厚さが１５０ｎｍのタングステンを成膜した。次に、タ
ングステン上にレジストを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５１３を形成した
。
次に、ＰＥＣＶＤ法によって厚さが５００ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した。
次に、酸化窒化シリコンの上面から下面に向けて、基板５００の下面と平行な形状となる
ようにエッチングを行うことで、導電体５１３を露出させ、絶縁体５０３を形成した（図
９（Ａ）および図９（Ｂ）参照。）。
次に、絶縁体５０２の１層目として、ＰＥＣＶＤ法によって厚さが１０ｎｍの酸化窒化シ
リコンを成膜した。次に、絶縁体５０２の２層目として、ＡＬＤ法によって厚さが２０ｎ
ｍの酸化ハフニウムを成膜した。次に、絶縁体５０２の３層目として、ＰＥＣＶＤ法によ
って厚さが１０ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した。絶縁体５０２の積層構造については
、図７の絶縁体４０２の積層構造の説明を参照する。
次に、酸素雰囲気下で５５０℃１時間の加熱処理を行った。
次に、半導体５３６ａとして、ＤＣスパッタリング法によって厚さが４０ｎｍのＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ酸化物を成膜した。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚ
ｎ＝１：３：４［原子数比］ターゲットを用い、成膜ガスとしてアルゴンガス４０ｓｃｃ
ｍおよび酸素ガス５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａ（キャノンアネルバ製ミニチ
ュアゲージＭＧ−２によって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、ターゲット−
基板間距離を６０ｍｍとした。
次に、イオン注入装置を用いて、加速電圧５ｋＶにて、ドーズ量が１×１０１６ｉｏｎｓ
／ｃｍ２の酸素イオンを添加した。
次に、半導体５３６ｂとして、ＤＣスパッタリング法によって厚さが２０ｎｍのＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ酸化物を成膜した。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚ
ｎ＝１：１：１［原子数比］ターゲットを用い、成膜ガスとしてアルゴンガス３０ｓｃｃ
ｍおよび酸素ガス１０ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．７Ｐａ（キャノンアネルバ製ミニ
チュアゲージＭＧ−２によって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、ターゲット
−基板間距離を６０ｍｍとした。
次に、窒素雰囲気下で５５０℃１時間の加熱処理を行い、さらに酸素雰囲気下で５５０℃
１時間の加熱処理を行った。
次に、導電体５４６として、ＤＣスパッタリング法によって厚さが１５０ｎｍのタングス
テンを成膜した（図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）参照。）。
次に、導電体５４６上にレジストを形成し、該レジストを用いて加工し、導電体５１６ａ
および導電体５１６ｂを形成した（図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）参照。）。
次に、レジスト、導電体５１６ａおよび導電体５１６ｂを用いて、半導体５３６ｂを加工
し、半導体５０６ｂを形成した（図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）参照。）。
次に、半導体５３６ｃとして、ＤＣスパッタリング法によって厚さが５ｎｍのＩｎ−Ｇａ
−Ｚｎ酸化物を成膜した。なお、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の成膜には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：３：２［原子数比］ターゲットを用い、成膜ガスとしてアルゴンガス３０ｓｃｃｍ
および酸素ガス１５ｓｃｃｍを用い、成膜圧力を０．４Ｐａ（キャノンアネルバ製Ｂ−Ａ
ゲージＢＲＧ−１Ｂによって計測した。）とし、成膜電力を５００Ｗとし、ターゲット−
基板間距離を６０ｍｍとした。
次に、絶縁体５４２として、ＰＥＣＶＤ法によって厚さが２０ｎｍの酸化窒化シリコンを
成膜した。
次に、導電体５３４として、ＤＣスパッタリング法によって厚さが３０ｎｍの窒化チタン
と、厚さが１３５ｎｍのタングステンと、をこの順に成膜した（図１３（Ａ）および図１
３（Ｂ）参照。）。次に、導電体５３４上にレジストを形成し、該レジストを用いて加工
し、導電体５０４を形成した。
次に、レジストまたは／および導電体５０４を用いて、絶縁体５４２を加工し、絶縁体５
１２を形成した。
次に、レジスト、導電体５０４または／および絶縁体５１２を用いて、半導体５３６ｃを
加工し、半導体５０６ｃを形成した。
次に、レジスト、導電体５０４、絶縁体５１２または／および半導体５３６ｃ、ならびに
導電体５１６ａおよび導電体５１６ｂを用いて、半導体５３６ａを加工し、半導体５０６
ａを形成した（図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）参照。）。
次に、ＲＦスパッタリング法によって厚さが１４０ｎｍの酸化アルミニウムを成膜した。
次に、酸素雰囲気下で４００℃１時間の加熱処理を行うことで、チャネル長Ｌが０．８μ
ｍ、チャネル幅Ｗが０．８μｍのトランジスタを作製した。
作製したトランジスタにおいて、導電体５０４はゲート電極としての機能を有する。絶縁
体５１２はゲート絶縁体としての機能を有する。導電体５１３はバックゲート電極として
の機能を有する。絶縁体５０２はゲート絶縁体としての機能を有する。導電体５１６ａお
よび導電体５１６ｂは、ソース電極およびドレイン電極としての機能を有する。
以下の３条件においてＩｄ−Ｖｇ特性（ドレイン電流−ゲート電圧特性）を測定した。ま
ず、トランジスタ作製直後のＩｄ−Ｖｇ特性（第１の条件）を測定した。Ｉｄ−Ｖｇ特性
の測定は、バックゲート電圧を０Ｖ、ドレイン電圧を０．１Ｖまたは１．８Ｖとし、ゲー
ト電圧を−３．０Ｖから３．０Ｖまで０．１Ｖステップで掃引させた。環境は室温とした
。次に、ドレイン電圧を０Ｖ、ゲート電圧を０Ｖとし、バックゲート電圧として１８Ｖ、
２２Ｖ、２４Ｖ、２５Ｖ、２６Ｖまたは２８Ｖを１００ミリ秒間印加してＩｄ−Ｖｇ特性
（第２の条件）を測定した。なお、環境は室温の暗室とした。次に、温度を変更してＩｄ
−Ｖｇ特性（第３の条件）を測定した。なお、環境は１５０℃の暗室とした。
結果を図４２に示す。なお、図４２（Ａ）はバックゲート電圧として１８Ｖを印加した場
合を示し、図４２（Ｂ）はバックゲート電圧として２２Ｖを印加した場合を示し、図４２
（Ｃ）はバックゲート電圧として２４Ｖを印加した場合を示し、図４２（Ｄ）はバックゲ
ート電圧として２５Ｖを印加した場合を示し、図４２（Ｅ）はバックゲート電圧として２
６Ｖを印加した場合を示し、図４２（Ｆ）はバックゲート電圧として２８Ｖを印加した場
合を示す。なお、第１の条件を黒の実線で示し、第２の条件をグレーの実線で示し、第３
の条件を黒の破線で示す。なお、バックゲート電圧として１８Ｖを印加した場合、および
２２Ｖを印加した場合については、第３の条件におけるＩｄ−Ｖｇ特性を測定していない
。なお、バックゲート電圧として２８Ｖを印加した場合、第２の条件において測定範囲内
でドレイン電流の立ち上がりが確認されなかった。これは、立ち上がりのゲート電圧が３
Ｖよりも高いことを示している。
なお、Ｉｄ−Ｖｇ特性におけるドレイン電流の立ち上がりのゲート電圧をＳｈｉｆｔと呼
ぶ。Ｓｈｉｆｔは、Ｉｄ−Ｖｇ特性のサブスレッショルド領域における内挿が、ドレイン
電流１×１０−１２Ａとなるときのゲート電圧とする。即ち、Ｓｈｉｆｔはしきい値電圧
と同じような傾向で変化する値である。例えば、Ｓｈｉｆｔがプラス方向に変動する場合
、しきい値電圧もプラス方向に変動する傾向を示す。また、Ｓｈｉｆｔがマイナス方向に
変動する場合、しきい値電圧もマイナス方向に変動する傾向を示す。
図４２より、第２の条件は第１の条件よりもＳｈｉｆｔが高くなった。また、第３の条件
は、第１の条件よりもＳｈｉｆｔが高く、第２の条件よりもＳｈｉｆｔが低くなった。こ
のことより、バックゲート電圧を印加することで、絶縁体５０２などに電子が注入される
ことがわかった。また、加熱処理によって不安定な電子が放出され、安定な電子が残存す
ることがわかった。
図４３は、バックゲート電圧とＳｈｉｆｔの変動量（ΔＳｈｉｆｔ）との関係である。Δ
Ｓｈｉｆｔは、印加したバックゲート電圧と正の相関を有することがわかった。したがっ
て、バックゲート電圧の印加によってＳｈｉｆｔを制御できることがわかる。
次に、各種ストレス試験に対する電気特性の変動を測定した。
図４４（Ａ）にプラスゲートＢＴ（Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験の
結果を示す。プラスゲートＢＴストレス試験では、まず、バックゲート電圧を０Ｖ、ドレ
イン電圧を０．１Ｖまたは１．８Ｖとし、ゲート電圧を−３．０Ｖから３．０Ｖまで０．
１Ｖステップで掃引させることでストレス試験前のＩｄ−Ｖｇ特性を測定する。次に、ド
レイン電圧を０Ｖ、バックゲート電圧を０Ｖとし、ゲート電圧として３．３Ｖを１時間印
加してストレス試験後のＩｄ−Ｖｇ特性を測定した。なお、環境は１５０℃の暗室とした
。図４４（Ａ）より、ゲート電圧を印加する時間が長いほどＳｈｉｆｔはプラス方向に変
動することがわかった。また、１時間のプラスゲートＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆ
ｔは０．５４Ｖであった。
図４４（Ｂ）にマイナスゲートＢＴストレス試験の結果を示す。マイナスゲートＢＴスト
レス試験では、まず、バックゲート電圧を０Ｖ、ドレイン電圧を０．１Ｖまたは１．８Ｖ
とし、ゲート電圧を−３．０Ｖから３．０Ｖまで０．１Ｖステップで掃引させることでス
トレス試験前のＩｄ−Ｖｇ特性を測定する。次に、ドレイン電圧を０Ｖ、バックゲート電
圧を０Ｖとし、ゲート電圧として−３．３Ｖを１時間印加してストレス試験後のＩｄ−Ｖ
ｇ特性を測定した。なお、環境は１５０℃の暗室とした。図４４（Ｂ）より、ゲート電圧
を印加する時間によらずＳｈｉｆｔの変動はわずかであることがわかった。また、１時間
のマイナスゲートＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆｔは−０．０４Ｖであった。
図４４（Ｃ）にプラスドレインＢＴストレス試験の結果を示す。プラスドレインＢＴスト
レス試験では、まず、バックゲート電圧を０Ｖ、ドレイン電圧を０．１Ｖまたは１．８Ｖ
とし、ゲート電圧を−３．０Ｖから３．０Ｖまで０．１Ｖステップで掃引させることでス
トレス試験前のＩｄ−Ｖｇ特性を測定する。次に、ゲート電圧を０Ｖ、バックゲート電圧
を０Ｖとし、ドレイン電圧として１．８Ｖを１時間印加してストレス試験後のＩｄ−Ｖｇ
特性を測定した。なお、環境は１５０℃の暗室とした。図４４（Ｃ）より、ドレイン電圧
を印加する時間によらずＳｈｉｆｔの変動はわずかであることがわかった。また、１時間
のプラスドレインＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆｔは０．０１Ｖであった。
図４４（Ｄ）にマイナスバックゲートＢＴストレス試験の結果を示す。マイナスバックゲ
ートＢＴストレス試験では、まず、バックゲート電圧を−５Ｖ、ドレイン電圧を０．１Ｖ
または１．８Ｖとし、ゲート電圧を−３．０Ｖから３．０Ｖまで０．１Ｖステップで掃引
させることでストレス試験前のＩｄ−Ｖｇ特性を測定する。次に、ドレイン電圧を０Ｖ、
ゲート電圧を０Ｖとし、バックゲート電圧として−５Ｖを１時間印加してストレス試験後
のＩｄ−Ｖｇ特性を測定した。なお、環境は１５０℃の暗室とした。図４４（Ｄ）より、
バックゲート電圧を印加する時間によらずＳｈｉｆｔの変動はわずかであることがわかっ
た。また、１時間のマイナスバックゲートＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆｔは０．０
０Ｖであった。
次に、２５Ｖのバックゲート電圧を印加したトランジスタに対しても、同様の各種ストレ
ス試験を行った。結果を図４５に示す。
図４５（Ａ）にプラスゲートＢＴストレス試験の結果を示す。ゲート電圧を印加する時間
が長いほどＳｈｉｆｔはプラス方向に変動することがわかった。また、１時間のプラスゲ
ートＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆｔは０．２９Ｖであった。
図４５（Ｂ）にマイナスゲートＢＴストレス試験の結果を示す。ゲート電圧を印加する時
間によらずＳｈｉｆｔの変動はわずかであることがわかった。また、１時間のマイナスゲ
ートＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆｔは−０．６８Ｖであった。
図４５（Ｃ）にプラスドレインＢＴストレス試験の結果を示す。ドレイン電圧を印加する
時間によらずＳｈｉｆｔの変動はわずかであることがわかった。また、１時間のプラスド
レインＢＴストレス試験前後のΔＳｈｉｆｔは−０．０８Ｖであった。
以上に示したように、本発明の一態様に係るトランジスタは、バックゲート電圧を印加す
ることで半導体の近傍に電子を注入させることができた。その結果、Ｉｄ−Ｖｇ特性にお
ける立ち上がりのゲート電圧を制御することができた。また、電子を注入した後で加熱処
理を行うと、安定な電子のみ残存させることができた。また、各種ストレス試験による電
気特性の変動は小さいことがわかった。また、各種ストレス試験によっても、残存した電
子は安定であることがわかった。
２００ 撮像装置
２０１ スイッチ
２０２ スイッチ
２０３ スイッチ
２１０ 画素部
２１１ 画素
２１２ 副画素
２１２Ｂ 副画素
２１２Ｇ 副画素
２１２Ｒ 副画素
２２０ 光電変換素子
２３０ 画素回路
２３１ 配線
２４７ 配線
２４８ 配線
２４９ 配線
２５０ 配線
２５３ 配線
２５４ フィルタ
２５４Ｂ フィルタ
２５４Ｇ フィルタ
２５４Ｒ フィルタ
２５５ レンズ
２５６ 光
２５７ 配線
２６０ 周辺回路
２７０ 周辺回路
２８０ 周辺回路
２９０ 周辺回路
２９１ 光源
３００ シリコン基板
３１０ 層
３２０ 層
３３０ 層
３４０ 層
３５１ トランジスタ
３５２ トランジスタ
３５３ トランジスタ
３６０ フォトダイオード
３６１ アノード
３６３ 低抵抗領域
３７０ プラグ
３７１ 配線
３７２ 配線
３７３ 配線
３８０ 絶縁体
４００ 基板
４０１ 絶縁体
４０２ 絶縁体
４０２ａ 絶縁体
４０２ｂ 絶縁体
４０２ｃ 絶縁体
４０４ 導電体
４０６ａ 半導体
４０６ｂ 半導体
４０６ｃ 半導体
４１２ 絶縁体
４１３ 導電体
４１６ａ 導電体
４１６ｂ 導電体
４３４ 導電体
４３６ａ 半導体
４３６ｂ 半導体
４３６ｃ 半導体
４４２ 絶縁体
４５０ 半導体基板
４５２ 絶縁体
４５４ 導電体
４５６ 領域
４６０ 領域
４６２ 絶縁体
４６４ 絶縁体
４６６ 絶縁体
４６８ 絶縁体
４７２ａ 領域
４７２ｂ 領域
４７４ａ 導電体
４７４ｂ 導電体
４７４ｃ 導電体
４７６ａ 導電体
４７６ｂ 導電体
４７８ａ 導電体
４７８ｂ 導電体
４７８ｃ 導電体
４８０ａ 導電体
４８０ｂ 導電体
４８０ｃ 導電体
４９０ 絶縁体
４９２ 絶縁体
４９４ 絶縁体
４９６ａ 導電体
４９６ｂ 導電体
４９６ｃ 導電体
４９６ｄ 導電体
４９８ａ 導電体
４９８ｂ 導電体
４９８ｃ 導電体
４９８ｄ 導電体
５００ 基板
５０２ 絶縁体
５０３ 絶縁体
５０４ 導電体
５０６ａ 半導体
５０６ｂ 半導体
５０６ｃ 半導体
５１１ 絶縁体
５１２ 絶縁体
５１３ 導電体
５１４ 導電体
５１６ 導電体
５１６ａ 導電体
５１６ｂ 導電体
５３４ 導電体
５３６ａ 半導体
５３６ｂ 半導体
５３６ｃ 半導体
５４２ 絶縁体
５４６ 導電体
７００ 基板
７０４ａ 導電体
７０４ｂ 導電体
７０６ 半導体
７０６ａ 半導体
７０６ｂ 半導体
７１２ａ 絶縁体
７１２ｂ 絶縁体
７１４ａ 導電体
７１４ｂ 導電体
７１６ａ 導電体
７１６ｂ 導電体
７１８ａ 絶縁体
７１８ｂ 絶縁体
７１８ｃ 絶縁体
７１９ 発光素子
７２０ 絶縁体
７２１ 絶縁体
７３１ 端子
７３２ ＦＰＣ
７３３ａ 配線
７３４ シール材
７３５ 駆動回路
７３６ 駆動回路
７３７ 画素
７４１ トランジスタ
７４２ 容量素子
７４３ スイッチ素子
７４４ 信号線
７５０ 基板
７５１ トランジスタ
７５２ 容量素子
７５３ 液晶素子
７５４ 走査線
７５５ 信号線
７８１ 導電体
７８２ 発光層
７８３ 導電体
７８４ 隔壁
７９１ 導電体
７９２ 絶縁体
７９３ 液晶層
７９４ 絶縁体
７９５ スペーサ
７９６ 導電体
７９７ 基板
９０１ 筐体
９０２ 筐体
９０３ 表示部
９０４ 表示部
９０５ マイクロフォン
９０６ スピーカー
９０７ 操作キー
９０８ スタイラス
９１１ 筐体
９１２ 筐体
９１３ 表示部
９１４ 表示部
９１５ 接続部
９１６ 操作キー
９２１ 筐体
９２２ 表示部
９２３ キーボード
９２４ ポインティングデバイス
９３１ 筐体
９３２ 冷蔵室用扉
９３３ 冷凍室用扉
９４１ 筐体
９４２ 筐体
９４３ 表示部
９４４ 操作キー
９４５ レンズ
９４６ 接続部
９５１ 車体
９５２ 車輪
９５３ ダッシュボード
９５４ ライト
１１８９ ＲＯＭインターフェース
１１９０ 基板
１１９１ ＡＬＵ
１１９２ ＡＬＵコントローラ
１１９３ インストラクションデコーダ
１１９４ インタラプトコントローラ
１１９５ タイミングコントローラ
１１９６ レジスタ
１１９７ レジスタコントローラ
１１９８ バスインターフェース
１１９９ ＲＯＭ
１２００ 記憶素子
１２０１ 回路
１２０２ 回路
１２０３ スイッチ
１２０４ スイッチ
１２０６ 論理素子
１２０７ 容量素子
１２０８ 容量素子
１２０９ トランジスタ
１２１０ トランジスタ
１２１３ トランジスタ
１２１４ トランジスタ
１２２０ 回路
２１００ トランジスタ
２２００ トランジスタ
３００１ 配線
３００２ 配線
３００３ 配線
３００４ 配線
３００５ 配線
３２００ トランジスタ
３３００ トランジスタ
３４００ 容量素子
５１００ ペレット
５１２０ 基板
５１６１ 領域

Claims (4)

  1. 第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、
    前記第２の半導体は、前記第１の半導体の上面と接する領域を有し、
    前記第１の導電体は、前記第１の導電体と前記第２の半導体とが互いに重なる領域を有し、
    前記絶縁体は、前記第１の導電体と前記第１の半導体との間に配置され、
    前記絶縁体は、ハフニウムおよび酸素を有する領域を有し、
    前記第２の導電体は、前記第２の半導体の上面と接する領域を有し、
    前記第３の半導体は、前記第１の半導体の上面、前記第２の半導体の上面および前記第２の導電体の上面と接する領域を有する、半導体装置。
  2. 第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、
    前記絶縁体は、前記第１の導電体上に配置され、
    前記絶縁体は、ハフニウムおよび酸素を有する領域を有し、
    前記第１の半導体は、前記絶縁体上に配置され、
    前記第２の半導体は、前記第１の半導体上に配置され、
    前記第２の導電体は、前記第２の半導体上に配置され、
    前記第３の半導体は、前記第１の半導体上、前記第２の半導体上および前記第２の導電体上に配置される、半導体装置。
  3. 第１の導電体と、第２の導電体と、第１の半導体と、第２の半導体と、第３の半導体と、絶縁体と、を有し、
    前記第２の半導体は、前記第１の半導体上に配置され、
    前記第１の導電体は、前記第２の半導体上に配置され、
    前記第３の半導体は、前記第１の半導体上、前記第２の半導体上および前記第１の導電体上に配置され、
    前記絶縁体は、前記第３の半導体上に配置され、
    前記絶縁体は、ハフニウムおよび酸素を有する領域を有し、
    前記第２の導電体は、前記絶縁体上に配置される、半導体装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記第２の半導体は、インジウム、元素Ｍ（アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）、亜鉛および酸素を有することを特徴とする半導体装置。
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