JP2020115556A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2020115556A
JP2020115556A JP2020055298A JP2020055298A JP2020115556A JP 2020115556 A JP2020115556 A JP 2020115556A JP 2020055298 A JP2020055298 A JP 2020055298A JP 2020055298 A JP2020055298 A JP 2020055298A JP 2020115556 A JP2020115556 A JP 2020115556A
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transistor
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oxide layer
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山崎 舜平
Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
岡崎 豊
Yutaka Okazaki
豊 岡崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

To provide a transistor having an excellent electric characteristic, a transistor having a stable electric characteristic, and a semiconductor device having a high integration degree.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a substrate 101; an insulator 102 on the substrate; a transistor 100 on the insulator 102; an insulator 110 covering the transistor; and an insulator 111 on the insulator 110. The transistor includes: an oxide layer 104 on an insulator 103; an insulator 105 on the oxide layer 104; a conductor 106 on the insulator 105; an insulator 108 formed for a side wall of the conductor 106; and a conductor 109a and a conductor 109b contacting a side surface of the oxide layer 104 and a side surface of the insulator 108. The insulator 108 is adjacent to a side surface of the conductor 106. The conductor 106 functions as a first gate electrode of the transistor, the conductor 109a and the conductor 109b function as a source electrode or a drain electrode of the transistor, and the insulator 105 functions as a gate insulator of the transistor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの製造方法に関す
る。
One embodiment of the present invention relates to a transistor, a semiconductor device, and a manufacturing method thereof.

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。
Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).

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(液晶表示装置、発光表示装置など)、照明装置、電気光学装置
、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有す
る場合がある。
Note that in this specification and the like, a semiconductor device generally means a device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like), a lighting device, an electro-optical device, a power storage device, a storage device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like may include a semiconductor device.

近年は、酸化物半導体を用いたトランジスタが注目されている。酸化物半導体膜は、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、酸化物半導体膜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、駆動回路を一体形成した高機能の表示装置を実現できる。また、非晶質
シリコン膜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。
In recent years, a transistor including an oxide semiconductor has attracted attention. Since the oxide semiconductor film can be formed by a sputtering method or the like, it can be used for a transistor included in a large-sized display device. In addition, since a transistor including an oxide semiconductor film has high field-effect mobility, a highly functional display device in which a driver circuit is formed can be realized. Further, since it is possible to improve and use a part of production equipment of a transistor using an amorphous silicon film, there is also an advantage that equipment investment can be suppressed.

酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が少ない
ことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタの極めてリーク電流が
少ないという特性を応用した低消費電力のCPUなどが開示されている(特許文献1参照
。)。
It is known that a transistor including an oxide semiconductor has an extremely small leak current in a non-conducting state. For example, a low power consumption CPU or the like is disclosed in which the characteristics of a transistor including an oxide semiconductor, which has extremely low leakage current, are applied (see Patent Document 1).

特開2012−257187号公報JP 2012-257187 A

微細なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、寄生容量の小さいトラ
ンジスタを提供することを課題の一とする。または、周波数特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。
電気特性の良好なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、電気特性の安
定し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、消費電力の少ないトラン
ジスタを提供することを課題の一とする。または、信頼性の良好なトランジスタを提供す
ることを課題の一とする。または、新規なトランジスタを提供することを課題の一とする
。または、これらのトランジスタの少なくとも一つを有する半導体装置を提供することを
課題の一とする。
Another object is to provide a minute transistor. Another object is to provide a transistor having a small parasitic capacitance. Another object is to provide a transistor with high frequency characteristics.
Another object is to provide a transistor with favorable electric characteristics. Another object is to provide a transistor with stable electric characteristics. Another object is to provide a transistor with low power consumption. Another object is to provide a highly reliable transistor. Another object is to provide a new transistor. Another object is to provide a semiconductor device including at least one of these transistors.

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。
Note that the description of these problems does not prevent the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not need to solve all of these problems. The problems other than these are obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc.
Problems other than these can be extracted from the drawings, claims, and the like.

本発明の一態様は、第1の絶縁体と、第1の絶縁体上の酸化物半導体と、酸化物半導体
上の第2の絶縁体と、第2の絶縁体上の第1の導電体と、第1の導電体の側面に隣接する
第3の絶縁体と、酸化物半導体の側面、および第3の絶縁体の側面と接する、第2の導電
体および第3の導電体と、第2の導電体の側面および第3の導電体の側面と接する第4の
絶縁体と、第4の絶縁体、第2の導電体および第3の導電体の上面に接する第5の絶縁体
と、を有する半導体装置である。ここで、第4の絶縁体の上面は概略平坦化される領域を
有し、第2の導電体および第3の導電体の上端の高さは、第4の絶縁体の上端の高さと概
略一致し、第4の絶縁体は、過剰酸素を有し、酸化物半導体は、第1の導電体と重なる第
1の領域と、第1の領域よりも抵抗の低い第2の領域と、を有し、第1の絶縁体および第
5の絶縁体は、第4の絶縁体よりも酸素透過性が低い。
One embodiment of the present invention is a first insulator, an oxide semiconductor over the first insulator, a second insulator over the oxide semiconductor, and a first conductor over the second insulator. A third insulator adjacent to the side surface of the first conductor, a second conductor and a third conductor in contact with the side surface of the oxide semiconductor and the side surface of the third insulator, A fourth insulator in contact with the side surface of the second conductor and the side surface of the third conductor, and a fifth insulator in contact with the upper surfaces of the fourth insulator, the second conductor and the third conductor. , A semiconductor device having. Here, the upper surface of the fourth insulator has a region to be substantially flattened, and the heights of the upper ends of the second conductor and the third conductor are approximately equal to the height of the upper end of the fourth insulator. In agreement, the fourth insulator has excess oxygen, and the oxide semiconductor has a first region overlapping with the first conductor and a second region having lower resistance than the first region. The first insulator and the fifth insulator have lower oxygen permeability than the fourth insulator.

ここで、上記構成において、第3の絶縁体を側壁絶縁層や、側壁絶縁膜、あるいはサイ
ドウォールと呼ぶ場合がある。また、上記構成において、半導体装置は、トランジスタを
有することが好ましく、第1の導電体は、該トランジスタのゲート電極として、第2の導
電体および第3の導電体は該トランジスタのソース電極またはドレイン電極として、第2
の絶縁体は該トランジスタのゲート絶縁体(ゲート絶縁膜、あるいはゲート絶縁層と呼ぶ
場合がある)として、機能することが好ましい。
Here, in the above structure, the third insulator may be referred to as a sidewall insulating layer, a sidewall insulating film, or a sidewall. In the above structure, the semiconductor device preferably has a transistor, the first conductor serves as a gate electrode of the transistor, and the second conductor and the third conductor serve as a source electrode or a drain of the transistor. Second electrode
The insulator of (1) preferably functions as a gate insulator of the transistor (sometimes referred to as a gate insulating film or a gate insulating layer).

また、上記構成において、第4の絶縁体は、第1の絶縁体に達する開口部を有し、開口
部には、第5の絶縁体が配置され、開口部は、酸化物半導体、第2の絶縁体および第2の
導電体の四方を囲んで配置されることが好ましい。また、第5の絶縁体は、第4の絶縁体
よりも水素透過性が低いことが好ましい。
Further, in the above structure, the fourth insulator has an opening reaching the first insulator, the fifth insulator is arranged in the opening, and the opening has an oxide semiconductor and a second insulator. Are preferably arranged so as to surround four sides of the insulator and the second conductor. Further, the fifth insulator preferably has lower hydrogen permeability than the fourth insulator.

また、上記構成において、第1の絶縁体および第5の絶縁体のうち少なくともいずれか
一は、酸素およびアルミニウムを有することが好ましい。また、上記構成において、第2
の領域は、第3の絶縁体と重なる領域を有してもよい。また、上記構成において、第2の
領域は、タングステン、アルミニウム、チタン、マグネシウム、バナジウム、アンチモン
、ヒ素、および硫黄のうち、少なくともいずれか一を含んでもよい。
In the above structure, at least one of the first insulator and the fifth insulator preferably contains oxygen and aluminum. In the above structure, the second
The region of may have a region overlapping with the third insulator. Further, in the above structure, the second region may contain at least one of tungsten, aluminum, titanium, magnesium, vanadium, antimony, arsenic, and sulfur.

また、上記構成において、半導体装置は、第6の絶縁体を有し、第6の絶縁体は凸部を
有し、酸化物半導体は、凸部上に接して形成されることが好ましい。ここで、酸化物半導
体は、第1の膜と、第1の膜の上面に接する第2の膜と、第2の膜の上面に接する第3の
膜と、を有することが好ましい。ここで、第2の膜の電子親和力は、第1の膜および第3
の膜の電子親和力よりも大きく、第1の導電体は、第2の絶縁体を介して第2の膜の側面
と面する領域を有し、凸部の高さと第1の膜の厚さの和は、第3の膜の厚さと第2の絶縁
体の厚さの和よりも大きいことが好ましい。また、第2の導電体および第3の導電体は、
第2の膜の上面、または第3の膜の上面のいずれかに接することが好ましい。
In the above structure, the semiconductor device preferably includes a sixth insulator, the sixth insulator has a convex portion, and the oxide semiconductor is preferably formed in contact with the convex portion. Here, the oxide semiconductor preferably has a first film, a second film in contact with the top surface of the first film, and a third film in contact with the top surface of the second film. Here, the electron affinity of the second film is equal to that of the first film and the third film.
Is larger than the electron affinity of the first film, the first conductor has a region facing the side surface of the second film through the second insulator, and the height of the convex portion and the thickness of the first film. Is preferably larger than the sum of the thickness of the third film and the thickness of the second insulator. The second conductor and the third conductor are
It is preferable to contact either the upper surface of the second film or the upper surface of the third film.

また、上記構成において、第4の絶縁体は、第5の絶縁体と混合する第3の領域を有し
てもよい。また、第3の領域は、過剰酸素を有してもよい。
Further, in the above structure, the fourth insulator may have a third region which is mixed with the fifth insulator. Also, the third region may have excess oxygen.

または、本発明の一態様は、基板上に第1の絶縁体を形成し、その後、第1の絶縁体上
に酸化物半導体を形成し、その後、酸化物半導体上に第2の絶縁体を形成し、その後、第
2の絶縁体上に第1の導電体を形成し、その後、酸化物半導体膜に第1の元素を添加し、
その後、第1の導電体上および酸化物半導体上に第3の絶縁体を成膜し、その後、第3の
絶縁体をエッチングすることにより第1の電極の側面に第4の絶縁体を形成し、その後、
第1の導電体および第4の絶縁体上に第2の導電体を成膜し、その後、第2の導電体上に
第5の絶縁体を成膜し、その後、化学機械研磨法を用いて第5の絶縁体の表面を平坦化し
ながら第2の導電体が有する第1の領域および第5の絶縁体が有する第2の領域の両方を
含む領域を除去することにより、第3の導電体、第4の導電体および第6の絶縁体を形成
し、第1のトランジスタを形成する。その後、第6の絶縁体上に第7の絶縁体を形成する
、半導体装置の作製方法である。ここで、第1の領域および第2の領域は第1の導電体と
重なり、第3の導電体および第4の導電体の上端の高さは、第6の絶縁体の上端の高さと
概略一致し、第1の導電体は、第1のトランジスタのゲート電極として機能し、第3の導
電体および第4の導電体は、第1のトランジスタのソース電極またはドレイン電極として
機能し、第1の絶縁体および第7の絶縁体は、第6の絶縁体よりも水素透過性が低く、第
1の絶縁体および第7の絶縁体の少なくともいずれか一は、酸化アルミニウムまたは窒化
シリコンを有する。
Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a first insulator is formed over a substrate, an oxide semiconductor is formed over the first insulator, and then a second insulator is formed over the oxide semiconductor. Forming, then forming a first conductor on the second insulator, and then adding the first element to the oxide semiconductor film,
After that, a third insulator is formed over the first conductor and the oxide semiconductor, and then the third insulator is etched to form a fourth insulator on a side surface of the first electrode. And then
A second conductor is formed on the first conductor and the fourth insulator, then a fifth insulator is formed on the second conductor, and then a chemical mechanical polishing method is used. By removing a region including both the first region of the second conductor and the second region of the fifth insulator while planarizing the surface of the fifth insulator by the third conductivity, A body, a fourth conductor, and a sixth insulator are formed to form a first transistor. After that, a seventh insulator is formed over the sixth insulator, which is a method for manufacturing a semiconductor device. Here, the first region and the second region overlap with the first conductor, and the height of the upper ends of the third conductor and the fourth conductor is approximately the same as the height of the upper end of the sixth insulator. In agreement, the first conductor functions as the gate electrode of the first transistor, the third conductor and the fourth conductor function as the source electrode or drain electrode of the first transistor, and And the seventh insulator have lower hydrogen permeability than the sixth insulator, and at least one of the first insulator and the seventh insulator has aluminum oxide or silicon nitride.

ここで、上記構成において、第4の絶縁体を側壁絶縁層、あるいは側壁絶縁膜と呼ぶ場
合がある。また、上記構成において、第1の元素は、タングステン、アルミニウム、チタ
ン、マグネシウム、バナジウム、アンチモン、ヒ素、および硫黄のうち、少なくともいず
れか一を含んでもよい。
Here, in the above structure, the fourth insulator may be referred to as a sidewall insulating layer or a sidewall insulating film. Further, in the above structure, the first element may contain at least one of tungsten, aluminum, titanium, magnesium, vanadium, antimony, arsenic, and sulfur.

または、本発明の一態様は、基板上に第1の絶縁体を形成し、その後、第1の絶縁体上
に酸化物半導体を形成し、その後、酸化物半導体上に第2の絶縁体を形成し、その後、第
2の絶縁体上に第1の導電体を成膜し、その後、第1の導電体上に第3の絶縁体を成膜し
、その後、第3の絶縁体の一部を除去することにより、第4の絶縁体を形成し、その後、
第1の導電体の一部を除去することにより、第2の導電体を形成し、その後、酸化物半導
体に第1の元素を添加し、その後、第4の絶縁体上に第5の絶縁体を成膜し、その後、第
5の絶縁体の一部を除去することにより第1の導電体の側壁に第6の絶縁体を形成し、そ
の後、第6の絶縁体上に第3の導電体を成膜し、その後、第3の導電体上に第7の絶縁体
を成膜し、化学機械研磨法を用いて第7の絶縁体の表面を平坦化しながら第3の導電体が
有する第1の領域および第7の絶縁体が有する第2の領域の両方を含む領域を除去するこ
とにより、第4の導電体、第5の導電体、および第8の絶縁体を形成し、第1のトランジ
スタを形成し、その後、第6の絶縁体、第4の導電体および第5の導電体上に第9の絶縁
体を形成する、半導体装置の作製方法である。ここで、第1の領域および第2の領域は第
2の導電体と重なり、第1の絶縁体および第9の絶縁体は、第8の絶縁体よりも水素透過
性が低く、第1の絶縁体および第9の絶縁体の少なくともいずれか一は、酸素およびアル
ミニウムを有することが好ましい。
Alternatively, according to one embodiment of the present invention, a first insulator is formed over a substrate, an oxide semiconductor is formed over the first insulator, and then a second insulator is formed over the oxide semiconductor. Forming, and then forming a film of the first conductor on the second insulator, forming a film of the third insulator on the first conductor, and then forming one film of the third insulator. A fourth insulator is formed by removing the portion, and thereafter,
A second conductor is formed by removing part of the first conductor, then the first element is added to the oxide semiconductor, and then the fifth insulator is formed over the fourth insulator. A film is formed on the body, and then a part of the fifth insulator is removed to form a sixth insulator on a sidewall of the first conductor, and then a third insulator is formed on the sixth insulator. The conductor is formed into a film, and then the seventh insulator is formed onto the third conductor, and the surface of the seventh insulator is planarized by a chemical mechanical polishing method to remove the third conductor. Forming a fourth conductor, a fifth conductor, and an eighth insulator by removing a region including both the first region and the second region of the seventh insulator, This is a method for manufacturing a semiconductor device, in which a first transistor is formed and then a ninth insulator is formed over a sixth insulator, a fourth conductor, and a fifth conductor. Here, the first region and the second region overlap with the second conductor, and the first insulator and the ninth insulator have lower hydrogen permeability than the eighth insulator, At least one of the insulator and the ninth insulator preferably contains oxygen and aluminum.

ここで、上記構成において、第6の絶縁体を側壁絶縁層、あるいは側壁絶縁膜と呼ぶ場
合がある。また、上記構成において、第1の元素は、タングステン、アルミニウム、チタ
ン、マグネシウム、バナジウム、アンチモン、ヒ素、および硫黄のうち、少なくともいず
れか一を含んでもよい。
Here, in the above structure, the sixth insulator may be referred to as a sidewall insulating layer or a sidewall insulating film. Further, in the above structure, the first element may contain at least one of tungsten, aluminum, titanium, magnesium, vanadium, antimony, arsenic, and sulfur.

微細なトランジスタを提供することができる。または、寄生容量の小さいトランジスタ
を提供することができる。または、周波数特性の高いトランジスタを提供することができ
る。電気特性の良好なトランジスタを提供することができる。または、電気特性の安定し
たトランジスタを提供することができる。または、消費電力の少ないトランジスタを提供
することができる。または、信頼性の良好なトランジスタを提供することができる。また
は、新規なトランジスタを提供することができる。または、これらのトランジスタの少な
くとも一つを有する半導体装置を提供することができる。
A fine transistor can be provided. Alternatively, a transistor with small parasitic capacitance can be provided. Alternatively, a transistor with high frequency characteristics can be provided. A transistor with favorable electric characteristics can be provided. Alternatively, a transistor with stable electric characteristics can be provided. Alternatively, a transistor with low power consumption can be provided. Alternatively, a highly reliable transistor can be provided. Alternatively, a novel transistor can be provided. Alternatively, a semiconductor device including at least one of these transistors can be provided.

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。
Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention need not have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract other effects from the description of the specification, drawings, claims, etc. Is.

本発明の一態様に係る半導体装置を示す上面図および断面図。17A and 17B are a top view and a cross-sectional view illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す上面図および断面図。3A and 3B are a top view and a cross-sectional view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す上面図および断面図。17A and 17B are a top view and a cross-sectional view illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. エネルギーバンド構造を説明する図。The figure explaining an energy band structure. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法例を示す図。6A to 6D are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 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。9A and 9B are Cs-corrected high-resolution TEM images in a cross section of a CAAC-OS and cross-sectional schematic views of the CAAC-OS. CAAC−OSの平面におけるCs補正高分解能TEM像。Cs-corrected high-resolution TEM image on the plane of the CAAC-OS. 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。6A and 6B each illustrate a structural analysis of a CAAC-OS and a single crystal oxide semiconductor by XRD. CAAC−OSの電子回折パターンを示す図。The figure which shows the electron diffraction pattern of CAAC-OS. In−Ga−Zn酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a change in a crystal part of an In—Ga—Zn oxide due to electron irradiation. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。FIG. 9 is a circuit diagram of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。FIG. 9 is a circuit diagram of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. CPUの構成例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a CPU. 記憶素子の一例を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating an example of a memory element. 撮像装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of an imaging device. 撮像装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of an imaging device. 撮像装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of an imaging device. 画素の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a structural example of a pixel. 画素の構成例を説明する図。FIG. 6 illustrates a structural example of a pixel. 撮像装置の一例を示す回路図。The circuit diagram showing an example of an imaging device. 撮像装置の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of an imaging device. 撮像装置の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of an imaging device. 表示装置の一例を説明するブロック図及び回路図。3A and 3B are a block diagram and a circuit diagram illustrating an example of a display device. 表示装置の一例を説明するブロック図。FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of a display device. 表示装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a display device. 表示装置の一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a display device. 表示モジュールの一例を説明する図。FIG. 6 illustrates an example of a display module. RFタグの一例を説明するブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating an example of an RF tag. RFタグの使用例を説明する図。6A and 6B are diagrams illustrating a usage example of an RF tag. リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージの断面構造を示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing a cross-sectional structure of a package using a lead frame type interposer. 電子機器の一例を説明する図。7A to 7C each illustrate an example of an electronic device. 成膜装置の一例を示す上面図。The top view which shows an example of a film-forming apparatus. 成膜装置の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of a film-forming apparatus. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。3A and 3B are cross-sectional views illustrating a semiconductor device of one embodiment of the present invention.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定
されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。従って、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、以下に説明する発明の構成におい
て、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い
、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously modified without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structure of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and repeated description thereof may be omitted.

また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易
とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示
する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなど
が意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある
Further, the position, size, range, and the like of each configuration illustrated in the drawings and the like may not represent the actual position, size, range, or the like in order to facilitate understanding of the present invention. Therefore, the disclosed invention is not necessarily limited to the position, size, range, or the like disclosed in the drawings and the like.
For example, in an actual manufacturing process, a layer, a resist mask, or the like may be unintentionally diminished by a process such as etching, but may be omitted for easy understanding.

また、図面において、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する
場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
In addition, in the drawings, in order to facilitate understanding of the invention, description of some components may be omitted. In addition, description of some hidden lines may be omitted.

本明細書等における「第1」、「第2」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるため
に付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない
。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を
避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等に
おいて序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付
される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特
許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
In this specification and the like, ordinal numbers such as “first” and “second” are added to avoid confusion among constituent elements and do not indicate any order or order such as a process order or a stacking order. Further, even in the present specification and the like, even if a term does not have an ordinal number, the ordinal number may be added in the claims in order to avoid confusion of constituent elements. Further, even in this specification and the like, even if a term has an ordinal number, a different ordinal number may be attached in the claims. Further, even if a term has an ordinal number in this specification and the like, the ordinal number may be omitted in the claims and the like.

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に
限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり
、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「
配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
Further, in this specification and the like, the terms “electrode” and “wiring” do not functionally limit these components. For example, "electrode" may be used as part of "wiring" and vice versa. Furthermore, the terms "electrode" and "wiring" refer to multiple "electrodes" and "wiring".
It also includes the case where the "wiring" is integrally formed.

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または
直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁体A上の電
極B」の表現であれば、絶縁体Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、
絶縁体Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
Note that the term such as “over” or “below” in this specification and the like does not necessarily mean that a component is placed immediately above or below the component and is in direct contact with the component. For example, in the expression “electrode B on insulator A”, it is not necessary that the electrode B is formed directly on the insulator A,
Those including other components between the insulator A and the electrode B are not excluded.

また、ソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、
回路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わ
るため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため
、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができる
ものとする。
Also, the functions of the source and drain are when using transistors of different polarities,
It is difficult to determine which is the source or the drain, because they switch each other depending on the operating conditions such as when the direction of the current changes in the circuit operation. Therefore, in this specification, the terms “source” and “drain” can be interchanged.

また、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場
合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場
合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする
。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず
、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものと
する。
Further, in this specification and the like, when it is explicitly described that X and Y are connected, a case where X and Y are electrically connected and a case where X and Y function The case where they are connected to each other and the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relation, for example, the connection relation shown in the drawing or the text, and other than the connection relation shown in the drawing or the text is also described in the drawing or the text.

また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するも
の」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するも
の」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない
。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、
物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
In addition, in this specification and the like, the term “electrically connected” includes the case of being connected through “something having an electrical action”. Here, the “object having some kind of electrical action” is not particularly limited as long as it can transfer an electric signal between the connection targets. Therefore, even when expressed as "electrically connected", in an actual circuit,
In some cases, there is no physical connection and only the wiring extends.

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(「チャネル形成領域」ともいう。)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。
Note that the channel length is, for example, in a top view of a transistor, a region where a semiconductor (or a portion of a semiconductor in which current flows) and a gate electrode overlap with each other in a top view of a transistor, or a region where a channel is formed. In (also referred to as “channel formation region”), the distance between the source (source region or source electrode) and the drain (drain region or drain electrode). Note that in one transistor, the channel length does not necessarily have the same value in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be set to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the region where the channel is formed.

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。
The channel width is, for example, a region where a semiconductor (or a portion of a semiconductor in which a current flows when the transistor is in an on state) and a gate electrode overlap with each other, or a source and a drain face each other in a region where a channel is formed. It means the length of the part. Note that in one transistor, the channel width does not necessarily have the same value in all regions. That is,
The channel width of one transistor may not be set to one value in some cases. Therefore, in this specification, the channel width is any one of the values, the maximum value, the minimum value, or the average value in the region where the channel is formed.

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(「実効的なチャネル幅」ともいう。)と、トランジスタの上面図において示され
るチャネル幅(「見かけ上のチャネル幅」ともいう。)と、が異なる場合がある。例えば
、ゲート電極が半導体膜の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、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、微細かつート電
極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の上面に形成されるチャネル領域の割
合に対して、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、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅が大きくなる。
Note that depending on the structure of the transistor, a channel width in a region where a channel is actually formed (also referred to as an “effective channel width”) and a channel width shown in a top view of the transistor (“apparent channel width”). Also referred to as), and may be different. For example, when the gate electrode covers the side surface of the semiconductor film, the effective channel width becomes larger than the apparent channel width, and the effect thereof may not be negligible. For example, in a transistor having a fine gate electrode covering the side surface of the semiconductor, the ratio of the channel region formed on the side surface of the semiconductor may be higher than the ratio of the channel region formed on the upper surface of the semiconductor. In that case, the effective channel width becomes larger than the apparent channel width.

このような場合、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。
In such a case, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from the design value, it is necessary to assume that the semiconductor shape is known. Therefore, it is difficult to measure the effective channel width accurately when the shape of the semiconductor is not known accurately.

そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:S
urrounded Channel 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像などを解析する
ことなどによって、値を決定することができる。
Therefore, in this specification, the apparent channel width is referred to as “enclosed channel width (SCW:S
sometimes referred to as "rounded Channel Width)". Further, in this specification, when simply described as a channel width, it may indicate an enclosed channel width or an apparent channel width. Alternatively, in this specification, when simply described as channel width,
It may refer to the effective channel width. The channel length, the channel width, the effective channel width, the apparent channel width, the enclosed channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.

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。
Note that when the field-effect mobility of the transistor, the current value per channel width, or the like is calculated and obtained, the enclosed channel width may be used in some cases. In that case, the value may be different from the value calculated by using the effective channel width.

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と言える。不純物が含まれることにより、例えば、
半導体のDOS(Density of State)が高くなることや、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13族元素、第14族元素、第15族元素、および酸化物半導体の主成分以外
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。
Note that the impurities of the semiconductor refer to, for example, components other than the main constituents of the semiconductor. For example, an element whose concentration is less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity. Due to the inclusion of impurities, for example,
In some cases, the DOS (Density of State) of the semiconductor may be increased, the carrier mobility may be decreased, and the crystallinity may be decreased. When the semiconductor is an oxide semiconductor, the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, a Group 1 element and a second element.
There are group elements, group 13 elements, group 14 elements, group 15 elements, and transition metals other than the main components of oxide semiconductors. In particular, for example, hydrogen (also included in water), lithium, sodium, Examples include silicon, boron, phosphorus, carbon, and nitrogen. In the case of an oxide semiconductor, oxygen vacancies may be formed by the mixture of impurities such as hydrogen. When the semiconductor is silicon, examples of impurities that change the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element other than oxygen and hydrogen, a Group 2 element, a Group 13 element, and a Group 15 element.

また、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。従って、−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」および「直交」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。従って、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。
Further, in this specification, “parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10° or more and 10° or less. Therefore, a case of -5° or more and 5° or less is also included. Also,"
“Substantially parallel” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of −30° or more and 30° or less. Further, “vertical” and “orthogonal” refer to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, the case of 85° or more and 95° or less is also included. Further, “substantially vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60° or more and 120° or less.

なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等し
い」または「均一」(これらの同意語を含む)などと言う場合は、明示されている場合を
除き、プラスマイナス20%の誤差を含むものとする。
In this specification and the like, the terms “same”, “same”, “equal”, “uniform” (including their synonyms), etc., regarding count values and measurement values are excluded unless explicitly stated. , Plus or minus 20% error.

また、本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う
場合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストマスクは、
エッチング工程終了後に除去するものとする。
In addition, in this specification, when the etching step is performed after the photolithography step, the resist mask formed in the photolithography step is
It should be removed after the etching process is completed.

また、本明細書等において、高電源電位VDD(以下、単に「VDD」または「H電位
」ともいう)とは、低電源電位VSSよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電
位VSS(以下、単に「VSS」または「L電位」ともいう)とは、高電源電位VDDよ
りも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をVDDまたはVSSとして用いること
もできる。例えばVDDが接地電位の場合には、VSSは接地電位より低い電位であり、
VSSが接地電位の場合には、VDDは接地電位より高い電位である。
Further, in this specification and the like, the high power supply potential VDD (hereinafter also referred to as “VDD” or “H potential”) refers to a power supply potential higher than the low power supply potential VSS. Further, the low power supply potential VSS (hereinafter, also simply referred to as “VSS” or “L potential”) indicates a power supply potential lower than the high power supply potential VDD. Further, the ground potential can be used as VDD or VSS. For example, when VDD is the ground potential, VSS is a potential lower than the ground potential,
When VSS is ground potential, VDD is higher than ground potential.

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に
応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電
膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という
用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
Note that the term “film” and the term “layer” can be interchanged with each other depending on the case or circumstances. For example, it may be possible to change the term "conductive layer" to the term "conductive film". Alternatively, for example, it may be possible to change the term “insulating film” to the term “insulating layer”.

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。
In this specification, trigonal and rhombohedral crystal systems are included in a hexagonal crystal system.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置の構造例について、説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a structural example of the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.

<構成例>
図1(A)は、本発明の一態様の半導体装置の上面図を示す。図1(B)は、図1(A
)に示す一点鎖線L1−L2の断面と、一点鎖線W1−W2の断面とを示す。図1(B)
に示す半導体装置は、基板101と、基板101上の絶縁体102と、絶縁体102上の
トランジスタ100と、トランジスタ100を覆う絶縁体110と、絶縁体110上の絶
縁体111と、を有する。
<Structure example>
FIG. 1A is a top view of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. FIG. 1(B) corresponds to FIG.
) Shows a cross section taken along one-dot chain line L1-L2 and a cross section taken along one-dot chain line W1-W2. Figure 1(B)
The semiconductor device illustrated in 1 has a substrate 101, an insulator 102 over the substrate 101, a transistor 100 over the insulator 102, an insulator 110 that covers the transistor 100, and an insulator 111 over the insulator 110.

トランジスタ100は、絶縁体103上の酸化物層104と、酸化物層104上の絶縁
体105と、絶縁体105上の導電体106と、導電体106の側壁に形成される絶縁体
108と、酸化物層104の側面および絶縁体108の側面に接する導電体109aおよ
び導電体109bと、を有する。絶縁体108は、導電体106の側面に隣接することが
好ましい。
The transistor 100 includes an oxide layer 104 over the insulator 103, an insulator 105 over the oxide layer 104, a conductor 106 over the insulator 105, and an insulator 108 formed on a sidewall of the conductor 106. The conductor 109 a and the conductor 109 b are in contact with the side surface of the oxide layer 104 and the side surface of the insulator 108. The insulator 108 is preferably adjacent to the side surface of the conductor 106.

導電体106は、トランジスタ100の第1のゲート電極として、導電体109aおよ
び導電体109bは、トランジスタ100のソース電極またはドレイン電極として、絶縁
体105はトランジスタ100のゲート絶縁体として、それぞれ機能することが好ましい
The conductor 106 functions as a first gate electrode of the transistor 100, the conductors 109a and 109b function as a source electrode or a drain electrode of the transistor 100, and the insulator 105 functions as a gate insulator of the transistor 100. Is preferred.

ここで酸化物層104は単層、または複数の層で形成することができる。例えば、図1
(B)に示すように、酸化物層104は酸化物層104a、酸化物層104b、および酸
化物層104cの3層で形成することが好ましい。酸化物層104bは酸化物層104a
の上に接して形成され、酸化物層104cは酸化物層104b上に接して形成される。
Here, the oxide layer 104 can be formed as a single layer or a plurality of layers. For example, in FIG.
As shown in (B), the oxide layer 104 is preferably formed of three layers of an oxide layer 104a, an oxide layer 104b, and an oxide layer 104c. The oxide layer 104b is the oxide layer 104a.
And the oxide layer 104c is formed on and in contact with the oxide layer 104b.

酸化物層104aおよび酸化物層104cは、酸化物層104bよりも絶縁体に近い。
よって、ゲート電圧を印加すると、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物層10
4cのうち、酸化物層104bにチャネルが形成されやすい。よって本明細書等において
、酸化物層104aおよび酸化物層104cを絶縁体と呼ぶ場合がある。
The oxide layer 104a and the oxide layer 104c are closer to an insulator than the oxide layer 104b.
Therefore, when the gate voltage is applied, the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 10
4c, a channel is easily formed in the oxide layer 104b. Therefore, in this specification and the like, the oxide layer 104a and the oxide layer 104c may be referred to as insulators.

図1(B)に示すトランジスタ100は、絶縁体103上の酸化物層104aと、酸化
物層104aの上面に接する酸化物層104bと、酸化物層104bの上面に接する酸化
物層104cと、酸化物層104c上の絶縁体105とを有する。また、絶縁体108は
絶縁体105の上面に接する領域を有する。また、絶縁体108の下面は、導電体106
の下面と概略一致する。また、導電体109aおよび導電体109bは、酸化物層104
bの上面に接する領域を有する。
A transistor 100 illustrated in FIG. 1B includes an oxide layer 104a over the insulator 103, an oxide layer 104b in contact with the top surface of the oxide layer 104a, and an oxide layer 104c in contact with the top surface of the oxide layer 104b. And an insulator 105 over the oxide layer 104c. The insulator 108 has a region in contact with the upper surface of the insulator 105. In addition, the lower surface of the insulator 108 has the conductor 106
Approximately coincides with the bottom surface of. In addition, the conductors 109a and 109b are formed using the oxide layer 104.
It has a region in contact with the upper surface of b.

またトランジスタ100は、酸化物層104において、絶縁体108と重なる領域と、
導電体109aおよび導電体109bと重なる領域に、酸化物層104の主成分と異なる
金属元素131が含まれている。金属元素131は、絶縁体105、酸化物層104、お
よび絶縁体103の、それぞれの一部にも含まれる場合がある。金属元素131が含まれ
る領域135の端部を、一例として図1(B)に破線で示している。図1(B)において
領域135は、領域135の端部を示す破線よりも上側に形成される。
In addition, the transistor 100 has a region in the oxide layer 104 which overlaps with the insulator 108,
A region which overlaps with the conductors 109a and 109b contains a metal element 131 which is different from the main component of the oxide layer 104. The metal element 131 may be contained in part of each of the insulator 105, the oxide layer 104, and the insulator 103. The end portion of the region 135 containing the metal element 131 is shown by a dashed line in FIG. 1B as an example. In FIG. 1B, the region 135 is formed above a dashed line showing an end portion of the region 135.

なお、酸化物層104において、領域135はトランジスタ100のソース領域または
ドレイン領域として機能できる。よって、酸化物層104の領域135に挟まれた領域が
チャネル形成領域として機能できる。
Note that in the oxide layer 104, the region 135 can function as a source region or a drain region of the transistor 100. Therefore, the region sandwiched between the regions 135 of the oxide layer 104 can function as a channel formation region.

図1(B)に示すように、絶縁体110の上端の高さと、導電体109aおよび導電体
109bの上端の高さは、概略一致することが好ましい。また、絶縁体110、導電体1
09a、導電体109b、絶縁体108、および絶縁体107の上面は、一続きの平坦な
平面をなすことが好ましく、該平面上に絶縁体111が形成されている。
As shown in FIG. 1B, the height of the upper end of the insulator 110 and the height of the upper ends of the conductors 109a and 109b are preferably substantially equal to each other. In addition, the insulator 110 and the conductor 1
The upper surfaces of the conductor 09a, the conductor 109b, the insulator 108, and the insulator 107 preferably form a continuous flat plane, and the insulator 111 is formed over the plane.

また図1等において、酸化物層104は酸化物層104a及び酸化物層104cのうち
いずれかを有さない構造としてもよい。
Further, in FIG. 1 and the like, the oxide layer 104 may have a structure that does not include either the oxide layer 104a or the oxide layer 104c.

図1(B)に示すように、絶縁体103は凸部を有してもよい。その場合には、酸化物
層104は該凸部の上部に接して形成されることが好ましい。ここで、該凸部の高さと酸
化物層104aの厚さの和を、酸化物層104cの厚さと酸化物層104bの厚さの和よ
りも大きくすることにより、トランジスタ100の特性を向上させることができる場合が
ある。
As shown in FIG. 1B, the insulator 103 may have a convex portion. In that case, the oxide layer 104 is preferably formed in contact with the upper portion of the convex portion. Here, the characteristics of the transistor 100 are improved by making the sum of the height of the convex portion and the thickness of the oxide layer 104a larger than the sum of the thickness of the oxide layer 104c and the thickness of the oxide layer 104b. You may be able to.

図59(A)には、図1(B)に示す断面のうち、一点鎖線L1−L2に対応する断面
における変形例を示す。本発明の一態様の半導体装置は、図59(A)に示す例のように
、導電体106上に絶縁体107を有さなくてもよい。また、図1(B)等に示すように
導電体106上に絶縁体107を有することがより好ましい。トランジスタ100が絶縁
体107を有することにより、トランジスタ100の作製工程を安定化させることができ
る場合がある。作製工程を安定化させることにより、トランジスタ100の特性を向上さ
せることができる。
FIG. 59A shows a modification example of a cross section corresponding to dashed-dotted line L1-L2 in the cross section shown in FIG. The semiconductor device of one embodiment of the present invention does not need to have the insulator 107 over the conductor 106 as in the example shown in FIG. It is more preferable to have an insulator 107 over the conductor 106 as shown in FIG. When the transistor 100 includes the insulator 107, the manufacturing process of the transistor 100 can be stabilized in some cases. By stabilizing the manufacturing process, the characteristics of the transistor 100 can be improved.

また、トランジスタ100は、絶縁体102上の絶縁体118および導電体117と、
を有してもよい。図1(B)に示す例では、導電体117は、絶縁体118を埋めるよう
に形成される。絶縁体118を埋めるように形成されるまた、絶縁体103は、絶縁体1
18上に形成される。ここで導電体117はトランジスタ100の第2のゲート電極とし
て機能することが好ましい。第2のゲート電極の電位は、トランジスタ100の第1のゲ
ーと同電位としてもよいし、接地電位(GND電位)や、任意の電位としてもよい。また
、第2のゲート電極の電位を第1のゲート電極と連動させず独立して変化させることで、
トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
In addition, the transistor 100 includes the insulator 118 and the conductor 117 over the insulator 102,
May have. In the example illustrated in FIG. 1B, the conductor 117 is formed so as to fill the insulator 118. The insulator 103 is formed so as to fill the insulator 118.
18 is formed. Here, the conductor 117 preferably functions as the second gate electrode of the transistor 100. The potential of the second gate electrode may be the same as that of the first gate of the transistor 100, the ground potential (GND potential), or any potential. Moreover, by changing the potential of the second gate electrode independently without interlocking with the first gate electrode,
The threshold voltage of the transistor can be changed.

酸化物層104を挟んで導電体106および導電体117を設けることで、更には、導
電体106および導電体117を同電位とすることで、酸化物層104においてキャリア
の流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。こ
の結果、トランジスタ100のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる
By providing the conductor 106 and the conductor 117 with the oxide layer 104 interposed therebetween, and further by setting the conductor 106 and the conductor 117 to have the same potential, the region where carriers flow in the oxide layer 104 has a thickness direction. , The carrier movement amount increases. As a result, the on-state current of the transistor 100 is increased and the field effect mobility is increased.

したがって、トランジスタ100は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトラン
ジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ100の占有面積
を小さくすることができる。よって、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
Therefore, the transistor 100 is a transistor having a large on-state current with respect to the occupied area. That is, the area occupied by the transistor 100 can be reduced with respect to the required on-state current. Therefore, a highly integrated semiconductor device can be realized.

また、第1のゲート電極と第2のゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタ
の外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能(特
に静電気などに対する電界遮蔽機能)を有する。なお、第2のゲート電極を半導体層より
も大きく形成し、第2のゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めること
ができる。
In addition, since the first gate electrode and the second gate electrode are formed of conductive layers, a function of preventing an electric field generated outside the transistor from acting on the semiconductor layer in which a channel is formed (especially an electric field for static electricity or the like). Has a shielding function). Note that the electric field shielding function can be improved by forming the second gate electrode larger than the semiconductor layer and covering the semiconductor layer with the second gate electrode.

導電体106および導電体117は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有す
るため、導電体106の上方および導電体117の下方に生じる荷電粒子等の電荷が酸化
物層104のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験(例えば、ゲート
に負の電荷を印加する−GBT(Gate Bias−Temperature)ストレ
ス試験)の劣化が抑制される。また、導電体106および導電体117は、ドレイン電極
から生じる電界が半導体層に作用しないように遮断することができる。よって、ドレイン
電圧の変動に起因する、オン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお
、この効果は、導電体106および導電体117に電位が供給されている場合において顕
著に生じる。
Since each of the conductor 106 and the conductor 117 has a function of blocking an electric field from the outside, electric charge such as charged particles generated above the conductor 106 and below the conductor 117 is charged in the channel formation region of the oxide layer 104. Does not affect As a result, the deterioration of the stress test (for example, applying a negative charge to the gate-GBT (Gate Bias-Temperature) stress test) is suppressed. Further, the conductor 106 and the conductor 117 can be blocked so that an electric field generated from the drain electrode does not act on the semiconductor layer. Therefore, it is possible to suppress the fluctuation of the rising voltage of the on-current due to the fluctuation of the drain voltage. Note that this effect remarkably occurs when a potential is supplied to the conductor 106 and the conductor 117.

なお、BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトラン
ジスタの特性変化(経年変化)を短時間で評価することができる。特に、BTストレス試
験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指
標となる。BTストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性
が高いトランジスタであるといえる。
Note that the BT stress test is a kind of accelerated test, and it is possible to evaluate in a short time a characteristic change (aging change) of a transistor caused by long-term use. In particular, the amount of fluctuation in the threshold voltage of the transistor before and after the BT stress test is an important index for examining the reliability. It can be said that a transistor having higher reliability has a smaller threshold voltage variation before and after the BT stress test.

また、導電体106および導電体117を有し、且つ導電体106および導電体117
を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジ
スタ間における電気特性のばらつきも同時に低減される。
Further, the conductor 106 and the conductor 117 are included, and the conductor 106 and the conductor 117 are included.
By setting the same potential, the fluctuation amount of the threshold voltage is reduced. For this reason, variations in electrical characteristics among a plurality of transistors are also reduced at the same time.

また、第2のゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する+GB
Tストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、第2のゲート電極を有さないトラン
ジスタより小さい。
Further, the transistor having the second gate electrode applies positive charge to the gate +GB
The fluctuation of the threshold voltage before and after the T stress test is also smaller than that of the transistor having no second gate electrode.

また、第2のゲート電極側から光が入射する場合に、第2のゲート電極を、遮光性を有
する導電膜で形成することで、第2のゲート電極側から半導体層に光が入射することを防
ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフ
トするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
Further, when light is incident from the second gate electrode side, light is incident on the semiconductor layer from the second gate electrode side by forming the second gate electrode with a conductive film having a light-blocking property. Can be prevented. Therefore, light deterioration of the semiconductor layer can be prevented, and deterioration of electric characteristics such as a shift of the threshold voltage of the transistor can be prevented.

また、図1(B)に示す断面のうち、一点鎖線L1−L2に対応する断面においては、
絶縁体108の端部315は、導電体117の端部316よりも外側に位置するが、図6
0(A)に示すように、端部315と端部316の位置が概略一致してもよい。または、
図60(B)に示すように、端部315が端部316よりも内側に位置してもよい。
In addition, in the cross section corresponding to the alternate long and short dash line L1-L2 among the cross sections shown in FIG.
The end portion 315 of the insulator 108 is located outside the end portion 316 of the conductor 117.
As shown in 0 (A), the positions of the end portion 315 and the end portion 316 may be substantially the same. Or
As shown in FIG. 60B, the end portion 315 may be located inside the end portion 316.

また、本発明の一態様の半導体装置は、絶縁体111上の絶縁体112と、絶縁体11
0、絶縁体111および絶縁体112を埋めるように形成されるコンタクトプラグ113
a、コンタクトプラグ113b、およびコンタクトプラグ113cと、絶縁体112上の
導電体114a、導電体114b、および導電体114cを有してもよい。導電体114
a、導電体114b、および導電体114cは、例えば引き回しの配線等に用いることが
できる。
In addition, the semiconductor device of one embodiment of the present invention includes an insulator 112 over the insulator 111, and an insulator 11.
0, the contact plug 113 formed to fill the insulator 111 and the insulator 112
a, the contact plug 113b, and the contact plug 113c, and the conductor 114a, the conductor 114b, and the conductor 114c over the insulator 112 may be included. Conductor 114
The a, the conductor 114b, and the conductor 114c can be used for, for example, wiring for routing.

また、本発明の一態様の半導体装置は、基板101と絶縁体102との間に、半導体素
子等を有してもよい。
The semiconductor device of one embodiment of the present invention may include a semiconductor element or the like between the substrate 101 and the insulator 102.

図2(A)は、本発明の一態様の半導体装置の上面図を示す。図2(B)は、図2(A
)に示す一点鎖線L1−L2の断面と、一点鎖線W1−W2の断面とを示す。図2におい
て、半導体装置はトランジスタ100を有する。図2に示す半導体装置は、トランジスタ
100が有する絶縁体108の構造が図1と異なる。図1(B)では、絶縁体108の下
面は、導電体106の下面と概略一致するのに対し、図2(B)では、絶縁体108の下
面は、酸化物層104cの下面と概略一致する。また、図1(B)では絶縁体108は絶
縁体105の上面に接するのに対し、図2(B)では絶縁体108は酸化物層104bの
上面に接する。また、酸化物層104cおよび絶縁体105の端部は、図1(B)では絶
縁体108の端部と概略一致するのに対し、図2(B)では導電体106の端部と概略一
致する。
FIG. 2A is a top view of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. 2(B) is shown in FIG.
) Shows a cross section taken along one-dot chain line L1-L2 and a cross section taken along one-dot chain line W1-W2. In FIG. 2, the semiconductor device has a transistor 100. The semiconductor device illustrated in FIG. 2 is different from that in FIG. 1 in the structure of the insulator 108 included in the transistor 100. In FIG. 1B, the bottom surface of the insulator 108 is substantially aligned with the bottom surface of the conductor 106, whereas in FIG. 2B, the bottom surface of the insulator 108 is substantially aligned with the bottom surface of the oxide layer 104c. To do. Further, in FIG. 1B, the insulator 108 is in contact with the top surface of the insulator 105, whereas in FIG. 2B, the insulator 108 is in contact with the top surface of the oxide layer 104b. In addition, the end portions of the oxide layer 104c and the insulator 105 are substantially aligned with the end portions of the insulator 108 in FIG. 1B, whereas they are substantially aligned with the end portions of the conductor 106 in FIG. To do.

ここで、図2(B)に示すように、トランジスタ100は酸化物層104b等の側面に
接する絶縁体108bを有してもよい。
Here, as illustrated in FIG. 2B, the transistor 100 may include an insulator 108b in contact with a side surface of the oxide layer 104b or the like.

また、図3(A)に示すように、酸化物層104cの端部が絶縁体108の端部よりも
外側に位置していてもよい。図3(A)に示すトランジスタ100において、酸化物層1
04cの端部は、絶縁体108の端部より外側に位置する。また、酸化物層104cの端
部は、導電体109aや、導電体109bの端部の外側に位置する。
Further, as shown in FIG. 3A, the end portion of the oxide layer 104c may be located outside the end portion of the insulator 108. In the transistor 100 illustrated in FIG. 3A, the oxide layer 1
The end of 04c is located outside the end of the insulator 108. In addition, the end portion of the oxide layer 104c is located outside the end portion of the conductor 109a or the conductor 109b.

また、図59(B)に示すように、酸化物層104cの端部と、絶縁体105の端部と
、が導電体109aや、導電体109bの端部の外側に位置していてもよい。また、酸化
物層104cの端部と絶縁体105の端部は概略揃っていてもよいし、図59(B)に示
すように揃っていなくてもよい。
Further, as shown in FIG. 59B, the end portion of the oxide layer 104c and the end portion of the insulator 105 may be located outside the end portions of the conductor 109a and the conductor 109b. .. In addition, the end portion of the oxide layer 104c and the end portion of the insulator 105 may be approximately aligned, or may not be aligned as illustrated in FIG.

また、図59(C)に示すように、絶縁体105の端部が絶縁体108の外側に位置し
、かつ導電体109aや、導電体109bの端部よりも内側に位置していてもよい。また
、図59(C)では、酸化物層104cの端部は、導電体109aや導電体109bの端
部の外側に位置する例を示すが、内側に位置してもよい。
Further, as shown in FIG. 59C, the end portion of the insulator 105 may be located outside the insulator 108 and may be located inside the end portions of the conductors 109a and 109b. .. Although the end portion of the oxide layer 104c is located outside the end portion of the conductor 109a or the conductor 109b in FIG. 59C, it may be located inside.

また、酸化物層104cの端部は、導電体109aの端部、および導電体109bの端
部より外側に位置してもよい。この場合には、導電体109aおよび導電体109bは、
絶縁体103との間に、酸化物層104cを有する。
In addition, the end portion of the oxide layer 104c may be located outside the end portion of the conductor 109a and the end portion of the conductor 109b. In this case, the conductors 109a and 109b are
An oxide layer 104c is provided between the insulator 103 and the insulator 103.

また、図4に示すように、酸化物層104cの端部が酸化物層104bと概略一致して
もよい。
Further, as shown in FIG. 4, the end portion of the oxide layer 104c may be substantially aligned with the oxide layer 104b.

<構成要素の説明> <Explanation of components>

[酸化物層104]
酸化物層104は、酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104cを
積層した構成を有することが好ましい。
[Oxide layer 104]
The oxide layer 104 preferably has a structure in which the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c are stacked.

酸化物層104として、例えば、インジウム(In)を含む酸化物半導体を用いること
が好ましい。酸化物半導体は、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、酸化物半導体は、元素Mを含むと好ましい。
As the oxide layer 104, for example, an oxide semiconductor containing indium (In) is preferably used. The oxide semiconductor has a high carrier mobility (electron mobility) when containing indium, for example. Further, the oxide semiconductor preferably contains the element M.

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である
。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、マグネシウムなどがある。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。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、酸化物半導体は、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。
The element M is preferably aluminum, gallium, yttrium, tin or the like. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten and magnesium. However, as the element M, it may be acceptable to combine a plurality of the aforementioned elements. The element M is, for example, an element having a high binding energy with oxygen. The element M is, for example, an element having a function of increasing the energy gap of the oxide semiconductor. In addition, the oxide semiconductor preferably contains zinc. If the oxide semiconductor contains zinc, it may be easily crystallized.

ただし、酸化物層104は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物層104
は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、酸化ガリウムなどの、インジウムを
含まず、亜鉛を含む酸化物、ガリウムを含む酸化物、スズを含む酸化物などであっても構
わない。
However, the oxide layer 104 is not limited to an oxide containing indium. Oxide layer 104
May be, for example, an oxide not containing indium but containing zinc, an oxide containing gallium, an oxide containing gallium, an oxide containing tin, such as zinc tin oxide, gallium tin oxide, and gallium oxide.

酸化物層104は、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物半導体を用いる。酸化
物層104に用いる酸化物半導体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2.8eV以上3.8eV以下、さらに好ましくは3eV以上3
.5eV以下である。
For the oxide layer 104, for example, an oxide semiconductor with a wide energy gap is used. The energy gap of the oxide semiconductor used for the oxide layer 104 is, for example, 2.5 eV or more.
2 eV or less, preferably 2.8 eV or more and 3.8 eV or less, more preferably 3 eV or more 3.
. It is 5 eV or less.

酸化物半導体は、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Dep
osition)法(MOCVD(Metal Organic Chemical V
apor Deposition)法、ALD(Atomic Layer Depos
ition)法、熱CVD法またはPECVD(Plasma Enhanced Ch
emical Vapor Deposition)法を含むがこれに限定されない)、
MBE(Molecular Beam Epitaxy)法またはPLD(Pulse
d Laser Deposition)法を用いて成膜すればよい。プラズマCVD法
は、比較的低温で高品質の膜が得られる。MOCVD法、ALD法、または熱CVD法な
どの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにく
く、また、欠陥の少ない膜が得られる。
The oxide semiconductor is formed by a sputtering method or a CVD (Chemical Vapor Dep) method.
position (MOCVD (Metal Organic Chemical V
apor Deposition) method, ALD (Atomic Layer Depos)
ionization) method, thermal CVD method or PECVD (Plasma Enhanced Ch
(e.g., but not limited to, electrical vapor deposition) method),
MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or PLD (Pulse)
The film may be formed by using the d Laser Deposition method. The plasma CVD method can obtain a high quality film at a relatively low temperature. When a film formation method that does not use plasma at the time of film formation, such as MOCVD method, ALD method, or thermal CVD method, is used, the surface to be formed is less likely to be damaged, and a film with few defects can be obtained.

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。
The CVD method and the ALD method are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed, unlike a film forming method in which particles emitted from a target or the like are deposited. Therefore, the film forming method is not easily affected by the shape of the object to be processed and has a good step coverage. In particular, since the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, it is suitable for coating the surface of the opening having a high aspect ratio. However, since the ALD method has a relatively low film forming rate, it may be preferable to use it in combination with another film forming method such as a CVD method having a high film forming rate.

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、トランジスタや半導体装置の生産性を高めることができ
る場合がある。
In the CVD method and the ALD method, the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of the source gas. For example, in the CVD method and the ALD method, a film having an arbitrary composition can be formed depending on the flow rate ratio of the source gas. In addition, for example, in the CVD method and the ALD method, a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the flow rate ratio of the source gas during film formation. When forming a film while changing the flow rate ratio of the source gas, it is possible to shorten the time required for film formation by the amount of time required for transportation and pressure adjustment, as compared with the case of forming a film using a plurality of film formation chambers. it can. Therefore, the productivity of the transistor or the semiconductor device can be increased in some cases.

例えば、酸化物層104として、熱CVD法でInGaZnO(X>0)膜を成膜す
る場合には、トリメチルインジウム(In(CH)、トリメチルガリウム(Ga(
CH)、およびジメチル亜鉛(Zn(CH)を用いる。また、これらの組み
合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(Ga(C
)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(Zn(C
を用いることもできる。
For example, when an InGaZnO X (X>0) film is formed as the oxide layer 104 by a thermal CVD method, trimethyl indium (In(CH 3 ) 3 ) and trimethyl gallium (Ga(
CH 3 ) 3 ) and dimethyl zinc (Zn(CH 3 ) 2 ) are used. Further, the combination is not limited to these, and triethyl gallium (Ga(C 2 H 5
) 3 ) can be used, and diethyl zinc (Zn(C 2 H 5 ) 2 ) can be used instead of dimethyl zinc.
Can also be used.

例えば、酸化物層104として、ALD法で、InGaZnO(X>0)膜を成膜す
る場合には、In(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してInO層を形成
し、その後、Ga(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してGaO層を形成し
、更にその後Zn(CHガスとOガスを順次繰り返し導入してZnO層を形成す
る。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてInGa
層やInZnO層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層などの混合化合物
層を形成しても良い。なお、Oガスに変えてAr等の不活性ガスでバブリングしたH
Oガスを用いても良いが、Hを含まないOガスを用いる方が好ましい。また、In(C
ガスにかえて、In(Cガスやトリス(アセチルアセトナト)インジ
ウムを用いても良い。なお、トリス(アセチルアセトナト)インジウムは、In(aca
c)とも呼ぶ。また、Ga(CHガスにかえて、Ga(Cガスやトリ
ス(アセチルアセトナト)ガリウムを用いても良い。なお、トリス(アセチルアセトナト
)ガリウムは、Ga(acac)とも呼ぶ。また、Zn(CHガスや、酢酸亜鉛
を用いても良い。これらのガス種には限定されない。
For example, when an InGaZnO X (X>0) film is formed by the ALD method as the oxide layer 104, In(CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced to form an InO 2 layer. After that, Ga(CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced to form a GaO layer, and then Zn(CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are successively and repeatedly introduced to form a ZnO layer. To do. The order of these layers is not limited to this example. Moreover, using these gases, InGa
A mixed compound layer such as an O 2 layer, an InZnO 2 layer, a GaInO layer, a ZnInO layer, or a GaZnO layer may be formed. H 2 bubbling with an inert gas such as Ar was used instead of O 3 gas.
O gas may be used, but it is preferable to use O 3 gas that does not contain H. In(C
Instead of H 3 ) 3 gas, In(C 2 H 5 ) 3 gas or tris(acetylacetonato)indium may be used. In addition, tris(acetylacetonato)indium is In(aca
c) Also called 3 . Further, Ga(C 3 H 5 ) 3 gas or tris(acetylacetonato)gallium may be used instead of Ga(CH 3 ) 3 gas. Note that tris(acetylacetonato)gallium is also referred to as Ga(acac) 3 . Alternatively, Zn(CH 3 ) 2 gas or zinc acetate may be used. It is not limited to these gas species.

酸化物半導体をスパッタリング法で成膜する場合、パーティクル数低減のため、インジ
ウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Mの原子数比が高い酸化物ターゲ
ットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムを含むターゲ
ットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、DC放電、AC放電が容易
となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、半導体装置の生産性を高め
ることができる。
When forming an oxide semiconductor by a sputtering method, a target containing indium is preferably used in order to reduce the number of particles. Further, when an oxide target having a high atomic ratio of the element M is used, the target may have low conductivity. When a target containing indium is used, the conductivity of the target can be increased and DC discharge and AC discharge are facilitated, so that it is easy to support a large-area substrate. Therefore, the productivity of the semiconductor device can be improved.

また、酸化物半導体をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、I
n:M:Znが3:1:1、3:1:2、3:1:4、1:1:0.5、1:1:1、1
:1:2、1:4:4、4:2:4.1などとすればよい。
In the case where an oxide semiconductor is formed by a sputtering method, the atomic ratio of the target is I
n:M:Zn 3:1:1, 3:1:2, 3:1:4, 1:1:0.5, 1:1:1, 1
It may be 1:2, 1:4:4, 4:2:4.1, or the like.

なお、酸化物半導体をスパッタリング法で成膜すると、ターゲットの原子数比からずれ
た原子数比の酸化物半導体が成膜される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数
比よりも成膜された膜の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含
まれる亜鉛の原子数比の40atomic%以上90atomic%程度以下となる場合
がある。
Note that when an oxide semiconductor is formed by a sputtering method, an oxide semiconductor with an atomic ratio which is different from the atomic ratio of a target may be formed. In particular, zinc may have a smaller atomic ratio in the formed film than the target atomic ratio. Specifically, the atomic ratio of zinc contained in the target may be 40 atomic% or more and 90 atomic% or less.

酸化物層104aおよび酸化物層104cは、酸化物層104bを構成する酸素以外の
元素のうち、1種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されることが好ましい。こ
のような材料を用いると、酸化物層104aおよび酸化物層104bとの界面、ならびに
酸化物層104cおよび酸化物層104bとの界面に界面準位を生じにくくすることがで
きる。よって、界面におけるキャリアの散乱や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効
果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧のばらつき
を低減することが可能となる。よって、良好な電気特性を有する半導体装置を実現するこ
とが可能となる。
The oxide layer 104a and the oxide layer 104c are preferably formed using a material containing one or more kinds of the same metal element among elements other than oxygen included in the oxide layer 104b. When such a material is used, an interface state can be made unlikely to occur at the interface with the oxide layer 104a and the oxide layer 104b and the interface with the oxide layer 104c and the oxide layer 104b. Therefore, carrier scattering or capture at the interface is unlikely to occur, and the field-effect mobility of the transistor can be improved. In addition, variations in threshold voltage of the transistor can be reduced. Therefore, it is possible to realize a semiconductor device having good electrical characteristics.

酸化物層104aおよび酸化物層104cの厚さは、3nm以上100nm以下、好ま
しくは3nm以上50nm以下とする。また、酸化物層104bの厚さは、3nm以上2
00nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上50
nm以下とする。
The thickness of the oxide layers 104a and 104c is 3 nm or more and 100 nm or less, preferably 3 nm or more and 50 nm or less. The thickness of the oxide layer 104b is 3 nm or more 2
00 nm or less, preferably 3 nm to 100 nm, more preferably 3 nm to 50
nm or less.

また、酸化物層104bがIn−M−Zn酸化物(Inと元素MとZnを含む酸化物)
であり、酸化物層104aおよび酸化物層104cもIn−M−Zn酸化物であるとき、
酸化物層104aおよび酸化物層104cをIn:M:Zn=x:y:z[原子数
比]、酸化物層104bをIn:M:Zn=x:y:z[原子数比]とすると、y
/xがy/xよりも大きくなる酸化物層104a、酸化物層104c、および酸
化物層104bを選択する。好ましくは、y/xがy/xよりも1.5倍以上大
きくなる酸化物層104a、酸化物層104c、および酸化物層104bを選択する。さ
らに好ましくは、y/xがy/xよりも2倍以上大きくなる酸化物層104a、
酸化物層104c、および酸化物層104bを選択する。より好ましくは、y/x
/xよりも3倍以上大きくなる酸化物層104a、酸化物層104cおよび酸化物
層104bを選択する。このとき、酸化物層104bにおいて、yがx以上であると
トランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、yがxの3倍
以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、yはxの3倍
未満であると好ましい。酸化物層104aおよび酸化物層104cを上記構成とすること
により、酸化物層104aおよび酸化物層104cを、酸化物層104bよりも酸素欠損
が生じにくい層とすることができる。
The oxide layer 104b is an In-M-Zn oxide (oxide containing In, the elements M, and Zn).
And when the oxide layers 104a and 104c are also In-M-Zn oxides,
In:M:Zn=x 1 :y 1 :z 1 [atomic ratio] for the oxide layers 104 a and 104 c, and In:M:Zn=x 2 :y 2 :z 2 [for the oxide layer 104 b]. Atomic ratio], y
1 / x 1 is the oxide layer 104a which is larger than y 2 / x 2, selects oxide layer 104c, and an oxide layer 104b. Preferably, the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104b in which y 1 /x 1 is 1.5 times or more larger than y 2 /x 2 are selected. More preferably, oxide layer 104a in which y 1 /x 1 is twice or more larger than y 2 /x 2 ,
The oxide layer 104c and the oxide layer 104b are selected. More preferably, the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104b in which y 1 /x 1 is three times or more larger than y 2 /x 2 are selected. At this time, in the oxide layer 104b, y 1 is preferably x 1 or more because stable electrical characteristics can be given to the transistor. However, when y 1 is 3 times or more as large as x 1 , the field-effect mobility of the transistor is lowered, so y 1 is preferably less than 3 times as large as x 1 . With the above structure of the oxide layers 104a and 104c, the oxide layers 104a and 104c can be layers in which oxygen vacancies are less likely to occur than the oxide layers 104b.

なお、酸化物層104aがIn−M−Zn酸化物のとき、InおよびMの和を100a
tomic%としたとき、好ましくはInが50atomic%未満、Mが50atom
ic%より高く、さらに好ましくはInが25atomic%未満、Mが75atomi
c%より高くする。また、酸化物層104b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、酸化物層104c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50a
tomic%未満、Mが50atomic%より高く、さらに好ましくはInが25at
omic%未満、Mが75atomic%より高くする。なお、酸化物層104cは、酸
化物層104aと同種の酸化物を用いても構わない。
Note that when the oxide layer 104a is an In-M-Zn oxide, the sum of In and M is 100a.
When In%, In is preferably less than 50 atomic% and M is 50 atomic %.
ic%, more preferably In is less than 25 atomic% and M is 75 atomic.
higher than c%. In the case where the oxide layer 104b is an In-M-Zn oxide, In is higher than 25 atomic %, M is less than 75 atomic %, more preferably In is 34 atomic, when the sum of In and M is 100 atomic %. % And less than 66 atomic%. Further, when the oxide layer 104c is an In-M-Zn oxide, when the sum of In and M is 100 atomic %, In is preferably 50a.
less than tomic%, M is higher than 50 atomic%, more preferably In is 25 at
less than omic% and M is higher than 75 atomic%. Note that the oxide layer 104c may use the same oxide as the oxide layer 104a.

例えば、InまたはGaを含む酸化物層104a、およびInまたはGaを含む酸化物
層104cとして、In:Ga:Zn=1:3:2、1:3:4、1:3:6、1:6:
4、または1:9:6などの原子数比のターゲットを用いて形成したIn−Ga−Zn酸
化物や、In:Ga=1:9、または7:93などの原子数比のターゲットを用いて形成
したIn−Ga酸化物を用いることができる。また、酸化物層104bとして、例えば、
In:Ga:Zn=1:1:1または3:1:2などの原子数比のターゲットを用いて形
成したIn−Ga−Zn酸化物を用いることができる。なお、酸化物層104aおよび酸
化物層104bの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス20
%の変動を含む。
For example, as the oxide layer 104a containing In or Ga and the oxide layer 104c containing In or Ga, In:Ga:Zn=1:3:2, 1:3:4, 1:3:6, 1: 6:
An In-Ga-Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of 4, or 1:9:6, or a target with an atomic ratio of In:Ga = 1:9, or 7:93 is used. The In-Ga oxide formed as described above can be used. Further, as the oxide layer 104b, for example,
An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:1:1 or 3:1:2 can be used. Note that the atomic number ratios of the oxide layer 104a and the oxide layer 104b are each ±20 of the above atomic number ratio as an error.
Including% fluctuation.

酸化物層104bは、酸化物層104aおよび酸化物層104cよりも電子親和力の大
きい酸化物を用いる。例えば、酸化物層104bとして、酸化物層104aおよび酸化物
層104cよりも電子親和力が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。
For the oxide layer 104b, an oxide having an electron affinity higher than those of the oxide layers 104a and 104c is used. For example, the oxide layer 104b has an electron affinity higher than or equal to 0.07 eV and lower than or equal to 1.3 eV, preferably 0.1 eV as compared with the oxide layers 104a and 104c.
An oxide that is greater than or equal to 0.7 eV and less, and more preferably greater than or equal to 0.15 eV and less than 0.4 eV is used. The electron affinity is the difference between the vacuum level and the energy at the bottom of the conduction band.

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、酸化物層104c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。
Note that indium gallium oxide has a low electron affinity and a high oxygen blocking property. Therefore, the oxide layer 104c preferably contains indium gallium oxide. The gallium atomic ratio [Ga/(In+Ga)] is, for example, 70% or more, preferably 80% or more,
More preferably, it is 90% or more.

ただし、酸化物層104aまたは/および酸化物層104cが、酸化ガリウムであって
も構わない。例えば、酸化物層104cとして、酸化ガリウムを用いると電極105aま
たは電極105bと導電体106との間に生じるリーク電流を低減することができる。即
ち、トランジスタ100のオフ電流を小さくすることができる。
However, the oxide layer 104a and/or the oxide layer 104c may be gallium oxide. For example, when gallium oxide is used for the oxide layer 104c, leakage current between the electrode 105a or the electrode 105b and the conductor 106 can be reduced. That is, the off-state current of the transistor 100 can be reduced.

酸化物層104aおよび酸化物層104cは、例えば酸化物層104bよりも電子親和
力が小さいため、酸化物層104bよりも絶縁体に近い。よって、ゲート電圧を印加する
と、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物層104cのうち、酸化物層104b
にチャネルが形成されやすい。
The oxide layers 104a and 104c have an electron affinity lower than that of the oxide layer 104b, for example, and thus are closer to insulators than the oxide layer 104b. Therefore, when the gate voltage is applied, the oxide layer 104b among the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c.
A channel is easy to be formed.

また、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ(「OSト
ランジスタ」ともいう。)に安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体中の不
純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、酸化物層104bを真性または実質的に真
性と見なせる酸化物半導体とすることが好ましい。例えば、酸化物層104bに過剰酸素
を供給することにより、酸素欠損を低減できる場合がある。また、少なくとも酸化物層1
04b中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体とするこ
とが好ましい。
In order to impart stable electric characteristics to a transistor including an oxide semiconductor in a semiconductor layer in which a channel is formed (also referred to as an “OS transistor”), impurities and oxygen vacancies in the oxide semiconductor are reduced. It is preferable that the oxide layer 104b be made highly pure and intrinsic, and the oxide layer 104b be an intrinsic or substantially intrinsic oxide semiconductor. For example, oxygen vacancies can be reduced in some cases by supplying excess oxygen to the oxide layer 104b. Also, at least the oxide layer 1
It is preferable that the channel formation region in 04b be an oxide semiconductor which can be regarded as intrinsic or substantially intrinsic.

また、酸化物層104のうち、少なくとも酸化物層104bにCAAC−OS(C A
xis Aligned Crystalline Oxide Semiconduc
tor)を用いることが好ましい。なお、CAAC−OSについては、後の実施の形態で
詳細に説明する。
In addition, in the oxide layer 104, at least the oxide layer 104b includes the CAAC-OS (CA
Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor
tor) is preferably used. Note that the CAAC-OS will be described in detail in a later embodiment.

ここで、CAACでない領域、あるいは、c軸配向を有する領域以外の領域、は少なく
とも、酸化物層104bに用いる酸化物半導体膜全体の20%未満であることが好ましい
Here, the region which is not a CAAC or a region other than the region having c-axis alignment is preferably at least less than 20% of the whole oxide semiconductor film used for the oxide layer 104b.

CAAC−OSは誘電率異方性を有する。具体的には、CAAC−OSはa軸方向およ
びb軸方向の誘電率よりも、c軸方向の誘電率が大きい。チャネルが形成される半導体膜
にCAAC−OSを用いて、ゲート電極をc軸方向に配置したトランジスタは、c軸方向
の誘電率が大きいため、ゲート電極から生じる電界がCAAC−OS全体に届きやすい。
よって、サブスレッショルドスイング値(S値)を小さくすることができる。また、半導
体膜にCAAC−OSを用いたトランジスタは、微細化によるS値の増大が生じにくい。
The CAAC-OS has a dielectric anisotropy. Specifically, the CAAC-OS has a larger permittivity in the c-axis direction than in the a-axis direction and the b-axis direction. A transistor in which a gate electrode is arranged in the c-axis direction using a CAAC-OS for a semiconductor film in which a channel is formed has a large permittivity in the c-axis direction; therefore, an electric field generated from the gate electrode easily reaches the entire CAAC-OS. ..
Therefore, the subthreshold swing value (S value) can be reduced. In addition, in a transistor including a CAAC-OS for a semiconductor film, an increase in S value due to miniaturization is unlikely to occur.

また、CAAC−OSはa軸方向およびb軸方向の誘電率が小さいため、ソースとドレ
イン間に生じる電界の影響が緩和される。よって、チャネル長変調効果や、短チャネル効
果、などが生じにくく、トランジスタの信頼性を高めることができる。
In addition, since the CAAC-OS has a small dielectric constant in the a-axis direction and the b-axis direction, the influence of the electric field generated between the source and the drain is reduced. Therefore, a channel length modulation effect, a short channel effect, or the like is less likely to occur, and the reliability of the transistor can be improved.

ここで、チャネル長変調効果とは、ドレイン電圧がしきい値電圧よりも高い場合に、ド
レイン側から空乏層が広がり、実効上のチャネル長が短くなる現象を言う。また、短チャ
ネル効果とは、チャネル長が短くなることにより、しきい値電圧の低下などの電気特性の
悪化が生じる現象を言う。微細なトランジスタほど、これらの現象による電気特性の劣化
が生じやすい。
Here, the channel length modulation effect means a phenomenon in which the depletion layer spreads from the drain side and the effective channel length becomes shorter when the drain voltage is higher than the threshold voltage. The short channel effect is a phenomenon in which electrical characteristics such as a decrease in threshold voltage are deteriorated due to a decrease in channel length. The finer the transistor, the more easily the electrical characteristics are deteriorated due to these phenomena.

[酸化物半導体膜のエネルギーバンド構造]
ここで、酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104cの積層により
構成される酸化物層104の機能およびその効果について、図21(A)に示すエネルギ
ーバンド構造図を用いて説明する。図21(A)は、図1(B)にA1−A2の一点鎖線
で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。すなわち、図21(A)は、トラン
ジスタ100のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
[Energy band structure of oxide semiconductor film]
Here, a function and an effect of the oxide layer 104 formed by stacking the oxide layers 104a, 104b, and 104c are described with reference to an energy band structure diagram in FIG. To do. FIG. 21A shows an energy band structure of a portion indicated by dashed-dotted line A1-A2 in FIG. That is, FIG. 21A shows an energy band structure of a channel formation region of the transistor 100.

図21(A)中、Ec382、Ec383a、Ec383b、Ec383c、Ec38
6は、それぞれ、絶縁体103、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物層104
c、絶縁体105の伝導帯下端のエネルギーを示している。また、図21(B)は、酸化
物層104aを用いない場合の一例を示す。
21A, Ec382, Ec383a, Ec383b, Ec383c, Ec38.
6 is an insulator 103, an oxide layer 104a, an oxide layer 104b, and an oxide layer 104, respectively.
c, the energy at the bottom of the conduction band of the insulator 105 is shown. In addition, FIG. 21B illustrates an example of the case where the oxide layer 104a is not used.

ここで、電子親和力は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差(「イオン化ポテ
ンシャル」ともいう。)からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギ
ャップは、分光エリプソメータ(HORIBA JOBIN YVON社 UT−300
)を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子
分光分析(UPS:Ultraviolet Photoelectron Spect
roscopy)装置(PHI社 VersaProbe)を用いて測定できる。
Here, the electron affinity has a value obtained by subtracting the energy gap from the difference between the vacuum level and the energy at the upper end of the valence band (also referred to as “ionization potential”). In addition, the energy gap is a spectroscopic ellipsometer (UT-300 manufactured by HORIBA JOBIN YVON).
) Can be used for measurement. Further, the energy difference between the vacuum level and the upper end of the valence band is determined by the ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS).
Roscopy) device (VersaProbe, PHI).

なお、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:2のターゲットを用いて形成したIn−
Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.5eVであ
る。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:4のターゲットを用いて形成したIn
−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.4eV、電子親和力は約4.5eVで
ある。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:3:6のターゲットを用いて形成したI
n−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.3eV、電子親和力は約4.5eV
である。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:2のターゲットを用いて形成した
In−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.9eV、電子親和力は約4.3e
Vである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:8のターゲットを用いて形成し
たIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4.4
eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:6:10のターゲットを用いて形
成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.5eV、電子親和力は約4
.5eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1のターゲットを用いて
形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約3.2eV、電子親和力は約
4.7eVである。また、原子数比がIn:Ga:Zn=3:1:2のターゲットを用い
て形成したIn−Ga−Zn酸化物のエネルギーギャップは約2.8eV、電子親和力は
約5.0eVである。
Note that In- formed by using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:3:2.
The Ga-Zn oxide has an energy gap of about 3.5 eV and an electron affinity of about 4.5 eV. In addition, In formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:3:4
The energy gap of -Ga-Zn oxide is about 3.4 eV, and the electron affinity is about 4.5 eV. I formed by using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:3:6
The n-Ga-Zn oxide has an energy gap of about 3.3 eV and an electron affinity of about 4.5 eV.
Is. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:6:2 has an energy gap of about 3.9 eV and an electron affinity of about 4.3 e.
V. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:6:8 has an energy gap of about 3.5 eV and an electron affinity of about 4.4.
eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:6:10 has an energy gap of approximately 3.5 eV and an electron affinity of approximately 4.
. It is 5 eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:1:1 has an energy gap of about 3.2 eV and an electron affinity of about 4.7 eV. An In—Ga—Zn oxide formed using a target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=3:1:2 has an energy gap of about 2.8 eV and an electron affinity of about 5.0 eV.

絶縁体103と絶縁体105は絶縁物であるため、Ec382とEc386は、Ec3
83a、Ec383b、およびEc383cよりも真空準位に近い(電子親和力が小さい
)。
Since the insulator 103 and the insulator 105 are insulators, Ec382 and Ec386 are equal to Ec3.
83a, Ec383b, and Ec383c are closer to the vacuum level (electron affinity is smaller).

また、Ec383aは、Ec383bよりも真空準位に近い。具体的には、Ec383
aは、Ec383bよりも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以下真空準位に近いこと
が好ましい。
Further, Ec383a is closer to the vacuum level than Ec383b. Specifically, Ec383
It is preferable that a is closer to a vacuum level than Ec383b by 0.07 eV or more and 1.3 eV or less, preferably 0.1 eV or more and 0.7 eV or less, and more preferably 0.15 eV or more and 0.4 eV or less.

また、Ec383cは、Ec383bよりも真空準位に近い。具体的には、Ec383
cは、Ec383bよりも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以下真空準位に近いこと
が好ましい。
Further, Ec383c is closer to the vacuum level than Ec383b. Specifically, Ec383
c is preferably 0.07 eV or more and 1.3 eV or less, preferably 0.1 eV or more and 0.7 eV or less, more preferably 0.15 eV or more and 0.4 eV or less, closer to the vacuum level than Ec383b.

ここで、酸化物層104aと酸化物層104bとの間には、酸化物層104aと酸化物
層104bとの混合領域を有する場合がある。また、酸化物層104bと酸化物層104
cとの間には、酸化物層104bと酸化物層104cとの混合領域を有する場合がある。
混合領域は、界面準位密度が低くなる。そのため、酸化物層104a、酸化物層104b
および酸化物層104c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。
Here, a mixed region of the oxide layer 104a and the oxide layer 104b may be provided between the oxide layer 104a and the oxide layer 104b. In addition, the oxide layer 104b and the oxide layer 104
There may be a mixed region between the oxide layer 104b and the oxide layer 104c between the region c and the region c.
In the mixed region, the interface state density becomes low. Therefore, the oxide layer 104a and the oxide layer 104b
The stacked body of the oxide layer 104c and the oxide layer 104c has a band structure in which energy continuously changes (also referred to as a continuous bond) in the vicinity of each interface.

このとき、電子は、酸化物層104a中および酸化物層104c中ではなく、酸化物層
104b中を主として移動する。したがって、酸化物層104aおよび酸化物層104b
の界面における界面準位密度、酸化物層104bと酸化物層104cとの界面における界
面準位密度を低くすることによって、酸化物層104b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100のオン電流を高くすることができる。
At this time, the electrons mainly move in the oxide layer 104b, not in the oxide layer 104a and the oxide layer 104c. Therefore, the oxide layer 104a and the oxide layer 104b are
By reducing the interface state density at the interface between the oxide layer 104b and the oxide layer 104c and the interface state density at the interface between the oxide layer 104b and the oxide layer 104c, electron transfer in the oxide layer 104b is less likely to occur and the transistor 100 The ON current of can be increased.

また、酸化物層104aと絶縁体103の界面、および酸化物層104cと絶縁体10
5の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位390が形成され得るものの、
酸化物層104a、および酸化物層104cがあることにより、酸化物層104bと当該
トラップ準位とを遠ざけることができる。
In addition, the interface between the oxide layer 104a and the insulator 103, and the oxide layer 104c and the insulator 10
Although a trap level 390 may be formed near the interface of No. 5 due to impurities or defects,
With the oxide layer 104a and the oxide layer 104c, the oxide layer 104b and the trap level can be separated from each other.

なお、トランジスタ100がs−channel構造を有する場合、酸化物層104b
の全体にチャネルが形成される。したがって、酸化物層104bが厚いほどチャネル領域
は大きくなる。即ち、酸化物層104bが厚いほど、トランジスタ100のオン電流を高
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酸化物層104b
とすればよい。ただし、トランジスタ100を有する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1
50nm以下の厚さの領域を有する酸化物層104bとすればよい。
Note that when the transistor 100 has an s-channel structure, the oxide layer 104b
A channel is formed over the entire area. Therefore, the thicker the oxide layer 104b, the larger the channel region. That is, the thicker the oxide layer 104b is, the higher the on-state current of the transistor 100 can be. For example, the oxide layer 104b having a region with a thickness of 20 nm or more, preferably 40 nm or more, further preferably 60 nm or more, more preferably 100 nm or more.
And it is sufficient. However, since the productivity of the semiconductor device including the transistor 100 may be reduced, for example, 300 nm or less, preferably 200 nm or less, more preferably 1 nm or less.
The oxide layer 104b may have a region with a thickness of 50 nm or less.

また、トランジスタ100のオン電流を高くするためには、酸化物層104c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酸化物層104cとすればよい。一方、酸化物層104cは、
チャネルの形成される酸化物層104b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、酸化物
層104c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酸化物層104c
とすればよい。
In addition, in order to increase the on-state current of the transistor 100, it is preferable that the thickness of the oxide layer 104c be smaller. For example, the oxide layer 104c may have a region of less than 10 nm, preferably 5 nm or less, further preferably 3 nm or less. On the other hand, the oxide layer 104c is
To the oxide layer 104b in which a channel is formed, an element other than oxygen which forms an adjacent insulator (
Hydrogen, silicon, etc.) has the function of blocking so that it does not enter. Therefore, the oxide layer 104c preferably has a certain thickness. For example, the oxide layer 104c having a region with a thickness of 0.3 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more.
And it is sufficient.

また、信頼性を高くするためには、酸化物層104aは厚く、酸化物層104c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4
0nm以上、より好ましくは60nm以上の厚さの領域を有する酸化物層104aとすれ
ばよい。酸化物層104aの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と酸化物層104
aとの界面からチャネルの形成される酸化物層104bまでの距離を離すことができる。
ただし、トランジスタ100を有する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120nm以下、さらに好ましくは80nm以下の厚
さの領域を有する酸化物層104aとすればよい。
Further, in order to improve reliability, it is preferable that the oxide layer 104a be thick and the oxide layer 104c be thin. For example, 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 4
The oxide layer 104a may have a region with a thickness of 0 nm or more, more preferably 60 nm or more. By increasing the thickness of the oxide layer 104a, the adjacent insulator and oxide layer 104a
The distance from the interface with a to the oxide layer 104b where the channel is formed can be increased.
However, since the productivity of the semiconductor device including the transistor 100 may be reduced, the oxide layer 104a having a region with a thickness of 200 nm or less, preferably 120 nm or less, further preferably 80 nm or less may be used, for example.

なお、酸化物半導体中のシリコンは、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合が
ある。したがって、酸化物層104bのシリコン濃度は低いほど好ましい。例えば、酸化
物層104bと酸化物層104aとの間に、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS:
Secondary Ion Mass Spectrometry)において、1×1
19atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さら
に好ましくは2×1018atoms/cm未満のシリコン濃度となる領域を有する。
また、酸化物層104bと酸化物層104cとの間に、SIMSにおいて、1×1019
atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ま
しくは2×1018atoms/cm未満のシリコン濃度となる領域を有する。
Note that silicon in the oxide semiconductor might serve as a carrier trap or a carrier generation source. Therefore, the lower the silicon concentration of the oxide layer 104b, the better. For example, between the oxide layer 104b and the oxide layer 104a, for example, secondary ion mass spectrometry (SIMS:
1×1 in Secondary Ion Mass Spectrometry)
It has a region having a silicon concentration of less than 0 19 atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , and more preferably less than 2×10 18 atoms/cm 3 .
In addition, 1×10 19 is formed between the oxide layer 104b and the oxide layer 104c in SIMS.
There is a region having a silicon concentration of less than atoms/cm 3 , preferably less than 5×10 18 atoms/cm 3 , and more preferably less than 2×10 18 atoms/cm 3 .

また、酸化物層104bの水素濃度を低減するために、酸化物層104aおよび酸化物
層104cの水素濃度を低減すると好ましい。酸化物層104aおよび酸化物層104c
は、SIMSにおいて、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019
atoms/cm以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに
好ましくは5×1018atoms/cm以下の水素濃度となる領域を有する。また、
酸化物層104bの窒素濃度を低減するために、酸化物層104aおよび酸化物層104
cの窒素濃度を低減すると好ましい。酸化物層104aおよび酸化物層104cは、SI
MSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atom
s/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましく
は5×1017atoms/cm以下の窒素濃度となる領域を有する。
Further, in order to reduce the hydrogen concentration of the oxide layer 104b, it is preferable to reduce the hydrogen concentration of the oxide layers 104a and 104c. Oxide layer 104a and oxide layer 104c
Is 2×10 20 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 19 in SIMS.
It has a region having a hydrogen concentration of atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, and further preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less. Also,
In order to reduce the nitrogen concentration of the oxide layer 104b, the oxide layer 104a and the oxide layer 104 may be reduced.
It is preferable to reduce the nitrogen concentration of c. The oxide layer 104a and the oxide layer 104c are SI
In MS, less than 5×10 19 atoms/cm 3 , preferably 5×10 18 atoms
It has a region having a nitrogen concentration of s/cm 3 or less, more preferably 1×10 18 atoms/cm 3 or less, and further preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.

なお、酸化物半導体に銅が混入すると、電子トラップを生成する場合がある。電子トラ
ップは、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向へ変動させる場合がある。したがって
、酸化物層104bの表面または内部における銅濃度は低いほど好ましい。例えば、酸化
物層104b、銅濃度が1×1019atoms/cm以下、5×1018atoms
/cm以下、または1×1018atoms/cm以下となる領域を有すると好まし
い。
Note that when copper is mixed into the oxide semiconductor, an electron trap may be generated. The electron trap may change the threshold voltage of the transistor in the positive direction. Therefore, the lower the copper concentration on the surface or inside the oxide layer 104b, the more preferable. For example, the oxide layer 104b has a copper concentration of 1×10 19 atoms/cm 3 or less and 5×10 18 atoms.
/Cm 3 or less, or 1×10 18 atoms/cm 3 or less is preferable.

上述の3層構造は一例である。例えば、酸化物層104aまたは酸化物層104cのな
い2層構造としても構わない。または、酸化物層104aの上もしくは下、または酸化物
層104c上もしくは下に、酸化物層104a、酸化物層104bおよび酸化物層104
c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、酸化
物層104aの上、酸化物層104aの下、酸化物層104cの上、酸化物層104cの
下のいずれか二箇所以上に、酸化物層104a、酸化物層104bおよび酸化物層104
cとして例示した半導体のいずれか一を有するn層構造(nは5以上の整数)としても構
わない。
The above three-layer structure is an example. For example, a two-layer structure without the oxide layer 104a or the oxide layer 104c may be used. Alternatively, the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104 are provided above or below the oxide layer 104a or above or below the oxide layer 104c.
A four-layer structure having any one of the semiconductors exemplified as c may be used. Alternatively, the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104b are provided at any two or more positions on the oxide layer 104a, the oxide layer 104a, the oxide layer 104c, and the oxide layer 104c. 104
An n-layer structure (n is an integer of 5 or more) having any one of the semiconductors exemplified as c may be used.

特に、本実施の形態に例示するトランジスタ100は、チャネル幅方向において、酸化
物層104bの上面と側面が酸化物層104cと接し、酸化物層104bの下面が酸化物
層104aと接して形成されている(図1(C)参照。)。このように、酸化物層104
bを酸化物層104aと酸化物層104cで覆う構成とすることで、上記トラップ準位の
影響をさらに低減することができる。
In particular, in the transistor 100 illustrated in this embodiment, the upper surface and the side surface of the oxide layer 104b are in contact with the oxide layer 104c and the lower surface of the oxide layer 104b is in contact with the oxide layer 104a in the channel width direction. (See FIG. 1C). Thus, the oxide layer 104
With the structure in which b is covered with the oxide layer 104a and the oxide layer 104c, the influence of the trap level can be further reduced.

また、酸化物層104a、および酸化物層104cのバンドギャップは、酸化物層10
4bのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。
In addition, the band gaps of the oxide layer 104a and the oxide layer 104c are as follows.
It is preferable that the band gap is wider than that of 4b.

本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することが
できる。よって、電気特性のばらつきが少ない半導体装置を実現することができる。本発
明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信
頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
According to one embodiment of the present invention, a transistor with less variation in electrical characteristics can be realized. Therefore, a semiconductor device with less variation in electrical characteristics can be realized. According to one embodiment of the present invention, a highly reliable transistor can be realized. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be realized.

また、酸化物半導体のバンドギャップは2eV以上あるため、チャネルが形成される半
導体膜に酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができ
る。具体的には、ソースとドレイン間の電圧が3.5V、室温(25℃)下において、チ
ャネル幅1μm当たりのオフ電流を1×10−20A未満、1×10−22A未満、ある
いは1×10−24A未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を20桁以上15
0桁以下とすることができる。
Since the band gap of an oxide semiconductor is 2 eV or more, the off-state current of a transistor including an oxide semiconductor for a semiconductor film in which a channel is formed can be extremely low. Specifically, when the voltage between the source and the drain is 3.5 V and the room temperature (25° C.), the off current per 1 μm of the channel width is less than 1×10 −20 A, less than 1×10 −22 A, or 1 It can be less than ×10 −24 A. That is, the on/off ratio is 20 digits or more and 15
It can be 0 or less digits.

本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よ
って、消費電力が少ない半導体装置を実現することができる。
According to one embodiment of the present invention, a transistor with low power consumption can be realized. Therefore, a semiconductor device with low power consumption can be realized.

[絶縁体102]
絶縁体102は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化
窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン
、酸化窒化シリコン、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、酸化タンタル、アルミニウムシ
リケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒
化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いて
もよい。
[Insulator 102]
The insulator 102 is aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride oxide, aluminum oxynitride, magnesium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, or lanthanum oxide. , A material selected from neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, aluminum silicate, or the like is used in a single layer or stacked layers. Alternatively, a material obtained by mixing a plurality of materials among an oxide material, a nitride material, an oxynitride material, and a nitride oxide material may be used.

なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物を
いう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元
素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Ba
ckscattering Spectrometry)等を用いて測定することができ
る。
Note that in this specification, a nitride oxide refers to a compound in which the content of nitrogen is higher than that of oxygen. The oxynitride refers to a compound having a higher oxygen content than nitrogen. The content of each element is, for example, Rutherford backscattering method (RBS: Rutherford Ba).
ckscattering Spectrometry) or the like.

特に絶縁体102は、不純物の透過性が低い絶縁性材料を用いて形成することが好まし
い。例えば、酸素の透過性が低いことが好ましい。また例えば、水素の透過性が低いこと
が好ましい。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材料を、単層で、また
は積層で用いればよい。例えば、不純物の透過性が低い絶縁性材料として、酸化アルミニ
ウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、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、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。また、絶
縁体102として、絶縁性の高い酸化インジウム錫亜鉛(In−Sn−Zn酸化物)など
を用いてもよい。
In particular, the insulator 102 is preferably formed using an insulating material having low impurity permeability. For example, it is preferable that oxygen permeability is low. Further, for example, it is preferable that hydrogen permeability is low. For example, an insulating material including boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, neodymium, hafnium or tantalum in a single layer, or It may be used by stacking. For example, as an insulating material having low impurity permeability, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide is used. , Silicon nitride, and the like. Alternatively, as the insulator 102, indium tin zinc oxide (In—Sn—Zn oxide) having high insulating property or the like may be used.

なお、絶縁体102は、インジウムを有する酸化物を有してもよい。また、絶縁体10
2は、インジウムおよび亜鉛を有する酸化物を有してもよい。また、絶縁体102は、イ
ンジウム、亜鉛、および元素Mを有する酸化物を有してもよい。絶縁体102がインジウ
ムを有する酸化物、またはインジウムおよび亜鉛を有する酸化物、またはインジウム、亜
鉛、および元素Mを有する酸化物を有することにより、酸素透過性を低くすることができ
る場合がある。
Note that the insulator 102 may include an oxide containing indium. Also, the insulator 10
2 may have an oxide with indium and zinc. The insulator 102 may also include an oxide containing indium, zinc, and the element M. When the insulator 102 includes an oxide containing indium, an oxide containing indium and zinc, or an oxide containing indium, zinc, and the element M, oxygen permeability can be reduced in some cases.

絶縁体102の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、CVD法、MBE法ま
たはPLD法、ALD法、スピンコート法などの各種形成方法を用いることができる。絶
縁体102および絶縁体110の厚さは、10nm以上500nm以下、好ましくは50
nm以上300nm以下とすればよい。
The method for forming the insulator 102 is not particularly limited, and various forming methods such as a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or a spin coating method can be used. The thickness of the insulator 102 and the insulator 110 is 10 nm or more and 500 nm or less, preferably 50 nm.
The thickness may be not less than nm and not more than 300 nm.

例えば、熱CVD法を用いて、絶縁体102として酸化アルミニウムを成膜する場合に
は、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(TMAなど)を気化させた原料ガスと
、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式
はAl(CHである。また、他の材料液としては、トリス(ジメチルアミド)アル
ミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6−テトラ
メチル−3,5−ヘプタンジオナート)などがある。
For example, in the case of forming an aluminum oxide film as the insulator 102 by using a thermal CVD method, a raw material gas obtained by vaporizing a liquid (such as TMA) containing a solvent and an aluminum precursor compound, and H 2 O as an oxidizer. Two types of gas are used. The chemical formula of trimethylaluminum is Al(CH 3 ) 3 . Other material liquids include tris(dimethylamide)aluminum, triisobutylaluminum, aluminum tris(2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate), and the like.

絶縁体102に不純物の透過性が低い絶縁性材料を用いることで、基板101側からの
不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁体111に不
純物の透過性が低い絶縁性材料を用いることで、絶縁体112側からの不純物の拡散を抑
制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。
By using an insulating material with low impurity permeability for the insulator 102, diffusion of impurities from the substrate 101 side can be suppressed and reliability of the transistor can be improved. By using an insulating material with low impurity permeability for the insulator 111, diffusion of impurities from the insulator 112 side can be suppressed and reliability of the transistor can be improved.

絶縁体102として、これらの材料で形成される絶縁体を複数積層して用いてもよい。 As the insulator 102, a plurality of insulators formed of these materials may be stacked and used.

[絶縁体111および絶縁体110b]
また、絶縁体111および絶縁体110bは、不純物の透過性が低い絶縁性材料を用い
て形成することが好ましい。例えば、絶縁体111および絶縁体110bは酸素の透過性
が低いことが好ましい。また例えば、絶縁体111および絶縁体110bは水素の透過性
が低いことが好ましい。また例えば、絶縁体111および絶縁体110bは水の透過性が
低いことが好ましい。絶縁体111および絶縁体110bに用いることのできる材料や、
絶縁体111および絶縁体110bの作製方法については、絶縁体102の記載を参照す
ることができる。
[Insulator 111 and Insulator 110b]
Further, the insulator 111 and the insulator 110b are preferably formed using an insulating material having low impurity permeability. For example, the insulator 111 and the insulator 110b preferably have low oxygen permeability. Further, for example, the insulator 111 and the insulator 110b preferably have low hydrogen permeability. Further, for example, the insulator 111 and the insulator 110b preferably have low water permeability. A material that can be used for the insulator 111 and the insulator 110b,
For the method for manufacturing the insulator 111 and the insulator 110b, the description of the insulator 102 can be referred to.

絶縁体111および絶縁体110bの酸素透過性が低いことにより、酸化物層104b
に供給される過剰酸素が外方へ拡散することを防ぐことができる場合がある。
Due to the low oxygen permeability of the insulator 111 and the insulator 110b, the oxide layer 104b
It may be possible to prevent the excess oxygen supplied to the outside from diffusing outward.

[絶縁体103]
絶縁体103としては例えば、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、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化
アルミニウムなどを用いればよく、積層または単層で形成する。絶縁体402および絶縁
体412の形成には、スパッタリング法、CVD法(熱CVD法、MOCVD法、PEC
VD法等を含む)、MBE法、ALD法またはPLD法などを用いることができる。特に
、当該絶縁膜をCVD法、好ましくはプラズマCVD法によって成膜すると、被覆性を向
上させることができるため好ましい。またプラズマによるダメージを減らすには、熱CV
D法、MOCVD法あるいはALD法が好ましい。
[Insulator 103]
As the insulator 103, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide,
Silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like may be used, and a stacked layer or a single layer is formed. The insulator 402 and the insulator 412 are formed by a sputtering method, a CVD method (a thermal CVD method, a MOCVD method, a PEC method).
VD method and the like), MBE method, ALD method, PLD method and the like can be used. In particular, it is preferable to form the insulating film by a CVD method, preferably a plasma CVD method because coverage can be improved. In order to reduce plasma damage, heat CV
The D method, MOCVD method or ALD method is preferable.

また、絶縁体103は電荷捕獲層を有してもよい。例えば図4(B)に示すように、絶
縁体103を絶縁体103a、絶縁体103b、および絶縁体103cの積層構造とし、
絶縁体103bとして酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、アルミニウム
シリケートなどを用いることにより、絶縁体103bを電荷捕獲層としてもよい。絶縁体
103aおよび絶縁体103cとして例えば、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、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミ
ニウム、窒化アルミニウムなどを用いることができる。絶縁体103bに電子を注入する
ことで、トランジスタのしきい値電圧を変動させることが可能である。絶縁体103bへ
の電子の注入は、例えば、トンネル効果を利用すればよい。導電体117に正の電圧を印
加することによって、トンネル電子を絶縁体103bに注入することができる。
Further, the insulator 103 may have a charge trap layer. For example, as shown in FIG. 4B, the insulator 103 has a stacked structure of an insulator 103a, an insulator 103b, and an insulator 103c,
The insulator 103b may be a charge trap layer by using hafnium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, aluminum silicate, or the like as the insulator 103b. As the insulator 103a and the insulator 103c, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like can be used. By injecting electrons into the insulator 103b, the threshold voltage of the transistor can be changed. The tunnel effect may be used to inject the electrons into the insulator 103b. By applying a positive voltage to the conductor 117, tunnel electrons can be injected into the insulator 103b.

絶縁体103は、絶縁体102と同様の材料および方法を用いて形成することができる
。また、酸化物層104中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁体103、の水素濃度を
低減することが好ましい。具体的には、絶縁体103、中の水素濃度を、SIMSにおい
て、2×1020atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm
以下、より好ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×10
18atoms/cm以下とする。また、酸化物半導体中の窒素濃度の増加を防ぐため
に、絶縁体103、中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁体103
、中の窒素濃度を、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましく
は5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm
以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。
The insulator 103 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 102. Further, in order to prevent an increase in hydrogen concentration in the oxide layer 104, the hydrogen concentration in the insulator 103 is preferably reduced. Specifically, the hydrogen concentration in the insulator 103 is 2×10 20 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 19 atoms/cm 3 in SIMS.
Or less, more preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, and further preferably 5×10.
18 atoms/cm 3 or less. Further, it is preferable to reduce the nitrogen concentration in the insulator 103 in order to prevent an increase in the nitrogen concentration in the oxide semiconductor. Specifically, the insulator 103
, Nitrogen concentration in SIMS is less than 5×10 19 atoms/cm 3 , preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 18 atoms/cm 3.
3 or less, more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less.

また、絶縁体103、は、加熱により酸素が放出される絶縁体(「過剰酸素を含む絶縁
体」ともいう。)を用いて形成することが好ましい。具体的には、TDS分析にて、酸素
原子に換算した酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、好ましくは3
.0×1020atoms/cm以上である絶縁体を用いることが好ましい。
The insulator 103 is preferably formed using an insulator from which oxygen is released by heating (also referred to as an “insulator containing excess oxygen”). Specifically, in TDS analysis, the desorption amount of oxygen converted into oxygen atoms is 1.0×10 18 atoms/cm 3 or more, preferably 3
. It is preferable to use an insulator having a density of 0×10 20 atoms/cm 3 or more.

また、過剰酸素を含む絶縁体は、絶縁体に酸素を添加する処理を行って形成することも
できる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオン
ドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するため
のガスとしては、16もしくは18などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾ
ンガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドー
プ処理」ともいう。酸素を添加する処理は例えば、絶縁体118の成膜後、絶縁体103
の成膜後、酸化物層104eの成膜前、などに行えばよい。また、高密度プラズマ処理な
どを行ってもよい。高密度プラズマは、マイクロ波を用いて生成すればよい。高密度プラ
ズマ処理では、例えば、酸素、亜酸化窒素などの酸化性ガスを用いればよい。または、酸
化性ガスと、He、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと、の混合ガスを用いてもよい。高密
度プラズマ処理において、基板にバイアスを印加してもよい。これにより、プラズマ中の
酸素イオンなどを基板側に引き込むことができる。高密度プラズマ処理は基板を加熱しな
がら行ってもよい。例えば、上記加熱処理の代わりに高密度プラズマ処理を行う場合、上
記加熱処理の温度より低温で同様の効果を得ることができる。高密度プラズマ処理は例え
ば、絶縁体118の成膜後、絶縁体103の成膜後、酸化物層104eの成膜前、などに
行えばよい。
Alternatively, the insulator containing excess oxygen can be formed by performing treatment for adding oxygen to the insulator. The treatment for adding oxygen can be performed by heat treatment in an oxygen atmosphere, an ion implantation apparatus, an ion doping apparatus, or a plasma treatment apparatus. As a gas for adding oxygen, an oxygen gas such as 16 O 2 or 18 O 2 , a nitrous oxide gas, or an ozone gas can be used. In this specification, the treatment of adding oxygen is also referred to as "oxygen doping treatment". The treatment of adding oxygen is performed by, for example, forming the insulator 118 and then forming the insulator 103.
May be performed after the formation of the film, and before the formation of the oxide layer 104e. Further, high-density plasma treatment or the like may be performed. High-density plasma may be generated using microwaves. In the high density plasma treatment, for example, an oxidizing gas such as oxygen or nitrous oxide may be used. Alternatively, a mixed gas of an oxidizing gas and a rare gas such as He, Ar, Kr, or Xe may be used. A bias may be applied to the substrate in the high density plasma treatment. As a result, oxygen ions in the plasma can be drawn to the substrate side. The high-density plasma treatment may be performed while heating the substrate. For example, when high-density plasma treatment is performed instead of the heat treatment, the same effect can be obtained at a temperature lower than the temperature of the heat treatment. The high-density plasma treatment may be performed, for example, after the insulator 118 is formed, after the insulator 103 is formed, and before the oxide layer 104e is formed.

ここで、例えば絶縁体103を成膜するための処理室と、高密度プラズマ処理を行うた
めの処理室と、各チャンバー間を搬送するための基板処理室と、を有する、いわゆるマル
チチャンバーの装置を用いることにより、絶縁体103の成膜と高密度プラズマ処理とを
大気に暴露することなく連続して行うことで、膜中および界面への不純物の混入を低減す
ることができるため好ましい。また、プロセス時間を短縮できるためコストの削減に繋が
る場合がある。また、プロセスを簡略化できるため歩留まりが向上する場合がある。ここ
で例えば、基板処理室を減圧雰囲気とするとよい。
Here, for example, a so-called multi-chamber apparatus having a processing chamber for forming the insulator 103, a processing chamber for performing high-density plasma processing, and a substrate processing chamber for transferring between the chambers. By using, the film formation of the insulator 103 and the high-density plasma treatment are continuously performed without being exposed to the air, and thus entry of impurities into the film and the interface can be reduced, which is preferable. Further, the process time can be shortened, which may lead to cost reduction. In addition, since the process can be simplified, the yield may be improved. Here, for example, the substrate processing chamber may be in a reduced pressure atmosphere.

同様に例えば、絶縁体103を成膜するための処理室と、酸化物層104dを成膜する
ための処理室と、酸化物層104eを成膜するための処理室と、高密度プラズマ処理を行
うための処理室と、各処理室間を搬送するための基板搬送室と、を有するマルチチャンバ
ーの装置を用いることにより、絶縁体103の成膜と、高密度プラズマ処理と、酸化物層
104dの成膜と、酸化物層104eの成膜と、を大気に暴露することなく連続して行う
ことができるため好ましい。
Similarly, for example, a processing chamber for forming the insulator 103, a processing chamber for forming the oxide layer 104d, a processing chamber for forming the oxide layer 104e, and a high-density plasma treatment are performed. By using a multi-chamber apparatus having a processing chamber for performing the treatment and a substrate transfer chamber for transporting between the processing chambers, film formation of the insulator 103, high-density plasma treatment, and oxide layer 104d are performed. And the oxide layer 104e can be continuously performed without exposure to the atmosphere, which is preferable.

絶縁体103の厚さは、1nm以上50nm以下が好ましく、3nm以上30nm以下
がより好ましく、5nm以上10nm以下がさらに好ましい。酸化物層104fの形成後
に酸素ドープ処理を行ってもよい。また、絶縁体103の形成後に酸素ドープ処理を行っ
てもよい。また、絶縁体103の形成後に加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、
絶縁体103として例えば酸化シリコンを形成する。
The thickness of the insulator 103 is preferably 1 nm or more and 50 nm or less, more preferably 3 nm or more and 30 nm or less, and further preferably 5 nm or more and 10 nm or less. Oxygen doping treatment may be performed after the oxide layer 104f is formed. Further, oxygen doping treatment may be performed after the insulator 103 is formed. Further, heat treatment may be performed after the insulator 103 is formed. In this embodiment,
Silicon oxide, for example, is formed as the insulator 103.

<構成例2>
図5(A)は半導体装置の上面図である。また、図6(A)は、図5に示す一点鎖線L
1−L2の断面を、図6(B)は、図5(A)に示す一点鎖線W1−W2の断面を、それ
ぞれ示す。図5(A)、図6(A)および(B)に示す半導体装置は、トランジスタ10
0の上方に位置する絶縁体111と、トランジスタ100の下方に位置する絶縁体102
と、トランジスタ100の四方を囲む絶縁体110bと、を有する。絶縁体102、絶縁
体111および絶縁体110bにより、トランジスタ100の六方が囲まれる。また、図
6(A)において、絶縁体110bは、コンタクトプラグ113aやコンタクトプラグ1
13bよりも外側に位置する。また、図6(B)において、絶縁体110bは、コンタク
トプラグ113cやコンタクトプラグ113dよりも外側に位置する。ここで、外側とは
、例えばトランジスタ100を中心として、トランジスタ100からの距離がより長いこ
とを指す。
<Structure example 2>
FIG. 5A is a top view of the semiconductor device. Further, FIG. 6(A) shows a dashed-dotted line L shown in FIG.
1-L2 shows a cross section, and FIG. 6B shows a cross section taken along one-dot chain line W1-W2 shown in FIG. The semiconductor device illustrated in FIGS. 5A, 6</b>A, and 6</b>B includes a transistor 10
Insulator 111 located above 0 and insulator 102 located below transistor 100
And insulators 110b surrounding the four sides of the transistor 100. The insulator 102, the insulator 111, and the insulator 110b surround the transistor 100 on six sides. Further, in FIG. 6A, the insulator 110b is the contact plug 113a or the contact plug 1
It is located outside 13b. Further, in FIG. 6B, the insulator 110b is located outside the contact plugs 113c and 113d. Here, the outer side means that the distance from the transistor 100 is longer with the transistor 100 as the center, for example.

また、図5(B)に示すように、絶縁体102、絶縁体111、および絶縁体110b
が複数のトランジスタ100を囲む構造としてもよい。図5(B)にしめす半導体装置の
上面において、2つのトランジスタ100が絶縁体110bに囲まれている。また、図示
しないが、半導体装置の断面において、2つのトランジスタ100の上方に絶縁体111
を有し、下方に絶縁体102を有する。よって、2つのトランジスタ100は、絶縁体1
02、絶縁体111および絶縁体110bにより、六方が囲まれる。また、半導体装置の
上面において、絶縁体110bは閉じた形状を有することが好ましい。閉じた形状として
、例えば多角形、円形、楕円形、および曲線と直線を繋ぎ合わせた閉曲線、等が挙げられ
る。例えば図5(A)に示すように四角形であってもよいし、図5(B)に示すように、
四角形が丸い角部を有してもよい。
In addition, as illustrated in FIG. 5B, the insulator 102, the insulator 111, and the insulator 110b.
May have a structure surrounding a plurality of transistors 100. On the top surface of the semiconductor device illustrated in FIG. 5B, the two transistors 100 are surrounded by the insulator 110b. Although not shown, an insulator 111 is provided above the two transistors 100 in the cross section of the semiconductor device.
And has an insulator 102 below. Therefore, the two transistors 100 have the insulator 1
02, the insulator 111, and the insulator 110b surround the hexagon. In addition, the insulator 110b preferably has a closed shape on the top surface of the semiconductor device. Examples of the closed shape include a polygon, a circle, an ellipse, and a closed curve formed by connecting a curve and a straight line. For example, it may be a quadrangle as shown in FIG. 5(A), or as shown in FIG. 5(B),
The quadrangle may have rounded corners.

トランジスタ100は、水、水素または酸素の移動に伴って、特性が変動する場合があ
る。絶縁体102、絶縁体111および絶縁体110bにより、トランジスタ100の六
方が囲まれるため、囲まれる領域の外側からのトランジスタ100への水素および水素の
混入や、囲まれる領域の外へのトランジスタ100からの酸素の放出を抑制することがで
きる。よって、トランジスタ100の特性の変動を抑制することができる。
The characteristics of the transistor 100 may change with the movement of water, hydrogen, or oxygen. Since the insulator 100, the insulator 111, and the insulator 110b surround the transistor 100 in six directions, hydrogen and hydrogen are mixed into the transistor 100 from the outside of the enclosed region and the transistor 100 is provided outside the enclosed region. The release of oxygen can be suppressed. Therefore, variation in characteristics of the transistor 100 can be suppressed.

なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形
態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定
されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載さ
れているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様
として、トランジスタ100などのトランジスタのチャネル形成領域、ソースドレイン領
域などが、酸化物半導体を有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定さ
れない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトラン
ジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域
などは、様々な半導体を有していてもよい。場合によっては、または、状況に応じて、本
発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、
トランジスタのソースドレイン領域などは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコン
ゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリ
ン、窒化ガリウム、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。また
は例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトラ
ンジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領
域などは、酸化物半導体を有していなくてもよい。
Note that one embodiment of the present invention is described in this embodiment. Alternatively, one embodiment of the present invention will be described in another embodiment. However, one embodiment of the present invention is not limited to these. That is, in this embodiment and the other embodiments, various aspects of the invention are described; therefore, one aspect of the present invention is not limited to a particular aspect. For example, although an example in which the channel formation region, the source/drain region, or the like of a transistor such as the transistor 100 includes an oxide semiconductor is described as one embodiment of the present invention, one embodiment of the present invention is not limited to this. Depending on the case or conditions, the various transistors, the channel formation region of the transistor, the source/drain region of the transistor, or the like in one embodiment of the present invention may include various semiconductors. Depending on circumstances or conditions, various transistors in one embodiment of the present invention, channel formation regions of the transistors, or
The source/drain region or the like of the transistor may include at least one of silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or an organic semiconductor. Alternatively, for example, in some cases or in some circumstances, various transistors in one embodiment of the present invention, a channel formation region of the transistor, a source/drain region of the transistor, or the like do not include an oxide semiconductor. Good.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1に示す半導体装置の作製方法について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a method for manufacturing the semiconductor device described in Embodiment 1 will be described.

<作製方法>
図7乃至図14を用いて、図1に示す半導体装置の作製方法を説明する。
<Production method>
A method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 1 is described with reference to FIGS.

基板101上に絶縁体102を成膜する。次に、絶縁体102上に絶縁体118を成膜
する。次に、絶縁体118上にマスク301を形成する(図7(A)参照。)。
The insulator 102 is formed over the substrate 101. Next, the insulator 118 is formed over the insulator 102. Next, a mask 301 is formed over the insulator 118 (see FIG. 7A).

基板101として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも後の加熱処理に耐えう
る程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアル
ミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板な
どを用いることができる。
There is no particular limitation on the material used for the substrate 101, but it is necessary that the material have heat resistance high enough to withstand at least heat treatment performed later. For example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or aluminoborosilicate glass, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like can be used.

また、基板101としてシリコンや炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、
多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどを材料とした化合物半導体基板等を用いて
もよい。また、SOI基板や、半導体基板上に歪トランジスタやFIN型トランジスタな
どの半導体素子が形成されたものなどを用いることもできる。または、高電子移動度トラ
ンジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transis
tor)に適用可能なヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化インジウムガリウ
ム、窒化ガリウム、リン化インジウム、シリコンゲルマニウムなどを用いてもよい。すな
わち、基板101は、単なる支持基板に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成
された基板であってもよい。この場合、トランジスタ100のゲート、ソース、またはド
レインの少なくとも一つは、上記他のデバイスと電気的に接続されていてもよい。
Further, as the substrate 101, a single crystal semiconductor substrate made of a material such as silicon or silicon carbide,
A polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate made of silicon germanium, or the like may be used. Alternatively, an SOI substrate, a semiconductor substrate on which semiconductor elements such as strain transistors or FIN transistors are formed, or the like can be used. Alternatively, a high electron mobility transistor (HEMT: High Electron Mobility Transistor)
For example, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium gallium arsenide, gallium nitride, indium phosphide, silicon germanium, or the like which is applicable to (tor) may be used. That is, the substrate 101 is not limited to a simple supporting substrate, and may be a substrate on which other devices such as transistors are formed. In this case, at least one of the gate, the source, and the drain of the transistor 100 may be electrically connected to the above other device.

なお、基板101として、可撓性基板(フレキシブル基板)を用いてもよい。可撓性基
板を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし
、他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転
置してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトラ
ンジスタや容量素子などとの間に剥離層を形成するとよい。
Note that a flexible substrate (flexible substrate) may be used as the substrate 101. In the case of using a flexible substrate, a transistor, a capacitor, or the like may be directly manufactured over the flexible substrate, or a transistor, a capacitor, or the like may be manufactured over another manufacturing substrate and then the flexible substrate is formed. You may peel and transpose. Note that a separation layer may be formed between the manufacturing substrate and the transistor, the capacitor, or the like in order to separate and transfer the manufacturing substrate to the flexible substrate.

可撓性基板としては、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。基板101に用いる可撓性基板は、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。基板101に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率
が1×10−3/K以下、5×10−5/K以下、または1×10−5/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、アクリル系樹脂などがあ
る。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
As the flexible substrate, for example, metal, alloy, resin or glass, or fiber thereof can be used. It is preferable that the flexible substrate used for the substrate 101 have a lower linear expansion coefficient because deformation due to the environment is suppressed. For the flexible substrate used for the substrate 101, for example, a material having a linear expansion coefficient of 1×10 −3 /K or less, 5×10 −5 /K or less, or 1×10 −5 /K or less may be used. .. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic resin and the like. In particular, aramid is suitable as a flexible substrate because of its low linear expansion coefficient.

マスク301は、例えばレジストを用いてリソグラフィ法により作製してもよい。また
、無機膜または金属膜からなるハードマスクを形成してもよい。レジストマスクの形成は
、フォトリソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いて行うことができる。
レジストマスクを印刷法やインクジェット法などで形成するとフォトマスクを使用しない
ため、製造コストを低減できる。
The mask 301 may be formed by a lithography method using a resist, for example. Alternatively, a hard mask made of an inorganic film or a metal film may be formed. The resist mask can be formed by a photolithography method, a printing method, an inkjet method, or the like as appropriate.
When the resist mask is formed by a printing method, an inkjet method, or the like, a photomask is not used, so that manufacturing cost can be reduced.

フォトリソグラフィ法によるレジストマスクの形成は、感光性レジストにフォトマスク
を介して光を照射し、現像液を用いて感光した部分(または感光していない部分)のレジ
ストを除去して行なう。感光性レジストに照射する光は、KrFエキシマレーザ光、Ar
Fエキシマレーザ光、EUV(Extreme Ultraviolet)光などがある
。また、基板と投影レンズとの間に液体(例えば水)を満たして露光する、液浸技術を用
いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。な
お、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、フォトマスクは不要となる。なお、レ
ジストマスクの除去は、アッシングなどのドライエッチング法または専用の剥離液などを
用いたウェットエッチング法で行うことができる。ドライエッチング法とウェットエッチ
ング法の両方を用いてもよい。
The formation of the resist mask by the photolithography method is performed by irradiating the photosensitive resist with light through the photomask and removing the resist in the exposed portion (or the unexposed portion) with a developing solution. The light irradiating the photosensitive resist is KrF excimer laser light, Ar.
Examples include F excimer laser light and EUV (Extreme Ultraviolet) light. Also, an immersion technique may be used in which a liquid (for example, water) is filled between the substrate and the projection lens to perform exposure. Further, an electron beam or an ion beam may be used instead of the above-mentioned light. If an electron beam or an ion beam is used, a photomask is unnecessary. Note that the resist mask can be removed by a dry etching method such as ashing or a wet etching method using a dedicated peeling solution or the like. Both a dry etching method and a wet etching method may be used.

次に、マスク301を用いて、絶縁体118の一部を除去し、開口部306を形成する
(図7(B)参照。)。絶縁体118の除去には、例えばドライエッチング等を用いれば
よい。
Next, part of the insulator 118 is removed using the mask 301, so that the opening 306 is formed (see FIG. 7B). To remove the insulator 118, for example, dry etching or the like may be used.

次に、絶縁体118の上面および開口部306内に導電体117dを成膜する(図7(
C)参照。)。
Next, a conductor 117d is formed over the upper surface of the insulator 118 and in the opening 306 (see FIG.
See C). ).

次に、導電体117dの一部を除去することにより、導電体117を形成する(図7(
D)参照。)。導電体117dの除去には、例えば化学的機械研磨(Chemical
Mechanical Polishing:CMP)法などの研磨法を用いることが好
ましい。あるいは、ドライエッチングを用いてもよい。例えば、エッチバックなどの手法
を用いればよい。
Next, by removing a part of the conductor 117d, the conductor 117 is formed (see FIG.
See D). ). To remove the conductor 117d, for example, chemical mechanical polishing (Chemical polishing) is used.
It is preferable to use a polishing method such as a mechanical polishing (CMP) method. Alternatively, dry etching may be used. For example, a method such as etch back may be used.

ここで、CMP法とは、被加工物の表面を化学的・機械的な複合作用により、平坦化す
る手法である。一般的に研磨ステージの上に研磨布を貼り付け、被加工物と研磨布との間
にスラリー(研磨剤)を供給しながら研磨ステージと被加工物とを各々回転または揺動さ
せて、スラリーと被加工物表面との間での化学反応と、研磨布と被加工物との機械的研磨
の作用により、被加工物の表面を研磨する方法である。
Here, the CMP method is a method of flattening the surface of a workpiece by a combined chemical and mechanical action. Generally, a polishing cloth is pasted on the polishing stage, and while the slurry (polishing agent) is supplied between the work piece and the polishing cloth, the polishing stage and the work piece are rotated or rocked to form a slurry. Is a method of polishing the surface of a workpiece by a chemical reaction between the surface of the workpiece and the surface of the workpiece and mechanical polishing between the polishing cloth and the workpiece.

次に、絶縁体118および導電体117上に絶縁体103、酸化物層104d、酸化物
層104eを順に成膜する。
Next, the insulator 103, the oxide layer 104d, and the oxide layer 104e are sequentially formed over the insulator 118 and the conductor 117.

次に、酸化物層104dおよび酸化物層104eに含まれる水分または水素などの不純
物をさらに低減して、酸化物層104dおよび酸化物層104eを高純度化するために、
加熱処理を行うことが好ましい。
Next, in order to further reduce impurities such as moisture or hydrogen contained in the oxide layer 104d and the oxide layer 104e so that the oxide layer 104d and the oxide layer 104e are highly purified,
It is preferable to perform heat treatment.

例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下、又は超
乾燥エア(CRDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測
定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下
、好ましくは10ppb以下の空気)雰囲気下で、酸化物層104dおよび酸化物層10
4eに加熱処理を施す。なお、酸化性雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸
化性ガスを10ppm以上含有する雰囲気をいう。また、不活性雰囲気とは、前述の酸化
性ガスが10ppm未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。
For example, in a reduced pressure atmosphere, an inert atmosphere such as nitrogen or a rare gas, an oxidizing atmosphere, or an ultra-dry air (CRDS (Cavity Ring Down Laser Spectroscopy)) Oxide layer 104d and oxide layer 10 under an atmosphere of 20 ppm (-55° C. in dew point conversion) or less, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppb or less.
Heat treatment is applied to 4e. Note that the oxidizing atmosphere means an atmosphere containing an oxidizing gas such as oxygen, ozone, or oxygen nitride at 10 ppm or more. Further, the inert atmosphere refers to an atmosphere in which the oxidizing gas is less than 10 ppm and is filled with nitrogen or a rare gas.

また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁体103に含まれる酸素
を酸化物層104dおよび酸化物層104e中に拡散させ、当該酸化物半導体層に含まれ
る酸素欠損を低減することができる。なお、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。なお、加熱処理は、酸化物層104dおよび酸化物層10
4eの形成後であればいつ行ってもよい。例えば、酸化物層104aおよび酸化物層10
4bの形成後に加熱処理を行ってもよい。また、後に行なう酸化物層104cの形成後に
行なってもよい。
By heat treatment, oxygen contained in the insulator 103 is diffused into the oxide layers 104d and 104e at the same time as the release of impurities, so that oxygen vacancies contained in the oxide semiconductor layer are reduced. You can Note that after the heat treatment in an inert gas atmosphere, the heat treatment may be performed in an atmosphere containing an oxidizing gas in an amount of 10 ppm or higher, 1% or higher, or 10% or higher in order to supplement desorbed oxygen. Note that the heat treatment is performed on the oxide layer 104d and the oxide layer 10.
It may be performed any time after the formation of 4e. For example, the oxide layer 104a and the oxide layer 10
Heat treatment may be performed after the formation of 4b. Alternatively, it may be performed after the oxide layer 104c is formed later.

加熱処理に用いる加熱装置に特別な限定はなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導
または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置であってもよい。例えば、電気炉や、L
RTA(Lamp Rapid Thermal Anneal)装置、GRTA(Ga
s Rapid Thermal Anneal)装置等のRTA(Rapid The
rmal Anneal)装置を用いることができる。LRTA装置は、ハロゲンランプ
、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウ
ムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光(電磁波)の輻射により、被処理物
を加熱する装置である。GRTA装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である
The heating device used for the heat treatment is not particularly limited, and may be a device that heats the object to be processed by heat conduction or heat radiation from a heating element such as a resistance heating element. For example, electric furnace, L
RTA (Lamp Rapid Thermal Anneal) device, GRTA (Ga
s Rapid Thermal Anneal (RTA) such as a device.
rmal Anneal) apparatus can be used. The LRTA device is a device for heating an object to be processed by radiating light (electromagnetic waves) emitted from a lamp such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high pressure sodium lamp, and a high pressure mercury lamp. The GRTA device is a device that performs heat treatment using a high-temperature gas.

加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下で行え
ばよい。処理時間は24時間以内とする。24時間を超える加熱処理は生産性の低下を招
くため好ましくない。
The heat treatment may be performed at 250 °C to 650 °C inclusive, preferably 300 °C to 500 °C inclusive. The processing time is within 24 hours. A heat treatment for more than 24 hours is not preferable because it causes a decrease in productivity.

なお、酸化物層104dの形成後または酸化物層104eの形成後に酸素ドープ処理を
行ってもよい。
Note that oxygen doping treatment may be performed after the oxide layer 104d is formed or after the oxide layer 104e is formed.

次に、酸化物層104e上にマスク302を形成する(図8(A)参照。)。マスク3
02についてはマスク301を参照する。その後、マスク302を用いて酸化物層104
e、酸化物層104d、絶縁体103のそれぞれ一部を除去し、酸化物層104aおよび
酸化物層104bを形成する(図8(B)参照。)。酸化物層104e、酸化物層104
d、および絶縁体103の除去には例えばドライエッチングやウェットエッチングを用い
ることができる。
Next, the mask 302 is formed over the oxide layer 104e (see FIG. 8A). Mask 3
For 02, refer to the mask 301. Then, the oxide layer 104 is formed using the mask 302.
e, the oxide layer 104d, and the insulator 103 are partly removed to form the oxide layer 104a and the oxide layer 104b (see FIG. 8B). Oxide layer 104e, oxide layer 104
For removing d and the insulator 103, for example, dry etching or wet etching can be used.

なお、導電体、半導体、絶縁体のエッチングをドライエッチング法で行う場合は、エッ
チングガスとしてハロゲン元素を含むガスを用いることができる。ハロゲン元素を含むガ
スの一例としては、塩素(Cl)、三塩化硼素(BCl)、四塩化珪素(SiCl
)もしくは四塩化炭素(CCl)などを代表とする塩素系ガス、四フッ化炭素(CF
)、六フッ化硫黄(SF)、三フッ化窒素(NF)もしくはトリフルオロメタン(C
HF)などを代表とするフッ素系ガス、臭化水素(HBr)または酸素を適宜用いるこ
とができる。また用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。また、酸化物
半導体をエッチングするためのエッチングガスとして、メタン(CH)、エタン(C
)、プロパン(C)、またはブタン(C10)などの炭化水素系ガスと不
活性ガスの混合ガスを用いてもよい。
When the conductor, the semiconductor, and the insulator are etched by a dry etching method, a gas containing a halogen element can be used as an etching gas. Examples of the gas containing a halogen element include chlorine (Cl 2 ), boron trichloride (BCl 3 ), and silicon tetrachloride (SiCl 4 ).
) Or carbon tetrachloride (CCl 4 ), a chlorine-based gas typified by carbon tetrafluoride (CF 4
), sulfur hexafluoride (SF 6 ), nitrogen trifluoride (NF 3 ), or trifluoromethane (C
Fluorine-based gas typified by HF 3 ), hydrogen bromide (HBr), or oxygen can be used as appropriate. An inert gas may be added to the etching gas used. Further, as etching gas for etching the oxide semiconductor, methane (CH 4 ), ethane (C 2
H 6), may be used propane (C 3 H 8), or butane (C 4 H 10) hydrocarbon gas and a mixed gas of an inert gas such as.

また、ドライエッチング法としては、平行平板型RIE(Reactive Ion
Etching)法や、ICP(Inductively Coupled Plasm
a:誘導結合型プラズマ)法、DF−CCP(Dual Frequency Capa
citively Coupled Plasma:二周波励起容量結合型プラズマ)法
などを用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件
(例えば、コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板
側の電極温度など)を適宜調節すればよい。
As a dry etching method, parallel plate type RIE (Reactive Ion) is used.
Etching) method and ICP (Inductively Coupled Plasma)
a: Inductively coupled plasma method, DF-CCP (Dual Frequency Capa)
The method may be used, such as a “Citially Coupled Plasma” method. The etching conditions (for example, the amount of power applied to the coil-type electrode, the amount of power applied to the electrode on the substrate side, the electrode temperature on the substrate side, etc.) may be appropriately adjusted so that the desired processed shape can be etched. ..

次に、酸化物層104bの上面および側面や、酸化物層104aの側面、および絶縁体
103上に酸化物層104f、絶縁体105d、導電体106d、および絶縁体107d
を順に成膜する。その後、絶縁体107dの上面にマスク303を形成する(図8(C)
参照。)。マスク303についてはマスク301を参照すればよい。
Next, the oxide layer 104f, the insulator 105d, the conductor 106d, and the insulator 107d are formed over the top surface and the side surface of the oxide layer 104b, the side surface of the oxide layer 104a, and the insulator 103.
Are sequentially formed. After that, a mask 303 is formed on the upper surface of the insulator 107d (FIG. 8C).
reference. ). For the mask 303, the mask 301 may be referred to.

次に、マスク303を用いて絶縁体107dおよび導電体106dのそれぞれ一部をド
ライエッチング等を用いて除去し、絶縁体107および導電体106を形成する(図9(
A)参照。)。
Next, the insulator 107d and the conductor 106d are partially removed by dry etching or the like using the mask 303 to form the insulator 107 and the conductor 106 (FIG.
See A). ).

導電体106を形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、
金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナ
ジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムなどから選ばれた
金属元素を1種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有さ
せた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどの
シリサイドを用いてもよい。導電体106として、これらの材料で形成される導電層を複
数積層して用いてもよい。
As the conductive material for forming the conductor 106, aluminum, chromium, copper, silver,
A material containing at least one metal element selected from gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium and the like can be used. Alternatively, a semiconductor having high electric conductivity, which is typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or silicide such as nickel silicide may be used. As the conductor 106, a plurality of conductive layers formed of these materials may be stacked and used.

また、導電体106に、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxi
de)、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム
亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物
、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電
性材料、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を適用することもできる
。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造
とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料を組
み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含
む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる
。導電体106の厚さは、10nm以上500nm以下が好ましく、20nm以上300
nm以下がより好ましく、30nm以上200nm以下がさらに好ましい。本実施の形態
では、導電層126として、窒化チタンとタングステンの積層を用いる。具体的には、厚
さ10nmの窒化チタン上に厚さ150nmのタングステンを形成する。
In addition, the conductor 106 is formed of indium tin oxide (ITO).
de), indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, indium tin oxide containing silicon. It is also possible to apply a conductive material containing oxygen such as, and a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride and tantalum nitride. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined can be used. Alternatively, a stacked-layer structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined can be used. Alternatively, a stacked structure in which the above-described material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen are combined can be used. The thickness of the conductor 106 is preferably 10 nm or more and 500 nm or less, and 20 nm or more and 300 nm.
nm or less is more preferable, and 30 nm or more and 200 nm or less is further preferable. In this embodiment, as the conductive layer 126, a stack of titanium nitride and tungsten is used. Specifically, 150-nm-thick tungsten is formed over 10-nm-thick titanium nitride.

導電体106の形成方法は特に限定されず、蒸着法、CVD法、スパッタリング法など
の各種形成方法を用いることができる。
The method for forming the conductor 106 is not particularly limited, and various forming methods such as an evaporation method, a CVD method, and a sputtering method can be used.

[金属元素131]
次に、導電体106および絶縁体107をマスクとして用いて金属元素131を導入す
る(図9(C)参照。)。なお、図9(C)では金属元素131を矢印で示している。金
属元素131の導入は、イオン注入法やプラズマドーピング法などを用いて行なうことが
できる。図9(C)では、金属元素131が導入される領域135の端部を破線で示して
いる。金属元素が導入される領域135の深さや、領域135に含まれる金属元素の濃度
は、イオン注入法やプラズマドーピング法などの処理条件によって決定することができる
[Metallic element 131]
Next, the metal element 131 is introduced using the conductor 106 and the insulator 107 as a mask (see FIG. 9C). Note that in FIG. 9C, the metal element 131 is indicated by an arrow. The metal element 131 can be introduced by an ion implantation method, a plasma doping method, or the like. In FIG. 9C, the end portion of the region 135 into which the metal element 131 is introduced is shown by a broken line. The depth of the region 135 into which the metal element is introduced and the concentration of the metal element contained in the region 135 can be determined by processing conditions such as an ion implantation method and a plasma doping method.

金属元素131としては、金属元素を一または複数用いることが好ましい。例えば金属
元素131として、タングステン、アルミニウム、チタン、マグネシウム、バナジウム、
アンチモン、砒素、および硫黄などの元素のうち、一または複数を用いることができる。
金属元素131のドーズ量は、1×1012ions/cm以上1×1016ions
/cm以下、好ましくは1×1013ions/cm以上1×1015ions/c
以下とすればよい。金属元素131導入時の加速電圧は5kV以上50kV以下、好
ましくは10kV以上30kV以下とすればよい。本実施の形態では、金属元素131と
してタングステンを用いる。導電体106および絶縁体107をマスクとして用いて金属
元素131を導入すると、自己整合により領域135をチャネル形成領域に隣接して形成
することができる。
As the metal element 131, it is preferable to use one or more metal elements. For example, as the metal element 131, tungsten, aluminum, titanium, magnesium, vanadium,
One or more of the elements such as antimony, arsenic, and sulfur can be used.
The dose amount of the metal element 131 is 1×10 12 ions/cm 2 or more and 1×10 16 ions
/Cm 2 or less, preferably 1×10 13 ions/cm 2 or more and 1×10 15 ions/c
It may be m 2 or less. The acceleration voltage at the time of introducing the metal element 131 may be 5 kV or more and 50 kV or less, preferably 10 kV or more and 30 kV or less. In this embodiment mode, tungsten is used as the metal element 131. When the metal element 131 is introduced using the conductor 106 and the insulator 107 as a mask, the region 135 can be formed adjacent to the channel formation region by self-alignment.

ここで金属元素131として、例えばタングステンやチタンなどの酸素と結合しやすい
材料で形成すると、金属元素131の酸化物が形成されることにより、金属元素131を
導入する領域において酸化物層104中の酸素欠損(「Vo」ともいう。)が増加する場
合がある。なお、Voに水素が結合してVoHが形成されると、当該領域のキャリア密度
が増加し、抵抗率が小さくなる。
Here, when the metal element 131 is formed of a material such as tungsten or titanium that is easily bonded to oxygen, an oxide of the metal element 131 is formed, so that the metal element 131 is introduced into the oxide layer 104 in the region where the metal element 131 is introduced. Oxygen deficiency (also referred to as “Vo”) may increase. Note that when hydrogen is bonded to Vo to form VoH, the carrier density of the region is increased and the resistivity is decreased.

金属元素131の導入後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、好ましくは200℃
以上500℃以下、より好ましくは300℃以上450℃以下、さらに好ましくは350
℃以上400℃以下で行えばよい。当該加熱処理によってVoに水素が結合してVoHが
形成されると、当該領域のキャリア密度がさらに増加し、抵抗率がさらに小さくなる。
After the introduction of the metal element 131, heat treatment may be performed. The heat treatment is preferably 200°C
Or more and 500°C or less, more preferably 300°C or more and 450°C or less, further preferably 350
It suffices to carry out at a temperature of not lower than 400°C and not higher than 400°C. When hydrogen is bonded to Vo to form VoH by the heat treatment, carrier density in the region is further increased and resistivity is further reduced.

このため、酸化物層104中の領域135は、酸化物層104の導電体106と重なる
領域(チャネル形成領域)よりも、キャリア密度が高く、抵抗率が小さい。よって、酸化
物層104中の領域135は、酸化物層104の導電体106と重なる領域(チャネル形
成領域)よりも抵抗が低くなる場合がある。
Therefore, the region 135 in the oxide layer 104 has higher carrier density and lower resistivity than a region (channel formation region) of the oxide layer 104 which overlaps with the conductor 106. Therefore, the region 135 in the oxide layer 104 may have lower resistance than a region (a channel formation region) of the oxide layer 104 which overlaps with the conductor 106.

本実施の形態では、金属元素131としてタングステンを用いる。また、イオン注入法
により酸化物層104の一部に導入する。タングステンの導入により、酸化物層104に
酸化タングステンが含まれる領域が形成される。
In this embodiment mode, tungsten is used as the metal element 131. Further, it is introduced into part of the oxide layer 104 by an ion implantation method. The introduction of tungsten forms a region containing tungsten oxide in the oxide layer 104.

次に、絶縁体105d上、および絶縁体107上に絶縁体108dを成膜する(図9(
C)参照。)。
Next, the insulator 108d is formed over the insulator 105d and the insulator 107 (see FIG.
See C). ).

次に、異方性ドライエッチング法により絶縁体108dをエッチングして、導電体10
6の側壁に絶縁体108を形成する。この時、絶縁体105dの、絶縁体108および導
電体106のどちらにも重ならない領域もエッチングされ、絶縁体105が形成される。
また、酸化物層104fの、絶縁体108および導電体106のどちらにも重ならない領
域もエッチングされ、酸化物層104cが形成される。よって、絶縁体108の形成時に
酸化物層104bの一部が露出する。
Next, the insulator 108d is etched by an anisotropic dry etching method to form the conductor 10
An insulator 108 is formed on the side wall of 6. At this time, a region of the insulator 105d which does not overlap with either the insulator 108 or the conductor 106 is also etched, so that the insulator 105 is formed.
Further, a region of the oxide layer 104f which does not overlap with either the insulator 108 or the conductor 106 is also etched, so that the oxide layer 104c is formed. Therefore, part of the oxide layer 104b is exposed when the insulator 108 is formed.

この時、露出した酸化物層104bの一部がエッチングされ、凸部を有する酸化物層1
04bが形成される場合がある。ここで、図20(A)および図20(B)に、酸化物層
104bに凸部が形成されたトランジスタ100を示しておく。図20(A)は、トラン
ジスタ100の平面図である。また、図20(B)は、図20(A)に示す一点鎖線L1
−L2、および一点鎖線W1−W2における断面図である。
At this time, part of the exposed oxide layer 104b is etched, and the oxide layer 1 having a convex portion is formed.
04b may be formed. Here, FIGS. 20A and 20B show the transistor 100 in which a projection is formed in the oxide layer 104b. FIG. 20A is a plan view of the transistor 100. 20B is a dashed-dotted line L1 shown in FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along -L2 line and one-dot chain line W1-W2.

[絶縁体107および絶縁体108]
ここで絶縁体108dの一部を異方性ドライエッチング法によりエッチングして絶縁体
108を形成する際には、絶縁体107はエッチングされないことが好ましい。あるいは
、絶縁体107のエッチング速度は絶縁体108dのエッチング速度と比較して遅いこと
が好ましい。よって、絶縁体107は、例えば絶縁体108が有する主要元素と異なる主
要元素を有することが好ましい。あるいは、例えば、絶縁体107は、例えば絶縁体10
8と組成が異なることが好ましい。絶縁体107の厚さは、5nm以上100nm以下が
好ましく、10nm以上50nm以下がより好ましい。
[Insulator 107 and Insulator 108]
Here, when the insulator 108d is partly etched by the anisotropic dry etching method to form the insulator 108, the insulator 107 is preferably not etched. Alternatively, the etching rate of the insulator 107 is preferably lower than that of the insulator 108d. Therefore, the insulator 107 preferably contains a main element which is different from the main element of the insulator 108, for example. Alternatively, for example, the insulator 107 is, for example, the insulator 10
It is preferable that the composition is different from that of No. 8. The thickness of the insulator 107 is preferably 5 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 10 nm or more and 50 nm or less.

ここで一例として、絶縁体108として酸化シリコン、または酸化窒化シリコンを用い
、絶縁体107として窒化シリコン、または窒化酸化シリコンを用いる。絶縁体107の
窒素の原子数比を絶縁体108よりも高くすることにより、絶縁体108のエッチング時
に、絶縁体107のエッチング速度を遅くすることができる場合がある。
Here, as an example, silicon oxide or silicon oxynitride is used as the insulator 108, and silicon nitride or silicon nitride oxide is used as the insulator 107. When the atomic ratio of nitrogen in the insulator 107 is higher than that in the insulator 108, the etching rate of the insulator 107 can be reduced in some cases when the insulator 108 is etched.

また、さらなる一例として、絶縁体108として酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒
化酸化シリコンまたは窒化シリコンを用い、絶縁体107として窒化アルミニウム、酸化
アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムを用いることができる場合
がある。
As a further example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or silicon nitride can be used for the insulator 108, and aluminum nitride, aluminum oxide, aluminum nitride oxide, or aluminum oxynitride can be used for the insulator 107. is there.

また、さらなる一例として、絶縁体108として酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒
化酸化シリコンまたは窒化シリコンを用いた場合に、絶縁体107として酸化物層104
として用いることのできる材料が好ましい場合がある。
As a further example, when silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, or silicon nitride is used as the insulator 108, the oxide layer 104 is used as the insulator 107.
In some cases, a material that can be used as

ここで、異方性ドライエッチング法により絶縁体108dをエッチングすることにより
、導電体106の側壁以外にも絶縁体が形成される場合がある。例えば、酸化物層104
bの側壁等に絶縁体が形成される場合がある。
Here, the insulator 108d may be etched by an anisotropic dry etching method to form an insulator other than the sidewall of the conductor 106. For example, the oxide layer 104
In some cases, an insulator may be formed on the side wall of b.

次に、絶縁体103上、酸化物層104b上、および絶縁体107上に導電体109d
を成膜する(図10(B)参照。)。ここで、導電体109dは絶縁体108の側面を覆
うことが好ましい。導電体109dの厚さは、5nm以上500nm以下が好ましく、1
0nm以上200nm以下がより好ましく、15nm以上100nm以下がさらに好まし
い。本実施の形態では、導電体109dとして厚さ20nmのタングステンを用いる。
Next, a conductor 109d is formed over the insulator 103, the oxide layer 104b, and the insulator 107.
Is formed (see FIG. 10B). Here, the conductor 109d preferably covers the side surface of the insulator 108. The thickness of the conductor 109d is preferably 5 nm or more and 500 nm or less, and 1
The thickness is more preferably 0 nm or more and 200 nm or less, further preferably 15 nm or more and 100 nm or less. In this embodiment, 20-nm-thick tungsten is used as the conductor 109d.

または、導電体109dとして、厚さ5nmの酸化チタンと、酸化チタン上の厚さ20
nmのタングステンと、タングステン上の厚さ5nmの酸化チタンと、の3層の積層を用
いてもよい。
Alternatively, as the conductor 109d, titanium oxide having a thickness of 5 nm and a thickness of 20 nm on the titanium oxide are used.
nm, and a 5 nm thick titanium oxide film over tungsten may be used.

次に、マスクを用いて導電体109dの一部を除去し、導電体109eを形成する(図
10(C)参照。)。その後、絶縁体110dを成膜する(図11(A)参照。)。
Next, part of the conductor 109d is removed using a mask to form a conductor 109e (see FIG. 10C). After that, the insulator 110d is formed (see FIG. 11A).

[導電体109aおよび導電体109b]
次に、基板101に対して上面を平坦にするように絶縁体110dおよび導電体109
eの一部を除去することにより、導電体109aおよび導電体109bを形成する(図1
1(B)参照。)。ここで導電体109eの一部を除去することにより、導電体109d
のうち、導電体106と重なる領域を除去することにより導電体109eを分離させ、導
電体109aおよび導電体109bを形成することができる。
[Conductor 109a and Conductor 109b]
Next, the insulator 110d and the conductor 109 are flattened with respect to the substrate 101.
By removing part of e, the conductors 109a and 109b are formed (see FIG. 1).
See 1(B). ). By removing a part of the conductor 109e, the conductor 109d is removed.
By removing a region overlapping with the conductor 106, the conductor 109e can be separated and the conductor 109a and the conductor 109b can be formed.

ここで、絶縁体110dや導電体109eの除去にはCMP法などの研磨法を用いるこ
とができる。あるいは、ドライエッチングを用いてもよい。例えば、エッチバックなどの
手法を用いればよい。
Here, a polishing method such as a CMP method can be used to remove the insulator 110d and the conductor 109e. Alternatively, dry etching may be used. For example, a method such as etch back may be used.

絶縁体110dや導電体109eの除去にCMP法などの研磨法を用いる場合には、導
電体109dや絶縁体110dの研磨速度は、試料の面内で分布を有する場合がある。こ
の場合に、研磨速度が速い箇所においては、絶縁体107の露出時間が長くなる場合があ
る。導電体109eや絶縁体110dの研磨速度と比較して絶縁体107の研磨速度は遅
いことが好ましい。絶縁体107の研磨速度が遅いことにより、導電体109dや絶縁体
110dの研磨工程において、絶縁体585は、研磨のストッパー膜としての役割を果た
すことができる。
When a polishing method such as a CMP method is used for removing the insulator 110d and the conductor 109e, the polishing rate of the conductor 109d and the insulator 110d may have a distribution in the surface of the sample. In this case, the exposure time of the insulator 107 may be long in a portion where the polishing rate is high. The polishing rate of the insulator 107 is preferably lower than that of the conductor 109e and the insulator 110d. Since the insulator 107 has a low polishing rate, the insulator 585 can serve as a polishing stopper film in the step of polishing the conductor 109d and the insulator 110d.

ここで、本発明の一態様において、例えばリソグラフィを用いてマスクを形成する場合
には、リソグラフィのための装置の精度に応じて、マスクを形成する位置にずれが生じる
場合がある。このような場合には導電体109aおよび導電体109bの端部と、絶縁体
108の端部との間に距離が生じてしまう。一方、本発明の一態様においては、導電体1
09aおよび導電体109bを形成する際にはマスク等を用いる必要がない。よって、上
面からみたトランジスタ100の面積をより小さくできる。トランジスタ100の面積を
小さくすることにより、半導体装置が有する回路の集積化を実現することができる。
Here, in one embodiment of the present invention, for example, when a mask is formed by lithography, a position where the mask is formed may be displaced depending on accuracy of an apparatus for lithography. In such a case, a distance is generated between the ends of the conductors 109a and 109b and the ends of the insulator 108. On the other hand, in one embodiment of the present invention, the conductor 1
It is not necessary to use a mask or the like when forming 09a and the conductor 109b. Therefore, the area of the transistor 100 viewed from the top can be further reduced. By reducing the area of the transistor 100, integration of a circuit included in the semiconductor device can be realized.

また、絶縁体110、導電体109a、導電体109b、絶縁体108、および絶縁体
107の上面は、一続きの平坦な平面をなす。該平面上に絶縁体111を形成することに
より、例えば、絶縁体111の被覆性が向上し、水素透過性をより低くできる場合がある
ため好ましい。また、絶縁体111のブロック能力が向上するため絶縁体111を薄くで
きる場合がある。絶縁体111を薄くすることにより、例えば絶縁体111にドライエッ
チング等を用いて開口部を設ける場合、エッチング時間を短くすることができる。エッチ
ング時間が長すぎる場合には、例えばマスク幅の縮小が生じ、開口部が大きくなってしま
う場合があり、微細化が難しい。エッチング時間を短くすることにより例えば、より微細
な開口部を設けることができるため好ましい。
The top surfaces of the insulator 110, the conductor 109a, the conductor 109b, the insulator 108, and the insulator 107 form a continuous flat surface. By forming the insulator 111 on the flat surface, for example, the coverage of the insulator 111 can be improved and hydrogen permeability can be further lowered, which is preferable. Further, since the blocking ability of the insulator 111 is improved, the insulator 111 may be thinned in some cases. By thinning the insulator 111, for example, when the opening is formed in the insulator 111 by dry etching or the like, the etching time can be shortened. If the etching time is too long, for example, the mask width may be reduced and the opening may become large, which makes it difficult to miniaturize. By shortening the etching time, for example, a finer opening can be provided, which is preferable.

導電体109aおよび導電体109bとして、例えば、タングステン、ポリシリコン等
の埋め込み性の高い導電性材料を用いることができる。また、当該材料の側面および底面
を、チタン層、窒化チタン層またはこれらの積層からなるバリア層(拡散防止層)で覆っ
てもよい。また、例えば図3(B)に示すように、導電体109aを導電体109j、導
電体109kおよび導電体109lの3層、導電体109bを導電体109m、導電体1
09n、および導電体109oの3層の積層構造としてもよい。ここで、導電体109j
および導電体109mをバリア層とすることが好ましい。また、導電体109lおよび導
電体109oをバリア層としてもよい。ここで導電体109aおよび導電体109bが電
極として機能する場合には、バリア層も含めて電極という場合がある。
As the conductors 109a and 109b, for example, a conductive material having a high embeddability such as tungsten or polysilicon can be used. In addition, the side surface and the bottom surface of the material may be covered with a barrier layer (diffusion prevention layer) formed of a titanium layer, a titanium nitride layer, or a stacked layer thereof. Further, for example, as shown in FIG. 3B, the conductor 109a has three layers of a conductor 109j, a conductor 109k, and a conductor 109l, the conductor 109b has a conductor 109m, and a conductor 1
09n and the conductor 109o may have a three-layer structure. Here, the conductor 109j
It is preferable that the conductor 109m is used as a barrier layer. Alternatively, the conductors 109l and 109o may be barrier layers. Here, when the conductors 109a and 109b function as electrodes, the barrier layer and the barrier layer may be referred to as electrodes.

なお、導電体109aおよび導電体109bを、例えばタングステンやチタンなどの、
酸化物層104から酸素を引き抜く性質を有する材料で形成すると、導電体109aおよ
び導電体109bと接する酸化物層104中のVoが増加する。よって、酸化物層104
に形成された領域135のうち、導電体109aおよび導電体109bが接する領域のキ
ャリア密度が増加し、抵抗率が小さくなる。なお、Voに水素が結合してVoHが形成さ
れると、当該領域のキャリア密度がさらに増加し、抵抗率をさらに小さくなる。
Note that the conductor 109a and the conductor 109b are made of, for example, tungsten or titanium.
When a material having a property of extracting oxygen from the oxide layer 104 is used, Vo in the oxide layer 104 which is in contact with the conductors 109a and 109b is increased. Therefore, the oxide layer 104
In the region 135 formed in the above region, the carrier density of a region where the conductors 109a and 109b are in contact with each other is increased and the resistivity is decreased. Note that when hydrogen is bonded to Vo to form VoH, the carrier density in the region is further increased and the resistivity is further reduced.

このため、酸化物層104の中で、絶縁体108と重なる領域のキャリア密度よりも、
導電体109aおよび導電体109bが接する領域のキャリア密度が高くなる場合がある
。また、酸化物層104の中で、絶縁体108と重なる領域の抵抗率よりも、導電体10
9aおよび導電体109bが接する領域の抵抗率が小さくなる場合がある。また、酸化物
層104の中で、絶縁体108と重なる領域の抵抗よりも、導電体109aおよび導電体
109bが接する領域の抵抗が低くなる場合がある。
Therefore, in the oxide layer 104, rather than the carrier density of a region overlapping with the insulator 108,
The carrier density in a region where the conductors 109a and 109b are in contact with each other may be high. In addition, in the oxide layer 104, the electric conductivity of the conductor 10 is higher than that of a region of the oxide layer 104 which overlaps with the insulator 108.
In some cases, the resistivity of the region where 9a and the conductor 109b are in contact is small. In addition, in the oxide layer 104, the resistance of a region where the conductors 109a and 109b are in contact with each other may be lower than the resistance of a region overlapping with the insulator 108.

次に、絶縁体110や、導電体109aおよび導電体109b等の上に絶縁体111を
成膜する(図12(A)参照。)。
Next, the insulator 111 is formed over the insulator 110, the conductor 109a, the conductor 109b, and the like (see FIG. 12A).

本実施の形態では、絶縁体111として、スパッタリング法により酸化アルミニウムを
形成する。また、スパッタリングガスとして酸素を含むガスを用いる。スパッタリング法
により絶縁体111を形成すると、絶縁体111と絶縁体111の被形成面の界面および
その近傍に、両者が混ざり合う混合層が形成される。具体的には、絶縁体110と絶縁体
111の界面およびその近傍に、混合層145が形成される。
In this embodiment, as the insulator 111, aluminum oxide is formed by a sputtering method. Further, a gas containing oxygen is used as the sputtering gas. When the insulator 111 is formed by a sputtering method, a mixed layer which mixes the insulator 111 and the surface where the insulator 111 is formed and the vicinity thereof is formed. Specifically, the mixed layer 145 is formed at the interface between the insulator 110 and the insulator 111 and in the vicinity thereof.

また、混合層145には、スパッタリングガスの一部が含まれる。本実施の形態ではス
パッタリングガスとして酸素を含むガスを用いるため、混合層145に酸素が含まれる。
よって、混合層145は、過剰酸素を有する。
In addition, the mixed layer 145 contains part of the sputtering gas. In this embodiment mode, since a gas containing oxygen is used as the sputtering gas, the mixed layer 145 contains oxygen.
Therefore, the mixed layer 145 has excess oxygen.

次に、加熱処理を行う。加熱処理は、好ましくは200℃以上500℃以下、より好ま
しくは300℃以上450℃以下、さらに好ましくは350℃以上400℃以下で行えば
よい。なお、この時行う加熱処理の温度は、金属元素131の導入後に行う加熱処理の温
度以下とする。
Next, heat treatment is performed. The heat treatment may be performed at 200 °C to 500 °C inclusive, more preferably 300 °C to 450 °C inclusive, and further preferably 350 °C to 400 °C inclusive. Note that the temperature of heat treatment performed at this time is lower than or equal to the temperature of heat treatment performed after the metal element 131 is introduced.

加熱処理により、混合層145に含まれる酸素が拡散する。ここで混合層145に含ま
れる過剰酸素は、絶縁体110、絶縁体103、絶縁体108、絶縁体105などを介し
て酸化物層104a、酸化物層104b、および酸化物層104cに拡散する。絶縁体1
11および絶縁体102として酸素を透過しにくい材料を用いることで、混合層145に
含まれる過剰酸素を、絶縁体110、絶縁体103などを介して酸化物層104b中に効
果的に拡散させることができる。混合層145に含まれる過剰酸素が拡散する様子を図1
2(B)に矢印で示す。
By the heat treatment, oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses. Here, excess oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses into the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide layer 104c through the insulator 110, the insulator 103, the insulator 108, the insulator 105, and the like. Insulator 1
11 and the insulator 102 are made of a material that does not easily transmit oxygen, so that excess oxygen contained in the mixed layer 145 is effectively diffused into the oxide layer 104b through the insulator 110, the insulator 103, and the like. You can FIG. 1 shows how excess oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses.
2(B) is indicated by an arrow.

次に、絶縁体111上に絶縁体112を成膜する。その後、絶縁体112、絶縁体11
1および絶縁体110に、導電体109a等に達する開口部307を形成する(図13(
A)参照。)。
Next, the insulator 112 is formed over the insulator 111. Then, the insulator 112 and the insulator 11
1 and the insulator 110, an opening 307 reaching the conductor 109a and the like is formed (see FIG.
See A). ).

次に、絶縁体112上、および開口部307内に導電体を成膜し、基板101に対して
上面を平坦にするように該導電体の一部を除去することにより、コンタクトプラグ113
a、コンタクトプラグ113b、およびコンタクトプラグ113cを形成する(図13(
B)参照。)。該導電体の除去には例えばCMP法を用いることができる。
Next, a conductor is formed over the insulator 112 and in the opening 307, and part of the conductor is removed so that the top surface of the contact plug 113 is flattened with respect to the substrate 101, whereby the contact plug 113 is formed.
a, the contact plug 113b, and the contact plug 113c are formed (see FIG.
See B). ). A CMP method, for example, can be used to remove the conductor.

コンタクトプラグ113a、コンタクトプラグ113b、およびコンタクトプラグ11
3cとしては、例えば、タングステン、ポリシリコン等の埋め込み性の高い導電性材料を
用いることができる。また、図示しないが、当該材料の側面および底面を、チタン層、窒
化チタン層またはこれらの積層からなるバリア層(拡散防止層)で覆ってもよい。この場
合、バリア層も含めて電極という場合がある。
Contact plug 113a, contact plug 113b, and contact plug 11
As 3c, for example, a conductive material having a high embedding property such as tungsten or polysilicon can be used. Although not shown, the side surface and the bottom surface of the material may be covered with a barrier layer (diffusion prevention layer) formed of a titanium layer, a titanium nitride layer, or a stacked layer thereof. In this case, the barrier layer may also be referred to as an electrode.

絶縁体112は絶縁体103と同様の材料および方法で形成することができる。また、
絶縁体112として、ポリイミド、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリア
ミド、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有
機材料の他に、低誘電率材料(low−k材料)、シロキサン系樹脂、PSG(リンガラ
ス)、BPSG(リンボロンガラス)等を用いることができる。なお、これらの材料で形
成される絶縁体を複数積層させることで、絶縁体112を形成してもよい。
The insulator 112 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 103. Also,
As the insulator 112, a heat-resistant organic material such as polyimide, acrylic resin, benzocyclobutene resin, polyamide, or epoxy resin can be used. In addition to the above organic material, a low dielectric constant material (low-k material), a siloxane resin, PSG (phosphorus glass), BPSG (phosphorus glass), or the like can be used. Note that the insulator 112 may be formed by stacking a plurality of insulators formed of these materials.

なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたSi−O−
Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基(例えばアル
キル基やアリール基)やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有して
いても良い。
Note that a siloxane-based resin is a Si-O- formed using a siloxane-based material as a starting material.
It corresponds to a resin containing Si bonds. The siloxane-based resin may use an organic group (for example, an alkyl group or an aryl group) or a fluoro group as a substituent. Further, the organic group may have a fluoro group.

絶縁体112の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、SOG
法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法(インクジェット法など)、印
刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷など)などを用いればよい。絶縁体112の焼成
工程と他の熱処理工程を兼ねることで、効率よくトランジスタを作製することが可能とな
る。
The method for forming the insulator 112 is not particularly limited, and may be a sputtering method or an SOG method depending on the material.
A method such as spin coating, dip coating, spray coating, droplet discharge method (ink jet method, etc.), printing method (screen printing, offset printing, etc.) may be used. By combining the baking step of the insulator 112 and another heat treatment step, a transistor can be efficiently manufactured.

次に、試料表面に化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical
Polishing)処理(「CMP処理」ともいう。)を行なう(図11(A)参照
。)。CMP処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁体
や導電層の被覆性を高めることができる。
Next, chemical mechanical polishing (CMP: Chemical Mechanical) is performed on the sample surface.
Polishing) processing (also referred to as "CMP processing") is performed (see FIG. 11A). By performing the CMP treatment, unevenness on the surface of the sample can be reduced and the coverage with an insulator or a conductive layer formed thereafter can be improved.

その後、絶縁体112上に導電体114a、導電体114b、および導電体114cを
形成することにより、図1に示す半導体装置を作製することができる(図14参照。)。
After that, the conductor 114a, the conductor 114b, and the conductor 114c are formed over the insulator 112, whereby the semiconductor device illustrated in FIG. 1 can be manufactured (see FIG. 14).

なお、絶縁体118、絶縁体105d、絶縁体110dおよび絶縁体112の成膜は、
絶縁体103の成膜方法を参照することができる。また、絶縁体118、絶縁体105、
絶縁体110および絶縁体112には、絶縁体103として示した材料および構成を用い
ることができる。
Note that the insulator 118, the insulator 105d, the insulator 110d, and the insulator 112 are deposited as follows.
The method for forming the insulator 103 can be referred to. In addition, the insulator 118, the insulator 105,
For the insulator 110 and the insulator 112, the material and structure shown as the insulator 103 can be used.

また、導電体117d、導電体109d、コンタクトプラグ113a乃至c、および導
電体114a乃至cの成膜は、導電体106dを参照することができる。また、導電体1
17、導電体109a、導電体109b、コンタクトプラグ113a乃至c、および導電
体114a乃至cには、導電体106として示した材料および構成を用いることができる
For the formation of the conductor 117d, the conductor 109d, the contact plugs 113a to 113c, and the conductors 114a to 114c, the conductor 106d can be referred to. Also, the conductor 1
The material and the structure shown as the conductor 106 can be used for 17, the conductor 109a, the conductor 109b, the contact plugs 113a to 113c, and the conductors 114a to 114c.

ここで、図9(B)においては、絶縁体108を形成する前に金属元素131を添加し
たが、図15(A)に示すように、図9(A)の後、金属元素131を添加する前に図1
5(A)に示すように絶縁体108dを成膜し、その後、図15(B)に示すように絶縁
体108を形成し、その後、図15(C)に示すように金属元素131を添加してもよい
。その後、絶縁体110、導電体109a、導電体109b、絶縁体111、絶縁体11
2、コンタクトプラグ113a、導電体114a等を形成し、図16に示す半導体装置を
作製することができる。ここで、図16において、絶縁体108の下の領域と比較して、
その外側の領域では金属元素131の濃度が高くなる場合がある。
Here, in FIG. 9B, the metal element 131 is added before the insulator 108 is formed, but as shown in FIG. 15A, after the metal element 131 is added, the metal element 131 is added. Figure 1 before
An insulator 108d is formed as shown in FIG. 5A, then the insulator 108 is formed as shown in FIG. 15B, and then a metal element 131 is added as shown in FIG. 15C. You may. After that, the insulator 110, the conductor 109a, the conductor 109b, the insulator 111, and the insulator 11
2, the contact plug 113a, the conductor 114a, and the like are formed, and the semiconductor device shown in FIG. 16 can be manufactured. Here, in FIG. 16, as compared with the region under the insulator 108,
The concentration of the metal element 131 may increase in the region outside thereof.

<作製方法2>
次に、図2に示す半導体装置の作製方法を、図17乃至図19を用いて説明する。
<Production method 2>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIG. 2 is described with reference to FIGS.

図7(A)乃至図9(A)に示した方法を用いて、基板101上の絶縁体102、絶縁
体118、導電体117、絶縁体103、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物
層104f、絶縁体105d、導電体106、絶縁体107を形成する。その後、導電体
106をマスクとして絶縁体105dおよび酸化物層104fの一部を除去し、絶縁体1
05および酸化物層104cを形成する(図17(A)参照。)。図17(A)において
、酸化物層104c、絶縁体105、導電体106、および絶縁体107の側面は概略一
致することが好ましい。
Using the method shown in FIGS. 7A to 9A, the insulator 102, the insulator 118, the conductor 117, the insulator 103, the oxide layer 104a, the oxide layer 104b, and the oxide over the substrate 101 are formed. The material layer 104f, the insulator 105d, the conductor 106, and the insulator 107 are formed. After that, the insulator 105d and part of the oxide layer 104f are removed using the conductor 106 as a mask.
05 and the oxide layer 104c are formed (see FIG. 17A). In FIG. 17A, side surfaces of the oxide layer 104c, the insulator 105, the conductor 106, and the insulator 107 are preferably substantially aligned with each other.

次に、導電体106および絶縁体107をマスクとして用いて金属元素131を導入す
る(図17(B)参照。)。図17(B)では金属元素131を矢印で示し、金属元素1
31が導入される領域135の端部を破線で示している。
Next, the metal element 131 is introduced using the conductor 106 and the insulator 107 as a mask (see FIG. 17B). In FIG. 17B, the metal element 131 is indicated by an arrow, and the metal element 1
The end of the region 135 into which 31 is introduced is shown by a broken line.

次に、酸化物層104b上、絶縁体103上および絶縁体107上に絶縁体108dを
成膜する(図17(C)参照。)。その後、異方性ドライエッチング法により導電体10
6の側壁に絶縁体108を形成する(図18(A)参照。)。ここで、異方性ドライエッ
チング法により絶縁体108dをエッチングすることにより、導電体106の側壁以外に
も絶縁体が形成される場合がある。図18(A)には、酸化物層104bの側壁に絶縁体
108bが形成される例を示す。
Next, the insulator 108d is formed over the oxide layer 104b, the insulator 103, and the insulator 107 (see FIG. 17C). Then, the conductor 10 is formed by anisotropic dry etching.
An insulator 108 is formed on the sidewall of 6 (see FIG. 18A). Here, the insulator 108d may be etched by an anisotropic dry etching method to form an insulator other than the sidewall of the conductor 106. FIG. 18A illustrates an example in which the insulator 108b is formed on the sidewall of the oxide layer 104b.

次に、図10(B)乃至図12(A)に示した方法を用いて、導電体109a、導電体
109b、絶縁体110、および絶縁体111を形成する(図18(B)参照。)。
Next, the conductor 109a, the conductor 109b, the insulator 110, and the insulator 111 are formed using the method illustrated in FIGS. 10B to 12A (see FIG. 18B). ..

本実施の形態では、絶縁体111として、スパッタリング法により酸化アルミニウムを
形成する。また、スパッタリングガスとして酸素を含むガスを用いる。スパッタリング法
により絶縁体111を形成すると、絶縁体111と絶縁体111の被形成面の界面および
その近傍に、両者が混ざり合う混合層が形成される。具体的には、絶縁体110と絶縁体
111の界面およびその近傍に、混合層145が形成される。
In this embodiment, as the insulator 111, aluminum oxide is formed by a sputtering method. Further, a gas containing oxygen is used as the sputtering gas. When the insulator 111 is formed by a sputtering method, a mixed layer which mixes the insulator 111 and the surface where the insulator 111 is formed and the vicinity thereof is formed. Specifically, the mixed layer 145 is formed at the interface between the insulator 110 and the insulator 111 and in the vicinity thereof.

また、混合層145には、スパッタリングガスの一部が含まれる。本実施の形態ではス
パッタリングガスとして酸素を含むガスを用いるため、混合層145に酸素が含まれる。
よって、混合層145は、過剰酸素を有する層となる。
In addition, the mixed layer 145 contains part of the sputtering gas. In this embodiment mode, since a gas containing oxygen is used as the sputtering gas, the mixed layer 145 contains oxygen.
Therefore, the mixed layer 145 becomes a layer containing excess oxygen.

次に、加熱処理を行う。加熱処理は、好ましくは200℃以上500℃以下、より好ま
しくは300℃以上450℃以下、さらに好ましくは350℃以上400℃以下で行えば
よい。なお、この時行う加熱処理の温度は、金属元素131の導入後に行う加熱処理の温
度以下とする。
Next, heat treatment is performed. The heat treatment may be performed at 200 °C to 500 °C inclusive, more preferably 300 °C to 450 °C inclusive, and further preferably 350 °C to 400 °C inclusive. Note that the temperature of heat treatment performed at this time is lower than or equal to the temperature of heat treatment performed after the metal element 131 is introduced.

加熱処理により、混合層145に含まれる酸素が拡散する。ここで混合層145に含ま
れる過剰酸素は、絶縁体110、絶縁体103、絶縁体108などを介して酸化物層10
4a、酸化物層104b、および酸化物層104cに拡散する。絶縁体111および絶縁
体102として酸素を透過しにくい材料を用いることで、混合層145に含まれる過剰酸
素を、絶縁体110、絶縁体103などを介して酸化物層104b中に効率よく拡散させ
ることができる。混合層145に含まれる過剰酸素が拡散する様子を図19(A)に矢印
で示す。
By the heat treatment, oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses. Here, excess oxygen contained in the mixed layer 145 passes through the insulator 110, the insulator 103, the insulator 108, and the like, and the oxide layer 10
4a, oxide layer 104b, and oxide layer 104c. By using a material that does not easily transmit oxygen as the insulator 111 and the insulator 102, excess oxygen contained in the mixed layer 145 is efficiently diffused into the oxide layer 104b through the insulator 110, the insulator 103, and the like. be able to. A state in which excess oxygen contained in the mixed layer 145 diffuses is shown by an arrow in FIG.

その後、絶縁体112、コンタクトプラグ113a、導電体114a等を形成し、図2
に示す半導体装置を作製することができる(図19(B)参照。)。
After that, the insulator 112, the contact plug 113a, the conductor 114a, and the like are formed, and
The semiconductor device shown in can be manufactured (see FIG. 19B).

<構造体300>
図11(B)に示す導電体109aおよび導電体109bの形成において、基板101
に対して上面を平坦にするように絶縁体110dおよび導電体109eの一部を除去する
。絶縁体110dや導電体109eの除去にCMP法などの研磨法を用いる場合には、そ
の研磨速度が試料の面内で分布を有する場合がある。このような場合、研磨速度が速い箇
所においては過多な研磨が生じ、絶縁体108、絶縁体107、および導電体106の一
部が除去される可能性がある。ここで、導電体106等の構造体を密に配置することによ
り、過多な研磨を抑制できる場合があり好ましい。
<Structure 300>
In the formation of the conductors 109a and 109b illustrated in FIG.
On the other hand, part of the insulator 110d and the conductor 109e is removed so that the upper surface is flat. When a polishing method such as a CMP method is used to remove the insulator 110d and the conductor 109e, the polishing rate may have a distribution in the surface of the sample. In such a case, excessive polishing may occur at a portion having a high polishing rate, and the insulator 108, the insulator 107, and a part of the conductor 106 may be removed. Here, by arranging the structures such as the conductors 106 densely, it may be possible to suppress excessive polishing, which is preferable.

図22(A)は、トランジスタ100となる構造体100dを有する半導体装置のチャ
ネル長方向の断面の一例を示す。ここで図22(A)において、絶縁体110dにおいて
、構造体100dが設けられる領域と、構造体100dが設けられない領域との上面の高
さの差を、長さ311とする。ここで長さ311は小さい方がより好ましい。長さ311
を小さくすることにより、導電体109aおよび導電体109bの形成後に得られる絶縁
体110の表面の平坦性を向上できる場合がある。
FIG. 22A illustrates an example of a cross section in the channel length direction of a semiconductor device including a structure 100d to be the transistor 100. Here, in FIG. 22A, in the insulator 110d, a difference in height between upper surfaces of a region where the structure 100d is provided and a region where the structure 100d is not provided is 311. Here, it is more preferable that the length 311 is small. Length 311
In some cases, the surface flatness of the insulator 110 obtained after the formation of the conductor 109a and the conductor 109b can be improved by making the value smaller.

図22(B)に示す半導体装置はトランジスタ100となる構造体100dと、構造体
300となる構造体300dと、を有する。構造体300dは、構造体100dに隣接す
る。半導体装置が構造体300を有することにより、絶縁体110dや導電体109dの
除去工程において、過多な研磨を抑制できる場合があるため好ましい。
The semiconductor device illustrated in FIG. 22B includes a structure body 100d serving as the transistor 100 and a structure body 300d serving as the structure body 300. The structure 300d is adjacent to the structure 100d. It is preferable that the semiconductor device include the structure body 300 because excessive polishing can be suppressed in the step of removing the insulator 110d and the conductor 109d.

構造体100dは、導電体106を有することが好ましい。構造体300(構造体30
0d)は、トランジスタ100(構造体100d)と同じ構造を有してもよい。または、
構造体300(構造体300d)は、トランジスタ100(構造体100d)の一部の構
成要素のみを有してもよい。図23に示す例では、構造体300dは構造体100dの構
成要素のうち、導電体109e、導電体106、絶縁体108、絶縁体107、絶縁体1
05、酸化物層104cを有し、酸化物層104bおよび酸化物層104aを有さない。
The structure 100d preferably includes the conductor 106. Structure 300 (Structure 30
0d) may have the same structure as the transistor 100 (structure 100d). Or
The structure body 300 (structure body 300d) may include only some components of the transistor 100 (structure body 100d). In the example illustrated in FIG. 23, the structure 300d includes the conductor 109e, the conductor 106, the insulator 108, the insulator 107, and the insulator 1 among the components of the structure 100d.
05, the oxide layer 104c is included, and the oxide layer 104b and the oxide layer 104a are not included.

また図23において、構造体300dは、絶縁体103に凸部を有さない例を示す。あ
るいは、構造体300dの絶縁体103が有する凸部は、構造体100dの絶縁体103
が有する凸部よりもその高さが小さい場合がある。ここで図23において、絶縁体110
dにおいて、構造体100dが設けられる領域と、構造体300dが設けられる領域との
上面の高さの差を、長さ314とする。半導体装置が構造体300dを有することにより
、長さ314は図22(A)に示す長さ311よりも短くすることができるため好ましい
In addition, in FIG. 23, the structure 300d shows an example in which the insulator 103 does not have a convex portion. Alternatively, the protrusion of the insulator 103 of the structure 300d has the insulator 103 of the structure 100d.
The height may be smaller than that of the convex portion of the. Here, in FIG. 23, the insulator 110
In d, the difference in height between the upper surface of the region where the structure 100d is provided and the upper surface of the region where the structure 300d is provided is 314. When the semiconductor device has the structure 300d, the length 314 can be shorter than the length 311 illustrated in FIG. 22A, which is preferable.

構造体100dが有する導電体106と、構造体300dが有する導電体106の距離
を長さ312とする。ここで例えば長さ312は、トランジスタ100のチャネル方向の
断面における酸化物層104bの長さ313の0.5倍以上10倍以下、あるいは1倍以
上5倍以下である。
The length between the conductor 106 included in the structure body 100d and the conductor 106 included in the structure body 300d is 312. Here, for example, the length 312 is 0.5 times or more and 10 times or less, or 1 time or more and 5 times or less, of the length 313 of the oxide layer 104b in the cross section in the channel direction of the transistor 100.

また、構造体300は、半導体装置において、半導体素子として機能しなくてもよい。
例えば、構造体300は、配線に接続しなくてもよい。また、半導体装置が有する回路に
おいて、該回路に入力される信号は構造体300へ電気的に接続していなくてもよい。な
お、構造体300をダミーパターン、あるいはダミー素子と呼ぶ場合がある。
In addition, the structure 300 may not function as a semiconductor element in the semiconductor device.
For example, the structure 300 may not be connected to a wiring. Further, in a circuit included in the semiconductor device, a signal input to the circuit need not be electrically connected to the structure body 300. Note that the structure 300 may be referred to as a dummy pattern or a dummy element.

図24(A)は、2つの構造体100dを有する半導体装置の例を示す。図24(A)
において絶縁体110dおよび導電体109dの一部を除去することにより、図24(B
)に示すように、2つのトランジスタ100を得る。
FIG. 24A illustrates an example of a semiconductor device including two structures 100d. Figure 24 (A)
24B by removing a part of the insulator 110d and the conductor 109d in FIG.
), two transistors 100 are obtained.

ここで図24(A)において、2つの構造体100dが疎に存在する場合には、絶縁体
110dおよび導電体109dの一部を除去することにより、図24(C)に示すように
、2つのトランジスタ100の間の絶縁体110に凹部が形成される場合がある。この時
、過多な研磨が生じて絶縁体108、絶縁体107、および導電体106の一部が除去さ
れてしまう場合がある。
Here, in FIG. 24A, when the two structure bodies 100d are sparsely present, by removing a part of the insulator 110d and the conductor 109d, as shown in FIG. A recess may be formed in the insulator 110 between the two transistors 100. At this time, excessive polishing may occur and the insulator 108, the insulator 107, and part of the conductor 106 may be removed.

図25(A)に示すように構造体100dに隣接して構造体300dを一つ、または複
数形成することにより、導電体109a、導電体109bおよび絶縁体110の形成時に
過多な研磨を抑制できるため好ましい(図25(B)参照。)。また、絶縁体110の表
面をより平坦にすることができるため好ましい。また、絶縁体110の上面と、導電体1
09aおよび導電体109bの上端とを概略一致させることができる場合があり、好まし
い。
By forming one or a plurality of structure bodies 300d adjacent to the structure body 100d as illustrated in FIG. 25A, excessive polishing can be suppressed when the conductors 109a, 109b, and 110 are formed. Therefore, it is preferable (see FIG. 25B). Further, the surface of the insulator 110 can be made flatter, which is preferable. In addition, the upper surface of the insulator 110 and the conductor 1
09a and the upper ends of the conductors 109b may be able to substantially coincide with each other, which is preferable.

また、図25(C)には、構造体300が導電体109a、導電体109b、導電体1
06、絶縁体108、絶縁体107、絶縁体105、酸化物層104cを有し、酸化物層
104bおよび酸化物層104aを有さない例を示す。構造体300dを一つ、または複
数形成することにより、導電体109a、導電体109bおよび絶縁体110の形成時に
過多な研磨を抑制できるため好ましい。
In addition, in FIG. 25C, the structure 300 includes a conductor 109 a, a conductor 109 b, and a conductor 1.
06, the insulator 108, the insulator 107, the insulator 105, and the oxide layer 104c are shown, but the oxide layer 104b and the oxide layer 104a are not provided. It is preferable to form one or a plurality of the structure bodies 300d because excessive polishing can be suppressed when the conductors 109a, 109b, and the insulator 110 are formed.

<作製方法3>
次に、図6に示す半導体装置の作製方法について、図26を用いて説明する。
<Production method 3>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device illustrated in FIGS. 6A to 6C will be described with reference to FIGS.

図7(A)乃至図11(B)に示すように、基板101上に絶縁体102、導電体11
7、絶縁体118、絶縁体103、酸化物層104a、酸化物層104b、酸化物層10
4c、絶縁体105、導電体106、絶縁体107、絶縁体108、導電体109e、お
よび絶縁体110等を形成する(図26(A)参照。)。
As shown in FIGS. 7A to 11B, the insulator 102 and the conductor 11 are formed on the substrate 101.
7, insulator 118, insulator 103, oxide layer 104a, oxide layer 104b, oxide layer 10
4c, the insulator 105, the conductor 106, the insulator 107, the insulator 108, the conductor 109e, the insulator 110, and the like are formed (see FIG. 26A).

次に、絶縁体110、絶縁体103および絶縁体118に、絶縁体102に達する開口
部308を形成する(図26(B)参照。)。
Next, the opening 308 reaching the insulator 102 is formed in the insulator 110, the insulator 103, and the insulator 118 (see FIG. 26B).

次に、絶縁体110上と開口部308内に絶縁体110bとなる絶縁体を形成する。そ
の後、絶縁体110の上面が露出するように、該絶縁体の上面を基板101に平行になる
ように除去し、絶縁体110bを形成する。その後、図26(C)に示すように、絶縁体
110および絶縁体110b上に絶縁体111を成膜することにより、図6に示す半導体
装置を作製することができる。
Next, an insulator to be the insulator 110b is formed over the insulator 110 and inside the opening 308. After that, the upper surface of the insulator 110 is removed so that the upper surface of the insulator 110 is exposed in parallel to the substrate 101 and the insulator 110b is formed. After that, as illustrated in FIG. 26C, the insulator 111 is formed over the insulator 110 and the insulator 110b, whereby the semiconductor device illustrated in FIG. 6 can be manufactured.

本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組
み合わせて実施することができる。
At least part of this embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the other embodiments described in this specification.

(実施の形態3)
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、多結晶酸化物半導体、nc−O
S(nanocrystalline Oxide Semiconductor)、擬
似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous like Oxid
e Semiconductor)、非晶質酸化物半導体などがある。
(Embodiment 3)
The oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single crystal oxide semiconductor other than the single crystal oxide semiconductor. As the non-single-crystal oxide semiconductor, CAAC-OS, polycrystalline oxide semiconductor, nc-O
S (nanocrystal Oxide Semiconductor), pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS: amorphous like Oxid)
e Semiconductor), an amorphous oxide semiconductor, and the like.

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−
OS、多結晶酸化物半導体、nc−OSなどがある。
From another viewpoint, an oxide semiconductor is classified into an amorphous oxide semiconductor and a crystalline oxide semiconductor other than the amorphous oxide semiconductor. As the crystalline oxide semiconductor, a single crystal oxide semiconductor, CAAC-
There are an OS, a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS, and the like.

非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であ
って不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距
離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
As the definition of the amorphous structure, it is generally known that it is not fixed in a metastable state, isotropic, and does not have a heterogeneous structure. It can also be said that the structure has a flexible bond angle and short-range order, but no long-range order.

逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質(comple
tely amorphous)酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でな
い(例えば、微小な領域において周期構造を有する)酸化物半導体を、完全な非晶質酸化
物半導体と呼ぶことはできない。ただし、a−like OSは、微小な領域において周
期構造を有するものの、鬆(「ボイド」ともいう。)を有し、不安定な構造である。その
ため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
On the contrary, in the case of an oxide semiconductor which is essentially stable, it is completely amorphous.
It cannot be called a terry amorphous oxide semiconductor. In addition, an oxide semiconductor that is not isotropic (eg, has a periodic structure in a minute region) cannot be called a completely amorphous oxide semiconductor. However, although the a-like OS has a periodic structure in a minute region, it has a void (also referred to as a “void”) and has an unstable structure. Therefore, it can be said that the physical properties are close to those of an amorphous oxide semiconductor.

<CAAC−OS>
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。
<CAAC-OS>
The CAAC-OS is one of oxide semiconductors having a plurality of c-axis aligned crystal parts (also referred to as “pellets”).

透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Micr
oscope)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。
Transmission Electron Microscope (TEM)
composite image of the bright field image and the diffraction pattern of the CAAC-OS ("
Also referred to as "high-resolution TEM image". ), a plurality of pellets can be confirmed. On the other hand, in a high-resolution TEM image, a boundary between pellets, that is, a crystal grain boundary (also referred to as a “grain boundary”) cannot be clearly confirmed. Therefore, it can be said that in the CAAC-OS, electron mobility is less likely to be reduced due to the crystal grain boundaries.

以下では、TEMによって観察したCAAC−OSについて説明する。図27(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 Aberratio
n 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。
The CAAC-OS observed by TEM will be described below. FIG. 27A shows a high-resolution TEM image of a cross section of the CAAC-OS observed from a direction substantially parallel to the sample surface.
Spherical aberration correction (Spherical Aberratio) was used to observe high-resolution TEM images.
nCorrector) function was used. A high-resolution TEM image using the spherical aberration correction function is particularly called a Cs-corrected high-resolution TEM image. Acquisition of a Cs-corrected high-resolution TEM image is performed, for example, by
This can be performed with an atomic resolution analysis electron microscope JEM-ARM200F manufactured by JEOL Ltd.

図27(A)の領域(1)を拡大したCs補正高分解能TEM像を図27(B)に示す
。図27(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。
FIG. 27B shows a Cs-corrected high-resolution TEM image in which the region (1) of FIG. 27A is enlarged. From FIG. 27B, it can be confirmed that the metal atoms are arranged in layers in the pellet. The arrangement of each layer of metal atoms reflects unevenness on a surface (also referred to as a “formation surface”) on which a film of the CAAC-OS is formed or an upper surface, and is parallel to the formation surface or the top surface of the CAAC-OS. ..

図27(B)に示すように、CAAC−OSは特徴的な原子配列を有する。図27(C
)は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図27(B)および図27(C
)より、ペレット一つの大きさは1nm以上のものや、3nm以上のものがあり、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。また、CAAC−OSを、CANC(C−Axis Aligned nanocr
ystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
As shown in FIG. 27B, the CAAC-OS has a characteristic atomic arrangement. Fig. 27 (C
) Indicates the characteristic atomic arrangement by an auxiliary line. 27(B) and 27(C
From (), it can be seen that the size of one pellet is 1 nm or more and that of 3 nm or more, and the size of the gap caused by the inclination between the pellets is about 0.8 nm.
Therefore, the pellet can also be called a nanocrystal (nc). In addition, CAAC-OS is replaced by CANC (C-Axis Aligned nanocr).
It can also be referred to as an oxide semiconductor having y stals).

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27(D)参照。)。図27(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27(D)に示す領域5161に相当する。
Here, when the layout of the CAAC-OS pellets 5100 on the substrate 5120 is schematically shown based on the Cs-corrected high-resolution TEM image, a structure in which bricks or blocks are stacked is formed (FIG. 27D). reference.). The portion in which the pellets are tilted as observed in FIG. 27C corresponds to a region 5161 shown in FIG. 27D.

また、図28(A)に、試料面と略垂直な方向から観察したCAAC−OSの平面のC
s補正高分解能TEM像を示す。図28(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28(B)、図28(C)および
図28(D)に示す。図28(B)、図28(C)および図28(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。
Further, in FIG. 28A, C of a plane of the CAAC-OS observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface.
The s-corrected high-resolution TEM image is shown. Area (1), area (2), and area (3 in FIG. 28A)
28(B), FIG. 28(C) and FIG. 28(D) show Cs-corrected high resolution TEM images of FIG. From FIG. 28B, FIG. 28C, and FIG. 28D, it can be confirmed that the metal atoms in the pellet are arranged in a triangular shape, a quadrangular shape, or a hexagonal shape. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different pellets.

次に、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)によって解析したC
AAC−OSについて説明する。例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−O
Sに対し、out−of−plane法による構造解析を行うと、図29(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、InGa
ZnO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。
Next, C analyzed by X-ray diffraction (XRD:X-Ray Diffraction)
The AAC-OS will be described. For example, CAAC-O having a crystal of InGaZnO 4
When S is subjected to a structural analysis by the out-of-plane method, a peak may appear near the diffraction angle (2θ) of 31° as shown in FIG. This peak is due to InGa
Since it belongs to the (009) plane of the ZnO 4 crystal, it was confirmed that the CAAC-OS crystal has c-axis orientation and the c-axis is oriented substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. it can.

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。
Note that 2θ is 31 in structural analysis by the out-of-plane method of CAAC-OS.
In addition to the peak near 2°, a peak may appear near 2θ of around 36°. 2θ is 36°
The peak in the vicinity indicates that a part of the CAAC-OS contains a crystal having no c-axis alignment. More preferable CAAC-OS has a peak at 2θ of around 31° and a peak of 2θ at around 36° in a structural analysis by an out-of-plane method.

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−pla
ne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、I
nGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを5
6°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29(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これに
対し、InGaZnO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29(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。
On the other hand, with respect to the CAAC-OS, in-pla which makes X-rays incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis.
When structural analysis is performed by the ne method, a peak appears at 2θ of around 56°. This peak is I
It is assigned to the (110) plane of the crystal of nGaZnO 4 . In the case of CAAC-OS, 2θ is 5
Even if the sample is fixed at around 6° and the analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), no clear peak appears as shown in FIG. 29(B). .. On the other hand, in the case of a single crystal oxide semiconductor of InGaZnO 4 , 2θ is fixed at around 56° and φ
When scanned, as shown in FIG. 29C, six peaks belonging to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. Therefore, from the structural analysis using XRD, it can be confirmed that the CAAC-OS has irregular a-axis and b-axis orientations.

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、InGa
ZnO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30(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、InGaZn
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30(B)に示す。
図30(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30(B)における第1リングは、InGaZnO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30(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。
Next, the CAAC-OS analyzed by electron diffraction will be described. For example, InGa
For the CAAC-OS having ZnO 4 crystals, the probe diameter was 300 nm parallel to the sample surface.
When an electron beam of (1) is incident, a diffraction pattern (also referred to as a “selective field transmission electron diffraction pattern”) as shown in FIG. 30A may appear. In this diffraction pattern, InGaZn
A spot due to the (009) plane of the O 4 crystal is included. Therefore, electron diffraction also shows that the pellets included in the CAAC-OS have c-axis orientation and the c-axis is oriented in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. On the other hand, FIG. 30B shows a diffraction pattern when an electron beam having a probe diameter of 300 nm is incident on the same sample perpendicularly to the sample surface.
From FIG. 30B, a ring-shaped diffraction pattern is confirmed. Therefore, the electron diffraction also shows that the a-axis and the b-axis of the pellet included in the CAAC-OS do not have orientation. Note that the first ring in FIG. 30B is a (010) crystal of InGaZnO 4.
It is considered that this is due to the plane and the (100) plane. The second ring in FIG. 30B is considered to be derived from the (110) plane and the like.

上述したように、CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の
結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をす
るとCAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。
As described above, the CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity. Since the crystallinity of an oxide semiconductor may be lowered due to entry of impurities or generation of defects, the CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities or defects (such as oxygen vacancies) from the opposite viewpoint.

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。
Note that the impurities are elements other than the main components of the oxide semiconductor, such as hydrogen, carbon, silicon, and transition metal elements. For example, an element such as silicon which has a stronger bonding force with oxygen than a metal element forming the oxide semiconductor deprives the oxide semiconductor of oxygen, which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and reduces crystallinity. It becomes a factor. Also, heavy metals such as iron and nickel, argon,
Carbon dioxide or the like has a large atomic radius (or a molecular radius), which disturbs the atomic arrangement of the oxide semiconductor and causes a decrease in crystallinity.

酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合が
ある。例えば、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。
When the oxide semiconductor has impurities or defects, characteristics thereof may be changed by light, heat, or the like. For example, an impurity contained in the oxide semiconductor may serve as a carrier trap or a carrier generation source. Further, oxygen vacancies in the oxide semiconductor might serve as carrier traps or serve as carrier generation sources by capturing hydrogen.

不純物および酸素欠損の少ないCAAC−OSは、キャリア密度の低い酸化物半導体で
ある。具体的には、8×1011個/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満
、さらに好ましくは1×1010個/cm未満であり、1×10−9個/cm以上の
キャリア密度の酸化物半導体とすることができる。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、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
The CAAC-OS with few impurities and oxygen vacancies is an oxide semiconductor with low carrier density. Specifically, it is less than 8×10 11 pieces/cm 3 , preferably less than 1×10 11 /cm 3 , more preferably less than 1×10 10 pieces/cm 3 and 1×10 −9 pieces/cm 3. An oxide semiconductor having the above carrier density can be obtained. Such an oxide semiconductor is referred to as a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor. The CAAC-OS has a low impurity concentration and a low density of defect states. That is, it can be said that the oxide semiconductor has stable characteristics.

<nc−OS>
nc−OS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。nc−OSに含まれる結晶部は
、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の大きさであることが多い。な
お、結晶部の大きさが10nmより大きく100nm以下である酸化物半導体を微結晶酸
化物半導体と呼ぶことがある。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−OSの結晶部をペレットと
呼ぶ場合がある。
<nc-OS>
The nc-OS has a region where a crystal part can be confirmed and a region where a clear crystal part cannot be confirmed in a high-resolution TEM image. The crystal part included in the nc-OS often has a size of 1 nm to 10 nm inclusive, or 1 nm to 3 nm inclusive. Note that an oxide semiconductor in which the size of a crystal portion is greater than 10 nm and 100 nm or less is referred to as a microcrystalline oxide semiconductor in some cases. In the nc-OS, for example, in a high-resolution TEM image, crystal grain boundaries may not be clearly confirmed in some cases. Note that nanocrystals may have the same origin as pellets in CAAC-OS. Therefore, the crystal part of nc-OS may be called a pellet below.

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
3nm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、a−like OSや非晶質酸化物半導
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線を用いた場合、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークは
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50
nm以上)の電子線を用いる電子回折を行うと、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。
The nc-OS has a periodic atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). Further, in the nc-OS, no regularity is found in the crystal orientation between different pellets. Therefore, no orientation is seen in the entire film. Therefore, the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS or the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method. For example, when an X-ray having a diameter larger than that of the pellet is used for nc-OS, a peak indicating a crystal plane is not detected by analysis by the out-of-plane method. Also, for nc-OS, a probe diameter larger than the pellet (for example, 50
When electron diffraction is performed using an electron beam of (nm or more), a diffraction pattern such as a halo pattern is observed. On the other hand, spots are observed when the nc-OS is subjected to nanobeam electron diffraction using an electron beam having a probe diameter close to or smaller than the pellet size. Also,
When nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS, a region with high luminance may be observed like a circle (in a ring shape). Further, a plurality of spots may be observed in the ring-shaped area.

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 nanocrystal
s)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
Thus, since the crystal orientation does not have regularity between the pellets (nanocrystals), nc
-OS is an oxide semiconductor having RANC (Random Aligned nanocrystals), or NANC (Non-Aligned nanocrystals).
It can also be called an oxide semiconductor having s).

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、a−like OSや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、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
The nc-OS is an oxide semiconductor that has higher regularity than an amorphous oxide semiconductor. Therefore, the nc-OS has a lower density of defect states than the a-like OS or an amorphous oxide semiconductor. However, in the nc-OS, no regularity is found in the crystal orientation between different pellets. Therefore, the nc-OS has a higher density of defect states than the CAAC-OS.

<a−like OS>
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物
半導体である。a−like OSは、高分解能TEM像において鬆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。
<a-like OS>
The a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between the nc-OS and the amorphous oxide semiconductor. In the a-like OS, a void may be observed in a high resolution TEM image. Further, in a high-resolution TEM image, a region where a crystal part can be clearly confirmed,
And a region where the crystal part cannot be confirmed.

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−lik
e 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。
The a-like OS has an unstable structure because it has a void. In the following, a-lik
Since eOS has a more unstable structure than CAAC-OS and nc-OS, a structure change due to electron irradiation is shown.

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。
As a sample for electron irradiation, a-like OS (referred to as sample A), nc-OS.
(Specified as sample B) and CAAC-OS (denoted as sample C) are prepared. All the samples are In-Ga-Zn oxides.

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。
First, a high-resolution cross-sectional TEM image of each sample is acquired. It is understood from the high-resolution cross-sectional TEM images that each sample has a crystal part.

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
、InGaZnO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、InGaZnOの結晶
部と見なすことができる。なお、格子縞は、InGaZnOの結晶のa−b面に対応す
る。
The determination as to which part is regarded as one crystal part may be performed as follows. For example, a unit cell of a crystal of InGaZnO 4 has a structure in which three layers of In—O layers and six layers of Ga—Zn—O layers, nine layers in total, are layered in the c-axis direction. Are known. The spacing between these adjacent layers is about the same as the lattice spacing (also referred to as “d value”) of the (009) plane, and the value is determined to be 0.29 nm by crystal structure analysis. Therefore, a location where the lattice fringe spacing is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less can be regarded as a crystal portion of InGaZnO 4 . Note that the lattice fringes correspond to the ab plane of the InGaZnO 4 crystal.

図31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31より、a−li
ke 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31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、電子の累積照射量が4.2×10
/nm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、電子の累積照射量が電子照射開始時から4.2×
10/nm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31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、n
c−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。
FIG. 31 is an example in which the average size of the crystal parts (22 to 45 points) of each sample was investigated. However, the length of the above-mentioned lattice stripes is the size of the crystal part. From FIG. 31, a-li
It can be seen that in the ke OS, the crystal part becomes larger according to the cumulative electron irradiation dose. Specifically, as shown by (1) in FIG. 31, a crystal part (also called “initial nucleus”) having a size of about 1.2 nm in the initial observation with TEM has a cumulative electron irradiation dose. Is 4.2×10
It can be seen that at 8 e /nm 2 , it has grown to a size of about 2.6 nm. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, the cumulative electron irradiation amount is 4.2× from the start of electron irradiation.
It can be seen that in the range up to 10 8 e /nm 2 , there is no change in the size of the crystal part. Specifically, as shown by (2) and (3) in FIG. 31, regardless of the cumulative dose of electrons, n
The crystal part sizes of c-OS and CAAC-OS are about 1.4 nm and 2.
It can be seen that the thickness is about 1 nm.

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−
OSと比べて、不安定な構造であることがわかる。
As described above, in the a-like OS, crystal growth may be observed by electron irradiation. On the other hand, in the nc-OS and the CAAC-OS, it can be seen that almost no growth of crystal parts due to electron irradiation is observed. That is, a-like OS is nc-OS and CAAC-
It can be seen that the structure is unstable as compared with the OS.

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CAA
C−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。
Further, since it has a void, the a-like OS has a lower density than the nc-OS and the CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of the single crystal having the same composition. Also, the density of nc-OS and CAA
The density of C-OS is 92.3% or more and less than 100% of the density of a single crystal having the same composition. It is difficult to form an oxide semiconductor having a single crystal density of less than 78%.

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InGaZnOの密度は6.357g/cm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/cm以上5.9g/cm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/cm以上6.3g/cm
未満となる。
For example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio],
The density of single crystal InGaZnO 4 having a rhombohedral structure is 6.357 g/cm 3 . Therefore, for example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio], the density of a-like OS is 5.0 g/cm 3 or more and less than 5.9 g/cm 3. .. In addition, for example, in an oxide semiconductor satisfying In:Ga:Zn=1:1:1 [atomic ratio], the density of nc-OS and the density of CAAC-OS are 5.9 g/cm 3 or more and 6.3 g/cm 3 or more. cm
It becomes less than 3 .

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。
Note that a single crystal with the same composition may not exist. In that case, by combining single crystals having different compositions at an arbitrary ratio, the density corresponding to a single crystal having a desired composition can be estimated. The density corresponding to a single crystal having a desired composition may be estimated by using a weighted average with respect to a ratio of combining single crystals having different compositions. However, it is preferable to estimate the density by combining as few kinds of single crystals as possible.

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、nc−OS
、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
As described above, oxide semiconductors have various structures and have various characteristics.
Note that the oxide semiconductor is, for example, an amorphous oxide semiconductor, a-like OS, or nc-OS.
, CAAC-OS, a stacked film including two or more kinds may be used.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可
能である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態4)
本実施の形態では、本明細書等に開示したトランジスタを用いた半導体装置の一例につ
いて説明する。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a semiconductor device including the transistor disclosed in this specification and the like will be described.

≪半導体装置の構造例≫
図32(A)乃至図32(C)は、半導体装置400の断面図である。半導体装置40
0は、トランジスタ100とトランジスタ281を有する。なお、トランジスタ100は
上記実施の形態に示した他のトランジスタと置き換えが可能である。図32(A)はトラ
ンジスタ100とトランジスタ281のチャネル長方向の断面図であり、図32(B)は
チャネル幅方向の断面図である。図32(C)は図32(A)におけるトランジスタ28
1の拡大図である。
<<Structural example of semiconductor device>>
32A to 32C are cross-sectional views of the semiconductor device 400. Semiconductor device 40
0 has a transistor 100 and a transistor 281. Note that the transistor 100 can be replaced with any of the other transistors described in the above embodiments. 32A is a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 100 and the transistor 281, and FIG. 32B is a cross-sectional view in the channel width direction. 32C shows the transistor 28 in FIG.
It is an enlarged view of 1.

半導体装置400は、基板401としてn型半導体を用いる。トランジスタ281は、
チャネル形成領域283、高濃度p型不純物領域285、絶縁体286、導電体287、
構造体288を有する。また、絶縁体286を介して構造体288と重なる領域に低濃度
p型不純物領域284を有する。絶縁体286はゲート絶縁層として機能できる。導電体
287はゲート電極として機能できる。トランジスタ281は、チャネル形成領域283
が基板401の一部に形成される。
The semiconductor device 400 uses an n-type semiconductor as the substrate 401. The transistor 281 is
A channel forming region 283, a high concentration p-type impurity region 285, an insulator 286, a conductor 287,
It has a structure 288. Further, a low-concentration p-type impurity region 284 is provided in a region overlapping with the structure body 288 with the insulator 286 interposed therebetween. The insulator 286 can function as a gate insulating layer. The conductor 287 can function as a gate electrode. The transistor 281 has a channel formation region 283.
Are formed on a part of the substrate 401.

低濃度p型不純物領域284は、導電体287形成後、構造体288形成前に、導電体
287をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。す
なわち、低濃度p型不純物領域284は、自己整合によって形成することができる。構造
体288の形成後、高濃度p型不純物領域285を形成する。なお、低濃度p型不純物領
域284は高濃度p型不純物領域285と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の
濃度が高濃度p型不純物領域285よりも低い。また、低濃度p型不純物領域284は、
状況に応じて設けなくてもよい。
The low-concentration p-type impurity region 284 can be formed by forming an impurity element after the conductor 287 is formed and before the structure 288 is formed using the conductor 287 as a mask. That is, the low concentration p-type impurity region 284 can be formed by self-alignment. After the structure body 288 is formed, the high concentration p-type impurity region 285 is formed. The low-concentration p-type impurity region 284 has the same conductivity type as the high-concentration p-type impurity region 285, and the concentration of the impurity imparting the conductivity type is lower than that of the high-concentration p-type impurity region 285. Further, the low concentration p-type impurity region 284 is
It may not be provided depending on the situation.

トランジスタ281は、素子分離層414によって他のトランジスタと電気的に分離さ
れる。素子分離領域の形成は、LOCOS(Local Oxidation of S
ilicon)法や、STI法(Shallow Trench Isolation)
などを用いることができる。
The transistor 281 is electrically isolated from other transistors by the element isolation layer 414. The element isolation region is formed by LOCOS (Local Oxidation of S).
ilicon) method and STI method (Shallow Trench Isolation)
Etc. can be used.

トランジスタ281はpチャネル型のトランジスタとして機能できる。また、トランジ
スタ282上に絶縁体403が形成され、絶縁体403上に絶縁体404が形成されてい
る。絶縁体403、および絶縁体404は、絶縁体111と同様の材料および方法で形成
することができる。なお、絶縁体403および絶縁体404は、酸素、水素、水、アルカ
リ金属、アルカリ土類金属等の不純物の拡散を防ぐ機能を有する絶縁材料を用いて形成す
ることが好ましい。なお、絶縁体403と絶縁体404のどちらか一方を省略してもよい
し、絶縁層をさらに積層してもよい。
The transistor 281 can function as a p-channel transistor. The insulator 403 is formed over the transistor 282, and the insulator 404 is formed over the insulator 403. The insulator 403 and the insulator 404 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 111. Note that the insulator 403 and the insulator 404 are preferably formed using an insulating material having a function of preventing diffusion of impurities such as oxygen, hydrogen, water, alkali metal, and alkaline earth metal. Note that either one of the insulator 403 and the insulator 404 may be omitted, or an insulating layer may be further stacked.

また、半導体装置400は、絶縁体404上に平坦な表面を有する絶縁体405を有す
る。絶縁体405は、絶縁体112と同様の材料および方法で形成することができる。ま
た、絶縁体405表面にCMP処理を行ってもよい。
Further, the semiconductor device 400 includes the insulator 405 having a flat surface on the insulator 404. The insulator 405 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 112. Further, the surface of the insulator 405 may be subjected to CMP treatment.

また、絶縁体405の上に、導電体413a、導電体413b、および導電体413c
が形成されている。導電体413a、導電体413b、および導電体413cは、導電体
109aと同様の材料および方法で作製することができる。
In addition, a conductor 413a, a conductor 413b, and a conductor 413c are provided over the insulator 405.
Are formed. The conductor 413a, the conductor 413b, and the conductor 413c can be manufactured using a material and a method similar to those of the conductor 109a.

また、導電体413aはコンタクトプラグ406aを介して高濃度p型不純物領域28
5の一方と電気的に接続されている。導電体413bはコンタクトプラグ406bを介し
て高濃度p型不純物領域285の他方と電気的に接続されている。導電体413cはコン
タクトプラグ406cを介して導電体287と電気的に接続されている。
In addition, the conductor 413a has a high-concentration p-type impurity region 28 via the contact plug 406a.
5 is electrically connected to one side. The conductor 413b is electrically connected to the other of the high concentration p-type impurity regions 285 via the contact plug 406b. The conductor 413c is electrically connected to the conductor 287 through the contact plug 406c.

また、導電体413a、導電体413b、および導電体413cを覆って絶縁体407
を形成されている。絶縁体407は、絶縁体405と同様の材料および方法で形成するこ
とができる。また、絶縁体407の表面にCMP処理を行ってもよい。
In addition, the insulator 407 is formed so as to cover the conductors 413a, 413b, and 413c.
Has been formed. The insulator 407 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 405. Further, the surface of the insulator 407 may be subjected to CMP treatment.

また、絶縁体407上に絶縁体102が形成されている。絶縁体102上にトランジス
タ100が形成されている。トランジスタ100上に絶縁体111が形成されている。絶
縁体407よりも上層の構成については、上記実施の形態を参酌すれば理解できる。よっ
て、本実施の形態での詳細な説明は省略する。また、導電体109bはコンタクトプラグ
112dを介して導電体413bと電気的に接続されている。
Further, the insulator 102 is formed over the insulator 407. The transistor 100 is formed over the insulator 102. The insulator 111 is formed over the transistor 100. The structure of a layer above the insulator 407 can be understood by considering the above embodiment. Therefore, detailed description in this embodiment will be omitted. The conductor 109b is electrically connected to the conductor 413b via the contact plug 112d.

<変形例1>
基板401の上にnチャネル型のトランジスタを設けてもよい。図33(A)および図
33(B)は、半導体装置410の断面図である。半導体装置410は、半導体装置40
0にnチャネル型のトランジスタ282を付加した構成を有する。図33(A)はトラン
ジスタ100、トランジスタ281、および、トランジスタ282のチャネル長方向の断
面図であり、図33(B)はトランジスタ281の拡大図である。
<Modification 1>
An n-channel transistor may be provided over the substrate 401. 33A and 33B are cross-sectional views of the semiconductor device 410. The semiconductor device 410 is the semiconductor device 40.
0 has an n-channel transistor 282 added. 33A is a cross-sectional view of the transistor 100, the transistor 281, and the transistor 282 in the channel length direction, and FIG. 33B is an enlarged view of the transistor 281.

トランジスタ282は、チャネル形成領域1283がウェル220に形成される。また
、トランジスタ282は、チャネル形成領域1283、高濃度n型不純物領域1285、
絶縁体286、導電体287、構造体288を有する。また、絶縁体286を介して構造
体288と重なる領域に低濃度n型不純物領域1284を有する。
In the transistor 282, the channel formation region 1283 is formed in the well 220. The transistor 282 includes a channel formation region 1283, a high concentration n-type impurity region 1285,
It has an insulator 286, a conductor 287, and a structure 288. Further, a low concentration n-type impurity region 1284 is provided in a region overlapping with the structure body 288 with the insulator 286 interposed therebetween.

低濃度n型不純物領域1284は、導電体287形成後、構造体288形成前に、導電
体287をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。
すなわち、低濃度n型不純物領域1284は、自己整合により形成することができる。構
造体288の形成後、高濃度n型不純物領域1285を形成する。なお、低濃度n型不純
物領域1284は高濃度n型不純物領域1285と同じ導電型を有し、導電型を付与する
不純物の濃度が高濃度n型不純物領域1285よりも低い。また、低濃度n型不純物領域
1284は、状況に応じて設けなくてもよい。
The low-concentration n-type impurity region 1284 can be formed by forming an impurity element after the conductor 287 is formed and before the structure 288 is formed using the conductor 287 as a mask.
That is, the low concentration n-type impurity region 1284 can be formed by self-alignment. After the structure body 288 is formed, the high concentration n-type impurity region 1285 is formed. The low-concentration n-type impurity region 1284 has the same conductivity type as the high-concentration n-type impurity region 1285, and the concentration of the impurity imparting the conductivity type is lower than that of the high-concentration n-type impurity region 1285. Further, the low concentration n-type impurity region 1284 may not be provided depending on the situation.

<変形例2>
トランジスタ100の上方に、さらにトランジスタ100を設けてもよい。図34は、
半導体装置420の断面図である。半導体装置420は、半導体装置410上にトランジ
スタ100と同様の構成を有するトランジスタ100aを有する。また、トランジスタ1
00上には、絶縁体111aが設けられる。
<Modification 2>
The transistor 100 may be further provided above the transistor 100. FIG. 34 shows
FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor device 420. The semiconductor device 420 includes a transistor 100a having the same structure as the transistor 100 over the semiconductor device 410. Also, the transistor 1
An insulator 111 a is provided on the surface 00.

トランジスタ100aは絶縁体112上に絶縁体407aを介して設けられる。また、
図34には図示しないが、絶縁体112と、トランジスタ100aが有する絶縁体103
aとの間に絶縁体102aを設けてもよい。絶縁体407a、絶縁体103a、絶縁体1
02aおよび絶縁体111aは、それぞれ絶縁体407、絶縁体103、絶縁体102お
よび絶縁体111と同様の材料および方法で設けることができる。また、トランジスタ1
00aはトランジスタ100と同様に作製することができる。
The transistor 100a is provided over the insulator 112 with the insulator 407a interposed therebetween. Also,
Although not shown in FIG. 34, the insulator 112 and the insulator 103 included in the transistor 100a are included.
You may provide the insulator 102a between a and a. Insulator 407a, insulator 103a, insulator 1
02a and the insulator 111a can be provided using a material and a method similar to those of the insulator 407, the insulator 103, the insulator 102, and the insulator 111, respectively. Also, the transistor 1
00a can be manufactured similarly to the transistor 100.

また、半導体装置420は、容量素子141および容量素子142を有する。容量素子
141を構成する一方の導電体413cは、導電体413aおよび導電体413bを形成
するための導電層の一部を用いて、導電体413aおよび導電体413bと同じ層に設け
ることができる。また、容量素子141を構成する他方の導電体109cは、導電体10
9aおよび導電体109bを形成するための導電層の一部を用いて、導電体109aおよ
び導電体109bと同じ層に設けることができる。導電体109cと導電体413cに挟
まれた絶縁層は、容量素子141の誘電体層として機能できる。
In addition, the semiconductor device 420 includes a capacitor 141 and a capacitor 142. The one conductor 413c included in the capacitor 141 can be provided in the same layer as the conductors 413a and 413b by using part of a conductive layer for forming the conductors 413a and 413b. The other conductor 109c forming the capacitor 141 is the conductor 10c.
Part of the conductive layer for forming the conductor 9a and the conductor 109b can be used and provided in the same layer as the conductor 109a and the conductor 109b. The insulating layer sandwiched between the conductor 109c and the conductor 413c can function as a dielectric layer of the capacitor 141.

<変形例3>
図35(A)乃至図35(C)は半導体装置430の断面図である。半導体装置430
は、半導体装置400が有するトランジスタ281を、Fin型のトランジスタ291に
置き換えた構成を有する。トランジスタをFin型とすることにより、実効上のチャネル
幅が増大し、トランジスタのオン特性を向上させることができる。また、チャネル形成領
域に対するゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタのオフ特
性を向上させることができる。
<Modification 3>
35A to 35C are cross-sectional views of the semiconductor device 430. Semiconductor device 430
Has a configuration in which the transistor 281 included in the semiconductor device 400 is replaced with a Fin-type transistor 291. By making the transistor a Fin type, the effective channel width is increased, and the on-characteristics of the transistor can be improved. Further, the contribution of the electric field of the gate electrode to the channel formation region can be increased, so that the off characteristics of the transistor can be improved.

また、半導体装置400と比較して、半導体装置430はトランジスタの上方に容量素
子413を有する点が異なる。容量素子413は、導電体114bと、第2の導電体と、
導電体114と第2の導電体に挟まれる絶縁体と、を有する。導電体114bは絶縁体1
12上に設けられる。また、導電体114bはコンタクトプラグ113bを介してトラン
ジスタ100のドレイン電極またはソース電極として機能する導電体109bと接続し、
導電体109bは、絶縁体407、絶縁体102、および絶縁体118の開口部に設けら
れるコンタクトプラグ、および導電体413b等を介して、トランジスタ291のゲート
電極として機能する導電体287と接続する。
In addition, the semiconductor device 430 is different from the semiconductor device 400 in that the capacitor 413 is provided above the transistor. The capacitor 413 includes a conductor 114b, a second conductor, and
And a conductor 114 and an insulator sandwiched between the second conductor and the conductor 114. Conductor 114b is insulator 1
12 are provided. The conductor 114b is connected to the conductor 109b functioning as a drain electrode or a source electrode of the transistor 100 through the contact plug 113b,
The conductor 109b is connected to the conductor 287 serving as a gate electrode of the transistor 291 through the contact plugs provided in the openings of the insulator 407, the insulator 102, and the insulator 118, the conductor 413b, and the like.

〔半導体回路〕
本明細書等に開示したトランジスタは、OR回路、AND回路、NAND回路、および
NOR回路などの論理回路や、インバータ回路、バッファ回路、シフトレジスタ回路、フ
リップフロップ回路、エンコーダ回路、デコーダ回路、増幅回路、アナログスイッチ回路
、積分回路、微分回路、およびメモリ素子などの様々な半導体回路に用いることができる
[Semiconductor circuit]
The transistors disclosed in this specification and the like include logic circuits such as an OR circuit, an AND circuit, a NAND circuit, and a NOR circuit, an inverter circuit, a buffer circuit, a shift register circuit, a flip-flop circuit, an encoder circuit, a decoder circuit, and an amplifier circuit. It can be used for various semiconductor circuits such as an analog switch circuit, an integrating circuit, a differentiating circuit, and a memory element.

本実施の形態では、図36(A)乃至図36(E)を用いて、周辺回路および画素回路
に用いることができるCMOS回路などの一例を示す。なお、本明細書などで参酌する回
路図などにおいて、OSトランジスタを適用することが好ましいトランジスタの回路記号
に「OS」を付している。
In this embodiment, an example of a CMOS circuit or the like which can be used for a peripheral circuit and a pixel circuit is described with reference to FIGS. Note that in circuit diagrams and the like referred to in this specification and the like, “OS” is added to a circuit symbol of a transistor to which an OS transistor is preferably applied.

図36(A)に示すCMOS回路は、pチャネル型のトランジスタ281とnチャネル
型のトランジスタ282を直列に接続し、且つ、それぞれのゲートを接続した、インバー
タ回路の構成例を示している。
The CMOS circuit illustrated in FIG. 36A illustrates a configuration example of an inverter circuit in which a p-channel transistor 281 and an n-channel transistor 282 are connected in series and their gates are connected.

図36(B)に示すCMOS回路は、pチャネル型のトランジスタ281とnチャネル
型のトランジスタ282を並列に接続した、アナログスイッチ回路の構成例を示している
The CMOS circuit illustrated in FIG. 36B illustrates a structural example of an analog switch circuit in which a p-channel transistor 281 and an n-channel transistor 282 are connected in parallel.

図36(C)に示すCMOS回路は、トランジスタ281a、トランジスタ281b、
トランジスタ282a、およびトランジスタ282bを用いたNAND回路の構成例を示
している。NAND回路は、入力端子IN_Aと入力端子IN_Bに入力される電位の組
み合わせによって、出力される電位が変化する。
The CMOS circuit illustrated in FIG. 36C includes a transistor 281a, a transistor 281b,
A configuration example of a NAND circuit including the transistor 282a and the transistor 282b is shown. The output potential of the NAND circuit changes depending on the combination of the potentials input to the input terminals IN_A and IN_B.

〔記憶装置〕
図37(A)に示す回路は、トランジスタ289のソースまたはドレインの一方を、ト
ランジスタ1281のゲートおよび容量素子257の一方の電極に接続した記憶装置の構
成例を示している。また、図37(B)に示す回路は、トランジスタ289のソースまた
はドレインの一方を、容量素子257の一方の電極に接続した記憶装置の構成例を示して
いる。
〔Storage device〕
The circuit illustrated in FIG. 37A illustrates a structural example of a memory device in which one of a source and a drain of the transistor 289 is connected to the gate of the transistor 1281 and one electrode of the capacitor 257. The circuit illustrated in FIG. 37B illustrates a structural example of a memory device in which one of a source and a drain of the transistor 289 is connected to one electrode of the capacitor 257.

図37(A)および図37(B)に示す回路は、トランジスタ289のソースまたはド
レインの他方から入力された電荷を、ノード256に保持することができる。トランジス
タ289にOSトランジスタを用いることで、長期間に渡ってノード256の電荷を保持
することができる。
In the circuits illustrated in FIGS. 37A and 37B, charge input from the other of the source and the drain of the transistor 289 can be held in the node 256. By using the OS transistor as the transistor 289, the charge of the node 256 can be held for a long time.

図37(A)ではトランジスタ1281として、pチャネル型のトランジスタを示して
いるが、nチャネル型のトランジスタを用いてもよい。例えば、トランジスタ1281と
して、トランジスタ281またはトランジスタ282を用いてもよい。また、トランジス
タ1281としてOSトランジスタを用いてもよい。
Although a p-channel transistor is shown as the transistor 1281 in FIG. 37A, an n-channel transistor may be used. For example, the transistor 281 or the transistor 282 may be used as the transistor 1281. Further, an OS transistor may be used as the transistor 1281.

ここで、図37(A)および図37(B)に示した半導体装置(記憶装置)について、
詳細に説明しておく。
Here, regarding the semiconductor device (memory device) illustrated in FIGS. 37A and 37B,
I will explain in detail.

図37(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1281と第2
の半導体を用いたトランジスタ289、および容量素子257を有している。
A semiconductor device illustrated in FIG. 37A includes a transistor 1281 including a first semiconductor and a second semiconductor
The transistor 289 and the capacitor 257 each including the semiconductor of FIG.

トランジスタ289は、上記実施の形態に開示したOSトランジスタである。トランジ
スタ289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。
The transistor 289 is the OS transistor disclosed in the above embodiment. Since the off-state current of the transistor 289 is small, stored data can be held in a specific node of the semiconductor device for a long time. That is, the refresh operation is not necessary or the frequency of the refresh operation can be extremely reduced, so that the semiconductor device has low power consumption.

図37(A)において、配線251はトランジスタ1281のソースまたはドレインの
一方と電気的に接続され、配線252はトランジスタ1281ソースまたはドレインの他
方と電気的に接続される。また、配線253はトランジスタ289のソースまたはドレイ
ンの一方と電気的に接続され、配線254はトランジスタ289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1281のゲート、トランジスタ289のソースまた
はドレインの他方、および容量素子257の電極の一方は、ノード256と電気的に接続
されている。また、配線255は容量素子257の電極の他方と電気的に接続されている
In FIG. 37A, the wiring 251 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 1281 and the wiring 252 is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 1281. The wiring 253 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 289 and the wiring 254 is electrically connected to a gate of the transistor 289. The gate of the transistor 1281, the other of the source and the drain of the transistor 289, and one of the electrodes of the capacitor 257 are electrically connected to the node 256. The wiring 255 is electrically connected to the other electrode of the capacitor 257.

図37(A)に示す半導体装置は、ノード256に与えられた電荷を保持可能という特
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。
The semiconductor device in FIG. 37A has a characteristic of being able to retain the charge applied to the node 256, and thus can write, retain, and read data as described below.

〔書き込み動作、保持動作〕
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線254の電位を、トランジス
タ289がオン状態となる電位にする。これにより、配線253の電位が、ノード256
に与えられる。即ち、ノード256に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、配線254の電位を、ト
ランジスタ289がオフ状態となる電位とすることで、ノード256に電荷が保持される
[Write operation, hold operation]
Writing and holding of information will be described. First, the potential of the wiring 254 is set to a potential at which the transistor 289 is turned on. Accordingly, the potential of the wiring 253 is changed to the node 256.
Given to. That is, a predetermined charge is applied to the node 256 (writing). here,
It is assumed that either one of the charges that gives two different potential levels (hereinafter, referred to as “Low level charge” and “High level charge”) is given. After that, the potential of the wiring 254 is set to a potential at which the transistor 289 is turned off, so that electric charge is held in the node 256.

なお、Highレベル電荷は、Lowレベル電荷よりもノード256に高い電位を与え
る電荷とする。また、トランジスタ1281にpチャネル型のトランジスタを用いる場合
、Highレベル電荷およびLowレベル電荷は、どちらもトランジスタのしきい値電圧
よりも高い電位を与える電荷とする。また、トランジスタ1281にnチャネル型のトラ
ンジスタを用いる場合、Highレベル電荷およびLowレベル電荷は、どちらもトラン
ジスタのしきい値電圧よりもよりも低い電位である。すなわち、Highレベル電荷とL
owレベル電荷は、どちらもトランジスタがオフ状態となる電位を与える電荷である。
Note that the high-level charge is a charge that gives a higher potential to the node 256 than the low-level charge. In the case where a p-channel transistor is used as the transistor 1281, both the high-level charge and the low-level charge are charges that give a potential higher than the threshold voltage of the transistor. In the case where an n-channel transistor is used as the transistor 1281, the high-level charge and the low-level charge are both potentials lower than the threshold voltage of the transistor. That is, high level charge and L
The ow level charge is charge that gives a potential for turning off the transistor.

トランジスタ289のオフ電流は極めて小さいため、ノード256の電荷は長期間にわ
たって保持される。
Since the off-state current of the transistor 289 is extremely small, the charge of the node 256 is held for a long time.

〔読み出し動作〕
次に情報の読み出しについて説明する。配線251に配線252の電位と異なる所定の
電位(定電位)を与えた状態で、配線255に読み出し電位Vを与えると、ノード25
6に保持されている情報を読み出すことができる。
[Read operation]
Next, reading of information will be described. In a state given the potential different from the predetermined potential of the wiring 252 (constant potential) to the wiring 251, given a read potential V R to the wiring 255, the node 25
The information held in 6 can be read.

Highレベル電荷により与えられる電位をV、Lowレベル電荷により与えられる
電位をVとすると、読み出し電位Vは、{(Vth−V)+(Vth+V)}/
2とすればよい。なお、情報の読み出しをしないときの配線255の電位は、トランジス
タ1281にpチャネル型のトランジスタを用いる場合はVより高い電位とし、トラン
ジスタ1281にnチャネル型のトランジスタを用いる場合はVより低い電位とすれば
よい。
When the potential given by the High level charge is V H and the potential given by the Low level charge is V L , the read potential V R is {(Vth−V H )+(Vth+V L )}/
You can set it to 2. Note that the potential of the wiring 255 when data is not read is higher than V H when a p-channel transistor is used as the transistor 1281 and lower than V L when an n-channel transistor is used as the transistor 1281. It may be a potential.

例えば、トランジスタ1281にpチャネル型のトランジスタを用いる場合、トランジ
スタ1281のVthが−2Vであり、Vを1V、Vを−1Vとすると、Vを−2
Vとすればよい。ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にVが与
えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち−1Vが印加される
。−1VはVthよりも高いため、トランジスタ1281はオン状態にならない。よって
、配線252の電位は変化しない。また、ノード256に書き込まれた電位がVのとき
、配線255にVが与えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すな
わち−3Vが印加される。−3VはVthよりも低いため、トランジスタ1281がオン
状態になる。よって、配線252の電位が変化する。
For example, when using a p-channel transistor in the transistor 1281, Vth of the transistor 1281 is -2 V, 1V and V H, the the V L and -1 V, the V R -2
It should be V. When potential written to the node 256 is V H, the V R is applied to the wiring 255, the gate to V R + V H of the transistor 1281, i.e. -1V is applied. Since -1V is higher than Vth, the transistor 1281 is not turned on. Therefore, the potential of the wiring 252 does not change. Also, potential written to the node 256 when the V L, when V R is applied to the wiring 255, the gate of the transistor 1281 V R + V L, i.e. -3V is applied. Since -3V is lower than Vth, the transistor 1281 is turned on. Therefore, the potential of the wiring 252 changes.

また、トランジスタ1281にnチャネル型のトランジスタを用いる場合、トランジス
タ1281のVthが2Vであり、Vを1V、Vを−1Vとすると、Vを2Vとす
ればよい。ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にVが与えられ
ると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち3Vが印加される。3Vは
Vthよりも高いため、トランジスタ1281はオン状態になる。よって、配線252の
電位が変化する。また、ノード256に書き込まれた電位がVのとき、配線255にV
が与えられると、トランジスタ1281のゲートにV+V、すなわち1Vが印加さ
れる。1VはVthよりも低いため、トランジスタ1281はオン状態にならない。よっ
て、配線252の電位は変化しない。
In the case where an n-channel transistor is used as the transistor 1281, Vth of the transistor 1281 is 2V, V R is 2V, and V H is 1V and VL is -1V. When potential written to the node 256 is V H, the V R is applied to the wiring 255, V R + V H to the gate of the transistor 1281, i.e. 3V is applied. Since 3V is higher than Vth, the transistor 1281 is turned on. Therefore, the potential of the wiring 252 changes. In addition, when the potential written in the node 256 is V L , V is applied to the wiring 255.
When R is given, V R +V L , that is, 1 V is applied to the gate of the transistor 1281. Since 1V is lower than Vth, the transistor 1281 is not turned on. Therefore, the potential of the wiring 252 does not change.

配線252の電位を判別することで、ノード256に保持されている情報を読み出すこ
とができる。
The information held in the node 256 can be read by determining the potential of the wiring 252.

図37(B)に示す半導体装置は、トランジスタ1281を有さない点が図37(A)
に示した半導体装置と異なる。この場合も図37(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が可能である。
The semiconductor device in FIG. 37B does not include the transistor 1281 in FIG.
Different from the semiconductor device shown in. In this case also, data can be written and held by the same operation as the semiconductor device illustrated in FIG.

図37(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。配線25
4にトランジスタ289がオン状態になる電位が与えられると、浮遊状態である配線25
3と容量素子257とが導通し、配線253と容量素子257の間で電荷が再分配される
。その結果、配線253の電位が変化する。配線253の電位の変化量は、ノード256
の電位(またはノード256に蓄積された電荷)によって、異なる値をとる。
Reading of information in the semiconductor device in FIG. 37B is described. Wiring 25
4 is supplied with a potential for turning on the transistor 289, the wiring 25 which is in a floating state
3 is electrically connected to the capacitor 257, and charges are redistributed between the wiring 253 and the capacitor 257. As a result, the potential of the wiring 253 changes. The amount of change in the potential of the wiring 253 is determined by the node 256.
Takes different values depending on the potential of (or the charge accumulated in the node 256).

例えば、ノード256の電位をV、容量素子257の容量をC、配線253が有する容
量成分をCB、電荷が再分配される前の配線253の電位をVB0とすると、電荷が再分
配された後の配線253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、ノード256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配線253の電位(=(CB
×VB0+C×V1)/(CB+C))は、電位V0を保持している場合の配線253の
電位(=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなることがわかる。
For example, if the potential of the node 256 is V, the capacitance of the capacitor 257 is C, the capacitance component of the wiring 253 is CB, and the potential of the wiring 253 before the charge is redistributed is VB0, the charge is redistributed. The potential of the wiring 253 is (CB×VB0+C×V)/(CB+C). Therefore, assuming that the potential of the node 256 has two states of V1 and V0 (V1>V0) as the state of the memory cell, the potential of the wiring 253 (=(CB
It can be seen that ×VB0+C×V1)/(CB+C)) is higher than the potential of the wiring 253 (=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C)) when the potential V0 is held.

そして、配線253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。
Then, by comparing the potential of the wiring 253 with a predetermined potential, data can be read.

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極めて小さいトランジス
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。
The semiconductor device described above can hold stored data for a long time by applying a transistor including an oxide semiconductor and having extremely low off-state current. That is, the refresh operation becomes unnecessary or the frequency of the refresh operation can be extremely reduced, so that a semiconductor device with low power consumption can be realized. Further, even when power is not supplied (however, the potential is preferably fixed), the stored content can be held for a long time.

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
った問題が全く生じない。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。
In addition, the semiconductor device does not require high voltage for writing data, and thus deterioration of the element is less likely to occur. For example, unlike the conventional nonvolatile memory, since neither injection of electrons into the floating gate nor extraction of electrons from the floating gate is performed, the problem of deterioration of the insulator does not occur at all. That is, the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device in which there is no limitation on the number of rewritable times, which is a problem in the conventional nonvolatile memory, and the reliability is dramatically improved. Further, data is written depending on whether the transistor is on or off, which enables high-speed operation.

〔CPU〕
本実施の形態では、上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、CPUに
ついて説明する。図38は、上述したトランジスタを一部に用いたCPUの構成例を示す
ブロック図である。
[CPU]
In this embodiment, a CPU will be described as an example of a semiconductor device including any of the above transistors. FIG. 38 is a block diagram showing a configuration example of a CPU partially using the above transistor.

図38に示すCPUは、基板1190上に、ALU1191(ALU:Arithme
tic 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
1198(Bus I/F)、書き換え可能なROM1199、およびROMインターフ
ェース1189(ROM I/F)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。ROM1199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38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38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、6
4ビットなどとすることができる。
The CPU shown in FIG. 38 has an ALU 1191 (ALU: Arithme) on the substrate 1190.
TIC logic unit (arithmetic circuit), ALU controller 1192, instruction decoder 1193, interrupt controller 1194, timing controller 1195, register 1196, register controller 1197, bus interface 1198 (Bus I/F), rewritable ROM 1199, and ROM interface 1189. (ROM I/F). The substrate 1190 is a semiconductor substrate, SOI
A substrate, a glass substrate, or the like is used. ROM 1199 and ROM interface 1189
May be provided on another chip. Of course, the CPU shown in FIG. 38 is merely an example in which the configuration is simplified and shown, and an actual CPU has various configurations depending on its application. For example, the configuration including the CPU or the arithmetic circuit illustrated in FIG. 38 may be one core, a plurality of the cores may be included, and each core may operate in parallel. The number of bits that the CPU can handle in the internal arithmetic circuit or the data bus is, for example, 8 bits, 16 bits, 32 bits, or 6 bits.
It can be 4 bits or the like.

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。
The instruction input to the CPU via the bus interface 1198 is input to the instruction decoder 1193, decoded, and then input to the ALU controller 1192, the interrupt controller 1194, the register controller 1197, and the timing controller 1195.

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
The ALU controller 1192, the interrupt controller 1194, the register controller 1197, and the timing controller 1195 perform various controls based on the decoded instruction. Specifically, the ALU controller 1192 generates a signal for controlling the operation of the ALU 1191. Further, the interrupt controller 1194 determines and processes an interrupt request from an external input/output device or a peripheral circuit during execution of the program of the CPU based on its priority or mask state. The register controller 1197 generates the address of the register 1196, and reads or writes the register 1196 according to the state of the CPU.

また、タイミングコントローラ1195は、ALU1191、ALUコントローラ11
92、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。
Further, the timing controller 1195 includes the ALU 1191 and the ALU controller 11
92, a signal for controlling the timing of the operation of the instruction decoder 1193, the interrupt controller 1194, and the register controller 1197. For example, the timing controller 1195 includes an internal clock generation unit that generates an internal clock signal based on the reference clock signal, and supplies the internal clock signal to the various circuits.

図38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。
In the CPU shown in FIG. 38, a memory cell is provided in the register 1196. As the memory cell of the register 1196, the above transistor, the memory device, or the like can be used.

図38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。すなわち、レジスタ1
196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内の記憶素子への、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
In the CPU shown in FIG. 38, the register controller 1197 selects a holding operation in the register 1196 according to an instruction from the ALU 1191. That is, register 1
In the memory cell of 196, selection is made between holding data by a flip-flop and holding data by a capacitor. When data holding by the flip-flop is selected, power supply voltage is supplied to the memory element in the register 1196. When data retention is selected in the capacitor, data is rewritten in the capacitor and supply of power supply voltage to the memory cell in the register 1196 can be stopped.

図39は、レジスタ1196として用いることのできる記憶素子の回路図の一例である
。記憶素子730は、電源遮断で記憶データが揮発する回路701と、電源遮断で記憶デ
ータが揮発しない回路702と、スイッチ703と、スイッチ704と、論理素子706
と、容量素子707と、選択機能を有する回路720と、を有する。回路702は、容量
素子708と、トランジスタ709と、トランジスタ710と、を有する。なお、記憶素
子730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
らに有していても良い。
FIG. 39 is an example of a circuit diagram of a memory element that can be used as the register 1196. The storage element 730 includes a circuit 701 in which stored data is volatilized by powering off, a circuit 702 in which stored data is not volatized by powering off, a switch 703, a switch 704, and a logic element 706.
And a capacitor 707 and a circuit 720 having a selection function. The circuit 702 includes a capacitor 708, a transistor 709, and a transistor 710. Note that the memory element 730 may further include another element such as a diode, a resistor, or an inductor as needed.

ここで、回路702には、上述した記憶装置を用いることができる。記憶素子730へ
の電源電圧の供給が停止した際、回路702のトランジスタ709のゲートには接地電位
(0V)、またはトランジスタ709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709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。
Here, the memory device described above can be used for the circuit 702. When the supply of the power supply voltage to the memory element 730 is stopped, the ground potential (0 V) or the potential at which the transistor 709 is turned off is continuously input to the gate of the transistor 709 in the circuit 702. For example, the gate of the transistor 709 is grounded via a load such as a resistor.

スイッチ703は、一導電型(例えば、nチャネル型)のトランジスタ713を用いて
構成され、スイッチ704は、トランジスタ713とは逆の導電型(例えば、pチャネル
型)のトランジスタ714を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ703の第1の
端子はトランジスタ713のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ703の第2の
端子はトランジスタ713のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ703はトラン
ジスタ713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713のオン状態またはオフ状態)が選択さ
れる。スイッチ704の第1の端子はトランジスタ714のソースとドレインの一方に対
応し、スイッチ704の第2の端子はトランジスタ714のソースとドレインの他方に対
応し、スイッチ704はトランジスタ714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714のオン
状態またはオフ状態)が選択される。
The switch 703 is formed using a transistor 713 of one conductivity type (eg, n-channel type), and the switch 704 is formed using a transistor 714 of a conductivity type (eg, p-channel type) opposite to that of the transistor 713. Here is an example: Here, the first terminal of the switch 703 corresponds to one of the source and the drain of the transistor 713, the second terminal of the switch 703 corresponds to the other of the source and the drain of the transistor 713, and the switch 703 is the gate of the transistor 713. Depending on the control signal RD input to, the conduction or non-conduction between the first terminal and the second terminal (that is, the on state or the off state of the transistor 713) is selected. The first terminal of the switch 704 corresponds to one of the source and the drain of the transistor 714, the second terminal of the switch 704 corresponds to the other of the source and the drain of the transistor 714, and the switch 704 is input to the gate of the transistor 714. Depending on the control signal RD, the conduction or non-conduction between the first terminal and the second terminal (that is, the on state or the off state of the transistor 714) is selected.

トランジスタ709のソースとドレインの一方は、容量素子708の一対の電極のうち
の一方、およびトランジスタ710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710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703
の第1の端子(トランジスタ713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703の第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)はスイッ
チ704の第1の端子(トランジスタ714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704の第2の端子(トランジスタ714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703の
第2の端子(トランジスタ713のソースとドレインの他方)と、スイッチ704の第1
の端子(トランジスタ714のソースとドレインの一方)と、論理素子706の入力端子
と、容量素子707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707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707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708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708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。
One of a source and a drain of the transistor 709 is electrically connected to one of a pair of electrodes of the capacitor 708 and a gate of the transistor 710. Here, the connection portion is the node M2. One of a source and a drain of the transistor 710 is electrically connected to a wiring which can supply a low power supply potential (eg, a GND line), and the other is a switch 703.
Is electrically connected to the first terminal (one of a source and a drain of the transistor 713) of the.
A second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) is electrically connected to a first terminal of the switch 704 (one of the source and the drain of the transistor 714). The second terminal of the switch 704 (the other of the source and the drain of the transistor 714)
Is electrically connected to a wiring capable of supplying the power supply potential VDD. The second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) and the first terminal of the switch 704.
(A source and a drain of the transistor 714), an input terminal of the logic element 706, and one of a pair of electrodes of the capacitor 707 are electrically connected to each other. Here, the connection portion is assumed to be the node M1. The other of the pair of electrodes of the capacitor 707 can have a structure in which a constant potential is input. For example, low power supply potential (GND, etc.) or high power supply potential (
VDD or the like) may be input. The other of the pair of electrodes of the capacitor 707 is electrically connected to a wiring capable of supplying a low power supply potential (eg, a GND line). The other of the pair of electrodes of the capacitor 708 can have a structure in which a constant potential is input. For example, a low power supply potential (GND or the like) or a high power supply potential (VDD or the like) can be input. The other of the pair of electrodes of the capacitor 708 is electrically connected to a wiring that can supply a low power supply potential (eg, a GND line).

なお、容量素子707および容量素子708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。
Note that the capacitor 707 and the capacitor 708 can be omitted by positively utilizing the parasitic capacitance or the like of a transistor or a wiring.

トランジスタ709のゲート電極には、制御信号WEが入力される。スイッチ703お
よびスイッチ704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。
The control signal WE is input to the gate electrode of the transistor 709. The switch 703 and the switch 704 are connected to the first terminal and the second terminal by a control signal RD different from the control signal WE.
The conduction state or non-conduction state between the terminals of the switch is selected, and the first terminal and the second terminal of one switch are selected.
When the terminals of the other switch are in the conductive state, the first switch and the second terminal of the other switch are in the non-conductive state.

トランジスタ709のソースとドレインの他方には、回路701に保持されたデータに
対応する信号が入力される。図39では、回路701から出力された信号が、トランジス
タ709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703の第2の端
子(トランジスタ713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7
06によってその論理値が反転された反転信号となり、回路720を介して回路701に
入力される。
A signal corresponding to the data held in the circuit 701 is input to the other of the source and the drain of the transistor 709. In the example shown in FIG. 39, the signal output from the circuit 701 is input to the other of the source and the drain of the transistor 709. The signal output from the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) is the logic element 7
The logical value is inverted by 06 to become an inverted signal, which is input to the circuit 701 through the circuit 720.

なお、図39では、スイッチ703の第2の端子(トランジスタ713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706および回路720を介して回路70
1に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ703の第2の端子(トランジ
スタ713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701に入力されてもよい。例えば、回路701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70
3の第2の端子(トランジスタ713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。
Note that in FIG. 39, a signal output from the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) is supplied to the circuit 70 through the logic element 706 and the circuit 720.
Although an example of inputting 1 is shown, the present invention is not limited to this. The signal output from the second terminal of the switch 703 (the other of the source and the drain of the transistor 713) may be input to the circuit 701 without being inverted in logical value. For example, when there is a node in the circuit 701 in which a signal in which the logical value of the signal input from the input terminal is inverted is held, the switch 70
The signal output from the second terminal of the third terminal (the other of the source and the drain of the transistor 713) can be input to the node.

図39におけるトランジスタ709は、上記実施の形態1で例示したトランジスタ15
0を用いることができる。また、ゲート電極には制御信号WEを入力し、バックゲート電
極には制御信号WE2を入力することができる。制御信号WE2は、一定の電位の信号と
すればよい。当該一定の電位には、例えば、接地電位GNDやトランジスタ709のソー
ス電位よりも小さい電位などが選ばれる。制御信号WE2は、トランジスタ709のしき
い値電圧を制御するための電位信号であり、トランジスタ709の、ゲート電圧が0Vの
時のドレイン電流をより低減することができる。なお、トランジスタ709としては、第
2ゲートを有さないトランジスタを用いることもできる。
The transistor 709 in FIG. 39 corresponds to the transistor 15 illustrated in Embodiment Mode 1 above.
0 can be used. Further, the control signal WE can be input to the gate electrode and the control signal WE2 can be input to the back gate electrode. The control signal WE2 may be a signal having a constant potential. As the constant potential, for example, a ground potential GND, a potential smaller than the source potential of the transistor 709, or the like is selected. The control signal WE2 is a potential signal for controlling the threshold voltage of the transistor 709 and can further reduce the drain current of the transistor 709 when the gate voltage is 0V. Note that as the transistor 709, a transistor without the second gate can be used.

また、図39において、記憶素子730に用いられるトランジスタのうち、トランジス
タ709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層または基板1190
にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層またはシ
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7
30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層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730は、トランジスタ709以外のトラン
ジスタを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタと、酸化物半導体以外の
半導体でなる層または基板1190にチャネルが形成されるトランジスタとを組み合わせ
て用いてもよい。
In addition, in FIG. 39, among the transistors used for the memory element 730, the transistors other than the transistor 709 are layers or a substrate 1190 formed using a semiconductor other than an oxide semiconductor.
The channel can be formed in the transistor. For example, it can be a transistor in which a channel is formed in a silicon layer or a silicon substrate. In addition, the storage element 7
All the transistors used for 30 can be transistors whose channels are formed using an oxide semiconductor layer. Alternatively, in the memory element 730, a transistor other than the transistor 709 is combined with a transistor whose channel is formed using an oxide semiconductor layer and a transistor whose channel is formed in a layer formed using a semiconductor other than an oxide semiconductor or the substrate 1190. You may use.

図39における回路701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706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。
A flip-flop circuit can be used for the circuit 701 in FIG. 39, for example.
As the logic element 706, for example, an inverter, a clocked inverter, or the like can be used.

本発明の一態様における半導体装置では、記憶素子730に電源電圧が供給されない間
は、回路701に記憶されていたデータを、回路702に設けられた容量素子708によ
ってノードM2に保持することができる。
In the semiconductor device of one embodiment of the present invention, the data stored in the circuit 701 can be held in the node M2 by the capacitor 708 provided in the circuit 702 while the power supply voltage is not supplied to the memory element 730. ..

また、前述した通り、酸化物半導体層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、酸化物半導体層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709として用いることによっ
て、記憶素子730に電源電圧が供給されない間も容量素子708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730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。
In addition, as described above, the transistor in which a channel is formed in the oxide semiconductor layer has extremely low off-state current. For example, the off-state current of a transistor whose channel is formed in an oxide semiconductor layer is significantly lower than the off-state current of a transistor whose channel is formed in crystalline silicon. Therefore, by using the transistor as the transistor 709, the signal held in the capacitor 708 can be kept for a long time even when the power supply voltage is not supplied to the memory element 730. In this way, the memory element 730 can retain the memory content (data) even while the supply of the power supply voltage is stopped.

また、スイッチ703およびスイッチ704を設けることによって、電源電圧供給再開
後に、回路701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。
Further, by providing the switch 703 and the switch 704, the time until the circuit 701 holds the original data again after the supply of power supply voltage is restarted can be shortened.

また、回路702において、ノードM2に保持された信号はトランジスタ710のゲー
トに入力される。そのため、記憶素子730への電源電圧の供給が再開された後、ノード
M2に保持された信号を、トランジスタ710の状態(オン状態、またはオフ状態)に変
換して、回路702から読み出すことができる。それ故、ノードM2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。
In addition, in the circuit 702, the signal held at the node M2 is input to the gate of the transistor 710. Therefore, after the supply of the power supply voltage to the memory element 730 is restarted, the signal held in the node M2 can be converted into the state of the transistor 710 (on state or off state) and read from the circuit 702. .. Therefore, the original signal can be accurately read even if the potential corresponding to the signal held in the node M2 is slightly changed.

このような記憶素子730を、CPU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、CPU全体、もしくはCPUを構成する一つ、または複数の論理
回路において、短期間の電源停止が可能になり、電源停止の頻度を高めることができるた
め、消費電力を抑えることができる。
By using such a memory element 730 in a memory device such as a register or a cache memory included in a CPU, data in the memory device can be prevented from being lost due to supply of power supply voltage being stopped. Moreover, after the supply of the power supply voltage is restarted, the state before the power supply is stopped can be restored in a short time. Therefore, power supply can be stopped for a short period of time in the entire CPU or one or a plurality of logic circuits included in the CPU, and the frequency of power supply stop can be increased, so that power consumption can be suppressed.

本実施の形態では、記憶素子730をCPUに用いる例として説明したが、記憶素子7
30は、DSP(Digital Signal Processor)、カスタムLS
I、PLD(Programmable Logic Device)等のLSI、RF
(Radio Frequency)タグにも応用可能である。
In this embodiment mode, the storage element 730 is described as an example of being used for the CPU, but the storage element 7
30 is a DSP (Digital Signal Processor), a custom LS
LSI such as I, PLD (Programmable Logic Device), RF
It can also be applied to a (Radio Frequency) tag.

〔撮像装置〕
上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、撮像装置について説明する。
[Imaging device]
An imaging device will be described as an example of a semiconductor device including the above transistor.

<撮像装置600の構成例>
図40(A)は、撮像装置600の構成例を示す平面図である。撮像装置600は、画
素部621と、第1の回路260、第2の回路270、第3の回路280、および第4の
回路290を有する。なお、本明細書等において、第1の回路260乃至第4の回路29
0などを「周辺回路」もしくは「駆動回路」と呼ぶ場合がある。例えば、第1の回路26
0は周辺回路の一部と言える。
<Configuration Example of Imaging Device 600>
FIG. 40A is a plan view showing a configuration example of the imaging device 600. The imaging device 600 includes a pixel portion 621, a first circuit 260, a second circuit 270, a third circuit 280, and a fourth circuit 290. Note that in this specification and the like, the first circuit 260 to the fourth circuit 29 are included.
0 and the like may be referred to as “peripheral circuits” or “driving circuits”. For example, the first circuit 26
It can be said that 0 is a part of the peripheral circuit.

図40(B)は、画素部621の構成例を示す図である。画素部621は、p列q行(
pおよびqは2以上の自然数)のマトリクス状に配置された複数の画素622(撮像素子
)を有する。なお、図40(B)中のnは1以上p以下の自然数であり、mは1以上q以
下の自然数である。
FIG. 40B is a diagram showing a configuration example of the pixel portion 621. The pixel portion 621 has p columns and q rows (
p and q have a plurality of pixels 622 (image pickup elements) arranged in a matrix of 2 or more natural numbers. Note that n in FIG. 40B is a natural number of 1 or more and p or less, and m is a natural number of 1 or more and q or less.

例えば、画素622を1920×1080のマトリクス状に配置すると、いわゆるフル
ハイビジョン(「2K解像度」、「2K1K」、「2K」などとも言われる。)の解像度
で撮像可能な撮像装置600を実現することができる。また、例えば、画素622を40
96×2160のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン(「4K解
像度」、「4K2K」、「4K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置6
00を実現することができる。また、例えば、画素622を8192×4320のマトリ
クス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン(「8K解像度」、「8K4K」、
「8K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置600を実現することがで
きる。表示素子を増やすことで、16Kや32Kの解像度で撮像可能な撮像装置600を
実現することも可能である。
For example, when the pixels 622 are arranged in a 1920×1080 matrix, an imaging device 600 capable of imaging at a so-called full high-definition (also referred to as “2K resolution”, “2K1K”, “2K”, etc.) resolution is realized. You can Further, for example, the pixel 622 is set to 40
When arranged in a matrix of 96×2160, an image pickup device 6 capable of picking up images in a so-called ultra high-definition (also called “4K resolution”, “4K2K”, “4K”, etc.) resolution.
00 can be realized. Further, for example, when the pixels 622 are arranged in a matrix of 8192×4320, so-called super high-definition (“8K resolution”, “8K4K”,
Also known as "8K". It is possible to realize the image pickup apparatus 600 capable of picking up images with the resolution of (1). By increasing the number of display elements, it is possible to realize the image pickup apparatus 600 capable of picking up images at a resolution of 16K or 32K.

第1の回路260および第2の回路270は、複数の画素622に接続し、複数の画素
622を駆動するための信号を供給する機能を有する。また、第1の回路260は、画素
622から出力されたアナログ信号を処理する機能を有していてもよい。また、第3の回
路280は、周辺回路の動作タイミングを制御する機能を有していてもよい。例えば、ク
ロック信号を生成する機能を有していてもよい。また、外部から供給されたクロック信号
の周波数を変換する機能を有していてもよい。また、第3の回路280は、参照用電位信
号(例えば、ランプ波信号など)を供給する機能を有していてもよい。
The first circuit 260 and the second circuit 270 have a function of connecting to the plurality of pixels 622 and supplying a signal for driving the plurality of pixels 622. In addition, the first circuit 260 may have a function of processing an analog signal output from the pixel 622. Further, the third circuit 280 may have a function of controlling operation timing of peripheral circuits. For example, it may have a function of generating a clock signal. Further, it may have a function of converting the frequency of a clock signal supplied from the outside. Further, the third circuit 280 may have a function of supplying a reference potential signal (for example, a ramp wave signal or the like).

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、周辺回路に用いるトランジスタなどは、後述する画素駆動回路6
10を作製するために形成する半導体の一部を用いて形成してもよい。また、周辺回路の
一部または全部をIC等の半導体装置で実装してもよい。
The peripheral circuit includes at least one of a logic circuit, a switch, a buffer, an amplifier circuit, and a conversion circuit. In addition, transistors and the like used in the peripheral circuits are provided in the pixel drive circuit 6 described later.
It may be formed by using a part of a semiconductor formed for manufacturing 10. Further, part or all of the peripheral circuit may be mounted by a semiconductor device such as an IC.

なお、周辺回路は、第1の回路260乃至第4の回路290のうち、少なくとも1つを
省略してもよい。例えば、第1の回路260または第4の回路290の一方の機能を、第
1の回路260または第4の回路290の他方に付加して、第1の回路260または第4
の回路290の一方を省略してもよい。また、例えば、第2の回路270または第3の回
路280の一方の機能を、第2の回路270または第3の回路280の他方に付加して、
第2の回路270または第3の回路280の一方を省略してもよい。また、例えば、第1
の回路260乃至第4の回路290のいずれか1つに、他の周辺回路の機能を付加するこ
とで、他の周辺回路を省略してもよい。
Note that as the peripheral circuit, at least one of the first circuit 260 to the fourth circuit 290 may be omitted. For example, the function of one of the first circuit 260 and the fourth circuit 290 is added to the other of the first circuit 260 and the fourth circuit 290, and the first circuit 260 and the fourth circuit 290 are added.
One of the circuits 290 may be omitted. Further, for example, by adding the function of one of the second circuit 270 or the third circuit 280 to the other of the second circuit 270 or the third circuit 280,
One of the second circuit 270 and the third circuit 280 may be omitted. Also, for example, the first
Other peripheral circuits may be omitted by adding the function of the other peripheral circuit to any one of the circuits 260 to 290.

また、図41に示すように、画素部621の外周に沿って第1の回路260乃至第4の
回路290を設けてもよい。また、撮像装置600が有する画素部621において画素6
22を傾けて配置してもよい。画素622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600で撮像
された画像の品質をより高めることができる。
Further, as shown in FIG. 41, the first circuit 260 to the fourth circuit 290 may be provided along the outer periphery of the pixel portion 621. In addition, in the pixel portion 621 included in the imaging device 600, the pixel 6
22 may be arranged at an angle. By arranging the pixels 622 so as to be inclined, the pixel interval (pitch) in the row direction and the column direction can be shortened. Accordingly, the quality of the image captured by the image capturing device 600 can be further improved.

また、図42に示すように、第1の回路260乃至第4の回路290の上方に重ねて画
素部621を設けてもよい。図42(A)は第1の回路260乃至第4の回路290の上
方に重ねて画素部621を形成した撮像装置600の上面図である。また、図42(B)
は、図42(A)に示した撮像装置600の構成を説明するための斜視図である。
Further, as shown in FIG. 42, the pixel portion 621 may be provided so as to be stacked over the first circuit 260 to the fourth circuit 290. FIG. 42A is a top view of the imaging device 600 in which the pixel portion 621 is formed over the first circuit 260 to the fourth circuit 290. In addition, FIG. 42(B)
FIG. 43 is a perspective view for explaining the configuration of the image pickup apparatus 600 shown in FIG. 42(A).

第1の回路260乃至第4の回路290の上方に重ねて画素部621を設けることで、
撮像装置600の大きさに対する画素部621の占有面積を大きくすることができる。よ
って、撮像装置600の受光感度を向上することができる。また、撮像装置600のダイ
ナミックレンジを向上することができる。また、撮像装置600の解像度を向上すること
ができる。また、撮像装置600で撮影した画像の再現性を向上することができる。また
、撮像装置600集積度を向上することができる。
By providing the pixel portion 621 over the first circuit 260 to the fourth circuit 290,
The area occupied by the pixel portion 621 with respect to the size of the imaging device 600 can be increased. Therefore, the light receiving sensitivity of the imaging device 600 can be improved. Moreover, the dynamic range of the imaging device 600 can be improved. In addition, the resolution of the imaging device 600 can be improved. In addition, the reproducibility of the image captured by the imaging device 600 can be improved. In addition, the degree of integration of the imaging device 600 can be improved.

[カラーフィルタ等]
撮像装置600が有する画素622を副画素として用いて、複数の画素622それぞれ
に異なる波長域の光を透過するフィルタ(カラーフィルタ)を設けることで、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。
[Color filters, etc.]
The pixel 622 included in the imaging device 600 is used as a sub-pixel, and a filter (color filter) that transmits light in different wavelength bands is provided in each of the plurality of pixels 622 to obtain information for realizing color image display. be able to.

図43(A)は、カラー画像を取得するための画素623の一例を示す平面図である。
図43(A)は、赤(R)の波長域の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素62
2(以下、「画素622R」ともいう)、緑(G)の波長域の光を透過するカラーフィル
タが設けられた画素622(以下、「画素622G」ともいう)および青(B)の波長域
の光を透過するカラーフィルタが設けられた画素622(以下、「画素622B」ともい
う)を有する。画素622R、画素622G、画素622Bをまとめて一つの画素623
として機能させる。
FIG. 43A is a plan view illustrating an example of the pixel 623 for acquiring a color image.
FIG. 43A shows a pixel 62 provided with a color filter that transmits light in the red (R) wavelength range.
2 (hereinafter also referred to as “pixel 622R”), a pixel 622 (hereinafter also referred to as “pixel 622G”) provided with a color filter that transmits light in the green (G) wavelength range, and a blue (B) wavelength range The pixel 622 (hereinafter, also referred to as a “pixel 622B”) provided with a color filter which transmits the light of FIG. The pixel 622R, the pixel 622G, and the pixel 622B are combined into one pixel 623.
To function as.

なお、画素623に用いるカラーフィルタは、赤(R)、緑(G)、青(B)に限定さ
れず、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623に少なくとも3種類の異なる波長域の光を検出する画素6
22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。
Note that the color filter used for the pixel 623 is not limited to red (R), green (G), and blue (B), and a color filter that transmits cyan (C), yellow (Y), and magenta (M) light. May be used. Pixel 6 for detecting light of at least three different wavelength bands in one pixel 623
By providing 22, a full-color image can be acquired.

図43(B)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画素622に加えて、黄(Y)の光を透過するカラーフィルタが設け
られた画素622を有する画素623を例示している。図43(C)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画素
622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画素622を有す
る画素623を例示している。1つの画素623に4種類以上の異なる波長域の光を検出
する画素622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
FIG. 43B shows a color filter which transmits yellow (Y) light in addition to the pixel 622 provided with color filters which transmit red (R), green (G) and blue (B) light, respectively. The pixel 623 including the pixel 622 provided with is illustrated. FIG. 43C shows a pixel 622 provided with a color filter which transmits cyan (C), yellow (Y), and magenta (M) light, and a color filter which transmits blue (B) light. The pixel 623 including the pixel 622 provided with is illustrated. By providing one pixel 623 with the pixels 622 that detect light of four or more different wavelength bands, the color reproducibility of the acquired image can be further improved.

また、画素622R、画素622G、および画素622Bの画素数比(または受光面積
比)は、必ずしも1:1:1である必要は無い。図43(D)に示すように、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、画素
数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:6:1としてもよい。
Further, the pixel number ratio (or light receiving area ratio) of the pixels 622R, the pixels 622G, and the pixels 622B does not necessarily have to be 1:1:1. As shown in FIG. 43D, the pixel number ratio (
A Bayer arrangement in which the ratio of the light receiving area) is set to red:green:blue=1:2:1 may be adopted. Further, the pixel number ratio (light receiving area ratio) may be set to red:green:blue=1:6:1.

なお、画素623に用いる画素622は1つでもよいが、2つ以上が好ましい。例えば
、同じ波長域の光を検出する画素622を2つ以上設けることで、冗長性を高め、撮像装
置600の信頼性を高めることができる。
Although the number of pixels 622 used for the pixel 623 may be one, two or more are preferable. For example, by providing two or more pixels 622 that detect light in the same wavelength range, redundancy can be increased and the reliability of the imaging device 600 can be increased.

また、フィルタとして可視光の波長以下の波長を有する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600を実現することができる。また、フィルタとして可視光の波長以上の波
長を有する光を吸収または反射して、紫外光を透過するUV(UV:Ultra Vio
let)フィルタを用いることで、紫外光を検出する撮像装置600を実現することがで
きる。また、フィルタとして、放射線を紫外光や可視光に変換するシンチレータを用いる
ことで、撮像装置600をX線やγ線などを検出する放射線検出器として機能させること
もできる。
Further, by using an IR (IR: Infrared) filter that absorbs or reflects light having a wavelength equal to or shorter than the wavelength of visible light and transmits infrared light as a filter, an imaging device 600 that detects infrared light is realized. can do. Further, as a filter, UV (UV: Ultra Vio) which absorbs or reflects light having a wavelength of visible light or more and transmits ultraviolet light is transmitted.
By using the let) filter, it is possible to realize the imaging device 600 that detects ultraviolet light. Further, by using a scintillator that converts radiation into ultraviolet light or visible light as a filter, the imaging device 600 can also function as a radiation detector that detects X-rays, γ-rays, and the like.

また、フィルタとしてND(ND:Neutral Density)フィルター(減
光フィルター)を用いると、光電変換素子(受光素子)に多大な光量の光が入射した時に
生じる、出力が飽和する現象(以下、「出力飽和」ともいう。)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。
In addition, when an ND (ND: Neutral Density) filter (darkening filter) is used as a filter, a phenomenon in which an output is saturated when a large amount of light enters a photoelectric conversion element (light receiving element) (hereinafter, referred to as “output Also referred to as “saturation”). By using a combination of ND filters with different light extinction amounts, the dynamic range of the image pickup device can be increased.

また、前述したフィルタ以外に、画素622にレンズを設けてもよい。ここで、図44
の断面図を用いて、画素622、フィルタ624、レンズ625の配置例を説明する。レ
ンズ625を設けることで、入射光を光電変換素子に効率よく受光させることができる。
具体的には、図44(A)に示すように、画素622に形成したレンズ625、フィルタ
624(フィルタ624R、フィルタ624G、フィルタ624B)、および画素駆動回
路610等を通して光660を光電変換素子601に入射させる構造とすることができる
In addition to the filter described above, a lens may be provided in the pixel 622. Here, FIG.
An arrangement example of the pixel 622, the filter 624, and the lens 625 will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. By providing the lens 625, incident light can be efficiently received by the photoelectric conversion element.
Specifically, as shown in FIG. 44A, light 660 is converted into photoelectric conversion element 601 through a lens 625 formed in a pixel 622, a filter 624 (filters 624R, 624G, 624B), a pixel driver circuit 610, and the like. The structure can be made to be incident on.

ただし、二点鎖線で囲んだ領域に示すように、矢印で示す光660の一部が配線群62
6の一部、トランジスタ、および/または容量素子などによって遮光されてしまうことが
ある。したがって、図44(B)に示すように光電変換素子601側にレンズ625およ
びフィルタ624を形成して、入射光を光電変換素子601に効率良く受光させる構造と
してもよい。光電変換素子601側から光660を入射させることで、受光感度の高い撮
像装置600を提供することができる。
However, as shown in a region surrounded by a chain double-dashed line, a part of the light 660 indicated by an arrow is included in the wiring group 62.
The light may be shielded by a part of 6, the transistor, the capacitor, and/or the like. Therefore, as shown in FIG. 44B, a lens 625 and a filter 624 may be formed on the photoelectric conversion element 601 side so that the photoelectric conversion element 601 can efficiently receive incident light. By inputting the light 660 from the photoelectric conversion element 601 side, it is possible to provide the imaging device 600 having high light receiving sensitivity.

図45(A)乃至図45(C)に、画素部621に用いることができる画素駆動回路6
10の一例を示す。図45(A)に示す画素駆動回路610は、トランジスタ602、ト
ランジスタ604、および容量素子606を有し、光電変換素子601に接続されている
。トランジスタ602のソースまたはドレインの一方は光電変換素子601と電気的に接
続され、トランジスタ602のソースまたはドレインの他方はノード607(電荷蓄積部
)を介してトランジスタ604のゲートと電気的に接続されている。
45A to 45C, a pixel driver circuit 6 that can be used for the pixel portion 621 is shown.
10 shows an example. A pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 45A includes a transistor 602, a transistor 604, and a capacitor 606, and is connected to the photoelectric conversion element 601. One of a source and a drain of the transistor 602 is electrically connected to the photoelectric conversion element 601, and the other of the source and the drain of the transistor 602 is electrically connected to a gate of the transistor 604 through a node 607 (charge storage portion). There is.

トランジスタ602にはOSトランジスタを用いることが好ましい。OSトランジスタ
は、オフ電流を極めて小さくすることができるため、容量素子606を小さくすることが
できる。または、図45(B)に示すように、容量素子606を省略することができる。
また、トランジスタ602としてOSトランジスタを用いると、ノード607の電位が変
動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮像装置を実現することができる。なお
、トランジスタ604にOSトランジスタを用いてもよい。
An OS transistor is preferably used as the transistor 602. The off-state current of the OS transistor can be extremely small, so that the capacitor 606 can be small. Alternatively, as illustrated in FIG. 45B, the capacitor 606 can be omitted.
When an OS transistor is used as the transistor 602, the potential of the node 607 does not easily change. Therefore, it is possible to realize an imaging device that is less likely to be affected by noise. Note that an OS transistor may be used as the transistor 604.

光電変換素子601には、シリコン基板においてpn型やpin型の接合が形成された
ダイオード素子を用いることができる。または非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜など
を用いたpin型のダイオード素子などを用いてもよい。または、ダイオード接続のトラ
ンジスタを用いてもよい。また、光電効果を利用した可変抵抗などをシリコン、ゲルマニ
ウム、セレンなど用いて形成してもよい。
As the photoelectric conversion element 601, a diode element in which a pn-type or pin-type junction is formed in a silicon substrate can be used. Alternatively, a pin diode element or the like using an amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, or the like may be used. Alternatively, a diode-connected transistor may be used. Further, a variable resistor or the like utilizing the photoelectric effect may be formed using silicon, germanium, selenium, or the like.

また、光電変換素子として、放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料を用
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ことが可能な材料としては、ヨ
ウ化鉛、ヨウ化水銀、ガリウムヒ素、CdTe、CdZnなどがある。
Alternatively, the photoelectric conversion element may be formed using a material capable of absorbing radiation and generating electric charge. Materials capable of absorbing radiation and generating charges include lead iodide, mercury iodide, gallium arsenide, CdTe, CdZn, and the like.

図45(C)に示す画素駆動回路610は、トランジスタ602、トランジスタ603
、トランジスタ604、トランジスタ605、および容量素子606を有し、光電変換素
子601に接続されている。なお、図45(C)に示す画素駆動回路610は、光電変換
素子601としてフォトダイオードを用いる場合を示している。トランジスタ602のソ
ースまたはドレインの一方は光電変換素子601のカソードと電気的に接続され、他方は
ノード607と電気的に接続されている。光電変換素子601のアノードは、配線611
と電気的に接続されている。トランジスタ603のソースまたはドレインの一方はノード
607と電気的に接続され、他方は配線608と電気的に接続されている。トランジスタ
604のゲートはノード607と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方は配線
609と電気的に接続され、他方はトランジスタ605のソースまたはドレインの一方と
電気的に接続されている。トランジスタ605のソースまたはドレインの他方は配線60
8と電気的に接続されている。容量素子606の一方の電極はノード607と電気的に接
続され、他方の電極は配線611と電気的に接続される。
A pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 45C includes a transistor 602 and a transistor 603.
, A transistor 604, a transistor 605, and a capacitor 606, which are connected to the photoelectric conversion element 601. Note that the pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 45C illustrates the case where a photodiode is used as the photoelectric conversion element 601. One of a source and a drain of the transistor 602 is electrically connected to a cathode of the photoelectric conversion element 601, and the other is electrically connected to a node 607. The anode of the photoelectric conversion element 601 is the wiring 611.
Is electrically connected to. One of a source and a drain of the transistor 603 is electrically connected to the node 607, and the other is electrically connected to the wiring 608. A gate of the transistor 604 is electrically connected to the node 607, one of a source and a drain is electrically connected to the wiring 609, and the other is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 605. The other of the source and the drain of the transistor 605 is the wiring 60
8 is electrically connected. One electrode of the capacitor 606 is electrically connected to the node 607 and the other electrode is electrically connected to the wiring 611.

トランジスタ602は転送トランジスタとして機能できる。トランジスタ602のゲー
トには、転送信号TXが供給される。トランジスタ603はリセットトランジスタとして
機能できる。トランジスタ603のゲートには、リセット信号RSTが供給される。トラ
ンジスタ604は増幅トランジスタとして機能できる。トランジスタ605は選択トラン
ジスタとして機能できる。トランジスタ605のゲートには、選択信号SELが供給され
る。また、配線608にVDDが供給され、配線611にはVSSが供給される。
The transistor 602 can function as a transfer transistor. The transfer signal TX is supplied to the gate of the transistor 602. The transistor 603 can function as a reset transistor. The reset signal RST is supplied to the gate of the transistor 603. The transistor 604 can function as an amplification transistor. The transistor 605 can function as a selection transistor. A selection signal SEL is supplied to the gate of the transistor 605. In addition, VDD is supplied to the wiring 608 and VSS is supplied to the wiring 611.

次に、図45(C)に示す画素駆動回路610の動作について説明する。まず、トラン
ジスタ603をオン状態にして、ノード607にVDDを供給する(リセット動作)。そ
の後、トランジスタ603をオフ状態にすると、ノード607にVDDが保持される。次
に、トランジスタ602をオン状態とすると、光電変換素子601の受光量に応じて、ノ
ード607の電位が変化する(蓄積動作)。その後、トランジスタ602をオフ状態にす
ると、ノード607の電位が保持される。次に、トランジスタ605をオン状態とすると
、ノード607の電位に応じた電位が配線609から出力される(選択動作)。配線60
9の電位を検出することで、光電変換素子601の受光量を知ることができる。
Next, operation of the pixel driver circuit 610 illustrated in FIG. 45C is described. First, the transistor 603 is turned on and VDD is supplied to the node 607 (reset operation). After that, when the transistor 603 is turned off, VDD is held in the node 607. Next, when the transistor 602 is turned on, the potential of the node 607 changes according to the amount of light received by the photoelectric conversion element 601 (accumulation operation). After that, when the transistor 602 is turned off, the potential of the node 607 is held. Next, when the transistor 605 is turned on, a potential corresponding to the potential of the node 607 is output from the wiring 609 (selection operation). Wiring 60
By detecting the potential of 9, the amount of light received by the photoelectric conversion element 601 can be known.

トランジスタ602およびトランジスタ603には、OSトランジスタを用いることが
好ましい。前述した通り、OSトランジスタはオフ電流を極めて小さくすることができる
ため、容量素子606を小さくすることができる。または、容量素子606を省略するこ
とができる。また、トランジスタ602およびトランジスタ603としてOSトランジス
タを用いると、ノード607の電位が変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい
撮像装置を実現することができる。
An OS transistor is preferably used for the transistors 602 and 603. As described above, the off-state current of the OS transistor can be extremely small, so that the capacitor 606 can be small. Alternatively, the capacitor 606 can be omitted. When OS transistors are used as the transistors 602 and 603, the potential of the node 607 is less likely to change. Therefore, it is possible to realize an imaging device that is less likely to be affected by noise.

図45(A)乃至図45(C)に示したいずれかの画素駆動回路610を用いた画素6
22をマトリクス状に配置することで、解像度の高い撮像装置が実現できる。
Pixel 6 using any of the pixel driving circuits 610 shown in FIGS. 45A to 45C
By arranging 22 in a matrix, an imaging device with high resolution can be realized.

例えば、画素駆動回路610を1920×1080のマトリクス状に配置すると、いわ
ゆるフルハイビジョン(「2K解像度」、「2K1K」、「2K」などとも言われる。)
の解像度で撮像可能な撮像装置を実現することができる。また、例えば、画素駆動回路6
10を4096×2160のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン
(「4K解像度」、「4K2K」、「4K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な
撮像装置を実現することができる。また、例えば、画素駆動回路610を8192×43
20のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン(「8K解像度」、「
8K4K」、「8K」などとも言われる。)の解像度で撮像可能な撮像装置を実現するこ
とができる。表示素子を増やすことで、16Kや32Kの解像度で撮像可能な撮像装置を
実現することも可能である。
For example, when the pixel driving circuits 610 are arranged in a 1920×1080 matrix, so-called full high-definition (also called “2K resolution”, “2K1K”, “2K”, etc.).
It is possible to realize an image pickup apparatus capable of picking up images with the resolution of. Also, for example, the pixel drive circuit 6
By arranging 10 in a matrix of 4096×2160, it is possible to realize an image pickup apparatus capable of picking up an image with a so-called ultra high-definition (also called “4K resolution”, “4K2K”, “4K”, etc.) resolution. In addition, for example, the pixel drive circuit 610 is set to 8192×43.
When arranged in a matrix of 20, so-called Super Hi-Vision (“8K resolution”, “
It is also called "8K4K", "8K", etc. It is possible to realize an image pickup apparatus capable of picking up an image with the resolution (1). By increasing the number of display elements, it is possible to realize an image pickup device capable of picking up an image with a resolution of 16K or 32K.

上述したトランジスタを用いた画素622の構造例を図46に示す。図46は画素62
2の一部の断面図である。
FIG. 46 shows a structural example of the pixel 622 using the above transistor. FIG. 46 shows a pixel 62
2 is a partial cross-sectional view of FIG.

図46に示す画素622は、基板401としてn型半導体を用いている。また、基板4
01中に光電変換素子601のp型半導体221が設けられている。また、基板401の
一部が、光電変換素子601のn型半導体223として機能する。
A pixel 622 shown in FIG. 46 uses an n-type semiconductor as the substrate 401. Also, the substrate 4
01, the p-type semiconductor 221 of the photoelectric conversion element 601 is provided. Further, a part of the substrate 401 functions as the n-type semiconductor 223 of the photoelectric conversion element 601.

また、トランジスタ604は基板401上に設けられている。トランジスタ604はn
チャネル型のトランジスタとして機能できる。また、基板401の一部にp型半導体のウ
ェル220が設けられている。ウェル220はp型半導体221の形成と同様の方法で設
けることができる。また、ウェル220とp型半導体221は同時に形成することができ
る。なお、トランジスタ604として、例えば上述したトランジスタ282を用いること
ができる。
The transistor 604 is provided over the substrate 401. Transistor 604 is n
It can function as a channel transistor. Further, a p-type semiconductor well 220 is provided in a part of the substrate 401. The well 220 can be provided by a method similar to that for forming the p-type semiconductor 221. Further, the well 220 and the p-type semiconductor 221 can be formed simultaneously. Note that the transistor 282 described above can be used as the transistor 604, for example.

また、光電変換素子601、およびトランジスタ604上に絶縁体403、絶縁体40
4、および絶縁体405が形成されている。絶縁体403乃至絶縁体405の基板401
(n型半導体223)と重なる領域に開口224が形成され、絶縁体403乃至絶縁体4
05のp型半導体221と重なる領域に開口225が形成されている。また、開口224
および開口225に、コンタクトプラグ406が形成されている。コンタクトプラグ40
6は上述したコンタクトプラグ113aと同様に設けることができる。絶なお、開口22
4および開口225は、その数や配置に特段の制約は無い。よって、レイアウトの自由度
が高い撮像装置を実現できる。
In addition, the insulator 403 and the insulator 40 are provided over the photoelectric conversion element 601 and the transistor 604.
4 and the insulator 405 are formed. Substrate 401 of insulators 403 to 405
The opening 224 is formed in a region overlapping with the (n-type semiconductor 223), and the insulators 403 to 4 are formed.
An opening 225 is formed in a region overlapping with the p-type semiconductor 221 of 05. Also, the opening 224
A contact plug 406 is formed in the opening 225. Contact plug 40
6 can be provided similarly to the contact plug 113a described above. Absolutely, opening 22
4 and the openings 225 are not particularly limited in the number and arrangement thereof. Therefore, it is possible to realize an imaging device having a high degree of freedom in layout.

また、絶縁体405の上に、導電体421、導電体422、および導電体429が形成
されている。導電体421は、開口224に設けられたコンタクトプラグ406を介して
n型半導体223(基板401)と電気的に接続されている。また、導電体429は、開
口225に設けられたコンタクトプラグ406を介してp型半導体221と電気的に接続
されている。導電体422は容量素子606の一方の電極として機能できる。
Further, a conductor 421, a conductor 422, and a conductor 429 are formed over the insulator 405. The conductor 421 is electrically connected to the n-type semiconductor 223 (substrate 401) via the contact plug 406 provided in the opening 224. Further, the conductor 429 is electrically connected to the p-type semiconductor 221 through the contact plug 406 provided in the opening 225. The conductor 422 can function as one electrode of the capacitor 606.

また、導電体421、導電体429、および導電体422を覆って絶縁体407が形成
されている。絶縁体407は、絶縁体405と同様の材料および方法で形成することがで
きる。また、絶縁体407表面にCMP処理を行ってもよい。CMP処理を行うことによ
り、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることが
できる。導電体421、導電体422、および導電体429は、上述した導電体114a
と同様の材料および方法により形成することができる。
An insulator 407 is formed so as to cover the conductor 421, the conductor 429, and the conductor 422. The insulator 407 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 405. Further, the surface of the insulator 407 may be subjected to CMP treatment. By performing the CMP treatment, unevenness on the surface of the sample can be reduced and coverage with an insulating layer or a conductive layer formed thereafter can be improved. The conductor 421, the conductor 422, and the conductor 429 are the conductor 114a described above.
It can be formed by the same material and method.

また、絶縁体407の上に絶縁体102が形成され、絶縁体102の上に導電体427
、導電体119、および電極273が形成されている。導電体427はコンタクトプラグ
を介して導電体429と電気的に接続されている。導電体119は、トランジスタ602
のバックゲートとして機能できる。電極273は、容量素子606の他方の電極として機
能できる。トランジスタ602は、例えば、上述したトランジスタ100を用いることが
できる。
In addition, the insulator 102 is formed over the insulator 407, and the conductor 427 is formed over the insulator 102.
, A conductor 119, and an electrode 273 are formed. The conductor 427 is electrically connected to the conductor 429 through a contact plug. The conductor 119 is a transistor 602.
Can function as a back gate for. The electrode 273 can function as the other electrode of the capacitor 606. As the transistor 602, for example, the above-described transistor 100 can be used.

また、導電体109aは、コンタクトプラグを介して導電体427と電気的に接続して
いる。
In addition, the conductor 109a is electrically connected to the conductor 427 through a contact plug.

<変形例1>
図46とは異なる画素622の構成例を図47に示す。図47は画素622の一部の断
面図である。
<Modification 1>
FIG. 47 shows a configuration example of the pixel 622 different from that in FIG. FIG. 47 is a cross-sectional view of part of the pixel 622.

図47に示す画素622は、基板401上にトランジスタ604とトランジスタ605
が設けられている。トランジスタ604はnチャネル型のトランジスタとして機能できる
。トランジスタ605はpチャネル型のトランジスタとして機能できる。なお、トランジ
スタ604として、例えば上述したトランジスタ282を用いることができる。トランジ
スタ605として、例えば上述したトランジスタ281を用いることができる。
A pixel 622 shown in FIG. 47 includes a transistor 604 and a transistor 605 over a substrate 401.
Is provided. The transistor 604 can function as an n-channel transistor. The transistor 605 can function as a p-channel transistor. Note that the transistor 282 described above can be used as the transistor 604, for example. As the transistor 605, the above-described transistor 281 can be used, for example.

絶縁体405の上に導電体413a乃至導電体413dが形成されている。導電体41
3aはトランジスタ604のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、導電体4
13bはトランジスタ604のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。
導電体413cは、トランジスタ604のゲートと電気的に接続されている。導電体41
3bはトランジスタ605のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、導電体4
13dはトランジスタ605のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。
Conductors 413a to 413d are formed over the insulator 405. Conductor 41
3a is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 604,
13b is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 604.
The conductor 413c is electrically connected to the gate of the transistor 604. Conductor 41
3b is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 605,
13d is electrically connected to the other of the source and the drain of the transistor 605.

導電体109bと導電体413cは、コンタクトプラグ112dを介して電気的に接続
されている。また、導電体114a、導電体114b、および絶縁体112上に絶縁体4
15が形成されている。絶縁体415は絶縁体111と同様の材料および方法で形成する
ことができる。
The conductor 109b and the conductor 413c are electrically connected via the contact plug 112d. In addition, the insulator 4 is formed on the conductor 114a, the conductor 114b, and the insulator 112.
15 is formed. The insulator 415 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 111.

また、図47に示す画素622は、絶縁体415上に光電変換素子601が設けられて
いる。また、光電変換素子601上に絶縁体442が設けられ、絶縁体442上に導電体
488が設けられている。絶縁体442は、絶縁体415と同様の材料および方法で形成
することができる。
Further, in the pixel 622 illustrated in FIG. 47, the photoelectric conversion element 601 is provided over the insulator 415. In addition, an insulator 442 is provided over the photoelectric conversion element 601, and a conductor 488 is provided over the insulator 442. The insulator 442 can be formed using a material and a method similar to those of the insulator 415.

図47に示す光電変換素子601は、金属材料などで形成された導電体686と透光性
導電層682との間に光電変換層681を有する。図47では、セレン系材料を光電変換
層681に用いた形態を示している。セレン系材料を用いた光電変換素子601は、可視
光に対する外部量子効率が高い特性を有する。当該光電変換素子では、アバランシェ現象
により入射される光量に対する電子の増幅が大きい高感度のセンサとすることができる。
また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層681を薄くしやすい利点を有
する。
The photoelectric conversion element 601 illustrated in FIG. 47 includes a photoelectric conversion layer 681 between a conductor 686 formed of a metal material or the like and a light-transmitting conductive layer 682. In FIG. 47, a mode in which a selenium-based material is used for the photoelectric conversion layer 681 is shown. The photoelectric conversion element 601 using a selenium-based material has characteristics of high external quantum efficiency with respect to visible light. The photoelectric conversion element can be a highly sensitive sensor in which the amplification of electrons with respect to the amount of light incident due to the avalanche phenomenon is large.
Further, since the selenium-based material has a high light absorption coefficient, it has an advantage that the photoelectric conversion layer 681 can be easily thinned.

セレン系材料としては、非晶質セレンまたは結晶セレンを用いることができる。結晶セ
レンは、一例として、非晶質セレンを成膜後、熱処理することで得ることができる。なお
、結晶セレンの結晶粒径を画素ピッチより小さくすることで、画素ごとの特性ばらつきを
低減させることができる。また、結晶セレンは、非晶質セレンよりも可視光に対する分光
感度や光吸収係数が高い特性を有する。
Amorphous selenium or crystalline selenium can be used as the selenium-based material. Crystalline selenium can be obtained, for example, by heat treatment after forming amorphous selenium into a film. By making the crystal grain size of the crystalline selenium smaller than the pixel pitch, it is possible to reduce the characteristic variation among the pixels. Further, crystalline selenium has characteristics such as higher spectral sensitivity to visible light and a higher light absorption coefficient than amorphous selenium.

なお、光電変換層681は単層として図示しているが、セレン系材料の受光面側に正孔
注入阻止層として酸化ガリウムまたは酸化セリウムなどを設け、導電体686側に電子注
入阻止層として酸化ニッケルまたは硫化アンチモンなどを設ける構成とすることもできる
Although the photoelectric conversion layer 681 is illustrated as a single layer, gallium oxide, cerium oxide, or the like is provided as a hole injection blocking layer on the light-receiving surface side of the selenium-based material and oxidation is performed as an electron injection blocking layer on the conductor 686 side. Alternatively, nickel, antimony sulfide, or the like may be provided.

また、光電変換層681は、銅、インジウム、セレンの化合物(CIS)を含む層であ
ってもよい。または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物(CIGS)を含む層
であってもよい。CISおよびCIGSでは、セレンの単層と同様にアバランシェ現象が
利用できる光電変換素子を形成することができる。
The photoelectric conversion layer 681 may be a layer containing a compound of copper, indium, and selenium (CIS). Alternatively, it may be a layer containing a compound of copper, indium, gallium, and selenium (CIGS). With CIS and CIGS, it is possible to form a photoelectric conversion element that can utilize the avalanche phenomenon as in the case of a single layer of selenium.

また、CISおよびCIGSはp型半導体であり、接合を形成するためにn型半導体の
硫化カドミウムや硫化亜鉛等を接して設けてもよい。
Further, CIS and CIGS are p-type semiconductors, and n-type semiconductors such as cadmium sulfide and zinc sulfide may be provided in contact with each other in order to form a junction.

アバランシェ現象を発生させるためには、光電変換素子に比較的高い電圧(例えば、1
0V以上)を印加することが好ましい。OSトランジスタは、Siトランジスタよりもド
レイン耐圧の高い特性を有するため、光電変換素子に比較的高い電圧を印加することが容
易である。したがって、ドレイン耐圧の高いOSトランジスタと、セレン系材料を光電変
換層とした光電変換素子とを組み合わせることで、高感度、かつ信頼性の高い撮像装置と
することができる。
In order to generate the avalanche phenomenon, a relatively high voltage (for example, 1
It is preferable to apply 0 V or more). Since the OS transistor has a higher drain breakdown voltage than the Si transistor, it is easy to apply a relatively high voltage to the photoelectric conversion element. Therefore, by combining an OS transistor having a high drain breakdown voltage and a photoelectric conversion element including a selenium-based material as a photoelectric conversion layer, an imaging device with high sensitivity and high reliability can be obtained.

透光性導電層682には、例えば、インジウム錫酸化物、シリコンを含むインジウム錫
酸化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウム
を含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフ
ェン等を用いることができる。また、透光性導電層682は単層に限らず、異なる膜の積
層であっても良い。また、図47では、透光性導電層682と配線487が、導電体48
8およびコンタクトプラグ489を介して電気的に接続する構成を図示しているが、透光
性導電層682と配線487が直接接してもよい。
The light-transmitting conductive layer 682 includes, for example, indium tin oxide, indium tin oxide containing silicon, indium oxide containing zinc, zinc oxide, zinc oxide containing gallium, zinc oxide containing aluminum, tin oxide, or fluorine. Tin oxide containing, tin oxide containing antimony, graphene, or the like can be used. The light-transmitting conductive layer 682 is not limited to a single layer and may be a stack of different films. Further, in FIG. 47, the light-transmitting conductive layer 682 and the wiring 487 are connected to the conductor 48.
8 and the structure in which they are electrically connected via the contact plugs 489 are illustrated, the translucent conductive layer 682 and the wiring 487 may be in direct contact with each other.

また、導電体686および配線487などは、複数の導電層を積層した構成であっても
よい。例えば、導電体686を導電体686a、導電体686bの二層とし、配線487
を導電体487a、導電体487bの二層とすることができる。また、例えば、導電体6
86aおよび導電体487aを低抵抗の金属等を選択して形成し、導電体686bおよび
導電体487bを光電変換層681とコンタクト特性の良い金属等を選択して形成すると
よい。このような構成とすることで、光電変換素子の電気特性を向上させることができる
。また、一部の金属は透光性導電層682と接触することにより電蝕を起こすことがある
。そのような金属を導電体487aに用いた場合でも導電体487bを介することによっ
て電蝕を防止することができる。
Further, the conductor 686, the wiring 487, and the like may have a structure in which a plurality of conductive layers is stacked. For example, the conductor 686 has two layers of a conductor 686a and a conductor 686b, and a wiring 487 is provided.
Can have two layers of a conductor 487a and a conductor 487b. Also, for example, the conductor 6
86a and the conductor 487a are preferably formed by selecting a metal or the like having low resistance, and the conductors 686b and 487b are preferably formed by selecting a metal or the like having good contact characteristics with the photoelectric conversion layer 681. With such a structure, the electrical characteristics of the photoelectric conversion element can be improved. Further, some metal may cause electrolytic corrosion by coming into contact with the light-transmitting conductive layer 682. Even when such a metal is used for the conductor 487a, electrolytic corrosion can be prevented by interposing the conductor 487b.

導電体686bおよび導電体487bには、例えば、モリブデンやタングステンなどを
用いることができる。また、導電体686aおよび導電体487aには、例えば、アルミ
ニウム、チタン、またはアルミニウムをチタンで挟むような積層を用いることができる。
For the conductor 686b and the conductor 487b, molybdenum, tungsten, or the like can be used, for example. For the conductor 686a and the conductor 487a, for example, aluminum, titanium, or a stack in which aluminum is sandwiched by titanium can be used.

また、絶縁体442が多層である構成であってもよい。隔壁477は、無機絶縁体や絶
縁有機樹脂などを用いて形成することができる。また、隔壁477は、トランジスタ等に
対する遮光のため、および/または1画素あたりの受光部の面積を確定するために黒色等
に着色されていてもよい。
Alternatively, the insulator 442 may have a multi-layer structure. The partition 477 can be formed using an inorganic insulator, an insulating organic resin, or the like. Further, the partition wall 477 may be colored in black or the like in order to shield the transistor or the like from light and/or to determine the area of the light receiving portion per pixel.

また、光電変換素子601には、非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたp
in型のダイオード素子などを用いてもよい。当該フォトダイオードは、n型の半導体層
、i型の半導体層、およびp型の半導体層が順に積層された構成を有している。i型の半
導体層には非晶質シリコンを用いることが好ましい。また、p型の半導体層およびn型の
半導体層には、それぞれの導電型を付与するドーパントを含む非晶質シリコンまたは微結
晶シリコンなどを用いることができる。非晶質シリコンを光電変換層とするフォトダイオ
ードは可視光の波長領域における感度が高く、微弱な可視光を検知しやすい。
Further, for the photoelectric conversion element 601, a p-type using an amorphous silicon film, a microcrystalline silicon film, or the like is used.
You may use an in-type diode element etc. The photodiode has a structure in which an n-type semiconductor layer, an i-type semiconductor layer, and a p-type semiconductor layer are sequentially stacked. Amorphous silicon is preferably used for the i-type semiconductor layer. For the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, amorphous silicon or microcrystalline silicon containing a dopant imparting each conductivity type can be used. A photodiode including amorphous silicon as a photoelectric conversion layer has high sensitivity in a visible light wavelength region and easily detects weak visible light.

なお、pn型やpin型のダイオード素子は、p型の半導体層が受光面となるように設
けることが好ましい。p型の半導体層を受光面とすることで、光電変換素子601の出力
電流を高めることができる。
The pn-type or pin-type diode element is preferably provided so that the p-type semiconductor layer serves as the light receiving surface. By using the p-type semiconductor layer as the light-receiving surface, the output current of the photoelectric conversion element 601 can be increased.

上述したセレン系材料や非晶質シリコンなどを用いて形成した光電変換素子601は、
成膜工程、リソグラフィ工程、エッチング工程などの一般的な半導体作製工程を用いて作
製するこができる。
The photoelectric conversion element 601 formed using the above-described selenium-based material or amorphous silicon is
It can be manufactured by using a general semiconductor manufacturing process such as a film forming process, a lithographic process, and an etching process.

〔表示装置〕
上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、表示装置について説明する。
表示素子を有する装置である表示装置(液晶表示装置、発光表示装置など)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出来る。
[Display device]
A display device will be described as an example of a semiconductor device including the above transistor.
A display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like) which is a device including a display element can have various modes or can have various elements.

表示装置は、例えば、EL(エレクトロルミネッセンス)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)、LEDチップ(白色LEDチップ、赤色
LEDチップ、緑色LEDチップ、青色LEDチップなど)、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、カーボンナノチューブを用いた表示素子、液
晶素子、電子インク、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子、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(例えば、グレーティングラ
イトバルブ(GLV)、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)、MIRASOL(登録商標)、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ME
MS表示素子、圧電セラミックディスプレイなど)、または、量子ドットなどの少なくと
も一つを有している。
The display device includes, for example, EL (electroluminescence) elements (EL elements including organic and inorganic materials, organic EL elements, inorganic EL elements), LED chips (white LED chips, red LED chips, green LED chips, blue LED chips, etc.). , Transistors (transistors that emit light in response to current), electron-emitting devices, display devices using carbon nanotubes, liquid crystal devices, electronic inks, electrowetting devices, electrophoretic devices, MEMS (micro electro mechanical systems). Display elements used (eg, grating light valve (GLV), digital micromirror device (DMD), DMS (digital microshutter), MIRASOL (registered trademark), IMOD (interference modulation) element, shutter type) MEMS display device, optical interference type ME
MS display element, piezoelectric ceramic display, etc.), or quantum dots.

これらの他にも、表示装置は、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。例えば、表示装置はプラズ
マディスプレイ(PDP)であってもよい。
In addition to these, the display device also has contrast, brightness, and
It may have a display medium whose reflectance and transmittance change. For example, the display device may be a plasma display (PDP).

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
Electron−emitter Display)などがある。
An EL display or the like is an example of a display device using an EL element. As an example of a display device using an electron-emitting device, a field emission display (FED) or a SED type flat display (SED: Surface-conduction) is used.
Electron-emitter Display).

量子ドットを各画素に用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどが
ある。なお、量子ドットは、表示素子としてではなく、液晶表示装置などに用いるバック
ライトの一部に設けてもよい。量子ドットを用いることにより、色純度の高い表示を行う
ことができる。
An example of a display device using quantum dots for each pixel is a quantum dot display. Note that the quantum dots may be provided not in a display element but in a part of a backlight used for a liquid crystal display device or the like. By using quantum dots, display with high color purity can be performed.

液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶表示装置(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。
As an example of a display device using a liquid crystal element, a liquid crystal display device (transmissive liquid crystal display,
There is a transflective liquid crystal display, a reflective liquid crystal display, a direct-view liquid crystal display, a projection liquid crystal display) and the like.

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。
In the case of realizing a semi-transmissive liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, part or all of the pixel electrodes may have a function as a reflective electrode. For example, part or all of the pixel electrode may include aluminum, silver, or the like. Further, in that case, a memory circuit such as SRAM can be provided below the reflective electrode. Thereby, the power consumption can be further reduced.

電子インク、電子粉流体(登録商標)、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。
An example of a display device using electronic ink, electronic powder fluid (registered trademark), or an electrophoretic element is electronic paper.

なお、表示素子などにLEDチップを用いる場合、LEDチップ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半導体層などを
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半導体層など
を設けて、LEDチップ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半導体層との間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDチッ
プが有するGaN半導体層は、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チップが有するGaN半導体層は、スパッタ法で成膜することも可
能である。
Note that when an LED chip is used for a display element or the like, graphene or graphite may be arranged below the electrode of the LED chip or the nitride semiconductor. Graphene or graphite may be formed into a multilayer film by stacking a plurality of layers. By providing graphene or graphite in this manner, a nitride semiconductor, for example, an n-type GaN semiconductor layer having a crystal or the like can be easily formed thereover. Further, a p-type GaN semiconductor layer having crystals or the like may be provided thereon to form an LED chip. In addition, with graphene and graphite,
An AlN layer may be provided between the crystal and the n-type GaN semiconductor layer. The GaN semiconductor layer of the LED chip may be formed by MOCVD. However, the GaN semiconductor layer included in the LED chip can be formed by a sputtering method by providing graphene.

また、MEMSを用いた表示素子においては、表示素子が封止されている空間(例えば
、表示素子が配置されている素子基板と、素子基板に対向して配置されている対向基板と
の間)に、乾燥剤を配置してもよい。乾燥剤を配置することにより、MEMSなどが水分
によって動きにくくなることや、劣化しやすくなることを防止することができる。
In addition, in a display element using MEMS, a space in which the display element is sealed (for example, between an element substrate on which the display element is arranged and a counter substrate which faces the element substrate). Alternatively, a desiccant may be placed. By disposing the desiccant, it is possible to prevent the MEMS and the like from becoming difficult to move due to moisture and from easily becoming deteriorated.

<画素回路構成例>
次に、図48を用いて、表示装置のより具体的な構成例について説明する。図48(A
)は、表示装置3100の構成を説明するためのブロック図である。表示装置3100は
、表示領域3131、回路3132、および回路3133を有する。回路3132は、例
えば走査線駆動回路として機能する。また、回路3133は、例えば信号線駆動回路とし
て機能する。
<Pixel circuit configuration example>
Next, a more specific configuration example of the display device will be described with reference to FIG. Figure 48 (A
10] is a block diagram for explaining the configuration of the display device 3100. The display device 3100 includes a display area 3131, a circuit 3132, and a circuit 3133. The circuit 3132 functions as a scan line driver circuit, for example. The circuit 3133 functions as a signal line driver circuit, for example.

また、表示装置3100は、各々が略平行に配設され、且つ、回路3132によって電
位が制御されるm本の走査線3135と、各々が略平行に配設され、且つ、回路3133
によって電位が制御されるn本の信号線3136と、を有する。さらに、表示領域313
1はm行n列のマトリクス状に配設された複数の画素3130を有する。なお、m、nは
、ともに2以上の自然数である。
In addition, the display device 3100 is provided substantially in parallel with each other, and each of the m scanning lines 3135 whose potential is controlled by the circuit 3132 is provided in parallel with each other, and the circuit 3133 is provided.
And n signal lines 3136 whose potential is controlled by. Furthermore, the display area 313
1 has a plurality of pixels 3130 arranged in a matrix of m rows and n columns. Note that both m and n are natural numbers of 2 or more.

表示領域3131において、各走査線3135は、画素3130のうち、いずれかの行
に配設されたn個の画素3130と電気的に接続される。また、各信号線3136は、画
素3130のうち、いずれかの列に配設されたm個の画素3130に電気的に接続される
In the display region 3131, each scan line 3135 is electrically connected to the n pixels 3130 arranged in any row of the pixels 3130. In addition, each signal line 3136 is electrically connected to the m pixels 3130 arranged in any column of the pixels 3130.

また、図49(A)に示すように、表示領域3131を挟んで回路3132と向き合う
位置に、回路3152を設けてもよい。また、図49(B)に示すように、表示領域31
31を挟んで回路3133と向き合う位置に、回路3153を設けてもよい。図49(A
)および図49(B)では、回路3152を回路3132と同様に走査線3135に接続
する例を示している。ただし、これに限らず、例えば、走査線3135に接続する回路3
132と回路3152を、数行毎に変えてもよい。図49(B)では、回路3153を回
路3133と同様に信号線3136に接続する例を示して。ただし、これに限らず、例え
ば、信号線3136に接続する回路3133と回路3153を、数行毎に変えてもよい。
また、回路3132、回路3133、回路3152および回路3153は、画素3130
を駆動する以外の機能を有していてもよい。
Further, as illustrated in FIG. 49A, the circuit 3152 may be provided at a position facing the circuit 3132 with the display region 3131 provided therebetween. In addition, as shown in FIG.
The circuit 3153 may be provided at a position facing the circuit 3133 with 31 interposed therebetween. Fig. 49 (A
) And FIG. 49B show an example in which the circuit 3152 is connected to the scan line 3135 similarly to the circuit 3132. However, not limited to this, for example, the circuit 3 connected to the scanning line 3135
132 and the circuit 3152 may be changed every few rows. In FIG. 49B, an example in which the circuit 3153 is connected to the signal line 3136 similarly to the circuit 3133 is shown. However, not limited to this, for example, the circuit 3133 and the circuit 3153 connected to the signal line 3136 may be changed every few rows.
In addition, the circuit 3132, the circuit 3133, the circuit 3152, and the circuit 3153 are connected to the pixel 3130.
It may have a function other than driving.

また、回路3132、回路3133、回路3152および回路3153を、駆動回路部
という場合がある。画素3130は、画素回路3137および表示素子を有する。画素回
路3137は表示素子を駆動する回路である。駆動回路部が有するトランジスタは、画素
回路3137を構成するトランジスタと同時に形成することができる。また、駆動回路部
の一部または全部を他の基板上に形成して、表示装置3100と電気的に接続してもよい
。例えば、駆動回路部の一部または全部を単結晶基板を用いて形成し、表示装置3100
と電気的に接続してもよい。
Further, the circuit 3132, the circuit 3133, the circuit 3152, and the circuit 3153 may be referred to as a driver circuit portion. The pixel 3130 has a pixel circuit 3137 and a display element. The pixel circuit 3137 is a circuit which drives a display element. The transistor included in the driver circuit portion can be formed at the same time as the transistor included in the pixel circuit 3137. Alternatively, part or all of the driver circuit portion may be formed over another substrate and electrically connected to the display device 3100. For example, part or all of the driver circuit portion is formed using a single crystal substrate, and the display device 3100
May be electrically connected to.

図48(B)および図48(C)は、表示装置3100の画素3130に用いることが
できる回路構成を示している。
48B and 48C each show a circuit structure which can be used for the pixel 3130 of the display device 3100.

《発光表示装置用画素回路の一例》
図48(B)に、発光表示装置に用いることができる画素回路の一例を示す。図48(B
)に示す画素回路3137は、トランジスタ3431と、容量素子3233と、トランジ
スタ3232と、トランジスタ3434と、を有する。また、画素回路3137は、表示
素子として機能できる発光素子3125と電気的に接続されている。
<<Example of pixel circuit for light emitting display device>>
FIG. 48B shows an example of a pixel circuit which can be used for the light emitting display device. Fig. 48 (B
The pixel circuit 3137 shown in FIG. 4B includes a transistor 3431, a capacitor 3233, a transistor 3232, and a transistor 3434. The pixel circuit 3137 is electrically connected to the light emitting element 3125 which can function as a display element.

トランジスタ3431のソース電極およびドレイン電極の一方は、データ信号が与えら
れるn列目の信号線3136(以下、信号線DL_nという)に電気的に接続される。さ
らに、トランジスタ3431のゲート電極は、ゲート信号が与えられるm行目の走査線3
135(以下、走査線GL_mという)に電気的に接続される。
One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the n-th column signal line 3136 (hereinafter referred to as a signal line DL_n) to which a data signal is applied. Further, the gate electrode of the transistor 3431 is connected to the m-th scanning line 3 to which a gate signal is applied.
135 (hereinafter referred to as the scanning line GL_m).

トランジスタ3431は、データ信号のノード3435への書き込みを制御する機能を
有する。
The transistor 3431 has a function of controlling writing of a data signal to the node 3435.

容量素子3233の一対の電極の一方は、ノード3435に電気的に接続され、他方は
、ノード3437に電気的に接続される。また、トランジスタ3431のソース電極およ
びドレイン電極の他方は、ノード3435に電気的に接続される。
One of a pair of electrodes of the capacitor 3233 is electrically connected to the node 3435, and the other is electrically connected to the node 3437. The other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the node 3435.

容量素子3233は、ノード3435に書き込まれたデータを保持する保持容量として
の機能を有する。
The capacitor 3233 has a function as a storage capacitor which holds data written in the node 3435.

トランジスタ3232のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線VL_a
に電気的に接続され、他方はノード3437に電気的に接続される。さらに、トランジス
タ3232のゲート電極は、ノード3435に電気的に接続される。
One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3232 has a potential supply line VL_a.
, And the other is electrically connected to node 3437. Further, the gate electrode of the transistor 3232 is electrically connected to the node 3435.

トランジスタ3434のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線VL_c
に電気的に接続され、他方はノード3437に電気的に接続される。さらに、トランジス
タ3434のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。
One of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3434 has a potential supply line VL_c.
, And the other is electrically connected to node 3437. Further, the gate electrode of the transistor 3434 is electrically connected to the scan line GL_m.

発光素子3125のアノードおよびカソードの一方は、電位供給線VL_bに電気的に
接続され、他方は、ノード3437に電気的に接続される。
One of an anode and a cathode of the light emitting element 3125 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the node 3437.

発光素子3125としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子(有機EL素子と
もいう)などを用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば無機材料からな
る無機EL素子を用いても良い。
As the light emitting element 3125, for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) or the like can be used. However, the invention is not limited to this, and for example, an inorganic EL element made of an inorganic material may be used.

例えば、電位供給線VL_aはVDDを供給する機能を有する。また、電位供給線VL
_bはVSSを供給する機能を有する。また、電位供給線VL_cはVSSを供給する機
能を有する。
For example, the potential supply line VL_a has a function of supplying VDD. In addition, the potential supply line VL
_B has a function of supplying VSS. Further, the potential supply line VL_c has a function of supplying VSS.

ここで、図48(B)の画素回路3137を有する表示装置の動作例について説明して
おく。まず、回路3132により各行の画素回路3137を順次選択し、トランジスタ3
431をオン状態にしてデータ信号(電位)をノード3435に書き込む。次に、トラン
ジスタ3434をオン状態にしてノード3437の電位をVSSとする。
Here, an operation example of a display device including the pixel circuit 3137 in FIG. 48B is described. First, the pixel circuit 3137 in each row is sequentially selected by the circuit 3132, and the transistor 3
The data signal (potential) is written to the node 3435 by turning on 431. Next, the transistor 3434 is turned on and the potential of the node 3437 is set to VSS.

その後、トランジスタ3431をオフ状態としてノード3435に書き込まれたデータ
信号を保持する。次に、トランジスタ3434をオフ状態とする。トランジスタ3232
のソースとドレインの間に流れる電流量は、ノード3435に書き込まれたデータ信号に
応じて決まる。よって、発光素子3125は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。こ
れを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
After that, the transistor 3431 is turned off and the data signal written to the node 3435 is held. Next, the transistor 3434 is turned off. Transistor 3232
The amount of current flowing between the source and the drain of the node is determined according to the data signal written in the node 3435. Therefore, the light emitting element 3125 emits light with a luminance according to the amount of flowing current. An image can be displayed by sequentially performing this for each row.

また、複数の画素3130を、それぞれ副画素として用いて、それぞれの副画素から異
なる波長域の光を発光させることで、カラー画像を表示することができる。例えば、赤の
波長域の光を発する画素3130、緑の波長域の光を発する画素3130、および青の波
長域の光を発する画素3130を1つの画素として用いる。
Further, a plurality of pixels 3130 are used as sub-pixels, and light of different wavelength bands is emitted from each sub-pixel, whereby a color image can be displayed. For example, the pixel 3130 that emits light in the red wavelength range, the pixel 3130 that emits light in the green wavelength range, and the pixel 3130 that emits light in the blue wavelength range are used as one pixel.

なお、組み合わせる光の波長域は、赤、緑、および青に限定されず、シアン、黄および
マゼンダであってもよい。1つの画素に少なくとも3種類の異なる波長域の光を発する副
画素を設けることで、カラー画像を表示することができる。
The wavelength range of the combined light is not limited to red, green, and blue, and may be cyan, yellow, and magenta. A color image can be displayed by providing one pixel with subpixels which emit light of at least three different wavelength bands.

また、赤、緑、および青に、イエロー、シアン、マゼンタ、白などを一種以上追加して
もよい。例えば、赤、緑、および青に加えて、黄の波長域の光を発する副画素を加えても
よい。また、シアン、黄、およびマゼンダに赤、緑、青、白などを一種以上追加してもよ
い。例えば、シアン、黄、およびマゼンダに加えて、青の波長域の光を発する副画素を加
えてもよい。1つの画素に4種類以上の異なる波長域で発光する副画素を設けることで、
表示する画像の色の再現性をさらに高めることができる。
Further, one or more of yellow, cyan, magenta, white, etc. may be added to red, green, and blue. For example, in addition to red, green, and blue, subpixels that emit light in the yellow wavelength range may be added. Further, one or more of red, green, blue, white, etc. may be added to cyan, yellow, and magenta. For example, in addition to cyan, yellow, and magenta, subpixels that emit light in the blue wavelength range may be added. By providing one pixel with sub-pixels that emit light in four or more different wavelength ranges,
The color reproducibility of the displayed image can be further enhanced.

また、1つの画素に用いる、赤、緑、青の画素数比(または発光面積比)は、必ずしも
1:1:1である必要は無い。例えば、画素数比(発光面積比)を赤:緑:青=1:1:
2としてもよい。また、画素数比(受光面積比)を赤:緑:青=1:2:3としてもよい
Further, the ratio of the numbers of red, green, and blue pixels (or the light emitting area ratio) used for one pixel does not necessarily have to be 1:1:1. For example, the pixel number ratio (light emitting area ratio) is red:green:blue=1:1:
It may be 2. Further, the pixel number ratio (light receiving area ratio) may be set to red:green:blue=1:2:3.

また、白色光を発する副画素に、赤、緑、青などのカラーフィルタを組み合わせて、カ
ラー表示を実現することもできる。また、赤、緑、または青の波長域の光を発する副画素
それぞれに、赤、緑、または青の波長域の光を透過するカラーフィルタを組み合わせても
よい。
Further, color display can be realized by combining a sub-pixel which emits white light with a color filter of red, green, blue, or the like. A color filter that transmits light in the red, green, or blue wavelength range may be combined with each of the sub-pixels that emit light in the red, green, or blue wavelength range.

ただし、本発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表
示装置に適用することもできる。
However, the present invention is not limited to a display device for color display, and can be applied to a display device for monochrome display.

《液晶表示装置用画素回路の一例》
図48(C)に、液晶表示装置に用いることができる画素回路の一例を示す。図48(C
)に示す画素回路3137は、トランジスタ3431と、容量素子3233と、を有する
。また、画素回路3137は、表示素子として機能できる液晶素子3432と電気的に接
続されている。
<<Example of pixel circuit for liquid crystal display device>>
FIG. 48C illustrates an example of a pixel circuit which can be used for the liquid crystal display device. Fig. 48 (C
The pixel circuit 3137 shown in FIG. 4B includes a transistor 3431 and a capacitor 3233. The pixel circuit 3137 is electrically connected to the liquid crystal element 3432 which can function as a display element.

液晶素子3432の一対の電極の一方の電位は、画素回路3137の仕様に応じて適宜
設定される。液晶素子3432に含まれる液晶は、ノード3436に書き込まれるデータ
により配向状態が設定される。なお、複数の画素回路3137のそれぞれが有する液晶素
子3432の一対の電極の一方に、共通の電位(コモン電位)を与えてもよい。
The potential of one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 3432 is set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel circuit 3137. The alignment state of the liquid crystal included in the liquid crystal element 3432 is set by the data written in the node 3436. Note that a common potential (common potential) may be applied to one of a pair of electrodes of the liquid crystal element 3432 included in each of the plurality of pixel circuits 3137.

液晶素子3432のモードとしては、例えば、TNモード、STNモード、VAモード
、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cel
l)モード、OCB(Optically Compensated Birefrin
gence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Cryst
al)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Cry
stal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical A
lignment)モード、IPSモード、FFSモード、またはTBA(Transv
erse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。また、他の例と
して、ECB(Electrically Controlled Birefring
ence)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid C
rystal)モード、PNLC(Polymer Network Liquid C
rystal)モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、様
々なモードを用いることができる。
Examples of the mode of the liquid crystal element 3432 include a TN mode, an STN mode, a VA mode, and an ASM (Axially Symmetric Aligned Micro-cel).
l) mode, OCB (Optically Compensated Birefrin)
Gene) mode, FLC (Ferroelectric Liquid Crystal)
al) mode, AFLC (Anti Ferroelectric Liquid Cry)
stal) mode, MVA mode, PVA (Patterned Vertical A)
ligment) mode, IPS mode, FFS mode, or TBA (Transv)
Alternatively, an erse bend alignment mode or the like may be used. Further, as another example, an ECB (Electrically Controlled Birefring) is used.
ence) mode, PDLC (Polymer Dispersed Liquid C)
Rystal mode, PNLC (Polymer Network Liquid C)
There are various modes, such as a physical mode and a guest host mode. However, the present invention is not limited to this, and various modes can be used.

また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物
により液晶素子3432を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が1mse
c以下と短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、かつ視野角依存性が小
さい。
Alternatively, the liquid crystal element 3432 may be formed using a liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent. A liquid crystal exhibiting a blue phase has a response speed of 1 mse
Since it is as short as c or less and it is optically isotropic, it does not require an alignment treatment and has a small viewing angle dependency.

m行n列目の画素回路3137において、トランジスタ3431のソース電極およびド
レイン電極の一方は、信号線DL_nに電気的に接続され、他方はノード3436に電気
的に接続される。トランジスタ3431のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続
される。トランジスタ3431は、ノード3436へのデータ信号の書き込みを制御する
機能を有する。
In the pixel circuit 3137 in the m-th row and the n-th column, one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the signal line DL_n and the other is electrically connected to the node 3436. A gate electrode of the transistor 3431 is electrically connected to the scan line GL_m. The transistor 3431 has a function of controlling writing of a data signal to the node 3436.

容量素子3233の一対の電極の一方は、特定の電位が供給される配線(以下、「容量
線CL」ともいう。)に電気的に接続され、他方は、ノード3436に電気的に接続され
る。また、液晶素子3432の一対の電極の他方はノード3436に電気的に接続される
。なお、容量線CLの電位の値は、画素回路3137の仕様に応じて適宜設定される。容
量素子3233は、ノード3436に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機
能を有する。
One of a pair of electrodes of the capacitor 3233 is electrically connected to a wiring to which a specific potential is supplied (hereinafter also referred to as a “capacitance line CL”), and the other is electrically connected to a node 3436. .. The other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 3432 is electrically connected to the node 3436. Note that the potential value of the capacitor line CL is set as appropriate in accordance with the specifications of the pixel circuit 3137. The capacitor 3233 has a function as a storage capacitor which holds data written in the node 3436.

ここで、図48(C)の画素回路3137を有する表示装置の動作例について説明して
おく。まず、回路3132によりにより各行の画素回路3137を順次選択し、トランジ
スタ3431をオン状態にしてノード3436にデータ信号を書き込む。
Here, an operation example of a display device including the pixel circuit 3137 in FIG. 48C is described. First, the pixel circuit 3137 in each row is sequentially selected by the circuit 3132, the transistor 3431 is turned on, and a data signal is written to the node 3436.

次に、トランジスタ3431をオフ状態としてノード3436に書き込まれたデータ信
号を保持する。ノード3436に書き込まれたデータ信号に応じて、液晶素子3432の
透過光量が決まる。これを行毎に順次行うことにより、表示領域3131に画像を表示で
きる。
Next, the transistor 3431 is turned off and the data signal written to the node 3436 is held. The amount of transmitted light of the liquid crystal element 3432 is determined according to the data signal written in the node 3436. By sequentially performing this for each row, an image can be displayed in the display area 3131.

<表示装置の構成例>
上記実施の形態に示したトランジスタを用いて、トランジスタを含む駆動回路の一部ま
たは全体を画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができ
る。上記実施の形態に示したトランジスタを用いることが可能な表示装置の構成例につい
て、図50および図51を用いて説明する。
<Example of display device configuration>
By using the transistor described in any of the above embodiments, part or the whole of a driver circuit including the transistor can be formed over the same substrate as the pixel portion, whereby a system-on-panel can be formed. A structural example of a display device in which the transistor described in any of the above embodiments can be used will be described with reference to FIGS.

〔液晶表示装置とEL表示装置〕
表示装置の一例として、液晶素子を用いた表示装置およびEL素子を用いた表示装置に
ついて説明する。図50(A)において、第1の基板4001上に設けられた画素部40
02を囲むようにして、シール材4005が設けられ、第2の基板4006によって封止
されている。図50(A)においては、第1の基板4001上のシール材4005によっ
て囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は多結晶
半導体で形成された信号線駆動回路4003、及び走査線駆動回路4004が実装されて
いる。また、信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004、または画素部4002
に与えられる各種信号及び電位は、FPC(Flexible printed cir
cuit)4018a、FPC4018bから供給されている。
[Liquid crystal display device and EL display device]
As an example of the display device, a display device using a liquid crystal element and a display device using an EL element will be described. In FIG. 50A, the pixel portion 40 provided over the first substrate 4001.
A sealing material 4005 is provided so as to surround 02 and is sealed with a second substrate 4006. In FIG. 50A, a signal line formed using a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor over a separately prepared substrate in a region different from a region surrounded by the sealant 4005 over the first substrate 4001. A driver circuit 4003 and a scan line driver circuit 4004 are mounted. In addition, the signal line driver circuit 4003, the scan line driver circuit 4004, or the pixel portion 4002.
Various signals and potentials applied to the FPC (Flexible printed circuit) are
CUTE) 4018a and FPC 4018b.

図50(B)及び図50(C)において、第1の基板4001上に設けられた画素部4
002と、走査線駆動回路4004とを囲むようにして、シール材4005が設けられて
いる。また画素部4002と、走査線駆動回路4004の上に第2の基板4006が設け
られている。よって画素部4002と、走査線駆動回路4004とは、第1の基板400
1とシール材4005と第2の基板4006とによって、表示素子と共に封止されている
。図50(B)及び図50(C)においては、第1の基板4001上のシール材4005
によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体又は
多結晶半導体で形成された信号線駆動回路4003が実装されている。図50(B)及び
図50(C)においては、信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004、または画
素部4002に与えられる各種信号及び電位は、FPC4018から供給されている。
50B and 50C, the pixel portion 4 provided over the first substrate 4001.
A sealing material 4005 is provided so as to surround 002 and the scan line driver circuit 4004. A second substrate 4006 is provided over the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004. Therefore, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 are included in the first substrate 400.
The display element and the display element 400 are sealed by the sealing material 400, the sealing material 4005, and the second substrate 4006. In FIGS. 50B and 50C, the sealant 4005 over the first substrate 4001 is used.
A signal line driver circuit 4003 formed of a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor is mounted over a separately prepared substrate in a region different from a region surrounded by. 50B and 50C, various signals and potentials are supplied to the signal line driver circuit 4003, the scan line driver circuit 4004, or the pixel portion 4002 from the FPC 4018.

また図50(B)及び図50(C)においては、信号線駆動回路4003を別途形成し
、第1の基板4001に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査
線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回
路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
50B and 50C show an example in which the signal line driver circuit 4003 is formed separately and mounted on the first substrate 4001; however, the invention is not limited to this structure. The scan line driver circuit may be separately formed and then mounted, or only part of the signal line driver circuit or part of the scan line driver circuit may be separately formed and then mounted.

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボン
ディング、COG(Chip On Glass)、TCP(Tape Carrier
Package)、COF(Chip On Film)などを用いることができる。
図50(A)は、COGにより信号線駆動回路4003、走査線駆動回路4004を実装
する例であり、図50(B)は、COGにより信号線駆動回路4003を実装する例であ
り、図50(C)は、TCPにより信号線駆動回路4003を実装する例である。
The connection method of the drive circuit formed separately is not particularly limited, and wire bonding, COG (Chip On Glass), TCP (Tape Carrier) may be used.
Package), COF (Chip On Film), or the like can be used.
50A shows an example of mounting the signal line driver circuit 4003 and the scan line driver circuit 4004 by COG, and FIG. 50B shows an example of mounting the signal line driver circuit 4003 by COG. (C) is an example of mounting the signal line driver circuit 4003 by TCP.

また、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等を実装した状態にあるモジュールとを含む場合がある。
In addition, the display device may include a panel in which a display element is sealed and a module in which an IC or the like including a controller is mounted on the panel.

また第1の基板上に設けられた画素部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有し
ており、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。
In addition, the pixel portion and the scan line driver circuit provided over the first substrate include a plurality of transistors, and the transistor described in any of the above embodiments can be applied.

図51(A)及び図51(B)は、図50(B)中でN1−N2の鎖線で示した部位の
断面構成を示す断面図である。図51(A)及び図51(B)に示す表示装置は電極40
15を有しており、電極4015はFPC4018が有する端子と異方性導電層4019
を介して、電気的に接続されている。また、電極4015は、絶縁層4112、絶縁層4
111、および絶縁層4110に形成された開口において配線4014と電気的に接続さ
れている。
51A and 51B are cross-sectional views each illustrating a cross-sectional structure of a portion indicated by dashed line N1-N2 in FIG. 50B. The display device shown in FIGS. 51A and 51B has an electrode 40.
15, the electrode 4015 includes an anisotropic conductive layer 4019 and a terminal included in the FPC 4018.
Is electrically connected via. In addition, the electrode 4015 includes an insulating layer 4112 and an insulating layer 4
111 and the wiring 4014 in the openings formed in the insulating layer 4110.

電極4015は、第1の電極層4030と同じ導電層から形成され、配線4014は、
トランジスタ4010、およびトランジスタ4011のソース電極およびドレイン電極と
同じ導電層で形成されている。
The electrode 4015 is formed of the same conductive layer as the first electrode layer 4030, and the wiring 4014 is
The source electrode and the drain electrode of the transistor 4010 and the transistor 4011 are formed using the same conductive layer.

また第1の基板4001上に設けられた画素部4002と走査線駆動回路4004は、
トランジスタを複数有しており、図51(A)及び図51(B)では、画素部4002に
含まれるトランジスタ4010と、走査線駆動回路4004に含まれるトランジスタ40
11とを例示している。図51(A)では、トランジスタ4010およびトランジスタ4
011上に、絶縁層4112、絶縁層4111、および絶縁層4110が設けられ、図5
1(B)では、絶縁層4112の上に隔壁4510が形成されている。
In addition, the pixel portion 4002 and the scan line driver circuit 4004 which are provided over the first substrate 4001 are
51A and 51B, the transistor 4010 included in the pixel portion 4002 and the transistor 40 included in the scan line driver circuit 4004 are included.
11 and 11 are illustrated. In FIG. 51A, the transistor 4010 and the transistor 4
An insulating layer 4112, an insulating layer 4111, and an insulating layer 4110 are provided over 011.
In 1B, the partition 4510 is formed over the insulating layer 4112.

また、トランジスタ4010およびトランジスタ4011は、絶縁層4102上に設け
られている。また、トランジスタ4010およびトランジスタ4011は、絶縁層410
2上に形成された電極4017を有し、電極4017上に絶縁層4103が形成されてい
る。
電極4017はバックゲート電極として機能することができる。
The transistors 4010 and 4011 are provided over the insulating layer 4102. In addition, the transistor 4010 and the transistor 4011 are included in the insulating layer 410.
2 has an electrode 4017 formed over it, and an insulating layer 4103 is formed over the electrode 4017.
The electrode 4017 can function as a back gate electrode.

トランジスタ4010およびトランジスタ4011は、上記実施の形態で示したトラン
ジスタを用いることができる。上記実施の形態で例示したトランジスタは、電気特性変動
が抑制されており、電気的に安定である。よって、図51(A)及び図51(B)で示す
本実施の形態の表示装置を信頼性の高い表示装置とすることができる。
As the transistor 4010 and the transistor 4011, the transistor described in any of the above embodiments can be used. The transistors illustrated in the above embodiments have electrical characteristics that are suppressed from variation and are electrically stable. Therefore, the display device of this embodiment shown in FIGS. 51A and 51B can be a highly reliable display device.

なお、図51(A)および図51(B)では、トランジスタ4010およびトランジス
タ4011として、上記実施の形態に示したトランジスタ160と同様の構造を有するト
ランジスタを用いる場合について例示している。
Note that in FIGS. 51A and 51B, the case where a transistor having a structure similar to that of the transistor 160 described in the above embodiment is used as the transistor 4010 and the transistor 4011 is illustrated.

また、図51(A)および図51(B)に示す表示装置は、容量素子4020を有する
。容量素子4020は、トランジスタ4010のソース電極またはドレイン電極の一方の
一部と、電極4021が絶縁層4103を介して重なる領域を有する。電極4021は、
電極4017と同じ導電層で形成されている。
The display device illustrated in FIGS. 51A and 51B includes a capacitor 4020. The capacitor 4020 has a region where the electrode 4021 overlaps with part of one of a source electrode and a drain electrode of the transistor 4010 with the insulating layer 4103 provided therebetween. The electrode 4021 is
It is formed of the same conductive layer as the electrode 4017.

一般に、表示装置に設けられる容量素子の容量は、画素部に配置されるトランジスタの
リーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。容量素子
の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
Generally, the capacitance of a capacitor provided in a display device is set in consideration of leakage current of a transistor provided in a pixel portion or the like so that charge can be held for a predetermined period. The capacitance of the capacitor may be set in consideration of off-state current of the transistor and the like.

例えば、液晶表示装置の画素部にOSトランジスタを用いることにより、容量素子の容
量を、液晶容量に対して1/3以下、もしくは1/5以下とすることができる。OSトラ
ンジスタを用いることにより、容量素子の形成を省略することもできる。
For example, by using an OS transistor in the pixel portion of the liquid crystal display device, the capacitance of the capacitor can be set to 1/3 or less, or 1/5 or less of the liquid crystal capacitance. By using the OS transistor, the formation of the capacitor can be omitted.

画素部4002に設けられたトランジスタ4010は表示素子と電気的に接続する。図
51(A)は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図51(A
)において、表示素子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層
4031、及び液晶層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜と
して機能する絶縁層4032、絶縁層4033が設けられている。第2の電極層4031
は第2の基板4006側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031は液
晶層4008を介して重畳する。
The transistor 4010 provided in the pixel portion 4002 is electrically connected to a display element. FIG. 51A illustrates an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element as a display element. Figure 51 (A
), a liquid crystal element 4013 which is a display element includes a first electrode layer 4030, a second electrode layer 4031, and a liquid crystal layer 4008. Note that an insulating layer 4032 and an insulating layer 4033 which function as alignment films are provided so as to sandwich the liquid crystal layer 4008. Second electrode layer 4031
Is provided on the second substrate 4006 side, and the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 overlap with each other with the liquid crystal layer 4008 interposed therebetween.

またスペーサ4035は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペー
サであり、第1の電極層4030と第2の電極層4031との間隔(セルギャップ)を制
御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
The spacer 4035 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating layer, and is provided to control the distance (cell gap) between the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031. There is. A spherical spacer may be used.

表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子
液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これ
らの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カ
イラルネマチック相、等方相等を示す。
When a liquid crystal element is used as the display element, thermotropic liquid crystal, low molecular weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersed liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used. These liquid crystal materials show a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc. depending on the conditions.

また、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つ
であり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する
直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改
善するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる
。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が1msec以下と
短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向
膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起
こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減
することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
Alternatively, liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is unnecessary may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase when the temperature of the cholesteric liquid crystal is raised. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition containing 5% by weight or more of a chiral agent is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response time of 1 msec or less, is optically isotropic, does not require alignment treatment, and has small viewing angle dependence. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, rubbing treatment is not necessary, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing treatment can be prevented and defects or damage of the liquid crystal display device during a manufacturing process can be reduced. .. Therefore, it is possible to improve the productivity of the liquid crystal display device.

また、画素(ピクセル)をいくつかの領域(サブピクセル)に分け、それぞれ別の方向
に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれ
る方法を用いることができる。
Further, a method called multi-domain formation or multi-domain design in which a pixel (pixel) is divided into several regions (sub-pixels) and molecules are tilted in different directions can be used.

また、液晶材料の固有抵抗は、1×10Ω・cm以上であり、好ましくは1×10
Ω・cm以上であり、さらに好ましくは1×1012Ω・cm以上である。なお、本明
細書における固有抵抗の値は、20℃で測定した値とする。
Further, the specific resistance of the liquid crystal material is 1×10 9 Ω·cm or more, and preferably 1×10 1
It is 1 Ω·cm or more, more preferably 1×10 12 Ω·cm or more. In addition, the value of specific resistance in this specification shall be the value measured at 20 degreeC.

本実施の形態で用いるOSトランジスタは、オフ状態における電流値(オフ電流値)を
低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ
、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を
少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
The OS transistor used in this embodiment can have a low current value in the off state (off current value). Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be extended and the writing interval can be set long in the power-on state. Therefore, the frequency of refresh operations can be reduced, which leads to an effect of suppressing power consumption.

また、OSトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可
能である。よって、表示装置の画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像
を提供することができる。また、同一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製
することが可能となるため、表示装置の部品点数を削減することができる。
Further, since the OS transistor can obtain a relatively high field effect mobility, it can be driven at high speed. Therefore, by using the above transistor in the pixel portion of the display device, a high-quality image can be provided. In addition, since the driver circuit portion or the pixel portion can be separately formed over the same substrate, the number of components of the display device can be reduced.

また、表示装置において、ブラックマトリクス(遮光層)、偏光部材、位相差部材、反
射防止部材などの光学部材(光学基板)などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び
位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライト
などを用いてもよい。
Further, in the display device, an optical member (optical substrate) such as a black matrix (light-shielding layer), a polarizing member, a retardation member, and an antireflection member may be appropriately provided. For example, circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Further, a backlight, a sidelight, or the like may be used as the light source.

また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光
素子を適用することができる。エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子は、発光材
料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機
EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
Further, a light emitting element utilizing electroluminescence can be applied as a display element included in the display device. A light-emitting element utilizing electroluminescence is distinguished depending on whether a light-emitting material is an organic compound or an inorganic compound. Generally, the former is called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element.

有機EL素子は、発光素子に電圧を印加することにより、一対の電極から電子および正
孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、電流が流れる。そして、それらキ
ャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形
成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このよ
うな発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
In the organic EL element, when a voltage is applied to the light emitting element, electrons and holes are injected from a pair of electrodes into a layer containing a light emitting organic compound, and a current flows. When the carriers (electrons and holes) are recombined, the light-emitting organic compound forms an excited state and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light emitting element is called a current excitation type light emitting element.

無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに
分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を
有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−
アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み
、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を
利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明
する。
The inorganic EL element is classified into a dispersion type inorganic EL element and a thin film type inorganic EL element depending on the element structure. The dispersion-type inorganic EL element has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, and the light-emission mechanism is a donor-type utilizing a donor level and an acceptor level.
It is an acceptor recombination type light emission. The thin film type inorganic EL device has a structure in which a light emitting layer is sandwiched by dielectric layers and further sandwiched by electrodes, and the light emission mechanism is localized type light emission utilizing the core electron transition of metal ions. Note that, here, an organic EL element is used as a light emitting element for description.

発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そ
して、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、当該基板とは逆側の面から発光を取
り出す上面射出(トップエミッション)構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出
(ボトムエミッション)構造や、両面から発光を取り出す両面射出(デュアルエミッショ
ン)構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
In the light emitting element, at least one of the pair of electrodes is transparent in order to extract light emission. Then, a transistor and a light emitting element are formed over a substrate, and a top emission (top emission) structure in which light is emitted from a surface opposite to the substrate, or a bottom emission (bottom emission) structure in which light is emitted from a surface on the substrate side, There is a light emitting element with a dual emission (dual emission) structure in which light is emitted from both sides, and any light emitting element with an emission structure can be applied.

図51(B)は、表示素子として発光素子を用いた発光表示装置(「EL表示装置」と
もいう。)の一例である。表示素子である発光素子4513は、画素部4002に設けら
れたトランジスタ4010と電気的に接続している。なお発光素子4513の構成は、第
1の電極層4030、発光層4511、第2の電極層4031の積層構造であるが、この
構成に限定されない。発光素子4513から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子
4513の構成は適宜変えることができる。
FIG. 51B illustrates an example of a light-emitting display device (also referred to as an “EL display device”) using a light-emitting element as a display element. The light emitting element 4513 which is a display element is electrically connected to the transistor 4010 provided in the pixel portion 4002. Note that the light-emitting element 4513 has a stacked-layer structure of the first electrode layer 4030, the light-emitting layer 4511, and the second electrode layer 4031, but is not limited to this structure. The structure of the light emitting element 4513 can be changed as appropriate in accordance with the direction of light extracted from the light emitting element 4513, or the like.

隔壁4510は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹
脂材料を用い、第1の電極層4030上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した
曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
The partition 4510 is formed using an organic insulating material or an inorganic insulating material. It is particularly preferable to use a photosensitive resin material and form an opening over the first electrode layer 4030 so that the side surface of the opening is an inclined surface with a continuous curvature.

発光層4511は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成さ
れていてもどちらでも良い。
The light emitting layer 4511 may be formed of a single layer or a plurality of layers stacked.

発光素子4513に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2の電極
層4031および隔壁4510上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリ
コン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム
、窒化酸化アルミニウム、DLC(Diamond Like Carbon)などを形
成することができる。また、第1の基板4001、第2の基板4006、及びシール材4
005によって封止された空間には充填材4514が設けられ密封されている。このよう
に、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフ
ィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好
ましい。
A protective layer may be formed over the second electrode layer 4031 and the partition 4510 so that oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, and the like do not enter the light-emitting element 4513. As the protective layer, silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, DLC (Diamond Like Carbon), or the like can be formed. In addition, the first substrate 4001, the second substrate 4006, and the sealant 4
A filling material 4514 is provided and sealed in the space sealed by 005. In this way, it is preferable to package (enclose) a protective film (a laminated film, an ultraviolet curable resin film or the like) or a cover material that has high airtightness and little degassing so as not to be exposed to the outside air.

充填材4514としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂ま
たは熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル樹脂、
ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)またはEV
A(エチレンビニルアセテート)を用いることができる。例えば充填材として窒素を用い
ればよい。
As the filler 4514, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used in addition to an inert gas such as nitrogen or argon. PVC (polyvinyl chloride), acrylic resin,
Polyimide, epoxy resin, silicone resin, PVB (polyvinyl butyral) or EV
A (ethylene vinyl acetate) can be used. For example, nitrogen may be used as the filler.

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)
、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けても
よい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸によ
り反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
If necessary, a polarizing plate or a circular polarizing plate (including an elliptically polarizing plate) on the emission surface of the light emitting element.
An optical film such as a retardation plate (λ/4 plate or λ/2 plate) or a color filter may be appropriately provided. Further, an antireflection film may be provided on the polarizing plate or the circularly polarizing plate. For example, it is possible to perform anti-glare processing that can reduce reflected glare by diffusing reflected light due to surface irregularities.

表示素子に電圧を印加する第1の電極層及び第2の電極層(画素電極層、共通電極層、
対向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及
び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
A first electrode layer and a second electrode layer (pixel electrode layer, common electrode layer,
(Also referred to as a counter electrode layer), the translucency and the reflectivity may be selected depending on the direction of light to be extracted, the place where the electrode layer is provided, and the pattern structure of the electrode layer.

第1の電極層4030、第2の電極層4031は、酸化タングステンを含むインジウム
酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸
化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化
物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いる
ことができる。
The first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 are formed of indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide, and indium containing titanium oxide. A light-transmitting conductive material such as tin oxide, indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used.

また、第1の電極層4030、第2の電極層4031はタングステン(W)、モリブデ
ン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(
Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チ
タン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)などの金
属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができ
る。
The first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 are formed of tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (
Nb), tantalum (Ta), chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag), and other metals. , Or an alloy thereof, or a metal nitride thereof, and can be formed using one or more kinds.

また、第1の電極層4030、第2の電極層4031として、導電性高分子(導電性ポ
リマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子とし
ては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン
またはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、
若しくはその誘導体などがあげられる。
Alternatively, the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 can be formed using a conductive composition containing a conductive high molecule (also referred to as a conductive polymer). As the conductive high molecule, a so-called π-electron conjugated conductive high molecule can be used. For example, polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof,
Alternatively, a derivative thereof or the like can be given.

また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回
路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
Further, since the transistor is easily damaged by static electricity or the like, it is preferable to provide a protection circuit for protecting the driving circuit. It is preferable that the protection circuit includes a non-linear element.

上記実施の形態で示したトランジスタを用いることで、信頼性のよい表示装置を提供す
ることができる。また、上記実施の形態で示したトランジスタを用いることで、高精細化
や、大面積化が可能で、表示品質の良い表示装置を提供することができる。また、消費電
力が低減された表示装置を提供することができる。
By using the transistor described in any of the above embodiments, a highly reliable display device can be provided. Further, by using the transistor described in any of the above embodiments, a display device with high display quality and high resolution can be provided with high definition. In addition, a display device with reduced power consumption can be provided.

〔表示モジュール〕
上述したトランジスタを使用した半導体装置の一例として、表示モジュールについて説
明する。図52に示す表示モジュール6000は、上部カバー6001と下部カバー60
02との間に、FPC6003に接続されたタッチセンサ6004、FPC6005に接
続された表示パネル6006、バックライトユニット6007、フレーム6009、プリ
ント基板6010、バッテリ6011を有する。なお、バックライトユニット6007、
バッテリ6011、タッチセンサ6004などは、設けられない場合もある。
[Display module]
A display module will be described as an example of a semiconductor device using the above transistor. The display module 6000 shown in FIG. 52 includes an upper cover 6001 and a lower cover 60.
02, a touch sensor 6004 connected to the FPC 6003, a display panel 6006 connected to the FPC 6005, a backlight unit 6007, a frame 6009, a printed board 6010, and a battery 6011. The backlight unit 6007,
The battery 6011, the touch sensor 6004, and the like may not be provided.

本発明の一態様の半導体装置は、例えば、タッチセンサ6004、表示パネル6006
、プリント基板6010に実装された集積回路などに用いることができる。例えば、表示
パネル6006に前述した表示装置を用いることができる。
For example, the semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a touch sensor 6004 and a display panel 6006.
It can be used for an integrated circuit mounted on the printed circuit board 6010. For example, the display device described above can be used for the display panel 6006.

上部カバー6001および下部カバー6002は、タッチセンサ6004や表示パネル
6006などのサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
The shape and size of the upper cover 6001 and the lower cover 6002 can be changed as appropriate in accordance with the size of the touch sensor 6004, the display panel 6006, or the like.

タッチセンサ6004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを表示パネル
6006に重畳して用いることができる。表示パネル6006にタッチセンサの機能を付
加することも可能である。例えば、表示パネル6006の各画素内にタッチセンサ用電極
を設け、静電容量方式のタッチパネル機能を付加することなども可能である。または、表
示パネル6006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチセンサの機能を付加する
ことなども可能である。
As the touch sensor 6004, a resistance film type or a capacitance type touch sensor can be used by being superimposed on the display panel 6006. It is also possible to add a touch sensor function to the display panel 6006. For example, a touch sensor electrode may be provided in each pixel of the display panel 6006 to add a touch panel function of a capacitance method. Alternatively, an optical sensor may be provided in each pixel of the display panel 6006 to add the function of an optical touch sensor.

バックライトユニット6007は、光源6008を有する。光源6008をバックライ
トユニット6007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。また、表示パネ
ル6006に発光表示装置などを用いる場合は、バックライトユニット6007を省略す
ることができる。
The backlight unit 6007 has a light source 6008. The light source 6008 may be provided at the end of the backlight unit 6007 and a light diffusion plate may be used. When a light emitting display device or the like is used for the display panel 6006, the backlight unit 6007 can be omitted.

フレーム6009は、表示パネル6006の保護機能の他、プリント基板6010側か
ら発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。また、フレーム
6009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
The frame 6009 has a function of protecting the display panel 6006 and a function of an electromagnetic shield for blocking an electromagnetic wave generated from the printed circuit board 6010 side. Further, the frame 6009 may have a function as a heat dissipation plate.

プリント基板6010は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための
信号処理回路などを有する。電源回路に電力を供給する電源としては、バッテリ6011
であってもよいし、商用電源であってもよい。なお、電源として商用電源を用いる場合に
は、バッテリ6011を省略することができる。
The printed circuit board 6010 has a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal, and the like. A battery 6011 is used as a power source for supplying power to the power circuit.
Or a commercial power source. When a commercial power source is used as the power source, the battery 6011 can be omitted.

また、表示モジュール6000に、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追
加して設けてもよい。
Further, members such as a polarizing plate, a retardation plate and a prism sheet may be added to the display module 6000.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせ
ることができる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments and examples in this specification as appropriate.

〔RFタグ〕
上述したトランジスタを使用した半導体装置の一例として、RFタグについて説明する
[RF tag]
An RF tag will be described as an example of a semiconductor device including the above transistor.

本発明の一態様に係るRFタグは、内部に記憶回路(記憶装置)を有し、記憶回路に情
報を記憶し、非接触手段、例えば無線通信を用いて外部と情報の授受を行うものである。
このような特徴から、RFタグは、物品などの個体情報を読み取ることにより物品の識別
を行う個体認証システムなどに用いることが可能である。なお、これらの用途に用いるた
めには高い信頼性が要求される。
An RF tag according to one embodiment of the present invention has a memory circuit (memory device) inside, stores information in the memory circuit, and exchanges information with the outside using a non-contact means such as wireless communication. is there.
Due to such characteristics, the RF tag can be used in an individual authentication system or the like for identifying an item by reading individual information of the item or the like. Note that high reliability is required for use in these applications.

RFタグの構成について図53を用いて説明する。図53は、RFタグの構成例を示す
ブロック図である。
The structure of the RF tag will be described with reference to FIG. FIG. 53 is a block diagram showing a configuration example of an RF tag.

図53に示すようにRFタグ800は、通信器801(質問器、リーダ/ライタなどと
もいう)に接続されたアンテナ802から送信される無線信号803を受信するアンテナ
804を有する。通信器801に上述したトランジスタを用いてもよい。またRFタグ8
00は、整流回路805、定電圧回路806、復調回路807、変調回路808、論理回
路809、記憶回路810、ROM811を有している。なお、復調回路807に含まれ
る整流作用を示すトランジスタの半導体には、逆方向電流を十分に抑制することが可能な
、例えば、酸化物半導体を用いてもよい。これにより、逆方向電流に起因する整流作用の
低下を抑制し、復調回路の出力が飽和することを防止できる。つまり、復調回路の入力に
対する復調回路の出力を線形に近づけることができる。なお、データの伝送形式は、一対
のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって
交信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の3つに大別される。RFタグ
800は、そのいずれの方式に用いることも可能である。
As shown in FIG. 53, the RF tag 800 includes an antenna 804 that receives a wireless signal 803 transmitted from an antenna 802 connected to a communication device 801 (also referred to as an interrogator, a reader/writer, or the like). The above-described transistor may be used for the communication device 801. Also RF tag 8
00 includes a rectifier circuit 805, a constant voltage circuit 806, a demodulation circuit 807, a modulation circuit 808, a logic circuit 809, a memory circuit 810, and a ROM 811. Note that as a semiconductor of a transistor which has a rectifying function and is included in the demodulation circuit 807, an oxide semiconductor which can sufficiently suppress reverse current may be used, for example. As a result, it is possible to suppress a decrease in the rectification action due to the reverse current and prevent the output of the demodulation circuit from being saturated. That is, the output of the demodulation circuit with respect to the input of the demodulation circuit can be made close to linear. There are three main data transmission formats: an electromagnetic coupling method in which a pair of coils are arranged opposite to each other to perform communication by mutual induction, an electromagnetic induction method in which communication is performed by an induction electromagnetic field, and a radio wave method in which radio waves are used for communication. Be separated. The RF tag 800 can be used in any of the methods.

次に各回路の構成について説明する。アンテナ804は、通信器801に接続されたア
ンテナ802との間で無線信号803の送受信を行うためのものである。また、整流回路
805は、アンテナ804で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整
流、例えば、半波2倍圧整流し、後段の容量素子により、整流された信号を平滑化するこ
とで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路805の入力側または出力側
には、リミッタ回路を有してもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が大きく、
内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないように制御
するための回路である。
Next, the configuration of each circuit will be described. The antenna 804 is for transmitting and receiving a radio signal 803 to and from the antenna 802 connected to the communication device 801. In addition, the rectifier circuit 805 rectifies an input AC signal generated by receiving a wireless signal at the antenna 804, for example, rectifies half-wave double voltage, and smoothes the rectified signal by a capacitive element in the subsequent stage. This is a circuit for generating an input potential. Note that a limiter circuit may be provided on the input side or the output side of the rectifier circuit 805. With a limiter circuit, the amplitude of the input AC signal is large,
It is a circuit for controlling so that electric power equal to or higher than a certain electric power is not input to the circuit in the subsequent stage when the internally generated voltage is large.

定電圧回路806は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するため
の回路である。なお、定電圧回路806は、内部にリセット信号生成回路を有していても
よい。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、論理回路8
09のリセット信号を生成するための回路である。
The constant voltage circuit 806 is a circuit for generating a stable power supply voltage from an input potential and supplying it to each circuit. Note that the constant voltage circuit 806 may have a reset signal generation circuit inside. The reset signal generation circuit uses the stable rise of the power supply voltage to make the logic circuit 8
This is a circuit for generating a reset signal of 09.

復調回路807は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成
するための回路である。また、変調回路808は、アンテナ804より出力するデータに
応じて変調をおこなうための回路である。
The demodulation circuit 807 is a circuit for demodulating the input AC signal by envelope detection and generating a demodulated signal. The modulation circuit 808 is a circuit for performing modulation according to the data output from the antenna 804.

論理回路809は復調信号を解析し、処理を行うための回路である。記憶回路810は
、入力された情報を保持する回路であり、ロウデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域など
を有する。また、ROM811は、固有番号(ID)などを格納し、処理に応じて出力を
行うための回路である。
The logic circuit 809 is a circuit for analyzing the demodulated signal and performing processing. The memory circuit 810 is a circuit which holds input information and includes a row decoder, a column decoder, a memory area, and the like. Further, the ROM 811 is a circuit for storing a unique number (ID) and the like and outputting it according to processing.

なお、上述の各回路は、適宜、取捨することができる。 Note that the above circuits can be appropriately discarded.

記憶回路810に上述した記憶装置を用いることができる。本発明の一態様に係る記憶
装置は、電源が遮断された状態であっても情報を保持できるため、RFタグに好適である
。さらに本発明の一態様に係る記憶装置は、データの書き込みに必要な電力(電圧)が従
来の不揮発性メモリに比べて低いため、データの読み出し時と書込み時の最大通信距離の
差を生じさせないことも可能である。さらに、データの書き込み時に電力が不足し、誤動
作または誤書込みが生じることを抑制することができる。
The memory device described above can be used for the memory circuit 810. The storage device according to one embodiment of the present invention can hold information even when power is off, and thus is suitable for an RF tag. Further, in the memory device according to one embodiment of the present invention, power (voltage) required for writing data is lower than that of a conventional nonvolatile memory; therefore, a difference in maximum communication distance between data reading and data writing does not occur. It is also possible. Further, it is possible to suppress the occurrence of malfunction or erroneous writing due to insufficient power when writing data.

また、本発明の一態様に係る記憶装置は、不揮発性メモリとして用いることが可能であ
るため、ROM811に適用することもできる。その場合には、生産者がROM811に
データを書き込むためのコマンドを別途用意し、ユーザが自由に書き換えできないように
しておくことが好ましい。生産者が出荷前に固有番号を書込んだのちに製品を出荷するこ
とで、作製したRFタグすべてについて固有番号を付与するのではなく、出荷する良品に
のみ固有番号を割り当てることが可能となり、出荷後の製品の固有番号が不連続になるこ
とがなく出荷後の製品に対応した顧客管理が容易となる。
The memory device according to one embodiment of the present invention can be used as a nonvolatile memory and thus can be applied to the ROM 811. In this case, it is preferable that the producer separately prepares a command for writing data in the ROM 811, so that the user cannot freely rewrite the command. By shipping the product after the manufacturer writes the unique number before shipping, it is possible to assign the unique number only to the good product to be shipped, instead of assigning the unique number to all the manufactured RF tags, The unique numbers of the products after shipping do not become discontinuous, and the customer management corresponding to the products after shipping becomes easy.

本発明の一態様に係るRFタグの使用例について図54を用いて説明する。RFタグの
用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券、運転免許証や住民
票などの証書(図54(A)参照。)、DVDソフトやビデオテープなどの記録媒体(図
54(B)参照。)、皿やコップや瓶などの容器(図54(C)参照。)、包装紙や箱や
リボンなどの包装用品、自転車などの移動体(図54(D)参照。)、鞄や眼鏡などの身
の回り品、植物、動物、人体、衣類、生活用品、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機
器(例えば、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話。)など
の物品、もしくは各物品に取り付ける荷札(図54(E)および図54(F)参照。)な
どに設けて使用することができる。
An example of using the RF tag according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Although the RF tag has a wide range of uses, for example, bills, coins, securities, bearer bonds, certificates such as driver's licenses and resident cards (see FIG. 54A), recording media such as DVD software and video tape ( 54B.), containers such as plates, cups, and bottles (see FIG. 54C), packaging items such as wrapping paper, boxes, ribbons, and moving bodies such as bicycles (see FIG. 54D). .), personal belongings such as bags and glasses, plants, animals, human bodies, clothing, daily necessities, medical products including drugs and medicines, or electronic devices (for example, liquid crystal display devices, EL display devices, television devices, or mobile phones). It can be used by being provided on an article such as a telephone) or a tag attached to each article (see FIGS. 54E and 54F).

本発明の一態様に係るRFタグ800は、表面に貼る、または埋め込むことにより、物
品に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれ
ば当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るRFタグ
800は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザイ
ン性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券、または証書などに
本発明の一態様に係るRFタグ800により、認証機能を付与することができ、この認証
機能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器、記録媒体、身の回
り品、衣類、生活用品、または電子機器などに本発明の一態様に係るRFタグ800を取
り付けることにより、検品システムなどのシステムの効率化を図ることができる。また、
移動体に本発明の一態様に係るRFタグ800を取り付けることにより、盗難などに対す
るセキュリティ性を高めることができる。以上のように、本発明の一態様に係るRFタグ
800は、上述したような各用途に用いることができる。
The RF tag 800 according to one embodiment of the present invention is fixed to an article by being attached to the surface or embedded. For example, a book is embedded in a paper, and a package made of an organic resin is embedded in the organic resin and fixed to each article. Since the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention achieves small size, thinness, and lightness, the design of the article itself is not damaged even after being fixed to the article. Further, a bill, a coin, a securities, a bearer bond, a certificate, or the like can be provided with an authentication function by the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention. By utilizing this authentication function, forgery can be prevented. You can Further, by attaching the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention to a packaging container, a recording medium, personal belongings, clothes, household goods, an electronic device, or the like, efficiency of a system such as an inspection system can be achieved. .. Also,
By attaching the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention to a moving object, security against theft or the like can be improved. As described above, the RF tag 800 according to one embodiment of the present invention can be used for each application as described above.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可
能である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態5)
<リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージ>
図55(A)に、リードフレーム型のインターポーザを用いたパッケージの断面構造を
表す斜視図を示す。図55(A)に示すパッケージは、本発明の一態様に係る半導体装置
に相当するチップ551が、ワイヤボンディング法により、インターポーザ550上の端
子552と接続されている。端子552は、インターポーザ550のチップ551がマウ
ントされている面上に配置されている。そしてチップ551はモールド樹脂553によっ
て封止されていてもよいが、各端子552の一部が露出した状態で封止されるようにする
(Embodiment 5)
<Package using a lead frame type interposer>
FIG. 55A is a perspective view showing a cross-sectional structure of a package using a lead frame type interposer. In the package illustrated in FIG. 55A, a chip 551 corresponding to a semiconductor device of one embodiment of the present invention is connected to a terminal 552 over an interposer 550 by a wire bonding method. The terminal 552 is arranged on the surface of the interposer 550 on which the chip 551 is mounted. Although the chip 551 may be sealed with the mold resin 553, the chip 551 is sealed with a part of each terminal 552 exposed.

パッケージが回路基板に実装されている電子機器の構成例を、図55(B)に示す。図
55(B)に示す電子機器は、例えば携帯電話などに搭載される。図55(B)に示す電
子機器は、プリント配線基板561に、パッケージ562と、バッテリ564とが実装さ
れている。また、表示素子が設けられたパネル560に、プリント配線基板561がFP
C563によって実装されている。
FIG. 55B illustrates a structural example of an electronic device in which a package is mounted on a circuit board. The electronic device illustrated in FIG. 55B is mounted in, for example, a mobile phone. In the electronic device illustrated in FIG. 55B, a package 562 and a battery 564 are mounted on a printed wiring board 561. Further, the printed wiring board 561 is mounted on the panel 560 provided with the display element by the FP.
It is implemented by C563.

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせ
ることができる。
Note that this embodiment can be combined with any of the other embodiments and examples in this specification as appropriate.

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の一例について
説明する。
(Embodiment 6)
In this embodiment, examples of electronic devices each including the semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described.

本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装
置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサ、DVD(Digital Versatile Disc)などの記録媒体に記憶
された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルCDプレーヤ、ラジオ、テー
プレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子
機、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲ
ーム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機
、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の
高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、
エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類
乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、DNA保存用冷凍庫、
懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。
さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット
、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が
挙げられる。また、燃料を用いたエンジンや、蓄電体からの電力を用いて電動機により推
進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば
、電気自動車(EV)、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車(HEV)、プラ
グインハイブリッド車(PHEV)、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、
電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、
小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や
惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。
As an electronic device including the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a display device such as a television or a monitor, a lighting device, a desktop or notebook personal computer, a word processor, or a storage medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) is stored. Image reproduction device for reproducing still images or moving images, portable CD player, radio, tape recorder, headphone stereo, stereo, table clock, wall clock, cordless telephone handset, transceiver, car phone, mobile phone, personal digital assistant, tablet -Type terminals, portable game machines, stationary game machines such as pachinko machines, calculators, electronic organizers, electronic book terminals, electronic translators, voice input devices, video cameras, digital still cameras, electric shavers, microwave ovens, etc. Equipment, electric rice cooker, electric washing machine, vacuum cleaner, water heater, fan, hair dryer,
Air conditioners, air conditioners such as humidifiers, dehumidifiers, dishwashers, tableware dryers, clothes dryers, futon dryers, electric refrigerators, electric freezers, electric freezers, DNA storage freezers,
Examples include flashlights, tools such as chainsaws, smoke detectors, medical equipment such as dialysis machines.
Further, there may be mentioned industrial equipment such as guide lights, traffic lights, belt conveyors, elevators, escalators, industrial robots, power storage systems, power leveling and power storage devices for smart grids. Further, an engine using fuel, a moving body propelled by an electric motor using electric power from a power storage unit, and the like may be included in the category of electronic devices. Examples of the moving body include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV) having both an internal combustion engine and an electric motor, a plug-in hybrid vehicle (PHEV), and a tracked vehicle in which the tire wheels of these vehicles are changed to an endless track.
Motorized bicycles including electric assisted bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, golf carts,
Examples include small or large vessels, submarines, helicopters, aircraft, rockets, artificial satellites, space probes, planetary probes, and spacecraft.

図56(A)に示す携帯型ゲーム機2900は、筐体2901、筐体2902、表示部
2903、表示部2904、マイクロホン2905、スピーカ2906、操作キー290
7等を有する。なお、図25(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部2903と
表示部2904とを有しているが、表示部の数は、これに限定されない。表示部2903
は、入力装置としてタッチスクリーンが設けられており、スタイラス2908等により操
作可能となっている。
A portable game machine 2900 illustrated in FIG. 56A includes a housing 2901, a housing 2902, a display portion 2903, a display portion 2904, a microphone 2905, a speaker 2906, operation keys 290.
It has 7 mag. Note that the portable game machine illustrated in FIG. 25A includes two display portions 2903 and 2904, but the number of display portions is not limited to this. Display unit 2903
Is provided with a touch screen as an input device and can be operated by a stylus 2908 or the like.

図56(B)に示す情報端末2910は、筐体2911に、表示部2912、マイク2
917、スピーカ部2914、カメラ2913、外部接続部2916、および操作用のボ
タン2915等を有する。表示部2912には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよ
びタッチスクリーンを備える。情報端末2910は、例えば、スマートフォン、携帯電話
、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として
用いることができる。
An information terminal 2910 illustrated in FIG. 56B includes a housing 2911, a display portion 2912, a microphone 2, and the like.
917, a speaker portion 2914, a camera 2913, an external connection portion 2916, operation buttons 2915, and the like. The display portion 2912 includes a display panel using a flexible substrate and a touch screen. The information terminal 2910 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet information terminal, a tablet personal computer, an electronic book terminal, or the like.

図56(C)に示すノート型パーソナルコンピュータ2920は、筐体2921、表示
部2922、キーボード2923、およびポインティングデバイス2924等を有する。
A laptop personal computer 2920 illustrated in FIG. 56C includes a housing 2921, a display portion 2922, a keyboard 2923, a pointing device 2924, and the like.

図56(D)に示すビデオカメラ2940は、筐体2941、筐体2942、表示部2
943、操作キー2944、レンズ2945、および接続部2946等を有する。操作キ
ー2944およびレンズ2945は筐体2941に設けられており、表示部2943は筐
体2942に設けられている。そして、筐体2941と筐体2942は、接続部2946
により接続されており、筐体2941と筐体2942の間の角度は、接続部2946によ
り変えることが可能な構造となっている。筐体2941に対する筐体2942の角度によ
って、表示部2943に表示される画像の向きの変更や、画像の表示/非表示の切り換え
を行うことができる。
A video camera 2940 illustrated in FIG. 56D includes a housing 2941, a housing 2942, and a display portion 2.
943, an operation key 2944, a lens 2945, a connection portion 2946, and the like. The operation key 2944 and the lens 2945 are provided in the housing 2941, and the display portion 2943 is provided in the housing 2942. The housing 2941 and the housing 2942 are connected to each other by a connecting portion 2946.
And the angle between the housings 2941 and 2942 can be changed by the connecting portion 2946. Depending on the angle of the housing 2942 with respect to the housing 2941, the orientation of the image displayed on the display portion 2943 can be changed and the display/non-display of the image can be switched.

図56(E)にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末2950は、筐体295
1、および表示部2952等を有する。表示部2952は、曲面を有する筐体2951に
支持されている。表示部2952には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため
、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末2950を提供することができる。
FIG. 56E shows an example of a bangle type information terminal. The information terminal 2950 includes a housing 295.
1 and a display portion 2952 and the like. The display portion 2952 is supported by a housing 2951 having a curved surface. Since the display portion 2952 includes a display panel including a flexible substrate, a flexible, lightweight, and easy-to-use information terminal 2950 can be provided.

図56(F)に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末2960は、筐体2961
、表示部2962、バンド2963、バックル2964、操作ボタン2965、入出力端
子2966などを備える。情報端末2960は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作
成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーション
を実行することができる。
FIG. 56F shows an example of a wrist watch type information terminal. The information terminal 2960 includes a housing 2961.
, A display unit 2962, a band 2963, a buckle 2964, operation buttons 2965, an input/output terminal 2966, and the like. The information terminal 2960 can execute various applications such as mobile phone, electronic mail, text browsing and creation, music playback, Internet communication, and computer games.

表示部2962の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことがで
きる。また、表示部2962はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れる
ことで操作することができる。例えば、表示部2962に表示されたアイコン2967に
触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作ボタン2965は、時刻
設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及
び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば
、情報端末2960に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン296
5の機能を設定することもできる。
The display surface of the display portion 2962 is curved, and display can be performed along the curved display surface. The display portion 2962 includes a touch sensor and can be operated by touching the screen with a finger, a stylus, or the like. For example, the application can be started by touching the icon 2967 displayed on the display unit 2962. The operation button 2965 can have various functions such as power on/off operation, wireless communication on/off operation, manner mode execution/cancellation, and power saving mode execution/cancellation in addition to time setting. .. For example, the operating button 296 is operated by the operating system incorporated in the information terminal 2960.
5 functions can be set.

また、情報端末2960は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能であ
る。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通
話することもできる。また、情報端末2960は入出力端子2966を備え、他の情報端
末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子29
66を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子2966を介さずに
無線給電により行ってもよい。
Further, the information terminal 2960 can execute short-range wireless communication that is a communication standard. For example, by communicating with a headset capable of wireless communication, a hands-free call can be made. The information terminal 2960 has an input/output terminal 2966 and can directly exchange data with another information terminal via a connector. Input/output terminal 29
Charging can also be done via 66. Note that the charging operation may be performed by wireless power feeding without using the input/output terminal 2966.

図56(G)に家庭用電気製品の一例として電気冷蔵庫を示す。電気冷蔵庫2970は
、筐体2971、冷蔵室用扉2972、および冷凍室用扉2973等を有する。
FIG. 56G illustrates an electric refrigerator as an example of household electric appliances. The electric refrigerator 2970 includes a housing 2971, a refrigerator compartment door 2972, a freezer compartment door 2973, and the like.

図56(H)は、自動車の一例を示す外観図である。自動車2980は、車体2981
、車輪2982、ダッシュボード2983、およびライト2984等を有する。
FIG. 56H is an external view illustrating an example of an automobile. Car 2980, car body 2981
, Wheels 2982, dashboard 2983, lights 2984, and the like.

本実施の形態に示す電子機器には、上述したトランジスタまたは上述した半導体装置な
どが搭載されている。
The above-described transistor, the above-described semiconductor device, or the like is mounted on the electronic device described in this embodiment.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可
能である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

(実施の形態7)
本実施の形態では、スパッタリング用ターゲットを設置することが可能な成膜室を有す
る成膜装置(スパッタリング装置)について説明する。本実施の形態に示す成膜装置は、
平行平板型のスパッタリング装置や、対向ターゲット式のスパッタリング装置などに用い
ることができる。
(Embodiment 7)
In this embodiment mode, a film formation apparatus (sputtering apparatus) having a film formation chamber in which a sputtering target can be installed will be described. The film forming apparatus shown in this embodiment mode is
It can be used for a parallel plate type sputtering device, a facing target type sputtering device, and the like.

対向ターゲット式のスパッタリング装置を用いた成膜では、被形成面へのダメージが小
さくできるため、結晶性の高い膜を得やすい。即ち、CAAC−OSなどの成膜には、対
向ターゲット式のスパッタリング装置を用いることが好ましい場合がある。
In film formation using a facing target type sputtering apparatus, damage to the formation surface can be reduced, and thus a film with high crystallinity can be easily obtained. That is, it may be preferable to use a facing target type sputtering apparatus for forming a film of the CAAC-OS or the like.

なお、平行平板型スパッタリング装置を用いた成膜法を、PESP(Parallel
Electrode Sputtering)と呼ぶこともできる。また、対向ターゲ
ット式スパッタリング装置を用いた成膜法を、VDSP(Vapor Depositi
on Sputtering)と呼ぶこともできる。
The film formation method using the parallel plate type sputtering apparatus was applied to PESP (Parallel).
It can also be referred to as Electrode Sputtering). In addition, a film forming method using a facing target type sputtering apparatus is applied to a VDSP (Vapor Deposition
on Sputtering).

まず、成膜時などに膜中に不純物の混入が少ない成膜装置の構成について図57および
図58を用いて説明する。
First, the structure of a film formation apparatus in which impurities are less likely to be mixed into the film at the time of film formation will be described with reference to FIGS. 57 and 58.

図57は、枚葉式マルチチャンバーの成膜装置2700の上面図を模式的に示している
。成膜装置2700は、基板を収容するカセットポート2761と、基板のアライメント
を行うアライメントポート2762と、を備える大気側基板供給室2701と、大気側基
板供給室2701から、基板を搬送する大気側基板搬送室2702と、基板の搬入を行い
、かつ室内の圧力を大気圧から減圧、または減圧から大気圧へ切り替えるロードロック室
2703aと、基板の搬出を行い、かつ室内の圧力を減圧から大気圧、または大気圧から
減圧へ切り替えるアンロードロック室2703bと、真空中の基板の搬送を行う搬送室2
704と、基板の加熱を行う基板加熱室2705と、ターゲットが配置され成膜を行う成
膜室2706a、成膜室2706bおよび成膜室2706cと、を有する。なお、成膜室
2706a、成膜室2706bおよび成膜室2706cは、上述した成膜室の構成を参酌
することができる。
FIG. 57 schematically shows a top view of a single-wafer multi-chamber film forming apparatus 2700. The film forming apparatus 2700 includes an atmosphere-side substrate supply chamber 2701 including a cassette port 2761 for accommodating a substrate and an alignment port 2762 for aligning the substrate, and an atmosphere-side substrate for transporting the substrate from the atmosphere-side substrate supply chamber 2701. A transfer chamber 2702, a load lock chamber 2703a for carrying in a substrate and switching the pressure in the chamber from atmospheric pressure to a reduced pressure or from a reduced pressure to the atmospheric pressure, and carrying out a substrate and changing the pressure in the chamber from a reduced pressure to the atmospheric pressure, Alternatively, an unload lock chamber 2703b for switching from atmospheric pressure to decompression and a transfer chamber 2 for transferring a substrate in vacuum
704, a substrate heating chamber 2705 for heating a substrate, a film formation chamber 2706a in which a target is arranged and a film is formed, a film formation chamber 2706b, and a film formation chamber 2706c. Note that for the film formation chambers 2706a, 2706b, and 2706c, the above-described structure of the film formation chamber can be referred to.

また、大気側基板搬送室2702は、ロードロック室2703aおよびアンロードロッ
ク室2703bと接続され、ロードロック室2703aおよびアンロードロック室270
3bは、搬送室2704と接続され、搬送室2704は、基板加熱室2705、成膜室2
706a、成膜室2706bおよび成膜室2706cと接続する。
The atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 is connected to the load lock chamber 2703a and the unload lock chamber 2703b, and the load lock chamber 2703a and the unload lock chamber 270 are connected.
3b is connected to the transfer chamber 2704, and the transfer chamber 2704 includes the substrate heating chamber 2705 and the film forming chamber 2
706a, the film formation chamber 2706b, and the film formation chamber 2706c.

なお、各室の接続部にはゲートバルブ2764が設けられており、大気側基板供給室2
701と、大気側基板搬送室2702を除き、各室を独立して真空状態に保持することが
できる。また、大気側基板搬送室2702および搬送室2704は、搬送ロボット276
3を有し、基板を搬送することができる。
A gate valve 2764 is provided at the connection of each chamber, and the atmosphere side substrate supply chamber 2
With the exception of 701 and the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702, each chamber can be maintained in a vacuum state independently. In addition, the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 and the transfer chamber 2704 are the transfer robot 276.
3, the substrate can be transported.

また、基板加熱室2705は、プラズマ処理室を兼ねると好ましい。成膜装置2700
は、処理と処理の間で基板を大気暴露することなく搬送することが可能なため、基板に不
純物が吸着することを抑制できる。また、成膜や熱処理などの順番を自由に構築すること
ができる。なお、搬送室、成膜室、ロードロック室、アンロードロック室および基板加熱
室は、上述の数に限定されず、設置スペースやプロセス条件に合わせて、適宜最適な数を
設けることができる。
It is preferable that the substrate heating chamber 2705 also serve as a plasma treatment chamber. Film forming apparatus 2700
Since the substrate can be transported between treatments without being exposed to the atmosphere, adsorption of impurities on the substrate can be suppressed. In addition, the order of film formation and heat treatment can be freely constructed. Note that the number of transfer chambers, film formation chambers, load lock chambers, unload lock chambers, and substrate heating chambers is not limited to the above number, and an appropriate number can be provided according to the installation space and process conditions.

次に、図57に示す成膜装置2700の一点鎖線X1−X2、一点鎖線Y1−Y2、お
よび一点鎖線Y2−Y3に相当する断面を図58に示す。
Next, FIG. 58 shows cross sections corresponding to dashed-dotted line X1-X2, dashed-dotted line Y1-Y2, and dashed-dotted line Y2-Y3 in the film forming apparatus 2700 shown in FIG.

図58(A)は、基板加熱室2705と、搬送室2704の断面を示しており、基板加
熱室2705は、基板を収容することができる複数の加熱ステージ2765を有している
。なお、基板加熱室2705は、バルブを介して真空ポンプ2770と接続されている。
真空ポンプ2770としては、例えば、ドライポンプ、およびメカニカルブースターポン
プ等を用いることができる。
FIG. 58A shows a cross section of the substrate heating chamber 2705 and the transfer chamber 2704, and the substrate heating chamber 2705 has a plurality of heating stages 2765 which can accommodate a substrate. The substrate heating chamber 2705 is connected to the vacuum pump 2770 via a valve.
As the vacuum pump 2770, for example, a dry pump, a mechanical booster pump, or the like can be used.

また、基板加熱室2705に用いることのできる加熱機構としては、例えば、抵抗発熱
体などを用いて加熱する加熱機構としてもよい。または、加熱されたガスなどの媒体から
の熱伝導または熱輻射によって、加熱する加熱機構としてもよい。例えば、GRTA、L
RTAなどのRTAを用いることができる。
The heating mechanism that can be used in the substrate heating chamber 2705 may be, for example, a heating mechanism that heats using a resistance heating element or the like. Alternatively, a heating mechanism for heating by heat conduction or heat radiation from a medium such as a heated gas may be used. For example, GRTA, L
RTA such as RTA can be used.

また、基板加熱室2705は、マスフローコントローラ2780を介して、精製機27
81と接続される。なお、マスフローコントローラ2780および精製機2781は、ガ
ス種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。基板加熱室2705
に導入されるガスは、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下であるガスを用い
ることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス(アルゴンガスなど)を用い
る。
In addition, the substrate heating chamber 2705 is connected to the refiner 27 via the mass flow controller 2780.
81 is connected. It should be noted that the mass flow controller 2780 and the refiner 2781 are provided by the number of gas species, but only one is shown for easy understanding. Substrate heating chamber 2705
A gas having a dew point of −80° C. or lower, preferably −100° C. or lower, can be used as the gas introduced into, for example, oxygen gas, nitrogen gas, and a rare gas (argon gas or the like) are used.

搬送室2704は、搬送ロボット2763を有している。搬送ロボット2763は、各
室へ基板を搬送することができる。また、搬送室2704は、バルブを介して真空ポンプ
2770と、クライオポンプ2771と、接続されている。このような構成とすることで
、搬送室2704は、大気圧から低真空または中真空(0.1から数百Pa程度)まで真
空ポンプ2770を用いて排気され、バルブを切り替えて中真空から高真空または超高真
空(0.1Paから1×10−7Pa)まではクライオポンプ2771を用いて排気され
る。
The transfer chamber 2704 has a transfer robot 2763. The transfer robot 2763 can transfer a substrate to each chamber. The transfer chamber 2704 is connected to the vacuum pump 2770 and the cryopump 2771 via a valve. With such a structure, the transfer chamber 2704 is evacuated from the atmospheric pressure to a low vacuum or a medium vacuum (about 0.1 to several hundred Pa) by using the vacuum pump 2770, and the valve is switched to a high vacuum from the medium vacuum. Vacuum or ultra-high vacuum (0.1 Pa to 1×10 −7 Pa) is exhausted using the cryopump 2771.

また、例えば、クライオポンプ2771は、搬送室2704に対して2台以上並列に接
続してもよい。このような構成とすることで、1台のクライオポンプがリジェネ中であっ
ても、残りのクライオポンプを使って排気することが可能となる。なお、上述したリジェ
ネとは、クライオポンプ内にため込まれた分子(または原子)を放出する処理をいう。ク
ライオポンプは、分子(または原子)をため込みすぎると排気能力が低下してくるため、
定期的にリジェネが行われる。
Further, for example, two or more cryopumps 2771 may be connected in parallel to the transfer chamber 2704. With such a configuration, even when one cryopump is being regenerated, the remaining cryopumps can be used to exhaust the gas. In addition, the above-mentioned regeneration refers to a process of releasing molecules (or atoms) accumulated in the cryopump. The cryopump has a reduced exhaust capacity if it accumulates molecules (or atoms) too much.
Regeneration is done regularly.

図58(B)は、成膜室2706bと、搬送室2704と、ロードロック室2703a
の断面を示している。
FIG. 58B shows a film formation chamber 2706b, a transfer chamber 2704, and a load lock chamber 2703a.
The cross section of FIG.

ここで、図58(B)を用いて、成膜室(スパッタリング室)の詳細について説明する
。図58(B)に示す成膜室2706bは、ターゲット2766aと、ターゲット276
6bと、ターゲットシールド2767aと、ターゲットシールド2767bと、マグネッ
トユニット2790aと、マグネットユニット2790bと、基板ホルダ2768と、電
源2791と、を有する。図示しないが、ターゲット2766aおよびターゲット276
6bは、それぞれバッキングプレートを介してターゲットホルダに固定される。また、タ
ーゲット2766aおよびターゲット2766bには、電源2791が電気的に接続され
ている。マグネットユニット2790aおよびマグネットユニット2790bは、それぞ
れターゲット2766aおよびターゲット2766bの背面に配置される。ターゲットシ
ールド2767aおよびターゲットシールド2767bは、それぞれターゲット2766
aおよびターゲット2766bの端部を囲うように配置される。なお、ここでは基板ホル
ダ2768には、基板2769が支持されている。基板ホルダ2768は、可変部材27
84を介して成膜室2706bに固定される。可変部材2784によって、ターゲット2
766aとターゲット2766bとの間の領域(ターゲット間領域ともいう。)まで基板
ホルダ2768を移動させることができる。例えば、基板2769を支持した基板ホルダ
2768をターゲット間領域に配置することによって、プラズマによる損傷を低減できる
場合がある。また、基板ホルダ2768は、図示しないが、基板2769を保持する基板
保持機構や、基板2769を背面から加熱するヒーター等を備えていてもよい。
Here, details of the film formation chamber (sputtering chamber) are described with reference to FIG. A deposition chamber 2706b illustrated in FIG. 58B includes a target 2766a and a target 276.
6b, a target shield 2767a, a target shield 2767b, a magnet unit 2790a, a magnet unit 2790b, a substrate holder 2768, and a power supply 2791. Although not shown, the target 2766a and the target 276
Each of 6b is fixed to the target holder via a backing plate. A power supply 2791 is electrically connected to the targets 2766a and 2766b. The magnet unit 2790a and the magnet unit 2790b are arranged on the back surfaces of the target 2766a and the target 2766b, respectively. The target shield 2767a and the target shield 2767b are respectively the target 2766.
a and the target 2766b are arranged so as to surround the ends thereof. Note that here, the substrate 2769 is supported by the substrate holder 2768. The substrate holder 2768 is a variable member 27.
It is fixed to the film forming chamber 2706b via 84. The target 2 by the variable member 2784
The substrate holder 2768 can be moved to a region between the 766a and the target 2766b (also referred to as an inter-target region). For example, by arranging the substrate holder 2768 supporting the substrate 2769 in the inter-target region, it may be possible to reduce damage due to plasma. Although not shown, the substrate holder 2768 may include a substrate holding mechanism that holds the substrate 2769, a heater that heats the substrate 2769 from the back surface, and the like.

また、ターゲットシールド2767によって、ターゲット2766からスパッタリング
される粒子が不要な領域に堆積することを抑制できる。ターゲットシールド2767は、
累積されたスパッタ粒子が剥離しないように、加工することが望ましい。例えば、表面粗
さを増加させるブラスト処理、またはターゲットシールド2767の表面に凹凸を設けて
もよい。
Further, the target shield 2767 can prevent particles sputtered from the target 2766 from being deposited in an unnecessary region. The target shield 2767
It is desirable to process so that the accumulated sputtered particles are not separated. For example, blast treatment for increasing the surface roughness or unevenness may be provided on the surface of the target shield 2767.

また、成膜室2706bは、ガス加熱機構2782を介してマスフローコントローラ2
780と接続され、ガス加熱機構2782はマスフローコントローラ2780を介して精
製機2781と接続される。ガス加熱機構2782により、成膜室2706bに導入され
るガスを40℃以上400℃以下、好ましくは50℃以上200℃以下に加熱することが
できる。なお、ガス加熱機構2782、マスフローコントローラ2780、および精製機
2781は、ガス種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。成膜
室2706bに導入されるガスは、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下であ
るガスを用いることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス(アルゴンガス
など)を用いる。
In addition, the film formation chamber 2706b is connected to the mass flow controller 2 via the gas heating mechanism 2782.
The gas heating mechanism 2782 is connected to the refiner 2781 via the mass flow controller 2780. By the gas heating mechanism 2782, the gas introduced into the film formation chamber 2706b can be heated to 40 °C to 400 °C inclusive, preferably 50 °C to 200 °C inclusive. Note that the gas heating mechanism 2782, the mass flow controller 2780, and the refiner 2781 are provided by the number of gas species, but only one is shown for easy understanding. As the gas introduced into the film formation chamber 2706b, a gas having a dew point of −80° C. or lower, preferably −100° C. or lower can be used. For example, oxygen gas, nitrogen gas, and a rare gas (eg, argon gas) can be used. To use.

なお、ガスの導入口の直前に精製機を設ける場合、精製機から成膜室2706bまでの
配管の長さを10m以下、好ましくは5m以下、さらに好ましくは1m以下とする。配管
の長さを10m以下、5m以下または1m以下とすることで、配管からの放出ガスの影響
を長さに応じて低減できる。さらに、ガスの配管には、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸
化クロムなどで内部が被覆された金属配管を用いるとよい。前述の配管は、例えばSUS
316L−EP配管と比べ、不純物を含むガスの放出量が少なく、ガスへの不純物の入り
込みを低減できる。また、配管の継手には、高性能超小型メタルガスケット継手(UPG
継手)を用いるとよい。また、配管を全て金属で構成することで、樹脂等を用いた場合と
比べ、生じる放出ガスおよび外部リークの影響を低減できて好ましい。
When a refiner is provided immediately before the gas inlet, the length of the pipe from the refiner to the film forming chamber 2706b is 10 m or less, preferably 5 m or less, and more preferably 1 m or less. By setting the length of the pipe to 10 m or less, 5 m or less, or 1 m or less, the influence of the gas discharged from the pipe can be reduced according to the length. Further, as the gas pipe, it is preferable to use a metal pipe whose inside is coated with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide or the like. The above-mentioned piping is, for example, SUS
As compared with the 316L-EP pipe, the amount of released gas containing impurities is small, and the entry of impurities into the gas can be reduced. For piping joints, high performance ultra-small metal gasket joints (UPG
It is recommended to use a joint). In addition, it is preferable to configure the pipes entirely of metal because it is possible to reduce the influence of the released gas and the external leakage, as compared with the case of using a resin or the like.

また、成膜室2706bは、バルブを介してターボ分子ポンプ2772および真空ポン
プ2770と接続される。
The film formation chamber 2706b is connected to the turbo molecular pump 2772 and the vacuum pump 2770 via a valve.

また、成膜室2706bは、クライオトラップ2751が設けられる。 A cryotrap 2751 is provided in the film formation chamber 2706b.

クライオトラップ2751は、水などの比較的融点の高い分子(または原子)を吸着す
ることができる機構である。ターボ分子ポンプ2772は大きいサイズの分子(または原
子)を安定して排気し、かつメンテナンスの頻度が低いため、生産性に優れる一方、水素
や水の排気能力が低い。そこで、水などに対する排気能力を高めるため、クライオトラッ
プ2751が成膜室2706bに接続された構成としている。クライオトラップ2751
の冷凍機の温度は100K以下、好ましくは80K以下とする。また、クライオトラップ
2751が複数の冷凍機を有する場合、冷凍機ごとに温度を変えると、効率的に排気する
ことが可能となるため好ましい。例えば、1段目の冷凍機の温度を100K以下とし、2
段目の冷凍機の温度を20K以下とすればよい。なお、クライオトラップに替えて、チタ
ンサブリメーションポンプを用いることで、さらに高真空とすることができる場合がある
。また、クライオポンプやターボ分子ポンプに替えてイオンポンプを用いることでもさら
に高真空とすることができる場合がある。
The cryotrap 2751 is a mechanism capable of adsorbing molecules (or atoms) having a relatively high melting point such as water. The turbo-molecular pump 2772 stably excretes large-sized molecules (or atoms) and the frequency of maintenance is low. Therefore, the turbo-molecular pump 2772 is excellent in productivity, but has low exhaust capability of hydrogen or water. Therefore, in order to enhance the exhaust capability for water and the like, the cryotrap 2751 is connected to the film formation chamber 2706b. Cryotrap 2751
The temperature of the refrigerator is 100 K or lower, preferably 80 K or lower. Further, in the case where the cryotrap 2751 has a plurality of refrigerators, it is preferable to change the temperature for each refrigerator because efficient exhaust can be performed. For example, the temperature of the first-stage refrigerator is set to 100K or less, and 2
The temperature of the stage refrigerator may be set to 20K or lower. In some cases, a higher vacuum can be obtained by using a titanium sublimation pump instead of the cryotrap. Further, it may be possible to further increase the vacuum by using an ion pump instead of the cryopump or the turbo molecular pump.

なお、成膜室2706bの排気方法は、これに限定されず、先の搬送室2704に示す
排気方法(クライオポンプと真空ポンプとの排気方法)と同様の構成としてもよい。もち
ろん、搬送室2704の排気方法を成膜室2706bと同様の構成(ターボ分子ポンプと
真空ポンプとの排気方法)としてもよい。
Note that the exhaust method of the film formation chamber 2706b is not limited to this, and may be the same as the exhaust method shown in the previous transfer chamber 2704 (exhaust method of a cryopump and a vacuum pump). Needless to say, the method of exhausting the transfer chamber 2704 may be the same as that of the film formation chamber 2706b (exhaust method of turbo molecular pump and vacuum pump).

なお、上述した搬送室2704、基板加熱室2705、および成膜室2706bの背圧
(全圧)、ならびに各気体分子(原子)の分圧は、以下の通りとすると好ましい。とくに
、形成される膜中に不純物が混入され得る可能性があるので、成膜室2706bの背圧、
ならびに各気体分子(原子)の分圧には注意する必要がある。
Note that the back pressure (total pressure) of the transfer chamber 2704, the substrate heating chamber 2705, and the film formation chamber 2706b, and the partial pressure of each gas molecule (atom) described above are preferably set as follows. In particular, since there is a possibility that impurities may be mixed into the formed film, the back pressure of the film formation chamber 2706b,
Also, it is necessary to pay attention to the partial pressure of each gas molecule (atom).

上述した各室の背圧(全圧)は、1×10−4Pa以下、好ましくは3×10−5Pa
以下、さらに好ましくは1×10−5Pa以下である。上述した各室の質量電荷比(m/
z)が18である気体分子(原子)の分圧は、3×10−5Pa以下、好ましくは1×1
−5Pa以下、さらに好ましくは3×10−6Pa以下である。また、上述した各室の
m/zが28である気体分子(原子)の分圧は、3×10−5Pa以下、好ましくは1×
10−5Pa以下、さらに好ましくは3×10−6Pa以下である。また、上述した各室
のm/zが44である気体分子(原子)の分圧は、3×10−5Pa以下、好ましくは1
×10−5Pa以下、さらに好ましくは3×10−6Pa以下である。
The back pressure (total pressure) of each chamber described above is 1×10 −4 Pa or less, preferably 3×10 −5 Pa.
Hereafter, it is more preferably 1×10 −5 Pa or less. Mass-to-charge ratio of each chamber (m/
The partial pressure of a gas molecule (atom) whose z) is 18 is 3×10 −5 Pa or less, preferably 1×1.
0 -5 Pa, more preferably not more than 3 × 10 -6 Pa. Further, the partial pressure of gas molecules (atoms) having m/z of 28 in each of the above-mentioned chambers is 3×10 −5 Pa or less, preferably 1×.
It is 10 −5 Pa or less, more preferably 3×10 −6 Pa or less. Further, the partial pressure of the gas molecules (atoms) whose m/z is 44 in each of the above-mentioned chambers is 3×10 −5 Pa or less, preferably 1
It is not more than ×10 −5 Pa, more preferably not more than 3×10 −6 Pa.

なお、真空チャンバー内の全圧および分圧は、質量分析計を用いて測定することができ
る。例えば、株式会社アルバック製四重極形質量分析計(Q−massともいう。)Qu
lee CGM−051を用いればよい。
The total pressure and partial pressure in the vacuum chamber can be measured using a mass spectrometer. For example, a quadrupole mass spectrometer (also referred to as Q-mass) Qu manufactured by ULVAC, Inc.
Lee CGM-051 may be used.

また、上述した搬送室2704、基板加熱室2705、および成膜室2706bは、外
部リークまたは内部リークが少ない構成とすることが望ましい。
Further, it is desirable that the above-described transfer chamber 2704, the substrate heating chamber 2705, and the film formation chamber 2706b have a structure with less external leakage or internal leakage.

例えば、上述した搬送室2704、基板加熱室2705、および成膜室2706bのリ
ークレートは、3×10−6Pa・m/s以下、好ましくは1×10−6Pa・m
s以下である。また、m/zが18である気体分子(原子)のリークレートが1×10
Pa・m/s以下、好ましくは3×10−8Pa・m/s以下である。また、m/
zが28である気体分子(原子)のリークレートが1×10−5Pa・m/s以下、好
ましくは1×10−6Pa・m/s以下である。また、m/zが44である気体分子(
原子)のリークレートが3×10−6Pa・m/s以下、好ましくは1×10−6Pa
・m/s以下である。
For example, the leak rates of the transfer chamber 2704, the substrate heating chamber 2705, and the film formation chamber 2706b described above are 3×10 −6 Pa·m 3 /s or less, preferably 1×10 −6 Pa·m 3 /.
s or less. Also, the leak rate of gas molecules (atoms) having m/z of 18 is 1×10 −.
It is 7 Pa·m 3 /s or less, preferably 3×10 −8 Pa·m 3 /s or less. Also, m/
The leak rate of gas molecules (atoms) having z of 28 is 1×10 −5 Pa·m 3 /s or less, preferably 1×10 −6 Pa·m 3 /s or less. In addition, a gas molecule (m/z is 44 (
(Atom) leak rate is 3×10 −6 Pa·m 3 /s or less, preferably 1×10 −6 Pa
・M 3 /s or less.

なお、リークレートに関しては、前述の質量分析計を用いて測定した全圧および分圧か
ら導出すればよい。
The leak rate may be derived from the total pressure and partial pressure measured using the above-mentioned mass spectrometer.

リークレートは、外部リークおよび内部リークに依存する。外部リークは、微小な穴や
シール不良などによって真空系外から気体が流入することである。内部リークは、真空系
内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレー
トを上述の数値以下とするために、外部リークおよび内部リークの両面から対策をとる必
要がある。
The leak rate depends on the external and internal leaks. External leakage is the inflow of gas from outside the vacuum system due to minute holes or poor sealing. The internal leak is caused by a leak from a partition such as a valve in a vacuum system or a gas released from an internal member. In order to keep the leak rate below the above-mentioned value, it is necessary to take measures from both aspects of external leak and internal leak.

例えば、成膜室2706bの開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタル
ガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属
を用いると好ましい。メタルガスケットはOリングと比べ密着性が高く、外部リークを低
減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどによって被覆された金属
の不動態を用いることで、メタルガスケットから放出される不純物を含む放出ガスが抑制
され、内部リークを低減することができる。
For example, the opening/closing portion of the film formation chamber 2706b may be sealed with a metal gasket. For the metal gasket, it is preferable to use a metal coated with iron fluoride, aluminum oxide, or chromium oxide. The metal gasket has higher adhesion than the O-ring and can reduce external leakage. Further, by using the passivation of the metal coated with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide or the like, the released gas containing the impurities released from the metal gasket is suppressed, and the internal leak can be reduced.

また、成膜装置2700を構成する部材として、不純物を含む放出ガスの少ないアルミ
ニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前
述の部材を鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金に被覆して用いてもよい。鉄、クロ
ムおよびニッケルなどを含む合金は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。こ
こで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放
出ガスを低減できる。
Further, aluminum, chromium, titanium, zirconium, nickel, or vanadium, which emits a small amount of gas containing impurities, is used as a member included in the film formation apparatus 2700. Further, the above-mentioned member may be used by being coated with an alloy containing iron, chromium, nickel and the like. Alloys containing iron, chromium, nickel, etc. are rigid, heat-resistant, and suitable for processing. Here, if the surface irregularities of the member are reduced by polishing or the like to reduce the surface area, the released gas can be reduced.

または、前述の成膜装置2700の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムな
どで被覆してもよい。
Alternatively, the above member of the film forming apparatus 2700 may be coated with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide, or the like.

成膜装置2700の部材は、極力金属のみで構成することが好ましく、例えば石英など
で構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、
酸化アルミニウム、酸化クロムなどで薄く被覆するとよい。
It is preferable that the member of the film forming apparatus 2700 be made of only metal as much as possible. For example, even when a viewing window made of quartz or the like is installed, the surface of the film is made of iron fluoride in order to suppress the released gas.
A thin coating of aluminum oxide or chromium oxide is recommended.

成膜室に存在する吸着物は、内壁などに吸着しているために成膜室の圧力に影響しない
が、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に
相関はないものの、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限
り脱離し、あらかじめ排気しておくことは重要である。なお、吸着物の脱離を促すために
、成膜室をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を10倍程度
大きくすることができる。ベーキングは100℃以上450℃以下で行えばよい。このと
き、不活性ガスを成膜室に導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離し
にくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。なお、導入する不活性ガスを
ベーキングの温度と同程度に加熱することで、吸着物の脱離速度をさらに高めることがで
きる。ここで不活性ガスとして希ガスを用いると好ましい。また、成膜する膜種によって
は不活性ガスの代わりに酸素などを用いても構わない。例えば、酸化物を成膜する場合は
、主成分である酸素を用いた方が好ましい場合もある。なお、ベーキングは、ランプを用
いて行うと好ましい。
The adsorbate existing in the film forming chamber does not affect the pressure in the film forming chamber because it is adsorbed on the inner wall or the like, but it causes gas release when the film forming chamber is exhausted. Therefore, although there is no correlation between the leak rate and the exhaust speed, it is important to use a pump having a high exhaust capacity to desorb the adsorbate present in the film forming chamber as much as possible and to exhaust it in advance. Note that the film formation chamber may be baked in order to promote desorption of the adsorbate. By baking, the desorption rate of the adsorbate can be increased about 10 times. The baking may be performed at 100° C. or higher and 450° C. or lower. At this time, if the adsorbate is removed while introducing the inert gas into the film forming chamber, the desorption rate of water or the like, which is difficult to desorb only by exhausting, can be further increased. By heating the introduced inert gas to the same temperature as the baking temperature, the desorption rate of the adsorbed substance can be further increased. Here, it is preferable to use a rare gas as the inert gas. In addition, oxygen or the like may be used instead of the inert gas depending on the kind of film to be formed. For example, when forming an oxide film, it may be preferable to use oxygen as the main component. Note that baking is preferably performed using a lamp.

または、加熱した希ガスなどの不活性ガスまたは酸素などを導入することで成膜室内の
圧力を高め、一定時間経過後に再び成膜室を排気する処理を行うと好ましい。加熱したガ
スの導入により成膜室内の吸着物を脱離させることができ、成膜室内に存在する不純物を
低減することができる。なお、この処理は2回以上30回以下、好ましくは5回以上15
回以下の範囲で繰り返し行うと効果的である。具体的には、温度が40℃以上400℃以
下、好ましくは50℃以上200℃以下である不活性ガスまたは酸素などを導入すること
で成膜室内の圧力を0.1Pa以上10kPa以下、好ましくは1Pa以上1kPa以下
、さらに好ましくは5Pa以上100Pa以下とし、圧力を保つ期間を1分以上300分
以下、好ましくは5分以上120分以下とすればよい。その後、成膜室を5分以上300
分以下、好ましくは10分以上120分以下の期間排気する。
Alternatively, it is preferable that the pressure in the deposition chamber be increased by introducing an inert gas such as a heated rare gas or oxygen, and that the deposition chamber be evacuated again after a certain period of time. By introducing the heated gas, adsorbed substances in the film formation chamber can be desorbed, and impurities existing in the film formation chamber can be reduced. This treatment is performed 2 to 30 times, preferably 5 to 15 times.
It is effective to repeat the process within the range below. Specifically, by introducing an inert gas or oxygen whose temperature is 40° C. or higher and 400° C. or lower, preferably 50° C. or higher and 200° C. or lower, the pressure in the film formation chamber is 0.1 Pa or higher and 10 kPa or lower, preferably The pressure may be maintained at 1 Pa or more and 1 kPa or less, more preferably 5 Pa or more and 100 Pa or less, and the pressure maintaining period may be 1 minute or more and 300 minutes or less, preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less. After that, leave the film formation chamber for 5 minutes or more 300
The exhaust is performed for a period of not more than a minute, preferably 10 minutes to 120 minutes.

また、ダミー成膜を行うことでも吸着物の脱離速度をさらに高めることができる。ダミ
ー成膜とは、ダミー基板に対してスパッタリング法などによる成膜を行うことで、ダミー
基板および成膜室内壁に膜を堆積させ、成膜室内の不純物および成膜室内壁の吸着物を膜
中に閉じこめることをいう。ダミー基板は、放出ガスの少ない基板が好ましい。ダミー成
膜を行うことで、後に成膜される膜中の不純物濃度を低減することができる。なお、ダミ
ー成膜はベーキングと同時に行ってもよい。
Further, the desorption rate of the adsorbate can be further increased by performing the dummy film formation. Dummy film formation is a method of depositing a film on a dummy substrate and the inner wall of the film forming chamber by forming a film on a dummy substrate by a sputtering method or the like, and depositing impurities in the film forming chamber and adsorbed substances on the inner wall of the film forming chamber. It means to lock in. The dummy substrate is preferably a substrate that emits less gas. By performing the dummy film formation, the impurity concentration in the film formed later can be reduced. Note that the dummy film formation may be performed at the same time as the baking.

次に、図58(B)に示す搬送室2704、およびロードロック室2703aと、図5
8(C)に示す大気側基板搬送室2702、および大気側基板供給室2701の詳細につ
いて以下説明を行う。なお、図58(C)は、大気側基板搬送室2702、および大気側
基板供給室2701の断面を示している。
Next, a transfer chamber 2704 and a load lock chamber 2703a shown in FIG.
Details of the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 and the atmosphere-side substrate supply chamber 2701 shown in FIG. 8C will be described below. Note that FIG. 58C illustrates a cross section of the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 and the atmosphere-side substrate supply chamber 2701.

図58(B)に示す搬送室2704については、図58(A)に示す搬送室2704の
記載を参照する。
For the transfer chamber 2704 illustrated in FIG. 58B, the description of the transfer chamber 2704 illustrated in FIG.

ロードロック室2703aは、基板受け渡しステージ2752を有する。ロードロック
室2703aは、減圧状態から大気まで圧力を上昇させ、ロードロック室2703aの圧
力が大気圧になった時に、大気側基板搬送室2702に設けられている搬送ロボット27
63から基板受け渡しステージ2752に基板を受け取る。その後、ロードロック室27
03aを真空引きし、減圧状態としたのち、搬送室2704に設けられている搬送ロボッ
ト2763が基板受け渡しステージ2752から基板を受け取る。
The load lock chamber 2703a has a substrate transfer stage 2752. The load lock chamber 2703a raises the pressure from the depressurized state to the atmosphere, and when the pressure in the load lock chamber 2703a becomes atmospheric pressure, the transfer robot 27 provided in the atmosphere side substrate transfer chamber 2702.
The substrate is received from 63 to the substrate transfer stage 2752. After that, the load lock chamber 27
After 03a is evacuated to a reduced pressure state, the transfer robot 2763 provided in the transfer chamber 2704 receives the substrate from the substrate transfer stage 2752.

また、ロードロック室2703aは、バルブを介して真空ポンプ2770、およびクラ
イオポンプ2771と接続されている。真空ポンプ2770、およびクライオポンプ27
71の排気系の接続方法は、搬送室2704の接続方法を参考とすることで接続できるた
め、ここでの説明は省略する。なお、図57に示すアンロードロック室2703bは、ロ
ードロック室2703aと同様の構成とすることができる。
The load lock chamber 2703a is connected to the vacuum pump 2770 and the cryopump 2771 via valves. Vacuum pump 2770 and cryopump 27
The connection method of the exhaust system of 71 can be connected by referring to the connection method of the transfer chamber 2704, and therefore the description thereof is omitted here. Note that the unload lock chamber 2703b illustrated in FIG. 57 can have the same structure as the load lock chamber 2703a.

大気側基板搬送室2702は、搬送ロボット2763を有する。搬送ロボット2763
により、カセットポート2761とロードロック室2703aとの基板の受け渡しを行う
ことができる。また、大気側基板搬送室2702、および大気側基板供給室2701の上
方にHEPAフィルタ(High Efficiency Particulate A
ir Filter)等のゴミまたはパーティクルを清浄化するための機構を設けてもよ
い。
The atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 has a transfer robot 2763. Transfer robot 2763
Thus, the substrate can be transferred between the cassette port 2761 and the load lock chamber 2703a. Further, a HEPA filter (High Efficiency Particulate A) is provided above the atmosphere side substrate transfer chamber 2702 and the atmosphere side substrate supply chamber 2701.
A mechanism for cleaning dust or particles such as ir filters) may be provided.

大気側基板供給室2701は、複数のカセットポート2761を有する。カセットポー
ト2761は、複数の基板を収容することができる。
The atmosphere-side substrate supply chamber 2701 has a plurality of cassette ports 2761. The cassette port 2761 can accommodate a plurality of substrates.

ターゲットは、表面温度が100℃以下、好ましくは50℃以下、さらに好ましくは室
温程度(代表的には25℃)とする。大面積の基板に対応するスパッタリング装置では大
面積のターゲットを用いることが多い。ところが、大面積に対応した大きさのターゲット
をつなぎ目なく作製することは困難である。現実には複数のターゲットをなるべく隙間の
ないように並べて大きな形状としているが、どうしても僅かな隙間が生じてしまう。こう
した僅かな隙間から、ターゲットの表面温度が高まることで亜鉛などが揮発し、徐々に隙
間が広がっていくことがある。隙間が広がると、バッキングプレートや、バッキングプレ
ートとターゲットとの接合に用いているボンディング材の金属がスパッタリングされるこ
とがあり、不純物濃度を高める要因となる。したがって、ターゲットは、十分に冷却され
ていることが好ましい。
The surface temperature of the target is 100° C. or lower, preferably 50° C. or lower, more preferably about room temperature (typically 25° C.). A large-area target is often used in a sputtering apparatus for a large-area substrate. However, it is difficult to manufacture a target having a size corresponding to a large area without any joint. In reality, a plurality of targets are arranged in a large shape so that there are as few gaps as possible, but a slight gap is inevitably generated. When the surface temperature of the target rises from such a slight gap, zinc or the like may volatilize and the gap may gradually expand. If the gap is widened, the backing plate or the metal of the bonding material used for joining the backing plate and the target may be sputtered, which becomes a factor of increasing the impurity concentration. Therefore, it is preferable that the target is sufficiently cooled.

具体的には、バッキングプレートとして、高い導電性および高い放熱性を有する金属(
具体的には銅)を用いる。また、バッキングプレート内に水路を形成し、水路に十分な量
の冷却水を流すことで、効率的にターゲットを冷却できる。
Specifically, as a backing plate, a metal (with high conductivity and high heat dissipation (
Specifically, copper) is used. Further, by forming a water channel in the backing plate and flowing a sufficient amount of cooling water in the water channel, the target can be efficiently cooled.

なお、ターゲットが亜鉛を含む場合、酸素ガス雰囲気で成膜することにより、プラズマ
ダメージが軽減され、亜鉛の揮発が起こりにくい酸化物を得ることができる。
Note that when the target contains zinc, by forming a film in an oxygen gas atmosphere, plasma damage can be reduced and an oxide in which zinc is less likely to volatilize can be obtained.

上述した成膜装置を用いることで、水素濃度が、二次イオン質量分析法(SIMS:S
econdary Ion Mass Spectrometry)において、2×10
20atoms/cm以下、好ましくは5×1019atoms/cm以下、より好
ましくは1×1019atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1018atom
s/cm以下である酸化物半導体を成膜することができる。
By using the above-described film forming apparatus, the hydrogen concentration can be changed to secondary ion mass spectrometry (SIMS:S).
2 x 10 in the Econdary Ion Mass Spectrometry)
20 atoms/cm 3 or less, preferably 5×10 19 atoms/cm 3 or less, more preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, further preferably 5×10 18 atoms.
An oxide semiconductor having a density of s/cm 3 or less can be formed.

また、窒素濃度が、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好まし
くは1×1019atoms/cm以下、より好ましくは5×1018atoms/c
以下、さらに好ましくは1×1018atoms/cm以下である酸化物半導体を
成膜することができる。
Further, the nitrogen concentration in SIMS is less than 5×10 19 atoms/cm 3 , preferably 1×10 19 atoms/cm 3 or less, and more preferably 5×10 18 atoms/c.
It is possible to form an oxide semiconductor with m 3 or less, more preferably 1×10 18 atoms/cm 3 or less.

また、炭素濃度が、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好まし
くは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/c
以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下である酸化物半導体を
成膜することができる。
The carbon concentration in SIMS is less than 5×10 19 atoms/cm 3 , preferably 5×10 18 atoms/cm 3 or less, and more preferably 1×10 18 atoms/c 3.
An oxide semiconductor having a thickness of m 3 or less, more preferably 5×10 17 atoms/cm 3 or less can be formed.

また、昇温脱離ガス分光法(TDS:Thermal Desorption Spe
ctroscopy)分析によるm/zが2(水素分子など)である気体分子(原子)、
m/zが18である気体分子(原子)、m/zが28である気体分子(原子)およびm/
zが44である気体分子(原子)の放出量が、それぞれ1×1019個/cm以下、好
ましくは1×1018個/cm以下である酸化物半導体を成膜することができる。
In addition, thermal desorption gas spectroscopy (TDS: Thermal Desorption Speech)
a gas molecule (atom) whose m/z is 2 (hydrogen molecule, etc.) according to ctrocopy analysis,
Gas molecules (atoms) with m/z=18, gas molecules (atoms) with m/z=28 and m/z
It is possible to form an oxide semiconductor in which the amount of released gas molecules (atoms) in which z is 44 is 1×10 19 pieces/cm 3 or less, preferably 1×10 18 pieces/cm 3 or less.

以上の成膜装置を用いることで、酸化物半導体への不純物の混入を抑制できる。さらに
は、以上の成膜装置を用いて、酸化物半導体に接する膜を成膜することで、酸化物半導体
に接する膜から酸化物半導体へ不純物が混入することを抑制できる。
By using the above film forming apparatus, entry of impurities into the oxide semiconductor can be suppressed. Further, by forming a film in contact with the oxide semiconductor by using the above film formation apparatus, entry of impurities into the oxide semiconductor from the film in contact with the oxide semiconductor can be suppressed.

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可
能である。
This embodiment can be implemented in appropriate combination with any of the structures described in the other embodiments.

100 トランジスタ
100a トランジスタ
100d 構造体
101 基板
102 絶縁体
102a 絶縁体
103 絶縁体
103a 絶縁体
103b 絶縁体
103c 絶縁体
104 酸化物層
104a 酸化物層
104b 酸化物層
104c 酸化物層
104d 酸化物層
104e 酸化物層
104f 酸化物層
105 絶縁体
105a 電極
105b 電極
105d 絶縁体
106 導電体
106d 導電体
107 絶縁体
107d 絶縁体
108 絶縁体
108b 絶縁体
108d 絶縁体
109a 導電体
109b 導電体
109c 導電体
109d 導電体
109e 導電体
109j 導電体
109k 導電体
109l 導電体
109m 導電体
109n 導電体
109o 導電体
110 絶縁体
110b 絶縁体
110d 絶縁体
111 絶縁体
111a 絶縁体
112 絶縁体
112d コンタクトプラグ
113a コンタクトプラグ
113b コンタクトプラグ
113c コンタクトプラグ
113d コンタクトプラグ
114 導電体
114a 導電体
114b 導電体
114c 導電体
117 導電体
117d 導電体
118 絶縁体
119 導電体
126 導電層
131 金属元素
135 領域
141 容量素子
142 容量素子
145 混合層
150 トランジスタ
160 トランジスタ
220 ウェル
221 p型半導体
223 n型半導体
224 開口
225 開口
251 配線
252 配線
253 配線
254 配線
255 配線
256 ノード
257 容量素子
260 回路
270 回路
273 電極
280 回路
281 トランジスタ
281a トランジスタ
281b トランジスタ
282 トランジスタ
282a トランジスタ
282b トランジスタ
283 チャネル形成領域
284 低濃度p型不純物領域
285 高濃度p型不純物領域
286 絶縁体
287 導電体
288 構造体
289 トランジスタ
290 回路
291 トランジスタ
300 構造体
300d 構造体
301 マスク
302 マスク
303 マスク
306 開口部
307 開口部
308 開口部
311 長さ
312 長さ
313 長さ
314 長さ
315 端部
316 端部
382 Ec
383a Ec
383b Ec
383c Ec
386 Ec
390 トラップ準位
400 半導体装置
401 基板
402 絶縁体
403 絶縁体
404 絶縁体
405 絶縁体
406 コンタクトプラグ
406a コンタクトプラグ
406b コンタクトプラグ
406c コンタクトプラグ
407 絶縁体
407a 絶縁体
410 半導体装置
412 絶縁体
413 容量素子
413a 導電体
413b 導電体
413c 導電体
413d 導電体
414 素子分離層
415 絶縁体
420 半導体装置
421 導電体
422 導電体
427 導電体
429 導電体
430 半導体装置
442 絶縁体
477 隔壁
487 配線
487a 導電体
487b 導電体
488 導電体
489 コンタクトプラグ
550 インターポーザ
551 チップ
552 端子
553 モールド樹脂
560 パネル
561 プリント配線基板
562 パッケージ
563 FPC
564 バッテリ
585 絶縁体
600 撮像装置
601 光電変換素子
602 トランジスタ
603 トランジスタ
604 トランジスタ
605 トランジスタ
606 容量素子
607 ノード
608 配線
609 配線
610 画素駆動回路
611 配線
621 画素部
622 画素
622B 画素
622G 画素
622R 画素
623 画素
624 フィルタ
624B フィルタ
624G フィルタ
624R フィルタ
625 レンズ
626 配線群
660 光
681 光電変換層
682 透光性導電層
686 導電体
686a 導電体
686b 導電体
701 回路
702 回路
703 スイッチ
704 スイッチ
706 論理素子
707 容量素子
708 容量素子
709 トランジスタ
710 トランジスタ
713 トランジスタ
714 トランジスタ
720 回路
730 記憶素子
800 RFタグ
801 通信器
802 アンテナ
803 無線信号
804 アンテナ
805 整流回路
806 定電圧回路
807 復調回路
808 変調回路
809 論理回路
810 記憶回路
811 ROM
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
1281 トランジスタ
1283 チャネル形成領域
1284 低濃度n型不純物領域
1285 高濃度n型不純物領域
2700 成膜装置
2701 大気側基板供給室
2702 大気側基板搬送室
2703a ロードロック室
2703b アンロードロック室
2704 搬送室
2705 基板加熱室
2706a 成膜室
2706b 成膜室
2706c 成膜室
2751 クライオトラップ
2752 ステージ
2761 カセットポート
2762 アライメントポート
2763 搬送ロボット
2764 ゲートバルブ
2765 加熱ステージ
2766 ターゲット
2766a ターゲット
2766b ターゲット
2767 ターゲットシールド
2767a ターゲットシールド
2767b ターゲットシールド
2768 基板ホルダ
2769 基板
2770 真空ポンプ
2771 クライオポンプ
2772 ターボ分子ポンプ
2780 マスフローコントローラ
2781 精製機
2782 ガス加熱機構
2784 可変部材
2790a マグネットユニット
2790b マグネットユニット
2791 電源
2900 携帯型ゲーム機
2901 筐体
2902 筐体
2903 表示部
2904 表示部
2905 マイクロホン
2906 スピーカ
2907 操作キー
2908 スタイラス
2910 情報端末
2911 筐体
2912 表示部
2913 カメラ
2914 スピーカ部
2915 ボタン
2916 外部接続部
2917 マイク
2920 ノート型パーソナルコンピュータ
2921 筐体
2922 表示部
2923 キーボード
2924 ポインティングデバイス
2940 ビデオカメラ
2941 筐体
2942 筐体
2943 表示部
2944 操作キー
2945 レンズ
2946 接続部
2950 情報端末
2951 筐体
2952 表示部
2960 情報端末
2961 筐体
2962 表示部
2963 バンド
2964 バックル
2965 操作ボタン
2966 入出力端子
2967 アイコン
2970 電気冷蔵庫
2971 筐体
2972 冷蔵室用扉
2973 冷凍室用扉
2980 自動車
2981 車体
2982 車輪
2983 ダッシュボード
2984 ライト
3100 表示装置
3125 発光素子
3130 画素
3131 表示領域
3132 回路
3133 回路
3135 走査線
3136 信号線
3137 画素回路
3152 回路
3153 回路
3232 トランジスタ
3233 容量素子
3431 トランジスタ
3432 液晶素子
3434 トランジスタ
3435 ノード
3436 ノード
3437 ノード
4001 基板
4002 画素部
4003 信号線駆動回路
4004 走査線駆動回路
4005 シール材
4006 基板
4008 液晶層
4010 トランジスタ
4011 トランジスタ
4013 液晶素子
4014 配線
4015 電極
4017 電極
4018 FPC
4018b FPC
4019 異方性導電層
4020 容量素子
4021 電極
4030 電極層
4031 電極層
4032 絶縁層
4033 絶縁層
4035 スペーサ
4102 絶縁層
4103 絶縁層
4110 絶縁層
4111 絶縁層
4112 絶縁層
4510 隔壁
4511 発光層
4513 発光素子
4514 充填材
5100 ペレット
5120 基板
5161 領域
6000 表示モジュール
6001 上部カバー
6002 下部カバー
6003 FPC
6004 タッチセンサ
6005 FPC
6006 表示パネル
6007 バックライトユニット
6008 光源
6009 フレーム
6010 プリント基板
6011 バッテリ
100 Transistor 100a Transistor 100d Structure 101 Substrate 102 Insulator 102a Insulator 103 Insulator 103a Insulator 103b Insulator 103c Insulator 104 Oxide layer 104a Oxide layer 104b Oxide layer 104c Oxide layer 104d Oxide layer 104e Oxide Layer 104f Oxide layer 105 Insulator 105a Electrode 105b Electrode 105d Insulator 106 Conductor 106d Conductor 107 Insulator 107d Insulator 108 Insulator 108b Insulator 108d Insulator 109a Conductor 109b Conductor 109c Conductor 109d Conductor 109e Conductor Body 109j Conductor 109k Conductor 109l Conductor 109m Conductor 109n Conductor 109o Conductor 110 Insulator 110b Insulator 110d Insulator 111 Insulator 111a Insulator 112 Insulator 112d Contact plug 113a Contact plug 113b Contact plug 113c Contact plug 113d Contact plug 114 Conductor 114a Conductor 114b Conductor 114c Conductor 117 Conductor 117d Conductor 118 Insulator 119 Conductor 126 Conductive layer 131 Metal element 135 Region 141 Capacitive element 142 Capacitive element 145 Mixed layer 150 Transistor 160 Transistor 220 Well 221 p-type semiconductor 223 n-type semiconductor 224 opening 225 opening 251 wiring 252 wiring 253 wiring 254 wiring 255 wiring 256 node 257 capacitance element 260 circuit 270 circuit 273 electrode 280 circuit 281 transistor 281a transistor 281b transistor 282 transistor 282a transistor 282b transistor 283 channel formation region 284 Low-concentration p-type impurity region 285 High-concentration p-type impurity region 286 Insulator 287 Conductor 288 Structure 289 Transistor 290 Circuit 291 Transistor 300 Structure 300d Structure 301 Mask 302 Mask 303 Mask 306 Opening 307 Opening 308 Opening 311 Length 312 Length 313 Length 314 Length 315 End 316 End 382 Ec
383a Ec
383b Ec
383c Ec
386 Ec
390 Trap level 400 Semiconductor device 401 Substrate 402 Insulator 403 Insulator 404 Insulator 405 Insulator 406 Contact plug 406a Contact plug 406b Contact plug 406c Contact plug 407 Insulator 407a Insulator 410 Semiconductor device 412 Insulator 413 Capacitive element 413a Conductivity Body 413b Conductor 413c Conductor 413d Conductor 414 Element isolation layer 415 Insulator 420 Semiconductor device 421 Conductor 422 Conductor 427 Conductor 429 Conductor 430 Semiconductor device 442 Insulator 477 Partition 487 Wiring 487a Conductor 487b Conductor 488 Conductor Body 489 Contact plug 550 Interposer 551 Chip 552 Terminal 553 Mold resin 560 Panel 561 Printed wiring board 562 Package 563 FPC
564 battery 585 insulator 600 imaging device 601 photoelectric conversion element 602 transistor 603 transistor 604 transistor 605 transistor 606 capacitance element 607 node 608 wiring 609 wiring 610 pixel driving circuit 611 wiring 621 pixel portion 622 pixel 622B pixel 622G pixel 622R pixel 623 pixel 624 filter 624B filter 624G filter 624R filter 625 lens 626 wiring group 660 light 681 photoelectric conversion layer 682 translucent conductive layer 686 conductor 686a conductor 686b conductor 701 circuit 702 circuit 703 switch 704 switch 706 logic element 707 capacitance element 708 capacitance element 709 Transistor 710 Transistor 713 Transistor 714 Transistor 720 Circuit 730 Storage element 800 RF tag 801 Communication device 802 Antenna 803 Radio signal 804 Antenna 805 Rectifier circuit 806 Constant voltage circuit 807 Demodulation circuit 808 Modulation circuit 809 Logic circuit 810 Storage circuit 811 ROM
1189 ROM interface 1190 Board 1191 ALU
1192 ALU Controller 1193 Instruction Decoder 1194 Interrupt Controller 1195 Timing Controller 1196 Register 1197 Register Controller 1198 Bus Interface 1199 ROM
1281 transistor 1283 channel formation region 1284 low concentration n-type impurity region 1285 high concentration n-type impurity region 2700 film forming apparatus 2701 atmosphere side substrate supply chamber 2702 atmosphere side substrate transfer chamber 2703a load lock chamber 2703b unload lock chamber 2704 transfer chamber 2705 substrate Heating chamber 2706a Film forming chamber 2706b Film forming chamber 2706c Film forming chamber 2751 Cryotrap 2752 Stage 2761 Cassette port 2762 Alignment port 2763 Transfer robot 2764 Gate valve 2765 Heating stage 2766 Target 2766a Target 2766b Target 2767 Target shield 2767a Target shield 2767b Target shield 2768 Substrate holder 2769 Substrate 2770 Vacuum pump 2771 Cryopump 2772 Turbo molecular pump 2780 Mass flow controller 2781 Purifier 2782 Gas heating mechanism 2784 Variable member 2790a Magnet unit 2790b Magnet unit 2791 Power source 2900 Portable game machine 2901 Housing 2902 Housing 2903 Display 2904 Display unit 2905 Microphone 2906 Speaker 2907 Operation key 2908 Stylus 2910 Information terminal 2911 Housing 2912 Display unit 2913 Camera 2914 Speaker unit 2915 Button 2916 External connection unit 2917 Microphone 2920 Notebook type personal computer 2921 Housing 2922 Display unit 2923 Keyboard 2924 Pointing device 2940 Video camera 2941 Housing 2942 Housing 2943 Display unit 2944 Operation keys 2945 Lens 2946 Connection unit 2950 Information terminal 2951 Housing 2952 Display unit 2960 Information terminal 2961 Housing 2962 Display unit 2963 Band 2964 Buckle 2965 Operation button 2966 Input/output terminal 2967 Icon 2970 Electric Refrigerator 2971 Housing 2972 Refrigerator Door 2973 Refrigerator Door 2980 Automobile 2981 Car Body 2982 Wheel 2983 Dashboard 2984 Light 3100 Display Device 3125 Light Emitting Element 3130 Pixel 3131 Display Area 3132 Circuit 3133 Circuit 3135 Scan Line 3136 Scan Line 3137 Pixel 3137 Pixel Circuit 3152 Circuit 3153 Circuit 3232 Transistor 3233 Capacitive element 3431 transistor 3432 liquid crystal element 3434 transistor 3435 node 3436 node 3437 node 4001 substrate 4002 pixel portion 4003 signal line drive circuit 4004 scanning line drive circuit 4005 sealant 4006 substrate 4008 liquid crystal layer 4010 transistor 4011 transistor 4013 liquid crystal element 4014 wiring 4015 electrode 4017 electrode 4018 FPC
4018b FPC
4019 anisotropic conductive layer 4020 capacitive element 4021 electrode 4030 electrode layer 4031 electrode layer 4032 insulating layer 4033 insulating layer 4035 spacer 4102 insulating layer 4103 insulating layer 4110 insulating layer 4111 insulating layer 4112 insulating layer 4510 partition wall 4511 light emitting layer 4513 light emitting element 4514 filling Material 5100 Pellets 5120 Substrate 5161 Area 6000 Display module 6001 Upper cover 6002 Lower cover 6003 FPC
6004 Touch sensor 6005 FPC
6006 Display panel 6007 Backlight unit 6008 Light source 6009 Frame 6010 Printed circuit board 6011 Battery

Claims (3)

第1の絶縁体と、
前記第1の絶縁体上のトランジスタと、
前記トランジスタを覆う第2の絶縁体と、
前記トランジスタ上及び前記第2の絶縁体上の第3の絶縁体と、を有し、
前記第2の絶縁体は、前記第1の絶縁体に達する開口部を有し、
前記開口部には、第4の絶縁体が配置され、
前記開口部は、前記トランジスタの四方を囲んで配置されている半導体装置。
A first insulator,
A transistor on the first insulator,
A second insulator covering the transistor,
A third insulator on the transistor and on the second insulator,
The second insulator has an opening reaching the first insulator,
A fourth insulator is disposed in the opening,
A semiconductor device in which the opening is arranged so as to surround four sides of the transistor.
請求項1において、
前記第4の絶縁体は、前記第2の絶縁体よりも水素透過性が低い半導体装置。
In claim 1,
The fourth insulator is a semiconductor device having lower hydrogen permeability than the second insulator.
請求項1または2において、
前記第1の絶縁体および前記第4の絶縁体のうち少なくともいずれか一は、窒化物材料を含む半導体装置。
In claim 1 or 2,
At least one of the first insulator and the fourth insulator is a semiconductor device containing a nitride material.
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