JP2024055906A - Semiconductor Device - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置に良好な電気特性を付与する。【解決手段】プローブ径の半値幅が1nmである電子線を用いて、酸化物半導体膜の被形成面に対して膜の位置と電子線の位置とを相対的に移動させながら電子線を照射することにより、複数の電子回折パターンを観測し、複数の電子回折パターンは、互いに異なる箇所で観測された50個以上の電子回折パターンを有し、50個以上の電子回折パターンのうち、第1の電子回折パターンを有する割合と、第2の電子回折パターンを有する割合の和が、100%であり、第1の電子回折パターンを有する割合は50%以上であり、第1の電子回折パターンは、対称性を有さない観測点、または円を描くように配置された複数の観測点を有し、第2の電子回折パターンは、六角形の頂点に位置する観測点を有する酸化物半導体膜である。【選択図】なし[Problem] To provide a semiconductor device with good electrical characteristics. [Solution] An oxide semiconductor film is provided with an oxide semiconductor film having ...

Description

特許法第30条第2項適用申請有り 平成26年3月18日、平成26年3月19日、青山学院大学相模原キャンパスにおいて開催された、第61回応用物理学会春季学術講演会で発表Application for application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law submitted. Presented at the 61st Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics held at Aoyama Gakuin University Sagamihara Campus on March 18, 2014 and March 19, 2014.

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、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。特
に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それら
の駆動方法、または、それらの製造方法に関する。
The present invention relates to an object, a method, or a manufacturing method, or to a process, a machine, a manufacture, or a composition of matter. In particular, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a memory device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof.

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。トランジスタ、半導体回路は、半導体装置の一態様である。また、演算
装置、記憶装置、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池
等を含む)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
In this specification and the like, a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics. A transistor and a semiconductor circuit are one embodiment of a semiconductor device. In addition, an arithmetic device, a memory device, an imaging device, an electro-optical device, a power generation device (including a thin-film solar cell, an organic thin-film solar cell, and the like), and an electronic device may include a semiconductor device.

インジウムや、亜鉛を有する酸化物についての物性は興味深く、多く研究されている(
非特許文献1、非特許文献2)。非特許文献1では、In1-xGa1+x(ZnO
(xは-1≦x≦1を満たす数、mは自然数)で表されるホモロガス相が存在するこ
とが述べられている。また、ホモロガス相の固溶域(solid solution r
ange)について述べられている。例えば、In、Ga、及びZnOの粉
末を混合し、1350℃で焼成した場合に、m=1の場合のホモロガス相の固溶域は、x
が-0.33から0.08の記載があり、m=2の場合のホモロガス相の固溶域は、xが
-0.68から0.32の記載がある。
The physical properties of oxides containing indium and zinc are interesting and have been extensively studied (
Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2). In Non-Patent Document 1, In 1-x Ga 1+x O 3 (ZnO
) m (x is a number satisfying -1≦x≦1, m is a natural number).
For example, when powders of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO are mixed and sintered at 1350° C., the solid solution region of the homologous phase when m=1 is x
is said to be −0.33 to 0.08, and the solid solution region of the homologous phase when m = 2 is said to be x −0.68 to 0.32.

また、スピネル型の結晶構造を有する化合物として、AB(A及びBは金属)で
表される化合物が知られている。また非特許文献1ではInZnGaの例が示
されており、x,y及びzがZnGa近傍の組成、つまりx,y及びzが(x,y
,z)=(0,1,2)に近い値を有する場合には、スピネル型の結晶構造が形成、ある
いは混在しやすいことが記載されている。
Also, a compound represented by AB2O4 (A and B are metals) is known as a compound having a spinel type crystal structure. Non-Patent Document 1 shows an example of InxZnyGazOw , in which x , y , and z are in the vicinity of ZnGa2O4 , that is, x, y, and z are in the vicinity of (x, y
It is described that when the value of z is close to (z)=(0, 1, 2), a spinel type crystal structure is likely to be formed or to be mixed.

また、半導体材料を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジ
スタは集積回路(IC)や画像表示装置(単に表示装置とも表記する)のような電子デバ
イスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体材料としてシリコン系半導
体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
In addition, a technology for constructing a transistor using a semiconductor material has been attracting attention. The transistor is widely applied to electronic devices such as an integrated circuit (IC) and an image display device (also simply referred to as a display device). Although silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor materials applicable to transistors, oxide semiconductors have been attracting attention as other materials.

例えば、酸化物半導体として酸化亜鉛、またはIn-Ga-Zn系酸化物半導体を用い
てトランジスタを作製する技術が開示されている(特許文献1及び特許文献2参照)。
For example, techniques for manufacturing a transistor using zinc oxide or an In—Ga—Zn-based oxide semiconductor as an oxide semiconductor have been disclosed (see Patent Documents 1 and 2).

また、近年では電子機器の高性能化、小型化、または軽量化に伴い、微細化されたトラ
ンジスタなどの半導体素子を高密度に集積した集積回路の要求が高まっている。
Furthermore, in recent years, with the trend toward higher performance, smaller size, and lighter weight of electronic devices, there has been an increasing demand for integrated circuits in which semiconductor elements such as miniaturized transistors are densely integrated.

特開2007-123861号公報JP 2007-123861 A 特開2007-96055号公報JP 2007-96055 A

M. Nakamura, N. Kimizuka, and T. Mohri,「The Phase Relations in the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350℃」,J. Solid State Chem.、1991、Vol.93, pp.298-315M. Nakamura, N. Kimizuka, and T. Mohri, "The Phase Relations in the In2O3-Ga2ZnO4-ZnO System at 1350°C", J. Solid State Chem. , 1991, Vol. 93, pp. 298-315 M. Nespolo, A. Sato, T. Osawa, and H. Ohashi,「Synthesis, Crystal Structure and Charge Distribution of InGaZnO4. X-ray Diffraction Study of 20kb Single Crystal and 50kb Twin by Reticular Merohedry」Cryst. Res. Technol.,2000 Vol.35, pp151-165M. Nespolo, A. Sato, T. Osawa, and H. Ohashi, "Synthesis, Crystal Structure and Charge Distribution of InGaZnO4. X-ray Diffraction Study of 20kb Single Crystal and 50kb Twin by Reticular Merohedry" Cryst. Res. Technol. , 2000 Vol. 35, pp151-165

本発明の一態様は、半導体装置に良好な電気特性を付与することを課題の一とする。 One aspect of the present invention is to provide a semiconductor device with good electrical characteristics.

または、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。 Another objective is to provide a highly reliable semiconductor device.

または、特性のばらつきの少ない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、保持特性の良好な記憶素子を有する半導体装置を提供することを課題の一とす
る。または、微細化に適した半導体装置を提供することを課題の一とする。または、回路
面積を縮小した半導体装置を提供することを課題の一とする。または、新規な構成の半導
体装置を提供することを課題の一とする。
Another object of the present invention is to provide a good transistor with little variation in characteristics.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a memory element with good retention characteristics.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device suitable for miniaturization.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device with a reduced circuit area.Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a novel structure.

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 preclude the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily solve all of these problems. Note that problems other than these will become apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and will not be described in detail without departing from the spirit and scope of the present invention.
Other issues can be extracted from the drawings, claims, etc.

本発明の一態様は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有する酸化物半導体膜であっ
て、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または、スズの少なくとも一つ
選ばれた元素であり、インジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比は、インジウム:元素M
:亜鉛=x:y:zを満たし、x、y及びzはインジウム、元素M及び亜鉛の3つの元素
を頂点とした平衡状態図において、第1の座標(x:y:z=8:14:7)と、第2の
座標(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標(x:y:z=2:5:7)と、第4の
座標(x:y:z=51:149:300)と、第5の座標(x:y:z=46:288
:833)と、第6の座標(x:y:z=0:2:11)と、第7の座標(x:y:z=
0:0:1)と、第8の座標(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標と、を順番
に線分で結んだ範囲内の原子数の比を有し、範囲は、第1の座標ないし第6の座標を含み
、第7の座標および第8の座標を含まず、プローブ径の半値幅が1nmである電子線を用
いて、酸化物半導体膜の被形成面に対して、酸化物半導体膜の位置と電子線の位置とを相
対的に移動させながら電子線を照射することにより、複数の電子回折パターンを観測した
場合において、複数の電子回折パターンは、互いに異なる箇所で観測された50個以上の
電子回折パターンを有し、50個以上の電子回折パターンのうち、第1の電子回折パター
ンを有する割合と、第2の電子回折パターンを有する割合の和が、100%であり、第1
の電子回折パターンは、対称性を有さない観測点、または円を描くように配置された複数
の観測点を有し、第2の電子回折パターンは、六角形の頂点に位置する観測点を有する酸
化物半導体膜である。
One embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, an element M, and zinc, in which the element M is at least one selected from aluminum, gallium, yttrium, and tin, and the atomic ratio of indium, the element M, and zinc is indium:the element M
In an equilibrium diagram satisfying the relationship x:y:z, where x, y, and z are the three elements of indium, element M, and zinc, the vertices are the first coordinate (x:y:z=8:14:7), the second coordinate (x:y:z=2:4:3), the third coordinate (x:y:z=2:5:7), the fourth coordinate (x:y:z=51:149:300), and the fifth coordinate (x:y:z=46:288:460)
:833), the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), and the seventh coordinate (x:y:z=
a ratio of the number of atoms within a range obtained by connecting a first coordinate (x:y:z=1:0:0), an eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate with a line segment in this order, the range including the first to sixth coordinates but not including the seventh and eighth coordinates, and when a plurality of electron diffraction patterns are observed by irradiating a surface on which the oxide semiconductor film is to be formed with an electron beam having a half-width of a probe diameter of 1 nm while moving a position of the oxide semiconductor film relative to a position of the electron beam, the plurality of electron diffraction patterns include 50 or more electron diffraction patterns observed at different positions from each other, and a sum of a proportion of the 50 or more electron diffraction patterns having the first electron diffraction pattern and a proportion of the 2nd electron diffraction pattern is 100%,
The first electron diffraction pattern is of an oxide semiconductor film having an asymmetric observation point or a plurality of observation points arranged in a circular pattern, and the second electron diffraction pattern is of an oxide semiconductor film having observation points located at the vertices of a hexagon.

または、本発明の一態様は、プローブ径の半値幅が1nmである電子線を用いて、酸化
物半導体膜の被形成面に対して、酸化物半導体膜の位置と電子線の位置とを相対的に移動
させながら電子線を照射することにより、複数の電子回折パターンを観測した場合におい
て、複数の電子回折パターンは、互いに異なる箇所で観測された50個以上の電子回折パ
ターンを有し、50個以上の電子回折パターンのうち、第1の電子回折パターンを有する
割合と、第2の電子回折パターンを有する割合の和が、100%であり、第1の電子回折
パターンを有する割合は50%以上であり、第1の電子回折パターンは、対称性を有さな
い観測点、または円を描くように配置された複数の観測点を有し、第2の電子回折パター
ンは、六角形の頂点に位置する観測点を有する酸化物半導体膜である。
Alternatively, in one embodiment of the present invention, an oxide semiconductor film is provided with an oxide semiconductor film having an electron beam with a probe width of 1 nm, and the oxide semiconductor film is irradiated with the electron beam while moving a position of the oxide semiconductor film and a position of the electron beam relative to a surface on which the oxide semiconductor film is to be formed. In this case, the oxide semiconductor film has 50 or more electron diffraction patterns observed at different positions, the sum of a proportion of the 50 or more electron diffraction patterns having a first electron diffraction pattern and a proportion of the 50 or more electron diffraction patterns having a second electron diffraction pattern is 100%, and a proportion of the first electron diffraction pattern is 50% or more, the first electron diffraction pattern has observation points that are not symmetric or are arranged in a circular pattern, and the second electron diffraction pattern has observation points that are located at vertices of a hexagon.

または、本発明の一態様は、In:M(Al、Ga、Y、またはSn):Zn=x:y
:zの原子数比で表される酸化物半導体膜であって、座標x:y:z=1:0:0と、座
標x:y:z=0:1:0と、座標x:y:z=0:0:1と、を頂点とした平衡状態図
において、第1の座標(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標(x:y:z=2:
4:3)と、第3の座標(x:y:z=2:5:7)と、第4の座標(x:y:z=51
:149:300)と、第5の座標(x:y:z=46:288:833)と、第6の座
標(x:y:z=0:2:11)と、第7の座標(x:y:z=0:0:1)と、第8の
座標(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標と、を順番に線分で結んだ範囲内に
あり、酸化物半導体膜の被形成面に対して、酸化物半導体膜の位置とプローブ径の半値幅
が1nmである電子線の位置とを相対的に移動させることにより、異なる箇所で50個以
上の電子回折パターンを観測し、50個以上の電子回折パターンは、少なくとも非対称に
配置された複数のスポットを有する電子回折パターンと、円を描くように配置された複数
のスポットを有する電子回折パターンと、六角形の頂点に配置されたスポットを有する電
子回折パターンと、のいずれかであり、範囲は、第1の座標乃至第6の座標を含み、第7
の座標および第8の座標を含まないことを特徴とする酸化物半導体膜である。
Alternatively, one aspect of the present invention is a compound represented by the formula In:M(Al, Ga, Y, or Sn):Zn=x:y
In an equilibrium diagram having vertices at coordinates x:y:z=1:0:0, coordinates x:y:z=0:1:0, and coordinates x:y:z=0:0:1, a first coordinate (x:y:z=8:14:7) and a second coordinate (x:y:z=2:
4:3), the third coordinate (x:y:z=2:5:7), and the fourth coordinate (x:y:z=51
a fifth coordinate (x:y:z=46:288:833), a sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), a seventh coordinate (x:y:z=0:0:1), an eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate are within a range obtained by connecting, in this order, the fifth coordinate (x:y:z=46:288:833), the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), the seventh coordinate (x:y:z=0:0:1), the eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate with a line segment; a position of the oxide semiconductor film and a position of an electron beam having a half width of a probe diameter of 1 nm are moved relatively with respect to a surface on which the oxide semiconductor film is to be formed, to observe 50 or more electron diffraction patterns at different positions, and the 50 or more electron diffraction patterns are any one of an electron diffraction pattern having at least a plurality of spots arranged asymmetrically, an electron diffraction pattern having a plurality of spots arranged in a circular manner, and an electron diffraction pattern having spots arranged at vertices of a hexagon, and the range includes the first to sixth coordinates;
The oxide semiconductor film does not include the coordinates A and B.

また上記構成において、酸化物半導体膜は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有し
、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズの少なくとも一つから
選ばれた元素であり、インジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比は、インジウム:元素M
:亜鉛=x:y:zを満たし、x、y及びzはインジウム、元素M及び亜鉛の3つの元素
を頂点とした平衡状態図において、第1の座標(x:y:z=8:14:7)と、第2の
座標(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標(x:y:z=2:5:7)と、第4の
座標(x:y:z=51:149:300)と、第5の座標(x:y:z=46:288
:833)と、第6の座標(x:y:z=0:2:11)と、第7の座標(x:y:z=
0:0:1)と、第8の座標(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標を、順番に
線分で結んだ範囲内の原子数の比を有し、範囲は、第1の座標乃至第6の座標を含み、第
7の座標および第8の座標を含まないことが好ましい。
In the above structure, the oxide semiconductor film contains indium, an element M, and zinc. The element M is at least one selected from aluminum, gallium, yttrium, and tin. The atomic ratio of indium, the element M, and zinc is indium:element M
In an equilibrium diagram satisfying the relationship x:y:z, where x, y, and z are the three elements of indium, element M, and zinc, the vertices are the first coordinate (x:y:z=8:14:7), the second coordinate (x:y:z=2:4:3), the third coordinate (x:y:z=2:5:7), the fourth coordinate (x:y:z=51:149:300), and the fifth coordinate (x:y:z=46:288:460)
:833), the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), and the seventh coordinate (x:y:z=
It is preferable that the ratio of the number of atoms falls within a range obtained by connecting the first coordinate (x:y:z=1:0:0), the eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate with a line segment in that order, and that the range includes the first coordinate to the sixth coordinate, but does not include the seventh coordinate and the eighth coordinate.

または、本発明の一態様は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有する酸化物半導体
膜であって、酸化物半導体膜は、ランダムに配置する複数の結晶部を有し、複数の結晶部
の長手方向の径の平均は、1nm以上3nm以下である酸化物半導体膜である。
Another embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, an element M, and zinc. The oxide semiconductor film has a plurality of crystal parts which are randomly arranged, and the average longitudinal diameter of the plurality of crystal parts is greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 3 nm.

または、本発明の一態様は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有する酸化物半導体
膜であって、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズの少なくと
も一つから選ばれた元素であり、インジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比は、インジウ
ム:元素M:亜鉛=x:y:zを満たし、x、y及びzはインジウム、元素M及び亜鉛の
3つの元素を頂点とした平衡状態図において、第1の座標(x:y:z=8:14:7)
と、第2の座標(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標(x:y:z=2:5:7)
と、第4の座標(x:y:z=51:149:300)と、第5の座標(x:y:z=4
6:288:833)と、第6の座標(x:y:z=0:2:11)と、第7の座標(x
:y:z=0:0:1)と、第8の座標(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標
を、順番に線分で結んだ範囲内の原子数の比を有し、範囲は、第1の座標乃至第6の座標
を含み、第7の座標および第8の座標を含まず、酸化物半導体膜の密度は、同じ原子数比
を有する単結晶の密度の90%以上である酸化物半導体膜である。
Another embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, an element M, and zinc, in which the element M is at least one selected from aluminum, gallium, yttrium, and tin, and the atomic ratio of indium, the element M, and zinc satisfies indium:element M:z=x:y:z, and x, y, and z are each a first coordinate (x:y:z=8:14:7) in an equilibrium phase diagram with the three elements of indium, the element M, and zinc as vertices.
, the second coordinates (x:y:z=2:4:3), and the third coordinates (x:y:z=2:5:7).
, the fourth coordinate (x:y:z=51:149:300), and the fifth coordinate (x:y:z=4
6:288:833), the sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), and the seventh coordinate (x
the first coordinate (x:y:z=0:0:1), the eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the eighth coordinate are connected in order by a line segment, the range includes the first to sixth coordinates but does not include the seventh and eighth coordinates, and the density of the oxide semiconductor film is 90% or more of the density of a single crystal having the same atomic ratio.

または、本発明の一態様は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有する酸化物半導体
膜であって、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズの少なくと
も一つから選ばれた元素であり、酸化物半導体膜は、ランダムに配置する複数の結晶部を
有し、複数の結晶部は、配向性を有さず、複数の結晶部の長手方向の径の1nm以上3n
m以下の結晶を有し、酸化物半導体膜の密度は、同じ原子数比を有する単結晶の密度の9
0%以上である酸化物半導体膜である。
Another embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, an element M, and zinc, where the element M is at least one selected from aluminum, gallium, yttrium, and tin. The oxide semiconductor film has a plurality of crystal parts that are randomly arranged, the crystal parts do not have orientation, and the diameters of the crystal parts in the longitudinal direction are 1 nm to 3 nm.
The density of the oxide semiconductor film is 9 times that of a single crystal having the same atomic ratio.
0% or more.

または、本発明の一態様は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導
体膜であって、酸化物半導体膜は、複数の結晶部を有し、複数の結晶部は、配向性を有さ
ず、複数の結晶部の長手方向の径の平均は、1nm以上3nm以下であり、酸化物半導体
膜の密度は、5.7g/cm以上6.49g/cm以下である酸化物半導体膜である
。また上記構成において、酸化物半導体膜の密度は、同じ原子数比を有する単結晶の密度
の90%以上であることが好ましい。
Alternatively, one embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, gallium, and zinc, the oxide semiconductor film has a plurality of crystal parts that do not have orientation, the average longitudinal diameter of the plurality of crystal parts is 1 nm to 3 nm, and the density of the oxide semiconductor film is 5.7 g/ cm to 6.49 g/cm. In the above structure, the density of the oxide semiconductor film is preferably 90% or more of the density of a single crystal having the same atomic ratio.

または、本発明の一態様は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する酸化物半導
体膜であって、酸化物半導体膜は、ランダムに配置する複数の結晶部を有し、複数の結晶
部は、配向性を有さず、複数の結晶部の長手方向の径の平均A[nm]は、1nm以上3
nm以下であり、電子ビームエネルギーが1×10[e/nm]以上4×10
/nm]未満に照射された後の、結晶部の長手方向の径の平均B[nm]は、A×
0.7より大きく、A×1.3より小さい酸化物半導体膜である。
Another embodiment of the present invention is an oxide semiconductor film containing indium, gallium, and zinc. The oxide semiconductor film has a plurality of crystal parts that are randomly arranged, the crystal parts do not have orientation, and an average diameter A [nm] of the crystal parts in the longitudinal direction is 1 nm or more and 3 nm or less.
nm or less, and the electron beam energy is 1×10 7 [e /nm 2 ] or more and 4×10 8 [
After irradiation to less than e /nm 2 , the average longitudinal diameter B [nm] of the crystal portion is A×
The oxide semiconductor film has a thickness greater than 0.7 and smaller than A×1.3.

また上記構成において、酸化物半導体膜は、スパッタリング法により形成され、スパッ
タリング法に用いられるターゲットはインジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有し、ターゲ
ットが有するインジウム、元素M、及び亜鉛の原子数比は、インジウム:元素M:亜鉛=
a:b:cを満たし、a、b、及びcは、インジウム、元素M及び亜鉛の3つの元素を頂
点とした平衡状態図において、第1の座標(a:b:c=8:14:7)と、第2の座標
(a:b:c=2:4:3)と、第3の座標(a:b:c=1:2:5.1)と、第4の
座標(a:b:c=1:0:1.7)と、第5の座標(a:b:c=8:0:1)と、第
6の座標(a:b:c=6:2:1)と、前記第1の座標と、を、順番に線分で結んだ範
囲内の原子数の比を有し、範囲は、第1の座標乃至第6の座標を含むことが好ましい。
In the above structure, the oxide semiconductor film is formed by a sputtering method. A target used in the sputtering method contains indium, the element M, and zinc. The atomic ratio of indium, the element M, and zinc contained in the target is indium:the element M:zinc=
It is preferable that the ratio of the number of atoms satisfies a:b:c, and a, b, and c are within a range obtained by connecting the first coordinate (a:b:c=8:14:7), the second coordinate (a:b:c=2:4:3), the third coordinate (a:b:c=1:2:5.1), the fourth coordinate (a:b:c=1:0:1.7), the fifth coordinate (a:b:c=8:0:1), the sixth coordinate (a:b:c=6:2:1), and the first coordinate in an equilibrium phase diagram with the three elements of indium, element M, and zinc as vertices, and that the range includes the first coordinate to the sixth coordinate.

または、本発明の一態様は、上記に記載の酸化物半導体膜を有する半導体装置である。
また上記構成において、第1の導電層と、第1の導電層の上面及び側面に接する第1の絶
縁膜と、酸化物半導体膜の上面に接する一対の電極と、を有し、酸化物半導体膜は、第1
の絶縁膜の上面に接する領域を有することが好ましい。また上記構成において、第1の導
電層と、第1の導電層の上面及び側面に接する第1の絶縁膜と、酸化物半導体膜の上面に
接する第2の絶縁膜と、酸化物半導体膜の上面及び第2の絶縁膜の上面及び側面に接する
一対の電極とを有し、酸化物半導体膜は、第1の絶縁膜の上面に接する領域を有すること
が好ましい。また上記構成において、酸化物半導体膜の上面と接する第2の酸化物膜を有
することが好ましい。また上記構成において、酸化物半導体膜が有する酸化物の電子親和
力は、第2の酸化物膜が有する酸化物の電子親和力よりも大きいことが好ましい。また上
記構成において、第2の酸化物膜は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、を有し、元素M
は、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズの少なくとも一つから選ばれた
元素であり、第2の酸化物膜が有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数の比は、イン
ジウム:元素M:亜鉛=x:y:zで表され、(x:y:z)は、インジウ
ム、元素M及び亜鉛の3つの元素を頂点とした平衡状態図において、第1の座標(8:1
4:7)と、第2の座標(2:4:3)と、第3の座標(2:5:7)と、第4の座標(
51:149:300)と、第5の座標(1:4:10)と、第6の座標(1:1:4)
と、第7の座標(2:2:1)と、前記第1の座標と、を、順番に線分で結んだ範囲内の
原子数の比を有し、範囲は、第1の座標乃至第7の座標を含むことが好ましい。
Another embodiment of the present invention is a semiconductor device including any of the above oxide semiconductor films.
In the above structure, a first conductive layer, a first insulating film in contact with a top surface and a side surface of the first conductive layer, and a pair of electrodes in contact with a top surface of the oxide semiconductor film are included.
In the above structure, the oxide semiconductor film preferably has a region in contact with an upper surface of the insulating film. In the above structure, the oxide semiconductor film preferably has a first conductive layer, a first insulating film in contact with an upper surface and a side surface of the first conductive layer, a second insulating film in contact with an upper surface of the oxide semiconductor film, and a pair of electrodes in contact with an upper surface of the oxide semiconductor film and an upper surface and a side surface of the second insulating film, and the oxide semiconductor film preferably has a region in contact with an upper surface of the first insulating film. In the above structure, the oxide semiconductor film preferably has a second oxide film in contact with an upper surface of the oxide semiconductor film. In the above structure, the electron affinity of an oxide of the oxide semiconductor film is preferably larger than that of the second oxide film. In the above structure, the second oxide film contains indium, an element M, and zinc, and the element M
is an element selected from at least one of aluminum, gallium, yttrium, and tin, and the atomic ratio of indium, element M, and zinc contained in the second oxide film is expressed as indium:element M:zinc=x 2 :y 2 :z 2 , and (x 2 :y 2 :z 2 ) is the first coordinate (8:1) in an equilibrium phase diagram with the three elements of indium, element M, and zinc as vertices.
4:7), the second coordinate (2:4:3), the third coordinate (2:5:7), and the fourth coordinate (
51:149:300), the fifth coordinate (1:4:10), and the sixth coordinate (1:1:4)
It is preferable that the ratio of the number of atoms in a range obtained by connecting the first coordinate, the seventh coordinate (2:2:1), and the first coordinate in order with a line segment includes the first coordinate to the seventh coordinate.

または、本発明の一態様は、上記に記載の半導体装置と、表示素子と、を有する表示装
置である。
Another embodiment of the present invention is a display device including any of the above semiconductor devices and a display element.

または、本発明の一態様は、上記に記載の半導体装置、または、上記に記載の表示装置
と、FPCと、を有するモジュールである。
Another embodiment of the present invention is a module including any of the above semiconductor devices or any of the above display devices and an FPC.

または、本発明の一態様は、上記に記載の半導体装置、上記に記載の表示装置、または
、上記に記載のモジュールと、マイクロフォン、スピーカー、または、操作キーと、を有
する電子機器である。
Another embodiment of the present invention is an electronic device including any of the above semiconductor devices, the above display devices, or the above module, and a microphone, a speaker, or an operation key.

本発明の一態様により、半導体装置に良好な電気特性を付与することができる。また、
信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device can have good electrical characteristics.
A highly reliable semiconductor device can be provided.

また、ばらつきの少ないトランジスタを提供することができる。また、保持特性の良好
な記憶素子を有する半導体装置を提供することができる。また、微細化に適した半導体装
置を提供することができる。また、回路面積を縮小した半導体装置を提供することができ
る。また、新規な構成の半導体装置を提供することができる。なお、これらの効果の記載
は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、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。
Furthermore, a transistor with little variation can be provided. Further, a semiconductor device having a memory element with good retention characteristics can be provided. Further, a semiconductor device suitable for miniaturization can be provided. Further, a semiconductor device with a reduced circuit area can be provided. Further, a semiconductor device having a novel structure can be provided. Note that the description of these effects does not preclude the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. Note that effects other than these will become apparent from descriptions in the specification, drawings, claims, etc., and may be easily understood from descriptions in the specification, drawings, claims, etc.
It is possible to extract effects other than these.

本発明の一態様に係る酸化物膜の原子数比を説明する図。FIG. 1 illustrates an atomic ratio of an oxide film according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係る酸化物膜の原子数比を説明する図。FIG. 1 illustrates an atomic ratio of an oxide film according to one embodiment of the present invention. 原子数比を説明する図。FIG. 本発明の一態様に係る酸化物膜の原子数比を説明する図。FIG. 1 illustrates an atomic ratio of an oxide film according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るターゲットの原子数比を説明する図。FIG. 2 is a graph illustrating an atomic ratio of a target according to one embodiment of the present invention. 原子数比を説明する図。FIG. 酸化物半導体膜のナノビーム電子回折パターンを示す図、および透過電子回折測定装置の一例を示す図。1A and 1B are diagrams showing a nanobeam electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film and an example of a transmission electron diffraction measurement apparatus. nc-OSのX線回折装置による解析結果を示す図。FIG. 13 shows the analysis results of nc-OS by an X-ray diffraction device. nc-OSの電子回折パターンを示す図。FIG. 1 shows an electron diffraction pattern of nc-OS. InGaZnOの結晶を説明する図。FIG . 1 is a diagram illustrating a crystal of InGaZnO4. 本発明の一態様に係るトランジスタの一部のバンド構造を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a band structure of a part of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. CAAC-OSおよびnc-OSのCs補正高分解能断面TEM像を示す図。13A and 13B show Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM images of CAAC-OS and nc-OS. CAAC-OSのCs補正高分解能断面TEM像を示す図。FIG. 13 shows a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of CAAC-OS. CAAC-OSのCs補正高分解能断面TEM像を示す図。FIG. 13 shows a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of CAAC-OS. nc-OSのCs補正高分解能断面TEM像を示す図。FIG. 13 shows a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of nc-OS. nc-OSのCs補正高分解能断面TEM像を示す図。FIG. 13 shows a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of nc-OS. CAAC-OSおよびnc-OSのCs補正高分解能断面TEM像によって観測されたペレットサイズと、その頻度を示す図。FIG. 1 shows pellet sizes and their frequencies observed in Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM images of CAAC-OS and nc-OS. ターゲットの原子数比と酸化物半導体膜の原子数比の関係を示す図。13A and 13B are graphs showing the relationship between the atomic ratio of a target and the atomic ratio of an oxide semiconductor film. nc-OSの成膜モデルを説明する模式図、およびペレットを示す図。1A and 1B are a schematic diagram illustrating a film-formation model of nc-OS and a diagram showing a pellet. 成膜装置を説明する模式図。FIG. 表示装置を説明するブロック図及び回路図。1A and 1B are a block diagram and a circuit diagram illustrating a display device. 実施の形態に係る、表示モジュールの図。FIG. 2 is a diagram of a display module according to an embodiment. 実施の形態に係る、RFタグの構成例。3 shows an example of the configuration of an RF tag according to the embodiment. トランジスタの一例を示す図。1A to 1C illustrate an example of a transistor. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 本発明の一態様に係るトランジスタの一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example of a transistor according to one embodiment of the present invention. 表示装置の一態様を示す上面図。FIG. 1 is a top view illustrating one embodiment of a display device. 表示装置の一態様を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a display device. 表示装置の一態様を示す断面図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a display device. 実施の形態に係る、回路図。FIG. 本発明の一態様に係る半導体装置の一例を示す図。FIG. 1 illustrates an example 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作製方法を示す図。1A to 1C illustrate 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を示す図。1A to 1C illustrate 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を示す図。1A to 1C illustrate 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を示す図。1A to 1C illustrate 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酸化物半導体膜のXRD評価結果。1 shows XRD evaluation results of an oxide semiconductor film according to one embodiment of the present invention. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の電子回折パターン。Electron diffraction pattern of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜のTDS分析結果。1 shows the results of TDS analysis of an oxide semiconductor film. 電子線照射による結晶の変化を示す図。FIG. 1 shows changes in crystals caused by electron beam irradiation. 実施の形態に係る、RFタグの使用例。1 shows an example of how an RF tag is used according to an embodiment. 実施の形態に係る、電子機器。1 is an electronic device according to an embodiment. 酸化物半導体膜の膜密度を示す図。13A to 13C show film densities of oxide semiconductor films. 酸化物半導体膜のエッチングレートを示す図。13A to 13C show etching rates of oxide semiconductor films. 酸化物半導体膜の脱離ガスの放出量を示す図。13A and 13B show amounts of released gases from oxide semiconductor films. 酸化物半導体膜の水素濃度を示す図。13A and 13B show hydrogen concentrations in oxide semiconductor films. 酸化物半導体膜の結晶サイズを示す図。1A to 1C show crystal sizes of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜の結晶サイズを示す図。1A to 1C show crystal sizes of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜のCPM測定結果を示す図。13A and 13B show CPM measurement results of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜のCPM測定結果を示す図。13A and 13B show CPM measurement results of an oxide semiconductor film. 酸化物半導体膜のCPM測定結果を示す図。13A and 13B show CPM measurement results of an oxide semiconductor film. a-like OSのCs補正高分解能断面TEM像を示す図。FIG. 1 shows a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of an a-like OS. 酸化物半導体膜の水素濃度を示す図。13A and 13B show hydrogen concentrations in oxide semiconductor films.

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。
The embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that the modes and details of the present invention can be modified in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be interpreted as being limited to the description of the embodiments shown below.

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。また、同様
の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
In the configuration of the invention described below, the same parts or parts having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and the repeated explanations are omitted. In addition, when referring to similar functions, the same hatch pattern may be used and no particular reference numeral may be used.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、
明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されな
い。
In each figure described in this specification, the size, layer thickness, or area of each component is indicated by the following formula:
Illustrative figures may be exaggerated for clarity and are not necessarily to scale.

なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避ける
ために付すものであり、数的に限定するものではない。
In this specification, ordinal numbers such as "first" and "second" are used to avoid confusion between components, and do not limit the numbers.

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」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。
In addition, in this specification, "parallel" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10° or more and 10° or less. Therefore, the case of an angle of -5° or more and 5° or less is also included.
"Substantially parallel" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -30° or more and 30° or less. "Perpendicular" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, it also includes cases in which the angle is 85° or more and 95° or less. "Substantially perpendicular" refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60° or more and 120° or less.

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 addition, in this specification, when the crystal is a trigonal or rhombohedral crystal, it is referred to as a hexagonal crystal system.

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制
御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは
、IGFET(Insulated Gate Field Effect Trans
istor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor
)を含む。
A transistor is a type of semiconductor element and can perform a switching operation such as amplifying a current or voltage and controlling conduction or non-conduction. The transistor in this specification is an IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor).
transistors (TFTs) and thin film transistors (TFTs)
)including.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である酸化物半導体膜の一例について説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an example of an oxide semiconductor film which is one embodiment of the present invention will be described.

酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。
非単結晶酸化物半導体膜とは、CAAC-OS(C Axis Aligned Cry
stalline Oxide Semiconductor)膜、多結晶酸化物半導体
膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。
Oxide semiconductor films are roughly classified into non-single-crystal oxide semiconductor films and single-crystal oxide semiconductor films.
The non-single-crystal oxide semiconductor film is a CAAC-OS (C Axis Aligned Cryogenic
The oxide semiconductor film includes a stalline oxide semiconductor film, a polycrystalline oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, an amorphous oxide semiconductor film, and the like.

単結晶は、例えば約1000℃以上の高い温度において焼成することで形成できる場合
がある。よって、産業上の観点では、より低い温度で形成できる非単結晶酸化物半導体膜
を用いることにより、半導体装置をより安価に作製できるため好ましいといえる。
A single crystal can be formed in some cases by firing at a high temperature, for example, equal to or higher than about 1000° C. Thus, from an industrial viewpoint, it is preferable to use a non-single-crystal oxide semiconductor film, which can be formed at a lower temperature, because a semiconductor device can be manufactured at lower cost.

酸化物半導体膜の粒界は、少ないほど好ましい。粒界を少なくすることにより、例えば
キャリア移動度を高めることができる。粒界の少ない酸化物半導体膜を用いてトランジス
タを作製することにより、例えば電界効果移動度の高いトランジスタを実現することがで
きる場合がある。後に詳細を述べるが、粒界の少ない非単結晶酸化物半導体膜として、例
えばnc-OS膜やCAAC-OS膜が挙げられる。
The number of grain boundaries in an oxide semiconductor film is preferably as small as possible. By reducing the number of grain boundaries, for example, carrier mobility can be increased. By manufacturing a transistor using an oxide semiconductor film with few grain boundaries, for example, a transistor with high field-effect mobility can be realized in some cases. As will be described in detail later, examples of a non-single-crystal oxide semiconductor film with few grain boundaries include an nc-OS film and a CAAC-OS film.

一方、酸化物半導体膜は、スピネル構造の結晶を有する場合がある。スピネル構造の結
晶がCAAC-OS膜やnc-OS膜に混在することにより、明確な境界部(または粒界
)を形成する場合がある。境界部では例えばキャリアの散乱が増大し、キャリアの移動度
が低下する場合がある。また、境界部は不純物の移動経路になりやすく、また不純物を捕
獲しやすいと考えられるため、酸化物半導体膜の不純物濃度が高まる懸念がある。また、
酸化物半導体膜上に導電膜を形成する場合に、導電膜の有する元素、例えば金属等がスピ
ネルと他の領域の境界部に拡散してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜には、ス
ピネル型の結晶構造が含まれない、または少ないことがより好ましい。
On the other hand, the oxide semiconductor film may have crystals with a spinel structure. When crystals with a spinel structure are mixed in a CAAC-OS film or an nc-OS film, a clear boundary (or grain boundary) may be formed. At the boundary, for example, carrier scattering may increase, and carrier mobility may decrease. In addition, the boundary is likely to become a path for impurities to move and is likely to capture impurities, so there is a concern that the impurity concentration in the oxide semiconductor film may increase.
When a conductive film is formed over an oxide semiconductor film, an element contained in the conductive film, such as a metal, may diffuse into the boundary between the spinel region and another region, so that the oxide semiconductor film preferably does not contain a spinel crystal structure or contains only a small amount of the spinel crystal structure.

ここで酸化物半導体は、例えば、インジウムを含む酸化物半導体である。酸化物半導体
がインジウムを含むと、例えばキャリア移動度(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。元素Mは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、
イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ
素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、モ
リブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステンなどが
ある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元
素Mは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。例えば、酸素との結合エネ
ルギーがインジウムよりも高い元素である。または、元素Mは、例えば、酸化物半導体の
エネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、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。ここ
で、インジウム、元素M及び亜鉛を含む酸化物をIn-M-Zn酸化物と表す。
Here, the oxide semiconductor is, for example, an oxide semiconductor containing indium. When the oxide semiconductor contains indium, for example, the carrier mobility (electron mobility) is increased. In addition, the oxide semiconductor preferably contains an element M. The element M is preferably aluminum, gallium, or
The element M may be, for example, yttrium or tin. Other elements applicable to the element M include boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, yttrium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, and tungsten. However, the element M may be a combination of a plurality of the above elements. The element M is, for example, an element having a high bond energy with oxygen. For example, the element M is an element having a higher bond energy with oxygen than indium. Alternatively, 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. The oxide semiconductor may be easily crystallized when it contains zinc. Here, an oxide containing indium, the element M, and zinc is referred to as In-M-Zn oxide.

[原子数の比について]
本発明の一態様の酸化物半導体膜であるIn-M-Zn酸化物膜の原子数の比をIn:
M:Zn=x:y:zと表す。x、y及びzの好ましい範囲について、図1及び図2を用
いて説明する。
[Atomic ratio]
The atomic ratio of the In-M-Zn oxide film which is the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention is In:
M:Zn=x:y:z. The preferred ranges of x, y and z will be described with reference to FIGS.

ここで、各元素の原子数の比について、図3を用いて説明する。図3は、X-Y-Z酸
化物膜における、元素X、Y及びZの原子数の比をx:y:zとした時の、x、y及びz
の範囲について示す図である。なお、酸素の原子数比については図3には記載していない
。また図3を平衡状態図と呼ぶ場合がある。図3(A)及び図3(B)には、X、Y及び
Zを頂点とする正三角形と、座標の例として座標R(4:2:1)を示す。ここで各頂点
はそれぞれ元素X、Y及びZを表す。原子数の比におけるそれぞれの項の値は、座標が各
頂点に近いほど高く、遠いほど低い。また、図3(A)に示すように原子数の比における
それぞれの項の値は、座標から、その三角形の頂点の対辺までの垂線の長さであらわされ
る。例えば、元素Xであれば、座標から頂点Xの対辺、すなわち辺YZまでの垂線21の
長さで表される。よって、図3に示す座標Rは、元素X、元素Y及び元素Zの原子数比が
垂線21、垂線22及び垂線23の長さの比、すなわちx:y:z=4:2:1であるこ
とを表す。また、頂点Xと座標Rを通る直線が辺YZと交わる点をγとする。この時、線
分Yγの長さと線分γZの長さの比をYγ:γZとすると、Yγ:γZ=(元素Zの原子
数):(元素Yの原子数)となる。
Here, the atomic ratio of each element will be described with reference to Fig. 3. Fig. 3 shows the atomic ratio of elements X, Y, and Z in an XYZ oxide film, where the atomic ratio of elements X, Y, and Z is x:y:z.
3A and 3B show the range of the atomic ratio. The atomic ratio of oxygen is not shown in FIG. 3. Also, FIG. 3 may be called an equilibrium diagram. In FIG. 3A and FIG. 3B, an equilateral triangle with vertices X, Y, and Z, and coordinate R (4:2:1) are shown as an example of coordinates. Here, each vertex represents the elements X, Y, and Z, respectively. The value of each term in the atomic ratio is higher the closer the coordinate is to each vertex, and lower the farther the coordinate is. Also, as shown in FIG. 3A, the value of each term in the atomic ratio is represented by the length of the perpendicular line from the coordinate to the opposite side of the vertex of the triangle. For example, in the case of element X, it is represented by the length of the perpendicular line 21 from the coordinate to the opposite side of vertex X, that is, side YZ. Therefore, the coordinate R shown in FIG. 3 represents that the atomic ratio of element X, element Y, and element Z is the ratio of the lengths of the perpendicular lines 21, 22, and 23, that is, x:y:z=4:2:1. Also, the point where the straight line passing through vertex X and coordinate R intersects with side YZ is defined as γ. In this case, if the ratio of the length of the line segment Yγ to the length of the line segment γZ is Yγ:γZ, then Yγ:γZ=(number of atoms of element Z):(number of atoms of element Y).

また、図3(B)に示すように、座標Rを通り、三角形の3辺とそれぞれ平行な3つの
直線を引く。この時3つの直線と3辺との交点を用いて、x、y、及びzは図3(B)に
示す通り表すことができる。
Also, as shown in Fig. 3(B), three straight lines are drawn that pass through coordinate R and are parallel to the three sides of the triangle. In this case, x, y, and z can be expressed as shown in Fig. 3(B) using the intersections of the three straight lines and the three sides.

図6には、In-M-Zn酸化物膜においてx:y:zが以下の式を満たす場合につい
て、その範囲を破線で示している。
In FIG. 6, the range in which x:y:z in the In-M-Zn oxide film satisfies the following formula is indicated by a dashed line.

x:y:z=(1-α):(1+α):m(-1≦α≦1) x:y:z=(1-α):(1+α):m(-1≦α≦1)

ここで、図6にはm=1,2,3,4,5の場合を示す。 Here, Figure 6 shows the cases where m = 1, 2, 3, 4, and 5.

非特許文献1に記載されているように、In-M-Zn酸化物では、InMO(Zn
O)(mは自然数)で表されるホモロガス相(ホモロガスシリーズ)が存在することが
知られている。ここで例として元素MがGaである場合を考える。図6に太い直線で示し
た領域は、例えば、In、Ga、及びZnOの粉末を混合し、1350℃で
焼成した場合に、単一相の固溶域をとり得ることが知られている組成である。固溶域は、
mの値を大きくする、すなわち亜鉛の比率を高めるのに伴い、広くなることが知られてい
る。
As described in Non-Patent Document 1, In-M-Zn oxide is InMO 3 (Zn
It is known that there exists a homologous phase (homologous series) represented by the element M , GaO, where m is a natural number. Here, consider the case where the element M is Ga as an example. The region shown by the thick straight line in Fig. 6 is a composition that is known to be capable of forming a single-phase solid solution region when, for example, powders of In2O3 , Ga2O3 , and ZnO are mixed and sintered at 1350°C. The solid solution region is
It is known that the width increases as the value of m increases, that is, as the ratio of zinc increases.

また図6に四角のシンボルで示す座標は、非特許文献1に記載されているように、例え
ばIn、Ga、及びZnOの粉末を混合し、1350℃で焼成した場合に、
スピネル型の結晶構造が混在しやすいことが知られている組成である。図6に示すように
ZnGaの近傍の組成、つまりx,y及びzが(x,y,z)=(0,2,1)に
近い値を有する場合には、スピネル型の結晶構造が形成、あるいは混在しやすいことが非
特許文献1に記載されている。
The coordinates shown by square symbols in FIG. 6 indicate the following when, for example, powders of In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO are mixed and fired at 1350° C., as described in Non-Patent Document 1:
It is known that this composition is likely to have a spinel-type crystal structure mixed in. As shown in Fig . 6, when the composition is close to ZnGa2O4 , that is, when x, y, and z have values close to (x, y, z) = (0, 2, 1), a spinel-type crystal structure is likely to be formed or mixed in, as described in Non-Patent Document 1.

本発明の一態様の酸化物半導体膜であるIn-M-Zn酸化物膜は、インジウムの比率
を高めることが好ましい。In-M-Zn酸化物膜では主として金属原子のs軌道がキャ
リア伝導に寄与しており、インジウムの含有率を多くすることにより、より多くのs軌道
が重なるため、インジウムの含有率が多いとキャリア移動度はより高くなる。このような
膜をチャネル領域に用いてトランジスタを作製することにより、例えば高い電界効果移動
度を有するトランジスタを実現することができる。例えば、x/y>0.5が好ましく、
x/y≧0.75がより好ましく、x/y≧1がさらに好ましい。また、(x+y)≧z
が好ましい。
In the In-M-Zn oxide film that is the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, the ratio of indium is preferably increased. In the In-M-Zn oxide film, the s orbitals of metal atoms mainly contribute to carrier conduction, and by increasing the content of indium, more s orbitals overlap, so that the carrier mobility is increased. By manufacturing a transistor using such a film for a channel region, for example, a transistor having high field-effect mobility can be realized. For example, x/y>0.5 is preferable,
More preferably, x/y≧0.75, and even more preferably, x/y≧1.
is preferred.

よってx、y及びzは図1に示す領域11内の原子数の比を有することが好ましく、図
2(A)に示す領域12の原子数の比を有することがより好ましい。ここで領域11は、
第1の座標K(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標R(x:y:z=2:4:3
)と、第3の座標L(x:y:z=2:5:7)と、第4の座標M(x:y:z=51:
149:300)と、第5の座標N(x:y:z=46:288:833)と、第6の座
標O(x:y:z=0:2:11)と、第7の座標P(x:y:z=0:0:1)と、第
8の座標Q(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標Kとを、順番に線分で結んだ
領域内である。なお、領域11には8つの点を結んだ線分を含む。また領域11からは座
標P及び座標Qを除き、その他の座標は領域11に含む。また領域12は、第1の座標K
(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標R(x:y:z=2:4:3)と、第3の
座標L(x:y:z=2:5:7)と、第4の座標S(x:y:z=1:0:1)と、第
5の座標Q(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標Kとを、順番に線分で結んだ
領域内である。なお、領域12には、5つの点を結んだ線分を含む。また領域12からは
座標Qを除き、その他の座標は領域12に含む。
Therefore, x, y, and z preferably have the atomic ratio in the region 11 shown in FIG. 1, and more preferably have the atomic ratio in the region 12 shown in FIG. 2(A). Here, the region 11 is
The first coordinate K (x:y:z = 8:14:7) and the second coordinate R (x:y:z = 2:4:3
), the third coordinate L (x:y:z=2:5:7), and the fourth coordinate M (x:y:z=51:
Area 11 is within an area connecting, in order, coordinates N (x:y:z = 46:288:833), coordinate O (x:y:z = 0:2:11), coordinate P (x:y:z = 0:0:1), coordinate Q (x:y:z = 1:0:0), and coordinate K. Area 11 includes line segments connecting eight points. Area 11 excludes coordinates P and Q, and includes the other coordinates. Area 12 includes coordinates K (x:y:z = 46:288:833), coordinate O (x:y:z = 0:2:11), coordinate P (x:y:z = 0:0:1), coordinate Q (x:y:z = 1:0:0), and coordinate K.
(x:y:z=8:14:7), the second coordinate R (x:y:z=2:4:3), the third coordinate L (x:y:z=2:5:7), the fourth coordinate S (x:y:z=1:0:1), the fifth coordinate Q (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate K are connected by line segments in that order. Note that area 12 includes line segments connecting five points. Area 12 excludes coordinate Q, and includes the other coordinates.

[酸化物半導体膜の構造]
次に、酸化物半導体膜の構造について説明する。
[Structure of oxide semiconductor film]
Next, the structure of the oxide semiconductor film will be described.

まずは、CAAC-OS膜について説明する。 First, we will explain the CAAC-OS film.

CAAC-OS膜は、c軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである
The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of crystal parts which are c-axis aligned.

透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Micr
oscope)によって、CAAC-OS膜の明視野像および回折パターンの複合解析像
(高分解能TEM像ともいう。)を観察することで複数の結晶部を確認することができる
。一方、高分解能TEM像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界(グレイン
バウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC-OS膜は、
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)
A composite analysis image (also referred to as a high-resolution TEM image) of a bright-field image and a diffraction pattern of the CAAC-OS film can be observed using a TEM (transmission electron microscope). However, even in a high-resolution TEM image, clear boundaries between crystal parts, that is, grain boundaries, cannot be observed. Therefore, the CAAC-OS film is
It can be said that the decrease in electron mobility caused by the grain boundaries is unlikely to occur.

試料面と略平行な方向から、CAAC-OS膜の断面の高分解能TEM像を観察すると
、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は
、CAAC-OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映し
た形状であり、CAAC-OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
When a high-resolution TEM image of a cross section of a CAAC-OS film is observed from a direction substantially parallel to the sample surface, it can be seen that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape that reflects the unevenness of the surface (also referred to as the surface on which the CAAC-OS film is formed) or the top surface of the CAAC-OS film, and is arranged in parallel to the surface on which the CAAC-OS film is formed or the top surface.

一方、試料面と略垂直な方向から、CAAC-OS膜の平面の高分解能TEM像を観察
すると、結晶部において、金属原子が三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、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
On the other hand, when a high-resolution TEM image of a planar surface of a CAAC-OS film is observed from a direction substantially perpendicular to the sample surface, it can be seen that metal atoms are arranged in a triangular or hexagonal shape in the crystal parts, but no regularity is observed in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

なお、CAAC-OS膜に対し、電子回折を行うと、配向性を示すスポット(輝点)が
観測される。例えば、CAAC-OS膜の被形成面または上面に対し、例えば1nm以上
30nm以下の電子線を用いる電子回折(ナノビーム電子回折ともいう。)を行うと、ス
ポットが観測される(図7(B)参照。)。
Note that when electron diffraction is performed on the CAAC-OS film, spots (bright points) showing orientation are observed. For example, when electron diffraction (also referred to as nanobeam electron diffraction) is performed on a surface on which the CAAC-OS film is formed or on the top surface thereof using an electron beam with a diameter of 1 nm to 30 nm, spots are observed (see FIG. 7B ).

断面の高分解能TEM像および平面の高分解能TEM像より、CAAC-OS膜の結晶
部は配向性を有していることがわかる。
The high-resolution cross-sectional and planar TEM images show that the crystal parts of the CAAC-OS film have orientation.

なお、CAAC-OS膜に含まれるほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方
体内に収まる大きさである。従って、CAAC-OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10
nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。た
だし、CAAC-OS膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領
域を形成する場合がある。例えば、平面の高分解能TEM像において、2500nm
上、5μm以上または1000μm以上となる結晶領域が観察される場合がある。
Note that most of the crystal parts in the CAAC-OS film are sized to fit within a cube with one side less than 100 nm.
The size may be within a cube of less than 1 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm. However, a plurality of crystal parts in the CAAC-OS film may be connected to form one large crystal region. For example, a crystal region of 2500 nm2 or more, 5 μm2 or more, or 1000 μm2 or more may be observed in a high-resolution planar TEM image.

CAAC-OS膜に対し、X線回折(XRD:X-Ray Diffraction)
装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC-OS
膜のout-of-plane法による解析では、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、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属され
ることから、CAAC-OS膜の結晶が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。
X-ray diffraction (XRD) of the CAAC-OS film
When the structure was analyzed using the device, for example, a CAAC-OS having InGaZnO 4 crystals was found.
In an out-of-plane analysis of the film, a peak may appear at a diffraction angle (2θ) of approximately 31°. This peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystals, which confirms that the crystals of the CAAC-OS film have c-axis orientation and the c-axis faces in a direction approximately perpendicular to the surface on which the film is formed or the top surface.

一方、CAAC-OS膜に対し、c軸に略垂直な方向からX線を入射させるin-pl
ane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは
、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。InGaZnOの単結晶酸化
物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)と
して試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(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。これに対し、CAAC-OS膜の場合は、2θを5
6°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
On the other hand, in-plane X-ray irradiation is performed on the CAAC-OS film in a direction substantially perpendicular to the c-axis.
In the analysis by the AN method, a peak may appear when 2θ is around 56°. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , when 2θ is fixed at around 56° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample around the axis (φ axis) of the normal vector of the sample surface, six peaks attributed to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. In contrast, in the case of a CAAC-OS film, when 2θ is fixed at around 56°, six peaks attributed to a crystal plane equivalent to the (110) plane are observed.
Even when φ is fixed at around 6° and scanned, no clear peak appears.

以上のことから、CAAC-OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は
不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面の高分解能TEM観察で確認さ
れた層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
From the above, it can be seen that in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and the b-axis is irregular between different crystal parts, but the film has a c-axis orientation, and the c-axis is parallel to the normal vector of the surface on which the film is formed or the top surface. Therefore, each layer of metal atoms arranged in layers confirmed by the high-resolution TEM observation of the cross section described above is a plane parallel to the a-b plane of the crystal.

なお、結晶部は、CAAC-OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を
行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC-OS膜の被形成面ま
たは上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC-OS膜の
形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC-OS膜の被形成
面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
The crystalline parts are formed when the CAAC-OS film is formed or when a crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the surface on which the CAAC-OS film is formed or the top surface. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the surface on which the CAAC-OS film is formed or the top surface.

また、CAAC-OS膜中において、c軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい
。例えば、CAAC-OS膜の結晶部が、CAAC-OS膜の上面近傍からの結晶成長に
よって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもc軸配向した結晶
部の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたCAAC-OS膜は、不純物
が添加された領域が変質し、部分的にc軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成され
ることもある。
Furthermore, the distribution of c-axis oriented crystal parts in the CAAC-OS film does not have to be uniform. For example, when the crystal parts of the CAAC-OS film are formed by crystal growth from the vicinity of the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface may have a higher proportion of c-axis oriented crystal parts than the region near the surface on which the film is formed. Furthermore, in a CAAC-OS film to which an impurity has been added, the region to which the impurity has been added may be altered, and a region with a different proportion of c-axis oriented crystal parts may be formed.

なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC-OS膜のout-of-plane
法による解析では、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膜中の一部に、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。CAAC-OS膜は、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ことが好ましい。
Note that the out-of-plane phase of the CAAC-OS film containing InGaZnO 4 crystals
In the analysis by the method, in addition to the peak when 2θ is around 31°, a peak may also appear when 2θ is around 36°. The peak when 2θ is around 36° indicates that crystals without c-axis orientation are contained in part of the CAAC-OS film. It is preferable that the CAAC-OS film shows a peak when 2θ is around 31° and does not show a peak when 2θ is around 36°.

CAAC-OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素
、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリ
コンなどの、酸化物半導体膜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
化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、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、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜
の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不
純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low impurity concentration. The impurities are elements other than the main components of the oxide semiconductor film, such as hydrogen, carbon, silicon, and transition metal elements. In particular, an element such as silicon that has stronger bonding strength with oxygen than metal elements constituting the oxide semiconductor film removes oxygen from the oxide semiconductor film, thereby disturbing the atomic arrangement of the oxide semiconductor film and causing a decrease in crystallinity. In addition, heavy metals such as iron and nickel, argon, and carbon dioxide have a large atomic radius (or molecular radius), and therefore, when contained inside the oxide semiconductor film, they disturb the atomic arrangement of the oxide semiconductor film and cause a decrease in crystallinity. Note that the impurities contained in the oxide semiconductor film may become a carrier trap or a carrier generation source.

また、例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素
を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。CAAC-OS膜は、欠陥準
位密度の低い酸化物半導体膜である。具体的には、8×1011/cm未満、好ましく
は1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010/cm未満であり、1×
10-9/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。
For example, oxygen vacancies in an oxide semiconductor film may become carrier traps or may capture hydrogen and become a carrier generation source. The CAAC-OS film is an oxide semiconductor film with a low density of defect states. Specifically, the density is less than 8×10 11 /cm 3 , preferably less than 1×10 11 /cm 3 , further preferably less than 1×10 10 /cm 3 .
The oxide semiconductor can have a carrier density of 10 −9 /cm 3 or more.

また、CAAC-OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特
性の変動が小さい。
Furthermore, in a transistor using a CAAC-OS film, change in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light is small.

次に、多結晶酸化物半導体膜について説明する。 Next, we will explain the polycrystalline oxide semiconductor film.

多結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEM像において結晶粒を確認することができる。
多結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶粒は、例えば、高分解能TEM像で、2nm以上3
00nm以下、3nm以上100nm以下または5nm以上50nm以下の粒径であるこ
とが多い。また、多結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEM像で、結晶粒界を確認できる
場合がある。
In the polycrystalline oxide semiconductor film, crystal grains can be confirmed in a high-resolution TEM image.
The crystal grains contained in the polycrystalline oxide semiconductor film are, for example, 2 nm to 3 nm in a high-resolution TEM image.
In many cases, the grain size of the polycrystalline oxide semiconductor film is 00 nm or less, 3 nm to 100 nm, or 5 nm to 50 nm. In addition, in a high-resolution TEM image of the polycrystalline oxide semiconductor film, grain boundaries can be confirmed in some cases.

多結晶酸化物半導体膜は、複数の結晶粒を有し、当該複数の結晶粒間において結晶の方
位が異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体膜に対し、XRD装置を用いて
構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有する多結晶酸化物半導体膜のou
t-of-plane法による解析では、2θが31°近傍のピーク、2θが36°近傍
のピーク、またはそのほかのピークが現れる場合がある。
The polycrystalline oxide semiconductor film may have a plurality of crystal grains, and the crystal orientations of the plurality of crystal grains may differ from each other .
In the analysis by the t-of-plane method, a peak at 2θ of approximately 31°, a peak at 2θ of approximately 36°, or other peaks may appear.

多結晶酸化物半導体膜は、高い結晶性を有するため、高い電子移動度を有する場合があ
る。従って、多結晶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。ただし、多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界に不純物が偏析する場合がある。また、
多結晶酸化物半導体膜の結晶粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界
がキャリアトラップやキャリア発生源となる場合があるため、多結晶酸化物半導体膜を用
いたトランジスタは、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合が
ある。
A polycrystalline oxide semiconductor film has high crystallinity and therefore has high electron mobility in some cases. Therefore, a transistor using the polycrystalline oxide semiconductor film has high field-effect mobility. However, in the polycrystalline oxide semiconductor film, impurities may segregate at crystal grain boundaries.
The grain boundaries of the polycrystalline oxide semiconductor film become defect states. Since the grain boundaries of the polycrystalline oxide semiconductor film may become carrier traps or carrier generation sources, a transistor using the polycrystalline oxide semiconductor film may have large fluctuations in electrical characteristics and low reliability.

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。 Next, we will explain the microcrystalline oxide semiconductor film.

微結晶酸化物半導体膜は、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる
領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体
膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大
きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の
微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、n
c-OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor
)膜と呼ぶ。また、nc-OS膜は、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。
The microcrystalline oxide semiconductor film has a region where a crystal part can be confirmed in a high-resolution TEM image and a region where a clear crystal part cannot be confirmed. The crystal parts contained in the microcrystalline oxide semiconductor film often have a size of 1 nm to 100 nm, or 1 nm to 10 nm. In particular, an oxide semiconductor film having nanocrystals (nc), which are microcrystals having a size of 1 nm to 10 nm, or 1 nm to 3 nm, is referred to as n
c-OS (nanocrystalline oxide semiconductor)
In the nc-OS film, crystal grain boundaries may not be clearly identified in a high-resolution TEM image, for example.

nc-OS膜は、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膜は、異な
る結晶部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。
従って、nc-OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない
場合がある。例えば、nc-OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD
装置を用いて構造解析を行うと、out-of-plane法による解析では、結晶面を
示す31°近傍のピークが検出されない(図8参照)。また、nc-OS膜に対し、結晶
部よりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野
電子回折ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一
方、nc-OS膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部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膜に対
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。また、nc-OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、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。例えば、図9(A)に示すように、厚さ
が50nm程度のnc-OSに対して、プローブ径を30nm、20nm、10nmまた
は1nmとした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。また、プローブ径を小さくしていくと、リング状の領域が複数のスポ
ットから形成されていることがわかる。
The nc-OS film has periodic atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm). Furthermore, the nc-OS film has no regularity in crystal orientation between different crystal parts. Therefore, no orientation is observed in the entire film.
Therefore, the nc-OS film may be indistinguishable from an amorphous oxide semiconductor film depending on the analysis method.
When the structure is analyzed using the device, the out-of-plane analysis does not detect a peak near 31°, which indicates a crystal plane (see FIG. 8). When the nc-OS film is subjected to electron diffraction (also called selected area electron diffraction) using an electron beam with a probe diameter larger than the crystal part (for example, 50 nm or more), a diffraction pattern like a halo pattern is observed. On the other hand, when the nc-OS film is subjected to nanobeam electron diffraction using an electron beam with a probe diameter close to or smaller than the crystal part, a spot is observed. When the nc-OS film is subjected to nanobeam electron diffraction, a region with high brightness that draws a circle (ring-shaped) may be observed. When the nc-OS film is subjected to nanobeam electron diffraction, a plurality of spots may be observed within the ring-shaped region. For example, as shown in FIG. 9A, when the nc-OS film is subjected to nanobeam electron diffraction with a probe diameter of 30 nm, 20 nm, 10 nm, or 1 nm on a thickness of about 50 nm, a region with high brightness that draws a circle (ring-shaped) may be observed. It can also be seen that as the probe diameter is reduced, a ring-shaped region is formed from multiple spots.

さらに詳細な構造解析のために、nc-OS膜を厚さ数nm(5nm程度)に薄片化し
、プローブ径1nmの電子線を用いて、透過電子回折パターンを取得する。その結果、図
9(B)に示す結晶性を示すスポットを有する透過電子回折パターンが得られた。
For a more detailed structural analysis, the nc-OS film was sliced to a thickness of several nm (about 5 nm), and a transmission electron diffraction pattern was obtained using an electron beam with a probe diameter of 1 nm, resulting in a transmission electron diffraction pattern having spots showing crystallinity, as shown in FIG.

また、nc-OS膜に対してナノビーム電子回折を行うと、2つのリング状の領域が観
測される場合がある。
When nanobeam electron diffraction is performed on the nc-OS film, two ring-shaped regions are sometimes observed.

nc-OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そ
のため、nc-OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。
The nc-OS film is an oxide semiconductor film with higher regularity than an amorphous oxide semiconductor film, and therefore has a lower density of defect states than an amorphous oxide semiconductor film.

また、nc-OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、
nc-OS膜は、CAAC-OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。従って、nc-O
S膜は、CAAC-OS膜と比べて、キャリア密度が高くなる場合がある。キャリア密度
が高い酸化物半導体膜は、電子移動度が高くなる場合がある。従って、nc-OS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場合がある。
In addition, the nc-OS film has no regularity in the crystal orientation between different crystal parts.
The nc-OS film has a higher density of defect states than the CAAC-OS film.
The S film might have a higher carrier density than the CAAC-OS film. An oxide semiconductor film with high carrier density might have high electron mobility. Therefore, a transistor using the nc-OS film might have high field-effect mobility.

nc-OS膜は、CAAC-OS膜と比べて低い温度で形成できる。また、nc-OS
膜は、比較的不純物が多く含まれていても形成することができる場合がある。よって、n
c-OS膜は、CAAC-OS膜よりも形成が容易となる場合がある。そのため、nc-
OS膜を用いたトランジスタを有する半導体装置は、生産性高く作製することができる場
合がある。
The nc-OS film can be formed at a lower temperature than the CAAC-OS film.
In some cases, films can be formed even if they contain relatively large amounts of impurities.
In some cases, a c-OS film can be formed more easily than a CAAC-OS film.
A semiconductor device including a transistor using an OS film can be manufactured with high productivity in some cases.

また、nc-OS膜は、適度な酸素透過性を有する場合がある。適度な酸素透過性を有
する場合には、例えば過剰酸素を有する膜から放出される酸素がnc-OS膜全体に拡散
しやすい。よって、nc-OS膜では、酸素欠損を低減しやすい場合がある。
In addition, the nc-OS film may have appropriate oxygen permeability. When the nc-OS film has appropriate oxygen permeability, for example, oxygen released from a film containing excess oxygen is likely to diffuse throughout the nc-OS film. Thus, oxygen vacancies may be easily reduced in the nc-OS film.

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損の少ない)ことを、高純度真性また
は実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体
膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当
該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノ
ーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度
真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体
膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる
。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する
時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高
く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定とな
る場合がある。
A semiconductor film having a low impurity concentration and a low density of defect states (few oxygen vacancies) is called high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic. A high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film has a small number of carrier generation sources, and therefore the carrier density can be reduced. Therefore, a transistor using the oxide semiconductor film is unlikely to have electrical characteristics in which the threshold voltage is negative (also referred to as normally-on). In addition, a high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film has a small number of carrier traps. Therefore, a transistor using the oxide semiconductor film has small fluctuations in its electrical characteristics and is highly reliable. Note that charges trapped in carrier traps in the oxide semiconductor film take a long time to be released and may behave as if they are fixed charges. Therefore, a transistor using an oxide semiconductor film with a high impurity concentration and a high density of defect states may have unstable electrical characteristics.

次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。 Next, we will explain the amorphous oxide semiconductor film.

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸
化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。
An amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film in which the atomic arrangement in the film is irregular and which does not have a crystal part, such as an oxide semiconductor film having an amorphous state like quartz.

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能TEM像において結晶部を確認することができない
In the amorphous oxide semiconductor film, no crystal parts can be seen in a high-resolution TEM image.

非晶質酸化物半導体膜に対し、XRD装置を用いた構造解析を行うと、out-of-
plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物
半導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物
半導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターン
が観測される。
When the structure of the amorphous oxide semiconductor film is analyzed using an XRD device, out-of-
In the analysis by the plane method, no peak indicating a crystal plane is detected. In addition, when electron diffraction is performed on the amorphous oxide semiconductor film, a halo pattern is observed. In addition, when nanobeam electron diffraction is performed on the amorphous oxide semiconductor film, no spots are observed, but a halo pattern is observed.

非晶質酸化物半導体膜は、水素などの不純物を高い濃度で含む酸化物半導体膜である。
また、非晶質酸化物半導体膜は、欠陥準位密度の高い酸化物半導体膜である。
The amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film containing impurities such as hydrogen at a high concentration.
In addition, the amorphous oxide semiconductor film has a high density of defect states.

不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜は、キャリアトラップやキャリ
ア発生源が多い酸化物半導体膜である。
An oxide semiconductor film having a high impurity concentration and a high density of defect states has many carrier traps and carrier generation sources.

従って、非晶質酸化物半導体膜は、nc-OS膜と比べて、さらにキャリア密度が高く
なる場合がある。そのため、非晶質酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリー
オンの電気特性になりやすい。従って、ノーマリーオンの電気特性が求められるトランジ
スタに好適に用いることができる場合がある。非晶質酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が
高いため、キャリアトラップが多くなる場合がある。従って、非晶質酸化物半導体膜を用
いたトランジスタは、CAAC-OS膜やnc-OS膜を用いたトランジスタと比べて、
電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる。
Therefore, the amorphous oxide semiconductor film may have a higher carrier density than an nc-OS film. Therefore, a transistor using an amorphous oxide semiconductor film is likely to have normally-on electrical characteristics. Thus, the amorphous oxide semiconductor film may be preferably used as a transistor required to have normally-on electrical characteristics. The amorphous oxide semiconductor film may have a high density of defect states and thus may have a large number of carrier traps. Therefore, a transistor using an amorphous oxide semiconductor film may have a higher carrier density than a transistor using a CAAC-OS film or an nc-OS film.
This results in a transistor with large fluctuations in electrical characteristics and low reliability.

次に、単結晶酸化物半導体膜について説明する。 Next, we will explain the single crystal oxide semiconductor film.

単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損が少ない
)酸化物半導体膜である。そのため、キャリア密度を低くすることができる。従って、単
結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少
ない。また、単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、キ
ャリアトラップが少なくなる場合がある。従って、単結晶酸化物半導体膜を用いたトラン
ジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
A single crystal oxide semiconductor film has a low impurity concentration and a low density of defect states (few oxygen vacancies). Therefore, the carrier density can be reduced. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film rarely has normally-on electrical characteristics. Furthermore, since a single crystal oxide semiconductor film has a low impurity concentration and a low density of defect states, carrier traps may be reduced. Therefore, a transistor using a single crystal oxide semiconductor film has little change in electrical characteristics and is highly reliable.

なお、酸化物半導体膜は、欠陥が少ないと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、
結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、水素などの不純物濃度が低い
と密度が高くなる。単結晶酸化物半導体膜は、CAAC-OS膜よりも密度が高い。また
、CAAC-OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、多結晶酸化物半
導体膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、微結晶酸化物半導体膜は、非
晶質酸化物半導体膜よりも密度が高い。
Note that the oxide semiconductor film has a high density when the number of defects is small.
Higher crystallinity increases the density. Furthermore, an oxide semiconductor film has a higher density when the concentration of impurities such as hydrogen is low. A single-crystal oxide semiconductor film has a higher density than a CAAC-OS film. Furthermore, a CAAC-OS film has a higher density than a microcrystalline oxide semiconductor film. Furthermore, a polycrystalline oxide semiconductor film has a higher density than a microcrystalline oxide semiconductor film. Furthermore, a microcrystalline oxide semiconductor film has a higher density than an amorphous oxide semiconductor film.

なお、酸化物半導体膜は、nc-OS膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構
造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸
化物半導体(amorphous-like Oxide Semiconductor
:a-like OS)膜と呼ぶ。
Note that the oxide semiconductor film may have a structure that shows physical properties between an nc-OS film and an amorphous oxide semiconductor film. An oxide semiconductor film having such a structure is particularly called an amorphous-like oxide semiconductor (AIS).
The resulting film is called an a-like OS film.

a-like OS膜は、高分解能TEM像において鬆(ボイドともいう。)が観察さ
れる場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのでき
る領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。a-like OS膜は
、TEMによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見
られる場合がある。一方、良質なnc-OS膜であれば、TEMによる観察程度の微量な
電子照射による結晶化はほとんど見られない。
In the a-like OS film, voids may be observed in a high-resolution TEM image. In addition, the high-resolution TEM image includes a region where a crystalline part can be clearly observed and a region where a crystalline part cannot be observed. In the a-like OS film, crystallization may occur due to a small amount of electron irradiation at the level observed by TEM, and growth of the crystalline part may be observed. On the other hand, in the case of a good quality nc-OS film, crystallization due to a small amount of electron irradiation at the level observed by TEM is hardly observed.

なお、a-like OS膜およびnc-OS膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能
TEM像を用いて行うことができる。例えば、InGaZnOの結晶は層状構造を有し
、In-O層の間に、Ga-Zn-O層を2層有する。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。よって、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0.29n
mと求められている。そのため、高分解能TEM像における格子縞に着目し、格子縞の間
隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所においては、それぞれの格子縞がIn
GaZnOの結晶のa-b面に対応すると見なした。その格子縞の観察される領域にお
ける最大長を、a-like OS膜およびnc-OS膜の結晶部の大きさとする。なお
、結晶部の大きさは、0.8nm以上のものを選択的に評価する。
Note that the size of the crystal parts of the a-like OS film and the nc-OS film can be measured using a high-resolution TEM image. For example, an InGaZnO 4 crystal has a layered structure, with two Ga-Zn-O layers between In-O layers. The unit lattice of an InGaZnO 4 crystal has a structure in which a total of nine layers, including three In-O layers and six Ga-Zn-O layers, are layered in the c-axis direction. Therefore, the distance between these adjacent layers is approximately the same as the lattice spacing (also referred to as the d value) of the (009) plane, and the value is 0.29n from crystal structure analysis.
Therefore, by focusing on the lattice fringes in the high-resolution TEM image, it is possible to determine that in the area where the spacing between the lattice fringes is 0.28 nm or more and 0.30 nm or less, each lattice fringe is In.
This was considered to correspond to the a-b plane of a GaZnO 4 crystal. The maximum length in the region where the lattice fringes were observed was taken as the size of the crystal part of the a-like OS film and the nc-OS film. Note that the size of the crystal part is selectively evaluated when it is 0.8 nm or more.

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。
In addition, due to the voids, the a-like OS has a structure with a lower density than the nc-OS and CAAC-OS. Specifically, the density of the a-like OS is 78.6% or more and less than 92.3% of the density of a single crystal having the same composition.

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。
There may be cases where single crystals of the same composition do not exist. In such cases, the density corresponding to a single crystal of the desired composition can be estimated by combining single crystals of different compositions in any ratio. The density corresponding to a single crystal of the desired composition can be estimated by using a weighted average of the ratio of the single crystals of different compositions to be combined. However, it is preferable to estimate the density by combining as few types of single crystals as possible.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、a-like OS膜、微
結晶酸化物半導体膜、CAAC-OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい
Note that the oxide semiconductor film may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, an a-like OS film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film, for example.

[ナノビーム電子回折]
次に、ナノビーム電子回折について説明する。
[Nanobeam electron diffraction]
Next, nanobeam electron diffraction will be described.

酸化物半導体膜が複数の構造を有する場合、ナノビーム電子回折を用いることで構造解
析が可能となる場合がある。
When the oxide semiconductor film has a plurality of structures, the structures can be analyzed by nanobeam electron diffraction in some cases.

図7(C)に、電子銃室610と、電子銃室610の下の光学系612と、光学系61
2の下の試料室614と、試料室614の下の光学系616と、光学系616の下の観察
室620と、観察室620に設置されたカメラ618と、観察室620の下のフィルム室
622と、を有する透過電子回折測定装置を示す。カメラ618は、観察室620内部に
向けて設置される。なお、フィルム室622を有さなくても構わない。
FIG. 7C shows an electron gun chamber 610, an optical system 612 below the electron gun chamber 610, and an optical system 613 below the electron gun chamber 610.
2, a sample chamber 614 below the sample chamber 614, an optical system 616 below the sample chamber 614, an observation chamber 620 below the optical system 616, a camera 618 installed in the observation chamber 620, and a film chamber 622 below the observation chamber 620. The camera 618 is installed facing the inside of the observation chamber 620. The film chamber 622 does not necessarily have to be provided.

また、図7(D)に、図7(C)で示した透過電子回折測定装置内部の構造を示す。透
過電子回折測定装置内部では、電子銃室610に設置された電子銃から放出された電子が
、光学系612を介して試料室614に配置された物質628に照射される。物質628
を通過した電子は、光学系616を介して観察室620内部に設置された蛍光板632に
入射する。蛍光板632では、入射した電子の強度に応じたパターンが現れることで透過
電子回折パターンを測定することができる。
7D shows the internal structure of the transmission electron diffraction measurement device shown in FIG. 7C. In the transmission electron diffraction measurement device, electrons emitted from an electron gun installed in an electron gun chamber 610 are irradiated via an optical system 612 onto a material 628 placed in a sample chamber 614.
The electrons that have passed through are incident on a fluorescent screen 632 installed inside an observation chamber 620 via an optical system 616. On the fluorescent screen 632, a pattern appears according to the intensity of the incident electrons, making it possible to measure the transmission electron diffraction pattern.

カメラ618は、蛍光板632を向いて設置されており、蛍光板632に現れたパター
ンを撮影することが可能である。カメラ618のレンズの中央、および蛍光板632の中
央を通る直線と、蛍光板632の上面と、の為す角度は、例えば、15°以上80°以下
、30°以上75°以下、または45°以上70°以下とする。該角度が小さいほど、カ
メラ618で撮影される透過電子回折パターンは歪みが大きくなる。ただし、あらかじめ
該角度がわかっていれば、得られた透過電子回折パターンの歪みを補正することも可能で
ある。なお、カメラ618をフィルム室622に設置しても構わない場合がある。例えば
、カメラ618をフィルム室622に、電子624の入射方向と対向するように設置して
もよい。この場合、蛍光板632の裏面から歪みの少ない透過電子回折パターンを撮影す
ることができる。
The camera 618 is installed facing the fluorescent screen 632, and can photograph the pattern appearing on the fluorescent screen 632. The angle between the center of the lens of the camera 618 and the center of the fluorescent screen 632 and the upper surface of the fluorescent screen 632 is, for example, 15° to 80°, 30° to 75°, or 45° to 70°. The smaller the angle, the more distortion of the transmission electron diffraction pattern photographed by the camera 618. However, if the angle is known in advance, it is also possible to correct the distortion of the obtained transmission electron diffraction pattern. Note that the camera 618 may be installed in the film chamber 622 in some cases. For example, the camera 618 may be installed in the film chamber 622 so as to face the incident direction of the electrons 624. In this case, a transmission electron diffraction pattern with little distortion can be photographed from the back side of the fluorescent screen 632.

試料室614には、試料である物質628を固定するためのホルダが設置されている。
ホルダは、物質628を通過する電子を透過するような構造をしている。ホルダは、例え
ば、物質628をX軸、Y軸、Z軸などに移動させる機能を有していてもよい。ホルダの
移動機能は、例えば、1nm以上10nm以下、5nm以上50nm以下、10nm以上
100nm以下、50nm以上500nm以下、100nm以上1μm以下などの範囲で
移動させる精度を有すればよい。これらの範囲は、物質628の構造によって最適な範囲
を設定すればよい。
A holder for fixing a substance 628 as a sample is placed in the sample chamber 614 .
The holder has a structure that allows electrons passing through the material 628 to pass through. The holder may have a function of moving the material 628 in the X-axis, Y-axis, Z-axis, etc. The moving function of the holder may have a precision for moving within a range of, for example, 1 nm or more and 10 nm or less, 5 nm or more and 50 nm or less, 10 nm or more and 100 nm or less, 50 nm or more and 500 nm or less, 100 nm or more and 1 μm or less, etc. These ranges may be set to an optimal range depending on the structure of the material 628.

次に、上述した透過電子回折測定装置を用いて、物質の透過電子回折パターンを測定す
る方法について説明する。
Next, a method for measuring the transmission electron diffraction pattern of a substance using the above-mentioned transmission electron diffraction measurement device will be described.

例えば、図7(D)に示すように物質におけるナノビームである電子624の照射位置
を変化させる(スキャンする)ことで、物質の構造が変化していく様子を確認することが
できる。このとき、物質628がCAAC-OS膜であれば、図7(B)に示したような
回折パターンが観測される。または、物質628がnc-OS膜であれば、図7(A)に
示したような回折パターン、例えば円を描くように配置された複数の輝点を有する回折パ
ターン(輝点を伴ったリング状の回折パターン)が観測される。また、図7(A)に示す
回折パターンは、対称に配置されていない(対称性を有さない)輝点を有する。
For example, by changing (scanning) the irradiation position of the electron 624, which is a nanobeam, on the material as shown in Fig. 7D, it is possible to confirm how the structure of the material changes. In this case, if the material 628 is a CAAC-OS film, a diffraction pattern such as that shown in Fig. 7B is observed. Alternatively, if the material 628 is an nc-OS film, a diffraction pattern such as that shown in Fig. 7A, for example, a diffraction pattern having a plurality of bright spots arranged in a circular pattern (a ring-shaped diffraction pattern accompanied by bright spots) is observed. The diffraction pattern shown in Fig. 7A has bright spots that are not arranged symmetrically (not symmetrical).

図7(B)に示すように、CAAC-OS膜の回折パターンでは、例えば六角形の頂点
に位置するスポットが確認される。CAAC-OS膜では、照射位置をスキャンすること
により、この六角形の向きが一様ではなく、少しずつ回転している様子がみられる。また
、回転の角度はある幅を有する。
7B, in the diffraction pattern of the CAAC-OS film, for example, spots located at the vertices of a hexagon are observed. By scanning the irradiation position of the CAAC-OS film, it is found that the orientation of the hexagon is not uniform but rotates little by little. The angle of rotation has a certain range.

または、CAAC-OS膜の回折パターンでは、照射位置をスキャンすることにより、
c軸を中心として少しずつ回転する様子が見られる。これは、例えばa軸とb軸が形成す
る面が回転しているともいえる。
Alternatively, in the case of the diffraction pattern of the CAAC-OS film, the irradiation position is scanned to obtain
It can be seen that it rotates little by little around the c-axis. This can be said to be the rotation of the plane formed by the a-axis and b-axis, for example.

ところで、物質628がCAAC-OS膜と同様の回折パターンが観測される領域(以
下、CAAC構造を有する領域という)と、nc-OS膜と同様の回折パターンが観測さ
れる領域(以下、nc構造を有する領域という)とを有する場合がある。ここで、一定の
範囲におけるCAAC-OS膜の回折パターンが観測される領域の割合をCAAC比率(
CAAC化率ともいう。)で表すことができる。同様に、nc-OS膜と同様の回折パタ
ーンが観測される領域の割合をnc比率(nc化率ともいう。)で表すことができる。
The substance 628 may have a region where a diffraction pattern similar to that of a CAAC-OS film is observed (hereinafter, referred to as a region having a CAAC structure) and a region where a diffraction pattern similar to that of an nc-OS film is observed (hereinafter, referred to as a region having an nc structure). Here, the ratio of the region where the diffraction pattern of the CAAC-OS film is observed in a certain range is referred to as the CAAC ratio (
Similarly, the ratio of a region where a diffraction pattern similar to that of the nc-OS film is observed can be expressed as an nc ratio (also referred to as an nc ratio).

以下に、CAAC-OS膜のCAAC比率の評価方法について説明する。無作為に測定
点を選び、透過電子回折パターンを取得し、全測定点の数に対し、CAAC-OS膜の回
折パターンが観測される測定点の数の割合を算出する。ここで、測定点数は、50点以上
が好ましく、100点以上がより好ましい。
A method for evaluating the CAAC ratio in a CAAC-OS film will be described below. Measurement points are randomly selected, a transmission electron diffraction pattern is obtained, and the ratio of the number of measurement points at which the diffraction pattern of the CAAC-OS film is observed to the number of all measurement points is calculated. Here, the number of measurement points is preferably 50 or more, and more preferably 100 or more.

無作為に測定点を選ぶ方法として、例えば直線状に照射位置をスキャンし、ある等間隔
の時間毎に回折パターンを取得すればよい。照射位置をスキャンすることによりCAAC
構造を有する領域と、その他の領域の境界などが確認できるため、好ましい。なお、nc
化率についても、同様に、無作為に測定点を選び、透過電子回折パターンを取得し、算出
することができる。
As a method for randomly selecting measurement points, for example, the irradiation position may be scanned linearly and a diffraction pattern may be acquired at regular intervals.
This is preferable because it is possible to confirm the boundaries between the region having the structure and the other regions.
Similarly, the conversion rate can be calculated by randomly selecting measurement points and obtaining a transmission electron diffraction pattern.

このような測定方法を用いれば、複数の構造を有する酸化物半導体膜の構造解析が可能
となる場合がある。
By using such a measurement method, it may be possible to perform structural analysis of an oxide semiconductor film having a plurality of structures.

本発明の一態様である酸化物半導体膜は、例えばnc比率とCAAC比率の和が80%
以上であることが好ましく、90%以上100%以下であることが好ましく、95%以上
100%以下であることが好ましく、98%以上100%以下であることが好ましく、9
9%以上100%以下であることがより好ましい。nc比率とCAAC比率の和を高める
ことにより、例えば明確な粒界の少ない酸化物半導体膜を実現することができる。明確な
粒界を少なくすることにより、例えば酸化物半導体膜のキャリア移動度を高めることがで
きる。
In the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, the sum of the nc ratio and the CAAC ratio is 80%, for example.
It is preferable that the ratio is 90% or more and 100% or less, it is preferable that the ratio is 95% or more and 100% or less, it is preferable that the ratio is 98% or more and 100% or less, it is preferable that the ratio is 9
The ratio is preferably 9% or more and 100% or less. By increasing the sum of the nc ratio and the CAAC ratio, for example, an oxide semiconductor film with fewer clear grain boundaries can be realized. By reducing the number of clear grain boundaries, for example, the carrier mobility of the oxide semiconductor film can be increased.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様である酸化物半導体膜の一例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, an example of an oxide semiconductor film which is one embodiment of the present invention will be described.

nc-OS膜は、CAAC-OS膜に比べて比較的低い成膜温度でも形成できる場合が
ある。例えば、基板への加熱を用いずに形成できる場合がある。よって、nc-OS膜を
用いたトランジスタを有する半導体装置は、生産性高く作製することができる場合がある
The nc-OS film can be formed at a relatively low deposition temperature in some cases as compared with the CAAC-OS film. For example, the nc-OS film can be formed without heating the substrate in some cases. Therefore, a semiconductor device including a transistor using the nc-OS film can be manufactured with high productivity in some cases.

また、nc-OS膜は、適度な酸素透過性を有するため、酸素を膜全体に拡散しやすく
、酸素欠損をより低減しやすい場合がある。よって、欠陥密度の低い酸化物半導体膜を実
現できる場合がある。よって、nc-OS膜を用いたトランジスタを有する半導体装置の
特性を向上させることができる場合がある。また、信頼性を高めることができる場合があ
る。
In addition, since the nc-OS film has a moderate oxygen permeability, oxygen can be easily diffused throughout the film, and oxygen vacancies can be easily reduced. Thus, an oxide semiconductor film with a low defect density can be realized. Thus, the characteristics of a semiconductor device including a transistor using the nc-OS film can be improved. Furthermore, reliability can be improved.

ここで、nc-OS膜及びCAAC-OS膜は、ともに層状に重なった原子配列を有す
る。このような層状に重なった原子配列は、例えばTEM等を用いて観察することができ
る。
Here, the nc-OS film and the CAAC-OS film both have an atomic arrangement in which layers are stacked on top of each other. Such an atomic arrangement in which layers are stacked on top of each other can be observed using a TEM, for example.

ここで、nc-OS膜及びCAAC膜について、球面収差補正(Spherical
Aberration Corrector)機能を用いた透過電子顕微鏡法(TEM:
Transmission Electron Microscopy)によって得られ
る像(TEM像ともいう。)を観察する。なお、TEM観察による明視野像および回折パ
ターンの複合解析像を高分解能TEM像と呼ぶ。そして、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。なお、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-ARM20
0Fなどによって行うことができる。
Here, the nc-OS film and the CAAC film are subjected to spherical aberration correction (Spherical
Transmission electron microscopy (TEM) using the Aberration Corrector function
An image obtained by Transmission Electron Microscopy (TEM image) is observed. A composite analysis image of a bright-field image and a diffraction pattern obtained by TEM observation is called a high-resolution TEM image. A high-resolution TEM image using a spherical aberration correction function is particularly called a Cs-corrected high-resolution TEM image.
The images were obtained using, for example, an atomic resolution analytical electron microscope JEM-ARM20 manufactured by JEOL Ltd.
This can be done by, for example, 0F.

CAAC-OSおよびnc-OSにおいて、Cs補正高分解能断面TEM像をより詳細
に解析することで、結晶の大きさ及び配向性について調査する。以下では、nc-OSの
結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。結晶の大きさ及び配向性は、断面TEM像において
例えば20nm角以上の範囲についてペレットを抽出し、その大きさ及び向きを調査する
In the CAAC-OS and nc-OS, the size and orientation of the crystals are investigated by analyzing the Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM images in more detail. Hereinafter, the crystal parts of the nc-OS may be referred to as pellets. The size and orientation of the crystals are investigated by extracting pellets from an area of, for example, 20 nm square or more in the cross-sectional TEM images.

なお、図17(A)は、CAAC-OSのCs補正高分解能断面TEM像である。また
、図17(B)は、nc-OSのCs補正高分解能断面TEM像である。なお、左右の図
は同じ場所を観察したもので、右図にはペレットを示す補助線を引いている。
17A is a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of CAAC-OS, and FIG 17B is a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of nc-OS. Note that the left and right images were taken at the same location, and auxiliary lines indicating pellets are drawn in the right image.

図18(A)は、DCスパッタリング法で成膜したCAAC-OSの断面TEM像であ
る。また、図18(B)は、その一部を拡大したCs補正高分解能断面TEM像である。
図18(B)において、ペレットの数を数え、その大きさおよび向きについて度数分布に
する(図22(A)参照。)。ここで、図18(A)に示す矢印は、試料面に垂直な向き
を示す。また、図18(B)に示す白線の向きはペレットの向きを示し、白線の長さはペ
レットの大きさを示す。
18A is a cross-sectional TEM image of a CAAC-OS film formed by a DC sputtering method, and FIG 18B is an enlarged Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of a part of the CAAC-OS film.
In Fig. 18(B), the number of pellets is counted, and their sizes and orientations are plotted as a frequency distribution (see Fig. 22(A)). Here, the arrows in Fig. 18(A) indicate the direction perpendicular to the sample surface. The direction of the white lines in Fig. 18(B) indicates the orientation of the pellets, and the length of the white lines indicates the size of the pellets.

図19(A)は、RFスパッタリング法で成膜したCAAC-OSの断面TEM像であ
る。また、図19(B)は、その一部を拡大したCs補正高分解能断面TEM像である。
図19(B)において、ペレットの数を数え、その大きさおよび向きについて度数分布に
する(図22(B)参照。)。
19A is a cross-sectional TEM image of a CAAC-OS film formed by an RF sputtering method, and FIG 19B is a Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of a part of the CAAC-OS film formed by an RF sputtering method.
In FIG. 19(B), the number of pellets is counted, and their sizes and orientations are plotted as a frequency distribution (see FIG. 22(B)).

図20(A)は、DCスパッタリング法で成膜したnc-OSの断面TEM像である。
また、図20(B)は、その一部を拡大したCs補正高分解能断面TEM像である。図2
0(B)において、ペレットの数を数え、その大きさおよび向きについて度数分布にする
(図22(C)参照。)。
FIG. 20A is a cross-sectional TEM image of an nc-OS film formed by a DC sputtering method.
FIG. 20B is an enlarged Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of a portion of the sample.
At 0(B), the number of pellets is counted and a frequency distribution is created for their sizes and orientations (see FIG. 22(C)).

図21(A)は、RFスパッタリング法で成膜したnc-OSの断面TEM像である。
また、図21(B)は、その一部を拡大したCs補正高分解能断面TEM像である。図2
1(B)において、ペレットの数を数え、その大きさおよび向きについて度数分布にする
(図22(D)参照。)。
FIG. 21A is a cross-sectional TEM image of an nc-OS film formed by an RF sputtering method.
FIG. 21B is an enlarged Cs-corrected high-resolution cross-sectional TEM image of a portion of the sample.
In FIG. 22(B), the number of pellets is counted and a frequency distribution is created for their sizes and orientations (see FIG. 22(D)).

下表は、図22をまとめた結果である。ここでペレットの向きは、試料面に対する角度
の絶対値を示す。
The table below summarizes the results of Fig. 22. Here, the orientation of the pellet indicates the absolute value of the angle with respect to the sample surface.

Figure 2024055906000001
Figure 2024055906000001

nc-OSは、例えば好ましくは0.5nm以上3nm以下、より好ましくは1nm以
上3nm以下の大きさのペレットを有することが好ましい。また、nc-OSにおいて、
ペレットの向きは、RFスパッタリング法がDCスパッタリング法よりも試料面に垂直な
方向に配向していることがわかる。ここで、nc-OSのペレットの向きが試料面に対し
て0°以上30°未満である割合は、例えば0%以上70%以下が好ましく、30°以上
60°未満である割合は、例えば10%以上60%以下が好ましく、60°以上90°未
満である割合は、例えば0%以上60%以下が好ましい。nc-OSは、CAAC-OS
に比べてペレットの向きがランダムであることがわかる。
The nc-OS preferably has pellets with a size of, for example, 0.5 nm to 3 nm, more preferably 1 nm to 3 nm.
It can be seen that the orientation of the pellets in the RF sputtering method is more oriented in a direction perpendicular to the sample surface than in the DC sputtering method. Here, the percentage of the nc-OS pellets whose orientation is 0° or more and less than 30° with respect to the sample surface is preferably, for example, 0% or more and 70% or less, the percentage of the nc-OS pellets whose orientation is 30° or more and less than 60° with respect to the sample surface is preferably, for example, 10% or more and 60% or less, and the percentage of the nc-OS pellets whose orientation is 60° or more and less than 90° with respect to the sample surface is preferably, for example, 0% or more and 60% or less. The nc-OS is a CAAC-OS.
It can be seen that the orientation of the pellets is random compared to that of the

このようなペレットを有する酸化物半導体膜は、例えば以下のような成膜モデルで説明
することができる。
An oxide semiconductor film having such pellets can be explained by, for example, the following film formation model.

[成膜モデル]
以下では、nc-OSの成膜モデルについて説明する。
[Film formation model]
A film formation model of the nc-OS will be described below.

図24は、スパッタリング法によりnc-OSが成膜される様子を示した成膜室内の模
式図である。
FIG. 24 is a schematic diagram of the inside of a film formation chamber, illustrating how an nc-OS film is formed by sputtering.

ターゲット5130は、バッキングプレート上に接着されている。ターゲット5130
およびバッキングプレート下には、複数のマグネットが配置される。該複数のマグネット
によって、ターゲット5130上には磁場が生じている。マグネットの磁場を利用して成
膜速度を高めるスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。
The target 5130 is bonded onto the backing plate.
A plurality of magnets are disposed under the backing plate, which generates a magnetic field above the target 5130. A sputtering method that uses the magnetic field of the magnets to increase the film formation rate is called magnetron sputtering.

ターゲット5130は、多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる。
なお、劈開面の詳細については後述する。
The target 5130 has a polycrystalline structure, and each crystal grain includes a cleavage plane.
The cleavage plane will be described in detail later.

基板5120は、ターゲット5130と向かい合うように配置しており、その距離d(
ターゲット-基板間距離(T-S間距離)ともいう。)は0.01m以上1m以下、好ま
しくは0.02m以上0.5m以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス(例えば、
酸素、アルゴン、または酸素を50体積%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.
01Pa以上100Pa以下、好ましくは0.1Pa以上10Pa以下に制御される。こ
こで、ターゲット5130に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマ
が確認される。なお、ターゲット5130上の磁場によって、高密度プラズマ領域が形成
される。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン5101が生
じる。イオン5101は、例えば、酸素の陽イオン(O)やアルゴンの陽イオン(Ar
)などである。
The substrate 5120 is disposed so as to face the target 5130, and the distance therebetween is d (
The target-substrate distance (also called the T-S distance) is set to 0.01 m or more and 1 m or less, preferably 0.02 m or more and 0.5 m or less.
oxygen, argon, or a mixed gas containing 50% or more by volume of oxygen) and
The pressure is controlled to be 0.01 Pa or more and 100 Pa or less, preferably 0.1 Pa or more and 10 Pa or less. Here, by applying a voltage of a certain level or more to the target 5130, discharge begins and plasma is confirmed. Note that a high-density plasma region is formed by the magnetic field above the target 5130. In the high-density plasma region, the deposition gas is ionized to generate ions 5101. The ions 5101 are, for example, positive ions of oxygen (O + ) or positive ions of argon (Ar
+ ).

イオン5101は、電界によってターゲット5130側に加速され、やがてターゲット
5130と衝突する。このとき、劈開面から平板状またはペレット状のスパッタ粒子であ
るペレット5100aおよびペレット5100bが剥離し、叩き出される。なお、ペレッ
ト5100aおよびペレット5100bは、イオン5101の衝突の衝撃によって、構造
に歪みが生じる場合がある。
The ions 5101 are accelerated toward the target 5130 by the electric field, and eventually collide with the target 5130. At this time, pellets 5100a and 5100b, which are flat or pellet-shaped sputtered particles, are peeled off from the cleavage surface and knocked out. Note that the pellets 5100a and 5100b may be distorted in structure due to the impact of the collision of the ions 5101.

ペレット5100aは、三角形、例えば正三角形の平面を有する平板状またはペレット
状のスパッタ粒子である。また、ペレット5100bは、六角形、例えば正六角形の平面
を有する平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。なお、ペレット5100aおよ
びペレット5100bなどの平板状またはペレット状のスパッタ粒子を総称してペレット
と呼ぶ。ペレットの平面の形状は、三角形、六角形に限定されない、例えば、三角形が2
個以上6個以下合わさった形状となる場合がある。例えば、正三角形が2個合わさった四
角形となる場合もある。
The pellet 5100a is a flat or pellet-shaped sputter particle having a triangular, for example, equilateral triangular, plane. The pellet 5100b is a flat or pellet-shaped sputter particle having a hexagonal, for example, equilateral hexagonal, plane. The flat or pellet-shaped sputter particles such as the pellets 5100a and 5100b are collectively called pellets. The shape of the pellet plane is not limited to a triangle or hexagon, and may be, for example, a shape having two triangles.
For example, two equilateral triangles may join together to form a quadrilateral.

ペレットは、成膜ガスの種類などに応じて厚さが決定する。ペレットの厚さは、均一に
することが好ましい。また、スパッタ粒子は厚みのないペレット状である方が、厚みのあ
るサイコロ状であるよりも好ましい。
The thickness of the pellet is determined depending on the type of deposition gas, etc. It is preferable that the pellet has a uniform thickness. Also, it is preferable that the sputtered particles are in the form of a pellet with no thickness rather than in the form of a thick cube.

ペレットは、プラズマを通過する際に電荷を受け取ることで、側面が負または正に帯電
する場合がある。ペレットは、側面に酸素原子を有し、当該酸素原子が負に帯電する可能
性がある。
The pellets may pick up an electric charge as they pass through the plasma, resulting in negative or positive charging on the sides. The pellets may have oxygen atoms on their sides that may become negatively charged.

図24に示すように、例えば、ペレットは、プラズマ中を凧のように飛翔し、ひらひら
と基板5120上まで舞い上がっていく。ペレットは電荷を帯びているため、ほかのペレ
ットが既に堆積している領域が近づくと、斥力が生じる。ここで、基板5120の上面で
は、基板5120の上面に平行な向きの磁場が生じている。また、基板5120およびタ
ーゲット5130間には、電位差が与えられているため、基板5120からターゲット5
130に向けて電流が流れている。したがって、ペレットは、基板5120の上面におい
て、磁場および電流の作用によって、力(ローレンツ力)を受ける。なお、ペレットに与
える力を大きくするためには、基板5120の上面において、基板5120の上面に平行
な向きの磁場が10G以上、好ましくは20G以上、さらに好ましくは30G以上、より
好ましくは50G以上となる領域を設けるとよい。または、基板5120の上面において
、基板5120の上面に平行な向きの磁場が、基板5120の上面に垂直な向きの磁場の
1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上、より好ましくは5倍以
上となる領域を設けるとよい。
As shown in Fig. 24, for example, a pellet flies like a kite through the plasma, fluttering up to above the substrate 5120. Since the pellet is electrically charged, a repulsive force is generated when it approaches an area where other pellets are already deposited. Here, a magnetic field is generated on the upper surface of the substrate 5120 in a direction parallel to the upper surface of the substrate 5120. Also, since a potential difference is applied between the substrate 5120 and the target 5130, a magnetic field is generated from the substrate 5120 to the target 5130.
130. Therefore, the pellet receives a force (Lorentz force) on the upper surface of the substrate 5120 due to the action of the magnetic field and the current. In order to increase the force applied to the pellet, it is advisable to provide a region on the upper surface of the substrate 5120 where the magnetic field parallel to the upper surface of the substrate 5120 is 10 G or more, preferably 20 G or more, more preferably 30 G or more, and more preferably 50 G or more. Alternatively, it is advisable to provide a region on the upper surface of the substrate 5120 where the magnetic field parallel to the upper surface of the substrate 5120 is 1.5 times or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more, and more preferably 5 times or more of the magnetic field perpendicular to the upper surface of the substrate 5120.

以上のようなモデルにより、ペレットが基板5120上に堆積していくと考えられる。
したがって、エピタキシャル成長とは異なり、被形成面が結晶構造を有さない場合におい
ても、nc-OSの成膜が可能であることがわかる。例えば、基板5120の上面(被形
成面)の構造が非晶質構造であっても、nc-OSを成膜することは可能である。
According to the above model, it is considered that the pellets are deposited on the substrate 5120.
Therefore, unlike epitaxial growth, it is possible to form an nc-OS film even when the surface to be formed does not have a crystalline structure. For example, even if the top surface (surface to be formed) of the substrate 5120 has an amorphous structure, it is possible to form an nc-OS film.

このようなモデルによってnc-OSが成膜されるため、スパッタ粒子が厚みのないペ
レット状である方が好ましい。なお、スパッタ粒子が厚みのあるサイコロ状である場合、
基板5120上に向けるスパッタ粒子の面が一定とならず、厚さや結晶の配向を均一にで
きない場合がある。
Since the nc-OS film is formed by such a model, it is preferable that the sputtered particles have a pellet shape with no thickness.
The surface of the sputtered particles directed onto the substrate 5120 may not be uniform, making it impossible to achieve a uniform thickness or crystal orientation.

また、基板5120が加熱されている場合には、ペレットと基板5120との間で摩擦
などの抵抗がより小さい状態となっている。その結果、ペレットは、基板5120の上面
を滑空するように移動する。ペレットの移動は、ペレットの平板面を基板5120に向け
た状態で起こる。その後、既に堆積しているほかのペレット5100の側面まで到達する
と、側面同士が結合し、CAAC-OS膜を得る。
Furthermore, when the substrate 5120 is heated, resistance such as friction between the pellet and the substrate 5120 is smaller. As a result, the pellet glides over the upper surface of the substrate 5120. The pellet moves with its flat surface facing the substrate 5120. When the pellet reaches the side surface of another pellet 5100 that has already been deposited, the side surfaces are bonded to each other to obtain a CAAC-OS film.

基板5120は加熱されていない場合には、ペレットと基板5120との間で摩擦など
の抵抗がより大きい状態となっている。その結果、ペレットは、基板5120の上面を滑
空するように移動することが難しく、不規則に降り積もっていくことでnc-OSを得る
ことができる。
When the substrate 5120 is not heated, resistance such as friction between the pellets and the substrate 5120 is large. As a result, it is difficult for the pellets to glide over the upper surface of the substrate 5120, and the pellets fall and accumulate irregularly to obtain an nc-OS.

CAAC-OSは、基板5120を加熱して成膜するのに対し、nc-OSは、基板51
20の加熱を行わなくても成膜が可能である。
CAAC-OS is formed by heating the substrate 5120, whereas nc-OS is formed by heating the substrate 51
It is possible to form a film without performing the heating step 20.

また、例えば図25に示すように、チャンバー内の雰囲気を好ましくは室温以上500
℃以下、より好ましくは200℃以上400℃以下で加熱してもよい。雰囲気の加熱には
、例えばハロゲンランプ等のランプ5140を用いればよい。雰囲気の加熱により、例え
ばチャンバー内を飛翔するペレットが加熱され、欠陥が減少する可能性がある。また、ペ
レットサイズが増加する可能性がある。また、雰囲気の加熱により、例えばチャンバー内
の水分が蒸発しやすくなり、真空度をより高めることができる。
Also, as shown in FIG. 25, the atmosphere in the chamber is preferably kept at room temperature or higher by 500° C.
The chamber may be heated to 200° C. or less, more preferably 200° C. to 400° C. Lamps 5140 such as halogen lamps may be used to heat the atmosphere. Heating the atmosphere may, for example, heat pellets flying in the chamber, which may reduce defects. It may also increase the pellet size. Heating the atmosphere may also, for example, make it easier for moisture in the chamber to evaporate, thereby further increasing the degree of vacuum.

[劈開面]
以下では、nc-OSの成膜モデルにおいて記載のターゲットの劈開面について説明す
る。
[Cleavage plane]
The cleavage plane of the target described in the film formation model of nc-OS will be described below.

まずは、ターゲットの劈開面について図10を用いて説明する。図10に、InGaZ
nOの結晶の構造を示す。なお、図10(A)は、c軸を上向きとし、b軸に平行な方
向からInGaZnOの結晶を観察した場合の構造を示す。また、図10(B)は、c
軸に平行な方向からInGaZnOの結晶を観察した場合の構造を示す。
First, the cleavage plane of the target will be described with reference to FIG.
10A shows the structure of a crystal of InGaZnO4 when the c-axis is facing upward and the crystal is observed from a direction parallel to the b-axis.
The structure of an InGaZnO 4 crystal is shown when observed from a direction parallel to the axis.

InGaZnOの結晶の各結晶面における劈開に必要なエネルギーを、第一原理計算
により算出する。なお、計算には、擬ポテンシャルと、平面波基底を用いた密度汎関数プ
ログラム(CASTEP)を用いる。なお、擬ポテンシャルには、ウルトラソフト型の擬
ポテンシャルを用いる。また、汎関数には、GGA PBEを用いる。また、カットオフ
エネルギーは400eVとする。
The energy required for cleavage at each crystal plane of the InGaZnO 4 crystal is calculated by first-principles calculation. The calculation uses a pseudopotential and a density functional program (CASTEP) using a plane wave basis. The pseudopotential is an ultra-soft type pseudopotential. The functional is GGA PBE. The cutoff energy is 400 eV.

初期状態における構造のエネルギーは、セルサイズを含めた構造最適化を行った後に導
出する。また、各面で劈開後の構造のエネルギーは、セルサイズを固定した状態で、原子
配置の構造最適化を行った後に導出する。
The energy of the initial structure is derived after optimization of the structure including the cell size, while the energy of the structure after cleavage on each plane is derived after optimization of the atomic arrangement with the cell size fixed.

図10に示したInGaZnOの結晶の構造をもとに、第1の面、第2の面、第3の
面、第4の面のいずれかで劈開した構造を作製し、セルサイズを固定した構造最適化計算
を行う。ここで、第1の面は、Ga-Zn-O層とIn-O層との間の結晶面であり、(
001)面(またはab面)に平行な結晶面である(図10(A)参照。)。第2の面は
、Ga-Zn-O層とGa-Zn-O層との間の結晶面であり、(001)面(またはa
b面)に平行な結晶面である(図10(A)参照。)。第3の面は、(110)面に平行
な結晶面である(図10(B)参照。)。第4の面は、(100)面(またはbc面)に
平行な結晶面である(図10(B)参照。)。
Based on the InGaZnO 4 crystal structure shown in FIG. 10, a structure is fabricated by cleaving at any of the first, second, third, and fourth planes, and a structural optimization calculation is performed with the cell size fixed. Here, the first plane is the crystal plane between the Ga-Zn-O layer and the In-O layer, (
The second plane is a crystal plane between the Ga—Zn—O layers, and is parallel to the (001) plane (or the a-b plane) (see FIG. 10A).
The first plane is a crystal plane parallel to the (110) plane (see FIG. 10A). The second plane is a crystal plane parallel to the (110) plane (see FIG. 10B). The fourth plane is a crystal plane parallel to the (100) plane (or the bc plane) (see FIG. 10B).

以上のような条件で、各面で劈開後の構造のエネルギーを算出する。次に、劈開後の構
造のエネルギーと初期状態における構造のエネルギーとの差を、劈開面の面積で除すこと
で、各面における劈開しやすさの尺度である劈開エネルギーを算出する。なお、構造のエ
ネルギーは、構造に含まれる原子と電子に対して、電子の運動エネルギーと、原子間、原
子-電子間、および電子間の相互作用と、を考慮したエネルギーである。
Under the above conditions, the energy of the structure after cleavage is calculated on each plane. Next, the difference between the energy of the structure after cleavage and the energy of the structure in the initial state is divided by the area of the cleavage plane to calculate the cleavage energy, which is a measure of the ease of cleavage on each plane. Note that the energy of the structure is an energy that takes into account the kinetic energy of electrons and interactions between atoms, atoms and electrons, and electrons, for the atoms and electrons contained in the structure.

計算の結果、第1の面の劈開エネルギーは2.60J/m、第2の面の劈開エネルギ
ーは0.68J/m、第3の面の劈開エネルギーは2.18J/m、第4の面の劈開
エネルギーは2.12J/mであることがわかった(下表参照。)。
As a result of calculations, the cleavage energy of the first plane was found to be 2.60 J/m 2 , the cleavage energy of the second plane was 0.68 J/m 2 , the cleavage energy of the third plane was 2.18 J/m 2 , and the cleavage energy of the fourth plane was 2.12 J/m 2 (see table below).

Figure 2024055906000002
Figure 2024055906000002

この計算により、図10に示したInGaZnOの結晶の構造において、第2の面に
おける劈開エネルギーが最も低くなる。即ち、Ga-Zn-O層とGa-Zn-O層との
間が最も劈開しやすい面(劈開面)であることがわかる。したがって、本明細書において
、劈開面と記載する場合、最も劈開しやすい面である第2の面のことを示す。
This calculation shows that the cleavage energy at the second plane is the lowest in the crystal structure of InGaZnO 4 shown in Figure 10. In other words, it is found that the plane (cleavage plane) that is easiest to cleave is between the Ga-Zn-O layer and the Ga-Zn-O layer. Therefore, in this specification, when the term "cleavage plane" is used, it refers to the second plane, which is the plane that is easiest to cleave.

Ga-Zn-O層とGa-Zn-O層との間である第2の面に劈開面を有するため、図
10(A)に示すInGaZnOの結晶は、二つの第2の面と等価な面で分離すること
ができる。したがって、ターゲットにイオンなどを衝突させる場合、もっとも劈開エネル
ギーの低い面で劈開したウェハース状のユニット(我々はこれをペレットと呼ぶ。)が最
小単位となって飛び出してくると考えられる。その場合、InGaZnOのペレットは
、Ga-Zn-O層、In-O層およびGa-Zn-O層の3層となる。
Since the InGaZnO 4 crystal shown in FIG. 10A has a cleavage plane on the second plane between the Ga-Zn-O layer and the Ga-Zn-O layer, it can be separated on a plane equivalent to the two second planes. Therefore, when ions or the like are bombarded against a target, it is considered that a wafer-shaped unit (we call this a pellet) cleaved on the plane with the lowest cleavage energy will fly out as the smallest unit. In that case, the InGaZnO 4 pellet will have three layers: a Ga-Zn-O layer, an In-O layer, and a Ga-Zn-O layer.

また、第1の面(Ga-Zn-O層とIn-O層との間の結晶面であり、(001)面
(またはab面)に平行な結晶面)よりも、第3の面(110)面に平行な結晶面)、第
4の面((100)面(またはbc面)に平行な結晶面)の劈開エネルギーが低いことか
ら、ペレットの平面形状は三角形状または六角形状が多いことが示唆される。
In addition, since the cleavage energies of the third plane (a crystal plane parallel to the (110) plane) and the fourth plane (a crystal plane parallel to the (100) plane (or the bc plane)) are lower than those of the first plane (a crystal plane between the Ga-Zn-O layer and the In-O layer, and parallel to the (001) plane (or the ab plane)), it is suggested that the planar shape of the pellet is often triangular or hexagonal.

[膜密度]
次に、In-M-Zn酸化物膜の密度を評価した。ターゲットとしてIn:Ga:Zn
=1:1:1の多結晶のIn-Ga-Zn酸化物を用い、DCスパッタリング法でnc-
OSを成膜した。圧力は0.4Paとし、成膜温度は室温、電源電力は100W、成膜ガ
スとしてアルゴン及び酸素を用い、それぞれの流量はアルゴンを98sccm、酸素を2
sccmとした。得られたIn-Ga-Zn酸化物の密度は、6.1g/cmであった
。ここで、非特許文献2より、単結晶のInGaZnOの密度は6.357g/cm
である。また、JCPDSカード、No.00-038-1097に記載されている通り
、単結晶のInGaZnOの密度は6.494g/cmであることが知られてい
る。よって、得られたnc-OS膜は、高い密度を有する優れた膜であることがわかる。
[Film density]
Next, the density of the In-M-Zn oxide film was evaluated.
= 1:1:1 polycrystalline In-Ga-Zn oxide was used, and nc-
The pressure was 0.4 Pa, the deposition temperature was room temperature, the power source was 100 W, and argon and oxygen were used as deposition gases, with the flow rates of argon at 98 sccm and oxygen at 2
The density of the obtained In-Ga-Zn oxide was 6.1 g/cm 3. According to Non-Patent Document 2, the density of single crystal InGaZnO 4 is 6.357 g/cm 3
In addition, as described in the JCPDS card, No. 00-038-1097, it is known that the density of single crystal In 2 Ga 2 ZnO 7 is 6.494 g/cm 3. Therefore, it is found that the obtained nc-OS film is an excellent film having a high density.

本発明の一態様の酸化物半導体膜であるIn-M-Zn酸化物膜の密度は、例えば概略
同じ原子数比を有する単結晶の密度の85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく
、95%以上がさらに好ましい。
The density of the In-M-Zn oxide film, which is the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, is, for example, preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 95% or more, of the density of a single crystal having approximately the same atomic ratio.

または、元素Mがガリウムの場合に、本発明の一態様である酸化物半導体膜の密度は、
例えば5.7g/cm以上6.49g/cm以下が好ましく、5.75g/cm
上6.49g/cm以下が好ましく、5.8g/cm以上6.33g/cm以下が
より好ましく、5.85g/cm以上6.33g/cm以下がさらに好ましい。
In the case where the element M is gallium, the density of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention is
For example, 5.7 g/cm 3 or more and 6.49 g/cm 3 or less are preferable, 5.75 g/cm 3 or more and 6.49 g/cm 3 or less are preferable, 5.8 g/cm 3 or more and 6.33 g/cm 3 or less are more preferable, and 5.85 g/cm 3 or more and 6.33 g/cm 3 or less are even more preferable.

ここで、概略同じ原子数比とは、例えば、互いの有する原子数比の差が10%以内であ
ることを指す。
Here, "approximately the same atomic ratio" means that the difference between the atomic ratios is within 10%, for example.

ここで、例えば単結晶の密度は、異なる原子数比を有する、2つ以上のIn-M-Zn
酸化物膜の密度から見積もってもよい。ここで原子数比がIn:M:Zn=1:1:1で
ある単結晶の密度をD、原子数比がIn:M:Zn=2:2:1である単結晶の密度を
とする。インジウム、元素M及び亜鉛の原子数比が1:1:0.8であるIn-M-
Zn酸化物膜の密度は、DとDの間の値を取ることが予測される。よって単結晶の密
度として、例えばDとDの平均値を算出して参照してもよいし、D、Dいずれか
の値、例えば原子数比のより近い値を参照してもよい。DとDを用いて平均値を算出
する際には、例えば0.6×D+0.4×Dとすればよい。原子数比がIn:M:Z
n=A:B:Cである単結晶の密度をDα、原子数比がIn:M:Zn=D:E:Fであ
る単結晶の密度をDβとする。原子数比がIn:M:Zn=X:Y:Zである単結晶の密
度は、例えば以下のように算出すればよい。
Here, for example, the density of the single crystal is determined by the ratio of the number of atoms of two or more In-M-Zn
It may be estimated from the density of the oxide film. Here, the density of a single crystal having an atomic ratio of In:M:Zn=1:1:1 is defined as D1 , and the density of a single crystal having an atomic ratio of In:M:Zn=2:2:1 is defined as D2 .
The density of the Zn oxide film is expected to take a value between D1 and D2 . Therefore, for example, the average value of D1 and D2 may be calculated and referred to as the density of the single crystal, or either one of D1 and D2 , for example, the value closer to the atomic ratio, may be referred to. When calculating the average value using D1 and D2 , for example, 0.6× D1 +0.4× D2 may be used.
The density of a single crystal having n=A:B:C is Dα , and the density of a single crystal having an atomic ratio of In:M:Zn=D:E:F is . The density of a single crystal having an atomic ratio of In:M:Zn=X:Y:Z may be calculated, for example, as follows.

まず、(αA+βD):(αB+βE):(αC+βF)=X:Y:Zとなるようにα
及びβを求める。次に、求めたα及びβを用い、単結晶の密度を{α/(α+β)}Dα
+{β/(α+β)}Dβとして算出すればよい。
First, α is set so that (αA+βD):(αB+βE):(αC+βF)=X:Y:Z.
Next, the density of the single crystal is calculated by using the calculated α and β.
+{β/(α+β)} .

次に、nc-OS膜の作製方法の一例について説明する。 Next, we will explain an example of a method for producing an nc-OS film.

酸化物半導体膜を成膜するための一般的な手法としては、例えばスパッタリング法、化
学気相堆積(CVD)法(有機金属化学堆積(MOCVD)法、原子層成膜(ALD)法
あるいはプラズマ化学気相堆積(PECVD)法を含む)、真空蒸着法またはパルスレー
ザー堆積(PLD)法などが挙げられる。
Common techniques for forming an oxide semiconductor film include, for example, a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method (including a metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, an atomic layer deposition (ALD) method, or a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method), a vacuum evaporation method, or a pulsed laser deposition (PLD) method.

nc-OS膜は、スパッタリング法を用いて形成することが好ましい。スパッタリング
法に用いるターゲットとして、In-M-Zn酸化物を用いることができる。
The nc-OS film is preferably formed by a sputtering method, and an In-M-Zn oxide can be used as a target for the sputtering method.

またターゲットは多結晶のIn-M-Zn酸化物を有することが好ましい。例えば、多
結晶のIn-M-Zn酸化物を有するターゲットを用いた場合には、ターゲットが劈開性
を有し、nc-OS膜を形成しやすい可能性があり、より好ましい。
The target preferably contains polycrystalline In-M-Zn oxide. For example, when a target containing polycrystalline In-M-Zn oxide is used, the target has cleavage properties and may easily form an nc-OS film, which is more preferable.

ターゲットとして、酸化インジウム、元素Mを有する酸化物、及び酸化亜鉛の混合物を
用いてIn-M-Zn酸化物を作製できる場合があるが、多結晶のIn-M-Zn酸化物
を有するターゲットを用いることが好ましい。
Although it may be possible to prepare In-M-Zn oxide using a mixture of indium oxide, an oxide having element M, and zinc oxide as a target, it is preferable to use a target having polycrystalline In-M-Zn oxide.

また、nc-OS膜は、室温程度で形成できる場合があり、好ましい。例えば基板への
加熱を行わなくても形成できる場合があり、好ましい。また、例えばチャンバー内の雰囲
気を好ましくは室温以上500℃以下、より好ましくは200℃以上400℃以下で加熱
してもよい。
The nc-OS film may be preferably formed at room temperature in some cases. For example, the nc-OS film may be preferably formed without heating the substrate in some cases. For example, the atmosphere in the chamber may be preferably heated to a temperature of from room temperature to 500° C., more preferably from 200° C. to 400° C.

[原子数の比について]
ここで本発明の一態様である酸化物半導体膜として、例えばIn-M-Zn酸化物膜を
用いることが好ましい。In-M-Zn酸化物が有するIn,M及びZnの原子数比をI
n:M:Zn=x:y:zとする。
[Atomic ratio]
Here, as the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, for example, an In-M-Zn oxide film is preferably used.
Let n:M:Zn = x:y:z.

本発明の一態様の酸化物半導体膜であるIn-M-Zn酸化物膜は、例えばインジウム
の比率を高めることが好ましい。
In the In-M-Zn oxide film which is the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, for example, the proportion of indium is preferably increased.

また、酸化物半導体膜の粒界は、少ないほど好ましい。粒界の少ない非単結晶酸化物半
導体膜として、例えばnc-OS膜やCAAC-OS膜が挙げられる。また、酸化物半導
体膜は、nc-OS膜とCAAC-OS膜の両方を有してもよい。
The oxide semiconductor film preferably has fewer grain boundaries. Examples of non-single-crystal oxide semiconductor films with fewer grain boundaries include an nc-OS film and a CAAC-OS film. The oxide semiconductor film may include both an nc-OS film and a CAAC-OS film.

また、本発明の一態様である酸化物半導体膜は、ナノビーム電子回折を行った場合に、
nc-OS膜の回折パターンが観測される領域(nc構造)を有することが好ましい。ま
た、本発明の一態様である酸化物半導体膜は、nc-OS膜の回折パターンが観測される
領域と、CAAC-OS膜の回折パターンが観測される領域(CAAC構造)と、を有し
てもよい。
In addition, when nanobeam electron diffraction was performed on the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention,
The oxide semiconductor film according to one embodiment of the present invention may have a region where a diffraction pattern of the nc-OS film is observed and a region where a diffraction pattern of the CAAC-OS film is observed (CAAC structure).

また、本発明の一態様である酸化物半導体膜は、高いnc比率を有することが好ましい
。例えば、nc比率は30%以上が好ましく、50%以上が好ましく、80%以上がより
好ましい。また、本発明の一態様である酸化物半導体膜は、nc比率とCAAC比率の和
が80%以上であることが好ましく、90%以上100%以下であることが好ましく、9
5%以上100%以下であることが好ましく、98%以上100%以下であることが好ま
しく、99%以上100%以下であることがより好ましい。
The oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention preferably has a high nc ratio. For example, the nc ratio is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. In the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention, the sum of the nc ratio and the CAAC ratio is preferably 80% or more, more preferably 90% or more and 100% or less, and more preferably 90% or more and ...
It is preferably 5% or more and 100% or less, more preferably 98% or more and 100% or less, and even more preferably 99% or more and 100% or less.

本発明の一態様である酸化物半導体膜は、複数の膜を積層してもよい。また複数の膜の
それぞれのnc比率及びCAAC比率が異なってもよい。また、積層された複数の膜のう
ち、少なくとも一層の膜は、高いnc比率を有することが好ましい。例えば、nc比率は
30%以上が好ましく、50%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。また、積層
された複数の膜のうち、少なくとも一層の膜は、nc比率とCAAC比率の和が80%以
上であることが好ましく、90%以上100%以下であることが好ましく、95%以上1
00%以下であることが好ましく、98%以上100%以下であることが好ましく、99
%以上100%以下であることがより好ましい。
The oxide semiconductor film according to one embodiment of the present invention may be a stack of a plurality of films. The plurality of films may have different nc ratios and CAAC ratios. At least one of the plurality of stacked films preferably has a high nc ratio. For example, the nc ratio is preferably 30% or more, more preferably 50% or more, and more preferably 80% or more. The sum of the nc ratio and the CAAC ratio of at least one of the plurality of stacked films is preferably 80% or more, more preferably 90% or more and 100% or less, and even more preferably 95% or more and 100% or less.
It is preferable that the ratio is 98% or more and 100% or less, and it is preferable that the ratio is 99.00% or less.
It is more preferable that the ratio is 100% or more and 100% or less.

図6に示したように、In、Ga、及びZnOの粉末を混合し、1350
℃で焼成した場合には、亜鉛の比率を大きくすることにより固溶域が広くなることが非特
許文献1に記載されている。ここで、In-Ga-Zn酸化物の原子数比を固溶域をとり
得る範囲とすることにより、本発明の一態様の酸化物半導体膜のCAAC比率がより高ま
る場合がある。よって、亜鉛の比率を小さくすることにより、本発明の一態様の酸化物半
導体膜のnc比率をより高くできる場合がある。酸化物半導体膜の有するインジウム、元
素M及び亜鉛の原子数比をインジウム:元素M:亜鉛=x:y:zとする。例えば、zに
対するx+yの割合、すなわち(x+y)/zを大きくすることにより、nc比率をより
高めることができる場合がある。具体的には、例えば(x+y)>zが好ましく、(x+
y)≧1.5zが好ましく、(x+y)≧2zが好ましい。
As shown in FIG. 6, In 2 O 3 , Ga 2 O 3 , and ZnO powders were mixed and 1350
Non-Patent Document 1 describes that when sintering is performed at 0.degree. C., the solid solubility region is widened by increasing the ratio of zinc. Here, by setting the atomic ratio of In-Ga-Zn oxide within a range in which the solid solubility region can be achieved, the CAAC ratio of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention may be further increased. Thus, by reducing the ratio of zinc, the n-c ratio of the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention may be further increased. The atomic ratio of indium, element M, and zinc contained in the oxide semiconductor film is indium:element M:zinc=x:y:z. For example, the n-c ratio may be further increased by increasing the ratio of x+y to z, that is, (x+y)/z. Specifically, for example, (x+y)>z is preferable, and (x+
It is preferable that (x+y)≧1.5z, and it is preferable that (x+y)≧2z.

また、スピネル構造の結晶がCAAC-OS膜やnc-OS膜と混在することにより、
明確な粒界、または境界部を形成する場合がある。よって、スピネル構造の結晶がより形
成されやすい原子数比から遠ざけることが好ましい。
In addition, when crystals having a spinel structure are mixed with a CAAC-OS film or an nc-OS film,
A clear grain boundary or boundary portion may be formed, so it is preferable to move away from the atomic ratio that is more likely to form a spinel structure crystal.

よって、本発明の一態様の酸化物半導体膜であるIn-M-Zn酸化物膜が有するIn
,元素M及び亜鉛の原子数比x、y及びzは図4(A)に示す領域13内の原子数の比を
有することが好ましく、図4(B)に示す領域14の原子数の比を有することがより好ま
しい。ここで領域13は、第1の座標K(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標R
(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標V(x:y:z=1:2:3)と、第4の座
標S(x:y:z=1:0:1)と、第5の座標T(x:y:z=8:0:1)と、第6
の座標U(x:y:z=6:2:1)と、前記第1の座標Kを、順番に線分で結んだ領域
内である。なお、領域13は、6つの点を結ぶ線分を含む。また領域13には全ての座標
を含む。また、領域14は、第1の座標K(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標
R(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標V(x:y:z=1:2:3)と、第4の
座標W(x:y:z=7:1:8)と、第5の座標X(x:y:z=7:1:1)と、第
6の座標U(x:y:z=6:2:1)と、前記第1の座標Kを、順番に線分で結んだ領
域内である。なお、領域14は6つの点を結ぶ線分を含む。また領域14には全ての座標
を含む。
Therefore, the In-M-Zn oxide film, which is the oxide semiconductor film of one embodiment of the present invention,
The atomic ratios x, y, and z of element M and zinc preferably have the atomic ratios in region 13 shown in FIG. 4A, and more preferably have the atomic ratios in region 14 shown in FIG. 4B. Here, region 13 is defined by first coordinates K (x:y:z=8:14:7) and second coordinates R
(x:y:z=2:4:3), the third coordinate V (x:y:z=1:2:3), the fourth coordinate S (x:y:z=1:0:1), the fifth coordinate T (x:y:z=8:0:1), and the sixth coordinate
The area 13 is within a region in which the coordinate U (x:y:z=6:2:1) of the first coordinate K and the first coordinate K are connected in order by line segments. The area 13 includes line segments connecting six points. The area 13 also includes all coordinates. The area 14 is within a region in which the first coordinate K (x:y:z=8:14:7), the second coordinate R (x:y:z=2:4:3), the third coordinate V (x:y:z=1:2:3), the fourth coordinate W (x:y:z=7:1:8), the fifth coordinate X (x:y:z=7:1:1), the sixth coordinate U (x:y:z=6:2:1), and the first coordinate K are connected in order by line segments. The area 14 includes line segments connecting six points. The area 14 also includes all coordinates.

また、酸化物半導体膜をスパッタリング法で成膜する場合、得られる膜の原子数比が、
ターゲットの原子数比からずれる場合がある。特に亜鉛は、得られる膜の亜鉛の比率がタ
ーゲットの亜鉛の比率よりも小さくなる場合がある。具体的には、得られる膜の亜鉛の比
率は、例えばターゲットの亜鉛の比率の40atomic%以上90atomic%程度
以下となる場合がある。
In addition, when the oxide semiconductor film is formed by a sputtering method, the atomic ratio of the obtained film is
The atomic ratio of the target may deviate from that of the target. In particular, the ratio of zinc in the resulting film may be smaller than that of the target. Specifically, the ratio of zinc in the resulting film may be, for example, 40 atomic % or more and 90 atomic % or less of the ratio of zinc in the target.

ここで、In-Ga-Zn酸化物をスパッタリング法で成膜する場合に、用いるターゲ
ットの原子数比と得られる膜の原子数比との関係を調べた。
Here, when forming a film of In--Ga--Zn oxide by a sputtering method, the relationship between the atomic ratio of the target used and the atomic ratio of the resulting film was examined.

成膜条件として、成膜ガスにアルゴン及び酸素を用い、酸素流量比を33%とした。こ
こで酸素流量比とは、酸素流量÷(酸素流量+アルゴン流量)×100[%]で表される
量である。また、圧力は0.4Paから0.7Paの範囲とし、基板温度を200℃乃至
300℃、電源電力を0.5kW(DC)とした。
The deposition conditions were argon and oxygen as deposition gases, and the oxygen flow ratio was 33%. Here, the oxygen flow ratio is an amount expressed as oxygen flow rate ÷ (oxygen flow rate + argon flow rate) × 100 [%]. The pressure was in the range of 0.4 Pa to 0.7 Pa, the substrate temperature was 200° C. to 300° C., and the power source was 0.5 kW (DC).

図23に、ターゲットの2つの元素に着目した際の原子数比の比の値と、亜鉛の残留率
との関係を示す。図中の数字は、ターゲットのIn:Ga:Znの原子数比を表す。ここ
で亜鉛の残留率について説明する。得られた膜の原子数比における、亜鉛の項の値を、膜
のインジウム、ガリウム及び亜鉛の項の値の和で割った値をZn(Film)とする。ま
た、ターゲットの原子数比における、亜鉛の項の値を、ターゲットのインジウム、ガリウ
ム及び亜鉛の項の値の和で割った値をZn(Target)とする。ここで、亜鉛の残留
率を、A=Zn(Film)÷Zn(Target)×100[%]で表される値と定義
する。
FIG. 23 shows the relationship between the ratio of the atomic ratio when focusing on two elements of the target and the residual rate of zinc. The numbers in the figure represent the atomic ratio of In:Ga:Zn of the target. Here, the residual rate of zinc will be explained. The value of the zinc term in the atomic ratio of the obtained film is divided by the sum of the values of the indium, gallium and zinc terms of the film, and the value is Zn(Film). In addition, the value of the zinc term in the atomic ratio of the target is divided by the sum of the values of the indium, gallium and zinc terms of the target, and the value is Zn(Target). Here, the residual rate of zinc is defined as a value represented by A=Zn(Film)÷Zn(Target)×100[%].

また、用いるIn-Ga-Zn酸化物ターゲットのインジウム、ガリウム及び亜鉛の原
子数比をa:b:cと表す。
The atomic ratio of indium, gallium and zinc in the In-Ga-Zn oxide target used is represented as a:b:c.

図23(A)は横軸にターゲットのガリウムに対する亜鉛の比の値(c/b)を、図2
3(B)は横軸にターゲットのインジウムの原子数比に対するガリウムの比の値(b/a
)を、図23(C)は横軸にターゲットのインジウムに対する亜鉛の比の値(c/a)を
それぞれ示している。またそれぞれの縦軸は亜鉛の残留率Aを示す。
FIG. 23A shows the ratio of zinc to gallium in the target (c/b) on the horizontal axis, and FIG.
3(B) shows the ratio of gallium to indium atoms in the target on the horizontal axis (b/a
23C shows the ratio of zinc to indium in the target (c/a) on the horizontal axis, and the zinc residual rate A on the vertical axis.

ここで図23より、スパッタリング法により得られる膜の亜鉛の残留率は、おおよそ5
0%以上90%以下であることがわかる。また、インジウムおよびガリウムは、亜鉛と比
較してターゲットの原子数比からは大きく変化しないといえる。また、ターゲットのガリ
ウムに対する亜鉛の比の値(c/b)が例えば1の場合には亜鉛の残留率Aは約66%、
2の場合には約74%、3の場合は約83%である。
Here, from FIG. 23, it can be seen that the zinc residual rate of the film obtained by the sputtering method is approximately 5
It can be seen that the ratio is 0% or more and 90% or less. In addition, it can be said that indium and gallium do not change significantly from the atomic ratio of the target compared to zinc. In addition, when the ratio value (c/b) of zinc to gallium in the target is, for example, 1, the residual rate A of zinc is about 66%,
In the case of 2, it is about 74%, and in the case of 3, it is about 83%.

また図23(A)より、ターゲットのガリウムに対する亜鉛の比の値(c/b)と、亜
鉛の残留率との間には良好な相関があることがわかる。すなわち、ガリウムに対して亜鉛
が少ない方が、残留率はより低くなっている。
23A also shows that there is a good correlation between the ratio of zinc to gallium in the target (c/b) and the zinc residual rate. That is, the lower the zinc relative to gallium, the lower the residual rate.

以上を鑑みて、スパッタリング法を用いて図4(A)に示す領域13の酸化物半導体膜
を得るためには、例えば目的の膜の亜鉛の比の値に対し、ターゲットの亜鉛の比の値を好
ましくは1.7倍以上、より好ましくは1.5倍以上とすればよい。よってターゲットの
インジウム、ガリウム及び亜鉛は図5に示す領域15の原子数比を有することが好ましい
。ここで領域15は、第1の座標K(a:b:c=8:14:7)と、第2の座標R(a
:b:c=2:4:3)と、第3の座標Y(a:b:c=1:2:5.1)と、第4の座
標Z(a:b:c=1:0:1.7)と、第5の座標T(a:b:c=8:0:1)と、
第6の座標U(a:b:c=6:2:1)と、前記第1の座標Kとを、順番に線分で結ん
だ領域内である。なお、領域15は、6つの点を結んだ線分を含む。領域15には全ての
座標を含む。
In view of the above, in order to obtain the oxide semiconductor film in the region 13 shown in FIG. 4A by a sputtering method, the ratio of zinc in the target film is preferably 1.7 times or more, more preferably 1.5 times or more, relative to the ratio of zinc in the target film. Thus, the atomic ratio of indium, gallium, and zinc in the target is preferably the same as that of the region 15 shown in FIG. 5. Here, the region 15 is defined by a first coordinate K (a:b:c=8:14:7) and a second coordinate R (a
:b:c=2:4:3), a third coordinate Y (a:b:c=1:2:5.1), a fourth coordinate Z (a:b:c=1:0:1.7), and a fifth coordinate T (a:b:c=8:0:1),
The area 15 is formed by connecting the sixth coordinate U (a:b:c=6:2:1) and the first coordinate K in order with line segments. The area 15 includes the line segments connecting the six points. The area 15 includes all the coordinates.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様である酸化物半導体膜を用いたトランジスタの一例
について説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, an example of a transistor including an oxide semiconductor film, which is one embodiment of the present invention, will be described.

[トランジスタの例1]
酸化物半導体膜を用いたトランジスタの一例について、図12を用いて説明する。
[Transistor Example 1]
An example of a transistor including an oxide semiconductor film will be described with reference to FIGS.

図12(A)はトランジスタ100の上面図を示す。また、図12(B)は図12(A
)に示す一点鎖線X-X’における断面を、図12(C)は一点鎖線Y-Y’における断
面を示す。図12に示すトランジスタ100は、基板50と、基板50の上面に接する絶
縁膜51と、絶縁膜51の上面に接する絶縁膜114と、絶縁膜114の上面に接する半
導体層101と、導電層104a及び導電層104bと、半導体層101上にゲート絶縁
膜102と、ゲート絶縁膜102を介して半導体層101と重なるゲート電極103と、
を有する。またトランジスタ100を覆って、絶縁膜112及び絶縁膜113が設けられ
ている。また、トランジスタ100は、導電層105を有してもよい。また、基板50と
絶縁膜114の間に、絶縁膜を設けなくてもよい。
FIG. 12A is a top view of the transistor 100. FIG.
12A shows a cross section taken along dashed line X-X' in FIG. 12B, and a cross section taken along dashed line Y-Y' in FIG. 12C. The transistor 100 shown in FIG. 12A includes a substrate 50, an insulating film 51 in contact with an upper surface of the substrate 50, an insulating film 114 in contact with an upper surface of the insulating film 51, a semiconductor layer 101 in contact with an upper surface of the insulating film 114, conductive layers 104a and 104b, a gate insulating film 102 provided on the semiconductor layer 101, and a gate electrode 103 overlapping with the semiconductor layer 101 with the gate insulating film 102 interposed therebetween.
In addition, an insulating film 112 and an insulating film 113 are provided to cover the transistor 100. The transistor 100 may include a conductive layer 105. An insulating film does not necessarily have to be provided between the substrate 50 and the insulating film 114.

半導体層101は、単層で形成してもよく、第1の層乃至第3の層の積層構造で形成さ
れることがより好ましい。第2の層は第1の上に接して設けられ、第3の層は第2層上に
接して設けられる。ここで、本発明の一態様のトランジスタにおいて、第1の層および第
3の層は、第2の層と比べて電流が流れにくい領域を有する。よって、第1の層および第
3の層を絶縁体層と呼ぶ場合がある。よって、図12に示す例のように、半導体層101
は絶縁体層101a、半導体層101b、および絶縁体層101cの積層構造で形成され
ることが好ましい。また、絶縁体層101a及び絶縁体層101cのうちいずれかを有さ
ない構造としてもよい。図12に示す例において、半導体層101bは、絶縁体層101
aの上面に接する。また、導電層104a及び導電層104bは、半導体層101bの上
面と接し、半導体層101bと重なる領域で離間する。また、絶縁体層101cは、半導
体層101bの上面に接する。また、ゲート絶縁膜102は、絶縁体層101cの上面と
接する。また、ゲート電極103は、ゲート絶縁膜102及び絶縁体層101cを介して
半導体層101bと重なる。
The semiconductor layer 101 may be formed as a single layer, or is more preferably formed as a stacked structure of a first layer, a second layer, and a third layer. The second layer is provided in contact with the first layer, and the third layer is provided in contact with the second layer. Here, in the transistor of one embodiment of the present invention, the first layer and the third layer have a region through which current does not easily flow as compared with the second layer. Thus, the first layer and the third layer may be referred to as an insulator layer. Thus, as in the example shown in FIG. 12, the semiconductor layer 101
It is preferable that the semiconductor layer 101b is formed of a laminated structure of an insulator layer 101a, a semiconductor layer 101b, and an insulator layer 101c. Also, the semiconductor layer 101b may have a structure that does not include any one of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c. In the example shown in FIG.
a. The conductive layers 104a and 104b are in contact with the upper surface of the semiconductor layer 101b and are separated from each other in a region where they overlap with the semiconductor layer 101b. The insulator layer 101c is in contact with the upper surface of the semiconductor layer 101b. The gate insulating film 102 is in contact with the upper surface of the insulator layer 101c. The gate electrode 103 overlaps with the semiconductor layer 101b via the gate insulating film 102 and the insulator layer 101c.

またトランジスタ100を覆って、絶縁膜112及び絶縁膜113が設けられている。
絶縁膜112及び絶縁膜113については、後述する実施の形態で詳細を述べる。
In addition, an insulating film 112 and an insulating film 113 are provided to cover the transistor 100 .
The insulating films 112 and 113 will be described in detail in the embodiment described later.

導電層104a及び導電層104bはソース電極またはドレイン電極としての機能を有
する。また、導電層105に、ソース電極よりも低い電圧または高い電圧を印加し、トラ
ンジスタのしきい値電圧をプラス方向またはマイナス方向へ変動させてもよい。トランジ
スタのしきい値電圧をプラス方向に変動させることで、ゲート電圧が0Vであってもトラ
ンジスタが非導通状態(オフ状態)となる、ノーマリーオフが実現できる場合がある。な
お、導電層105に印加する電圧は、可変であってもよいし、固定であってもよい。導電
層105に印加する電圧を可変にする場合、電圧を制御する回路を導電層105に接続し
てもよい。また、導電層105は、ゲート電極103と接続してもよい。
The conductive layer 104a and the conductive layer 104b function as a source electrode or a drain electrode. A voltage lower or higher than that of the source electrode may be applied to the conductive layer 105 to shift the threshold voltage of the transistor in a positive or negative direction. By shifting the threshold voltage of the transistor in a positive direction, a normally-off transistor in which the transistor is in a non-conducting state (off state) even when the gate voltage is 0 V may be realized. Note that the voltage applied to the conductive layer 105 may be variable or fixed. When the voltage applied to the conductive layer 105 is made variable, a circuit for controlling the voltage may be connected to the conductive layer 105. The conductive layer 105 may be connected to the gate electrode 103.

絶縁膜114の上面はCMP(Chemical Mechanical Polis
hing)法等を用いた平坦化処理により平坦化されていることが好ましい。
The upper surface of the insulating film 114 is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing).
It is preferable that the surface is planarized by a planarization process using a planarization method such as a fin-hanging method.

絶縁膜114は、酸化物を含むことが好ましい。特に加熱により一部の酸素が脱離する
酸化物材料を含むことが好ましい。好適には、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの
酸素を含む酸化物を用いることが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸
素を含む酸化物膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。絶縁膜114から脱離した酸素
は酸化物半導体である半導体層101に供給され、酸化物半導体中の酸素欠損を低減する
ことが可能となる。その結果、トランジスタの電気特性の変動を抑制し、信頼性を高める
ことができる。
The insulating film 114 preferably contains an oxide. In particular, it preferably contains an oxide material from which some oxygen is released by heating. It is preferable to use an oxide containing more oxygen than the stoichiometric composition. An oxide film containing more oxygen than the stoichiometric composition loses some oxygen by heating. The oxygen released from the insulating film 114 is supplied to the semiconductor layer 101, which is an oxide semiconductor, and oxygen vacancies in the oxide semiconductor can be reduced. As a result, a change in the electrical characteristics of the transistor can be suppressed and reliability can be improved.

化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物膜は、例えば、昇温脱離ガ
ス分光法分析(TDS分析)にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が1.0×10
atoms/cm以上、好ましくは3.0×1020atoms/cm以上である
酸化物膜である。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度としては100℃以上7
00℃以下、または100℃以上500℃以下の範囲が好ましい。
The oxide film containing more oxygen than the oxygen required for the stoichiometric composition has a desorption amount of oxygen of 1.0×10 1 or more in terms of oxygen atoms as measured by thermal desorption spectroscopy (TDS).
The oxide film has a surface density of 100° C. or higher and preferably 3.0 ×10 20 atoms/cm 3 or higher .
The temperature range is preferably 00° C. or lower, or 100° C. or higher and 500° C. or lower.

例えばこのような材料として、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含む材料を用い
ることが好ましい。または、金属酸化物を用いることもできる。金属酸化物として、酸化
アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリ
ウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いる事ができ
る。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素
の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の
含有量が多い材料を示す。
For example, as such a material, it is preferable to use a material containing silicon oxide or silicon oxynitride. Alternatively, a metal oxide can be used. As the metal oxide, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, etc. can be used. Note that in this specification, silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen, and silicon nitride oxide refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen.

また絶縁膜114に酸素を過剰に含有させるために、絶縁膜114に酸素を導入して酸
素を過剰に含有する領域を形成してもよい。例えば、成膜後の絶縁膜114に酸素(少な
くとも酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオンのいずれかを含む)を導入して酸素を過剰に
含有する領域を形成する。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法
、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理などを用いることができる。
Alternatively, in order to make the insulating film 114 contain excess oxygen, oxygen may be introduced into the insulating film 114 to form a region containing excess oxygen. For example, oxygen (including at least oxygen radicals, oxygen atoms, or oxygen ions) is introduced into the insulating film 114 after film formation to form a region containing excess oxygen. Examples of a method for introducing oxygen include ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, plasma treatment, and the like.

半導体層101は、酸化物半導体を含んで構成される。酸化物半導体は、シリコンより
もバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジス
タのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。また、半導体層101が酸化物半
導体を含んで構成されることにより、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジ
スタを実現できる。
The semiconductor layer 101 includes an oxide semiconductor. An oxide semiconductor is preferably used as a semiconductor material having a wider band gap and a lower carrier density than silicon, because the current in the off state of the transistor can be reduced. In addition, when the semiconductor layer 101 includes an oxide semiconductor, fluctuations in electrical characteristics are suppressed, and a highly reliable transistor can be realized.

ここで半導体層101として、例えば実施の形態1や、実施の形態2に示す酸化物半導
体を用いることができる。
Here, for the semiconductor layer 101, for example, the oxide semiconductor described in Embodiment 1 or 2 can be used.

なお、本明細書等において実質的に真性という場合、酸化物半導体層のキャリア密度は
、1×1017/cm未満、1×1015/cm未満、または1×1013/cm
未満である。酸化物半導体層を高純度真性化することで、トランジスタに安定した電気特
性を付与することができる。
Note that in this specification and the like, when an oxide semiconductor layer is referred to as being substantially intrinsic, the carrier density of the oxide semiconductor layer is less than 1×10 17 /cm 3 , less than 1×10 15 /cm 3 , or less than 1×10 13 /cm 3 .
By highly purifying the oxide semiconductor layer to be intrinsic, the transistor can have stable electrical characteristics.

ここで、半導体層101として、絶縁体層101a、半導体層101b、及び絶縁体層
101cの積層膜を用いる場合について、詳しく説明する。半導体層101bは、絶縁体
層101a及び絶縁体層101cよりも電子親和力の大きい酸化物を用いることが好まし
い。例えば、半導体層101bとして、絶縁体層101a及び絶縁体層101cよりも電
子親和力の0.07eV以上1.3eV以下、好ましくは0.1eV以上0.7eV以下
、さらに好ましくは0.15eV以上0.4eV以下大きい酸化物を用いる。なお、電子
親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
Here, a detailed description will be given of a case where a laminated film of an insulator layer 101a, a semiconductor layer 101b, and an insulator layer 101c is used as the semiconductor layer 101. The semiconductor layer 101b is preferably made of an oxide having a higher electron affinity than the insulator layer 101a and the insulator layer 101c. For example, the semiconductor layer 101b is made of an oxide having an electron affinity of 0.07 eV to 1.3 eV, preferably 0.1 eV to 0.7 eV, more preferably 0.15 eV to 0.4 eV, higher than the insulator layer 101a and the insulator layer 101c. The electron affinity is the difference between the vacuum level and the energy at the bottom of the conduction band.

半導体層101bとして、絶縁体層101a及び絶縁体層101cよりも電子親和力の
大きい酸化物を用いることにより、ゲート電極に電界を印加すると、絶縁体層101a、
半導体層101b、絶縁体層101cのうち、電子親和力の大きい半導体層101bにチ
ャネルが形成される。ここで、半導体層101bにチャネルが形成されることにより、例
えばチャネル形成領域がゲート絶縁膜102との界面から離れるために、ゲート絶縁膜と
の界面での散乱の影響を小さくすることができる。よって、トランジスタの電界効果移動
度を高くすることができる。ここで、半導体層101bと絶縁体層101cは後述する通
り、構成する元素が共通しているため、界面散乱がほとんど生じない。
By using an oxide having a larger electron affinity than the insulator layers 101a and 101c as the semiconductor layer 101b, when an electric field is applied to the gate electrode,
Of the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c, a channel is formed in the semiconductor layer 101b, which has a larger electron affinity. Here, by forming a channel in the semiconductor layer 101b, for example, the channel formation region is separated from the interface with the gate insulating film 102, so that the influence of scattering at the interface with the gate insulating film can be reduced. Thus, the field effect mobility of the transistor can be increased. Here, as the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c share the same constituent elements as described later, almost no interface scattering occurs.

また、ゲート絶縁膜に酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜また
は窒化シリコン膜等を用いる場合、ゲート絶縁膜に含まれるシリコンが、酸化物半導体膜
に混入することがある。酸化物半導体膜にシリコンが含まれると、酸化物半導体膜の結晶
性の低下、キャリア移動度の低下などが起こる場合がある。従って、チャネルが形成され
る半導体層101bの不純物濃度、例えばシリコン濃度を低減するために、半導体層10
1bとゲート絶縁膜との間に絶縁体層101cを設けることが好ましい。同様の理由によ
り、絶縁膜114からの不純物拡散の影響を低減するために、半導体層101bと絶縁膜
114の間に絶縁体層101aを設けることが好ましい。
In addition, when a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, or the like is used as the gate insulating film, silicon contained in the gate insulating film may be mixed into the oxide semiconductor film. When silicon is contained in the oxide semiconductor film, the crystallinity of the oxide semiconductor film may be reduced, and the carrier mobility may be reduced. Therefore, in order to reduce the impurity concentration, for example, the silicon concentration, of the semiconductor layer 101b in which the channel is formed, the semiconductor layer 10
It is preferable to provide an insulator layer 101c between the semiconductor layer 101b and the gate insulating film 114. For the same reason, it is preferable to provide an insulator layer 101a between the semiconductor layer 101b and the insulating film 114 in order to reduce the influence of impurity diffusion from the insulating film 114.

半導体層101bとして、例えば、インジウム、元素M及び亜鉛を有する酸化物半導体
膜を用いればよい。例えば実施の形態1や、実施の形態2に示す酸化物半導体膜を用いる
ことが好ましい。
For example, an oxide semiconductor film containing indium, an element M, and zinc may be used as the semiconductor layer 101b. For example, the oxide semiconductor film described in Embodiment 1 or 2 is preferably used.

半導体層101bは、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。半導体層
101b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
2.7eV以上3.7eV以下、さらに好ましくは2.8eV以上3.3eV以下とする
The semiconductor layer 101b is formed using, for example, an oxide having a large energy gap, for example, 2.5 eV to 4.2 eV, preferably 2.7 eV to 3.7 eV, and more preferably 2.8 eV to 3.3 eV.

次に、絶縁体層101a及び絶縁体層101cについて説明する。例えば、絶縁体層1
01a及び絶縁体層101cは、半導体層101bを構成する酸素以外の元素一種以上、
または二種以上から構成される酸化物である。半導体層101bを構成する酸素以外の元
素一種以上、または二種以上から絶縁体層101a及び絶縁体層101cが構成されるた
め、絶縁体層101aと半導体層101bとの界面、及び半導体層101bと絶縁体層1
01cとの界面において、界面準位が形成されにくい。
Next, the insulator layer 101a and the insulator layer 101c will be described.
The insulating layer 101a and the insulating layer 101c each contain at least one element other than oxygen that constitutes the semiconductor layer 101b,
Since the insulator layer 101a and the insulator layer 101c are composed of one or more elements other than oxygen that constitute the semiconductor layer 101b, the interface between the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b and the interface between the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c are preferably made of at least one of oxygen and at least one of oxygen.
At the interface with 01c, an interface state is unlikely to be formed.

ここでバンド構造について図11に示す。図11には、真空準位(vacuum le
velと表記。)、各層の伝導帯下端のエネルギー(Ecと表記。)及び価電子帯上端の
エネルギー(Evと表記。)を示す。
The band structure is shown in FIG. 11. In FIG. 11,
vel), the conduction band minimum energy (denoted as Ec) and the valence band maximum energy (denoted as Ev) of each layer.

ここで、絶縁体層101aと半導体層101bとの間には、絶縁体層101aと半導体
層101bとの混合領域を有する場合がある。また、半導体層101bと絶縁体層101
cとの間には、半導体層101bと絶縁体層101c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、絶縁体層101a、半導体層101b
及び絶縁体層101c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, there may be a mixed region of the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b between the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b.
In some cases, a mixed region of the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c may be present between the first and second layers 101a and 101b.
The mixed region has a low interface state density.
The stack of the insulating layer 101c and the insulating layer 101b has a band structure in which the energy changes continuously (also called a continuous junction) in the vicinity of the interface between the stack of the insulating layers 101c and 101b.

このとき、電子は、絶縁体層101a中及び絶縁体層101c中ではなく、半導体層1
01b中を主として移動する。上述したように、絶縁体層101a及び半導体層101b
の界面における界面準位密度、半導体層101bと絶縁体層101cとの界面における界
面準位密度が低くすることによって、半導体層101b中で電子の移動が阻害されること
が少なく、トランジスタのオン電流を高くすることができる。
At this time, the electrons are not transferred to the insulator layer 101a and the insulator layer 101c but to the semiconductor layer 1
As described above, the electrons move mainly through the insulating layer 101a and the semiconductor layer 101b.
By reducing the interface state density at the interface between the semiconductor layer 101b and the insulator layer 101c, the movement of electrons in the semiconductor layer 101b is less hindered, and the on-current of the transistor can be increased.

なお、図11では、絶縁体層101aと絶縁体層101cのEcが同様である場合につ
いて示したが、それぞれが異なっていてもよい。例えば、絶縁体層101aよりも絶縁体
層101cのEcが高いエネルギーを有してもよい。
11 shows a case where the Ec of the insulator layer 101a and the Ec of the insulator layer 101c are similar, but they may be different from each other. For example, the Ec of the insulator layer 101c may have a higher energy than that of the insulator layer 101a.

図12(B)に示すように、半導体層101bの側面は、導電層104a及び導電層1
04bと接する。また、図12(C)に示すように、ゲート電極103の電界によって、
半導体層101bを電気的に取り囲むことができる(導電体の電界によって、半導体を電
気的に取り囲むトランジスタの構造を、surrounded channel(s-c
hannel)構造とよぶ。)。ゲート電極103が半導体層101bの上面及び側面に
面して設けられることで、半導体層101bの上面近傍だけでなく全体(バルク)にチャ
ネルが形成される場合がある。s-channel構造では、トランジスタのソース-ド
レイン間に大電流を流すことができ、導通時の電流(オン電流)を高くすることができる
As shown in FIG. 12B, the side surface of the semiconductor layer 101b is covered with the conductive layer 104a and the conductive layer 104b.
12C, the electric field of the gate electrode 103 causes
The semiconductor layer 101b can be electrically surrounded (the structure of a transistor in which a semiconductor is electrically surrounded by the electric field of a conductor is called a surrounded channel (s-c
This is called an s-channel structure.) By providing the gate electrode 103 facing the upper surface and side surfaces of the semiconductor layer 101b, a channel may be formed not only in the vicinity of the upper surface of the semiconductor layer 101b but also throughout (bulk) the semiconductor layer 101b. In the s-channel structure, a large current can flow between the source and drain of the transistor, and the current (on-current) during conduction can be increased.

高いオン電流が得られるため、s-channel構造は、微細化されたトランジスタ
に適した構造といえる。トランジスタを微細化できるため、該トランジスタを有する半導
体装置は、集積度の高い、高密度化された半導体装置とすることが可能となる。例えば、
トランジスタは、チャネル長が好ましくは40nm以下、さらに好ましくは30nm以下
、より好ましくは20nm以下の領域を有し、かつ、トランジスタは、チャネル幅が好ま
しくは40nm以下、さらに好ましくは30nm以下、より好ましくは20nm以下の領
域を有する。特にチャネル幅が小さいほど半導体層101bの内部にまでチャネルが形成
される領域が広がるため、微細化するほどオン電流に対する寄与が高まる。
Since a high on-current can be obtained, the s-channel structure can be said to be a structure suitable for miniaturized transistors. Since the transistors can be miniaturized, a semiconductor device having the transistors can be a highly integrated and highly dense semiconductor device. For example,
The transistor has a channel length of preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less, and more preferably 20 nm or less, and a channel width of preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less, and more preferably 20 nm or less. In particular, the smaller the channel width, the wider the region in which the channel is formed into the semiconductor layer 101b, and therefore the smaller the size, the higher the contribution to the on-current.

絶縁体層101a及び絶縁体層101cとして、例えばIn-M-Zn酸化物を用いる
ことができる。
For example, In-M-Zn oxide can be used as the insulator layer 101a and the insulator layer 101c.

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、例えば絶縁体層101cはインジウムガリウム酸化物を含んでもよい。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。
Indium gallium oxide has a small electron affinity and a high oxygen blocking property. Therefore, for example, the insulating layer 101c may contain indium gallium oxide. The gallium atomic ratio [Ga/(In+Ga)] is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

また、絶縁体層101cは、酸化ガリウムを含むことがより好ましい。絶縁体層101
cに酸化ガリウムを含むと、より低いオフ電流を実現できる場合がある。
More preferably, the insulator layer 101c contains gallium oxide.
When gallium oxide is contained in c, a lower off-current can be achieved in some cases.

また、絶縁体層101a及び絶縁体層101cはnc-OS膜やCAAC-OS膜を用
いることが好ましい。ここで、絶縁体層101aや絶縁体層101cのnc比率や、CA
AC比率を高めることにより、例えば、欠陥をより少なくすることができる。また、例え
ばスピネル型の結晶を有する領域を少なくすることができる。また、例えばキャリアの散
乱を小さくすることができる。また、例えば不純物に対するブロック能の高い膜とするこ
とができる。また、半導体層101bへの不純物の混入を抑制することができ、半導体層
101bの不純物濃度を低減することができる。
The insulating layer 101a and the insulating layer 101c are preferably an nc-OS film or a CAAC-OS film.
By increasing the AC ratio, for example, defects can be reduced. Also, for example, regions having spinel type crystals can be reduced. Also, for example, carrier scattering can be reduced. Also, for example, a film with high impurity blocking ability can be obtained. Also, incorporation of impurities into the semiconductor layer 101b can be suppressed, and the impurity concentration of the semiconductor layer 101b can be reduced.

絶縁体層101a及び絶縁体層101cのnc比率は、例えば10%以上が好ましく、
30%以上が好ましく、50%以上が好ましく、80%以上が好ましく、90%以上が好
ましく、95%以上が好ましい。
The n-c ratio of the insulator layer 101a and the insulator layer 101c is preferably, for example, 10% or more.
30% or more is preferable, 50% or more is preferable, 80% or more is preferable, 90% or more is preferable, and 95% or more is preferable.

ここで、絶縁体層101a、半導体層101b及び絶縁体層101cがIn-M-Zn
酸化物である場合を考える。絶縁体層101aが有するIn、元素M及びZnの原子数比
をx、y及びzとする。同様に、半導体層101bが有するIn、元素M及びZn
の原子数比をx、y及びzとする。同様に、絶縁体層101cが有するIn、元素
M及びZnの原子数比をx、y及びzとする。以下にそれぞれの好ましい値につい
て説明する。
Here, the insulating layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulating layer 101c are In-M-Zn
Let us consider the case where the insulator layer 101a is an oxide. The atomic ratios of In, element M, and Zn contained in the insulator layer 101a are x a , y a , and za . Similarly, the atomic ratios of In, element M, and Zn contained in the semiconductor layer 101b are
The atomic ratios of In, element M, and Zn in the insulator layer 101c are denoted by xb , yb , and zb . Similarly, the atomic ratios of In, element M, and Zn in the insulator layer 101c are denoted by xc , yc, and zc . Preferred values of each will be described below.

、y及びzは図1、図2(A)及び図4に示す領域11、領域12、領域13
及び領域14のいずれかの範囲をとることが好ましい。
x b , y b and z b are the regions 11, 12 and 13 shown in FIG. 1, FIG. 2(A) and FIG.
It is preferable that the range is any of the ranges 14 and 15.

絶縁体層101a及び絶縁体層101cはスピネル型の結晶構造が含まれない、または
少ないことが好ましい。よって、x:y:z及びx:y:zは、例えば図1
の領域11の範囲内であり、かつ半導体層101bよりも電子親和力が小さくなる値を取
ることが好ましい。
It is preferable that the insulator layer 101a and the insulator layer 101c do not contain a spinel type crystal structure or contain only a small amount of the spinel type crystal structure. Therefore, xa : ya : za and xc : yc : zc are, for example, as shown in FIG.
It is preferable that the value of the electron affinity of the semiconductor layer 101b is within the range of the region 11 and is smaller than that of the semiconductor layer 101b.

ここで、半導体層101bの電子親和力を絶縁体層101a及び絶縁体層101cより
大きくするには、例えば半導体層101bのインジウムの含有率を絶縁体層101a及び
絶縁体層101cよりも高めることが好ましい。
In order to make the electron affinity of the semiconductor layer 101b greater than those of the insulator layers 101a and 101c, it is preferable to make the indium content of the semiconductor layer 101b greater than those of the insulator layers 101a and 101c, for example.

例えば、x/(x+y+z)>x/(x+y+z)、及びx/(x
+y+z)>x/(x+y+z)を満たすことが好ましい。
For example, xb /(xb+ yb + zb )> xa /( xa + ya + za ) , and xb /(x
It is preferable that xc /(xc+ yc + zc ) > xc /( xc + yc + zc ).

例えば、好ましくはx/(x+y)<0.5であり、より好ましくはx/(x
+y)<0.33であり、さらに好ましくはx/(x+y)<0.25である
。また、好ましくはx/(x+y)≧0.25であり、さらに好ましくはx/(
+y)≧0.34である。また、好ましくはx/(x+y)<0.5であり
、より好ましくはx/(x+y)<0.33あり、さらに好ましくはx/(x
+y)<0.25である。
For example, preferably, x a /(x a +y a )<0.5, and more preferably, x a /(x
a + ya ) < 0.33, and more preferably xa / ( xa + ya ) < 0.25. Also, preferably xb / ( xb + yb ) ≥ 0.25, and more preferably xb / (
xc/ (xc + yc )≧0.34. Also, preferably xc /( xc + yc )<0.5, more preferably xc /( xc + yc )<0.33, and even more preferably xc /( xc
+ yc ) < 0.25.

または、x、y、z、及びx、y、zは図2(B)に示す領域16内の原
子数の比を有することが好ましい。ここで領域16は、第1の座標K(x:y:z=8:
14:7)と、第2の座標R(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標L(x:y:z
=2:5:7)と、第4の座標M(x:y:z=51:149:300)と、第5の座標
B(x:y:z=1:4:10)と、第6の座標C(x:y:z=1:1:4)と、第7
の座標A(x:y:z=2:2:1)と、前記第1の座標Kを、順番に線分で結んだ領域
である。なお、領域16には全ての座標を含む。
Alternatively, it is preferable that xa , ya, za , and xc , yc , zc have the ratio of the number of atoms in the region 16 shown in Fig. 2(B). Here, the region 16 is a region having a first coordinate K (x:y:z=8:
14:7), the second coordinate R (x:y:z=2:4:3), and the third coordinate L (x:y:z
= 2:5:7), the fourth coordinate M (x:y:z = 51:149:300), the fifth coordinate B (x:y:z = 1:4:10), the sixth coordinate C (x:y:z = 1:1:4), and the seventh coordinate
The area 16 is an area formed by connecting the coordinate A (x:y:z=2:2:1) of the first coordinate with the first coordinate K by a line segment in order. Note that the area 16 includes all the coordinates.

なお、トランジスタがs-channel構造を有する場合、半導体層101bの全体
にチャネルが形成される。したがって、半導体層101bが厚いほどチャネル領域は大き
くなる。即ち、半導体層101bが厚いほど、トランジスタのオン電流を高くすることが
できる。例えば、20nm以上、好ましくは40nm以上、さらに好ましくは60nm以
上、より好ましくは100nm以上の厚さの領域を有する半導体層101bとすればよい
。ただし、半導体装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、300nm以下、好
ましくは200nm以下、さらに好ましくは150nm以下の厚さの領域を有する半導体
層101bとすればよい。
In addition, when the transistor has an s-channel structure, a channel is formed in the entire semiconductor layer 101b. Therefore, the thicker the semiconductor layer 101b, the larger the channel region. That is, the thicker the semiconductor layer 101b, the higher the on-current of the transistor can be. For example, the semiconductor layer 101b may have a region with a thickness of 20 nm or more, preferably 40 nm or more, more preferably 60 nm or more, and more preferably 100 nm or more. However, since the productivity of the semiconductor device may decrease, for example, the semiconductor layer 101b may have a region with a thickness of 300 nm or less, preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less.

また、トランジスタのオン電流を高くするためには、絶縁体層101c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絶縁体層101cとすればよい。一方、絶縁体層101cは、チャネ
ルの形成される半導体層101b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、絶縁体層10
1c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絶縁体層101cとすれ
ばよい。また、絶縁体層101cは、ゲート絶縁膜102などから放出される酸素の外方
拡散を抑制するために、酸素をブロックする性質を有すると好ましい。
In order to increase the on-state current of the transistor, the smaller the thickness of the insulating layer 101c, the more preferable. For example, the thickness is less than 10 nm, preferably 5 nm or less, and more preferably 3 nm.
On the other hand, the insulator layer 101c is formed by transferring elements other than oxygen (hydrogen,
The insulating layer 10 has a function of blocking the intrusion of foreign matter such as silicon.
It is preferable that the insulating layer 101c has a certain thickness. For example, the insulating layer 101c may have a region having a thickness of 0.3 nm or more, preferably 1 nm or more, and more preferably 2 nm or more. In addition, the insulating layer 101c preferably has a property of blocking oxygen in order to suppress outward diffusion of oxygen released from the gate insulating film 102 and the like.

また、信頼性を高くするためには、絶縁体層101aは厚く、絶縁体層101c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絶縁体層101aとすれ
ばよい。絶縁体層101aの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と絶縁体層101
aとの界面からチャネルの形成される半導体層101bまでの距離を離すことができる。
ただし、半導体装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、200nm以下、好ま
しくは120nm以下、さらに好ましくは80nm以下の厚さの領域を有する絶縁体層1
01aとすればよい。
In order to increase reliability, it is preferable that the insulating layer 101a is thick and the insulating layer 101c is thin. For example, the insulating layer 101a is 10 nm or thicker, preferably 20 nm or thicker, and more preferably 40 nm or thicker.
The insulating layer 101a may have a region having a thickness of 0 nm or more, and more preferably 60 nm or more. By increasing the thickness of the insulating layer 101a, the insulating layer 101a may have a region having a thickness of 0 nm or more, and more preferably 60 nm or more.
It is possible to increase the distance from the interface with the semiconductor layer 101a to the semiconductor layer 101b in which the channel is formed.
However, since the productivity of the semiconductor device may decrease, for example, the insulating layer 1 having a region with a thickness of 200 nm or less, preferably 120 nm or less, and more preferably 80 nm or less is not preferred.
It would be 01a.

酸化物半導体膜に水素や水分が多量に含まれると、水素に起因したドナー準位が形成さ
れる場合がある。ドナー準位の形成により、トランジスタのしきい値がマイナス方向にシ
フトする場合がある。よって酸化物半導体膜の形成後に脱水化処理(脱水素化処理)を行
い、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好まし
い。
When a large amount of hydrogen or moisture is contained in an oxide semiconductor film, a donor level due to hydrogen may be formed. The formation of the donor level may cause the threshold voltage of a transistor to shift in the negative direction. Therefore, it is preferable to perform a dehydration treatment (dehydrogenation treatment) after the formation of the oxide semiconductor film to remove hydrogen or moisture and highly purify the oxide semiconductor film so that impurities are not contained as much as possible.

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理(脱水素化処理)によって、同時に酸素も減少し
てしまうことがある。よって、脱水化処理後、酸素を供給し、酸化物半導体膜の酸素欠損
を補填することが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給すること
を、加酸素化処理と記す場合がある。または酸化物半導体膜に含まれる酸素の割合を化学
量論的組成よりも高くすることを過酸素化処理と記す場合がある。
Note that dehydration treatment (dehydrogenation treatment) of the oxide semiconductor film may also reduce oxygen. Thus, after the dehydration treatment, oxygen vacancies in the oxide semiconductor film are preferably filled by supplying oxygen. In this specification and the like, supplying oxygen to the oxide semiconductor film may be referred to as oxygen-adding treatment. Alternatively, increasing the proportion of oxygen in the oxide semiconductor film to a proportion higher than that in the stoichiometric composition may be referred to as excessive oxygen treatment.

このように、脱水化処理により水素または水分を除去し、さらに加酸素化処理により酸
素欠損を補填することによって、i型(真性)、またはi型に限りなく近い、実質的にi
型(真性)である酸化物半導体膜を実現することができる。なお、実質的に真性とは、酸
化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく(ゼロに近く)、キャリア密
度が1×1017/cm以下、1×1016/cm以下、1×1015/cm以下
、1×1014/cm以下、1×1013/cm以下であることをいう。
In this way, by removing hydrogen or moisture by the dehydration treatment and then supplementing the oxygen deficiency by the oxygen addition treatment, it is possible to obtain i-type (intrinsic) or a material that is very close to i-type, i.e., substantially i
Note that being substantially intrinsic means that the oxide semiconductor film contains very few carriers derived from donors (close to zero) and has a carrier density of 1×10 17 /cm 3 or less, 1×10 16 /cm 3 or less, 1×10 15 /cm 3 or less, 1×10 14 /cm 3 or less, or 1×10 13 /cm 3 or less.

i型又は実質的にi型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオ
フ電流を実現することができる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタのオフ電
流を、室温(25℃程度)にて1×10-18A以下、好ましくは1×10-21A以下
、さらに好ましくは1×10-24A以下、または85℃にて1×10-15A以下、好
ましくは1×10-18A以下、さらに好ましくは1×10-21A以下とすることがで
きる。ここで、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を指す。ま
た、トランジスタがオフ状態とは、nチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がし
きい値よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値よりも1V以上
、2V以上または3V以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。
A transistor including an i-type or substantially i-type oxide semiconductor film can achieve an extremely excellent off-state current. For example, the off-state current of a transistor using an oxide semiconductor film can be 1×10 −18 A or less, preferably 1×10 −21 A or less, more preferably 1×10 −24 A or less at room temperature (about 25° C.), or 1×10 −15 A or less, preferably 1×10 −18 A or less, more preferably 1× 10 −21 A or less at 85° C. Here, the off-state current refers to a drain current when the transistor is in an off state. In addition, the off-state of a transistor refers to a state in which the gate voltage is sufficiently lower than the threshold voltage in the case of an n-channel transistor. Specifically, when the gate voltage is 1 V or more, 2 V or more, or 3 V or more lower than the threshold voltage, the transistor is in an off state.

導電層104a及び導電層104bは、一方がソース電極として機能し、他方がドレイ
ン電極として機能する。
One of the conductive layer 104a and the conductive layer 104b functions as a source electrode and the other functions as a drain electrode.

導電層104a及び導電層104bは、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅
、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの
金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、
シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層
構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅-マグネシウム-アル
ミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タ
ングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン
膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチ
タン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と
、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層
し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。
なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
The conductive layers 104a and 104b have a single-layer structure or a stacked-layer structure using a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing any of these as a main component. For example,
Examples of such a structure include a single layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a tungsten film, a three-layer structure in which a titanium film or titanium nitride film is laminated on the titanium film or titanium nitride film, an aluminum film or copper film is laminated on the titanium film or titanium nitride film, and a titanium film or titanium nitride film is further formed thereon, and a three-layer structure in which a molybdenum film or molybdenum nitride film is laminated on the molybdenum film or molybdenum nitride film, an aluminum film or copper film is laminated on the molybdenum film or molybdenum nitride film, and a molybdenum film or molybdenum nitride film is further formed thereon.
A transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide, or zinc oxide may be used.

ゲート絶縁膜102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、
酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa-Zn系金属酸化物、窒化
シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。
The gate insulating film 102 is made of, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide,
Aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, Ga-Zn based metal oxide, silicon nitride, or the like may be used, and the film may be provided as a laminated layer or a single layer.

また、ゲート絶縁膜102として、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒素が添
加されたハフニウムシリケート(HfSi)、窒素が添加されたハフニウムア
ルミネート(HfAl)、酸化イットリウムなどのhigh-k材料を用いて
もよい。
Furthermore, the gate insulating film 102 may be made of a high-k material such as hafnium silicate (HfSiO x ), hafnium silicate doped with nitrogen (HfSi x O y N z ), hafnium aluminate doped with nitrogen (HfAl x O y N z ), or yttrium oxide.

また、ゲート絶縁膜102として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコ
ン、酸化窒化シリコン、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、酸化ハフニウム及び酸化タンタルなどの酸化物
絶縁膜、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムな
どの窒化物絶縁膜、またはこれらの混合材料を用いて形成することができる。
The gate insulating film 102 can be formed using an oxide insulating film such as aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, or tantalum oxide; a nitride insulating film such as silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, or aluminum nitride oxide; or a mixed material of these.

また、ゲート絶縁膜102として、絶縁膜114と同様に、化学量論的組成を満たす酸
素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。
Like the insulating film 114, the gate insulating film 102 is preferably an oxide insulating film containing more oxygen than the stoichiometric composition.

なお、特定の材料をゲート絶縁膜に用いると、特定の条件でゲート絶縁膜に電子を捕獲
せしめて、しきい値電圧をプラス方向へシフトさせることもできる。例えば、酸化シリコ
ンと酸化ハフニウムの積層膜のように、ゲート絶縁膜の一部に酸化ハフニウム、酸化アル
ミニウム、酸化タンタルのような電子捕獲準位の多い材料を用い、より高い温度(半導体
装置の使用温度あるいは保管温度よりも高い温度、あるいは、125℃以上450℃以下
、代表的には150℃以上300℃以下)の下で、ゲート電極の電位をソース電極やドレ
イン電極の電位より高い状態を、1秒以上、代表的には1分以上維持することで、半導体
層からゲート電極に向かって、電子が移動し、そのうちのいくらかは電子捕獲準位に捕獲
される。
In addition, when a specific material is used for the gate insulating film, electrons can be captured in the gate insulating film under specific conditions, and the threshold voltage can be shifted in the positive direction. For example, a material with many electron capture levels, such as hafnium oxide, aluminum oxide, or tantalum oxide, is used for a part of the gate insulating film, such as a laminated film of silicon oxide and hafnium oxide, and the potential of the gate electrode is kept higher than the potential of the source electrode or drain electrode for one second or more, typically one minute or more, at a higher temperature (a temperature higher than the operating temperature or storage temperature of the semiconductor device, or 125° C. to 450° C., typically 150° C. to 300° C.). Electrons move from the semiconductor layer toward the gate electrode, and some of them are captured by the electron capture levels.

ゲート電極103は、例えばアルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデ
ン、タングステンから選ばれた金属、または上述した金属を成分とする合金か、上述した
金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウ
ムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい。また、リン等の不純物元
素をドーピングした多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイド等のシリサ
イドを用いてもよい。また、ゲート電極103は、単層構造でも、二層以上の積層構造と
してもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチ
タン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン
膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上
にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を
積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、
チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選
ばれた一または複数の金属を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
The gate electrode 103 can be formed using a metal selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, and tungsten, an alloy containing the above-mentioned metals, or an alloy combining the above-mentioned metals. A metal selected from one or more of manganese and zirconium may also be used. A semiconductor typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may also be used. The gate electrode 103 may have a single layer structure or a laminated structure of two or more layers. For example, there are a single layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a titanium nitride film, a two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a titanium nitride film, a two-layer structure in which a tungsten film is laminated on a tantalum nitride film or a tungsten nitride film, and a three-layer structure in which a titanium film is laminated on the titanium film, an aluminum film is laminated on the titanium film, and a titanium film is further formed on the aluminum film. In addition, the aluminum may have a single layer structure,
Alternatively, an alloy film made of one or more metals selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium, or a nitride film may be used.

また、ゲート電極103は、インジウム錫酸化物、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、酸化シリコンを添
加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また
、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属の積層構造とすることもできる。
The gate electrode 103 may be formed using a light-transmitting conductive material such as indium tin oxide, 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, or indium tin oxide to which silicon oxide has been added. A stacked structure of the light-transmitting conductive material and the metal may also be used.

また、ゲート電極103とゲート絶縁膜102の間に、In-Ga-Zn系酸窒化物半
導体膜、In-Sn系酸窒化物半導体膜、In-Ga系酸窒化物半導体膜、In-Zn系
酸窒化物半導体膜、Sn系酸窒化物半導体膜、In系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜(I
nN、ZnN等)等を設けてもよい。これらの膜は5eV以上、好ましくは5.5eV以
上の仕事関数を有し、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導
体を用いたトランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせることができ、所謂ノ
ーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、In-Ga-Zn系酸窒化
物半導体膜を用いる場合、少なくとも半導体層101より高い窒素濃度、具体的には7原
子%以上のIn-Ga-Zn系酸窒化物半導体膜を用いる。
Between the gate electrode 103 and the gate insulating film 102, an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film, an In-Sn-based oxynitride semiconductor film, an In-Ga-based oxynitride semiconductor film, an In-Zn-based oxynitride semiconductor film, an Sn-based oxynitride semiconductor film, an In-based oxynitride semiconductor film, a metal nitride film (I
nN, ZnN, etc.) may be provided. These films have a work function of 5 eV or more, preferably 5.5 eV or more, which is larger than the electron affinity of an oxide semiconductor. Therefore, the threshold voltage of a transistor using an oxide semiconductor can be shifted in the positive direction, and a switching element with so-called normally-off characteristics can be realized. For example, when an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film is used, an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film having a nitrogen concentration at least higher than that of the semiconductor layer 101, specifically, an In-Ga-Zn-based oxynitride semiconductor film having a nitrogen concentration of 7 atomic % or more is used.

以上がトランジスタ100についての説明である。 This concludes the explanation of transistor 100.

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)とゲート電極とが重なる領
域、またはチャネルが形成される領域における、ソース(ソース領域またはソース電極)
とドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)との間の距離をいう。なお、一つのトラ
ンジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つの
トランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書で
は、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小
値または平均値とする。
Note that the channel length is, for example, the length of a region where a semiconductor (or a portion where a current flows in the semiconductor when the transistor is on) overlaps with a gate electrode in a top view of a transistor, or the length of a source (source region or source electrode) in a region where a channel is formed.
The channel length refers to the distance between the drain (drain region or drain electrode) and the gate of a transistor. Note that the channel length of a single transistor does not necessarily have the same value in all regions. That is, the channel length of a single transistor may not be determined to a single value. Therefore, in this specification, the channel length refers to any one value, maximum value, minimum value, or 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 refers to, for example, the length of the region where the semiconductor (or the portion in the semiconductor through which current flows when the transistor is on) and the gate electrode overlap, or the length of the portion where the source and drain face each other in the region where the channel is formed. Note that the channel width of one transistor does not necessarily have the same value in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be determined to one value. Therefore, in this specification, the channel width is defined as any one value, maximum value, minimum value, or 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(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)と、トランジスタの上面図において示され
るチャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば
、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面
図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくな
る場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面
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、上面図において示される見かけ上のチャネル幅
よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
Depending on the structure of the transistor, the channel width in the region where the channel is actually formed (hereinafter referred to as the effective channel width) may differ from the channel width shown in the top view of the transistor (hereinafter referred to as the apparent channel width). For example, in a transistor having a three-dimensional structure, the effective channel width may be larger than the apparent channel width shown in the top view of the transistor, and the influence of this may not be negligible. For example, in a transistor having a fine and three-dimensional structure, the ratio of the channel region formed on the side of the semiconductor may be larger than the ratio of the channel region formed on the top surface of the semiconductor. In that case, the effective channel width where the channel is actually formed is larger than the apparent channel width shown in the top view.

ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実
測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見
積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形
状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である
However, in a transistor having a three-dimensional structure, it may be difficult to estimate the effective channel width by actual measurement. For example, in order to estimate the effective channel width from a design value, it is necessary to assume that the shape of the semiconductor is known. Therefore, if the shape of the semiconductor is not known accurately, it is difficult to accurately measure the effective channel width.

そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重な
る領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチ
ャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded 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像などを取得して、その画像を解析することなどによって
、値を決定することができる。
Therefore, in this specification, the apparent channel width, which is the length of the portion where the source and drain face each other in the region where the semiconductor and the gate electrode overlap in the top view of the transistor, is referred to as the "surrounded channel width (SCW)".
In this specification, when simply referred to as a channel width, it may refer to a surrounded channel width or an apparent channel width. In this specification, when simply referred to as a channel width, it may refer to an effective channel width.
The channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, enclosed channel width, etc. can be determined by obtaining a cross-sectional TEM image or the like and analyzing the image.

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。
In addition, when calculating the field effect mobility of a transistor, the current value per channel width, and the like, the calculation may be performed using the enclosed channel width. In that case, the calculated value may be different from the value calculated using the effective channel width.

[トランジスタの例2]
本発明の一態様である酸化物半導体膜を用いたトランジスタの、図12とは異なる構造
の一例について、図13を用いて説明を行う。図13(A)は、本発明の一態様の半導体
装置であるトランジスタ100の上面図であり、図13(B)は、図13(A)に示す一
点鎖線X1-X2間における切断面の断面図に相当し、図13(C)は、図13(A)に
示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の断面図に相当する。
[Transistor Example 2]
An example of a structure of a transistor including an oxide semiconductor film according to one embodiment of the present invention, which is different from that of FIG 12, will be described with reference to FIG 13. FIG 13A is a top view of a transistor 100 which is a semiconductor device according to one embodiment of the present invention, FIG 13B corresponds to a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line X1-X2 in FIG 13A, and FIG 13C corresponds to a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line Y1-Y2 in FIG 13A.

トランジスタ100は、基板50上のゲート電極として機能するゲート電極203aと
、基板50及びゲート電極203a上のゲート絶縁膜202と、ゲート絶縁膜202上の
半導体層201と、半導体層201に電気的に接続されるソース電極及びドレイン電極と
して機能する導電層204a、導電層204bと、を有する。また、トランジスタ100
上、より詳しくは、導電層204a、導電層204b及び半導体層201上に絶縁膜21
4、絶縁膜216及び絶縁膜218が順に積層して設けられる。
The transistor 100 includes a gate electrode 203a functioning as a gate electrode over a substrate 50, a gate insulating film 202 over the substrate 50 and the gate electrode 203a, a semiconductor layer 201 over the gate insulating film 202, and a conductive layer 204a and a conductive layer 204b functioning as a source electrode and a drain electrode electrically connected to the semiconductor layer 201.
More specifically, an insulating film 21 is formed on the conductive layer 204 a, the conductive layer 204 b and the semiconductor layer 201.
4. An insulating film 216 and an insulating film 218 are stacked in this order.

次に、本実施の形態のトランジスタに含まれる構成要素について説明する。 Next, we will explain the components included in the transistor of this embodiment.

トランジスタ100のゲート電極として機能するゲート電極203aとしては、ゲート
電極103の記載を参照すればよい。
For the gate electrode 203a which functions as the gate electrode of the transistor 100, the description of the gate electrode 103 can be referred to.

トランジスタ100のゲート絶縁膜として機能するゲート絶縁膜202としては、ゲー
ト絶縁膜102の記載を参照すればよい。また、ゲート絶縁膜202として2層以上の積
層膜を用いてもよい。例えば図13に示すように、ゲート絶縁膜202aとゲート絶縁膜
202bの2層構造としてもよい。その場合は、例えば下層、ここではゲート絶縁膜20
2aに酸素の透過を抑制するブロッキング膜としての機能を有する膜を用いてもよい。ブ
ロッキング膜としての機能を有する膜としては、例えば後述するバリア膜111等を参照
すればよい。
For the gate insulating film 202 that functions as the gate insulating film of the transistor 100, the description of the gate insulating film 102 may be referred to. Alternatively, the gate insulating film 202 may be a stacked film of two or more layers. For example, as shown in FIG. 13, the gate insulating film 202 may have a two-layer structure of a gate insulating film 202a and a gate insulating film 202b. In this case, for example, the lower layer, the gate insulating film 20
A film having a function as a blocking film that suppresses the permeation of oxygen may be used as 2a. As a film having a function as a blocking film, for example, the barrier film 111 described later may be referred to.

半導体層201としては、実施の形態1や、実施の形態2に示す酸化物半導体膜を用い
ればよい。また、半導体層201として、半導体層101の記載を参照してもよい。また
、半導体層201は2層以上の積層膜を用いてもよい。
The oxide semiconductor film described in Embodiment 1 or 2 may be used as the semiconductor layer 201. The description of the semiconductor layer 101 may be referred to for the semiconductor layer 201. The semiconductor layer 201 may be a stacked film of two or more layers.

絶縁膜214、絶縁膜216及び絶縁膜218は、トランジスタ100の保護絶縁膜と
しての機能を有する。絶縁膜214は、絶縁膜216を形成する際の半導体層201への
ダメージ緩和膜としても機能する。
The insulating films 214, 216, and 218 function as protective insulating films for the transistor 100. The insulating film 214 also functions as a film for reducing damage to the semiconductor layer 201 when the insulating film 216 is formed.

絶縁膜214、絶縁膜216は、例えば、前述の絶縁膜114のように化学量論的組成
よりも過剰に酸素を含有する領域(酸素過剰領域)を有することがより好ましい。
It is more preferable that the insulating films 214 and 216 each have a region that contains oxygen in excess of the stoichiometric composition (oxygen excess region) like the insulating film 114 described above.

また絶縁膜214は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により
、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度が
3×1017spins/cm以下であることが好ましい。絶縁膜214に含まれる欠
陥密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜214における酸素の透過量が
減少してしまう。
Furthermore, the insulating film 214 preferably has a small amount of defects, and typically, the spin density of a signal appearing at g=2.001 originating from silicon dangling bonds in an ESR measurement is preferably 3×10 17 spins/cm 3 or less. If the insulating film 214 has a large defect density, oxygen bonds to the defects, and the amount of oxygen permeating through the insulating film 214 decreases.

なお、絶縁膜214においては、外部から絶縁膜214に入った酸素が全て絶縁膜21
4の外部に移動せず、絶縁膜214にとどまる酸素もある。また、絶縁膜214に酸素が
入ると共に、絶縁膜214に含まれる酸素が絶縁膜214の外部へ移動することで、絶縁
膜214において酸素の移動が生じる場合もある。絶縁膜214として酸素を透過するこ
とができる酸化物絶縁膜を形成すると、絶縁膜214上に設けられる、絶縁膜216から
脱離する酸素を、絶縁膜214を介して半導体層201に移動させることができる。
In addition, in the insulating film 214, all of the oxygen that has entered the insulating film 214 from the outside is
Some oxygen does not move to the outside of the insulating film 214 and remains in the insulating film 214. In addition, oxygen may enter the insulating film 214 and move out of the insulating film 214, causing movement of oxygen in the insulating film 214. When an oxide insulating film that can transmit oxygen is formed as the insulating film 214, oxygen desorbed from the insulating film 216 provided over the insulating film 214 can be moved to the semiconductor layer 201 through the insulating film 214.

また、絶縁膜214は、酸化物半導体膜の価電子帯の上端のエネルギー(Ev_os
と伝導帯の下端のエネルギー(Ec_os)の間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶
縁膜を用いて形成することができる。Ev_osとEc_osの間に窒素酸化物の準位密
度が低い酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または
窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
The insulating film 214 has an upper valence band energy (E v_os ) of the oxide semiconductor film.
An oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide levels between E v_os and the energy of the bottom of the conduction band (E c_os ) can be used as the oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide levels between E v_os and E c_os . A silicon oxynitride film that releases a small amount of nitrogen oxide, an aluminum oxynitride film that releases a small amount of nitrogen oxide, or the like can be used as the oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide levels between E v_os and E c_os .

なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法におい
て、窒素酸化物の放出量よりアンモニア分子の放出量が多い膜であり、代表的にはアンモ
ニア分子の放出量が1×1018個/cm以上5×1019個/cm以下である。な
お、アンモニア分子の放出量は、膜の表面温度が50℃以上650℃以下、好ましくは5
0℃以上550℃以下の加熱処理による放出量とする。
A silicon oxynitride film that releases a small amount of nitrogen oxide is a film that releases more ammonia molecules than nitrogen oxides in thermal desorption spectrometry, and typically releases ammonia molecules at a rate of 1×10 18 molecules/cm 3 or more and 5×10 19 molecules/cm 3 or less. The amount of ammonia molecules released is determined when the surface temperature of the film is 50° C. or more and 650° C. or less, preferably 5
The amount of release is determined by heat treatment at a temperature of 0° C. or higher and 550° C. or lower.

窒素酸化物(NO、xは0より大きく2以下、好ましくは1以上2以下)、代表的に
はNOまたはNOは、絶縁膜214などに準位を形成する。当該準位は、半導体層20
1のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜214及び半導
体層201の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜214側において電子をトラップする
場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜214及び半導体層201界面近
傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。
Nitrogen oxides (NO x , where x is greater than 0 and less than or equal to 2, preferably greater than or equal to 1 and less than or equal to 2), typically NO 2 or NO, form a level in the insulating film 214 or the like.
The level of nitrogen oxide is located within an energy gap of 1. Therefore, when nitrogen oxide diffuses to the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201, the level may trap electrons on the insulating film 214 side. As a result, the trapped electrons remain in the vicinity of the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201, shifting the threshold voltage of the transistor in the positive direction.

また、窒素酸化物は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応する。絶縁膜214
に含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜216に含まれるアンモニアと反応
するため、絶縁膜214に含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜214及
び半導体層201の界面において、電子がトラップされにくい。
Nitrogen oxide reacts with ammonia and oxygen during heat treatment.
Nitrogen oxide contained in the insulating film 214 reacts with ammonia contained in the insulating film 216 during heat treatment, and thus the nitrogen oxide contained in the insulating film 214 is reduced. Therefore, electrons are less likely to be trapped at the interface between the insulating film 214 and the semiconductor layer 201.

なお、絶縁膜214は、半導体層201において、チャネルが形成される領域の反対側
(以下、バックチャネル領域という。)において半導体層201と接することで、半導体
層201のバックチャネル領域を保護する機能を有する。
Note that the insulating film 214 has a function of protecting the back channel region of the semiconductor layer 201 by being in contact with the semiconductor layer 201 on the side opposite to the region where a channel is formed (hereinafter referred to as a back channel region).

絶縁膜214として、Ev_osとEc_osの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化
物絶縁膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能で
あり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。
By using an oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide states between E v_os and E c_os as the insulating film 214, a shift in the threshold voltage of the transistor can be reduced, and fluctuations in the electrical characteristics of the transistor can be reduced.

また、Ev_osとEc_osの間に窒素酸化物の準位密度が低い酸化物絶縁膜は、S
IMSで測定される窒素濃度が6×1020atoms/cm以下である。
In addition, the oxide insulating film having a low density of nitrogen oxide levels between E v_os and E c_os is S
The nitrogen concentration measured by IMS is 6×10 20 atoms/cm 3 or less.

また、絶縁膜216は、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定によ
り、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001に現れる信号のスピン密度
が1.5×1018spins/cm未満、さらには1×1018spins/cm
以下であることが好ましい。なお、絶縁膜216は、絶縁膜214と比較して半導体層2
01から離れているため、絶縁膜214より、欠陥密度が多くともよい。
Furthermore, it is preferable that the insulating film 216 has a small amount of defects. Typically, the spin density of a signal appearing at g=2.001 due to dangling bonds of silicon measured by ESR measurement is less than 1.5×10 18 spins/cm 3 , and furthermore, less than 1×10 18 spins/cm 3 .
It is preferable that the insulating film 216 has a thickness smaller than that of the semiconductor layer 214.
Since it is far from 01, it is acceptable for the defect density to be higher than that of the insulating film 214.

また、トランジスタ100は図14及び図15に示す構造でもよい。ここで、図13に
示したトランジスタ100は、チャネルエッチ型のトランジスタであったが、図14及び
図15に示すトランジスタ100は、チャネル保護型のトランジスタである。
The transistor 100 may have a structure shown in Figures 14 and 15. Here, the transistor 100 shown in Figure 13 is a channel-etched transistor, but the transistor 100 shown in Figures 14 and 15 is a channel-protective transistor.

図14(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の上面図であ
り、図14(B)は、図14(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断面の断面図
に相当し、図14(C)は、図14(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の
断面図に相当する。図14に示すトランジスタ100は、基板50上に設けられるゲート
電極203aと、基板50及びゲート電極203a上に形成されるゲート絶縁膜202と
、ゲート絶縁膜202を介して、ゲート電極203aと重なる半導体層201と、ゲート
絶縁膜202及び半導体層201上の絶縁膜214と、絶縁膜214上の絶縁膜216と
、絶縁膜214及び絶縁膜216の開口部141aおよび141bにおいて半導体層20
1に接する一対の導電層204a及び導電層204bとを有する。また、トランジスタ1
00上、より詳しくは導電層204a、導電層204b、及び絶縁膜216上に、絶縁膜
218を設けてもよい。
14A is a top view of a transistor 100 which is a semiconductor device of one embodiment of the present invention, FIG. 14B corresponds to a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line X1-X2 in FIG. 14A, and FIG. 14C corresponds to a cross-sectional view of a cut surface taken along dashed line Y1-Y2 in FIG. 14A. The transistor 100 shown in FIG. 14 includes a gate electrode 203a provided over a substrate 50, a gate insulating film 202 formed over the substrate 50 and the gate electrode 203a, a semiconductor layer 201 overlapping with the gate electrode 203a through the gate insulating film 202, an insulating film 214 over the gate insulating film 202 and the semiconductor layer 201, an insulating film 216 over the insulating film 214, and a semiconductor layer 201 in openings 141a and 141b of the insulating film 214 and the insulating film 216.
The transistor 1 has a pair of conductive layers 204a and 204b in contact with the transistor 1.
An insulating film 218 may be provided over the insulating film 216, more specifically, over the conductive layer 204a, the conductive layer 204b, and the insulating film 216.

図15(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の上面図であ
り、図15(B)は、図15(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断面の断面図
に相当し、図15(C)は、図15(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間における切断面の
断面図に相当する。図15に示すトランジスタ100は、図14に示すトランジスタ10
0と絶縁膜214、216の形状が相違する。具体的には、図15に示すトランジスタ1
00の絶縁膜214、216は、半導体層101のチャネル領域上に島状に設けられる。
その他の構成は、図14に示すトランジスタ100と同様であり、同様の効果を奏する。
15A is a top view of a transistor 100 which is a semiconductor device of one embodiment of the present invention, FIG. 15B is a cross-sectional view taken along dashed line X1-X2 in FIG. 15A, and FIG. 15C is a cross-sectional view taken along dashed line Y1-Y2 in FIG. 15A. The transistor 100 in FIG. 15 is a semiconductor device of one embodiment of the present invention.
15. The shape of the insulating films 214 and 216 is different from that of the transistor 10 shown in FIG.
The insulating films 214 and 216 of 00 are provided in an island shape on the channel region of the semiconductor layer 101 .
The other configuration is similar to that of the transistor 100 shown in FIG. 14, and the same effects are obtained.

図14及び図15に示すトランジスタ100はいずれも、一対の導電層204a及び導
電層204bを形成する際に半導体層201が絶縁膜214及び絶縁膜216に覆われて
いるため、一対の導電層204a及び導電層204bを形成するエッチングによって、半
導体層201はダメージを受けない。さらに、絶縁膜214及び絶縁膜216を、窒素を
有し、且つ欠陥量の少ない酸化物絶縁膜とすることで、電気特性の変動が抑制され、信頼
性が向上されたトランジスタを作製することができる。
14 and 15, the semiconductor layer 201 is covered with the insulating films 214 and 216 when the pair of conductive layers 204a and 204b are formed, and therefore the semiconductor layer 201 is not damaged by etching to form the pair of conductive layers 204a and 204b. Furthermore, by using an oxide insulating film containing nitrogen and having a small amount of defects as the insulating films 214 and 216, a transistor with improved reliability can be manufactured in which fluctuations in electrical characteristics are suppressed.

また、トランジスタ100は図16に示すように、絶縁膜218上に電極203bを有
してもよい。図16(A)は、本発明の一態様の半導体装置であるトランジスタ100の
上面図であり、図16(B)は、図16(A)に示す一点鎖線X1-X2間における切断
面の断面図に相当し、図16(C)は、図16(A)に示す一点鎖線Y1-Y2間におけ
る切断面の断面図に相当する。図16には、電極203bが、絶縁膜214及び絶縁膜2
16に設けられた開口部142c及び開口部142dを介してゲート電極203aと接続
する構成を示すが、電極203bとゲート電極203aを接続しない構成としてもよい。
電極203bとゲート電極203aを接続しない場合には、それぞれの電極に異なる電位
を与えることができる。
16A is a top view of the transistor 100 which is a semiconductor device of one embodiment of the present invention, FIG. 16B is a cross-sectional view of the cut surface taken along dashed line X1-X2 in FIG. 16A, and FIG. 16C is a cross-sectional view of the cut surface taken along dashed line Y1-Y2 in FIG. 16A. In FIG. 16, the electrode 203b is disposed between the insulating film 214 and the insulating film 218.
16, the electrode 203b and the gate electrode 203a are connected through the openings 142c and 142d. However, the electrode 203b and the gate electrode 203a may not be connected.
When the electrode 203b and the gate electrode 203a are not connected, different potentials can be applied to the respective electrodes.

図16に示すように、チャネル幅方向において、半導体層201の側面と電極203b
とが対向することで、さらには、チャネル幅方向において、ゲート電極203a及び電極
203bが、ゲート絶縁膜202及び絶縁膜214、絶縁膜216及び絶縁膜218を介
して半導体層201を囲むことで、半導体層201においてキャリアの流れる領域が、ゲ
ート絶縁膜202及び絶縁膜214と半導体層201との界面のみでなく、半導体層20
1の内部においてもキャリアが流れるため、トランジスタ100におけるキャリアの移動
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。また、電極203bの電界が半導体層201の側面、または側面及び
その近傍を含む端部に影響するため、半導体層201の側面または端部における寄生チャ
ネルの発生を抑制することができる。
As shown in FIG. 16, in the channel width direction, the side surface of the semiconductor layer 201 and the electrode 203b
and the gate electrode 203 a and the electrode 203 b are opposed to each other, and further in the channel width direction, the gate electrode 203 a and the electrode 203 b surround the semiconductor layer 201 via the gate insulating film 202 and the insulating film 214, and the insulating film 216 and the insulating film 218. This allows the region in the semiconductor layer 201 where carriers flow to be distributed not only to the interfaces between the gate insulating film 202 and the insulating film 214 and the semiconductor layer 201, but also to the interfaces between the gate insulating film 202 and the insulating film 214 and the semiconductor layer 201 and the semiconductor layer 201.
Since carriers also flow inside the electrode 203b, the amount of carrier movement in the transistor 100 increases. As a result, the on-current of the transistor 100 increases and the field-effect mobility increases. In addition, since the electric field of the electrode 203b affects the side surface of the semiconductor layer 201 or the end portion including the side surface and the vicinity thereof, the generation of a parasitic channel in the side surface or end portion of the semiconductor layer 201 can be suppressed.

また図16では、半導体層201の例として、半導体層201a上に半導体層201b
を積層する構成を示す。ここで例えば半導体層201bは、半導体層201aよりも伝導
帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、半導体層201bの伝導帯の下端
のエネルギーと、半導体層201aの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、0.05eV
以上、0.07eV以上、0.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2eV以下、
1eV以下、0.5eV以下、または0.4eV以下である。即ち、半導体層201bの
電子親和力と、半導体層201aの電子親和力との差が、0.05eV以上、0.07e
V以上、0.1eV以上、または0.15eV以上、且つ2eV以下、1eV以下、0.
5eV以下、または0.4eV以下である。
In addition, in FIG. 16, as an example of the semiconductor layer 201, a semiconductor layer 201b is formed on a semiconductor layer 201a.
Here, for example, the energy of the bottom end of the conduction band of the semiconductor layer 201b is closer to the vacuum level than that of the semiconductor layer 201a. Typically, the difference between the energy of the bottom end of the conduction band of the semiconductor layer 201b and the energy of the bottom end of the conduction band of the semiconductor layer 201a is 0.05 eV or less.
or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more and 2 eV or less,
That is, the difference between the electron affinity of the semiconductor layer 201b and the electron affinity of the semiconductor layer 201a is 0.05 eV or more, 0.07 eV or less, or 0.5 eV or less, or 0.4 eV or less.
V or more, 0.1 eV or more, or 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less, 0.
5 eV or less, or 0.4 eV or less.

半導体層201aとして、実施の形態3で示す半導体層101bを参照してもよい。例
えば半導体層101bの有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲に
ついて参照してもよい。また、半導体層201bとして、実施の形態3で示す絶縁体層1
01cを参照してもよい。例えば、絶縁体層101cの有するインジウム、元素M及び亜
鉛の原子数比の好ましい範囲について参照してもよい。
The semiconductor layer 201a may be referred to the semiconductor layer 101b described in Embodiment 3. For example, the preferable range of the atomic ratio of indium, the element M, and zinc contained in the semiconductor layer 101b may be referred to. In addition, the insulating layer 101b described in Embodiment 3 may be referred to as the semiconductor layer 201b.
For example, the preferable range of the atomic ratio of indium, the element M, and zinc in the insulator layer 101c may be referred to.

[トランジスタの変形例]
トランジスタ100の変形例を図30乃至図33に示す。例えばトランジスタ100は
、図30に示す構造でもよい。図30は、導電層104a及び導電層104bの形状が図
12と異なる。なお、図30(B)は、図30(A)に示す一点鎖線A-Bを通り、図3
0(A)と垂直な面の断面を示す。
[Modifications of Transistors]
Modified examples of the transistor 100 are shown in FIGS. 30 to 33. For example, the transistor 100 may have a structure shown in FIG. 30. In FIG. 30, the shapes of the conductive layers 104a and 104b are different from those in FIG. 12. Note that FIG. 30B shows the same structure as FIG. 3, which passes through the dashed dotted line A-B in FIG. 30A.
0(A) and a cross section perpendicular to the plane shown.

また、トランジスタ100は図31に示す構造でもよい。図12では、絶縁体層101
cが導電層104a及び導電層104bの上面に接するのに対し、図31では、導電層1
04a及び導電層104bの下面に接する。なお、図31(B)は、図31(A)に示す
一点鎖線A-Bを通り、図31(A)と垂直な面の断面を示す。このような構成とするこ
とで、絶縁体層101a、半導体層101b及び絶縁体層101cを構成するそれぞれの
膜の成膜時において、大気に触れさせることなく連続的に成膜することができるため、各
々の界面欠陥を低減することができる。
The transistor 100 may also have a structure shown in FIG.
31, the conductive layer 104c is in contact with the upper surfaces of the conductive layers 104a and 104b.
31B shows a cross section of a plane passing through dashed dotted line A-B shown in FIG. 31A and perpendicular to FIG. 31A. With this structure, the insulating layer 101a, the semiconductor layer 101b, and the insulating layer 101c can be successively formed without being exposed to the air during film formation, thereby reducing interface defects.

また、トランジスタ100は、図32に示す構造でもよい。なお、図32(B)は、図
32(A)に示す一点鎖線A-Bを通り、図32(A)と垂直な面の断面を示す。図32
は、導電層104a及び導電層104bを有さない点が、図12と異なる。ここで図32
(C)に示すように、トランジスタ100は低抵抗層171a及び低抵抗層171bを有
してもよい。低抵抗層171a及び低抵抗層171bはソース領域またはドレイン領域と
して機能することが好ましい。また、低抵抗層171a及び低抵抗層171bは不純物が
添加されていてもよい。不純物を添加することにより半導体層101の抵抗を下げること
ができる。添加する不純物としては、例えばアルゴン、ホウ素、炭素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、カルシウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム
、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、イットリウム、
ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、インジウム、スズ、ランタン、セリウム、ネオジム
、ハフニウム、タンタル、タングステンから選択された一種以上を添加することが好まし
い。低抵抗層171a及び低抵抗層171bは例えば、半導体層101中に、上述の不純
物元素を5×1019atoms/cm以上、好ましくは1×1020atoms/c
以上、さらに好ましくは2×1020atoms/cm以上、より好ましくは5×
1020atoms/cm以上含む領域である。図32(D)は、図32(C)の領域
324の拡大図である。
The transistor 100 may have a structure shown in FIG. 32. Note that FIG. 32B shows a cross section taken along a dashed line AB in FIG. 32A and perpendicular to FIG. 32A.
12 in that the conductive layer 104a and the conductive layer 104b are not included.
As shown in FIG. 1C, the transistor 100 may have a low-resistance layer 171a and a low-resistance layer 171b. The low-resistance layer 171a and the low-resistance layer 171b preferably function as a source region or a drain region. The low-resistance layer 171a and the low-resistance layer 171b may be doped with impurities. Doping with impurities can reduce the resistance of the semiconductor layer 101. Examples of the doped impurities include argon, boron, carbon, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, gallium, germanium, arsenic, yttrium,
It is preferable to add one or more selected from zirconium, niobium, molybdenum, indium, tin, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, and tungsten. For example, the low resistance layers 171a and 171b are formed by doping the above-mentioned impurity elements in the semiconductor layer 101 at a concentration of 5×10 19 atoms/cm 3 or more, preferably 1×10 20 atoms/cm 3 or more.
m3 or more, more preferably 2× 1020 atoms/cm3 or more , and even more preferably 5×
This is a region containing 10 20 atoms/cm 3 or more. Fig. 32D is an enlarged view of a region 324 in Fig. 32C.

なお、このような抵抗の低い領域に不純物、例えば不要な水素などをトラップできる場
合がある。不要な水素を低抵抗層にトラップすることによりチャネル領域の水素濃度を低
くし、トランジスタ100の特性として、良好な特性を得ることができる。
In some cases, impurities, such as unnecessary hydrogen, can be trapped in such a low-resistance region. By trapping unnecessary hydrogen in the low-resistance layer, the hydrogen concentration in the channel region can be reduced, and the transistor 100 can have good characteristics.

また、トランジスタ100は、図33に示す構造でもよい。図33は、絶縁体層101
cとゲート絶縁膜102の形状が図32と異なる。なお、図33(B)は、図33(A)
に示す一点鎖線A-Bを通り、図33(A)と垂直な面の断面を示す。
The transistor 100 may also have a structure shown in FIG.
32. Note that FIG. 33B is the same as FIG. 33A.
33A and perpendicular to FIG. 33A.

また、図30乃至図33に示した構造では、半導体層101bに接して絶縁体層101
a及び絶縁体層101cを設ける構成を説明したが、絶縁体層101aまたは絶縁体層1
01cの一方、またはその両方を設けない構成としてもよい。
In the structure shown in FIG. 30 to FIG. 33, the insulating layer 101 is in contact with the semiconductor layer 101b.
The configuration in which the insulating layer 101a and the insulating layer 101c are provided has been described.
A configuration may be adopted in which one or both of the elements 01c are not provided.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態4)
本実施の形態においては、先の実施の形態で例示したトランジスタを有する表示装置の
一例について、図34乃至図36を用いて以下説明を行う。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of a display device including the transistor described in the above embodiment will be described below with reference to FIGS.

図34は、表示装置の一例を示す上面図である。図34示す表示装置700は、第1の
基板701上に設けられた画素部702と、第1の基板701に設けられたソースドライ
バ回路部704及びゲートドライバ回路部706と、画素部702、ソースドライバ回路
部704、及びゲートドライバ回路部706を囲むように配置されるシール材712と、
第1の基板701に対向するように設けられる第2の基板705と、を有する。なお、第
1の基板701と第2の基板705は、シール材712によって封止されている。すなわ
ち、画素部702、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706は、
第1の基板701とシール材712と第2の基板705によって封止されている。なお、
図34には図示しないが、第1の基板701と第2の基板705の間には表示素子が設け
られる。
34 is a top view showing an example of a display device. A display device 700 shown in FIG. 34 includes a pixel portion 702 provided over a first substrate 701, a source driver circuit portion 704 and a gate driver circuit portion 706 provided over the first substrate 701, a sealant 712 arranged to surround the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706, and
and a second substrate 705 provided to face the first substrate 701. The first substrate 701 and the second substrate 705 are sealed with a sealant 712. That is, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 are
The first substrate 701, the sealant 712, and the second substrate 705 are used for sealing.
Although not shown in FIG. 34, a display element is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705 .

また、表示装置700は、第1の基板701上のシール材712によって囲まれている
領域とは異なる領域に、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回
路部706、及びゲートドライバ回路部706と電気的に接続されるFPC端子部708
(FPC:Flexible printed circuit)が設けられる。また、
FPC端子部708には、FPC716が接続され、FPC716によって画素部702
、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706に各種信号等が供給さ
れる。また、画素部702、ソースドライバ回路部704、ゲートドライバ回路部706
、及びFPC端子部708には、信号線710が各々接続されている。FPC716によ
り供給される各種信号等は、信号線710を介して、画素部702、ソースドライバ回路
部704、及びゲートドライバ回路部706に与えられる。
In addition, in the display device 700, a pixel portion 702, a source driver circuit portion 704, a gate driver circuit portion 706, and an FPC terminal portion 708 electrically connected to the gate driver circuit portion 706 are provided in a region different from the region surrounded by the sealant 712 on the first substrate 701.
(FPC: Flexible printed circuit) is provided.
An FPC 716 is connected to the FPC terminal portion 708 .
, a source driver circuit portion 704, and a gate driver circuit portion 706.
, and the FPC terminal portion 708 are connected to signal lines 710. Various signals and the like supplied from the FPC 716 are applied to the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 through the signal lines 710.

また、表示装置700にゲートドライバ回路部706を複数設けてもよい。また、表示
装置700としては、ソースドライバ回路部704、及びゲートドライバ回路部706を
画素部702と同じ第1の基板701に形成している例を示しているが、この構成に限定
されない。例えば、ゲートドライバ回路部706のみを第1の基板701に形成しても良
い、またはソースドライバ回路部704のみを第1の基板701に形成しても良い。この
場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板(例えば、単結
晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を、第1の基板701に実装す
る構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるも
のではなく、COG(Chip On Glass)方法、ワイヤボンディング方法など
を用いることができる。
A plurality of gate driver circuit portions 706 may be provided in the display device 700. Although an example in which the source driver circuit portion 704 and the gate driver circuit portion 706 are formed on the same first substrate 701 as the pixel portion 702 is shown as the display device 700, the display device 700 is not limited to this configuration. For example, only the gate driver circuit portion 706 may be formed on the first substrate 701, or only the source driver circuit portion 704 may be formed on the first substrate 701. In this case, a substrate on which a source driver circuit or a gate driver circuit or the like is formed (for example, a driver circuit substrate formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) may be mounted on the first substrate 701. Note that a method for connecting a separately formed driver circuit substrate is not particularly limited, and a COG (chip on glass) method, a wire bonding method, or the like may be used.

また、表示装置700が有する画素部702、ソースドライバ回路部704及びゲート
ドライバ回路部706は、配線部、または複数のトランジスタを有しており、本発明の一
態様の半導体装置を適用することができる。
Further, the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706 included in the display device 700 each include a wiring portion or a plurality of transistors, and the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to each of the pixel portion 702, the source driver circuit portion 704, and the gate driver circuit portion 706.

また、表示装置700は、様々な素子を有することが出来る。該素子は、例えば、液晶
素子、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機
EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LED
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、電子イン
ク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイ(P
DP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、
デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター
)、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MEMS表示素子、エレクト
ロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表
示素子などの少なくとも一つを有している。これらの他にも、電気的または磁気的作用に
より、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有していてもよい
。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素
子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又
はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface-conduction E
lectron-emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示
装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディス
プレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)
などがある。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパ
ーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場
合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすれば
よい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するよう
にすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けるこ
とも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
The display device 700 can have various elements, such as liquid crystal elements, EL (electroluminescence) elements (EL elements including organic and inorganic materials, organic EL elements, and inorganic EL elements), LEDs (white LEDs, red LEDs, green LEDs, and blue LEDs), etc.
etc.), transistors (transistors that emit light in response to electric current), electron emission elements, electronic ink, electrophoretic elements, grating light valves (GLV), plasma displays (P
DP), display elements using MEMS (microelectromechanical systems),
The display device has at least one of a digital micromirror device (DMD), a DMS (digital micro shutter), MIRASOL (registered trademark), an IMOD (interference modulation) element, a shutter-type MEMS display element, an optical interference-type MEMS display element, an electrowetting element, a piezoelectric ceramic display, a display element using carbon nanotubes, and the like. In addition to these, the display device may have a display medium whose contrast, brightness, reflectance, transmittance, and the like change due to electrical or magnetic action. An example of a display device using an EL element is an EL display. An example of a display device using an electron emission element is a field emission display (FED) or an SED type flat panel display (SED: Surface-conduction E
Examples of display devices using liquid crystal elements include liquid crystal displays (transmissive liquid crystal displays, semi-transmissive liquid crystal displays, reflective liquid crystal displays, direct-view liquid crystal displays, and projection liquid crystal displays).
etc. An example of a display device using electronic ink or electrophoretic elements is electronic paper. When realizing a semi-transmissive liquid crystal display or a reflective liquid crystal display, a part or all of the pixel electrodes may function as a reflective electrode. For example, a part or all of the pixel electrodes may be made to have aluminum, silver, or the like. In this case, it is also possible to provide a memory circuit such as an SRAM under the reflective electrode. This can further reduce power consumption.

なお、表示装置700における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式
等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、R
GB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)の三色に限定されない。例えば、Rの画素とGの
画素とBの画素とW(白)の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配
列のように、RGBのうちの2色分で一つの色要素を構成し、色要素よって、異なる2色
を選択して構成してもよい。またはRGBに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上
追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい
。ただし、開示する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。
The display method of the display device 700 may be a progressive method, an interlace method, or the like.
The number of colors is not limited to three, GB (R stands for red, G stands for green, and B stands for blue). For example, the pixel may be composed of four pixels, an R pixel, a G pixel, a B pixel, and a W (white) pixel. Alternatively, as in a Pentile arrangement, one color element may be composed of two colors out of RGB, and two different colors may be selected depending on the color element. Alternatively, one or more colors such as yellow, cyan, magenta, etc. may be added to RGB. Note that the size of the display area may differ for each dot of the color element. However, the disclosed invention is not limited to a color display device, and may also be applied to a monochrome display device.

また、バックライト(有機EL素子、無機EL素子、LED、蛍光灯など)に白色光(
W)を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層(カラーフィルタともいう
。)を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド(R)、グリーン(G)、ブルー(B)
、イエロー(Y)などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、
着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を
有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領
域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置
することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を2割
から3割程度低減できる場合がある。ただし、有機EL素子や無機EL素子などの自発光
素子を用いてフルカラー表示する場合、R、G、B、Y、ホワイト(W)を、それぞれの
発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用
いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。
In addition, the backlight (organic EL element, inorganic EL element, LED, fluorescent lamp, etc.) is white light (
In order to make the display device display full color using a color filter, a colored layer (also called a color filter) may be used. The colored layer may be, for example, red (R), green (G), blue (B), etc.
, yellow (Y), etc. can be used in appropriate combination.
The color reproducibility can be improved compared to when a colored layer is not used. In this case, by arranging a region having a colored layer and a region not having a colored layer, the white light in the region not having a colored layer may be directly used for display. By arranging a region not having a colored layer in a part, the decrease in luminance due to the colored layer can be reduced during bright display, and power consumption may be reduced by about 20% to 30%. However, when a full-color display is performed using self-luminous elements such as organic EL elements or inorganic EL elements, R, G, B, Y, and white (W) may be emitted from elements having the respective luminous colors. By using self-luminous elements, power consumption may be further reduced compared to when a colored layer is used.

本実施の形態においては、表示素子として液晶素子及びEL素子を用いる構成について
、図35及び図36を用いて説明する。なお、図35は、図34に示す一点鎖線Q-Rに
おける断面図であり、表示素子として液晶素子を用いた構成である。また、図36は、図
34に示す一点鎖線Q-Rにおける断面図であり、表示素子としてEL素子を用いた構成
である。
In this embodiment, a configuration using liquid crystal elements and EL elements as display elements will be described with reference to Fig. 35 and Fig. 36. Fig. 35 is a cross-sectional view taken along dashed line QR in Fig. 34, showing a configuration using liquid crystal elements as display elements. Fig. 36 is a cross-sectional view taken along dashed line QR in Fig. 34, showing a configuration using EL elements as display elements.

まず、図35及び図36に示す共通部分について最初に説明し、次に異なる部分につい
て以下説明する。
First, the common parts shown in FIG. 35 and FIG. 36 will be described, and then the different parts will be described below.

[表示装置の共通部分に関する説明]
図35及び図36に示す表示装置700は、引き回し配線部711と、画素部702と
、ソースドライバ回路部704と、FPC端子部708と、を有する。また、引き回し配
線部711は、信号線710を有する。また、画素部702は、トランジスタ750及び
容量素子790(容量素子790aまたは容量素子790b)を有する。また、ソースド
ライバ回路部704は、トランジスタ752を有する。
[Description of common parts of the display device]
35 and 36 includes a lead wiring portion 711, a pixel portion 702, a source driver circuit portion 704, and an FPC terminal portion 708. The lead wiring portion 711 includes a signal line 710. The pixel portion 702 includes a transistor 750 and a capacitor 790 (capacitor 790a or capacitor 790b). The source driver circuit portion 704 includes a transistor 752.

また、信号線710は、トランジスタ750、752のソース電極及びドレイン電極と
して機能する導電膜と同じ工程で形成される。なお、信号線710は、トランジスタ75
0、752のソース電極及びドレイン電極と異なる工程で形成された導電膜、例えばゲー
ト電極として機能する導電膜としてもよい。信号線710として、例えば、銅元素を含む
材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能とな
る。
The signal line 710 is formed in the same process as the conductive films that function as the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752.
For example, a conductive film that functions as a gate electrode may be used as the signal line 710. When a material containing copper is used as the signal line 710, a signal delay caused by wiring resistance is small, and a large-screen display is possible.

トランジスタ750及びトランジスタ752は、先に示すトランジスタを用いることが
できる。ここではトランジスタ750及びトランジスタ752に図13に示すトランジス
タ100の構造を用いる例を示すが、先に示す他のトランジスタを用いてもよい。
The above-described transistors can be used as the transistor 750 and the transistor 752. Here, an example is shown in which the structure of the transistor 100 shown in FIG. 13 is used as the transistor 750 and the transistor 752, but other transistors shown above may be used.

また、トランジスタ750及びトランジスタ752に、例えば図16に示すトランジス
タ100の構造を用いてもよい。この場合には、電極203bは、例えば導電層772や
、導電層784の形成と同じ工程を用いて形成することができる。図16に示すトランジ
スタ100の構造を用いることにより、例えばトランジスタ750及びトランジスタ75
2のオン電流を高めることができ、回路動作速度を高めることができる。また、トランジ
スタ750やトランジスタ752のチャネル幅を縮小できる場合があり、回路の集積化が
可能となる。
16 may be used for the transistor 750 and the transistor 752. In this case, the electrode 203b can be formed in the same process as the conductive layer 772 or the conductive layer 784. By using the structure of the transistor 100 shown in FIG. 16, the transistor 750 and the transistor 752 can be formed in the same process as the conductive layer 772 or the conductive layer 784.
2, the on-state current can be increased, thereby increasing the circuit operation speed. In addition, the channel widths of the transistor 750 and the transistor 752 can be reduced in some cases, enabling circuit integration.

本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物
半導体膜を有する。該トランジスタは、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 transistor used in this embodiment has an oxide semiconductor film that is highly purified and in which formation of oxygen vacancies is suppressed. The transistor can have a low current value in an off state (off-state current value). Thus, the retention time of an electric signal such as an image signal can be extended, and the writing interval can be set long in a power-on state. Thus, the frequency of a refresh operation can be reduced, which leads to an effect of suppressing power consumption.

また、本実施の形態で用いるトランジスタは、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。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表
示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するド
ライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路とし
て、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置
の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトラン
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。
In addition, the transistor used in this embodiment can achieve relatively high field-effect mobility and thus can be driven at high speed. For example, by using such a transistor capable of high speed driving in a liquid crystal display device, a switching transistor in a pixel portion and a driver transistor used in a driver circuit portion can be formed over the same substrate. In other words, since it is not necessary to use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as a separate driver circuit, the number of components of the semiconductor device can be reduced. Furthermore, by using a transistor capable of high speed driving in the pixel portion, a high-quality image can be provided.

また、FPC端子部708は、接続電極760、異方性導電層780、及びFPC71
6を有する。なお、接続電極760は、トランジスタ750、752のソース電極及びド
レイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。また、接続電極760は、F
PC716が有する端子と異方性導電層780を介して、電気的に接続される。
The FPC terminal portion 708 includes a connection electrode 760, an anisotropic conductive layer 780, and an FPC 71.
The connection electrode 760 is formed in the same process as the conductive films that function as the source and drain electrodes of the transistors 750 and 752.
The terminal of the PC 716 is electrically connected via an anisotropic conductive layer 780 .

また、第1の基板701及び第2の基板705としては、例えばガラス基板を用いるこ
とができる。また、第1の基板701及び第2の基板705として、可撓性を有する基板
を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられ
る。
Further, for example, a glass substrate can be used as the first substrate 701 and the second substrate 705. Further, a substrate having flexibility can be used as the first substrate 701 and the second substrate 705. For example, a plastic substrate can be used as the flexible substrate.

可撓性を有する基板を用いることにより、可撓性を有する表示装置を作製することがで
きる。表示装置が可撓性を有することにより曲面や異形の形状上に貼り合わせることが可
能となり、多種多様の用途が実現する。
By using a flexible substrate, a flexible display device can be manufactured. The display device having flexibility can be attached to a curved surface or an irregular shape, and a wide variety of applications can be realized.

例えばプラスチック基板などの可撓性を有する基板を用いることにより、表示装置の薄
膜化及び軽量化が可能となる。また、例えばプラスチック基板などの可撓性を有する基板
を用いた表示装置は割れにくく、例えば落下時の衝撃に対する耐久性を向上することがで
きる。
For example, by using a flexible substrate such as a plastic substrate, the display device can be made thinner and lighter. In addition, a display device using a flexible substrate such as a plastic substrate is less likely to break and has improved durability against impact when dropped, for example.

また、第2の基板705側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜738と、
カラーフィルタとして機能する着色膜736と、遮光膜738及び着色膜736に接する
絶縁膜734が設けられる。
In addition, on the second substrate 705 side, a light-shielding film 738 functioning as a black matrix and
A colored film 736 functioning as a color filter, and an insulating film 734 in contact with a light-shielding film 738 and the colored film 736 are provided.

また、第1の基板701と第2の基板705の間には、構造体778が設けられる。構
造体778は、絶縁膜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の基板701と第2の基板705の間の距離(セルギャップ)を制御するために設け
られる。なお、構造体778として、球状のスペーサを用いていても良い。また、図35
においては、構造体778を第2の基板705側に設ける構成について例示したが、これ
に限定されない。例えば、図36に示すように第1の基板701側に構造体778を設け
る構成、または第1の基板701及び第2の基板705双方に構造体778を設ける構成
としてもよい。
In addition, a structure 778 is provided between the first substrate 701 and the second substrate 705. The structure 778 is a columnar spacer obtained by selectively etching an insulating film.
The structure 778 is provided to control the distance (cell gap) between the first substrate 701 and the second substrate 705. Note that a spherical spacer may be used as the structure 778.
36, a structure in which the structure 778 is provided on the second substrate 705 side is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, a structure in which the structure 778 is provided on the first substrate 701 side or a structure in which the structure 778 is provided on both the first substrate 701 and the second substrate 705 may be used.

また、図35及び図36において、トランジスタ750及びトランジスタ752上に、
絶縁膜764、766、768が設けられている。
35 and 36, on the transistor 750 and the transistor 752,
Insulating films 764, 766, and 768 are provided.

絶縁膜764、766、768としては、それぞれ先の実施の形態に示す絶縁膜214
、216、218と、同様の材料及び作製方法により形成することができる。
The insulating films 764, 766, and 768 are the same as the insulating film 214 shown in the above embodiment.
, 216, 218 can be formed using the same materials and manufacturing methods.

[表示素子として液晶素子を用いる表示装置の構成例]
図35に示す表示装置700は、容量素子790aを有する。容量素子790aは、一
対の電極間に誘電体を有する構造である。より詳しくは、容量素子790aの一方の電極
としては、トランジスタ750の半導体層として機能する酸化物半導体膜と同一の工程を
経て形成された導電性の高い酸化物半導体膜を用い、容量素子790aの他方の電極とし
ては、トランジスタ750と電気的に接続される導電層772を用いる。また、一対の電
極間に挟持される誘電体としては、絶縁膜768を用いる。
[Example of the configuration of a display device using a liquid crystal element as a display element]
35 includes a capacitor 790a. The capacitor 790a has a structure including a dielectric between a pair of electrodes. More specifically, an oxide semiconductor film having high conductivity formed through the same process as an oxide semiconductor film functioning as a semiconductor layer of the transistor 750 is used as one electrode of the capacitor 790a, and a conductive layer 772 electrically connected to the transistor 750 is used as the other electrode of the capacitor 790a. An insulating film 768 is used as the dielectric sandwiched between the pair of electrodes.

ここで、容量素子790aの一対の電極の一方として機能する導電性の高い酸化物半導
体膜について、以下説明を行う。
Here, an oxide semiconductor film with high conductivity which functions as one of a pair of electrodes of the capacitor 790a will be described below.

[導電性の高い酸化物半導体膜について]
酸素欠損が形成された酸化物半導体に水素を添加すると、酸素欠損サイトに水素が入り
伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は、導電性が高くなり、
導電体化する。導電体化された酸化物半導体を酸化物導電体ということができる。一般に
、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。
一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがっ
て、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透
光性を有する。
[Highly conductive oxide semiconductor film]
When hydrogen is added to an oxide semiconductor in which oxygen vacancies are formed, hydrogen enters the oxygen vacancy sites and a donor level is formed near the conduction band. As a result, the conductivity of the oxide semiconductor is increased.
The oxide semiconductor that has been made a conductor can be called an oxide conductor. In general, an oxide semiconductor has a large energy gap and therefore transmits visible light.
On the other hand, an oxide conductor is an oxide semiconductor having a donor level in the vicinity of the conduction band, and therefore is less affected by absorption due to the donor level and has the same degree of light transmission property for visible light as an oxide semiconductor.

ここで、酸化物半導体で形成される膜(以下、酸化物半導体膜(OS)という。)及び
酸化物導電体で形成される膜(以下、酸化物導電体膜(OC)という。)それぞれにおけ
る、抵抗率の温度依存性について説明する。
Here, the temperature dependence of resistivity of a film formed of an oxide semiconductor (hereinafter referred to as an oxide semiconductor film (OS)) and a film formed of an oxide conductor (hereinafter referred to as an oxide conductor film (OC)) will be described.

酸化物導電体膜(OC)における抵抗率の温度依存性は、酸化物半導体膜(OS)にお
ける抵抗率の温度依存性より小さい。代表的には、80K以上290K以下における酸化
物半導体膜(OC)の抵抗率の変化率は、±20%未満である。または、150K以上2
50K以下における抵抗率の変化率は、±10%未満である。即ち、酸化物導電体は、縮
退半導体であり、伝導帯端とフェルミ準位とが一致または略一致していると推定される。
このため、酸化物導電体膜を、容量素子790aの一方の電極に用いることが可能である
。ここで酸化物導電体膜は、例えばIn-M-Zn酸化物上に窒化シリコンを形成するこ
とにより、形成することができる。
The temperature dependence of resistivity in the oxide conductor film (OC) is smaller than that in the oxide semiconductor film (OS). Typically, the rate of change in resistivity of the oxide semiconductor film (OC) from 80 K to 290 K is less than ±20%.
The rate of change in resistivity at or below 50 K is less than ±10%. That is, it is presumed that the oxide conductor is a degenerate semiconductor, and the conduction band edge and the Fermi level coincide or nearly coincide.
For this reason, the oxide conductor film can be used as one electrode of the capacitor 790a. Here, the oxide conductor film can be formed by forming silicon nitride on an In-M-Zn oxide, for example.

また、図35に示す表示装置700は、液晶素子775を有する。液晶素子775は、
導電層772、導電層774、及び液晶層776を有する。導電層774は、第2の基板
705側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図35に示す表示装置700は、
導電層772と導電層774に印加される電圧によって、液晶層776の配向状態が変わ
ることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
The display device 700 shown in FIG. 35 includes a liquid crystal element 775.
The display device 700 includes a conductive layer 772, a conductive layer 774, and a liquid crystal layer 776. The conductive layer 774 is provided on the second substrate 705 side and functions as a counter electrode.
The alignment state of the liquid crystal layer 776 changes depending on a voltage applied to the conductive layers 772 and 774, whereby light transmission or non-transmission is controlled, and an image can be displayed.

また、導電層772は、トランジスタ750が有するソース電極及びドレイン電極とし
て機能する導電膜に接続される。導電層772は、絶縁膜768上に形成され画素電極、
すなわち表示素子の一方の電極として機能する。
The conductive layer 772 is connected to a conductive film which functions as a source electrode and a drain electrode of the transistor 750.
That is, it functions as one electrode of the display element.

導電層772としては、例えばインジウム錫酸化物、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、酸化シリコンを
添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いることができる。
The conductive layer 772 can be formed using a light-transmitting conductive material, such as indium tin oxide, 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, or indium tin oxide to which silicon oxide has been added.

なお、図35において図示しないが、導電層772、774の液晶層776と接する側
に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図35において図示しないが、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)などは適宜設けてもよい
。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。
Although not shown in Fig. 35, an alignment film may be provided on each of the conductive layers 772 and 774 on the side in contact with the liquid crystal layer 776. Although not shown in Fig. 35, optical members (optical substrates) such as a polarizing member, a retardation member, and an anti-reflection member may be provided as appropriate. For example, circularly polarized light produced by a polarizing substrate and a retardation substrate may be used. Furthermore, a backlight, a sidelight, or the like may be used as a light source.

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 a display element, it is possible to use thermotropic liquid crystal, low molecular weight liquid crystal, polymer liquid crystal, polymer dispersion type liquid crystal, ferroelectric liquid crystal, antiferroelectric liquid crystal, etc. These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, etc., depending on the conditions.

また、横電界方式を採用する場合、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数重量%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。
Furthermore, when the in-plane switching mode is adopted, liquid crystals exhibiting a blue phase without using an alignment film may be used. The blue phase is one of the liquid crystal phases, and is a phase that appears immediately before the cholesteric phase transitions to an isotropic phase when the temperature of cholesteric liquid crystal is increased. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition containing a chiral agent of several weight percent or more is used in the liquid crystal layer in order to improve the temperature range. A liquid crystal composition containing liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent is:
The response speed is short, alignment treatment is unnecessary because of optical isotropy, and viewing angle dependency is small. In addition, since no alignment film is required, rubbing treatment is also unnecessary, so electrostatic damage caused by rubbing treatment can be prevented, and defects and damage to liquid crystal display devices during the manufacturing process can be reduced.

また、表示素子として液晶素子を用いる場合、TN(Twisted Nematic
)モード、IPS(In-Plane-Switching)モード、FFS(Frin
ge Field Switching)モード、ASM(Axially Symme
tric aligned Micro-cell)モード、OCB(Optical
Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroe
lectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerr
oelectric Liquid Crystal)モードなどを用いることができる
When a liquid crystal element is used as a display element, a TN (Twisted Nematic)
) mode, IPS (In-Plane-Switching) mode, FFS (Frequency Shift Switching) mode
ge Field Switching mode, ASM (Axially Symme
Tric aligned Micro-cell mode, OCB (Optical
Compensated Birefringence mode, FLC (Ferrole
Electric Liquid Crystal mode, AFLC (AntiFerr
A 3D electrochemical liquid crystal mode or the like can be used.

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用し
た透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが
、例えば、MVA(Multi-Domain Vertical Alignment
)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モー
ド、ASVモードなどを用いることができる。
In addition, the liquid crystal display device may be a normally black type liquid crystal display device, for example, a transmissive type liquid crystal display device that employs a vertical alignment (VA) mode. There are several types of vertical alignment modes, for example, MVA (Multi-Domain Vertical Alignment
) mode, PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, ASV mode, etc. can be used.

[表示素子として発光素子を用いる表示装置]
図36に示す表示装置700は、容量素子790bを有する。容量素子790bは、一
対の電極間に誘電体を有する構造である。より詳しくは、容量素子790bの一方の電極
としては、トランジスタ750のゲート電極として機能する導電膜と同一工程で形成され
た導電膜を用い、容量素子790bの他方の電極としては、トランジスタ750のソース
電極またはドレイン電極として機能する導電膜を用いる。また、一対の電極間に挟持され
る誘電体としては、トランジスタ750のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜を用いる。
[Display device using light-emitting elements as display elements]
The display device 700 shown in Fig. 36 includes a capacitor 790b. The capacitor 790b has a structure having a dielectric between a pair of electrodes. More specifically, a conductive film formed in the same process as a conductive film functioning as a gate electrode of the transistor 750 is used as one electrode of the capacitor 790b, and a conductive film functioning as a source electrode or drain electrode of the transistor 750 is used as the other electrode of the capacitor 790b. In addition, an insulating film functioning as a gate insulating film of the transistor 750 is used as the dielectric sandwiched between the pair of electrodes.

また、図36において、絶縁膜768上に平坦化絶縁膜770が設けられている。 In addition, in FIG. 36, a planarization insulating film 770 is provided on the insulating film 768.

平坦化絶縁膜770としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂
、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ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。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで
、平坦化絶縁膜770を形成してもよい。また、図35に示すように、平坦化絶縁膜77
0を設けない構成としてもよい。
The planarization insulating film 770 can be formed using a heat-resistant organic material such as a polyimide resin, an acrylic resin, a polyimideamide resin, a benzocyclobutene resin, a polyamide resin, or an epoxy resin. Note that the planarization insulating film 770 may be formed by stacking a plurality of insulating films made of these materials.
A configuration in which 0 is not provided is also possible.

また、図36に示す表示装置700は、発光素子782を有する。発光素子782は、
導電層784、EL層786、及び導電層788を有する。図36に示す表示装置700
は、発光素子782が有するEL層786が発光することによって、画像を表示すること
ができる。
The display device 700 shown in FIG. 36 includes a light-emitting element 782. The light-emitting element 782 includes:
The display device 700 shown in FIG.
An image can be displayed by the EL layer 786 of the light-emitting element 782 emitting light.

また、導電層784は、トランジスタ750が有するソース電極及びドレイン電極とし
て機能する導電膜に接続される。導電層784は、平坦化絶縁膜770上に形成され画素
電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。導電層784としては、可視光に
おいて透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることがで
きる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛
(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において
反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよ
い。
The conductive layer 784 is connected to a conductive film which functions as a source electrode and a drain electrode of the transistor 750. The conductive layer 784 is formed over the planarization insulating film 770 and functions as a pixel electrode, that is, one electrode of a display element. A conductive film which transmits visible light or a conductive film which reflects visible light can be used as the conductive layer 784. As the conductive film which transmits visible light, a material containing one selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) is preferably used. As the conductive film which reflects visible light, a material containing aluminum or silver is preferably used.

また、図36に示す表示装置700には、平坦化絶縁膜770及び導電層784上に絶
縁膜730が設けられる。絶縁膜730は、導電層784の一部を覆う。なお、発光素子
782はトップエミッション構造である。したがって、導電層788は透光性を有し、E
L層786が発する光を透過する。なお、本実施の形態においては、トップエミッション
構造について、例示するが、これに限定されない。例えば、導電層784側に光を射出す
るボトムエミッション構造や、導電層784及び導電層788の双方に光を射出するデュ
アルエミッション構造にも適用することができる。
36, an insulating film 730 is provided over the planarization insulating film 770 and the conductive layer 784. The insulating film 730 covers part of the conductive layer 784. Note that the light-emitting element 782 has a top-emission structure. Therefore, the conductive layer 788 has a light-transmitting property, and the E
The light emitted by the L layer 786 passes through the top emission structure. Note that, in this embodiment, a top emission structure is illustrated, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to a bottom emission structure in which light is emitted to the conductive layer 784 side, or a dual emission structure in which light is emitted to both the conductive layer 784 and the conductive layer 788.

また、発光素子782と重なる位置に、着色膜736が設けられ、絶縁膜730と重な
る位置、引き回し配線部711、及びソースドライバ回路部704に遮光膜738が設け
られている。また、着色膜736及び遮光膜738は、絶縁膜734で覆われている。ま
た、発光素子782と絶縁膜734の間は封止膜732で充填されている。なお、図36
に示す表示装置700においては、着色膜736を設ける構成について例示したが、これ
に限定されない。例えば、EL層786を塗り分けにより形成する場合においては、着色
膜736を設けない構成としてもよい。
A colored film 736 is provided at a position overlapping the light-emitting element 782, and a light-shielding film 738 is provided at a position overlapping the insulating film 730, the lead-out wiring portion 711, and the source driver circuit portion 704. The colored film 736 and the light-shielding film 738 are covered with an insulating film 734. The space between the light-emitting element 782 and the insulating film 734 is filled with a sealing film 732.
1 shows an example of the display device 700 in which the colored film 736 is provided, but the present invention is not limited to this example. For example, when the EL layer 786 is formed by coloring, the colored film 736 may not be provided.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment mode can be used in appropriate combination with structures described in other embodiments.

(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置について、図26を
用いて説明を行う。
(Embodiment 5)
In this embodiment, a display device including a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図26(A)に示す表示装置は、表示素子の画素を有する領域(以下、画素部502と
いう)と、画素部502の外側に配置され、画素を駆動するための回路を有する回路部(
以下、駆動回路部504という)と、素子の保護機能を有する回路(以下、保護回路50
6という)と、端子部507と、を有する。なお、保護回路506は、設けない構成とし
てもよい。
The display device shown in FIG. 26A includes a region having pixels of a display element (hereinafter referred to as a pixel portion 502) and a circuit portion (
hereinafter referred to as a drive circuit section 504) and a circuit having a function of protecting the element (hereinafter referred to as a protection circuit 50
5 and a terminal portion 507. Note that the protection circuit 506 does not necessarily have to be provided.

駆動回路部504の一部、または全部は、画素部502と同一基板上に形成されている
ことが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。駆動回路部504
の一部、または全部が、画素部502と同一基板上に形成されていない場合には、駆動回
路部504の一部、または全部は、COGやTAB(Tape Automated B
onding)によって、実装することができる。
It is preferable that a part or the whole of the driver circuit portion 504 is formed on the same substrate as the pixel portion 502. This makes it possible to reduce the number of components and terminals.
In the case where a part or the whole of the driver circuit portion 504 is not formed on the same substrate as the pixel portion 502, a part or the whole of the driver circuit portion 504 may be formed on a substrate using a COG or TAB (Tape Automated Bonding) method.
This can be implemented by

画素部502は、X行(Xは2以上の自然数)Y列(Yは2以上の自然数)に配置され
た複数の表示素子を駆動するための回路(以下、画素回路501という)を有し、駆動回
路部504は、画素を選択する信号(走査信号)を出力する回路(以下、ゲートドライバ
504aという)、画素の表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給するため
の回路(以下、ソースドライバ504b)などの駆動回路を有する。
The pixel portion 502 has a circuit (hereinafter referred to as a pixel circuit 501) for driving a plurality of display elements arranged in X rows (X is a natural number of 2 or more) and Y columns (Y is a natural number of 2 or more), and the drive circuit portion 504 has drive circuits such as a circuit (hereinafter referred to as a gate driver 504a) for outputting a signal (scanning signal) for selecting a pixel and a circuit (hereinafter referred to as a source driver 504b) for supplying a signal (data signal) for driving the display element of the pixel.

ゲートドライバ504aは、シフトレジスタ等を有する。ゲートドライバ504aは、
端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号が入力され、信号を出力す
る。例えば、ゲートドライバ504aは、スタートパルス信号、クロック信号等が入力さ
れ、パルス信号を出力する。ゲートドライバ504aは、走査信号が与えられる配線(以
下、走査線GL_1乃至GL_Xという)の電位を制御する機能を有する。なお、ゲート
ドライバ504aを複数設け、複数のゲートドライバ504aにより、走査線GL_1乃
至GL_Xを分割して制御してもよい。または、ゲートドライバ504aは、初期化信号
を供給することができる機能を有する。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ50
4aは、別の信号を供給することも可能である。
The gate driver 504a includes a shift register and the like.
A signal for driving the shift register is input through the terminal portion 507, and the gate driver 504a outputs the signal. For example, a start pulse signal, a clock signal, and the like are input to the gate driver 504a, and the gate driver 504a outputs a pulse signal. The gate driver 504a has a function of controlling the potential of wirings to which scan signals are applied (hereinafter, referred to as scan lines GL_1 to GL_X). Note that a plurality of gate drivers 504a may be provided, and the scan lines GL_1 to GL_X may be divided and controlled by the plurality of gate drivers 504a. Alternatively, the gate driver 504a has a function of supplying an initialization signal. However, the present invention is not limited to this.
4a may also provide another signal.

ソースドライバ504bは、シフトレジスタ等を有する。ソースドライバ504bは、
端子部507を介して、シフトレジスタを駆動するための信号の他、データ信号の元とな
る信号(画像信号)が入力される。ソースドライバ504bは、画像信号を元に画素回路
501に書き込むデータ信号を生成する機能を有する。また、ソースドライバ504bは
、スタートパルス、クロック信号等が入力されて得られるパルス信号に従って、データ信
号の出力を制御する機能を有する。また、ソースドライバ504bは、データ信号が与え
られる配線(以下、データ線DL_1乃至DL_Yという)の電位を制御する機能を有す
る。または、ソースドライバ504bは、初期化信号を供給することができる機能を有す
る。ただし、これに限定されず、ソースドライバ504bは、別の信号を供給することも
可能である。
The source driver 504b includes a shift register and the like.
In addition to a signal for driving the shift register, a signal (image signal) that is the source of a data signal is input via the terminal portion 507. The source driver 504b has a function of generating a data signal to be written to the pixel circuit 501 based on the image signal. The source driver 504b also has a function of controlling the output of a data signal according to a pulse signal obtained by inputting a start pulse, a clock signal, and the like. The source driver 504b also has a function of controlling the potential of wirings (hereinafter referred to as data lines DL_1 to DL_Y) to which a data signal is applied. Alternatively, the source driver 504b has a function of being able to supply an initialization signal. However, the present invention is not limited to this, and the source driver 504b can also supply another signal.

ソースドライバ504bは、例えば複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。
ソースドライバ504bは、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、
画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。また、シフトレジスタなどを
用いてソースドライバ504bを構成してもよい。
The source driver 504b is configured using, for example, a plurality of analog switches.
The source driver 504b sequentially turns on a plurality of analog switches,
A signal obtained by time-sharing an image signal can be output as a data signal. The source driver 504b may be configured using a shift register or the like.

複数の画素回路501のそれぞれは、走査信号が与えられる複数の走査線GLの一つを
介してパルス信号が入力され、データ信号が与えられる複数のデータ線DLの一つを介し
てデータ信号が入力される。また。複数の画素回路501のそれぞれは、ゲートドライバ
504aによりデータ信号のデータの書き込み及び保持が制御される。例えば、m行n列
目の画素回路501は、走査線GL_m(mはX以下の自然数)を介してゲートドライバ
504aからパルス信号が入力され、走査線GL_mの電位に応じてデータ線DL_n(
nはY以下の自然数)を介してソースドライバ504bからデータ信号が入力される。
A pulse signal is input to each of the pixel circuits 501 via one of the scanning lines GL to which a scanning signal is applied, and a data signal is input via one of the data lines DL to which a data signal is applied. Furthermore, the writing and holding of the data signal in each of the pixel circuits 501 is controlled by a gate driver 504a. For example, the pixel circuit 501 in the mth row and nth column receives a pulse signal from the gate driver 504a via a scanning line GL_m (m is a natural number equal to or less than X), and writes a data line DL_n (
A data signal is input from the source driver 504b via the pixel 504c (n is a natural number equal to or smaller than Y).

図26(A)に示す保護回路506は、例えば、ゲートドライバ504aと画素回路5
01の間の配線である走査線GLに接続される。または、保護回路506は、ソースドラ
イバ504bと画素回路501の間の配線であるデータ線DLに接続される。または、保
護回路506は、ゲートドライバ504aと端子部507との間の配線に接続することが
できる。または、保護回路506は、ソースドライバ504bと端子部507との間の配
線に接続することができる。なお、端子部507は、外部の回路から表示装置に電源及び
制御信号、及び画像信号を入力するための端子が設けられた部分をいう。
The protection circuit 506 shown in FIG. 26A includes, for example, a gate driver 504a and a pixel circuit 5
01. Alternatively, the protective circuit 506 is connected to a scanning line GL which is a wiring between the source driver 504b and the pixel circuit 501. Alternatively, the protective circuit 506 can be connected to a wiring between the gate driver 504a and the terminal portion 507. Alternatively, the protective circuit 506 can be connected to a wiring between the source driver 504b and the terminal portion 507. Note that the terminal portion 507 refers to a portion provided with terminals for inputting power, control signals, and image signals from an external circuit to the display device.

保護回路506は、自身が接続する配線に一定の範囲外の電位が与えられたときに、該
配線と別の配線とを導通状態にする回路である。
The protection circuit 506 is a circuit that, when a potential outside a certain range is applied to a wiring connected to the protection circuit 506, brings the wiring into a conductive state with another wiring.

図26(A)に示すように、画素部502と駆動回路部504にそれぞれ保護回路50
6を設けることにより、ESD(Electro Static Discharge:
静電気放電)などにより発生する過電流に対する表示装置の耐性を高めることができる。
ただし、保護回路506の構成はこれに限定されず、例えば、ゲートドライバ504aに
保護回路506を接続した構成、またはソースドライバ504bに保護回路506を接続
した構成とすることもできる。あるいは、端子部507に保護回路506を接続した構成
とすることもできる。
As shown in FIG. 26A, a protection circuit 50 is provided in each of a pixel section 502 and a driver circuit section 504.
By providing the 6, ESD (Electro Static Discharge:
This can improve the resistance of the display device to overcurrent caused by electrostatic discharge or the like.
However, the configuration of the protection circuit 506 is not limited thereto, and for example, the protection circuit 506 may be connected to the gate driver 504a or the source driver 504b. Alternatively, the protection circuit 506 may be connected to the terminal portion 507.

また、図26(A)においては、ゲートドライバ504aとソースドライバ504bに
よって駆動回路部504を形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例
えば、ゲートドライバ504aのみを形成し、別途用意されたソースドライバ回路が形成
された基板(例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を実
装する構成としても良い。
26A shows an example in which the driver circuit portion 504 is formed by the gate driver 504a and the source driver 504b, but is not limited to this configuration. For example, a configuration in which only the gate driver 504a is formed and a substrate (e.g., a driver circuit substrate formed of a single crystal semiconductor film or a polycrystalline semiconductor film) on which a source driver circuit is separately formed may be mounted.

また、図26(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図26(B)に示す構成
とすることができる。
In addition, the plurality of pixel circuits 501 shown in FIG. 26A can have a configuration shown in FIG. 26B, for example.

図26(B)に示す画素回路501は、液晶素子570と、トランジスタ550と、容
量素子560と、を有する。トランジスタ550に先の実施の形態に示すトランジスタを
適用することができる。
26B includes a liquid crystal element 570, a transistor 550, and a capacitor 560. The transistor described in the above embodiment can be used as the transistor 550.

液晶素子570の一対の電極の一方の電位は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定
される。液晶素子570は、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501のそれぞれが有する液晶素子570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。また、各行の画素回路501の液晶素子570の一対の
電極の一方に異なる電位を与えてもよい。
The potential of one of a pair of electrodes of the liquid crystal element 570 is set as appropriate according to the specifications of the pixel circuit 501. The orientation state of the liquid crystal element 570 is set by written data. Note that a common potential (common potential) may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 included in each of the multiple pixel circuits 501. Also, different potentials may be applied to one of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570 in the pixel circuits 501 in each row.

例えば、液晶素子570を備える表示装置の駆動方法としては、TNモード、STNモ
ード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned M
icro-cell)モード、OCB(Optically Compensated
Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liqu
id Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Li
quid Crystal)モード、MVAモード、PVA(Patterned Ve
rtical Alignment)モード、IPSモード、FFSモード、又はTBA
(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。
また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ECB(Electric
ally Controlled Birefringence)モード、PDLC(P
olymer Dispersed Liquid Crystal)モード、PNLC
(Polymer Network Liquid Crystal)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、液晶素子及びその駆動方式として様
々なものを用いることができる。
For example, the driving method of the display device including the liquid crystal element 570 includes the TN mode, STN mode, VA mode, ASM (Axially Symmetric Aligned Mode), and the like.
icro-cell mode, OCB (Optically Compensated)
Birefringence mode, FLC (Ferroelectric Liquid
id Crystal) mode, AFLC (AntiFerroelectric Li
quid Crystal) mode, MVA mode, PVA (Patterned Ve
(Artical Alignment) mode, IPS mode, FFS mode, or TBA mode
(Transverse Bend Alignment) mode, etc. may also be used.
In addition to the above-mentioned driving method, the display device can be driven by an ECB (Electric Carbide (ECB)).
Ally Controlled Birefringence mode, PDLC (P
Olmer Dispersed Liquid Crystal) mode, PNLC
(Polymer Network Liquid Crystal) mode, guest-host mode, etc. However, the present invention is not limited to these, and various liquid crystal elements and driving methods thereof may be used.

m行n列目の画素回路501において、トランジスタ550のソース電極またはドレイ
ン電極の一方は、データ線DL_nに電気的に接続され、他方は液晶素子570の一対の
電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタ550のゲート電極は、走査線G
L_mに電気的に接続される。トランジスタ550は、オン状態またはオフ状態になるこ
とにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
In the pixel circuit 501 in the mth row and the nth column, one of a source electrode or a drain electrode of the transistor 550 is electrically connected to the data line DL_n, and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570.
L_m. The transistor 550 has a function of controlling writing of a data signal by being turned on or off.

容量素子560の一対の電極の一方は、電位が供給される配線(以下、電位供給線VL
)に電気的に接続され、他方は、液晶素子570の一対の電極の他方に電気的に接続され
る。なお、電位供給線VLの電位の値は、画素回路501の仕様に応じて適宜設定される
。容量素子560は、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 the pair of electrodes of the capacitor 560 is a wiring to which a potential is supplied (hereinafter, a potential supply line VL
) and the other is electrically connected to the other of the pair of electrodes of the liquid crystal element 570. Note that the value of the potential of the potential supply line VL is set as appropriate according to the specifications of the pixel circuit 501. The capacitor 560 functions as a storage capacitor that holds written data.

例えば、図26(B)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図26(A)
に示すゲートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ
550をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
For example, in a display device having the pixel circuit 501 shown in FIG.
The pixel circuits 501 in each row are selected in sequence by a gate driver 504a shown in FIG.

データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ550がオフ状態になることで
保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
The pixel circuit 501 to which the data has been written is put into a holding state by turning off the transistor 550. By performing this process row by row, an image can be displayed.

また、図26(A)に示す複数の画素回路501は、例えば、図26(C)に示す構成
とすることができる。
In addition, the plurality of pixel circuits 501 shown in FIG. 26A can have a configuration shown in FIG. 26C, for example.

また、図26(C)に示す画素回路501は、トランジスタ552、554と、容量素
子562と、発光素子572と、を有する。トランジスタ552及びトランジスタ554
のいずれか一方または双方に先の実施の形態に示すトランジスタを適用することができる
26C includes transistors 552 and 554, a capacitor 562, and a light-emitting element 572.
The transistor described in any of the above embodiments can be used for either one or both of the above.

トランジスタ552のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ信号が与えられる
配線(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55
2のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線(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 552 is electrically connected to a wiring to which a data signal is applied (hereinafter, referred to as a signal line DL_n).
The gate electrode of No. 2 is electrically connected to a wiring (hereinafter, referred to as a scanning line GL_m) to which a gate signal is applied.

トランジスタ552は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデー
タの書き込みを制御する機能を有する。
The transistor 552 has a function of controlling writing of data signals by being turned on or off.

容量素子562の一対の電極の一方は、電位が与えられる配線(以下、電位供給線VL
_aという)に電気的に接続され、他方は、トランジスタ552のソース電極及びドレイ
ン電極の他方に電気的に接続される。
One of the pair of electrodes of the capacitor 562 is a wiring to which a potential is applied (hereinafter, a potential supply line VL
_a), and the other is electrically connected to the other of the source electrode and drain electrode of the transistor 552.

容量素子562は、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 capacitive element 562 functions as a storage capacitor that holds the written data.

トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の一方は、電位供給線VL_aに電
気的に接続される。さらに、トランジスタ554のゲート電極は、トランジスタ552の
ソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。
One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is electrically connected to the potential supply line VL_a. Further, the gate electrode of the transistor 554 is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 552.

発光素子572のアノード及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、トランジスタ554のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続
される。
One of the anode and the cathode of the light-emitting element 572 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 .

発光素子572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、発光素子572としては、これに限定されず
、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。
For example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) can be used as the light-emitting element 572. However, the light-emitting element 572 is not limited to this, and an inorganic EL element made of an inorganic material may also be used.

なお、電位供給線VL_a及び電位供給線VL_bの一方には、高電源電位VDDが与
えられ、他方には、低電源電位VSSが与えられる。
Note that a high power supply potential VDD is applied to one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b, and a low power supply potential VSS is applied to the other.

図26(C)の画素回路501を有する表示装置では、例えば、図26(A)に示すゲ
ートドライバ504aにより各行の画素回路501を順次選択し、トランジスタ552を
オン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。
In a display device having the pixel circuit 501 of FIG. 26C, for example, the pixel circuits 501 of each row are sequentially selected by the gate driver 504a shown in FIG. 26A, and the transistors 552 are turned on to write data of a data signal.

データが書き込まれた画素回路501は、トランジスタ552がオフ状態になることで
保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタ554の
ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子572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。
The pixel circuit 501 in which data has been written is put into a holding state by turning off the transistor 552. Furthermore, the amount of current flowing between the source electrode and the drain electrode of the transistor 554 is controlled in accordance with the potential of the written data signal, and the light-emitting element 572 emits light with a luminance corresponding to the amount of current flowing. By performing this process sequentially for each row, an image can be displayed.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment mode can be used in appropriate combination with structures described in other embodiments.

(実施の形態6)
以下では、本発明の一態様の酸化物半導体を用いた半導体装置の例を説明する。
(Embodiment 6)
An example of a semiconductor device including an oxide semiconductor according to one embodiment of the present invention will be described below.

[半導体装置の例]
図37(A)は本発明の一態様の半導体装置の回路図の一例である。図37(A)に示
す半導体装置は、トランジスタ100と、トランジスタ130と、容量素子150と、配
線WBLと、配線RBLと、配線WLと、配線CLと、配線BGと、配線SLと、を有す
る。
[Example of Semiconductor Device]
37A is an example of a circuit diagram of a semiconductor device of one embodiment of the present invention. The semiconductor device illustrated in FIG 37A includes a transistor 100, a transistor 130, a capacitor 150, a wiring WBL, a wiring RBL, a wiring WL, a wiring CL, a wiring BG, and a wiring SL.

トランジスタ130は、ソースまたはドレインの一方が配線RBLと電気的に接続し、
他方が配線SLと電気的に接続し、ゲートがトランジスタ100のソースまたはドレイン
の一方及び容量素子150の一方の電極と電気的に接続する。トランジスタ100は、ソ
ースまたはドレインの他方が配線WBLと電気的に接続し、第1のゲートが配線WLと電
気的に接続する。容量素子150は、他方の電極が配線CLと電気的に接続する。また配
線BGはトランジスタ100の第2のゲートと電気的に接続する。なお、トランジスタ1
30のゲートと、トランジスタ100のソースまたはドレインの一方と、容量素子150
の一方の電極の間のノードをノードFNと呼ぶ。
One of the source and the drain of the transistor 130 is electrically connected to the wiring RBL.
The other electrode of the transistor 100 is electrically connected to a wiring SL, and the gate of the transistor 100 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 100 and one electrode of the capacitor 150. The other electrode of the transistor 100 is electrically connected to a wiring WBL, and the first gate of the transistor 100 is electrically connected to a wiring WL. The other electrode of the capacitor 150 is electrically connected to a wiring CL. The wiring BG is electrically connected to a second gate of the transistor 100.
30, one of the source and drain of the transistor 100, and the capacitor element 150
The node between the electrodes of one of the electrodes is called a node FN.

図37(A)に示す半導体装置は、トランジスタ100が導通状態(オン状態)の時に
配線WBLの電位に応じた電位を、ノードFNに与える。また、トランジスタ100が非
導通状態(オフ状態)のときに、ノードFNの電位を保持する機能を有する。すなわち、
図37(A)に示す半導体装置は、記憶装置のメモリセルとしての機能を有する。図37
(A)に示す半導体装置をマトリクス状に配置することで、記憶装置(メモリセルアレイ
)を構成することができる。
37A supplies a potential corresponding to the potential of the wiring WBL to the node FN when the transistor 100 is in a conductive state (on state). Also, the semiconductor device has a function of holding the potential of the node FN when the transistor 100 is in a non-conductive state (off state).
The semiconductor device shown in FIG. 37A functions as a memory cell of a memory device.
A memory device (memory cell array) can be formed by arranging the semiconductor device shown in (A) in a matrix.

なお、ノードFNと電気的に接続する液晶素子や有機EL(Electrolumin
escence)素子などの表示素子を有する場合、図37(A)の半導体装置は表示装
置の画素として機能させることもできる。
In addition, a liquid crystal element or an organic EL (Electroluminescence) element electrically connected to the node FN
In the case where a display element such as a pixel element is included, the semiconductor device in FIG. 37A can also function as a pixel of the display device.

トランジスタ100の導通状態、非導通状態の選択は、配線WLまたは配線BGに与え
る電位によって制御することができる。また配線WLまたは配線BGに与える電位によっ
てトランジスタ100のしきい値を制御することができる。トランジスタ100としてオ
フ電流の小さいトランジスタを用いることにより、非導通状態におけるノードFNの電位
を長期間に渡って保持することができる。したがって、半導体装置のリフレッシュ頻度を
低減することができ、消費電力の小さい半導体装置を実現することができる。トランジス
タ100として、例えば酸化物半導体膜を用いたトランジスタを用いることにより、オフ
電流の小さいトランジスタを実現することができる。
The conductive state or non-conductive state of the transistor 100 can be selected by the potential applied to the wiring WL or the wiring BG. The threshold voltage of the transistor 100 can be controlled by the potential applied to the wiring WL or the wiring BG. By using a transistor with low off-state current as the transistor 100, the potential of the node FN in the non-conductive state can be held for a long period of time. Thus, the frequency of refreshing the semiconductor device can be reduced, and a semiconductor device with low power consumption can be realized. By using a transistor including an oxide semiconductor film as the transistor 100, for example, a transistor with low off-state current can be realized.

なお、配線CLには基準電位や接地電位、または任意の固定電位などの定電位が与えら
れる。このとき、ノードFNの電位によって、トランジスタ100の見かけ上のしきい値
電圧が変動する。見かけ上のしきい値電圧の変動により、トランジスタ130の導通状態
、非導通状態が変化することを利用し、ノードFNに保持された電位の情報をデータとし
て読み出すことができる。
Note that a constant potential such as a reference potential, a ground potential, or an arbitrary fixed potential is applied to the wiring CL. At this time, the apparent threshold voltage of the transistor 100 varies depending on the potential of the node FN. By utilizing the fact that the transistor 130 is turned on or off due to the variation in the apparent threshold voltage, information on the potential held in the node FN can be read as data.

なお、ノードFNに保持された電位を85℃において10年間(3.15×10秒)
保持するためには、容量1fFあたり、トランジスタのチャネル幅1μmあたりのオフ電
流の値が4.3yA(ヨクトアンペア:1yAは10-24A)未満であることが好まし
い。このとき、許容されるノードFNの電位の変動が0.5V以内であることが好ましい
。または、95℃において、上記オフ電流が1.5yA未満であることが好ましい。
Note that the potential held at the node FN is maintained at 85° C. for 10 years (3.15×10 8 seconds).
In order to retain the capacitance, the off-state current per 1 μm of the channel width of the transistor is preferably less than 4.3 yA (1 yA is 10 −24 A) per 1 fF of capacitance. At this time, the allowable fluctuation in the potential of the node FN is preferably within 0.5 V. Alternatively, the off-state current at 95° C. is preferably less than 1.5 yA.

また、容量を大きくすることにより、より長くノードFNに電位を保持することができ
る。つまり、保持時間を長くすることができる。
In addition, by increasing the capacitance, the potential can be held at the node FN for a longer period of time, that is, the holding time can be increased.

図37(A)に示す半導体装置では、トランジスタ130のゲート電極の電位が保持可
能という特徴を活かすことで、次のように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能であ
る。
In the semiconductor device illustrated in FIG. 37A, by utilizing the feature that the potential of the gate electrode of the transistor 130 can be held, data can be written, held, and read as follows.

情報の書き込み及び保持について説明する。まず、配線WLの電位を、トランジスタ1
00がオン状態となる電位にして、トランジスタ100をオン状態とする。これにより、
配線WBLの電位が、トランジスタ130のゲート電極、及び容量素子150に与えられ
る。すなわち、トランジスタ130のゲート電極には、所定の電荷が与えられる(書き込
み)。ここでは、異なる二つの電位レベルを与える電荷(以下Lowレベル電荷、Hig
hレベル電荷という)のいずれかが与えられるものとする。その後、配線WLの電位を、
トランジスタ100がオフ状態となる電位にして、トランジスタ100をオフ状態とする
ことにより、トランジスタ130のゲート電極に与えられた電荷が保持される(保持)。
First, the potential of the wiring WL is changed by the transistor 1.
00 is set to a potential at which the transistor 100 is turned on, thereby turning on the transistor 100.
The potential of the wiring WBL is applied to the gate electrode of the transistor 130 and the capacitor 150. That is, a predetermined charge is applied to the gate electrode of the transistor 130 (writing). Here, charges that give two different potential levels (hereinafter, Low-level charge, High-level charge,
Then, the potential of the wiring WL is set to
When the transistor 100 is turned off by setting the potential at which the transistor 100 is turned off, the charge applied to the gate electrode of the transistor 130 is held (retained).

トランジスタ100のオフ電流は極めて小さいため、トランジスタ130のゲート電極
の電荷は長時間にわたって保持される。
Since the off-state current of the transistor 100 is extremely small, the charge in the gate electrode of the transistor 130 is held for a long time.

次に情報の読み出しについて説明する。配線RBLに所定の電位(定電位)を与えた状
態で、配線CLに適切な電位(読み出し電位)を与えると、トランジスタ130のゲート
電極に保持された電荷量に応じて、配線SLは異なる電位をとる。一般に、トランジスタ
130をnチャネル型とすると、トランジスタ130のゲート電極にHighレベル電荷
が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Hは、トランジスタ130のゲート電
極にLowレベル電荷が与えられている場合の見かけのしきい値Vth_Lより低くなる
ためである。ここで、見かけのしきい値電圧とは、トランジスタ130を「オン状態」と
するために必要な配線CLの電位をいうものとする。したがって、配線CLの電位をV
h_HとVth_Lの間の電位Vとすることにより、トランジスタ130のゲート電極
に与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、Highレベル電荷が与え
られていた場合には、配線CLの電位がV(>Vth_H)となれば、トランジスタ1
30は「オン状態」となる。Lowレベル電荷が与えられていた場合には、配線CLの電
位がV(<Vth_L)となっても、トランジスタ130は「オフ状態」のままである
。このため、配線SLの電位を判別することで、保持されている情報を読み出すことがで
きる。なお、配線本数を減らすために、例えば図37(A)に示すWBLとRBLを導通
させてもよい。
Next, reading of data will be described. When a predetermined potential (constant potential) is applied to the wiring RBL and an appropriate potential (read potential) is applied to the wiring CL, the wiring SL has a different potential depending on the amount of charge held in the gate electrode of the transistor 130. This is because, in general, if the transistor 130 is an n-channel type, the apparent threshold voltage V th_H when a high-level charge is applied to the gate electrode of the transistor 130 is lower than the apparent threshold voltage V th_L when a low-level charge is applied to the gate electrode of the transistor 130. Here, the apparent threshold voltage refers to the potential of the wiring CL required to turn the transistor 130 on. Therefore, when the potential of the wiring CL is V t
By setting the potential V0 between Vth_H and Vth_L , the charge applied to the gate electrode of the transistor 130 can be determined. For example, when a high-level charge is applied in writing, if the potential of the wiring CL becomes V0 (> Vth_H ), the charge applied to the gate electrode of the transistor 130 can be determined.
The transistor 130 is in an "on state". When a low-level charge is applied, even if the potential of the wiring CL becomes V 0 (<V th_L ), the transistor 130 remains in an "off state". For this reason, the stored data can be read by determining the potential of the wiring SL. Note that in order to reduce the number of wirings, for example, the WBL and RBL shown in FIG. 37A may be brought into electrical conduction.

なお、メモリセルをアレイ状に配置して用いる場合、所望のメモリセルの情報のみを読
み出せることが必要になる。このように情報を読み出さない場合には、ゲート電極の状態
にかかわらずトランジスタ130が「オフ状態」となるような電位、つまり、Vth_H
より小さい電位を配線CLに与えればよい。または、ゲート電極の状態にかかわらずトラ
ンジスタ130が「オン状態」となるような電位、つまり、Vth_Lより大きい電位を
配線CLに与えればよい。
When memory cells are arranged in an array, it is necessary to read out only the information of a desired memory cell. When no information is to be read out, the potential at which the transistor 130 is in the "off state" regardless of the state of the gate electrode, that is, Vth_H
Alternatively, a potential that turns on the transistor 130 regardless of the state of the gate electrode, that is, a potential larger than Vth_L , may be applied to the wiring CL.

図37(B)に示す半導体装置は、トランジスタ130を設けていない点で主に図37
(A)と相違している。この場合も上記と同様の動作により情報の書き込み及び保持動作
が可能である。
The semiconductor device shown in FIG. 37B differs from the semiconductor device shown in FIG. 37 mainly in that the transistor 130 is not provided.
In this case as well, the writing and holding of information is possible by the same operations as described above.

次に、情報の読み出しについて説明する。トランジスタ100がオン状態となると、浮
遊状態である配線BLと容量素子150とが導通し、配線BLと容量素子150の間で電
荷が再分配される。その結果、配線BLの電位が変化する。配線BLの電位の変化量は、
容量素子150の一方の電極の電位(あるいは容量素子150に蓄積された電荷)によっ
て、異なる値をとる。
Next, reading of data will be described. When the transistor 100 is turned on, the wiring BL in a floating state and the capacitor 150 are brought into electrical conduction, and charge is redistributed between the wiring BL and the capacitor 150. As a result, the potential of the wiring BL changes. The change in the potential of the wiring BL is expressed as follows:
The potential varies depending on the potential of one electrode of the capacitor 150 (or the charge stored in the capacitor 150).

例えば、容量素子150の一方の電極の電位をV、容量素子150の容量をC、配線B
Lが有する容量成分をCB、電荷が再分配される前の配線BLの電位をVB0とすると、
電荷が再分配された後の配線BLの電位は、(CB×VB0+C×V)/(CB+C)と
なる。したがって、メモリセルの状態として、容量素子150の一方の電極の電位がV1
とV0(V1>V0)の2状態をとるとすると、電位V1を保持している場合の配線BL
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BLの電位(=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))よりも高くなるこ
とがわかる。
For example, the potential of one electrode of the capacitor 150 is V, the capacitance of the capacitor 150 is C, and the potential of the wiring B is
If the capacitance component of L is CB and the potential of the wiring BL before the charge is redistributed is VB0, then
The potential of the wiring BL after the charge is redistributed is (CB×VB0+C×V)/(CB+C). Therefore, in the state of the memory cell, the potential of one electrode of the capacitor 150 is V1
When the potential V1 is held, the wiring BL
It can be seen that the potential of the wiring BL (=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C)) is higher than the potential of the wiring BL when the potential V0 is held (=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C)).

そして、配線BL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 BL with a predetermined potential, data can be read.

図37(A)や図37(B)で示す半導体装置は、例えばCPUの記憶装置として用い
ることもできる。
The semiconductor device shown in FIG. 37A or FIG. 37B can also be used as a memory device for a CPU, for example.

図38に、図37(A)で示した回路を実現可能な半導体装置の断面構成の一例を示す
。なお、図38では配線本数を減らすためにWBLとRBLを導通させる例を示す。なお
、図38(B)は、図38(A)に示す一点鎖線A-Bを通り、図38(A)と垂直な面
の断面を示す。また、図38(C)は、図38(A)に示す一点鎖線C-Dを通り、図3
8(A)と垂直な面の断面を示す。
Fig. 38 shows an example of a cross-sectional structure of a semiconductor device capable of realizing the circuit shown in Fig. 37A. Fig. 38 shows an example in which WBL and RBL are electrically connected to each other in order to reduce the number of wirings. Fig. 38B shows a cross section taken along the dashed line A-B in Fig. 38A and perpendicular to Fig. 38A. Fig. 38C shows a cross section taken along the dashed line C-D in Fig. 38A and perpendicular to Fig. 37A.
8(A) shows a cross section perpendicular to the plane shown in FIG.

トランジスタ100はトランジスタ130の上方に設けられることが好ましい。トラン
ジスタ100とトランジスタ130を積層することにより、例えば、回路面積を縮小する
ことができる。トランジスタ100として、例えば実施の形態3に示したトランジスタを
用いることができる。図38では、図12に示したトランジスタ100を用いる例を示す
The transistor 100 is preferably provided above the transistor 130. By stacking the transistor 100 and the transistor 130, for example, the circuit area can be reduced. As the transistor 100, for example, the transistor described in Embodiment 3 can be used. FIG 38 illustrates an example in which the transistor 100 illustrated in FIG 12 is used.

トランジスタ130は、第1の半導体材料を含んで構成される。また、トランジスタ1
00は第2の半導体材料を含んで構成される。第1の半導体材料、または第2の半導体材
料として用いることのできる半導体としては、例えばシリコンやゲルマニウムやガリウム
やヒ素などの半導体材料、シリコンやゲルマニウムやガリウムやヒ素やアルミニウムなど
を有する化合物半導体材料、有機半導体材料、または酸化物半導体材料などが挙げられる
The transistor 130 is made of a first semiconductor material.
00 includes a second semiconductor material. Examples of semiconductors that can be used as the first semiconductor material or the second semiconductor material include semiconductor materials such as silicon, germanium, gallium, and arsenic, compound semiconductor materials containing silicon, germanium, gallium, arsenic, aluminum, and the like, organic semiconductor materials, and oxide semiconductor materials.

第1の半導体材料と第2の半導体材料は、同一の材料であってもよいが、異なる半導体
材料とすることがより好ましい。ここでは、第1の半導体材料として単結晶シリコンを、
第2の半導体材料として酸化物半導体を用いた場合について説明する。
The first and second semiconductor materials may be the same material, but it is more preferable that they are different semiconductor materials. Here, single crystal silicon is used as the first semiconductor material,
The case where an oxide semiconductor is used as the second semiconductor material will be described.

〔第1のトランジスタ〕
トランジスタ130は、半導体基板131に設けられ、半導体基板131の一部からな
る半導体層132、ゲート絶縁膜134、ゲート電極135、及びソース領域またはドレ
イン領域として機能する低抵抗層133a及び低抵抗層133bを有する。
[First Transistor]
The transistor 130 is provided on a semiconductor substrate 131 and includes a semiconductor layer 132 made of a part of the semiconductor substrate 131, a gate insulating film 134, a gate electrode 135, and low resistance layers 133a and 133b functioning as a source region and a drain region.

トランジスタ130は、pチャネル型、nチャネル型のいずれでもよいが、回路構成や
駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
The transistor 130 may be either a p-channel type or an n-channel type, and an appropriate transistor may be used depending on the circuit configuration and driving method.

半導体層132のチャネルが形成される領域やその近傍の領域や、ソース領域またはド
レイン領域となる低抵抗層133a及び低抵抗層133b等において、シリコン系半導体
などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、G
e(ゲルマニウム)、SiGe(シリコンゲルマニウム)、GaAs(ガリウムヒ素)、
GaAlAs(ガリウムアルミニウムヒ素)などを有する材料で形成してもよい。結晶格
子に歪みを有するシリコンを用いた構成としてもよい。またはGaAsとGaAlAs等
を用いることで、トランジスタ130をHEMT(High Electron Mob
ility Transistor)としてもよい。
The region in which the channel of the semiconductor layer 132 is formed and the region in the vicinity thereof, the low resistance layer 133a and the low resistance layer 133b which become the source region or the drain region, and the like preferably contain a semiconductor such as a silicon-based semiconductor, and preferably contain single crystal silicon.
e (germanium), SiGe (silicon germanium), GaAs (gallium arsenide),
The transistor 130 may be formed of a material containing GaAlAs (gallium aluminum arsenide) or the like. A structure using silicon having a distorted crystal lattice may also be used. Alternatively, the transistor 130 may be formed as a high electron MOSFET (HEMT) by using GaAs and GaAlAs or the like.
It may also be referred to as a reliability transistor.

また、トランジスタ130は、LDD(Lightly Doped Drain)領
域である領域176aと領域176bを有してもよい。
The transistor 130 may also have regions 176a and 176b that are lightly doped drain (LDD) regions.

低抵抗層133a及び低抵抗層133bは、半導体層132に適用される半導体材料に
加え、リンなどのn型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのp型の導電性を付与
する元素を含む。
The low resistance layers 133a and 133b contain, in addition to the semiconductor material applied to the semiconductor layer 132, an element that imparts n-type conductivity, such as phosphorus, or an element that imparts p-type conductivity, such as boron.

ゲート電極135は、リンなどのn型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのp
型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、また
は金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
The gate electrode 135 is made of an element that provides n-type conductivity, such as phosphorus, or a p-type element, such as boron.
Conductive materials such as semiconductor materials, such as silicon, metal materials, alloy materials, or metal oxide materials that contain elements that impart electrical conductivity of that type can be used.

ここで、トランジスタ130に換えて図29(A)及び図29(B)に示すようなトラ
ンジスタ190を用いてもよい。図29(B)は、図29(A)に示す一点鎖線E-Fを
通り、図29(A)と垂直な面の断面を示す。トランジスタ190はチャネルが形成され
る半導体層132(半導体基板の一部)が凸形状を有し、その側面及び上面に沿ってゲー
ト絶縁膜134及びゲート電極135が設けられている。またトランジスタの間には素子
分離層181が設けられている。このようなトランジスタ190は半導体基板の凸部を利
用していることからFIN型トランジスタとも呼ばれる。なお、凸部の上部に接して、凸
部を形成するためのマスクとして機能する絶縁膜を有していてもよい。また、ここでは半
導体基板の一部を加工して凸部を形成する場合を示したが、SOI(Silicon o
n Insulator)基板を加工して凸形状を有する半導体層を形成してもよい。
Here, a transistor 190 as shown in FIG. 29A and FIG. 29B may be used instead of the transistor 130. FIG. 29B shows a cross section of a surface perpendicular to FIG. 29A, passing through the dashed line E-F shown in FIG. 29A. In the transistor 190, a semiconductor layer 132 (a part of a semiconductor substrate) in which a channel is formed has a convex shape, and a gate insulating film 134 and a gate electrode 135 are provided along the side and upper surface of the semiconductor layer 132. An element isolation layer 181 is provided between the transistors. Such a transistor 190 is also called a FIN type transistor because it uses the convex portion of the semiconductor substrate. Note that an insulating film that contacts the upper portion of the convex portion and functions as a mask for forming the convex portion may be provided. Here, a case where the convex portion is formed by processing a part of a semiconductor substrate is shown, but the convex portion may be formed by processing a silicon on insulator (SOI).
Alternatively, a semiconductor layer having a convex shape may be formed by processing a (n insulator) substrate.

トランジスタ130を覆って、絶縁膜136、絶縁膜137、及び絶縁膜138が順に
積層して設けられている。
An insulating film 136 , an insulating film 137 , and an insulating film 138 are stacked in this order to cover the transistor 130 .

絶縁膜136は半導体装置の作製工程において、低抵抗層133a及び低抵抗層133
bに添加された導電性を付与する元素の活性化の際の保護膜として機能する。絶縁膜13
6は不要であれば設けなくてもよい。
The insulating film 136 is formed by insulating the low resistance layer 133 a and the low resistance layer 133
It functions as a protective film when activating the element added to b that imparts conductivity.
6 may not be provided if not necessary.

半導体層132にシリコン系半導体材料を用いた場合、絶縁膜137は水素を含む絶縁
材料を含むことが好ましい。加熱処理を行うことで絶縁膜137中の水素により半導体層
132中のダングリングボンドが終端され、トランジスタ130の信頼性を向上させるこ
とができる。
When a silicon-based semiconductor material is used for the semiconductor layer 132, the insulating film 137 preferably contains an insulating material containing hydrogen. By performing heat treatment, dangling bonds in the semiconductor layer 132 are terminated by hydrogen in the insulating film 137, and the reliability of the transistor 130 can be improved.

絶縁膜138はその下層に設けられるトランジスタ130などによって生じる段差を平
坦化する平坦化層として機能する。絶縁膜138の上面をCMP法等により平坦化しても
よい。
The insulating film 138 functions as a planarizing layer that planarizes steps caused by the transistor 130 provided thereunder. The top surface of the insulating film 138 may be planarized by a CMP method or the like.

また、絶縁膜136、絶縁膜137、絶縁膜138には低抵抗層133aや低抵抗層1
33b等と電気的に接続するプラグ140、トランジスタ130のゲート電極135と電
気的に接続するプラグ139等が埋め込まれていてもよい。
In addition, the insulating film 136, the insulating film 137, and the insulating film 138 are formed with the low resistance layer 133a and the low resistance layer 1
A plug 140 electrically connected to the gate electrode 135 of the transistor 130 and the like may be embedded.

トランジスタ130と、トランジスタ100の間には、バリア膜111が設けられてい
る。バリア膜111は、これよりも下層から水及び水素が上層に拡散することを抑制する
機能を有する層である。また、バリア膜111は酸素透過性が低いことが好ましい。ここ
で、水及び水素が拡散しにくい、とは、例えば一般的に絶縁膜として用いられる酸化シリ
コン等と比較して、水及び水素の透過性が低いことを示す。また、酸素透過性が低いとは
、例えば一般的に絶縁膜として用いられる酸化シリコン等と比較して、酸素の透過性が低
いことを示す。
A barrier film 111 is provided between the transistor 130 and the transistor 100. The barrier film 111 is a layer that has a function of suppressing the diffusion of water and hydrogen from a layer below the barrier film 111 to a layer above the barrier film 111. The barrier film 111 preferably has low oxygen permeability. Here, "water and hydrogen are less likely to diffuse" means that the barrier film 111 has low permeability to water and hydrogen compared to, for example, silicon oxide that is generally used as an insulating film. The barrier film 111 has low oxygen permeability compared to, for example, silicon oxide that is generally used as an insulating film.

バリア膜111に用いることのできる材料としては、酸化アルミニウム、酸化ハフニウ
ム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸スト
ロンチウム(SrTiO)または(Ba,Sr)TiO(BST)などのいわゆるh
igh-k材料を含む絶縁膜を単層または積層で用いることができる。またはこれらの絶
縁膜に例えば酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シ
リコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ガ
リウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁膜を窒化処理して酸化窒化膜としてもよい
。上記の絶縁膜に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いて
もよい。特に、酸化アルミニウムは水や水素に対するバリア性に優れているため、より好
ましい。
Materials that can be used for the barrier film 111 include so-called h-type oxides such as aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ), or (Ba,Sr)TiO 3 (BST).
An insulating film containing an igh-k material can be used as a single layer or a laminated layer. Alternatively, for example, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, or gallium oxide may be added to these insulating films. Alternatively, these insulating films may be subjected to nitriding treatment to form oxynitride films. Silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride may be laminated on the above insulating films. In particular, aluminum oxide is more preferable because it has excellent barrier properties against water and hydrogen.

また、上述した材料は、水素、水に加え、酸素のバリア性にも優れた材料である。よっ
て絶縁膜114を加熱した時に放出される酸素がバリア膜111よりも下層に拡散するこ
とを抑制することができる。その結果、絶縁膜114から放出され、トランジスタ100
の半導体層に供給されうる酸素の量を増大させることができる。
The above-mentioned materials are also excellent in barrier properties against oxygen as well as hydrogen and water. Therefore, oxygen released when the insulating film 114 is heated can be prevented from diffusing to layers below the barrier film 111. As a result, oxygen released from the insulating film 114 and entering the transistor 100 can be prevented from diffusing to layers below the barrier film 111.
This can increase the amount of oxygen that can be supplied to the semiconductor layer.

ここで、バリア膜111よりも下層では、例えば加熱処理により、水素や水などを低減
させておくことが好ましい。加熱処理条件は例えば不活性ガス雰囲気下または減圧雰囲気
下で170℃以上とすればよい。
Here, it is preferable to reduce hydrogen, water, and the like by, for example, heat treatment in layers below the barrier film 111. The heat treatment may be performed, for example, at 170° C. or higher in an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere.

また、トランジスタ130の半導体層に単結晶シリコンを用いた場合では、当該加熱処
理は、シリコンの不対結合手(ダングリングボンドともいう)を水素によって終端化する
処理(水素化処理とも呼ぶ)を兼ねることができる。
In addition, in the case where single crystal silicon is used for the semiconductor layer of the transistor 130, the heat treatment can also serve as treatment for terminating dangling bonds of silicon with hydrogen (also called hydrogenation treatment).

バリア膜111を挟むように、導電層151、導電層152a及び導電層152bが設
けられ、容量素子150を形成している。導電層151は、トランジスタ100の導電層
104aと電気的に接続する。
A conductive layer 151, a conductive layer 152a, and a conductive layer 152b are provided so as to sandwich the barrier film 111, and form a capacitor 150. The conductive layer 151 is electrically connected to the conductive layer 104a of the transistor 100.

バリア膜111、導電層152a、導電層152b、導電層105等を覆って、絶縁膜
114が設けられている。絶縁膜114については、例えば図12の絶縁膜114の説明
を参照する。
An insulating film 114 is provided to cover the barrier film 111, the conductive layer 152a, the conductive layer 152b, the conductive layer 105, etc. For the insulating film 114, see the description of the insulating film 114 in FIG.

〔第2のトランジスタ〕
絶縁膜114の上部には、トランジスタ100が設けられている。図38に示す一例で
は、トランジスタ100として図12に示したトランジスタを用いる。
[Second Transistor]
The transistor 100 is provided over the insulating film 114. In the example shown in FIG.

また、図38に示すトランジスタ100は、第2のゲート電極として機能する導電層1
05を有する。導電層105は、容量素子150の一部を形成する導電層152a及び導
電層152bと同時に形成してもよい。これらの導電層を同時に形成することにより、例
えば工程を簡略化することができる。
In addition, the transistor 100 illustrated in FIG. 38 has a conductive layer 1 functioning as a second gate electrode.
The conductive layer 105 may be formed simultaneously with the conductive layers 152a and 152b which form part of the capacitor 150. By forming these conductive layers simultaneously, for example, the process can be simplified.

またトランジスタ100を覆って、絶縁膜112、絶縁膜113、及び絶縁膜116が
設けられている。
In addition, an insulating film 112 , an insulating film 113 , and an insulating film 116 are provided to cover the transistor 100 .

絶縁膜112はバリア膜111同様、水や水素が拡散しにくい材料を用いることが好ま
しい。特に酸素を透過しにくい材料を用いることが好ましい。
The insulating film 112 is preferably made of a material through which water or hydrogen does not easily diffuse, like the barrier film 111. In particular, it is preferably made of a material through which oxygen does not easily permeate.

なお、絶縁膜112を2層以上の積層構造としてもよい。その場合には、例えば絶縁膜
112を2層の積層構造とし、上層には水や水素が拡散しにくい材料を用いることが好ま
しい。また、下層に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い。下層に設ける絶縁膜は、絶縁膜114と同様の、加熱によ
り酸素が脱離する絶縁膜としてゲート絶縁膜102を介して半導体層101の上側からも
酸素を供給する構成としてもよい。
The insulating film 112 may have a stacked structure of two or more layers. In that case, for example, it is preferable that the insulating film 112 has a stacked structure of two layers, and a material from which water or hydrogen does not easily diffuse is used for the upper layer. 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 for the lower layer. The insulating film provided in the lower layer may be an insulating film from which oxygen is released by heating, similar to the insulating film 114, and may have a structure in which oxygen is supplied from the upper side of the semiconductor layer 101 through the gate insulating film 102.

絶縁膜112で半導体層101を覆うことで、半導体層101から絶縁膜112よりも
上方に酸素が放出されることを抑制することができる。さらに、絶縁膜114等から脱離
した酸素を絶縁膜112よりも下側に閉じ込めることができるため、半導体層101に供
給しうる酸素の量を増大させることができる。
Covering the semiconductor layer 101 with the insulating film 112 can suppress release of oxygen from the semiconductor layer 101 above the insulating film 112. Furthermore, oxygen desorbed from the insulating film 114 and the like can be confined below the insulating film 112, so that the amount of oxygen that can be supplied to the semiconductor layer 101 can be increased.

また絶縁膜112を設けることにより、外部から酸化物半導体への水や水素が混入する
ことを抑制できる。よって電気特性の変動が抑制された、信頼性の高いトランジスタを実
現することができる。
Furthermore, the insulating film 112 can prevent water or hydrogen from entering the oxide semiconductor from the outside, thereby making it possible to provide a highly reliable transistor in which fluctuations in electrical characteristics are suppressed.

絶縁膜113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、積層または単層で設ける。
The insulating film 113 may be, 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 the film may be provided as a stacked layer or a single layer.

トランジスタ100を覆う絶縁膜116は、その下層の凹凸形状を被覆する平坦化層と
して機能する。また絶縁膜113は、絶縁膜116を成膜する際の保護膜としての機能を
有してもよい。絶縁膜113は不要であれば設けなくてもよい。絶縁膜116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ればよ
く、積層または単層で設ける。
The insulating film 116 covering the transistor 100 functions as a planarization layer that covers the uneven shape of the underlying layer. The insulating film 113 may also function as a protective film when the insulating film 116 is formed. If the insulating film 113 is not required, it is not necessary to provide it. 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 as the insulating film 116, and the insulating film 116 is provided as a stacked layer or a single layer.

絶縁膜112、絶縁膜113及び絶縁膜116には、導電層104bと電気的に接続す
るプラグ321、プラグ322、プラグ123が埋め込まれている。
A plug 321, a plug 322, and a plug 123 that are electrically connected to the conductive layer 104b are embedded in the insulating films 112, 113, and 116.

絶縁膜116の上部には、プラグ322と電気的に接続する配線124等が設けられて
いる。
On the upper portion of the insulating film 116, wiring 124 and the like that are electrically connected to the plugs 322 are provided.

また図38に示すように、水素を含む絶縁膜136上に、バリア膜111と同様の材料
を含む絶縁膜137を設ける構成としてもよい。このような構成とすることで、水素を含
む絶縁膜136中に残存した水や水素が上方に拡散することを効果的に抑制することがで
きる。
38 , an insulating film 137 containing the same material as the barrier film 111 may be provided on an insulating film 136 containing hydrogen. With such a structure, water or hydrogen remaining in the insulating film 136 containing hydrogen can be effectively prevented from diffusing upward.

配線124、配線166等の配線、導電層143、導電層151、導電層152a、導
電層152b、導電層251等の導電層、及び、プラグ123、プラグ139、プラグ1
40、プラグ164、プラグ165等のプラグには、材料として金属材料、合金材料、ま
たは金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。特に、耐熱性と導電性を両
立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、特にタング
ステンを用いることが好ましい。また、窒化チタンやチタンなどの材料を、他の材料と積
層して用いてもよい。
Wires such as the wire 124 and the wire 166, conductive layers such as the conductive layer 143, the conductive layer 151, the conductive layer 152a, the conductive layer 152b, and the conductive layer 251, and plugs 123, 139, and 140,
For the plugs such as 40, plug 164, and plug 165, conductive materials such as metal materials, alloy materials, and metal oxide materials can be used. In particular, it is preferable to use a high-melting point material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity, and it is particularly preferable to use tungsten. In addition, materials such as titanium nitride and titanium may be used in a laminated state with other materials.

[作製方法例]
次に、図38の半導体装置の作製方法の一例について、図39乃至図42を用いて説明
する。
[Example of manufacturing method]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device in FIG. 38 will be described with reference to FIGS.

まず半導体基板131を準備する。半導体基板131としては、例えば単結晶シリコン
基板(p型の半導体基板、またはn型の半導体基板を含む)、炭化シリコンや窒化ガリウ
ムからなる化合物半導体基板などを用いることができる。また、半導体基板131として
、SOI基板を用いてもよい。以下では、半導体基板131として単結晶シリコンを用い
た場合について説明する。
First, a semiconductor substrate 131 is prepared. As the semiconductor substrate 131, for example, a single crystal silicon substrate (including a p-type semiconductor substrate or an n-type semiconductor substrate), a compound semiconductor substrate made of silicon carbide or gallium nitride, or the like can be used. Alternatively, an SOI substrate may be used as the semiconductor substrate 131. The following describes a case where single crystal silicon is used as the semiconductor substrate 131.

続いて、半導体基板131に素子分離層(図示せず)を形成する。素子分離層はLOC
OS(Local Oxidation of Silicon)法またはSTI(Sh
allow Trench Isolation)法、メサ分離法等を用いて形成すれば
よい。
Next, an element isolation layer (not shown) is formed on the semiconductor substrate 131. The element isolation layer is formed by LOC.
OS (Local Oxidation of Silicon) method or STI (Sh
The insulating layer 12 may be formed by using a method such as a bypass trench isolation method or a mesa isolation method.

同一基板上にp型のトランジスタとn型のトランジスタを形成する場合、半導体基板1
31の一部にnウェルまたはpウェルを形成してもよい。例えば、n型の半導体基板13
1にp型の導電性を付与するホウ素などの不純物元素を添加してpウェルを形成し、同一
基板上にn型のトランジスタとp型のトランジスタを形成してもよい。
When forming a p-type transistor and an n-type transistor on the same substrate, the semiconductor substrate 1
An n-well or p-well may be formed in a part of the n-type semiconductor substrate 13.
An impurity element such as boron that imparts p-type conductivity to n-type transistor 1 may be added to form a p-well, and an n-type transistor and a p-type transistor may be formed on the same substrate.

続いて、半導体基板131上にゲート絶縁膜134となる絶縁膜を形成する。例えば、
半導体基板131の表面を酸化し酸化シリコン膜を形成する。または、熱酸化法により酸
化シリコンを形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化シリコン膜の表面を窒化す
ることにより、酸化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜の積層構造を形成してもよい。ま
たは、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、高誘電率物質(high-k材料ともいう)で
あるタンタル酸化物、酸化ハフニウム、酸化ハフニウムシリケート、酸化ジルコニウム、
酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物、または酸化ランタンなどの希土類酸化
物等を用いてもよい。
Next, an insulating film that will become the gate insulating film 134 is formed on the semiconductor substrate 131. For example,
A silicon oxide film is formed by oxidizing the surface of the semiconductor substrate 131. Alternatively, after forming silicon oxide by thermal oxidation, a nitriding treatment is performed to nitride the surface of the silicon oxide film to form a stacked structure of a silicon oxide film and a silicon oxynitride film. Alternatively, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a high dielectric constant material (also called a high-k material), such as tantalum oxide, hafnium oxide, hafnium oxide silicate, zirconium oxide,
Metal oxides such as aluminum oxide and titanium oxide, or rare earth oxides such as lanthanum oxide, etc. may also be used.

当該絶縁膜は、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Depo
sition)法(熱CVD法、MOCVD(Metal Organic CVD)法
、PECVD(Plasma Enhanced CVD)法等を含む)、MBE(Mo
lecular Beam Epitaxy)法、ALD(Atomic Layer
Deposition)法、またはPLD(Pulsed Laser Deposit
ion)法等で成膜することにより形成してもよい。
The insulating film is formed by a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, etc.
site) method (including thermal CVD method, MOCVD (Metal Organic CVD) method, PECVD (Plasma Enhanced CVD) method, etc.), MBE (Mo
crystalline beam epitaxy method, ALD (Atomic Layer Deposition)
Deposition method, or PLD (Pulsed Laser Deposition) method
Alternatively, the insulating layer 12 may be formed by deposition using a ion (ion) method or the like.

続いて、ゲート電極135となる導電膜を成膜する。導電膜としては、タンタル、タン
グステン、チタン、モリブデン、クロム、ニオブ等から選択された金属、またはこれらの
金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料を用いることが好ましい。また、リン等
の不純物を添加した多結晶シリコンを用いることができる。また、金属窒化物膜と上記の
金属膜の積層構造を用いてもよい。金属窒化物としては、窒化タングステン、窒化モリブ
デン、窒化チタンを用いることができる。金属窒化物膜を設けることにより、金属膜の密
着性を向上させることができ、剥離を防止することができる。
Subsequently, a conductive film that becomes the gate electrode 135 is formed. As the conductive film, it is preferable to use a metal selected from tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, chromium, niobium, etc., or an alloy material or compound material mainly composed of these metals. Polycrystalline silicon to which an impurity such as phosphorus is added can also be used. A laminated structure of a metal nitride film and the above-mentioned metal film may also be used. As the metal nitride, tungsten nitride, molybdenum nitride, or titanium nitride can be used. By providing a metal nitride film, the adhesion of the metal film can be improved and peeling can be prevented.

導電膜は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法(熱CVD法、MOCVD法、PEC
VD法等を含む)などにより成膜することができる。またプラズマによるダメージを減ら
すには、熱CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好ましい。
The conductive film is formed by sputtering, vapor deposition, CVD (thermal CVD, MOCVD, PEC
In order to reduce damage caused by plasma, the thermal CVD method, the MOCVD method, or the ALD method is preferable.

続いて、当該導電膜上にリソグラフィ法等を用いてレジストマスクを形成し、当該導電
膜の不要な部分を除去する。その後、レジストマスクを除去することにより、ゲート電極
135を形成することができる。
Next, a resist mask is formed over the conductive film by lithography or the like to remove unnecessary portions of the conductive film, and then the resist mask is removed to form the gate electrode 135.

ここで、被加工膜の加工方法について説明する。加工方法として、様々な微細加工技術
を用いることができる。例えば、フォトリソグラフィ法等で形成したレジストマスクに対
してスリミング処理を施す方法を用いてもよい。また、フォトリソグラフィ法等でダミー
パターンを形成し、当該ダミーパターンにサイドウォールを形成した後にダミーパターン
を除去し、残存したサイドウォールをレジストマスクとして用いて、被加工膜をエッチン
グしてもよい。また被加工膜のエッチングとして、高いアスペクト比を実現するために、
異方性のドライエッチングを用いることが好ましい。また、無機膜または金属膜からなる
ハードマスクを用いてもよい。
Here, a method for processing the film to be processed will be described. As the processing method, various fine processing techniques can be used. For example, a method of performing a slimming process on a resist mask formed by photolithography or the like may be used. Alternatively, a dummy pattern may be formed by photolithography or the like, sidewalls may be formed on the dummy pattern, the dummy pattern may be removed, and the remaining sidewalls may be used as a resist mask to etch the film to be processed. In addition, in order to realize a high aspect ratio when etching the film to be processed,
It is preferable to use anisotropic dry etching. A hard mask made of an inorganic film or a metal film may also be used.

レジストマスクの形成に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長43
6nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる
。そのほか、紫外線やKrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。
また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外
光(EUV:Extreme Ultra-violet)やX線を用いてもよい。また
、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または
電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビーム
などのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
The light used to form the resist mask is, for example, i-line (wavelength 365 nm) or g-line (wavelength 43
The laser beam may be ultraviolet light, KrF laser light, ArF laser light, or a mixture of these.
Exposure may also be performed by immersion exposure technology. As light used for exposure, extreme ultraviolet light (EUV: extreme ultra-violet) or X-rays may also be used. Instead of light used for exposure, an electron beam may also be used. Extreme ultraviolet light, X-rays or an electron beam are preferred because they enable extremely fine processing. When exposure is performed by scanning a beam such as an electron beam, a photomask is not required.

また、レジストマスクとなるレジスト膜を形成する前に、被加工膜とレジスト膜との密
着性を改善する機能を有する有機樹脂膜を形成してもよい。当該有機樹脂膜は、例えばス
ピンコート法などにより、その下層の段差を被覆して表面を平坦化するように形成するこ
とができ、当該有機樹脂膜の上層に設けられるレジストマスクの厚さのばらつきを低減で
きる。また特に微細な加工を行う場合には、当該有機樹脂膜として、露光に用いる光に対
する反射防止膜として機能する材料を用いることが好ましい。このような機能を有する有
機樹脂膜としては、例えばBARC(Bottom Anti-Reflection
Coating)膜などがある。当該有機樹脂膜は、レジストマスクの除去と同時に除去
するか、レジストマスクを除去した後に除去すればよい。
Furthermore, before forming the resist film that will become the resist mask, an organic resin film having a function of improving the adhesion between the film to be processed and the resist film may be formed. The organic resin film can be formed, for example, by a spin coating method or the like, so as to cover the steps of the lower layer and flatten the surface, and the variation in thickness of the resist mask provided on the upper layer of the organic resin film can be reduced. Furthermore, particularly when fine processing is performed, it is preferable to use a material that functions as an anti-reflection film against the light used for exposure as the organic resin film. An example of an organic resin film having such a function is BARC (Bottom Anti-Reflection Coating).
The organic resin film may be removed simultaneously with the removal of the resist mask, or may be removed after the removal of the resist mask.

これ以降、レジストマスクを用いた加工の記載については、例えばゲート電極135で
説明した加工方法を参照すればよい。また、本明細書では、被加工膜のエッチングを行っ
た後のレジスト除去の記載を省略する場合がある。
Hereinafter, for the description of processing using a resist mask, refer to, for example, the processing method described for the gate electrode 135. In addition, in this specification, the description of removing the resist after etching the processed film may be omitted in some cases.

ゲート電極135の形成後、ゲート電極135の側面を覆うサイドウォールを形成して
もよい。サイドウォールは、ゲート電極135の厚さよりも厚い絶縁膜を成膜した後に、
異方性エッチングを施し、ゲート電極135の側面部分のみ当該絶縁膜を残存させること
により形成できる。
After the gate electrode 135 is formed, a sidewall may be formed to cover the side surface of the gate electrode 135. The sidewall is formed by forming an insulating film having a thickness greater than that of the gate electrode 135, and then
This can be formed by performing anisotropic etching so that the insulating film remains only on the side surfaces of the gate electrode 135 .

図39には、サイドウォールの形成時にゲート絶縁膜のエッチングを行わない例を示す
が、サイドウォールの形成時にゲート絶縁膜134となる絶縁膜も同時にエッチングして
もよい。この場合はゲート電極135及びサイドウォールの下部にゲート絶縁膜134が
形成される。
39 shows an example in which the gate insulating film is not etched when the sidewalls are formed, but the insulating film that will become the gate insulating film 134 may be etched at the same time when the sidewalls are formed. In this case, the gate insulating film 134 is formed under the gate electrode 135 and the sidewalls.

続いて、半導体基板131のゲート電極135(及びサイドウォール)が設けられてい
ない領域にリンなどのn型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのp型の導電性を
付与する元素を添加する。この段階における断面概略図が図39(A)に相当する。
Next, an element that imparts n-type conductivity, such as phosphorus, or an element that imparts p-type conductivity, such as boron, is added to a region of the semiconductor substrate 131 where the gate electrode 135 (and sidewalls) are not provided. A schematic cross-sectional view at this stage corresponds to FIG.

続いて、絶縁膜136を形成した後、例えば上述した導電性を付与する元素の活性化の
ための加熱処理を行う。加熱処理は、希ガスや窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下、また
は減圧雰囲気下にて、例えば400℃以上基板の歪み点未満で行うことができる。
Next, after forming the insulating film 136, for example, heat treatment is performed to activate the element that provides conductivity. The heat treatment can be performed in an inert gas atmosphere such as a rare gas or nitrogen gas, or in a reduced pressure atmosphere at a temperature of, for example, 400° C. or higher and lower than the distortion point of the substrate.

絶縁膜136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、積層または単層で設ける。絶縁膜136はスパッタリング法
、CVD法(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法
またはPLD法などを用いて形成することができる。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CVD法、MOCVD法あるいはA
LD法が好ましい。
The insulating film 136 may be formed using, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, or the like, and may be provided as a stacked layer or a single layer. The insulating film 136 can be formed by a sputtering method, a CVD method (including a thermal CVD method, a MOCVD method, a PECVD method, or the like), an MBE method, an ALD method, a PLD method, or the like. In particular, it is preferable to form the insulating film by a CVD method, preferably a plasma CVD method, because the covering property can be improved. In order to reduce damage caused by plasma, a thermal CVD method, an MOCVD method, or an ALD method is preferable.
The LD method is preferred.

この段階でトランジスタ130が形成される。また、トランジスタ130を形成するの
と同様の方法で、第3のトランジスタ160を形成してもよい。
At this stage, the transistor 130 is formed. Also, the third transistor 160 may be formed in a similar manner to the method for forming the transistor 130.

続いて、絶縁膜137及び絶縁膜138を形成する。 Next, insulating film 137 and insulating film 138 are formed.

絶縁膜137は、絶縁膜136に用いることのできる材料のほか、酸素と水素を含む窒
化シリコン(SiNOH)を用いてもよい。また、絶縁膜138は、絶縁膜136に用い
ることのできる材料のほか、TEOS(Tetra-Ethyl-Ortho-Sili
cate)若しくはシラン等と、酸素若しくは亜酸化窒素等とを反応させて形成した段差
被覆性の良い酸化シリコンを用いることが好ましい。
The insulating film 137 may be made of silicon nitride (SiNOH) containing oxygen and hydrogen, in addition to the materials that can be used for the insulating film 136. The insulating film 138 may be made of TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicon).
It is preferable to use silicon oxide having good step coverage, which is formed by reacting silane or the like with oxygen or nitrous oxide or the like.

絶縁膜137及び絶縁膜138は、例えばスパッタリング法、CVD法(熱CVD法、
MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法またはPLD法などを用い
て形成することができる。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CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好ましい。
The insulating film 137 and the insulating film 138 are formed by, for example, a sputtering method, a CVD method (thermal CVD method,
The insulating film can be formed by a method such as MOCVD, PECVD, etc., MBE, ALD, or PLD. In particular, it is preferable to form the insulating film by a CVD method, preferably a plasma CVD method, since the covering property can be improved. In addition, in order to reduce damage caused by plasma, a thermal CVD method, MOCVD method, or ALD method is preferable.

続いて絶縁膜138の上面をCMP法等を用いて平坦化する。また、絶縁膜138とし
て平坦化膜を用いてもよい。その場合は、必ずしもCMP法等で平坦化しなくともよい。
平坦化膜の形成には、例えば常圧CVD法や、塗布法などを用いることができる。常圧C
VD法を用いて形成できる膜としては例えば、BPSG(Boron Phosphor
us Silicate Glass)等が挙げられる。また、塗布法を用いて形成でき
る膜としては例えば、HSQ(水素シルセスキオキサン)等が挙げられる。その後、半導
体層132中のダングリングボンドを絶縁膜137から脱離する水素によって終端するた
めの加熱処理を行ってもよい。
Then, the upper surface of the insulating film 138 is planarized by CMP or the like. A planarizing film may be used as the insulating film 138. In that case, planarization by CMP or the like is not necessarily required.
The planarizing film can be formed by, for example, atmospheric pressure CVD or coating.
Examples of films that can be formed using the VD method include BPSG (Boron Phosphor
Examples of the film that can be formed by a coating method include hydrogen silsesquioxane (HSQ). After that, a heat treatment may be performed to terminate dangling bonds in the semiconductor layer 132 with hydrogen released from the insulating film 137.

続いて、絶縁膜136、絶縁膜137、及び絶縁膜138に低抵抗層133a、低抵抗
層133b及びゲート電極135等に達する開口を形成する(図39(B)参照)。その
後、開口を埋めるように導電膜を形成する(図39(C)参照)。その後、絶縁膜138
の上面が露出するように、該導電膜に平坦化処理を施すことにより、プラグ139やプラ
グ140等を形成する(図39(D)参照)。導電膜の形成は、例えばスパッタリング法
、CVD法(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法
またはPLD法などを用いて形成することができる。
Next, openings reaching the low resistance layers 133a, 133b, the gate electrode 135, and the like are formed in the insulating films 136, 137, and 138 (see FIG. 39B). Then, a conductive film is formed to fill the openings (see FIG. 39C).
The conductive film is planarized so that the upper surface of the conductive film is exposed, thereby forming plugs 139, 140, and the like (see FIG. 39D). The conductive film can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method (including a thermal CVD method, a MOCVD method, a PECVD method, and the like), an MBE method, an ALD method, a PLD method, or the like.

続いて、絶縁膜138上に絶縁膜215を成膜する。絶縁膜215は、絶縁膜136等
と同様の材料及び方法により形成することができる。絶縁膜215を形成した後、加熱処
理を行ってもよい。
Subsequently, the insulating film 215 is formed over the insulating film 138. The insulating film 215 can be formed using a material and a method similar to those of the insulating film 136 and the like. After the insulating film 215 is formed, heat treatment may be performed.

第3の加熱処理は、上記積層構造の説明で例示した条件で行うことができる。例えば第
1の加熱処理で説明した条件などを用いることができる。
The third heat treatment can be performed under the conditions exemplified in the description of the stacked structure above, for example, the conditions described in the first heat treatment.

続いて絶縁膜215に開口部を形成する。その後、開口を埋めるように導電膜を形成し
、絶縁膜215の上面が露出するように、該導電膜に平坦化処理を施すことにより、導電
層251、導電層143及び導電層151等を形成する(図39(E)参照)。開口部に
導電膜を形成する場合には、例えば、窒化チタンやチタンなどの材料を、開口部に形成し
た後、他の導電材料を積層してもよい。例えば、窒化チタンやチタンを積層膜の下層に用
いることにより、開口部への密着性を向上させることができる。
Next, an opening is formed in the insulating film 215. After that, a conductive film is formed to fill the opening, and a planarization treatment is performed on the conductive film so that the top surface of the insulating film 215 is exposed, thereby forming a conductive layer 251, a conductive layer 143, a conductive layer 151, and the like (see FIG. 39E). When a conductive film is formed in an opening, for example, a material such as titanium nitride or titanium may be formed in the opening, and then another conductive material may be stacked thereon. For example, by using titanium nitride or titanium as a lower layer of a stacked film, adhesion to the opening can be improved.

続いて、バリア膜111を成膜し、開口部を形成する(図40(A)参照)。バリア膜
111は、例えばスパッタリング法、CVD法(熱CVD法、MOCVD法、PECVD
法等を含む)、MBE法、ALD法またはPLD法などを用いて形成することができる。
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
CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好ましい。
Next, a barrier film 111 is formed and an opening is formed (see FIG. 40A). The barrier film 111 is formed by, for example, a sputtering method or a CVD method (thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.).
The thin-film deposition can be performed by using a method such as MBE, ALD, or PLD.
In particular, it is preferable to form the insulating film by a CVD method, preferably a plasma CVD method, since it is possible to improve the covering property. In order to reduce damage caused by plasma, a thermal CVD method, a MOCVD method or an ALD method is preferable.

続いて、導電層105、導電層152a及び導電層152bとなる導電膜を成膜する。
その後、エッチング等により導電層105、導電層152a及び導電層152bを形成す
る(図40(B)参照)。
Next, a conductive film which is to be the conductive layer 105, the conductive layer 152a, and the conductive layer 152b is formed.
After that, the conductive layer 105, the conductive layer 152a, and the conductive layer 152b are formed by etching or the like (see FIG. 40B).

次に、絶縁膜114を成膜する。絶縁膜114は、例えばスパッタリング法、CVD法
(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法またはPL
D法などを用いて形成することができる。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CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好
ましい。
Next, the insulating film 114 is formed. The insulating film 114 can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method (including a thermal CVD method, a MOCVD method, a PECVD method, etc.), an MBE method, an ALD method, or a PL method.
The insulating film can be formed by a method such as CVD, preferably a plasma CVD method, since it is possible to improve the covering property. In order to reduce damage caused by plasma, a thermal CVD method, a MOCVD method, or an ALD method is preferable.

絶縁膜114に酸素を過剰に含有させるためには、例えば酸素雰囲気下にて絶縁膜11
4の成膜を行えばよい。または、成膜後の絶縁膜114に酸素を導入して酸素を過剰に含
有する領域を形成してもよく、双方の手段を組み合わせてもよい。
In order to make the insulating film 114 contain excess oxygen, for example, the insulating film 114 is heated in an oxygen atmosphere.
Alternatively, oxygen may be introduced into the insulating film 114 after the film formation to form a region containing excess oxygen, or both of these methods may be combined.

例えば、成膜後の絶縁膜114に酸素(少なくとも酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオ
ンのいずれかを含む)を導入して酸素を過剰に含有する領域を形成する。酸素の導入方法
としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プ
ラズマ処理などを用いることができる。
For example, a region containing excess oxygen is formed by introducing oxygen (including at least any one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) into the formed insulating film 114. Examples of a method for introducing oxygen include ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, and plasma treatment.

酸素導入処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
例えば酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができ
る。また、酸素導入処理において、酸素を含むガスに希ガスを含ませてもよい。または、
水素等を含ませてもよい。例えば、二酸化炭素、水素及びアルゴンの混合ガスを用いると
よい。
In the oxygen introduction process, a gas containing oxygen can be used. Examples of the gas containing oxygen include:
For example, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, carbon dioxide, carbon monoxide, etc. may be used. In addition, in the oxygen introduction process, a rare gas may be added to the gas containing oxygen.
Hydrogen, etc. may be contained. For example, a mixed gas of carbon dioxide, hydrogen and argon may be used.

また、絶縁膜114を成型した後、その上面の平坦性を高めるためにCMP法等を用い
た平坦化処理を行ってもよい。
After the insulating film 114 is formed, a planarization treatment using a CMP method or the like may be performed to improve the planarization of the upper surface thereof.

次に、絶縁体層101aとなる半導体膜と、半導体層101bとなる半導体膜を順に成
膜する(図40(C)参照)。当該半導体膜は、大気に触れさせることなく連続して成膜
することが好ましい。絶縁体層101aとなる半導体、及び半導体層101bとなる半導
体は、スパッタリング法、CVD法、MBE法またはPLD法、ALD法などを用いて成
膜すればよい。
Next, a semiconductor film to be the insulator layer 101a and a semiconductor film to be the semiconductor layer 101b are formed in this order (see FIG. 40C). It is preferable that the semiconductor films are formed successively without being exposed to the air. The semiconductor to be the insulator layer 101a and the semiconductor to be the semiconductor layer 101b may be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.

なお、絶縁体層101aとなる半導体、及び半導体層101bとなる半導体として、I
n-Ga-Zn酸化物層をMOCVD法によって成膜する場合、原料ガスとしてトリメチ
ルインジウム、トリメチルガリウム及びジメチル亜鉛などを用いればよい。なお、上記原
料ガスの組み合わせに限定されず、トリメチルインジウムに代えてトリエチルインジウム
などを用いてもよい。また、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウムなどを用い
てもよい。また、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛などを用いてもよい。
The semiconductors to be used for the insulator layer 101a and the semiconductor layer 101b are I
When forming an n-Ga-Zn oxide layer by MOCVD, trimethylindium, trimethylgallium, dimethylzinc, or the like may be used as source gas. The combination of source gases is not limited to the above, and triethylindium, or the like may be used instead of trimethylindium. Triethylgallium, or the like may be used instead of trimethylgallium. Diethylzinc, or the like may be used instead of dimethylzinc.

ここで、絶縁体層101aを形成した後に、絶縁体層101aに酸素を導入してもよい
。例えば、成膜後の絶縁体層101aに酸素(少なくとも酸素ラジカル、酸素原子、酸素
イオンのいずれかを含む)を導入して酸素を過剰に含有する領域を形成する。酸素の導入
方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法
、プラズマ処理などを用いることができる。
Here, oxygen may be introduced into the insulator layer 101a after the insulator layer 101a is formed. For example, oxygen (including at least any of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) is introduced into the insulator layer 101a after the film formation to form a region containing excess oxygen. The oxygen introduction method may be an ion implantation method, an ion doping method, a plasma immersion ion implantation method, a plasma treatment, or the like.

酸素導入処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
例えば酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができ
る。また、酸素導入処理において、酸素を含むガスに希ガスを含ませてもよい。または、
水素等を含ませてもよい。例えば、二酸化炭素、水素及びアルゴンの混合ガスを用いると
よい。
In the oxygen introduction process, a gas containing oxygen can be used. Examples of the gas containing oxygen include:
For example, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, carbon dioxide, carbon monoxide, etc. may be used. In addition, in the oxygen introduction process, a rare gas may be added to the gas containing oxygen.
Hydrogen, etc. may be contained. For example, a mixed gas of carbon dioxide, hydrogen and argon may be used.

絶縁体層101a及び半導体層101bを成膜後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理
は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下の温度で、不活性
ガス雰囲気、酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気、または減圧状態で行えばよい。ま
た、加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うた
めに酸化性ガスを10ppm以上含む雰囲気で行ってもよい。加熱処理は、半導体膜を成
膜した直後に行ってもよいし、半導体膜を加工して島状の絶縁体層101a及び101b
を形成した後に行ってもよい。加熱処理により、絶縁膜114や酸化物膜から半導体膜に
酸素が供給され、半導体膜中の酸素欠損を低減することができる。
After the insulating layer 101a and the semiconductor layer 101b are formed, heat treatment may be performed. The heat treatment may be performed at a temperature of 250° C. to 650° C., preferably 300° C. to 500° C., in an inert gas atmosphere, an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas, or under reduced pressure. The heat treatment may be performed in an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas in order to compensate for desorbed oxygen after the heat treatment in an inert gas atmosphere. The heat treatment may be performed immediately after the semiconductor film is formed, or may be performed after the semiconductor film is processed to form the island-shaped insulating layers 101a and 101b.
By the heat treatment, oxygen can be supplied to the semiconductor film from the insulating film 114 or the oxide film, so that oxygen vacancies in the semiconductor film can be reduced.

その後、レジストマスクを用いて、島状の絶縁体層101aと島状の半導体層101b
の積層構造を形成する(図40(D)参照)。なお、半導体膜のエッチングの際に、絶縁
膜114の一部がエッチングされ、絶縁体層101a及び半導体層101bに覆われてい
ない領域における絶縁膜114が薄膜化することがある。したがって、当該エッチングに
より絶縁膜114が消失しないよう、予め厚く形成しておくことが好ましい。
Then, using a resist mask, the island-shaped insulating layer 101a and the island-shaped semiconductor layer 101b are
(See FIG. 40D ). Note that when the semiconductor film is etched, a part of the insulating film 114 is etched, and the insulating film 114 in a region not covered with the insulator layer 101 a and the semiconductor layer 101 b may become thin. Therefore, it is preferable to form the insulating film 114 thick in advance so that the insulating film 114 is not lost by the etching.

なお、半導体膜のエッチング条件によっては、レジストがエッチング工程中に消失して
しまう場合があるため、エッチングの耐性が高い材料、例えば無機膜または金属膜からな
るいわゆるハードマスクを用いてもよい。ここでハードマスク281として、導電膜を用
いる例を示す。図41(A)は、ハードマスク281を用いて半導体膜を加工し、絶縁体
層101a及び半導体層101bを形成する例をしめす。ここで、ハードマスク281に
導電層104a及び導電層104bとして用いることができる材料を用いれば、ハードマ
スク281を加工し、導電層104a及び導電層104bを形成することができる。この
ような方法を用いることにより、例えば図30に示すトランジスタ100を作製すること
ができる。
Depending on the etching conditions of the semiconductor film, the resist may disappear during the etching process, so a so-called hard mask made of a material having high etching resistance, for example, an inorganic film or a metal film, may be used. Here, an example in which a conductive film is used as the hard mask 281 is shown. FIG. 41A shows an example in which a semiconductor film is processed using the hard mask 281 to form the insulating layer 101a and the semiconductor layer 101b. Here, if a material that can be used as the conductive layer 104a and the conductive layer 104b is used for the hard mask 281, the conductive layer 104a and the conductive layer 104b can be formed by processing the hard mask 281. By using such a method, for example, the transistor 100 shown in FIG. 30 can be manufactured.

図40(D)に示す構造を形成した後、絶縁膜114に導電層151、導電層251等
に達する開口部を設ける(図41(B)参照)。その後、絶縁膜114に設けた開口部を
埋め込むように、導電層104a、導電層104b等となる導電膜を成膜する。導電層1
04a、導電層104b等となる導電膜の形成は、例えばスパッタリング法、CVD法(
熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法またはPLD
法などを用いて形成することができる。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CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好ま
しい。
40D is formed, openings reaching the conductive layers 151, 251, and the like are provided in the insulating film 114 (see FIG. 41B). Then, conductive films to become the conductive layers 104a, 104b, and the like are formed so as to fill the openings provided in the insulating film 114.
The conductive film that becomes the conductive layer 104a, the conductive layer 104b, etc. can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method (
Thermal CVD, MOCVD, PECVD, etc.), MBE, ALD, or PLD
In particular, the insulating film is preferably formed by a CVD method, preferably a plasma CVD method, since it can improve the coverage. In addition, in order to reduce damage caused by plasma, a thermal CVD method, an MOCVD method, or an ALD method is preferable.

次に、レジストマスクを用いて、導電層104a、導電層104b等となる導電膜の不
要な部分をエッチングにより除去し、導電層104a及び導電層104b等を形成する(
図41(C)参照)。ここで、導電膜のエッチングの際に、半導体層101bや絶縁膜1
14の上部の一部がエッチングされ、導電層104a及び導電層104bと重ならない部
分が薄膜化することがある。したがって、半導体層101bとなる半導体膜等の厚さを、
エッチングされる深さを考慮して予め厚く形成しておくことが好ましい。
Next, unnecessary portions of the conductive film to be the conductive layers 104a, 104b, and the like are removed by etching using a resist mask to form the conductive layers 104a, 104b, and the like (
41C). During etching of the conductive film, the semiconductor layer 101b and the insulating film 1
A part of the upper portion of the semiconductor layer 101b is etched, and the portion that does not overlap with the conductive layer 104a and the conductive layer 104b may be thinned.
It is preferable to form the insulating film thick in advance, taking into consideration the etching depth.

次に、絶縁体層101c及びゲート絶縁膜102を成膜する。その後、レジストマスク
を用いて、エッチングにより加工する(図42(A)参照)。次にゲート電極103とな
る導電膜を成膜し、レジストマスクを用いて該導電膜を加工し、ゲート電極103を形成
する(図42(B)参照)。
Next, an insulating layer 101c and a gate insulating film 102 are formed. After that, they are processed by etching using a resist mask (see FIG. 42A). Next, a conductive film that becomes the gate electrode 103 is formed and processed using a resist mask to form the gate electrode 103 (see FIG. 42B).

なお、絶縁体層101cの成膜方法については、例えば絶縁体層101aを参照すれば
よい。
For the method of forming the insulator layer 101c, for example, the method of forming the insulator layer 101a may be referred to.

また絶縁体層101cを形成した後に、絶縁体層101cに酸素を導入してもよい。例
えば、成膜後の絶縁体層101cに酸素(少なくとも酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオ
ンのいずれかを含む)を導入して酸素を過剰に含有する領域を形成する。酸素の導入方法
としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プ
ラズマ処理などを用いることができる。
Alternatively, oxygen may be introduced into the insulating layer 101c after the insulating layer 101c is formed. For example, oxygen (including at least any one of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions) is introduced into the insulating layer 101c after the film formation to form a region containing excess oxygen. Examples of a method for introducing oxygen include ion implantation, ion doping, plasma immersion ion implantation, and plasma treatment.

酸素導入処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、
例えば酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができ
る。また、酸素導入処理において、酸素を含むガスに希ガスを含ませてもよい。または、
水素等を含ませてもよい。例えば、二酸化炭素、水素及びアルゴンの混合ガスを用いると
よい。
In the oxygen introduction process, a gas containing oxygen can be used. Examples of the gas containing oxygen include:
For example, oxygen, nitrous oxide, nitrogen dioxide, carbon dioxide, carbon monoxide, etc. may be used. In addition, in the oxygen introduction process, a rare gas may be added to the gas containing oxygen.
Hydrogen, etc. may be contained. For example, a mixed gas of carbon dioxide, hydrogen and argon may be used.

この段階でトランジスタ100が形成される。 At this stage, transistor 100 is formed.

次に、絶縁膜112を形成する。絶縁膜112は、例えばスパッタリング法、CVD法
(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法またはPL
D法などを用いて形成することができる。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CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好
ましい。
Next, the insulating film 112 is formed. The insulating film 112 can be formed by, for example, a sputtering method, a CVD method (including a thermal CVD method, a MOCVD method, a PECVD method, etc.), an MBE method, an ALD method, or a PL method.
The insulating film can be formed by a method such as CVD, preferably a plasma CVD method, since it is possible to improve the covering property. In order to reduce damage caused by plasma, a thermal CVD method, a MOCVD method, or an ALD method is preferable.

絶縁膜112の成膜後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理により、絶縁膜114等か
ら半導体層101に対して酸素を供給し、半導体層101中の酸素欠損を低減することが
できる。
Heat treatment may be performed after the insulating film 112 is formed. By the heat treatment, oxygen can be supplied from the insulating film 114 or the like to the semiconductor layer 101, and oxygen vacancies in the semiconductor layer 101 can be reduced.

また、絶縁膜112を2層以上の積層構造としてもよい。 The insulating film 112 may also have a laminated structure of two or more layers.

続いて、絶縁膜113を形成する。絶縁膜113は、例えばスパッタリング法、CVD
法(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法またはP
LD法などを用いて形成することができる。特に、CVD法、好ましくはプラズマCVD
法によって成膜すると、被覆性を良好なものとす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CVD法、MOCVD法あるいはALD法が好まし
い。
Next, the insulating film 113 is formed. The insulating film 113 is formed by, for example, a sputtering method or a CVD method.
method (including thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.), MBE method, ALD method, or P
The layer can be formed by using the LD method or the like. In particular, the CVD method, preferably the plasma CVD method,
In order to reduce damage caused by plasma, the thermal CVD method, the MOCVD method, or the ALD method is preferable.

続いて、絶縁膜113、絶縁膜112、ゲート絶縁膜102及び絶縁体層101cに、
導電層104a等に達する開口部を設ける。次いで、開口部を埋め込むように導電膜を形
成した後、レジストマスクを用いて不要部分を除去し、プラグ321及びプラグ322を
形成する。
Next, the insulating film 113, the insulating film 112, the gate insulating film 102, and the insulating layer 101c are
Openings are provided so as to reach the conductive layer 104a etc. Next, a conductive film is formed so as to fill the openings, and then unnecessary portions are removed using a resist mask to form plugs 321 and 322.

続いて、絶縁膜116を形成する。絶縁膜116は、例えばスパッタリング法、CVD
法(熱CVD法、MOCVD法、PECVD法等を含む)、MBE法、ALD法またはP
LD法などを用いて形成することができる。また絶縁膜116として有機樹脂などの有機
絶縁材料を用いる場合には、スピンコート法などの塗布法を用いて形成してもよい。また
、絶縁膜116を形成した後にその上面に対して平坦化処理を行うことが好ましい。また
、絶縁膜116として、絶縁膜138に示す材料や、形成方法を用いてもよい。
Next, the insulating film 116 is formed. The insulating film 116 is formed by, for example, a sputtering method or a CVD method.
method (including thermal CVD method, MOCVD method, PECVD method, etc.), MBE method, ALD method, or P
The insulating film 116 can be formed by an LD method or the like. When an organic insulating material such as an organic resin is used as the insulating film 116, the insulating film 116 may be formed by a coating method such as a spin coating method. After the insulating film 116 is formed, it is preferable to perform planarization treatment on the upper surface of the insulating film 116. The insulating film 116 may be formed by the material or the formation method shown in the insulating film 138.

続いて、上記と同様の方法により、絶縁膜116に、プラグ322に達するプラグ12
3等を形成する。
Next, in the same manner as above, the plug 12 reaching the plug 322 is formed in the insulating film 116 .
Form 3rd class.

続いて、絶縁膜116上に導電膜を成膜する。その後上記と同様の方法によりレジスト
マスクを用いて導電膜の不要な部分をエッチングにより除去し、配線124等を形成する
ことができる。
Subsequently, a conductive film is formed over the insulating film 116. After that, unnecessary portions of the conductive film are removed by etching using a resist mask in the same manner as above, so that the wiring 124 and the like can be formed.

以上の工程により、本発明の一態様の半導体装置を作製することができる。 By the above process, a semiconductor device according to one embodiment of the present invention 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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタを利用した回路の一例について図面
を参照して説明する。
(Seventh embodiment)
In this embodiment, an example of a circuit using a transistor of one embodiment of the present invention will be described with reference to drawings.

[回路構成例]
実施の形態1を適用する半導体装置において示した構成において、トランジスタや配線
、電極の接続構成を異ならせることにより、様々な回路を構成することができる。以下で
は、本発明の一態様の半導体装置を用いることにより実現できる回路構成の例を説明する
[Circuit configuration example]
Various circuits can be configured by changing the connection configurations of transistors, wirings, and electrodes in the structure shown in the semiconductor device to which Embodiment 1 is applied. Below, examples of circuit configurations that can be realized using the semiconductor device of one embodiment of the present invention are described.

〔CMOS回路〕
図37(C)に示す回路図は、pチャネル型のトランジスタ2200とnチャネル型の
トランジスタ2100を直列に接続し、且つそれぞれのゲートを接続した、いわゆるCM
OS回路の構成を示している。なお図中、第2の半導体材料が適用されたトランジスタに
は「OS」の記号を付して示している。ここで、本実施の形態で示すCMOS回路は、N
AND回路、NOR回路、エンコーダ、デコーダ、MUX(multiplamplif
ier)、DEMUX(demultiplexer)などの論理回路の基本素子として
利用されうる。
[CMOS Circuit]
The circuit diagram shown in FIG. 37C is a so-called CM in which a p-channel transistor 2200 and an n-channel transistor 2100 are connected in series and their gates are connected together.
The figure shows the structure of an OS circuit. In the figure, the symbol "OS" is added to the transistors to which the second semiconductor material is applied. Here, the CMOS circuit shown in this embodiment mode is a NMOS circuit.
AND circuit, NOR circuit, encoder, decoder, MUX (multiplanplife
The present invention can be used as a basic element of logic circuits such as a DRAM (Digital Array), a DEMUX (Demultiplexer), etc.

〔アナログスイッチ〕
また図37(D)に示す回路図は、トランジスタ2100とトランジスタ2200のそ
れぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、
いわゆるアナログスイッチとして機能させることができる。
[Analog Switch]
37D shows a configuration in which the source and drain of the transistor 2100 and the source and drain of the transistor 2200 are connected to each other.
It can function as a so-called analog switch.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態8)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュールについて、図
27を用いて説明を行う。
(Embodiment 8)
In this embodiment, a display module including a semiconductor device of one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図27に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002と
の間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続され
た表示パネル8006、バックライト8007、フレーム8009、プリント基板801
0、バッテリ8011を有する。
A display module 8000 shown in FIG. 27 includes an upper cover 8001, a lower cover 8002, a touch panel 8004 connected to an FPC 8003, a display panel 8006 connected to an FPC 8005, a backlight 8007, a frame 8009, a printed circuit board 801, and a display panel 8006 connected to an FPC 8005.
0, has a battery 8011.

本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。 The semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for the display panel 8006, for example.

上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル
8006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 dimensions of the upper cover 8001 and the lower cover 8002 can be changed as appropriate to match the sizes of the touch panel 8004 and the display panel 8006.

タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル
8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基
板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル8
006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
The touch panel 8004 can be a resistive or capacitive touch panel that is superimposed on the display panel 8006. It is also possible to provide a touch panel function to the opposing substrate (sealing substrate) of the display panel 8006.
It is also possible to provide an optical sensor in each pixel of the touch panel 006 to form an optical touch panel.

バックライト8007は、光源8008を有する。なお、図27において、バックライ
ト8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例
えば、バックライト8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構
成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射
型パネル等の場合においては、バックライト8007を設けない構成としてもよい。
The backlight 8007 has a light source 8008. Although Fig. 27 illustrates a configuration in which the light source 8008 is disposed on the backlight 8007, the present invention is not limited to this. For example, the light source 8008 may be disposed at an end of the backlight 8007, and a light diffusion plate may be further used. When using a self-luminous light-emitting element such as an organic EL element, or in the case of a reflective panel, the backlight 8007 may not be provided.

フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動
作により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8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
The frame 8009 has a function of protecting the display panel 8006, as well as a function as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated by the operation of the printed circuit board 8010. The frame 8009 may also have a function as a heat sink.

プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
も良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は
、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
The printed circuit board 8010 has a power supply circuit, and a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal. A power supply for supplying power to the power supply circuit may be an external commercial power supply, or may be a power supply from a separately provided battery 8011. The battery 8011 can be omitted when a commercial power supply is used.

また、表示モジュール8000は、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。
The display module 8000 may further include additional components such as a polarizing plate, a retardation plate, and a prism sheet.

本実施の形態に示す表示モジュール8000は、可撓性を有してもよい。可撓性を有する
ことにより曲面や異形の形状上に貼り合わせることが可能となり、多種多様の用途が実現
する。
The display module 8000 described in this embodiment mode may have flexibility. By having flexibility, the display module can be attached to a curved surface or an irregular shape, and a wide variety of applications can be realized.

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いること
ができる。
The structure described in this embodiment mode can be used in appropriate combination with structures described in other embodiments.

(実施の形態9)
本実施の形態では、上記実施の形態で例示したトランジスタ、または記憶装置を含むR
Fタグについて、図28を用いて説明する。
(Embodiment 9)
In this embodiment, a transistor or a memory device including the transistor or the memory device described in the above embodiment is used.
The F tag will be described with reference to FIG.

本実施の形態におけるRFタグは、内部に記憶回路を有し、記憶回路に必要な情報を記
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
極めて高い信頼性が要求される。
The RF tag in this embodiment has an internal memory circuit, stores necessary information in the memory circuit, and transmits and receives information to and from the outside using a non-contact means, for example, wireless communication. Because of these characteristics, the RF tag can be used in an individual authentication system that identifies an item by reading individual information of the item. However, extremely high reliability is required for use in these applications.

RFタグの構成について図28を用いて説明する。図28は、RFタグの構成例を示す
ブロック図である。
The configuration of an RF tag will be described with reference to Fig. 28. Fig. 28 is a block diagram showing an example of the configuration of an RF tag.

図28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。またRFタグ800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に逆方向電流を十分に抑
制することが可能な材料、例えば、酸化物半導体、が用いられた構成としてもよい。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。本実施の形態に示す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. 28, an RF tag 800 has an antenna 804 that receives a radio signal 803 transmitted from an antenna 802 connected to a communicator 801 (also referred to as an interrogator, a reader/writer, or the like). The RF tag 800 also has a rectifier circuit 805, a constant voltage circuit 806, a demodulator circuit 807, a modulator circuit 808, a logic circuit 809, a memory circuit 810, and a ROM 811. Note that a material capable of sufficiently suppressing a reverse current, for example, an oxide semiconductor, may be used for a transistor exhibiting a rectifying action included in the demodulator circuit 807. This can suppress a decrease in the rectifying action caused by the reverse current and prevent the output of the demodulator circuit from being saturated. That is, the output of the demodulator circuit with respect to the input of the demodulator circuit can be made closer to linear. Note that data transmission formats are roughly classified into three types: an electromagnetic coupling type in which a pair of coils are arranged opposite each other and communication is performed by mutual induction, an electromagnetic induction type in which communication is performed by an induced electromagnetic field, and a radio wave type in which communication is performed by using radio waves. The RF tag 800 shown in this embodiment can be used for any of these types.

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、後段に設けられた容量素子により、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、リミッタ回路を設けてもよい。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 an antenna 802 connected to the communication device 801. The rectifier circuit 805 is a circuit for rectifying an input AC signal generated by receiving a radio signal at the antenna 804, for example, performing half-wave double voltage rectification, and smoothing the rectified signal by a capacitive element provided in the latter stage to generate an input potential. A limiter circuit may be provided on the input side or output side of the rectifier circuit 805. The limiter circuit is a circuit for controlling so that power above a certain level is not input to a circuit in the latter stage when the amplitude of the input AC signal is large and 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. The constant voltage circuit 806 may have an internal reset signal generation circuit. The reset signal generation circuit uses the rising edge of the stable power supply voltage to reset the logic circuit 8
09 is a circuit for generating a reset signal.

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 to generate a demodulated signal. The modulation circuit 808 is a circuit for performing modulation in accordance with 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 and processing the demodulated signal. The memory circuit 810 is a circuit for holding input information, and includes a row decoder, a column decoder, a memory area, etc. The ROM 811 is a circuit for storing a unique number (ID) and the like, and for outputting the information according to processing.

なお、上述の各回路は、必要に応じて、適宜、取捨することができる。 The above circuits can be selected or removed as needed.

ここで、先の実施の形態で説明した記憶回路を、記憶回路810に用いることができる
。本発明の一態様の記憶回路は、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タグに好適に用いることができる。さらに本発明の一態様の記憶回路は、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著しく小さいため、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。
Here, the memory circuit described in the above embodiment can be used for the memory circuit 810. The memory circuit of one embodiment of the present invention can hold information even when power is cut off, and therefore can be suitably used for an RF tag. Furthermore, the memory circuit of one embodiment of the present invention requires significantly less power (voltage) to write data than a conventional nonvolatile memory, and therefore can prevent a difference in maximum communication distance between reading and writing data. Furthermore, malfunction or erroneous writing caused by a power shortage when writing data can be suppressed.

また、本発明の一態様の記憶回路は、不揮発性の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。
Furthermore, the memory circuit of one embodiment of the present invention can be used as a nonvolatile memory and can therefore be applied to the ROM 811. In that case, it is preferable that a command for a manufacturer to write data to the ROM 811 is separately prepared so that the user cannot freely rewrite the data. By the manufacturer writing the unique number before shipping and then shipping the product, it is possible to assign the unique number only to the non-defective product to be shipped, instead of assigning the unique number to all the manufactured RF tags, and the unique numbers of the products after shipping are prevented from becoming discontinuous, which facilitates customer management for the products after shipping.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態10)
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を
備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Dis
c等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いるこ
とができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器
として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍、ビデオカメラ、
デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレ
イ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプ
レイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払
い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図57に示す
(Embodiment 10)
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used in a display device, a personal computer, or an image playback device including a recording medium (typically, a DVD: Digital Versatile Disk)
Other examples of electronic devices that can use the semiconductor device according to one embodiment of the present invention include mobile phones, game consoles including portable ones, portable data terminals, e-books, video cameras,
Examples include cameras such as digital still cameras, goggle-type displays (head-mounted displays), navigation systems, audio playback devices (car audio, digital audio players, etc.), copiers, facsimiles, printers, printer-combination machines, automated teller machines (ATMs), vending machines, etc. Specific examples of these electronic devices are shown in FIG.

図57(A)は携帯型ゲーム機であり、筐体901、筐体902、表示部903、表示
部904、マイクロフォン905、スピーカー906、操作キー907、スタイラス90
8等を有する。なお、図57(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部903と表
示部904とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されな
い。
FIG. 57A shows a portable game machine, which includes a housing 901, a housing 902, a display portion 903, a display portion 904, a microphone 905, a speaker 906, an operation key 907, a stylus 90
57A includes the two display portions 903 and 904, the number of display portions included in the portable game machine is not limited to this.

図57(B)は携帯データ端末であり、第1筐体911、第2筐体912、第1表示部
913、第2表示部914、接続部915、操作キー916等を有する。第1表示部91
3は第1筐体911に設けられており、第2表示部914は第2筐体912に設けられて
いる。そして、第1筐体911と第2筐体912とは、接続部915により接続されてお
り、第1筐体911と第2筐体912の間の角度は、接続部915により変更が可能であ
る。第1表示部913における映像を、接続部915における第1筐体911と第2筐体
912との間の角度に従って、切り替える構成としても良い。また、第1表示部913及
び第2表示部914の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装
置を用いるようにしても良い。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパ
ネルを設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォ
トセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加すること
ができる。
FIG. 57B shows a portable data terminal, which includes a first housing 911, a second housing 912, a first display unit 913, a second display unit 914, a connection unit 915, an operation key 916, and the like.
3 is provided in the first housing 911, and the second display unit 914 is provided in the second housing 912. The first housing 911 and the second housing 912 are connected by a connection unit 915, and the angle between the first housing 911 and the second housing 912 can be changed by the connection unit 915. The image on the first display unit 913 may be switched according to the angle between the first housing 911 and the second housing 912 at the connection unit 915. In addition, a display device to which a function as a position input device is added may be used for at least one of the first display unit 913 and the second display unit 914. The function as the position input device can be added by providing a touch panel to the display device. Alternatively, the function as the position input device can be added by providing a photoelectric conversion element, also called a photosensor, in the pixel unit of the display device.

図57(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体921、表示部922、
キーボード923、ポインティングデバイス924等を有する。
FIG. 57C shows a notebook personal computer, which includes a housing 921, a display portion 922,
It has a keyboard 923, a pointing device 924, etc.

図57(D)は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体931、冷蔵室用扉932、冷凍室用扉9
33等を有する。
FIG. 57D shows an electric refrigerator-freezer, which includes a housing 931, a refrigerator door 932, and a freezer door 933.
33 etc.

図57(E)はビデオカメラであり、第1筐体941、第2筐体942、表示部943
、操作キー944、レンズ945、接続部946等を有する。操作キー944及びレンズ
945は第1筐体941に設けられており、表示部943は第2筐体942に設けられて
いる。そして、第1筐体941と第2筐体942とは、接続部946により接続されてお
り、第1筐体941と第2筐体942の間の角度は、接続部946により変更が可能であ
る。表示部943における映像を、接続部946における第1筐体941と第2筐体94
2との間の角度に従って切り替える構成としても良い。
FIG. 57E shows a video camera, which includes a first housing 941, a second housing 942, and a display unit 943.
, operation keys 944, a lens 945, a connection portion 946, etc. The operation keys 944 and the lens 945 are provided on the first housing 941, and the display portion 943 is provided on the second housing 942. The first housing 941 and the second housing 942 are connected by a connection portion 946, and the angle between the first housing 941 and the second housing 942 can be changed by the connection portion 946.
2.

図57(F)は普通自動車であり、車体951、車輪952、ダッシュボード953、
ライト954等を有する。
FIG. 57(F) shows a standard automobile, which includes a body 951, wheels 952, a dashboard 953,
Light 954, etc.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

(実施の形態11)
本実施の形態では、本発明の一態様に係るRFタグの使用例について図56を用いなが
ら説明する。RFタグの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記
名債券類、証書類(運転免許証や住民票等、図56(A)参照)、包装用容器類(包装紙
やボトル等、図56(C)参照)、記録媒体(DVDやビデオテープ等、図56(B)参
照)、乗り物類(自転車等、図56(D)参照)、身の回り品(鞄や眼鏡等)、食品類、
植物類、動物類、人体、衣類、生活用品類、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機器(
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)等の物品、若しくは
各物品に取り付ける荷札(図56(E)、図56(F)参照)等に設けて使用することが
できる。
(Embodiment 11)
In this embodiment, an example of the use of an RF tag according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 56. RF tags have a wide range of uses, including, for example, banknotes, coins, securities, bearer bonds, certificates (driver's licenses and resident cards, see Fig. 56A), packaging containers (wrapping paper and bottles, see Fig. 56C), recording media (DVDs and video tapes, see Fig. 56B), vehicles (bicycles, see Fig. 56D), personal belongings (bags and glasses), food,
Plants, animals, the human body, clothing, daily necessities, medical products including medicines and pharmaceuticals, or electronic devices (
The present invention can be used by being provided on articles such as liquid crystal display devices, EL display devices, television devices, or mobile phones, or on tags attached to each article (see FIG. 56(E) and FIG. 56(F)).

本発明の一態様に係るRFタグ4000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4000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、有価証券類、無記名債券類、または証
書類等に本発明の一態様に係るRFタグ4000を設けることにより、認証機能を設ける
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
器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等に本発明の
一態様に係るRFタグを取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図
ることができる。また、乗り物類であっても、本発明の一態様に係るRFタグを取り付け
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。
The RF tag 4000 according to one embodiment of the present invention can be attached to or embedded in a surface of a device.
The RF tag 4000 according to an embodiment of the present invention is fixed to an article. For example, if the article is a book, the RF tag 4000 is embedded in paper, and if the article is a package made of organic resin, the RF tag 4000 is embedded inside the organic resin and fixed to each article. Since the RF tag 4000 according to an embodiment of the present invention is small, thin, and lightweight, the RF tag 4000 does not impair the design of the article itself even after being fixed to the article. Furthermore, by providing the RF tag 4000 according to an embodiment of the present invention to paper money, coins, securities, bearer bonds, certificates, etc., an authentication function can be provided, and by utilizing this authentication function, counterfeiting can be prevented. Furthermore, by attaching the RF tag according to an embodiment of the present invention to packaging containers, recording media, personal items, food, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., the efficiency of a system such as an inspection system can be improved. Furthermore, even in vehicles, the security against theft can be improved by attaching the RF tag according to an embodiment of the present invention.

以上のように、本発明の一態様に係わるRFタグを本実施の形態に挙げた各用途に用い
ることにより、情報の書込みや読み出しを含む動作電力を低減できるため、最大通信距離
を長くとることが可能となる。また、電力が遮断された状態であっても情報を極めて長い
期間保持可能であるため、書き込みや読み出しの頻度が低い用途にも好適に用いることが
できる。
As described above, by using the RF tag according to one embodiment of the present invention for each of the applications described in this embodiment, the operating power including writing and reading of information can be reduced, and therefore the maximum communication distance can be increased. In addition, since the RF tag can hold information for an extremely long period even when the power is cut off, the RF tag can be suitably used for applications where writing and reading are not performed frequently.

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。
This embodiment mode can be implemented by appropriately combining at least a part of it with other embodiment modes described in this specification.

なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分
、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複
数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)に対して、組み合わせることによ
り、さらに多くの図を構成させることが出来る。
In addition, a figure (or a part thereof) described in one embodiment can be combined with another part of that figure, with another figure (or a part thereof) described in that embodiment, and/or with a figure (or a part thereof) described in one or more other embodiments to form even more figures.

なお、明細書の中の図面や文章において規定されていない内容について、その内容を除
くことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限
値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めること
で、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規
定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内
に入らないことを規定することができる。
In addition, it is possible to configure an embodiment of the invention that specifies the exclusion of any content that is not specified in the drawings or text of the specification. Alternatively, when a numerical range is described for a certain value, such as an upper limit and a lower limit, it is possible to specify an embodiment of the invention that excludes a part of the range by narrowing the range arbitrarily or by excluding one point in the range. In this way, it is possible to specify that, for example, the prior art does not fall within the technical scope of an embodiment of the present invention.

具体例としては、ある回路において、第1乃至第5のトランジスタを用いている回路図
が記載されているとする。その場合、その回路が、第6のトランジスタを有していないこ
とを発明として規定することが可能である。または、その回路が、容量素子を有していな
いことを規定することが可能である。さらに、その回路が、ある特定の接続構造をとって
いるような第6のトランジスタを有していない、と規定して発明を構成することができる
。または、その回路が、ある特定の接続構造をとっている容量素子を有していない、と規
定して発明を構成することができる。例えば、ゲートが第3のトランジスタのゲートと接
続されている第6のトランジスタを有していない、と発明を規定することが可能である。
または、例えば、第1の電極が第3のトランジスタのゲートと接続されている容量素子を
有していない、と発明を規定することが可能である。
As a specific example, suppose a circuit diagram is described in which a first to fifth transistors are used in a certain circuit. In that case, it is possible to specify that the circuit does not have a sixth transistor as an invention. Or, it is possible to specify that the circuit does not have a capacitive element. Furthermore, it is possible to configure the invention by specifying that the circuit does not have a sixth transistor having a certain specific connection structure. Or, it is possible to configure the invention by specifying that the circuit does not have a capacitive element having a certain specific connection structure. For example, it is possible to specify that the invention does not have a sixth transistor whose gate is connected to the gate of the third transistor.
Alternatively, for example, the invention can be specified so as not to have a capacitive element whose first electrode is connected to the gate of the third transistor.

別の具体例としては、ある物質の性質について、例えば、「ある膜は、絶縁膜である」
と記載されているとする。その場合、例えば、その絶縁膜が、有機絶縁膜である場合を除
く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その絶縁膜が、無機
絶縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば
、その膜が、導電膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。ま
たは、例えば、その膜が、半導体膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが
可能である。
As another specific example, regarding the properties of a certain substance, for example, "a certain film is an insulating film"
In this case, for example, it is possible to specify one embodiment of the invention excluding the case where the insulating film is an organic insulating film. Or, for example, it is possible to specify one embodiment of the invention excluding the case where the insulating film is an inorganic insulating film. Or, for example, it is possible to specify one embodiment of the invention excluding the case where the film is a conductive film. Or, for example, it is possible to specify one embodiment of the invention excluding the case where the film is a semiconductor film.

別の具体例としては、ある積層構造について、例えば、「A膜とB膜との間に、ある膜
が設けられている」と記載されているとする。その場合、例えば、その膜が、4層以上の
積層膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、A膜と
その膜との間に、導電膜が設けられている場合を除く、と発明を規定することが可能であ
る。
As another specific example, suppose that a certain laminated structure is described as "a certain film is provided between film A and film B." In that case, for example, it is possible to specify the invention such that the film is a laminated film of four or more layers excepted. Or, for example, it is possible to specify the invention such that the invention is not a case where a conductive film is provided between film A and the film.

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章にお
いて、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって
、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取
り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成す
ることが可能であるものとする。そして、その発明の一態様は明確であると言える。その
ため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、配線、受動素子(容量素子
、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有機材料、無機材料、部品、装置、動作
方法、製造方法などが単数もしくは複数記載された図面または文章において、その一部分
を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、N個(N
は整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有して構成される回路図から、M個
(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を抜き出して、発明の
一態様を構成することは可能である。別の例としては、N個(Nは整数)の層を有して構
成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層を抜き出して、発明の一態様を構
成することは可能である。さらに別の例としては、N個(Nは整数)の要素を有して構成
されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N)の要素を抜き出して、発明の一
態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、「Aは、B、C、D、E、ま
たは、Fを有する」と記載されている文章から、一部の要素を任意に抜き出して、「Aは
、BとEとを有する」、「Aは、EとFとを有する」、「Aは、CとEとFとを有する」
、または、「Aは、BとCとDとEとを有する」などの発明の一態様を構成することは可
能である。
In this specification, it is possible to take a part of a figure or text describing one embodiment and configure one aspect of the invention. Therefore, when a figure or text describing a certain part is described, the content of the part taken out of that figure or text is also disclosed as one aspect of the invention, and it is considered that it is possible to configure one aspect of the invention. And it can be said that one aspect of the invention is clear. Therefore, for example, in a figure or text that describes one or more active elements (transistors, diodes, etc.), wiring, passive elements (capacitive elements, resistive elements, etc.), conductive layers, insulating layers, semiconductor layers, organic materials, inorganic materials, parts, devices, operating methods, manufacturing methods, etc., it is considered that it is possible to take a part of that and configure one aspect of the invention. For example, when N pieces (N
It is possible to configure one embodiment of the invention by extracting M (M is an integer, M<N) circuit elements (transistors, capacitors, etc.) from a circuit diagram having M (M is an integer, M<N) circuit elements (transistors, capacitors, etc.). As another example, it is possible to configure one embodiment of the invention by extracting M (M is an integer, M<N) layers from a cross-sectional diagram having N (N is an integer) layers. As yet another example, it is possible to configure one embodiment of the invention by extracting M (M is an integer, M<N) elements from a flow chart having N (N is an integer) elements. As yet another example, it is possible to arbitrarily extract some elements from a sentence that states "A has B, C, D, E, or F" to make it into "A has B and E,""A has E and F," or "A has C, E, and F."
Or, it is possible to construct an aspect of the invention such as "A has B, C, D, and E."

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章にお
いて、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すこと
は、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べ
る図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位
概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが
可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。
In this specification, when at least one specific example is described in a figure or text described in a certain embodiment, a person skilled in the art can easily understand that a generic concept of the specific example can be derived. Therefore, when at least one specific example is described in a figure or text described in a certain embodiment, the generic concept of the specific example is also disclosed as one aspect of the invention and can constitute one aspect of the invention. And, it can be said that one aspect of the invention is clear.

なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容(図の中の一部でもよい)
は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能
である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べてい
なくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を
構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様
として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、
その発明の一態様は明確であると言える。
In this specification, at least the contents shown in the drawings (or even a part of the drawings)
is disclosed as one aspect of the invention and can constitute one aspect of the invention. Therefore, if certain content is shown in a drawing, even if it is not described in text, the content is disclosed as one aspect of the invention and can constitute one aspect of the invention. Similarly, a drawing that is a part of a drawing is also disclosed as one aspect of the invention and can constitute one aspect of the invention. And,
One aspect of the invention is clear.

本実施例では、本発明の一態様である酸化物半導体膜の評価結果について説明する。 In this example, we will describe the evaluation results of an oxide semiconductor film, which is one embodiment of the present invention.

[作製方法]
シリコンウェハに熱酸化を施して酸化シリコン膜を100nm形成した。その後、酸化
物半導体膜として、スパッタリング法によりIn-Ga-Zn酸化物を100nm形成し
た。スパッタリング法の条件として、ターゲットはIn:Ga:Zn=1:1:1(原子
数比)の多結晶のIn-Ga-Zn酸化物を用い、電源は0.5kW(DC)とし、基板
とターゲット間の距離は60mmとした。また成膜ガスとしてアルゴン及び酸素を用い、
それぞれの流量はアルゴンを30sccm、酸素を15sccmとした。圧力は、0.4
Paとした。基板温度は、試料E1-1では170℃とし、試料F1-1では300℃と
した。
[Production method]
A silicon wafer was subjected to thermal oxidation to form a silicon oxide film of 100 nm. Then, an In-Ga-Zn oxide film of 100 nm was formed as an oxide semiconductor film by a sputtering method. The conditions of the sputtering method were as follows: a polycrystalline In-Ga-Zn oxide target with an atomic ratio of In:Ga:Zn=1:1:1, a power supply of 0.5 kW (DC), and a distance between the substrate and the target of 60 mm. Argon and oxygen were used as deposition gases, and
The flow rates of argon and oxygen were 30 sccm and 15 sccm, respectively.
The substrate temperature was set to 170° C. for sample E1-1 and 300° C. for sample F1-1.

次に、熱処理を行った。熱処理条件は、450℃にて、窒素雰囲気下において加熱処理
を1時間行った後、同じ処理室内にて、450℃において酸素雰囲気下において加熱処理
を1時間行った。
Next, a heat treatment was performed under the conditions of 450° C. in a nitrogen atmosphere for 1 hour, and then, in the same treatment chamber, a heat treatment was performed under an oxygen atmosphere at 450° C. for 1 hour.

[XRD評価]
次にXRD装置を用いて評価を行った結果を説明する。XRD装置は、多機能薄膜材料
評価X線回折装置D8 DISCOVER Hybrid(Bruker AXS社製)
を用いて、各試料の評価を行った。図43はOut-Of-Plane法による解析結果
である。図43(A)に試料E1-1、(B)に試料F1-1の結果を示す。いずれの試
料でも2θ=31°近傍にピークがみられた。170℃で成膜した条件はピークがブロー
ドで、300℃で成膜した条件ではピークがより鋭くなる傾向がみられた。このピークは
、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、成膜温度をより高くす
ることによりc軸配向性を有する酸化物半導体膜の結晶が増加すると示唆される。
[XRD evaluation]
Next, the results of evaluation using an XRD device will be described. The XRD device is a multifunctional thin film material evaluation X-ray diffraction device D8 DISCOVER Hybrid (manufactured by Bruker AXS).
Each sample was evaluated using the method. FIG. 43 shows the analysis results by the out-of-plane method. FIG. 43A shows the results of sample E1-1, and FIG. 43B shows the results of sample F1-1. A peak was observed in the vicinity of 2θ=31° in each sample. The peak tended to be broad when the film was formed at 170° C., and sharper when the film was formed at 300° C. This peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystals, suggesting that increasing the film formation temperature increases the crystals of the oxide semiconductor film having c-axis orientation.

[膜密度評価]
次に、膜密度を測定した。膜密度の評価には、XRR(X線反射率法:X-ray R
eflectometry)を用いた。得られた膜密度は、試料E1-1が6.18[g
/cm]、試料F1-1が6.36[g/cm]であった。いずれの条件においても
緻密で良好な膜が得られた。
[Film density evaluation]
Next, the film density was measured. The film density was evaluated by XRR (X-ray reflectometry).
The obtained film density was 6.18 [g
/cm 3 ], and sample F1-1 had a density of 6.36 [g/cm 3 ]. Under all conditions, a dense and excellent film was obtained.

[ナノビーム電子回折]
次に、試料E1-1及び試料F1-1について、ナノビーム電子回折による解析を行っ
た。電子回折の取得には、日立ハイテクノロジーズ製「HF-2000」を用いた。加速
電圧は200kVとした。
[Nanobeam electron diffraction]
Next, the samples E1-1 and F1-1 were analyzed by nanobeam electron diffraction. The electron diffraction was obtained using Hitachi High-Technologies'"HF-2000". The accelerating voltage was 200 kV.

酸化物半導体膜を有する各試料の上面に対し、少しずつサンプルステージを移動してス
キャンを行いながら透過電子回折パターンを取得した。電子線としてプローブ径が1nm
のナノビーム電子線を用いた。また各試料とも3箇所で同様の測定を行った。つまり各試
料において、scan1乃至scan3の合計3回のスキャンを行った。
The sample stage was moved little by little to scan the upper surface of each sample having an oxide semiconductor film, and a transmission electron diffraction pattern was obtained.
A nano-beam electron beam of 100 nm was used. The same measurements were performed at three points on each sample. In other words, a total of three scans, scan 1 to scan 3, were performed on each sample.

5nm/秒の速度でスキャンしながら回折パターンを観測し、動画を取得した。次に、
得られた動画で観測された回折パターンを、0.5秒ごとに静止画に変換した。変換した
静止画を解析し、nc-OS膜のパターンと、CAAC-OS膜のパターンと、スピネル
型の結晶構造のパターンとの3つに分類した。試料E1-1および試料F1-1について
、Scan1乃至Scan3において各パターンに分類された画像数を表3に示す。また
、試料E1-1の電子回折パターンのscan1の結果を図44乃至図48に、試料F1
-1のscan1の結果を図49乃至図53に示す。また、図44乃至図48に示す電子
回折の結果のうち、CAAC-OS膜のパターンと判断されたものを破線で囲み、示した
。また、図49乃至図53に示す電子回折の結果のうち、nc-OS膜のパターンと判断
されたものを破線で囲み、示した。
The diffraction pattern was observed while scanning at a speed of 5 nm/sec, and a video was obtained.
The diffraction patterns observed in the obtained movie were converted into still images every 0.5 seconds. The converted still images were analyzed and classified into three patterns: an nc-OS film pattern, a CAAC-OS film pattern, and a spinel crystal structure pattern. For samples E1-1 and F1-1, the number of images classified into each pattern in Scan 1 to Scan 3 is shown in Table 3. The results of Scan 1 of the electron diffraction pattern of sample E1-1 are shown in FIGS. 44 to 48, and the results of Scan 1 of sample F1-1 are shown in Table 3.
The results of scan 1 of -1 are shown in Figures 49 to 53. Among the electron diffraction results shown in Figures 44 to 48, patterns determined to be CAAC-OS film patterns are enclosed by dashed lines. Among the electron diffraction results shown in Figures 49 to 53, patterns determined to be nc-OS film patterns are enclosed by dashed lines.

Figure 2024055906000003
Figure 2024055906000003

試料E1-1では、nc比率は90%以上と高い値を示した。成膜温度をより低くする
ことにより、nc比率はより高まることがわかった。また、いずれの試料においても、n
c比率とCAAC比率の和は100%であった。
In the sample E1-1, the n-c ratio was as high as 90% or more. It was found that the n-c ratio could be increased by lowering the film formation temperature.
The sum of the c ratio and the CAAC ratio was 100%.

本実施例ではIn-Ga-Zn酸化物の膜密度評価結果及びTDS(Thermal
Desorption Spectroscopy:昇温脱離ガス分光法)分析の結果を
示す。
In this example, the film density evaluation results and TDS (Thermal Distribution Spectral Analysis) of the In-Ga-Zn oxide are shown.
The results of thermal desorption spectroscopy (thermal desorption spectroscopy) analysis are shown below.

予め洗浄処理した石英基板の上に、スパッタリング法を用いてIn-Ga-Zn酸化物
を成膜した。ターゲットはIn:Ga:Zn=1:1:1(原子数比)の多結晶のIn-
Ga-Zn酸化物を用いた。成膜条件は、電源電力が100Wとし、成膜ガスとしてアル
ゴン及び酸素を用い、アルゴンガスと酸素ガスの流量の総量に対し、酸素ガスの流量が2
%となるように流量を調整した。圧力は、0.4Paもしくは1.0Paとした。基板温
度は室温とした。成膜条件、及び膜密度を表4に示す。sampleB及びsample
Dは、スパッタリング法によりIn-Ga-Zn酸化物を成膜した後、450℃で熱処理
を行った。膜密度の評価は、XRRを用いた。表4に示すように、sampleCでは密
度は6[g/cm]以上と高い値を示した。
A film of In-Ga-Zn oxide was formed on a pre-cleaned quartz substrate by sputtering. The target was polycrystalline In-
The deposition conditions were as follows: power supply was 100 W, argon and oxygen were used as deposition gases, and the flow rate of oxygen gas was 2 times the total flow rate of argon gas and oxygen gas.
%. The pressure was 0.4 Pa or 1.0 Pa. The substrate temperature was room temperature. The film formation conditions and film density are shown in Table 4.
Sample D was formed by sputtering an In-Ga-Zn oxide film, and then heat-treated at 450° C. The film density was evaluated by XRR. As shown in Table 4, sample C showed a high density of 6 g/cm 3 or more.

Figure 2024055906000004
Figure 2024055906000004

次に、sampleA乃至sampleDについて、TDS分析を行った。分子量が1
8の脱ガスの放出量を図54(A)及び(B)に示す。分子量が18の脱ガスはHO由
来と考えられる。sampleAでは放出量が大きく、熱処理を行ったsampleBで
は放出量が減少した。膜密度の高いsampleCでは熱処理を行わなくてもガス放出量
は小さく、膜中に含まれる水分量が小さいと考えられる。
Next, TDS analysis was performed on sample A to sample D.
54(A) and (B) show the amount of outgassing of sample 8. The outgassing of molecular weight 18 is considered to be derived from H2O . The amount of outgassing was large in sample A, and decreased in sample B which was subjected to heat treatment. In sample C which has a high film density, the amount of outgassing was small even without heat treatment, and it is considered that the amount of moisture contained in the film is small.

次に、sampleA乃至sampleDについて、電子線照射による結晶の大きさ(
結晶サイズ)の変化を評価した。結晶サイズは、TEMを用いて断面を観察し、算出した
。TEMを用いて電子線照射を行い、累積照射量と結晶サイズの関係を評価した結果を図
55に示す。sampleAでは電子線照射を行う毎に結晶が大きくなる傾向がみられた
。ここで、電子線照射を行う前の結晶サイズは、例えば図55に示す近似線において累積
照射量が0[e/nm]の値とすればよい。熱処理を行ったsampleBでは、結
晶の大きさの変化が小さくなった。また、膜密度の高いsampleC及びsample
Dでは、電子線の累積照射量が4.2×10[e/nm]までの範囲において結晶
の大きさに顕著な変化はみられなかった。
Next, for sample A to sample D, the size of the crystals due to electron beam irradiation (
The change in the crystal size was evaluated. The cross section was observed using a TEM and the crystal size was calculated. Electron beam irradiation was performed using a TEM, and the results of evaluating the relationship between the cumulative dose and the crystal size are shown in FIG. 55. In sample A, the crystals tended to grow larger with each electron beam irradiation. Here, the crystal size before electron beam irradiation may be set to the value where the cumulative dose is 0 [e - /nm 2 ] on the approximation line shown in FIG. 55, for example. In sample B, which was subjected to heat treatment, the change in the crystal size was small. Also, in sample C and sample B, which have high film density,
In the case of D, no significant change in crystal size was observed up to a cumulative electron beam irradiation dose of 4.2×10 8 [e /nm 2 ].

本実施例では、酸化物半導体膜の安定性について評価した。試料1、試料2および試料3
の作製方法を以下に示す。
In this example, the stability of oxide semiconductor films was evaluated.
The method for producing the above is described below.

まずは、石英基板上に、RFスパッタリング法により、厚さ100nmのIn-Ga-Z
n酸化物を成膜する。ターゲットは、多結晶のIn-Ga-Zn酸化物(In:Ga:Z
n=1:1:1[原子数比])を用いた。成膜ガスは、酸素ガスを2sccmおよびアル
ゴンガスを98sccmとした。また、電力は100Wとした。また、成膜時の基板温度
は室温とした。ここで、試料1は成膜圧力を0.4Paとした。また、試料2は成膜圧力
を1.0Paとした。
First, a 100 nm thick In-Ga-Z film was deposited on a quartz substrate by RF sputtering.
The target is a polycrystalline In-Ga-Zn oxide (In:Ga:Zn
n=1:1:1 [atomic ratio]) was used. The deposition gas was oxygen gas at 2 sccm and argon gas at 98 sccm. The power was 100 W. The substrate temperature during deposition was room temperature. Here, the deposition pressure for sample 1 was 0.4 Pa. The deposition pressure for sample 2 was 1.0 Pa.

試料3では、石英基板上に、DCスパッタリング法により、厚さ100nmのIn-Ga
-Zn酸化物を成膜する。ターゲットは、In-Ga-Zn酸化物(In:Ga:Zn=
1:1:1[原子数比])を用いた。成膜ガスは、酸素ガスを10sccmおよびアルゴ
ンガスを20sccmとした。また、電力は200Wとした。また、成膜時の基板温度は
300℃とした。成膜圧力は0.4Paとした。
In sample 3, a 100 nm thick In-Ga GaN film was deposited on a quartz substrate by DC sputtering.
The target is In—Ga—Zn oxide (In:Ga:Zn=
The deposition gas was oxygen gas at 10 sccm and argon gas at 20 sccm. The power was 200 W. The substrate temperature during deposition was 300° C. The deposition pressure was 0.4 Pa.

次に、酸素および窒素を含む雰囲気下で1時間の加熱処理を行った。加熱処理温度は25
0℃、300℃、350℃、400℃、および450℃の5条件とした。その後、加熱処
理を行っていない条件も含め、試料1、試料2および試料3の膜密度を測定した。膜密度
の測定には、Bruker AXS社製X線回折装置D8 ADVANCEによるXRR
を用いた。試料1の結果を図58(A)に、試料2の結果を図58(B)に、試料3の結
果を図58(C)に示す。横軸は加熱処理の温度である。試料1の膜密度は5.9g/c
から6.1g/cmであった。試料2の膜密度は5.6g/cmから5.8g/
cmの範囲であった。試料3の膜密度は6.2g/cmから6.4g/cmの範囲
であった。
Next, a heat treatment was performed for 1 hour in an atmosphere containing oxygen and nitrogen.
The five conditions were 0° C., 300° C., 350° C., 400° C., and 450° C. Then, the film density of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 was measured, including the condition where no heat treatment was performed. The film density was measured using an XRR diffractometer D8 ADVANCE manufactured by Bruker AXS.
The results for sample 1 are shown in FIG. 58(A), the results for sample 2 in FIG. 58(B), and the results for sample 3 in FIG. 58(C). The horizontal axis represents the temperature of the heat treatment. The film density of sample 1 was 5.9 g/cm.
The film density of sample 2 ranged from 5.6 g/ cm3 to 5.8 g/ cm3 .
The film density of sample 3 ranged from 6.2 g/ cm3 to 6.4 g/ cm3 .

次に、試料1、試料2および試料3を、リン酸を純水で100倍に希釈した水溶液を用い
てエッチングした。そして、エッチング前後の厚さを測定することで、エッチングレート
を測定した。試料1の結果を図59(A)に、試料2の結果を図59(B)に、試料3の
結果を図59(C)に示す。試料1および試料2は加熱処理の温度が高いほど、エッチン
グレートが低くなることがわかった。試料3は加熱処理の温度による差が小さいことがわ
かった。また、加熱処理を行った試料2よりも加熱処理を行っていない試料1のほうが、
エッチングレートが低くなることがわかった。また、加熱処理を行った試料1よりも加熱
処理を行っていない試料3のほうが、エッチングレートが低くなることがわかった。
Next, samples 1, 2 and 3 were etched using an aqueous solution of phosphoric acid diluted 100 times with pure water. The etching rates were then determined by measuring the thickness before and after etching. The results for sample 1 are shown in FIG. 59(A), those for sample 2 in FIG. 59(B) and those for sample 3 in FIG. 59(C). It was found that the higher the heat treatment temperature, the lower the etching rate for samples 1 and 2. It was found that the difference due to the heat treatment temperature was small for sample 3. Also, sample 1, which was not subjected to heat treatment, had a higher etching rate than sample 2, which was subjected to heat treatment.
It was also found that the etching rate of Sample 3, which was not subjected to heat treatment, was lower than that of Sample 1, which was subjected to heat treatment.

次に、試料1、試料2および試料3をTDS分析し、質量電荷比が18の脱ガス(水)の
放出量を測定した。TDS分析には、電子科学株式会社製昇温脱離分析装置TDS-12
00を用いた。試料1の結果を図60(A)に、試料2の結果を図60(B)に、試料3
の結果を図60(C)に示す。試料1、試料2および試料3は加熱処理の温度が高いほど
、質量電荷比が18の脱ガスの放出量が少なくなることがわかった。また、加熱処理を行
った試料2よりも加熱処理を行っていない試料1のほうが、質量電荷比が18の脱ガスの
放出量が少なくなることがわかった。また、加熱処理を行った試料1よりも加熱処理を行
っていない試料3のほうが、質量電荷比が18の脱ガスの放出量が少なくなることがわか
った。
Next, Sample 1, Sample 2, and Sample 3 were subjected to TDS analysis to measure the amount of outgassed gas (water) with a mass-to-charge ratio of 18. The TDS analysis was performed using a thermal desorption analyzer TDS-12 manufactured by Electron Science Corporation.
The results of sample 1 are shown in FIG. 60(A), the results of sample 2 are shown in FIG. 60(B), and the results of sample 3 are shown in FIG.
The results are shown in Figure 60(C). It was found that for Sample 1, Sample 2, and Sample 3, the higher the temperature of the heat treatment, the smaller the amount of outgassing with a mass-to-charge ratio of 18 that was released. It was also found that Sample 1, which was not subjected to heat treatment, released a smaller amount of outgassing with a mass-to-charge ratio of 18 than Sample 2, which was subjected to heat treatment. It was also found that Sample 3, which was not subjected to heat treatment, released a smaller amount of outgassing with a mass-to-charge ratio of 18 than Sample 1, which was subjected to heat treatment.

次に、試料1および試料2の水素濃度を測定した。水素濃度の測定はSIMSで行った。
SIMSは、CAMECA社製IMS 7fRを用いた。試料1の結果を図61(A)お
よび図68(A)に、試料2の結果を図61(B)および図68(B)に示す。ここで、
図68(A)および図68(B)には、横軸に膜表面からの深さを、縦軸に水素濃度を示
す。また、図61(A)および図61(B)には、深さ10nmから60nmまでの水素
濃度の平均値を示す。また、図68(A)および図68(B)において、深さ80nm近
傍で急激に水素濃度が変化する領域より後では、In-Ga-Zn酸化物膜が残存せずに
石英基板を測定している可能性がある。また、10nm未満の領域では表面状態の影響を
受ける可能性がある。よって、In-Ga-Zn酸化物膜の水素濃度は、例えば深さ10
nmから60nmまでの平均値で表すことが好ましい。試料1および試料2は加熱処理の
温度が高いほど、水素濃度が低くなることがわかった。また、加熱処理を行った試料2よ
りも加熱処理を行っていない試料1のほうが、水素濃度が低くなることがわかった。
Next, the hydrogen concentrations were measured for Sample 1 and Sample 2. The hydrogen concentrations were measured by SIMS.
For the SIMS, an IMS 7fR manufactured by CAMECA was used. The results for Sample 1 are shown in Fig. 61(A) and Fig. 68(A), and the results for Sample 2 are shown in Fig. 61(B) and Fig. 68(B).
In Figures 68(A) and 68(B), the horizontal axis indicates the depth from the film surface, and the vertical axis indicates the hydrogen concentration. Also, Figures 61(A) and 61(B) show the average hydrogen concentration from a depth of 10 nm to 60 nm. Also, in Figures 68(A) and 68(B), after the region where the hydrogen concentration changes suddenly in the vicinity of a depth of 80 nm, there is a possibility that the In-Ga-Zn oxide film does not remain and the quartz substrate is measured. Also, in the region less than 10 nm, there is a possibility that the surface condition may affect the hydrogen concentration. Therefore, the hydrogen concentration of the In-Ga-Zn oxide film is, for example, at a depth of 10
It is preferable to express the hydrogen concentration as an average value from 0.1 nm to 60 nm. It was found that the hydrogen concentration decreased with increasing heat treatment temperature for Samples 1 and 2. It was also found that the hydrogen concentration was lower in Sample 1, which was not subjected to heat treatment, than in Sample 2, which was subjected to heat treatment.

次に、試料1、試料2および試料3の加熱処理による結晶サイズの変化をTEMで測定し
た。なお、結晶サイズは、20点から45点の平均値で示す。TEMは、日立透過電子顕
微鏡H-9000NARを用いた。試料1の結果を図62(A)に、試料2の結果を図6
2(B)、試料3の結果を図62(C)に示す。試料1は、加熱処理の温度によらず結晶
サイズが1.4nm程度であることがわかった。試料2は、加熱処理を行っていないとき
(図67参照。)は結晶サイズが1.2nm程度であったものが、250℃の加熱処理に
よって1.3nm程度まで成長し、さらに300℃の加熱処理によって1.6nm程度ま
で成長した。また、300℃から450℃の範囲では結晶サイズに変化は見られなかった
。また、試料3においても、結晶サイズは加熱処理の温度によらず1.5乃至1.6nm
であった。
Next, the change in crystal size due to the heat treatment of Sample 1, Sample 2, and Sample 3 was measured by TEM. The crystal size is shown as an average value of 20 to 45 points. A Hitachi transmission electron microscope H-9000NAR was used for the TEM. The results of Sample 1 are shown in Figure 62(A) and the results of Sample 2 are shown in Figure 62(B).
The results for Sample 2 (B) and Sample 3 are shown in Figure 62 (C). It was found that the crystal size of Sample 1 was about 1.4 nm regardless of the heat treatment temperature. Sample 2 had a crystal size of about 1.2 nm when not heat treated (see Figure 67), but this grew to about 1.3 nm by heat treatment at 250°C, and further grew to about 1.6 nm by heat treatment at 300°C. No change in crystal size was observed in the range from 300°C to 450°C. Also, in Sample 3, the crystal size was 1.5 to 1.6 nm regardless of the heat treatment temperature.
Met.

次に、試料1、試料2および試料3の電子線照射による結晶サイズの変化をTEMで測定
した。試料1の結果を図63(A)に、試料2の結果を図63(B)、試料3の結果を図
63(C)に示す。試料1および試料3は、加熱処理の温度によらず、また電子線照射に
よっても結晶サイズの変化はほとんど見られなかった。試料2は、電子線照射によって結
晶サイズの増大が見られた。また、この傾向は加熱処理の温度が低いほど顕著であった。
Next, the change in crystal size due to electron beam irradiation in Samples 1, 2, and 3 was measured by TEM. The results for Sample 1 are shown in Figure 63(A), those for Sample 2 in Figure 63(B), and those for Sample 3 in Figure 63(C). Samples 1 and 3 showed almost no change in crystal size regardless of the heat treatment temperature, and even with electron beam irradiation. Sample 2 showed an increase in crystal size due to electron beam irradiation. This tendency was more pronounced the lower the heat treatment temperature.

加熱処理による結晶サイズの変化、および電子線照射による結晶サイズの変化を見ると、
試料1および試料3は試料2よりも高い安定性を有することがわかる。試料1、試料2お
よび試料3を上述した構造の分類に照らし合わせると、試料1はnc-OS膜となり、試
料2はa-like OS膜となり、試料3はCAAC-OSとなる。
When we look at the changes in crystal size due to heat treatment and electron beam irradiation,
It can be seen that Sample 1 and Sample 3 have higher stability than Sample 2. When Sample 1, Sample 2, and Sample 3 are classified according to the above-mentioned structures, Sample 1 is an nc-OS film, Sample 2 is an a-like OS film, and Sample 3 is a CAAC-OS film.

このように、nc-OS膜は、a-like OS膜よりも膜密度が高く、エッチングレ
ートが低く、水の脱ガスが少なく、かつ水素濃度が低い。また、その差は、成膜後の加熱
処理では埋めることはできない。即ち、トランジスタには、成膜時にnc-OS膜である
酸化物半導体膜を用いることが重要である。
As described above, the nc-OS film has a higher film density, a lower etching rate, less water degassing, and a lower hydrogen concentration than the a-like OS film. Furthermore, these differences cannot be compensated for by heat treatment after the film formation. In other words, it is important to use an oxide semiconductor film, which is an nc-OS film, for the transistor during film formation.

本実施例では、nc-OS膜の局在準位を評価した。局在準位の評価は、CPM(Con
stant photocurrent method)測定で行った。
In this example, the localized states of the nc-OS film were evaluated.
The measurement was performed using the stant photocurrent method.

CPM測定には、ガラス基板上のゲート電極(タングステン)と、ゲート電極上のnc-
OS膜と、ゲート電極とnc-OS膜との間のゲート絶縁体(酸化窒化シリコン)と、n
c-OS膜と接する一対の電極(タングステン、アルミニウムおよびチタンの順に形成さ
れた積層体)と、nc-OS膜上および一対の電極上の絶縁体(酸化窒化シリコンおよび
窒化シリコンの順に形成された積層体)と、を有する試料を準備した。なお、nc-OS
膜の成膜は、ACスパッタリング法により、厚さ35nmで行った。ターゲットは、In
-Ga-Zn酸化物(In:Ga:Zn=1:1:1.2[原子数比])を用いた。成膜
ガスは、酸素ガスを10体積%およびアルゴンガスを90体積%とした。また、電力は2
.5kWとした。また、成膜時の基板温度は室温とした。また、成膜圧力は0.6Paと
した。
For the CPM measurement, a gate electrode (tungsten) on a glass substrate and an nc-
an OS film, a gate insulator (silicon oxynitride) between the gate electrode and the nc-OS film,
A sample was prepared that had a pair of electrodes (a stack of tungsten, aluminum, and titanium formed in this order) in contact with the nc-OS film, and an insulator (a stack of silicon oxynitride and silicon nitride formed in this order) over the nc-OS film and the pair of electrodes.
The film was formed to a thickness of 35 nm by AC sputtering.
The deposition gas was 10% by volume of oxygen gas and 90% by volume of argon gas.
The power was set to 0.5 kW. The substrate temperature during the film formation was set to room temperature. The film formation pressure was set to 0.6 Pa.

次に、作製した試料に対して加熱処理を行った。加熱処理は、窒素雰囲気下で1時間行っ
た後、さらに酸素および窒素を含む雰囲気下で1時間行った。
Next, the prepared sample was subjected to a heat treatment in a nitrogen atmosphere for one hour, and then in an atmosphere containing oxygen and nitrogen for another hour.

CPM測定は、nc-OS膜に接して設けられた一対の電極間に電圧を印加した状態で光
電流値が一定となるように端子間の試料面に照射する光量を調整し、照射光量から吸収係
数を導出する。ここでは、吸収係数の導出を各波長にて行った。CPM測定では、局在準
位密度に応じたエネルギー(波長より換算)における吸収係数が増加する。この吸収係数
の増加分に定数を掛けることにより、試料の局在準位密度を導出することができる。
In the CPM measurement, a voltage is applied between a pair of electrodes provided in contact with the nc-OS film, and the amount of light irradiated onto the sample surface between the terminals is adjusted so that the photocurrent value is constant, and the absorption coefficient is derived from the amount of irradiated light. Here, the absorption coefficient is derived for each wavelength. In the CPM measurement, the absorption coefficient increases at the energy (converted from the wavelength) corresponding to the localized level density. The localized level density of the sample can be derived by multiplying this increase in the absorption coefficient by a constant.

また、光吸収スペクトルのカーブからバンドテイルに起因する光吸収(アーバックテイル
)を取り除くことにより、局在準位による吸収係数αを以下の式から算出することができ
る。
In addition, by removing the optical absorption due to the band tail (Urbach tail) from the optical absorption spectrum curve, the absorption coefficient α due to the localized level can be calculated from the following formula.

α=∫[(α(E)-α)/E]dE α=∫[(α(E) -αu )/E]dE

ここで、Eはエネルギー、α(E)は各エネルギーにおける吸収係数を表し、αはアー
バックテイルによる吸収係数を表す。
Here, E is energy, α(E) is the absorption coefficient at each energy, and αu is the absorption coefficient due to the Urbach tail.

なお、アーバックテイルの傾きをアーバックエネルギーという。アーバックエネルギーが
低いほど、欠陥が少なく、価電子帯のバンド端における準位のテイル(裾)の傾きが急峻
である秩序性の高い半導体膜であるといえる。
The slope of the Urbach tail is called the Urbach energy. The lower the Urbach energy, the fewer defects there are and the steeper the slope of the tail of the level at the edge of the valence band is, which means that the semiconductor film is more ordered.

図64に、分光光度計によって測定した吸収係数(点線)と、CPMによって測定した吸
収係数(実線)とを酸化物半導体膜のエネルギーギャップ以上のエネルギー範囲において
、フィッティングした結果を示す。図64(A)は成膜後に300℃で加熱処理をした試
料の結果を、図64(B)は成膜後に400℃で加熱処理をした試料の結果を、図64(
C)は成膜後に450℃で加熱処理をした試料の結果をそれぞれ示す。CPMによって測
定した吸収係数より得られたアーバックエネルギーは、それぞれ72.65meV、69
.45meVおよび70.32meVであった。
64 shows the results of fitting the absorption coefficient measured by a spectrophotometer (dotted line) and the absorption coefficient measured by CPM (solid line) in an energy range equal to or greater than the energy gap of the oxide semiconductor film. FIG. 64A shows the results of a sample that was subjected to heat treatment at 300° C. after film formation, FIG. 64B shows the results of a sample that was subjected to heat treatment at 400° C. after film formation, and FIG.
C) shows the results for samples that were heat-treated at 450° C. after film formation. The Urbach energies obtained from the absorption coefficients measured by CPM were 72.65 meV and 69
.45 meV and 70.32 meV.

また、図64においてCPM測定で導出した吸収係数からバックグラウンド(細点線)を
差し引き、吸収係数の積分値を導出した。結果を図65に示す。局在準位による吸収係数
は、それぞれ6.27×10-1cm-1、4.19×10-1cm-1および2.29
×10-1cm-1であった。加熱処理の温度と吸収係数の関係を図66に示す。図66
より、加熱処理の温度が高いほど吸収係数が小さくなるため、局在準位密度も小さくなる
ことがわかる。
In addition, the background (thin dotted line) was subtracted from the absorption coefficient derived by the CPM measurement in Fig. 64 to derive the integral value of the absorption coefficient. The results are shown in Fig. 65. The absorption coefficients due to the localized levels were 6.27 x 10 -1 cm -1 , 4.19 x 10 -1 cm -1 and 2.29 x 10 -1 cm -1 , respectively.
×10 −1 cm −1 . The relationship between the heat treatment temperature and the absorption coefficient is shown in FIG.
It can be seen that the higher the temperature of the heat treatment, the smaller the absorption coefficient becomes, and therefore the smaller the localized level density becomes.

11 領域
12 領域
13 領域
14 領域
15 領域
16 領域
21 垂線
22 垂線
23 垂線
50 基板
51 絶縁膜
100 トランジスタ
101 半導体層
101a 絶縁体層
101b 半導体層
101c 絶縁体層
102 ゲート絶縁膜
103 ゲート電極
104a 導電層
104b 導電層
105 導電層
111 バリア膜
112 絶縁膜
113 絶縁膜
114 絶縁膜
116 絶縁膜
123 プラグ
124 配線
130 トランジスタ
131 半導体基板
132 半導体層
133a 低抵抗層
133b 低抵抗層
134 ゲート絶縁膜
135 ゲート電極
136 絶縁膜
137 絶縁膜
138 絶縁膜
139 プラグ
140 プラグ
143 導電層
150 容量素子
151 導電層
152a 導電層
152b 導電層
160 トランジスタ
164 プラグ
165 プラグ
166 配線
171a 低抵抗層
171b 低抵抗層
176a 領域
176b 領域
181 素子分離層
190 トランジスタ
191 トランジスタ
201 半導体層
201a 半導体層
201b 半導体層
202 ゲート絶縁膜
202a ゲート絶縁膜
202b ゲート絶縁膜
203a ゲート電極
203b 電極
204a 導電層
204b 導電層
214 絶縁膜
215 絶縁膜
216 絶縁膜
218 絶縁膜
251 導電層
281 ハードマスク
321 プラグ
322 プラグ
324 領域
501 画素回路
502 画素部
504 駆動回路部
504a ゲートドライバ
504b ソースドライバ
506 保護回路
507 端子部
550 トランジスタ
552 トランジスタ
554 トランジスタ
560 容量素子
562 容量素子
570 液晶素子
572 発光素子
610 電子銃室
612 光学系
614 試料室
616 光学系
618 カメラ
620 観察室
622 フィルム室
624 電子
632 蛍光板
700 表示装置
701 基板
702 画素部
704 ソースドライバ回路部
705 基板
706 ゲートドライバ回路部
708 FPC端子部
710 信号線
711 配線部
712 シール材
716 FPC
730 絶縁膜
732 封止膜
734 絶縁膜
736 着色膜
738 遮光膜
750 トランジスタ
752 トランジスタ
760 接続電極
764 絶縁膜
766 絶縁膜
768 絶縁膜
770 平坦化絶縁膜
772 導電層
774 導電層
775 液晶素子
776 液晶層
778 構造体
780 異方性導電層
782 発光素子
784 導電層
786 EL層
788 導電層
790 容量素子
790a 容量素子
790b 容量素子
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
901 筐体
902 筐体
903 表示部
904 表示部
905 マイクロフォン
906 スピーカー
907 操作キー
908 スタイラス
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 接続部
916 操作キー
921 筐体
922 表示部
923 キーボード
924 ポインティングデバイス
931 筐体
932 冷蔵室用扉
933 冷凍室用扉
941 筐体
942 筐体
943 表示部
944 操作キー
945 レンズ
946 接続部
951 車体
952 車輪
953 ダッシュボード
954 ライト
2100 トランジスタ
2200 トランジスタ
4000 RFタグ
5100 ペレット
5100a ペレット
5100b ペレット
5101 イオン
5120 基板
5130 ターゲット
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライト
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ
11 Region 12 Region 13 Region 14 Region 15 Region 16 Region 21 Perpendicular line 22 Perpendicular line 23 Perpendicular line 50 Substrate 51 Insulating film 100 Transistor 101 Semiconductor layer 101a Insulating layer 101b Semiconductor layer 101c Insulating layer 102 Gate insulating film 103 Gate electrode 104a Conductive layer 104b Conductive layer 105 Conductive layer 111 Barrier film 112 Insulating film 113 Insulating film 114 Insulating film 116 Insulating film 123 Plug 124 Wiring 130 Transistor 131 Semiconductor substrate 132 Semiconductor layer 133a Low resistance layer 133b Low resistance layer 134 Gate insulating film 135 Gate electrode 136 Insulating film 137 Insulating film 138 Insulating film 139 Plug 140 Plug 143 Conductive layer 150 Capacitive element 151 Conductive layer 152a Conductive layer 152b Conductive layer 160 Transistor 164 Plug 165 Plug 166 Wiring 171a Low resistance layer 171b Low resistance layer 176a Region 176b Region 181 Element isolation layer 190 Transistor 191 Transistor 201 Semiconductor layer 201a Semiconductor layer 201b Semiconductor layer 202 Gate insulating film 202a Gate insulating film 202b Gate insulating film 203a Gate electrode 203b Electrode 204a Conductive layer 204b Conductive layer 214 Insulating film 215 Insulating film 216 Insulating film 218 Insulating film 251 Conductive layer 281 Hard mask 321 Plug 322 Plug 324 Region 501 Pixel circuit 502 Pixel portion 504 Driver circuit portion 504a Gate driver 504b Source driver 506 Protection circuit 507 Terminal portion 550 Transistor 552 Transistor 554 Transistor 560 Capacitive element 562 Capacitor element 570 Liquid crystal element 572 Light emitting element 610 Electron gun chamber 612 Optical system 614 Sample chamber 616 Optical system 618 Camera 620 Observation chamber 622 Film chamber 624 Electron 632 Fluorescent screen 700 Display device 701 Substrate 702 Pixel section 704 Source driver circuit section 705 Substrate 706 Gate driver circuit section 708 FPC terminal section 710 Signal line 711 Wiring section 712 Sealant 716 FPC
730 insulating film 732 sealing film 734 insulating film 736 colored film 738 light-shielding film 750 transistor 752 transistor 760 connection electrode 764 insulating film 766 insulating film 768 insulating film 770 planarization insulating film 772 conductive layer 774 conductive layer 775 liquid crystal element 776 liquid crystal layer 778 structure 780 anisotropic conductive layer 782 light-emitting element 784 conductive layer 786 EL layer 788 conductive layer 790 capacitance element 790a capacitance element 790b capacitance 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 memory circuit 811 ROM
901 Housing 902 Housing 903 Display section 904 Display section 905 Microphone 906 Speaker 907 Operation key 908 Stylus 911 Housing 912 Housing 913 Display section 914 Display section 915 Connection section 916 Operation key 921 Housing 922 Display section 923 Keyboard 924 Pointing device 931 Housing 932 Refrigerator door 933 Freezer door 941 Housing 942 Housing 943 Display section 944 Operation key 945 Lens 946 Connection section 951 Vehicle body 952 Wheels 953 Dashboard 954 Light 2100 Transistor 2200 Transistor 4000 RF tag 5100 Pellet 5100a Pellet 5100b Pellet 5101 Ion 5120 Substrate 5130 Target 8000 Display module 8001 Upper cover 8002 Lower cover 8003 FPC
8004 Touch panel 8005 FPC
8006 Display panel 8007 Backlight 8008 Light source 8009 Frame 8010 Printed circuit board 8011 Battery

Claims (7)

第1のトランジスタの第1のチャネル形成領域を有する第1の層と、
前記第1の層上の領域を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の領域を有する第1の導電層と、
前記第1の導電層上の領域を有する第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上面に接する領域を有する第2の導電層と、
前記第2の絶縁膜の上面に接する領域を有する第3の導電層と、
前記第2の導電層の上面に接する領域及び前記第3の導電層の上面に接する領域を有する第3の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の領域を有し、且つ第2のトランジスタの第2のチャネル形成領域を有する第2の層と、
前記第2の層の上面に接する領域を有する第4の導電層と、
前記第2の層の上面に接する領域を有する第5の導電層と、
前記第2の層の上の領域を有する第4の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜上の領域を有する第6の導電層と、を有し、
前記第1の層は、シリコンを有し、
前記第2の層は、インジウム、ガリウム、および亜鉛を有し、
前記第5の導電層は、前記第1の導電層と電気的に接続され、
前記第4の導電層は、前記第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続され、
前記第6の導電層は、前記第2の層を介して前記第2の導電層と重なる領域を有し、
前記第2の導電層は、前記第1の層と重なる領域を有し、
前記第2の導電層は、前記第2の層と重なる領域を有し、
前記第3の導電層は、前記第2の絶縁膜を介して前記第1の導電層と重なる領域を有し、
前記第3の導電層は、容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第1の導電層は、前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有する、半導体装置。
a first layer having a first channel formation region of a first transistor;
a first insulating film having a region on the first layer;
a first conductive layer having a region on the first insulating film;
a second insulating film having a region on the first conductive layer;
a second conductive layer having a region in contact with an upper surface of the second insulating film;
a third conductive layer having a region in contact with an upper surface of the second insulating film;
a third insulating film having a region in contact with an upper surface of the second conductive layer and a region in contact with an upper surface of the third conductive layer;
a second layer having a region on the second insulating film and having a second channel formation region of a second transistor;
a fourth conductive layer having an area in contact with an upper surface of the second layer;
a fifth conductive layer having an area in contact with an upper surface of the second layer;
a fourth insulating film having an area on the second layer;
a sixth conductive layer having a region on the third insulating film;
the first layer comprises silicon;
the second layer comprises indium, gallium, and zinc;
the fifth conductive layer is electrically connected to the first conductive layer;
the fourth conductive layer is electrically connected to a source region or a drain region of the first transistor;
the sixth conductive layer has a region overlapping with the second conductive layer via the second layer,
the second conductive layer has an area overlapping the first layer;
the second conductive layer has an area overlapping the second layer;
the third conductive layer has a region overlapping the first conductive layer via the second insulating film,
the third conductive layer has a region functioning as one electrode of a capacitor element,
the first conductive layer has a region that functions as the other electrode of the capacitor.
第1のトランジスタの第1のチャネル形成領域を有する第1の層と、
前記第1の層上の領域を有する第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜上の領域を有する第1の導電層と、
前記第1の導電層上の領域を有する第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上面に接する領域を有する第2の導電層と、
前記第2の絶縁膜の上面に接する領域を有する第3の導電層と、
前記第2の導電層の上面に接する領域及び前記第3の導電層の上面に接する領域を有する第3の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上の領域を有し、且つ第2のトランジスタの第2のチャネル形成領域を有する第2の層と、
前記第2の層の上面に接する領域を有する第4の導電層と、
前記第2の層の上面に接する領域を有する第5の導電層と、
前記第2の層の上の領域を有する第4の絶縁膜と、
前記第3の絶縁膜上の領域を有する第6の導電層と、を有し、
前記第1の層は、シリコンを有し、
前記第2の層は、インジウム、ガリウム、および亜鉛を有し、
前記第5の導電層は、前記第1の導電層と電気的に接続され、
前記第4の導電層は、前記第1のトランジスタのソース領域又はドレイン領域と電気的に接続され、
前記第6の導電層は、前記第2のトランジスタの第1のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第2の導電層は、前記第2のトランジスタの第2のゲート電極として機能する領域を有し、
前記第2の導電層は、前記第1の層と重なる領域を有し、
前記第2の導電層は、前記第2の層と重なる領域を有し、
前記第3の導電層は、前記第2の絶縁膜を介して前記第1の導電層と重なる領域を有し、
前記第3の導電層は、容量素子の一方の電極として機能する領域を有し、
前記第1の導電層は、前記容量素子の他方の電極として機能する領域を有する、半導体装置。
a first layer having a first channel formation region of a first transistor;
a first insulating film having a region on the first layer;
a first conductive layer having a region on the first insulating film;
a second insulating film having a region on the first conductive layer;
a second conductive layer having a region in contact with an upper surface of the second insulating film;
a third conductive layer having a region in contact with an upper surface of the second insulating film;
a third insulating film having a region in contact with an upper surface of the second conductive layer and a region in contact with an upper surface of the third conductive layer;
a second layer having a region on the second insulating film and having a second channel formation region of a second transistor;
a fourth conductive layer having an area in contact with an upper surface of the second layer;
a fifth conductive layer having an area in contact with an upper surface of the second layer;
a fourth insulating film having an area on the second layer;
a sixth conductive layer having a region on the third insulating film;
the first layer comprises silicon;
the second layer comprises indium, gallium, and zinc;
the fifth conductive layer is electrically connected to the first conductive layer;
the fourth conductive layer is electrically connected to a source region or a drain region of the first transistor;
the sixth conductive layer has a region that functions as a first gate electrode of the second transistor,
the second conductive layer has a region that functions as a second gate electrode of the second transistor;
the second conductive layer has an area overlapping the first layer;
the second conductive layer has an area overlapping the second layer;
the third conductive layer has a region overlapping the first conductive layer via the second insulating film,
the third conductive layer has a region functioning as one electrode of a capacitor element,
the first conductive layer has a region that functions as the other electrode of the capacitor.
請求項1又は請求項2において、
前記第6の導電層は、前記第2の導電層と電気的に接続される、半導体装置。
In claim 1 or 2,
The sixth conductive layer is electrically connected to the second conductive layer.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第2の導電層は、前記第2のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の一方として機能する領域を有し、
前記第3の導電層は、前記第2のトランジスタのソース電極またはドレイン電極の他方として機能する領域を有する、半導体装置。
In any one of claims 1 to 3,
the second conductive layer has a region functioning as one of a source electrode and a drain electrode of the second transistor,
the third conductive layer has a region functioning as the other of the source electrode and the drain electrode of the second transistor.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第2の絶縁膜は、バリア膜としての機能を有し、
前記第2の絶縁膜は、窒素と、シリコンと、を有する、半導体装置。
In any one of claims 1 to 4,
the second insulating film has a function as a barrier film,
The second insulating film comprises nitrogen and silicon.
請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記第3の絶縁膜は、酸素と、シリコンと、を有する、半導体装置。
In any one of claims 1 to 5,
The third insulating film comprises oxygen and silicon.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第2の層は、複数の結晶を有し、
前記第2の層は、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有し、
前記第2の層が有するインジウムとガリウムおよび亜鉛との原子比は、インジウム:元素M:亜鉛=x:y:zを満たし、
前記x、前記y及び前記zはインジウム、ガリウム及び亜鉛の3つの元素を頂点とした平衡状態図において、第1の座標(x:y:z=8:14:7)と、第2の座標(x:y:z=2:4:3)と、第3の座標(x:y:z=2:5:7)と、第4の座標(x:y:z=51:149:300)と、第5の座標(x:y:z=46:288:833)と、第6の座標(x:y:z=0:2:11)と、第7の座標(x:y:z=0:0:1)と、第8の座標(x:y:z=1:0:0)と、前記第1の座標と、を順番に線分で結んだ範囲内の原子数の比を有し、前記範囲は、前記第1の座標乃至前記第6の座標を含み、前記第7の座標及び前記第8の座標を含まず、
プローブ径の半値幅が1nmである電子線を、前記第2の層の被形成面に対して照射して観察された電子回折パターンが、スポットが対称に配置されていないパターン、またはスポットが円を描くように配置されたパターンである、半導体装置。
In any one of claims 1 to 6,
the second layer having a plurality of crystals;
the second layer comprises indium, gallium, and zinc;
the atomic ratio of indium to gallium and zinc in the second layer satisfies indium:element M:z=x:y:z;
In an equilibrium phase diagram with three elements of indium, gallium, and zinc as vertices, the x, y, and z have a ratio of the number of atoms within a range obtained by connecting a first coordinate (x:y:z=8:14:7), a second coordinate (x:y:z=2:4:3), a third coordinate (x:y:z=2:5:7), a fourth coordinate (x:y:z=51:149:300), a fifth coordinate (x:y:z=46:288:833), a sixth coordinate (x:y:z=0:2:11), a seventh coordinate (x:y:z=0:0:1), an eighth coordinate (x:y:z=1:0:0), and the first coordinate in this order with a line segment, and the range includes the first coordinate to the sixth coordinate, but does not include the seventh coordinate and the eighth coordinate;
A semiconductor device, wherein an electron diffraction pattern observed by irradiating an electron beam having a half-width of a probe diameter of 1 nm onto a surface on which the second layer is to be formed is a pattern in which the spots are not arranged symmetrically or a pattern in which the spots are arranged in a circular pattern.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017134495A1 (en) 2016-02-05 2017-08-10 株式会社半導体エネルギー研究所 Metal oxide film, semiconductor device, and semiconductor device manufacturing method
KR102492209B1 (en) * 2016-05-19 2023-01-27 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Composite oxide semiconductor and transistor
CN114664949A (en) * 2016-06-03 2022-06-24 株式会社半导体能源研究所 Field effect transistor
TW202129966A (en) * 2016-10-21 2021-08-01 日商半導體能源研究所股份有限公司 Composite oxide semiconductor and transistor
WO2018138619A1 (en) 2017-01-30 2018-08-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR102399365B1 (en) * 2017-03-13 2022-05-18 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Composite Oxides and Transistors
WO2019087002A1 (en) 2017-11-02 2019-05-09 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5064747B2 (en) 2005-09-29 2012-10-31 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device, electrophoretic display device, display module, electronic device, and method for manufacturing semiconductor device
JP5078246B2 (en) 2005-09-29 2012-11-21 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2008277326A (en) * 2007-04-25 2008-11-13 Canon Inc Amorphous oxide semiconductor, semiconductor device and thin-film transistor
CN105679766A (en) * 2009-09-16 2016-06-15 株式会社半导体能源研究所 Transistor and display device
CN102484139B (en) * 2009-10-08 2016-07-06 株式会社半导体能源研究所 Oxide semiconductor layer and semiconductor device
CN102648525B (en) * 2009-12-04 2016-05-04 株式会社半导体能源研究所 Display unit
JP2012124446A (en) * 2010-04-07 2012-06-28 Kobe Steel Ltd Oxide for semiconductor layer of thin film transistor and sputtering target, and thin film transistor
WO2012008304A1 (en) 2010-07-16 2012-01-19 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
JP5933897B2 (en) 2011-03-18 2016-06-15 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
KR102084274B1 (en) * 2011-12-15 2020-03-03 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP5981157B2 (en) 2012-02-09 2016-08-31 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
US9104395B2 (en) * 2012-05-02 2015-08-11 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Processor and driving method thereof
US20130300456A1 (en) * 2012-05-10 2013-11-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor chip and semiconductor device
JP6077382B2 (en) * 2012-05-11 2017-02-08 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
WO2014021442A1 (en) * 2012-08-03 2014-02-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oxide semiconductor stacked film and semiconductor device
JP6211843B2 (en) * 2012-08-10 2017-10-11 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
KR20140029202A (en) * 2012-08-28 2014-03-10 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Display device
US8981372B2 (en) * 2012-09-13 2015-03-17 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device and electronic appliance

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