TW202029510A - 半導體裝置以及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種可以實現微型化或高積體化的半導體裝置。本發明的一個實施方式是一種包括電晶體的半導體裝置，電晶體包括第一導電體、第一導電體上的第一絕緣體、第一絕緣體上的設置有槽部的氧化物、配置在氧化物中的不與槽部重疊的區域的第二導電體及第三導電體、位於第二導電體與第三導電體間且配置在氧化物的槽部的第二絕緣體以及第二絕緣體上的第四導電體，第四導電體的底面低於第二導電體的底面及第三導電體的底面，在看電晶體的通道長度的剖面時，槽部的底面的端部具有曲率。

Description

半導體裝置以及半導體裝置的製造方法
本發明的一個實施方式係關於一種電晶體、半導體裝置及電子裝置。另外，本發明的一個實施方式係關於一種半導體裝置的製造方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種半導體晶片及模組。
注意，在本說明書等中，半導體裝置是指能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置。除了電晶體等的半導體元件之外，半導體電路、運算裝置或記憶體裝置也是半導體裝置的一個實施方式。顯示裝置(液晶顯示裝置、發光顯示裝置等)、投影裝置、照明設備、電光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、半導體電路、攝像裝置、電子裝置等有時包括半導體裝置。
注意，本發明的一個實施方式不侷限於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的一個實施方式係關於一種物體、方法或製造方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。
近年來，隨著電子裝置的小型化和輕量化，對高密度地集成有電晶體等的積體電路的要求提高。作為高密度地集成電晶體的一個方法，對電晶體的微型化進行開發。然而，在使電晶體微型化時有可能產生短通道效應。
為了抑制電晶體的微型化所導致的短通道效應的產生，已公開了在半導體基板表面上的U字型槽中形成通道而使通道長度實際上增長的半導體裝置(參照專利文獻1)。
此外，藉由使用形成在具有絕緣表面的基板上的半導體薄膜構成電晶體的技術受到注目。該電晶體被廣泛地應用於如積體電路(IC)及影像顯示裝置(也簡稱為顯示裝置)等的電子器件。作為可以應用於電晶體的半導體薄膜，矽類半導體材料被廣泛地周知。作為其他材料，氧化物半導體受到關注。
[專利文獻1] 日本專利申請公開第平9-148576號公報
隨著電子裝置的小型化、輕量化，被要求電子裝置所包括的半導體裝置的微型化、高積體化。為了實現半導體裝置的微型化、高積體化，需要減小半導體裝置所包括的電晶體的佔有面積。為了減小電晶體的佔有面積，例如減小源極與汲極間距離是有效的。但是，在減小源極與汲極間距離時，有可能產生短通道效應。
短通道效應是指隨著電晶體的微型化(通道長度的縮小)而變明顯的電特性的劣化。短通道效應是由於汲極的電場效應影響到源極而引起的。作為短通道效應的具體例子，有臨界電壓的降低、次臨界擺幅值(S值)的增大、洩漏電流的增大等。在此，S值是指:以固定的汲極電壓使汲極電流的值變化一個位數的次臨界值區域中的閘極電壓的變化量。
於是，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種可以實現微型化或高積體化的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種電晶體特性的不均勻少的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種可靠性良好的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種通態電流大的半導體裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種低功耗的半導體裝置。
注意，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要實現所有上述目的。上述目的以外的目的可以顯而易見地從說明書、圖式、申請專利範圍等的描述中看出，並且可以從該描述中抽取上述目的以外的目的。
本發明的一個實施方式是一種包括電晶體的半導體裝置，電晶體包括第一導電體、第一導電體上的第一絕緣體、第一絕緣體上的設置有槽部的氧化物、配置在不與氧化物中的槽部重疊的區域的第二導電體及第三導電體、位於第二導電體與第三導電體間且配置在氧化物的槽部的第二絕緣體以及第二絕緣體上的第四導電體，第四導電體的底面低於第二導電體的底面及第三導電體的底面，在看電晶體的通道長度的剖面時，槽部的底面的端部具有曲率。
在上述半導體裝置中，槽部的深度較佳為5nm以上且30nm以下。
另外，本發明的其他一個實施方式是一種包括電晶體的半導體裝置，電晶體包括第一導電體、第一導電體上的第一絕緣體、第一絕緣體上的第一氧化物、第一氧化物上的第二氧化物、第二氧化物上的第二導電體和第三導電體、配置在第二導電體與第三導電體間的第三氧化物、第三氧化物上的第二絕緣體、第二絕緣體上的第四導電體以及第二導電體及第三導電體上的第三絕緣體，第四導電體的頂面與第二絕緣體的頂面及第三氧化物的頂面大致對齊，第二氧化物具有第一槽部，第三絕緣體具有第二槽部，第一槽部的側壁與第二槽部的側壁大致對齊，第四導電體的底面低於第二導電體的底面及第三導電體的底面，在看電晶體的通道長度的剖面時，第一槽部的底面的端部具有曲率。
在上述半導體裝置中，第一槽部的深度較佳為5nm以上且30nm以下。
另外，在上述半導體裝置中，較佳的是，第二氧化物包含銦，第三氧化物包含銦、元素M(M是鎵、鋁、釔或錫)及鋅。另外，第二氧化物中的銦的相對於主要成分的金屬元素的原子個數比較佳為大於第三氧化物中的相對於主要成分的金屬元素的銦的原子個數比。
根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種電晶體特性的不均勻少的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種可靠性良好的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種通態電流大的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種低功耗的半導體裝置。
注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要實現所有上述效果。上述效果以外的效果可以顯而易見地從說明書、圖式、申請專利範圍等的描述中看出，並且可以從該描述中抽取上述效果以外的效果。
下面，參照圖式對實施方式進行說明。注意，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實，就是實施方式可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以在不脫離本發明的精神及其範圍的條件下被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在下面所示的實施方式所記載的內容中。
在圖式中，為顯而易見，有時誇大表示大小、層的厚度或區域。因此，本發明並不侷限於圖式中的尺寸。此外，在圖式中，示意性地示出理想的例子，因此本發明不侷限於圖式所示的形狀或數值等。例如，在實際的製程中，有時由於蝕刻等處理而層或光阻遮罩等被非意圖性地蝕刻，但是為了便於理解有時不反映於圖式中。另外，在圖式中，有時在不同的圖式之間共同使用相同的元件符號來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重複說明。此外，當表示具有相同功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加元件符號。
另外，尤其在俯視圖(也稱為平面圖)或立體圖等中，為了便於對發明的理解，有時省略部分組件的記載。另外，有時省略部分隱藏線等的記載。
此外，在本說明書等中，為了方便起見，附加了第一、第二等序數詞，而其並不表示製程順序或疊層順序。因此，例如可以將“第一”適當地替換為“第二”或“第三”等來進行說明。另外，本說明書等中所記載的序數詞與用於指定本發明的一個實施方式的序數詞有時不一致。
在本說明書等中，為方便起見，使用了“上”、“下”等表示配置的詞句，以參照圖式說明組件的位置關係。另外，組件的位置關係根據描述各組件的方向適當地改變。因此，不侷限於說明書中所說明的詞句，根據情況可以適當地換詞句。
例如，在本說明書等中，當明確地記載為“X與Y連接”時，意味著如下情況:X與Y電連接；X與Y在功能上連接；X與Y直接連接。因此，不侷限於圖式或文中所示的連接關係等規定的連接關係，圖式或文中所示的連接關係以外的連接關係也在圖式或文中公開了。在此，X和Y為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜、層等)。
在本說明書等中，電晶體是指至少包括閘極、汲極以及源極這三個端子的組件。電晶體在汲極(汲極端子、汲極區域或汲極電極)與源極(源極端子、源極區域或源極電極)之間具有形成通道的區域(以下也稱為通道形成區域)，並且透過通道形成區域電流能夠流過源極和汲極之間。注意，在本說明書等中，通道形成區域是指電流主要流過的區域。
另外，在使用極性不同的電晶體的情況或電路工作中的電流方向變化的情況等下，源極及汲極的功能有時互相調換。因此，在本說明書等中，有時源極和汲極可以相互調換。
注意，通道長度例如是指電晶體的俯視圖中的半導體(或在電晶體處於導通狀態時，在半導體中電流流過的部分)和閘極電極互相重疊的區域或者通道形成區域中的源極(源極區域或源極電極)和汲極(汲極區域或汲極電極)之間的距離。另外，在一個電晶體中，通道長度不一定在所有的區域中成為相同的值。也就是說，一個電晶體的通道長度有時不限定於一個值。因此，在本說明書中，通道長度是通道形成區域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。
通道寬度例如是指在電晶體的俯視圖中半導體(或在電晶體處於導通狀態時，在半導體中電流流過的部分)和閘極電極互相重疊的區域或者垂直於通道長度方向的方向的長度。另外，在一個電晶體中，通道寬度不一定在所有的區域中成為相同的值。也就是說，一個電晶體的通道寬度有時不限定於一個值。因此，在本說明書中，通道寬度是通道形成區域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。
在本說明書等中，根據電晶體的結構，有時形成通道的區域中的實際上的通道寬度(以下，也稱為“實效通道寬度”)和電晶體的俯視圖所示的通道寬度(以下，也稱為“外觀上的通道寬度”)不同。例如，在閘極電極覆蓋半導體的側面時，有時因為實效的通道寬度大於外觀上的通道寬度，所以不能忽略其影響。例如，在微型且閘極電極覆蓋半導體的側面的電晶體中，有時形成在半導體的側面上的通道形成區域的比例增高。在此情況下，實效的通道寬度大於外觀上的通道寬度。
在上述情況下，有時難以藉由實測估計實效通道寬度。例如，為了根據設計值估計實效通道寬度，需要一個假設，亦即已知半導體的形狀。因此，當半導體的形狀不確定時，難以準確地測量實效通道寬度。
在本說明書中，在簡單地描述為“通道寬度”時，有時是指外觀上的通道寬度。或者，在本說明書中，在簡單地描述為“通道寬度”時，有時是指實效通道寬度。注意，藉由對剖面TEM影像等進行分析等，可以決定通道長度、通道寬度、實效通道寬度、外觀上的通道寬度等的值。
注意，半導體的雜質例如是指半導體的主要成分之外的元素。例如，濃度小於0.1atomic%的元素可以說是雜質。在包含雜質時，例如有時發生半導體的缺陷態密度的提高或者結晶性的降低等。當半導體是氧化物半導體時，作為改變半導體的特性的雜質，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素以及除氧化物半導體的主要成分外的過渡金屬等，例如有氫、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。另外，有時水也用作雜質。另外，例如在雜質混入時，有時在氧化物半導體中形成氧空位(有時記為VO )。
注意，在本說明書等中，氧氮化矽是指氧含量大於氮含量的物質。此外，氮氧化矽是指氮含量大於氧含量的物質。
注意，在本說明書等中，可以將“絕緣體”換稱為“絕緣膜”或“絕緣層”。另外，可以將“導電體”換稱為“導電膜”或“導電層”。另外，可以將“半導體”換稱為“半導體膜”或“半導體層”。
在本說明書等中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態。因此，也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態。“大致平行”是指兩條直線形成的角度為-30°以上且30°以下的狀態。另外，“垂直”是指兩條直線的角度為80°以上且100°以下的狀態。因此，也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態。“大致垂直”是指兩條直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態。
在本說明書等中，金屬氧化物(metal oxide)是指廣義上的金屬的氧化物。金屬氧化物被分為氧化物絕緣體、氧化物導電體(包括透明氧化物導電體)和氧化物半導體(Oxide Semiconductor，也可以簡稱為OS)等。例如，在將金屬氧化物用於電晶體的半導體層的情況下，有時將該金屬氧化物稱為氧化物半導體。換言之，在記為OS電晶體的情況下，這意味著包含金屬氧化物或氧化物半導體的電晶體。
注意，在本說明書等中，常關閉是指:在不對閘極施加電位或者對閘極施加接地電位時流過電晶體的每通道寬度1μm的汲極電流在室溫下為1×10-20 A以下，在85℃下為1×10-18 A以下，或在125℃下為1×10-16 A以下。
實施方式1 在本實施方式中，對包括根據本發明的一個實施方式的電晶體的半導體裝置的一個例子進行說明。
＜電晶體的結構例子1＞ 圖1A至圖1C是根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖。
如圖1A所示，根據本發明的一個實施方式的電晶體包括配置在基板(未圖示)上的導電體205、配置在導電體205上的絕緣體224、配置在絕緣體224上的氧化物230a、配置在氧化物230a上的氧化物230b、配置在氧化物230b上的導電體242a及導電體242b、位於氧化物230b上且配置在導電體242a與導電體242b間的絕緣體250以及配置在絕緣體250上的導電體260。
導電體260被用作第一閘極(也稱為頂閘極)電極，導電體205被用作第二閘極(也稱為背閘極)電極。另外，絕緣體250被用作第一閘極絕緣體，絕緣體224被用作第二閘極絕緣體。另外，導電體242a被用作源極和汲極中的一方，導電體242b被用作源極和汲極中的另一方。另外，氧化物230b被用作通道形成區域。電晶體的通道形成區域形成在氧化物230b中的與絕緣體250的介面附近。另外，通道形成區域也可以形成在氧化物230a中。
上述電晶體包括頂閘極及背閘極。包括頂閘極及背閘極的電晶體可以藉由對頂閘極及背閘極施加彼此不同的電位控制其臨界電壓。例如，藉由對背閘極施加負電位，可以使電晶體的臨界電壓進一步增大，降低關態電流。也就是說，藉由對背閘極施加負電位，可以減小對頂閘極施加的電位為0V時的汲極電流。
上述電晶體的通道形成區域可以使用用作半導體的金屬氧化物(以下也稱為氧化物半導體)。由於將氧化物半導體用於通道形成區域的電晶體在非導通狀態下的洩漏電流極小，所以可以提供低功耗的半導體裝置。此外，氧化物半導體可以利用濺射法等形成，所以可以用於構成高集成型半導體裝置的電晶體。
在將氧化物半導體用於電晶體的通道形成區域時，較佳為使用載子濃度低的i型化(本質化)或實質上i型化的氧化物半導體。藉由將載子濃度低的氧化物半導體用於電晶體的通道形成區域，可以抑制該電晶體的關態電流，並且可以提高該電晶體的可靠性。氧化物半導體的詳細內容在實施方式2中說明。
在根據本發明的一個實施方式的電晶體中，在看電晶體的通道長度的剖面時，較佳為在氧化物230b設置槽部(也稱為溝槽、開口等)，以絕緣體250及導電體260填充該槽部。此時，絕緣體250以覆蓋該槽部的內壁(側壁及底面)的方式配置，導電體260以隔著絕緣體250填充該槽部的方式配置。
另外，在根據本發明的一個實施方式的電晶體中，也可以採用在氧化物230b中形成凹狀的形狀且沿著該凹狀的形狀埋入有絕緣體250及導電體260的結構。或者，也可以採用如下結構:使氧化物230b的不與導電體242a及導電體242b重疊的區域的頂面低於氧化物230b的與導電體242a或導電體242b重疊的區域的頂面，並且在氧化物230b的不與導電體242a及導電體242b重疊的區域上設置有絕緣體250及導電體260。
藉由採用上述結構，與俯視時的電晶體通道長度相比，可以實際上增長通道長度。由此，可以將源極與汲極間的距離保持為短，同時增長實際上的通道長度(也稱為有效通道長度)。因此，可以減少短通道效應而提供一種具有良好電特性的半導體裝置。另外，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。
另外，與具有氧化物230b不設置有槽部的結構(有時稱為平面型結構)的電晶體相比，具有上述結構的電晶體可以提高其背閘極的控制性。由此，可以提供一種電晶體特性的不均勻少的半導體裝置。另外，可以提供一種可靠性良好的半導體裝置。
注意，上述槽部的側壁與上述槽部的底面之間(也稱為上述槽部的底面的端部或上述槽部的側壁的下端部)也可以為彎曲或具有曲率。另外，氧化物230b也可以具有凹狀的彎曲形狀。
在底面的端部具有曲率的上述槽部設置有絕緣體250時，在看根據本發明的一個實施方式的電晶體的通道長度方向的剖面時絕緣體250的底部的至少一部分具有曲率。或者，絕緣體250具有向下方突出的彎曲形狀。另外，在導電體260隔著絕緣體250埋入於上述槽部時，導電體260的底部的至少一部分有時具有曲率。或者，氧化物230b一側的導電體260有時具有向下方突出的彎曲形狀。在絕緣體250的底部中的曲率小時，有時氧化物230b一側的導電體260的底部不具有曲率。或者，氧化物230b一側的導電體260有時具有向下方突出的形狀。
在此，如圖1A所示，在看電晶體的通道長度的剖面時，上述槽部的底面的端部所具有的曲率的曲率中心設為C且曲率半徑設為R。此時，有時記載為上述槽部的底面的端部以曲率半徑R彎曲。
另外，如圖1A所示，在看電晶體的通道長度的剖面時，將設置在氧化物230b的槽部的深度設為D1。深度D1也是氧化物230b的與導電體242a或導電體242b重疊的區域的頂面和氧化物230b的與導電體260重疊的區域的頂面之差。
深度D1較佳為大於0nm，更佳為大於絕緣體250的膜厚度。明確而言，較佳為大於0nm且為100nm以下，更佳為2nm以上且50nm以下，進一步較佳為5nm以上且30nm以下。藉由採用上述結構，汲極的電場由閘極電極遮擋，所以可以減少短通道效應而提供具有良好電特性的半導體裝置。另外，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。
另外，如圖1A所示，在看電晶體的通道長度的剖面時，將與導電體260重疊的區域的氧化物230b的厚度(膜厚度)設為D2。換言之，與導電體242a或導電體242b重疊的區域的氧化物230b的膜厚度是深度D1和厚度D2的總和。另外，將導電體242a或導電體242b的底面和導電體260的底面之差設為D3。
在根據本發明的一個實施方式的電晶體中，導電體260的底面也可以低於導電體242a或導電體242b的底面。換言之，D3也可以大於0nm。由此，可以容易將被用作第一閘極電極的導電體260的電場影響到槽部的側壁附近的氧化物230b。由此，可以提高電晶體的通態電流而提高頻率特性。
另外，如圖1A所示，在看電晶體的通道長度的剖面時，將設置在氧化物230b的槽部的寬度設為L1。寬度L1也是導電體242a和導電體242b間的距離。另外，將設置在氧化物230b的槽部的底面中的不彎曲的區域的長度設為L2。
曲率半徑R越大越好。例如，曲率半徑R較佳為大於0nm且為寬度L1以下或深度D1以下。在曲率半徑大於0nm亦即上述槽部的底面的端部具有曲率時，可以提高在後面製程中形成的絕緣體250及導電體260的該槽部的覆蓋性。
另外，如圖1B所示，在看電晶體的通道長度的剖面時，設置在氧化物230b的槽部也可以具有錐形形狀。在該槽部具有錐形形狀時，即使曲率半徑R較小也可以提高在後面製程中形成的絕緣體250及導電體260的該槽部的覆蓋性。
另外，導電體242a的與導電體242b相對的側面及導電體242b的與導電體242a的相對側面都可以相對於基板面具有錐形形狀。此時，導電體242a的該側面也可以與氧化物230b的槽部的側壁大致對齊。另外，導電體242b的該側面也可以與氧化物230b的槽部的側壁大致對齊。
另外，如圖1C所示，在看電晶體的通道長度的剖面時，設置在氧化物230b的槽部也可以具有尖銳形狀。注意，在該形狀中，曲率半徑為0而不能定義曲率。在上述槽部的底面的端部具有曲率的電晶體及上述槽部的底面的端部具有尖銳形狀的電晶體中，在槽部的深度D1相同的情況下，與該槽部的底面的端部具有曲率的電晶體相比，槽部的底面的端部具有尖銳形狀的電晶體可以進一步增長有效通道長度。因此，可以減少短通道效應而提供一種具有良好電特性的半導體裝置。另外，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。
注意，在本說明書中，無論上述槽部的底面的端部的形狀如何，有時將被用作第一閘極絕緣體的絕緣體250及被用作第一閘極電極的導電體260埋入於氧化物230b的槽部的結構都稱為U字型結構(U-shaped structure)。另外，有時將通道的形狀因該結構而成為鋸齒形狀或曲線形狀來確保有效通道長度的通道稱為埋入通道、凹陷通道等。另外，有時將該形狀稱為U字型的形狀。此時，在氧化物230b具有槽部的電晶體中，通道具有U字型的形狀。
以下，說明使用元件模擬器而算出的氧化物230b具有槽部的電晶體(也稱為U字型結構的電晶體)的電特性。在以下說明中，為了進行比較，也對氧化物230b不具有槽部的電晶體(也稱為平面型結構的電晶體)進行計算。
＜U字型結構的電晶體與平面型結構的電晶體的電特性的比較＞ 首先，利用元件模擬器進行計算而比較U字型結構的電晶體與平面型結構的電晶體的電特性。作為電晶體的電特性，明確而言，算出電晶體的漂移電壓(Vsh)、gm的最大值、S值及DIBL(Drain-Induced Barrier Lowering，汲極引致能障下降)。在利用元件模擬器的計算中假定的電晶體的結構與圖1A所示的電晶體的結構相同。
在此使用在電晶體的汲極電流-閘極電壓特性(Id-Vg特性)中，Id-Vg曲線上的傾斜度最大的點的切線與Id=1pA的直線交叉的Vg，定義Vsh。另外，gm定義為:對於閘極電壓Vg的變化量的汲極電流的變化量，亦即∂Id/∂Vg。注意，gm的單位是[S]。
另外，DIBL是在通道長度減小時高汲極電壓中的臨界電壓降低(向負方向漂移)的現象，並是一種短通道效應。該現象由於如下原因發生:在通道長度減小時不能忽略汲極電場給閘極電場帶來的影響，由於汲極電場而源極和汲極間的載子的勢壘容易下降。
在以下說明中，將DIBL設定為從汲極電壓Vd=0.1V時的Vsh的值減去汲極電壓Vd=1.2V時的Vsh的值來得到的值。
在本計算中，準備設置在氧化物230b中的槽部的深度D1不同的U字型結構的電晶體(電晶體1A至電晶體9A)及導電體242a和導電體242b間的距離(相當於寬度L1)不同的平面型結構的電晶體(電晶體1B至電晶體9B)。
表1示出在利用元件模擬器的計算設定的各參數的值中的電晶體1A至電晶體9A之間不同的參數的值。
[表1]
電晶體 深度D1[nm] 有效通道長度[nm]
1A 10 31.4
2A 15 41.4
3A 20 51.4
4A 25 61.4
5A 30 71.4
6A 35 81.4
7A 40 91.4
8A 45 101.4
9A 50 111.4
10A 0 20
電晶體1A至電晶體9A的深度D1都大於0nm，所以電晶體1A至電晶體9A是U字型結構的電晶體。在電晶體1A至電晶體9A中，將上述槽部的寬度L1設為20nm且將曲率半徑R設為10nm。此時，長度L2為0nm。另外，將厚度D2設為15nm。另外，在將絕緣體250的膜厚度設為5nm時，導電體260的寬度成為10nm。
另外，有效通道長度是絕緣體250與氧化物230b的介面的長度。換言之，電晶體1A至電晶體9A的有效通道長度從深度D1和曲率半徑R算出。明確而言，電晶體1A至電晶體9A中的有效通道長度為2(D1-R)+πR。
表2示出在利用元件模擬器的計算設定的各參數的值中的電晶體1B至電晶體9B之間不同的參數的值。
[表2]
電晶體 長度[nm] 有效通道長度[nm]
1B 31.4 31.4
2B 41.4 41.4
3B 51.4 51.4
4B 61.4 61.4
5B 71.4 71.4
6B 81.4 81.4
7B 91.4 91.4
8B 101.4 101.4
9B 111.4 111.4
在電晶體1B至電晶體9B中，將絕緣體250的膜厚度設為5nm且將導電體260的膜厚度設為15nm。另外，將厚度D2設為15nm。另外，將有效通道長度設為絕緣體250與氧化物230b的介面的長度。換言之，電晶體1B至電晶體9B中的有效通道長度成為長度L1。
利用元件模擬器對電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B進行計算，來算出各電晶體的電特性。作為元件模擬器使用Silvaco公司製造的元件模擬器Atlas。表3示出在藉由利用元件模擬器的計算而設定的各參數值中的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B共通的參數的值。
[表3]
電晶體 通道寬度 1 μm
260 功函數 5.0 eV
250 相對介電常數 4.1
膜厚度 5 nm
242a 242b 功函數 4.8 eV
長度 100 nm
膜厚度 20 nm
230a 230b 相對介電常數 15
導帶的實效狀態密度Nc 5×1018 cm-3
價帶的實效狀態密度Nv 5×1018 cm-3
230b 電子親和力 4.8 eV
能帶間隙 2.9 eV
電子移動率 15 cm2 /(Vs)
電洞移動率 0.01 cm2 /(Vs)
厚度D2 15 nm
230a 電子親和力 4.5 eV
能帶間隙 3.4 eV
電子移動率 5 cm2 /(Vs)
電洞移動率 0.01 cm2 /(Vs)
膜厚度 5 nm
224 相對介電常數 4.1
膜厚度 30 nm
205 功函數 5.0 eV
膜厚度 20 nm
算出汲極電壓Vd=1.2V、背閘極電壓Vbg= 0.0V、源極電壓Vs=0.0V時的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的Id-Vg特性，來算出Vsh、gm的最大值及S值。另外，為了算出DIBL，也算出汲極電壓Vd= 0.1V、背閘極電壓Vbg=0.0V、源極電壓Vs=0.0V時的Id-Vg特性。
圖2A示出所算出的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的每一個的Vsh。在圖2A中，橫軸表示有效通道長度[nm]，縱軸表示Vsh[mV]。以黑色菱形標繪出U字型結構的電晶體(電晶體1A至電晶體9A)的Vsh的值。另外，以白色三角形標繪出平面型結構的電晶體(電晶體1B至電晶體9B)的Vsh的值。
在圖2A中，例如，與長度L1為31.4nm的平面型結構的電晶體(電晶體1B)的Vsh的值(=-3244mV)相比，有效通道長度為41.4nm以上的U字型結構的電晶體(電晶體2A至電晶體9A)的Vsh的值較大。換言之，與電晶體1B相比，長度L1為20nm的U字型結構的電晶體在深度D1設為15nm以上時可以抑制Vsh的下降。由此，在電晶體具有U字型結構時，與平面型結構相比，可以實現電晶體的微型化且抑制Vsh的下降。其他有效通道長度也是同樣的。
圖2B示出所算出的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的每一個的gm的最大值。在圖2B中，橫軸表示有效通道長度[nm]，縱軸表示gm的最大值[S]。以黑色菱形標繪出U字型結構的電晶體(電晶體1A至電晶體9A)中的gm的最大值。另外，以白色三角形標繪出平面型結構的電晶體(電晶體1B至電晶體9B)中的gm的最大值。
從圖2B可知:在同一有效通道長度的情況下，U字型結構的電晶體的gm的最大值比平面型結構的電晶體大。因此，藉由作為電晶體的結構採用U字型結構，可以提高gm的值而提高通態電流。
圖2C示出所算出的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的每一個的S值。在圖2C中，橫軸表示有效通道長度[nm]，縱軸表示S值[mV/dec.]。以黑色菱形標繪出U字型結構的電晶體(電晶體1A至電晶體9A)中的S值。以白色三角形標繪出平面型結構的電晶體(電晶體1B至電晶體9B)中的S值。從與圖2A所示的Vsh的結果相同的理論來看，藉由採用U字型結構，與平面型結構相比更可以實現電晶體的微型化且抑制S值的增大。
圖3示出所算出的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的每一個的DIBL。在圖3中，橫軸表示有效通道長度[nm]，縱軸表示DIBL[mV]。以黑色菱形標繪出U字型結構的電晶體(電晶體1A至電晶體9A)中的DIBL。以白色三角形標繪出平面型結構的電晶體(電晶體1B至電晶體9B)中的DIBL。從與圖2A所示的Vsh的結果相同的理論來看，藉由採用U字型結構，與平面型結構相比更可以實現電晶體的微型化且抑制DIBL的增大。
接著，為了對有效通道長度相同時的U字型結構的電晶體及平面型結構的電晶體的背閘極的控制性進行評價，對電晶體的Id-Vg特性的背閘極電壓依賴性進行計算，來算出∂Vsh/∂Vbg。
∂Vsh/∂Vbg是背閘極電壓Vbg變化1V時的Vsh的變化量，其單位為[V/V]。換言之，∂Vsh/∂Vbg的絕對值越大，相對於施加到背閘極的電位的變化量的Vsh的變化量越大。由此，可以說:∂Vsh/∂Vbg的絕對值越大，背閘極的控制性越高。
對汲極電壓1.2V、源極電壓Vs=0.0V時的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的Id-Vg特性的背閘極電壓依賴性進行計算，來算出∂Vsh/∂Vbg。在利用元件模擬器的計算中設定的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的各參數的值為表1至表3表示的值。
圖4示出所算出的電晶體1A至電晶體9A及電晶體1B至電晶體9B的每一個的∂Vsh/∂Vbg。在圖4中，橫軸表示有效通道長度[nm]，縱軸表示Vbg=0V時的∂Vsh/∂Vbg[V/V]。以黑色菱形標繪出U字型結構的電晶體(電晶體1A至電晶體9A)中的∂Vsh/∂Vbg的值。另外，以白色三角形標繪出平面型結構的電晶體(電晶體1B至電晶體9B)中的∂Vsh/∂Vbg的值。
從圖4可知:關於相同有效通道長度的∂Vsh/∂Vbg的絕對值，U字型結構的電晶體比平面型結構的電晶體大。如此，關於相同通道長度的背閘極的控制性，U字型結構的電晶體比平面型結構的電晶體高。
＜電晶體的電特性的槽部的深度D1的依賴性＞ 接著，利用使用元件模擬器的計算對電晶體的電特性的對於設置在氧化物230b中的槽部的深度D1的依賴性進行評價。明確而言，算出電晶體的Vsh、gm的最大值及S值。在利用元件模擬器的計算中假定的電晶體的結構與圖1A所示的電晶體的結構相同。另外，利用元件模擬器的計算中設定的電晶體1A至電晶體10A的各參數的值是表1及表3所示的值。
將電晶體10A的深度D1設為0nm。換言之，電晶體10A是氧化物230b不設置有槽部的平面型結構的電晶體。此時，有效通道長度與長度L1相等。另外，在絕緣體250的膜厚度設為5nm時，導電體260的膜厚度為15nm。
算出汲極電壓Vd=0.1V或1.2V、背閘極電壓Vbg=0.0V、源極電壓Vs=0.0V時的電晶體1A至電晶體10A的Id-Vg特性，來算出Vsh、gm的最大值、S值及DIBL。
圖5A示出所算出的電晶體1A至電晶體10A的每一個的Vsh。在圖5A中，橫軸表示深度D1[nm]，縱軸表示Vsh[mV]。另外，以黑色圓圈標繪出汲極電壓Vd=0.1V時的Vsh的值。另外，以白色四角形標繪出汲極電壓Vd=1.2V時的Vsh的值。從圖5A可知:深度D1的值越大，Vsh越大。由此，藉由作為電晶體的結構採用U字型結構，可以抑制Vsh的下降。
圖5B示出所算出的電晶體1A至電晶體10A的每一個的gm的最大值。另外，以黑色圓圈標繪出汲極電壓Vd=0.1V時的gm的最大值。另外，以白色四角形標繪出汲極電壓Vd=1.2V時的gm的最大值。在圖5B中，橫軸表示深度D1[nm]，縱軸表示gm的最大值[S]。
圖5C示出所算出的電晶體1A至電晶體10A的每一個的S值。在圖5C中，橫軸表示深度D1[nm]，縱軸表示S值[mV/dec.]。另外，以黑色圓圈標繪出汲極電壓Vd=0.1V時的S值。另外，以白色四角形標繪出汲極電壓Vd=1.2V時的S值。從圖5C可知:深度D1的值越大，S值越大。由此，藉由作為電晶體的結構採用U字型結構，可以抑制S值的增大。
圖6示出算出電晶體1A至電晶體10A的每一個的DIBL。在圖6中，橫軸表示深度D1[nm]，縱軸表示DIBL[mV]。從圖6可知:深度D1的值越大，DIBL越小。由此，藉由作為電晶體的結構採用U字型結構，可以抑制DIBL的增大。
如上所述，在U字型結構的電晶體中，即使電晶體的佔有面積相同，只要擴大設置在氧化物230b的槽部的深度L1，也可以確保有效通道長度而抑制Vsh的負向漂移、S值的增大、DIBL的增大等且減小短通道效應。
根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種電晶體特性的不均勻少的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式可以提供一種可靠性良好的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種通態電流大的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種低功耗的半導體裝置。
如此，本實施方式所示的結構和方法等可以與其他實施方式及實施例等所示的結構和方法等適當地組合而實施。
實施方式2 在本實施方式中，對包括根據本發明的一個實施方式的電晶體200的半導體裝置的一個例子進行說明。注意，在本實施方式所示的電晶體200中，對具有與上述實施方式所示的電晶體的組件相同的功能的組件附加同一元件符號。
＜半導體裝置的結構例子2＞ 圖7A至圖7D是包括電晶體200的半導體裝置的俯視圖及剖面圖。圖7A是該半導體裝置的俯視圖。另外，圖7B至圖7D是該半導體裝置的剖面圖。在此，圖7B是沿著圖7A中的點劃線A1-A2所示的部位的剖面圖，該剖面圖相當於電晶體200的通道長度方向上的剖面圖。另外，圖7C示出沿著圖7A中的點劃線A3-A4所示的部位的剖面圖，該剖面圖相當於電晶體200的通道寬度方向的剖面圖。圖7D是沿著圖7A中的點劃線A5-A6的部分的剖面圖。在圖7A的俯視圖中，為了明確起見，省略一部分組件。
本發明的一個實施方式的半導體裝置包括:基板(未圖示)上的絕緣體211、絕緣體211上的絕緣體212、絕緣體212上的絕緣體214、絕緣體214上的電晶體200、電晶體200上的絕緣體280、絕緣體280上的絕緣體282、絕緣體282上的絕緣體283及絕緣體283上的絕緣體284。絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體280、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284被用作層間膜。另外，該半導體裝置還包括與電晶體200電連接且被用作插頭的導電體240(導電體240a及導電體240b)。此外，還包括與被用作插頭的導電體240的側面接觸的絕緣體241(絕緣體241a及絕緣體241b)。另外，在絕緣體284上及導電體240上設置與導電體240電連接且被用作佈線的導電體246(導電體246a及導電體246b)。另外，導電體246上及絕緣體284上設置絕緣體286。
以與絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284的開口的內壁接觸的方式設置絕緣體241a，以與絕緣體241a的側面接觸的方式設置導電體240a的第一導電體，其內側設置導電體240a的第二導電體。另外，以與絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284的各開口的內壁接觸的方式設置絕緣體241b，以與絕緣體241b的側面接觸的方式設置導電體240b的第一導電體，並其內側設置導電體240b的第二導電體。在此，導電體240的頂面的高度與重疊於導電體246的區域的絕緣體284的頂面的高度可以大致對齊。另外，在電晶體200中，層疊有導電體240的第一導電體與導電體240的第二導電體，但是本發明不侷限於此。例如，導電體240也可以具有單層結構或者三層以上的疊層結構。在結構體具有疊層結構的情況下，有時按形成順序賦予序數以進行區別。
[電晶體200] 如圖7A至圖7D所示，電晶體200包括:絕緣體214上的絕緣體216；以絕緣體214或絕緣體216中埋入的方式配置的導電體205(導電體205a及導電體205b)；絕緣體216上及導電體205上的絕緣體222；絕緣體222上的絕緣體224；絕緣體224上的氧化物230a；氧化物230a上的氧化物230b；氧化物230b上的氧化物243(氧化物243a及氧化物243b)及氧化物230c；氧化物243a上的導電體242a；氧化物243b上的導電體242b；氧化物230c上的絕緣體250；位於絕緣體250上並重疊於氧化物230c的一部分的導電體260(導電體260a及導電體260b)；接觸於絕緣體224的頂面的一部分、氧化物230a的側面的一部分、氧化物230b的側面的一部分、氧化物243的側面的一部分、導電體242a的側面、導電體242a的頂面、導電體242b的側面及導電體242b的頂面的絕緣體272；絕緣體272上的絕緣體273。另外，氧化物230c接觸於導電體242a的側面和導電體242b的側面。在此，如圖7B所示，導電體260的頂面以與絕緣體250的頂面及氧化物230c的頂面大致對齊的方式配置。另外，絕緣體282與導電體260、絕緣體250、氧化物230c及絕緣體280的每一個的頂面接觸。
在絕緣體280、絕緣體273及絕緣體272中設置到達氧化物230b的開口。在該開口內配置有氧化物230c、絕緣體250及導電體260。另外，在電晶體200的通道長度方向上，在導電體242a和導電體242b間設置有導電體260、絕緣體250及氧化物230c。絕緣體250包括與導電體260的側面重疊的區域及與導電體260的底面重疊的區域。另外，在與氧化物230b重疊的區域中，氧化物230c包括與氧化物230b接觸的區域、隔著絕緣體250與導電體260的側面重疊的區域、隔著絕緣體250與導電體260的底面重疊的區域。
在看電晶體200的通道長度的剖面時，在氧化物230b中設置槽部，在該槽部中埋入有氧化物230c、絕緣體250及導電體260(導電體260a及導電體260b)。此時，氧化物230c以覆蓋該槽部的內壁(側壁及底面)的方式配置，絕緣體250以隔著氧化物230c覆蓋該槽部的內壁的方式配置，導電體260以隔著氧化物230c及絕緣體250填充該槽部的方式配置。另外，在看電晶體200的通道長度的剖面時，該槽部的側壁與上述開口的側壁大致對齊。
注意，在上述槽部中，有時在對導電體242a及導電體242b進行加工，具體的是進行蝕刻時，氧化物230b的頂部略微被去除。然而，在本發明的一個實施方式中，為了增長有效通道長度，將設置在導電體242a及導電體242b上的絕緣體用作遮罩，加工氧化物230b而形成槽部。槽部的深度D1例如較佳為大於導電體242a及導電體242b的厚度(膜厚度)或絕緣體250的厚度(膜厚度)。典型的是，槽部的深度D1為5nm以上且50nm以下，較佳為10nm以上且30nm以下。注意，槽部的深度D1取決於導電體242a及導電體242b的厚度或者絕緣體250的厚度、導電體242a與導電體242b間的距離等，所以不侷限於上述數值。
另外，氧化物230c具有向下方突出的形狀。尤其在上述槽部的底面的端部具有曲率時，氧化物230c具有向下方突出的形狀。
另外，如圖7B所示，在看電晶體200的通道長度的剖面時，氧化物230b具有凹狀的彎曲形狀。另一方面，如圖7C所示，在看電晶體200的通道寬度的剖面時，氧化物230b具有凸狀的彎曲形狀。換言之，也可以說與氧化物230c接觸的區域及其附近的區域的氧化物230b具有像鞍子那樣的形狀。注意，為了簡化起見，有時氧化物230b的槽部是指氧化物230b的該區域。
另外，如圖7C所示，在看電晶體200的通道寬度的剖面時，較佳為在氧化物230b的側面與氧化物230b的頂面之間具有彎曲面。就是說，該側面的端部和該頂面的端部較佳為彎曲(以下，也稱為圓形)。
上述彎曲面的曲率半徑較佳為大於0nm且小於與導電體242重疊的區域的氧化物230b的膜厚度或者小於不具有上述彎曲面的區域的一半長度。明確而言，上述彎曲面的曲率半徑大於0nm且為20nm以下，較佳為1nm以上且15nm以下，更佳為2nm以上且10nm以下。藉由採用上述形狀，可以抑制電場在該側面與該頂面間集中而抑制電晶體特性變動。另外，也可以防止不具有上述彎曲面的區域的長度減小而抑制電晶體200的通態電流、移動率的下降。由此，可以提供一種具有良好電特性的半導體裝置。
此外，較佳為在電晶體200中將被用作半導體的金屬氧化物(以下也稱為氧化物半導體)用於包含通道形成區域的氧化物230(氧化物230a、氧化物230b及氧化物230c)。
另外，被用作半導體的金屬氧化物的能帶間隙較佳為2eV以上，更佳為2.5eV以上。如此，藉由使用能帶間隙較寬的金屬氧化物，可以減小電晶體的關態電流。
由於將金屬氧化物用於通道形成區域的電晶體在非導通狀態下的洩漏電流極小，所以可以提供一種低功耗的半導體裝置。此外，金屬氧化物可以利用濺射法等形成，所以可以用於構成高集成型半導體裝置的電晶體。
例如，作為氧化物230較佳為使用包含銦、元素M及鋅的In-M-Zn氧化物(元素M為選自鋁、鎵、釔、錫、銅、釩、鈹、硼、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢和鎂等中的一種或多種)等金屬氧化物。作為氧化物230，也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。
另外，氧化物230較佳為包括配置在絕緣體224上的氧化物230a、配置在氧化物230a上的氧化物230b以及配置在氧化物230b上且其至少一部分與氧化物230b的槽部接觸的氧化物230c。當在氧化物230b之下設置有氧化物230a時，可以防止雜質從形成在氧化物230a下的結構物擴散到氧化物230b。當在氧化物230b之上設置有氧化物230c時，可以防止雜質從形成在氧化物230c的上方的結構物擴散到氧化物230b。
在電晶體200中，氧化物230具有層疊有氧化物230a、氧化物230b及氧化物230c的三層結構，但是本發明不侷限於此。例如，可以採用氧化物230b的單層結構、氧化物230a與氧化物230b的兩層結構、氧化物230b與氧化物230c的兩層結構或四層以上的疊層結構，或者氧化物230a、氧化物230b、氧化物230c也可以各自具有疊層結構。
另外，氧化物230a與氧化物230b、氧化物230b與氧化物230c較佳為除了氧以外還包含共同元素作為主要成分。因此，可以降低氧化物230a與氧化物230b的介面及氧化物230b與氧化物230c的介面的缺陷態密度。因此，介面散射給載子傳導帶來的影響減少，從而電晶體200可以得到大通態電流及高頻率特性。
氧化物230較佳為具有化學組成互不相同的氧化物的疊層結構。明確而言，用於氧化物230a的金屬氧化物中的相對於主要成分的金屬元素的元素M的原子個數比較佳為大於用於氧化物230b的金屬氧化物中的相對於主要成分的金屬元素的元素M的原子個數比。另外，用於氧化物230a的金屬氧化物中的相對於In的元素M的原子個數比較佳為大於用於氧化物230b的金屬氧化物中的相對於In的元素M的原子個數比。另外，用於氧化物230b的金屬氧化物中的元素相對於M的In的原子個數比較佳為大於用於氧化物230a的金屬氧化物中的元素相對於M的In的原子個數比。氧化物230c可以使用可用於氧化物230a或氧化物230b的金屬氧化物。
在要增大電晶體200的通態電流時作為氧化物230較佳為使用In-Zn氧化物。在作為氧化物230使用In-Zn氧化物時，例如可以舉出如下結構:氧化物230a使用In-Zn氧化物且氧化物230b及氧化物230c使用In-M-Zn氧化物的疊層結構；或者氧化物230a使用In-M-Zn氧化物且氧化物230b和氧化物230c中的任一個使用In-Zn氧化物的疊層結構等。
另外，氧化物230b及氧化物230c較佳為具有結晶性。例如，較佳為使用後面說明的CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor)。CAAC-OS等的具有結晶性的氧化物具有雜質及缺陷(氧空位等)少的結晶性高且緻密的結構。因此，可以抑制源極電極或汲極電極從氧化物230b抽出氧。因此，即使進行加熱處理也可以減少從氧化物230b被抽出的氧，所以電晶體200對製程中的高溫度(所謂熱積存；thermal budget)也很穩定。
另外，作為氧化物230c較佳為使用CAAC-OS，氧化物230c所包含的結晶的c軸較佳為沿大致垂直於氧化物230c的被形成面或頂面的方向配向。CAAC-OS具有容易使氧在與c軸垂直方向上移動的性質。由此，可以將氧化物230c所包含的氧高效地供應到氧化物230b。
較佳的是，氧化物230a及氧化物230c的導帶底比氧化物230b的導帶底更接近於真空能階。換言之，氧化物230a及氧化物230c的電子親和力較佳為小於氧化物230b的電子親和力。在此情況下，氧化物230c較佳為使用可以用於氧化物230a的金屬氧化物。此時，載子的主要路徑為氧化物230b。
在此，在氧化物230a、氧化物230b及氧化物230c的接合部中，導帶底平緩地變化。換言之，也可以將上述情況表達為氧化物230a、氧化物230b及氧化物230c的接合部的導帶底連續地變化或者連續地接合。為此，較佳為降低形成在氧化物230a與氧化物230b的介面以及氧化物230b與氧化物230c的介面的混合層的缺陷態密度。
明確而言，藉由使氧化物230a與氧化物230b、以及氧化物230b與氧化物230c除了包含氧之外還包含共同元素作為主要成分，可以形成缺陷態密度低的混合層。例如，在氧化物230b為In-Ga-Zn氧化物的情況下，作為氧化物230a及氧化物230c可以使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化鎵等。
明確而言，作為氧化物230a使用In:Ga:Zn= 1:3:4[原子個數比]或其附近的組成或者In:Ga:Zn= 1:1:0.5[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物，即可。
另外，作為氧化物230b使用In:Ga:Zn= 1:1:1[原子個數比]或其附近的組成或者In:Ga:Zn=4:2:3[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物，即可。或者，作為氧化物230b使用In:Ga:Zn=5:1:3[原子個數比]或其附近的組成或者In:Ga:Zn=10:1:3[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物，即可。或者，作為氧化物230b使用In-Zn氧化物(例如In:Zn=2:1[原子個數比]或其附近的組成、In:Zn=5:1[原子個數比]或其附近的組成或者In:Zn=10:1[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物，即可。另外，作為氧化物230b也可以使用銦氧化物。
另外，作為氧化物230c使用In:Ga:Zn= 1:3:4[原子個數比]或其附近的組成、Ga:Zn=2:1[原子個數比]或其附近的組成或者Ga:Zn=2:5[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物，即可。另外，氧化物230c也可以使用可用於氧化物230b的材料的單層或疊層。
另外，作為氧化物230b、氧化物230c藉由提高膜中的銦的比率而可以提高電晶體的通態電流或電場效移動率等，所以是較佳的。另外，上述的附近組成包括所希望的原子個數比的±30%的範圍。
注意，在金屬氧化物藉由濺射法形成時，上述原子個數比不侷限於所形成的金屬氧化物的原子個數比，也可以為在形成金屬氧化物時使用的濺射靶材的原子個數比。
藉由作為氧化物230a、氧化物230c採用上述結構，可以降低氧化物230a與氧化物230b的介面及氧化物230b與氧化物230c的介面的缺陷態密度。因此，介面散射給載子傳導帶來的影響減少，從而電晶體200可以得到大通態電流及高頻率特性。
絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體282、絕緣體283、絕緣體284及絕緣體286較佳為被用作抑制水、氫等雜質從基板一側或電晶體200的上方擴散到電晶體200的阻擋絕緣膜。因此，絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體282、絕緣體283、絕緣體284及絕緣體286較佳為使用具有抑制氫原子、氫分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2 O、NO、NO2 等)、銅原子等雜質的擴散的功能(不容易使上述雜質透過)的絕緣材料。或者，較佳為使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一個)的擴散的功能(不容易使上述氧透過)的絕緣材料。
例如，較佳的是，作為絕緣體211、絕緣體212、絕緣體283及絕緣體284使用氮化矽等，作為絕緣體214、絕緣體272、絕緣體273及絕緣體282使用氧化鋁等。因此，可以抑制水、氫等雜質藉由絕緣體211、絕緣體212及絕緣體214從基板一側向電晶體200一側擴散。另外，可以抑制包含在絕緣體224等中的氧藉由絕緣體211、絕緣體212及絕緣體214向基板一側擴散。另外，可以抑制水、氫等雜質從設置在絕緣體273的上方的絕緣體280、導電體246等藉由絕緣體272及絕緣體273向電晶體200一側擴散。如此，較佳為採用由具有抑制水、氫等雜質及氧的擴散的功能的絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284圍繞電晶體200的結構。
另外，有時較佳為降低絕緣體211、絕緣體284、絕緣體286的電阻率。例如，藉由將絕緣體211、絕緣體284、絕緣體286的電阻率設定為1×1013 Ωcm左右，有時在半導體裝置製程中使用電漿等的處理中，絕緣體211、絕緣體284、絕緣體286可以緩和導電體205、導電體242、導電體260或導電體246的電荷積聚。絕緣體211、絕緣體284、絕緣體286的電阻率較佳為1×1010 Ωcm以上且1×1015 Ωcm以下。
在絕緣體212及絕緣體284使用不包含氫原子或者氫原子含量少的化合物氣體且藉由化學氣相沉積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法形成時，並不需要設置絕緣體211及絕緣體284。
此外，絕緣體216及絕緣體280的介電常數較佳為比絕緣體214低。藉由將介電常數低的材料用於層間膜，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。例如，作為絕緣體216、絕緣體280，適當地使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽或具有空孔的氧化矽等。
導電體205以與氧化物230及導電體260重疊的方式配置。另外，導電體205較佳為以填埋於絕緣體214或絕緣體216中的方式設置。
此外，如圖7A所示，導電體205較佳為比氧化物230中不與導電體242a及導電體242b重疊的區域大。尤其是，如圖7C所示，導電體205較佳為延伸到與通道寬度方向交叉的氧化物230的端部的外側的區域。就是說，較佳為在氧化物230的通道寬度方向的側面的外側，導電體205和導電體260隔著絕緣體重疊。藉由具有上述結構，可以由被用作第一閘極電極的導電體260的電場和被用作第二閘極電極的導電體205的電場電圍繞氧化物230的通道形成區域。在本說明書中，將由第一閘極電極及第二閘極電極的電場電圍繞通道形成區域的電晶體的結構稱為surrounded channel(S-channel:圍繞通道)結構。
在本說明書等中，S-channel結構的電晶體是指由一對閘極電極中的一方及另一方的電場電圍繞通道形成區域的電晶體的結構。另外，在本說明書等中，S-channel結構具有如下特徵:與通道形成區域同樣，與被用作源極電極及汲極電極的導電體242a及導電體242b接觸的氧化物230的側面及其周邊為I型。另外，由於接觸於絕緣體280，所以導電體242a及導電體242b接觸的氧化物230的側面及周邊有可能與通道形成區域同樣地成為I型。在本說明書等中，可以視為I型與後面說明的高純度本質相同。另外，在本說明書等中所公開的S-channel結構與Fin型結構及平面型結構不同。藉由採用S-channel結構，可以提高對短通道效應的耐性，換言之可以實現不容易發生短通道效應的電晶體。
此外，如圖7C所示，將導電體205延伸來用作佈線。但是，本發明不侷限於此，也可以在導電體205下設置被用作佈線的導電體。此外，不一定需要在每一個電晶體中設置一個導電體205。例如，在多個電晶體中可以共同使用導電體205。
另外，在電晶體200中，導電體205層疊有導電體205a與導電體205b，但是本發明不侷限於此。例如，導電體205也可以具有單層結構或者三層以上的疊層結構。在結構體具有疊層結構的情況下，有時按形成順序賦予序數以進行區別。
在此，作為導電體205a，較佳為使用具有抑制氫原子、氫分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2 O、NO、NO2 等)、銅原子等雜質的擴散的功能的導電材料。另外，較佳為使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一個)的擴散的功能的導電材料。
藉由作為導電體205a使用具有抑制氧擴散的功能的導電材料，可以抑制導電體205b被氧化而導電率降低。作為具有抑制氧的擴散的功能的導電材料，例如，較佳為使用鉭、氮化鉭、釕、氧化釕等。因此，導電體205a可以具有上述導電材料的單層或疊層結構。例如，導電體205a可以具有鉭、氮化鉭、釕或氧化釕與鈦或氮化鈦的疊層結構。
作為導電體205b，較佳為使用以鎢、銅或鋁為主要成分的導電材料。在圖式中，導電體205b具有單層結構，但是也可以具有疊層結構，例如，可以採用鈦或氮化鈦和上述導電材料的疊層結構。
絕緣體222及絕緣體224被用作閘極絕緣體。
絕緣體222較佳為具有抑制氫(例如，氫原子、氫分子等中的至少一個)的擴散的功能。另外，絕緣體222較佳為具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一個)的擴散的功能的導電材料。例如，絕緣體222較佳為具有與絕緣體224相比抑制氫和氧中的一個或兩個的擴散的功能。
絕緣體222較佳為使用作為絕緣材料的包含鋁和鉿中的一者或兩者的氧化物的絕緣體。作為該絕緣體，較佳為使用氧化鋁、氧化鉿、包含鋁及鉿的氧化物(鋁酸鉿)等。當使用這種材料形成絕緣體222時，絕緣體222被用作抑制氧從氧化物230向基板一側釋放或氫等雜質從電晶體200的周圍部擴散到氧化物230的層。因此，藉由設置絕緣體222，可以抑制氫等雜質擴散到電晶體200內側，從而可以抑制在氧化物230中產生氧空位。另外，可以抑制導電體205與絕緣體224或氧化物230所包含的氧起反應。
另外，例如也可以對這些絕緣體添加氧化鋁、氧化鉍、氧化鍺、氧化鈮、氧化矽、氧化鈦、氧化鎢、氧化釔、氧化鋯。或者，也可以對上述絕緣體進行氮化處理。另外，作為絕緣體222可以在上述絕緣體上層疊氧化矽、氧氮化矽或氮化矽而使用。
此外，作為絕緣體222，例如也可以以單層或疊層使用包含氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭、氧化鋯、氧化鋯、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鍶(SrTiO3 )或(Ba, Sr)TiO3 (BST)等所謂的high-k材料的絕緣體。例如，在絕緣體222具有疊層結構時，可以採用如下結構:依次層疊有氧化鋯、氧化鋁、氧化鋯的三層疊層結構；依次層疊有氧化鋯、氧化鋁、氧化鋯、氧化鋁的四層結構；等。另外，作為絕緣體222也可以使用包含鉿、鋯的化合物等。隨著半導體裝置的微型化及高積體化，因為用於閘極絕緣體及電容器的介電質薄膜化，所以有時發生電晶體或電容器的洩漏電流等的問題。藉由作為被用作閘極絕緣體及電容器的介電質使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同時降低電晶體工作時的閘極電位並確保電容器的電容。
在此，在與氧化物230接觸的絕緣體224中，較佳為藉由加熱使氧脫離。例如，作為絕緣體224適當地使用氧化矽、氧氮化矽等，即可。藉由以與氧化物230接觸的方式設置包含氧的絕緣體，可以減少氧化物230中的氧空位，從而可以提高電晶體200的可靠性。
明確而言，作為絕緣體224較佳為使用藉由加熱使一部分氧脫離的氧化物材料，亦即具有過量氧區域的絕緣體材料。藉由加熱使氧脫離的氧化膜是指在TDS (Thermal Desorption Spectroscopy:熱脫附譜)分析中換算為氧分子的氧的脫離量為1.0×1018 molecules/cm3 以上，較佳為1.0×1019 molecules/cm3 以上，進一步較佳為2.0×1019 molecules/cm3 以上，或者3.0×1020 molecules/cm3 以上的氧化物膜。進行上述TDS分析時的膜的表面溫度較佳為在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的範圍內。
另外，也可以以彼此接觸的方式對上述具有過量氧區域的絕緣體和氧化物230進行加熱處理、微波處理和RF處理中的任一個或多個處理。藉由進行該處理，可以去除氧化物230中的水或氫。例如，在氧化物230中，發生氫進入氧空位而成的缺陷(VO H)的鍵合被切斷的反應，換言之發生“VO H→VO +H”的反應，來實現脫氫化。在此產生的一部分氫有時鍵合於氧而作為H2 O從氧化物230或氧化物230附近的絕緣體去除。另外，一部分氫有時擴散到導電體242或被導電體242俘獲(也稱為吸雜)。
例如，上述微波處理較佳為使用具有產生高密度電漿的電源的裝置或者具有對基板一側施加RF的電源的裝置。例如，藉由使用包含氧的氣體並使用高密度電漿，可以生成高密度的氧自由基，並且藉由對基板一側施加RF，可以將由高密度電漿生成的氧自由基高效地引入氧化物230或氧化物230附近的絕緣體中。另外，上述微波處理的壓力設定為133Pa以上，較佳為200Pa以上、更佳為400Pa以上即可。另外，作為對進行微波處理的裝置內引入的氣體例如使用氧及氬，並且以50%以下，較佳為以10%以上且30%以下的氧流量比(O2 /(O2 +Ar))進行微波處理。
另外，在電晶體200的製造工程中，加熱處理較佳為在氧化物230的表面露出的狀態下進行。例如，該加熱處理較佳為在100℃以上且450℃以下、更佳為在350℃以上且400℃以下進行。加熱處理在氮氣體或惰性氣體的氛圍下或者在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化氣體的氛圍下進行。例如，加熱處理較佳為在氧氛圍下進行。由此，可以藉由對氧化物230供應氧而減少氧空位。另外，加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，加熱處理也可以在氮氣體或惰性氣體的氛圍下進行加熱處理之後，在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化氣體的氛圍下進行，以便填補所脫離的氧。或者，在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化氣體的氛圍下進行加熱處理之後，在氮氣體或惰性氣體的氛圍下連續進行加熱處理。
藉由對氧化物230進行加氧化處理，可以使所供應的氧填補氧化物230中的氧空位，換言之可以促進“VO +O→null”的反應。再者，在所供應的氧與留在氧化物230中的氫起反應時，可以去除該氫作為H2 O。由此，可以抑制留在氧化物230中的氫與氧空位再結合而形成VO H。
此外，絕緣體222及絕緣體224也可以具有兩層以上的疊層結構。此時，不侷限於使用相同材料構成的疊層結構，也可以是使用不同材料形成的疊層結構。
導電體242(導電體242a及導電體242b)設置在氧化物230b上。導電體242a及導電體242b分別用作電晶體200的源極電極或汲極電極。
作為導電體242(導電體242a及導電體242b)，例如較佳為使用包含鉭的氮化物、包含鈦的氮化物、包含鉬的氮化物、包含鎢的氮化物、包含鉭及鋁的氮化物、包含鈦及鋁的氮化物等。在本發明的一個實施方式中，尤其較佳為使用包含鉭的氮化物。另外，例如，也可以使用氧化釕、氮化釕、包含鍶及釕的氧化物、包含鑭及鎳的氧化物等。這樣材料是不容易氧化的導電材料或者吸收氧也保持導電性的材料，所以是較佳的。
另外，有時在導電體242的側面和導電體242的頂面之間具有彎曲面。就是說，側面的端部和頂面的端部有時彎曲。例如，在該彎曲面在導電體242的端部具有3nm以上且10nm以下，更佳為5nm以上且6nm以下的曲率半徑。藉由使端部不具有角，可以提高後面的形成製程中的膜的覆蓋性。
氧化物243(氧化物243a及氧化物243b)較佳為具有抑制氧透過的功能。藉由在被用作源極電極或汲極電極的導電體242與氧化物230b之間配置具有抑制氧的透過的功能的氧化物243，導電體242與氧化物230b之間的電阻下降，所以是較佳的。藉由採用上述結構，可以提高電晶體200的電特性及電晶體200的可靠性。
作為氧化物243，也可以使用包含元素M的金屬氧化物。尤其是，作為元素M較佳為使用鋁、鎵、釔或錫。氧化物243的元素M的濃度較佳為高於氧化物230b。另外，作為氧化物243也可以使用氧化鎵。另外，作為氧化物243也可以使用In-M-Zn氧化物等金屬氧化物。明確而言，用於氧化物243的金屬氧化物中的相對於In的元素M的原子個數比較佳為大於用於氧化物230b的金屬氧化物中的相對於In的元素M的原子個數比。另外，氧化物243的膜厚度較佳為0.5nm以上且5nm以下、更佳為1nm以上且3nm以下、進一步較佳為1nm以上且2nm以下。另外，氧化物243較佳為具有結晶性。在氧化物243具有結晶性時，可以適當地抑制氧化物230中的氧釋放。例如，在作為氧化物243使用六方晶等的結晶結構時，有時可以抑制氧化物230中的氧釋放。
絕緣體272以與導電體242的頂面接觸的方式配置並較佳為被用作障壁層。藉由採用該結構，可以抑制絕緣體280所包含的過量氧被導電體242吸收。另外，藉由抑制導電體242的氧化，可以抑制電晶體200與佈線的接觸電阻增加。由此，可以對電晶體200賦予良好的電特性及可靠性。
因此，絕緣體272較佳為具有抑制氧擴散的功能。例如，絕緣體272較佳為具有與絕緣體280相比進一步抑制氧的擴散的功能。作為絕緣體272例如較佳為形成包含鋁和鉿中的一個或兩個的氧化物的絕緣體。另外，作為絕緣體272例如較佳為使用包含氮化鋁的絕緣體。
另外，有時可以在形成絕緣體272時對絕緣體224供應氧。絕緣體224由絕緣體272及絕緣體273密封，所以可以抑制供應到絕緣體224的氧向外部擴散而且高效地供應到氧化物230。另外，有時絕緣體224中的氫被絕緣體273吸收，所以是較佳的。
另外，也可以不設置絕緣體272及絕緣體273而在導電體242的頂面與絕緣體280之間設置被用作障壁層的絕緣體。藉由採用該結構，可以抑制絕緣體280所包含的過量氧被導電體242吸收。另外，藉由抑制導電體242的氧化，可以抑制電晶體200與佈線的接觸電阻增加。由此，可以對電晶體200賦予良好的電特性及可靠性。
因此，上述絕緣體較佳為具有抑制氧擴散的功能。例如，上述絕緣體較佳為具有與絕緣體280相比抑制氧的擴散的功能。
因此，上述絕緣體較佳為形成包含鋁和鉿中的一個或兩個的氧化物的絕緣體。尤其是，較佳為使用原子層沉積(ALD:Atomic Layer Deposition)法形成氧化鋁。藉由利用ALD法，可以形成裂縫或針孔等缺陷少或具有均勻厚度的緻密的膜。例如，上述絕緣體較佳為使用包含氮化鋁的絕緣體。
絕緣體250被用作閘極絕緣體。絕緣體250較佳為與氧化物230c的至少一部分接觸地配置。絕緣體250可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽等。尤其是，氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，所以是較佳的。
絕緣體250與絕緣體224同樣地較佳為使用藉由加熱釋放氧的絕緣體形成。藉由作為絕緣體250以與氧化物230c的至少一部分接觸的方式設置藉由加熱釋放氧的絕緣體，可以有效地對氧化物230b的通道形成區域供應氧而減少氧化物230b中的通道形成區域的氧空位。由此，可以抑制電特性變動而實現具有穩定的電特性且可靠性得到提高的電晶體。與絕緣體224同樣，較佳為降低絕緣體250中的水、氫等雜質的濃度。絕緣體250的厚度較佳為1nm以上且20nm以下。
雖然在圖7B中絕緣體250為單層，但是也可以具有兩層以上的疊層結構。在絕緣體250具有兩層的疊層結構時，較佳的是，絕緣體250的下層使用藉由加熱釋放氧的絕緣體形成，並且絕緣體250的上層使用具有抑制氧的擴散的功能的絕緣體形成。藉由具有上述結構，可以抑制包含在絕緣體250的下層的氧擴散到導電體260。換言之，可以抑制供應到氧化物230的氧量減少。另外，可以抑制包含在絕緣體250的下層的氧所導致的導電體260的氧化。例如，絕緣體250的下層可以使用可用於上述絕緣體250的材料形成，並且絕緣體250的上層可以使用與絕緣體222相同的材料形成。
注意，在作為絕緣體250的下層使用氧化矽或氧氮化矽等的情況下，作為絕緣體250的上層可以使用相對介電常數高的high-k材料的絕緣材料。藉由使閘極絕緣體具有絕緣體250的下層與絕緣體250的上層的疊層結構，可以形成具有熱穩定性且相對介電常數高的疊層結構。因此，可以在保持閘極絕緣體的物理厚度的同時降低在電晶體工作時施加的閘極電位。另外，可以減少被用作閘極絕緣體的絕緣體的等效氧化物厚度(EOT)。
明確而言，作為絕緣體250的上層可以使用選自鉿、鋁、鎵、釔、鋯、鎢、鈦、鉭、鎳、鍺、鎂等中的一種或兩種以上的金屬氧化物或者可用於氧化物230的金屬氧化物。尤其是，較佳為使用包含鋁和鉿的一個或兩個的氧化物的絕緣體。
此外，也可以在絕緣體250與導電體260之間設置金屬氧化物。該金屬氧化物較佳為抑制氧從絕緣體250擴散到導電體260。藉由設置抑制氧的擴散的金屬氧化物，從絕緣體250擴散到導電體260的氧被抑制。換言之，可以抑制供應到氧化物230的氧量減少。另外，可以抑制因絕緣體250中的氧導致的導電體260的氧化。
注意，上述金屬氧化物較佳為具有第一閘極電極的一部分的功能。例如，可以將可用於氧化物230的金屬氧化物作為上述金屬氧化物使用。在此情況下，藉由利用濺射法形成導電體260a，可以降低上述金屬氧化物的電阻率而使其成為導電體。上述導電體可以稱為OC(Oxide Conductor)電極。
藉由設置上述金屬氧化物，可以提高電晶體200的通態電流，而無需減少來自導電體260的電場的影響。另外，藉由利用絕緣體250及上述金屬氧化物的物理厚度保持導電體260與氧化物230之間的距離，可以抑制導電體260與氧化物230之間的洩漏電流。另外，藉由設置絕緣體250及上述金屬氧化物的疊層結構，可以容易調節導電體260與氧化物230之間的物理距離及從導電體260施加到氧化物230的電場強度。
導電體260被用作電晶體200的第一閘極電極。導電體260較佳為包括導電體260a以及配置在導電體260a上的導電體260b。例如，較佳為以包圍導電體260b的底面及側面的方式配置導電體260a。另外，如圖7B所示，導電體260的頂面與絕緣體250的頂面及氧化物230c的頂面大致對齊。雖然在圖7B中導電體260具有導電體260a與導電體260b的兩層結構，但是也可以採用單層結構或三層以上的疊層結構。
在此，作為導電體260a，較佳為使用具有抑制氫原子、氫分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子、銅原子等雜質的擴散的功能的導電材料。另外，較佳為使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一個)的擴散的功能的導電材料。
此外，當導電體260a具有抑制氧的擴散的功能時，可以抑制絕緣體250所包含的氧使導電體260b氧化而導致導電率的下降。作為具有抑制氧的擴散的功能的導電材料，例如，較佳為使用鉭、氮化鉭、釕、氧化釕等。
另外，由於導電體260還被用作佈線，所以較佳為使用導電性高的導電體。例如，導電體260b可以使用鎢、銅或鋁為主要成分的導電材料。另外，導電體260b可以具有疊層結構，例如可以具有鈦或氮化鈦與上述導電材料的疊層結構。
另外，在電晶體200中，以填埋形成於絕緣體280等的開口的方式自對準地形成被用作閘極電極的導電體260。藉由如此形成導電體260，可以在導電體242a和導電體242b之間的區域中無需對準並確實地配置導電體260。
另外，如圖7C所示，在電晶體200的通道寬度方向上，導電體260中的不與氧化物230b重疊的區域的底面較佳為低於氧化物230b的底面。在被用作閘極電極的導電體260隔著絕緣體250等覆蓋氧化物230b的通道形成區域的側面及頂面時，可以將導電體260的電場容易作用於氧化物230b的通道形成區域整體。因此，可以增大電晶體200的通態電流而提高頻率特性。以絕緣體222的底面為基準時的氧化物230a及氧化物230b不與導電體260重疊的區域中的導電體260的底面的高度和氧化物230b的底面的高度之差為0nm以上且100nm以下，較佳為3nm以上且50nm以下，更佳為5nm以上且20nm以下。
絕緣體280設置在絕緣體273上。另外，絕緣體280的頂面也可以被平坦化。
被用作層間膜的絕緣體280的介電常數較佳為低。藉由將介電常數低的材料用於層間膜，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。絕緣體280例如較佳為使用與絕緣體216相同的材料形成。尤其是，氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，所以是較佳的。特別是，因為氧化矽、氧氮化矽、具有空孔的氧化矽等的材料容易形成包含藉由加熱脫離的氧的區域，所以是較佳的。
另外，較佳為降低絕緣體280中的水、氫等雜質的濃度。另外，較佳的是，絕緣體280的氫濃度低且具有過量氧區域或過量氧。例如，絕緣體280可以使用與絕緣體216相同的材料形成。另外，絕緣體280也可以具有層疊有上述材料的結構，例如可以為藉由濺射法形成的氧化矽與在其上方層疊的藉由CVD法形成的氧氮化矽的疊層結構。另外，也可以在其上方還層疊氮化矽。
絕緣體282或絕緣體283較佳為被用作抑制水、氫等雜質從上方擴散到絕緣體280的阻擋絕緣膜。另外，絕緣體282或絕緣體283較佳為被用作抑制氧透過的阻擋絕緣膜。作為絕緣體282及絕緣體283，例如使用氧化鋁、氮化矽或氮氧化矽等絕緣體，即可。例如，作為絕緣體282使用對氧具有高阻擋性的氧化鋁，並且作為絕緣體283使用對氫具有高阻擋性的氮化矽即可。
作為導電體240a及導電體240b，較佳為使用以鎢、銅或鋁為主要成分的導電材料。此外，導電體240a及導電體240b也可以具有疊層結構。
當作為導電體240採用疊層結構時，作為與絕緣體284、絕緣體283、絕緣體282、絕緣體280、絕緣體273及絕緣體272接觸的導電體較佳為使用具有抑制水、氫等雜質的透過的功能的導電材料。例如，較佳為使用鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、釕、氧化釕等。可以以單層或疊層使用具有抑制水、氫等雜質的透過的功能的導電材料。藉由使用該導電材料，可以防止添加到絕緣體280的氧被導電體240a及導電體240b吸收。此外，可以防止包含在絕緣體284的上方的層的水、氫等雜質藉由導電體240a及導電體240b混入氧化物230。
作為絕緣體241a及絕緣體241b，例如使用氮化矽、氧化鋁或氮氧化矽等絕緣體，即可。因為絕緣體241a及絕緣體241b與絕緣體273及絕緣體272接觸地設置，所以可以抑制包含在絕緣體280等中的水、氫等雜質經過導電體240a及導電體240b混入氧化物230。尤其是，氮化矽對氫具有高阻擋性，所以是較佳的。此外，可以防止絕緣體280所包含的氧被導電體240a及導電體240b吸收。
可以以與導電體240a的頂面及導電體240b的頂面接觸的方式配置被用作佈線的導電體246(導電體246a及導電體246b)。導電體246較佳為使用以鎢、銅或鋁為主要成分的導電材料。另外，該導電體可以具有疊層結構，例如，可以具有鈦或氮化鈦與上述導電材料的疊層結構。此外，該導電體也可以以嵌入絕緣體的開口中的方式形成。
絕緣體286設置在導電體246上及絕緣體284上。由此，導電體246的頂面及導電體246的側面與絕緣體286接觸，導電體246的底面與絕緣體284接觸。換言之，導電體246可以具有由絕緣體284及絕緣體286圍繞的結構。藉由採用這樣結構，可以抑制氧從外部透過而防止導電體246氧化。另外，可以防止水、氫等雜質從導電體246擴散到外部，所以是較佳的。
〈半導體裝置的構成材料〉 以下，說明可用於半導體裝置的構成材料。
＜＜基板＞＞ 作為形成電晶體200的基板例如可以使用絕緣體基板、半導體基板或導電體基板。作為絕緣體基板，例如可以舉出玻璃基板、石英基板、藍寶石基板、穩定氧化鋯基板(釔安定氧化鋯基板等)、樹脂基板等。另外，作為半導體基板，例如可以舉出由矽或鍺構成的半導體基板、或者由碳化矽、矽鍺、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅或氧化鎵等構成的化合物半導體基板等。再者，還可以舉出在上述半導體基板內部具有絕緣體區域的半導體基板，例如有SOI (Silicon On Insulator；絕緣層上覆矽)基板等。作為導電體基板，可以舉出石墨基板、金屬基板、合金基板、導電樹脂基板等。或者，可以舉出包含金屬氮化物的基板、包含金屬氧化物的基板等。再者，還可以舉出設置有導電體或半導體的絕緣體基板、設置有導電體或絕緣體的半導體基板、設置有半導體或絕緣體的導電體基板等。或者，也可以使用在這些基板上設置有元件的基板。作為設置在基板上的元件，可以舉出電容器、電阻器、切換元件、發光元件、存儲元件等。
＜＜絕緣體＞＞ 作為絕緣體，有具有絕緣性的氧化物、氮化物、氮氧化物、金屬氧化物、金屬氧氮化物以及金屬氮氧化物等。
例如，當進行電晶體的微型化及高積體化時，由於閘極絕緣體的薄膜化，有時發生洩漏電流等的問題。藉由作為被用作閘極絕緣體的絕緣體使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同時實現電晶體工作時的低電壓化。另一方面，藉由將相對介電常數較低的材料用於被用作層間膜的絕緣體，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。因此，較佳為根據絕緣體的功能選擇材料。
此外，作為相對介電常數較高的絕緣體，可以舉出氧化鎵、氧化鉿、氧化鋯、含有鋁及鉿的氧化物、含有鋁及鉿的氧氮化物、含有矽及鉿的氧化物、含有矽及鉿的氧氮化物或者含有矽及鉿的氮化物等。
另外，作為相對介電常數較低的絕緣體，可以舉出氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽或樹脂等。
此外，藉由由具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體圍繞使用金屬氧化物的電晶體，可以使電晶體的電特性穩定。作為具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體，例如可以以單層或疊層使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體。明確而言，作為具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體，可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭等金屬氧化物、氮化鋁、氮氧化矽或氮化矽等金屬氮化物。
此外，被用作閘極絕緣體的絕緣體較佳為具有包含藉由加熱脫離的氧的區域的絕緣體。例如，藉由採用將具有包含藉由加熱脫離的氧的區域的氧化矽或者氧氮化矽接觸於氧化物230的結構，可以填補氧化物230所包含的氧空位。
＜＜導電體＞＞ 作為導電體，較佳為使用選自鋁、鉻、銅、銀、金、鉑、鉭、鎳、鈦、鉬、鎢、鉿、釩、鈮、錳、鎂、鋯、鈹、銦、釕、銥、鍶和鑭等中的金屬元素、以上述金屬元素為成分的合金或者組合上述金屬元素的合金等。例如，較佳為使用氮化鉭、氮化鈦、鎢、包含鈦和鋁的氮化物、包含鉭和鋁的氮化物、氧化釕、氮化釕、包含鍶和釕的氧化物、包含鑭和鎳的氧化物等。另外，氮化鉭、氮化鈦、包含鈦和鋁的氮化物、包含鉭和鋁的氮化物、氧化釕、氮化釕、包含鍶和釕的氧化物、包含鑭和鎳的氧化物是不容易氧化的導電材料或者吸收氧也維持導電性的材料，所以是較佳的。另外，也可以使用以包含磷等雜質元素的多晶矽為代表的導電率高的半導體以及鎳矽化物等矽化物。
另外，也可以層疊多個由上述材料形成的導電層。例如，也可以採用組合包含上述金屬元素的材料和包含氧的導電材料的疊層結構。另外，也可以採用組合包含上述金屬元素的材料和包含氮的導電材料的疊層結構。另外，也可以採用組合包含上述金屬元素的材料、包含氧的導電材料和包含氮的導電材料的疊層結構。
此外，在將氧化物用於電晶體的通道形成區域的情況下，作為被用作閘極電極的導電體較佳為採用組合包含上述金屬元素的材料和包含氧的導電材料的疊層結構。在此情況下，較佳為將包含氧的導電材料設置在通道形成區域一側。藉由將包含氧的導電材料設置在通道形成區域一側，從該導電材料脫離的氧容易被供應到通道形成區域。
尤其是，作為被用作閘極電極的導電體，較佳為使用含有包含在形成通道的金屬氧化物中的金屬元素及氧的導電材料。此外，也可以使用含有上述金屬元素及氮的導電材料。例如，也可以使用氮化鈦、氮化鉭等包含氮的導電材料。此外，可以使用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有矽的銦錫氧化物。此外，也可以使用包含氮的銦鎵鋅氧化物。藉由使用上述材料，有時可以俘獲形成通道的金屬氧化物所包含的氫。或者，有時可以俘獲從外部的絕緣體等進入的氫。
＜＜金屬氧化物＞＞ 作為氧化物230，較佳為使用被用作半導體的金屬氧化物(氧化物半導體)。以下，將說明可用於根據本發明的氧化物230的金屬氧化物。
金屬氧化物較佳為至少包含銦或鋅。尤其較佳為包含銦及鋅。另外，除此之外，較佳為還包含鋁、鎵、釔或錫等。或者，也可以包含硼、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢或鎂等中的一種或多種。
在此，考慮金屬氧化物是包含銦、元素M及鋅的In-M-Zn氧化物的情況。注意，元素M為鋁、鎵、釔或錫。作為可用作元素M的其他元素，有硼、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢、鎂等。注意，作為元素M有時也可以組合多個上述元素。
注意，在本說明書等中，有時將包含氮的金屬氧化物也稱為金屬氧化物(metal oxide)。此外，也可以將包含氮的金屬氧化物稱為金屬氧氮化物(metal oxynitride)。
[金屬氧化物的結構] 氧化物半導體(金屬氧化物)被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。作為非單晶氧化物半導體例如有CAAC-OS、多晶氧化物半導體、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半導體等。
CAAC-OS具有c軸配向性，其多個奈米晶在a-b面方向上連結而結晶結構具有畸變。注意，畸變是指在多個奈米晶連結的區域中晶格排列一致的區域與其他晶格排列一致的區域之間的晶格排列的方向變化的部分。
雖然奈米晶基本上是六角形，但是並不侷限於正六角形，有不是正六角形的情況。此外，在畸變中有時具有五角形、七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS中，即使在畸變附近也觀察不到明確的晶界(也稱為grain boundary)。亦即，可知由於晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這是由於CAAC-OS因為a-b面方向上的氧原子排列的低密度或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產生變化等而能夠包容畸變。確認到明確的晶界(grain boundary)的結晶結構被稱為所謂多結晶(polycrystal)。晶界主要為再結合，載子被俘獲而電晶體的通態電流下降或電場效移動率下降的可能性提高。因此，觀察不到明確的晶界的CAAC-OS是在電晶體的半導體層具有適當的結晶結構的結晶性氧化物之一種。為了構成CAAC-OS，較佳為採用包含Zn的結構。例如，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物與In氧化物相比抑制結界的發生，所以是較佳的。
此外，CAAC-OS趨向於具有層疊有包含銦及氧的層(下面稱為In層)和包含元素M、鋅及氧的層(下面稱為(M，Zn)層)的層狀結晶結構(也稱為層狀結構)。另外，銦和元素M彼此可以取代，在用銦取代(M，Zn)層中的元素M的情況下，也可以將該層表示為(In，M，Zn)層。另外，在用元素M取代In層中的銦的情況下，也可以將該層表示為(In，M)層。
CAAC-OS是結晶性高的金屬氧化物。另一方面，在CAAC-OS中不容易觀察明確的晶界，因此可以說不容易發生起因於晶界的電子移動率的下降。此外，金屬氧化物的結晶性有時因雜質的進入或缺陷的生成等而降低，因此可以說CAAC-OS是雜質或缺陷(氧空位等)少的金屬氧化物。因此，包含CAAC-OS的金屬氧化物的物理性質穩定。因此，包含CAAC-OS的金屬氧化物具有高耐熱性及高可靠性。
在nc-OS中，微小的區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的奈米晶之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與a-like OS或非晶氧化物半導體沒有差別。
另外，在包含銦、鎵和鋅的金屬氧化物的一種的In-Ga-Zn氧化物(以下，IGZO)是上述奈米晶時可能具有穩定的結構。尤其是，IGZO有在大氣中不容易進行晶體生長的傾向，所以與在IGZO是大結晶(在此，幾mm的結晶或者幾cm的結晶)時相比在IGZO是小結晶(例如，上述奈米結晶)時可能在結構上穩定。
a-like OS是具有介於nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結構的金屬氧化物。a-like OS包含空洞或低密度區域。也就是說，a-like OS的結晶性比nc-OS及CAAC-OS的結晶性低。
氧化物半導體(金屬氧化物)具有各種結構及各種特性。本發明的一個實施方式的氧化物半導體也可以包括非晶氧化物半導體、多晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的兩種以上。
另外，除了上述氧化物半導體以外也可以使用CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS。
CAC-OS在材料的一部分中具有導電性的功能，在材料的另一部分中具有絕緣性的功能，作為材料的整體具有半導體的功能。此外，在將CAC-OS用於電晶體的活性層的情況下，導電性的功能是使被用作載子的電子(或電洞)流過的功能，絕緣性的功能是不使被用作載子的電子流過的功能。藉由導電性的功能和絕緣性的功能的互補作用，可以使CAC-OS具有開關功能(開啟/關閉的功能)。藉由在CAC-OS中使各功能分離，可以最大限度地提高各功能。
另外，CAC-OS包括導電性區域及絕緣性區域。導電性區域具有上述導電性的功能，絕緣性區域具有上述絕緣性的功能。此外，在材料中，導電性區域和絕緣性區域有時以奈米粒子級分離。另外，導電性區域和絕緣性區域有時在材料中不均勻地分佈。此外，有時觀察到其邊緣模糊而以雲狀連接的導電性區域。
在CAC-OS中，有時導電性區域及絕緣性區域以0.5nm以上且10nm以下，較佳為0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
此外，CAC-OS由具有不同能帶間隙的成分構成。例如，CAC-OS由具有起因於絕緣性區域的寬隙的成分及具有起因於導電性區域的窄隙的成分構成。在該結構中，當使載子流過時，載子主要在具有窄隙的成分中流過。此外，具有窄隙的成分與具有寬隙的成分互補作用，與具有窄隙的成分聯動地在具有寬隙的成分中載子流過。因此，在將上述CAC-OS用於電晶體的通道形成區域時，在電晶體的開啟狀態中可以得到高電流驅動力，亦即大通態電流及高場效移動率。
就是說，也可以將CAC-OS稱為基質複合材料(matrix composite)或金屬基質複合材料(metal matrix composite)。
另外，在著眼於結晶結構時，氧化物半導體的分類方式有時與上述不同。在此，使用圖8A說明氧化物半導體中的結晶結構的分類。圖8A是說明氧化物半導體，典型的是IGZO(包含In、Ga、Zn的金屬氧化物)的結晶結構的分類的圖。
如圖8A所示，IGZO大致分為Amorphous、Crystalline以及Crystal。另外，Amorphous包括completely amorphous。另外，Crystalline包括CAAC、nc及CAC。另外，Crystal包括single crystal及poly crystal。
圖8A所示的粗框以內的結構是屬於New crystalline phase的結構。該結構位於Amorphous與Crystal間的邊界區域。換言之，Crystalline與在能量上不穩定的Amorphous可以說是完全不同的結構。
可以使用X射線繞射(XRD:X-Ray Diffraction)光譜對膜或基板的結晶結構進行評價。在此，圖8B及圖8C示出石英玻璃及具有分為Crystalline的結晶結構的IGZO(也稱為Crystalline IGZO)的XRD光譜。在圖8B及圖8C中，橫軸為2θ[deg.]，縱軸為Intensity[a.u.]。圖8B示出石英玻璃的XRD光譜，圖8C示出Crystalline IGZO的XRD光譜。圖8C所示的Crystalline IGZO具有In:Ga:Zn=4:2:3[原子個數比]的組成。另外，圖8C所示的Crystalline IGZO的厚度為500nm。
如圖8B的箭頭所示，石英玻璃的XRD光譜的峰大致為左右對稱。另一方面，如圖8C的箭頭所示，Crystalline IGZO的XRD光譜的峰不是左右對稱。XRD譜峰為左右非對稱明示出結晶的存在。換言之，在XRD光譜的峰不是左右對稱時不能說是Amorphous。
[雜質] 在此，說明金屬氧化物中的各雜質的影響。
當在氧化物半導體中混入雜質時，有時產生缺陷態密度或氧空位。因此，當在氧化物半導體的通道形成區域中混入雜質時，有時使用氧化物半導體的電晶體的電特性容易變化而可靠性降低。另外，當通道形成區域具有氧空位時，電晶體容易具有常開啟特性(不對閘極電極施加電壓也存在有通道而電流流過電晶體的特性)。
使用金屬氧化物的電晶體的電特性因金屬氧化物中的雜質及氧空位而變化且容易具有常開啟特性。另外，當在金屬氧化物包含超過適當值的過量氧的狀態下驅動該電晶體時，有時過剩的氧原子的化合價變化而該電晶體的電特性變化，由此可靠性降低。
因此，在電晶體中作為通道形成區域較佳為使用載子密度低的金屬氧化物。在降低金屬氧化物的載子濃度的情況下，降低金屬氧化物中的雜質濃度而降低缺陷態密度。在本說明書等中，將雜質濃度低且缺陷態密度低的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。注意，在本說明書等中，將通道形成區域的金屬氧化物的載子密度為1×1016 cm-3 以下的情況定義為高純度本質。
另外，通道形成區域的金屬氧化物的載子濃度較佳為1×1018 cm-3 以下，更佳為1×1017 cm-3 以下，進一步較佳為1×1016 cm-3 以下，更進一步較佳為小於1×1013 cm-3 ，尤其較佳為小於1×1012 cm-3 。注意，通道形成區域的金屬氧化物的載子濃度的下限值沒有特別的限制，例如可以為1×10-9 cm-3 。
作為金屬氧化物中的雜質例如有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。尤其是，包含在金屬氧化物中的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應生成水，因此有時在金屬氧化物中形成氧空位。另外，在金屬氧化物半導體中的通道形成區域包含氧空位的情況下，電晶體有時具有常開啟特性。再者，在氫進入金屬氧化物中的氧空位時，有時氫鍵合於氧空位而形成VO H。氫進入氧空位的缺陷(VO H)用作施體，有時生成作為載子的電子。另外，有時由於氫的一部分與鍵合於金屬原子的氧鍵合，產生作為載子的電子。因此，使用包含多量氫的金屬氧化物的電晶體容易具有常開啟特性。另外，金屬氧化物中的氫因熱、電場等應力而容易變化，所以在金屬氧化物包含多量氫時，有可能電晶體的可靠性降低。
在本發明的一個實施方式中，較佳為儘量減少氧化物230中的VO H而使氧化物230成為高純度本質或實質上高純度本質。如此，為了獲得充分降低VO H的金屬氧化物，去除金屬氧化物中的水分、氫等雜質(有時記為脫水、脫氫化處理)以及將氧供應到金屬氧化物而填補氧空位(有時記載為過氧化處理)是重要的。藉由將VO H等雜質被充分降低的金屬氧化物用於電晶體的通道形成區域，可以使電晶體具有穩定的電特性。
氫進入氧空位的缺陷(VO H)會被用作金屬氧化物的施體。然而，難以對該缺陷定量地進行評價。於是，在金屬氧化物中，有時不是使用施體濃度而是使用載子濃度進行評價。因此，在本說明書等中，作為金屬氧化物的參數，有時使用設想不施加電場的狀態的載子濃度，而不使用施體濃度。換言之，有時可以將本說明書等中所記載的“載子濃度”換成為“施體濃度”。另外，可以將本說明書等所記載的“載子濃度”換成為“載子密度”。
由此，較佳為儘可能減少金屬氧化物中的氫。明確而言，在金屬氧化物中，利用二次離子質譜分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的氫濃度低於1×1020 atoms/cm3 ，較佳為低於1×1019 atoms/cm3 ，更佳為低於5×1018 atoms/cm3 ，進一步較佳為低於1×1018 atoms/cm3 。藉由將氫等雜質被充分降低的金屬氧化物用於電晶體的通道形成區域，可以使電晶體具有穩定的電特性。
另外，上述缺陷態密度有時包括陷阱能階。另外，被金屬氧化物的陷阱能階俘獲的電荷到消失需要較長的時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，在陷阱態密度高的金屬氧化物中具有通道形成區域的電晶體的電特性有時不穩定。
另外，在氧化物半導體的通道形成區域包含雜質時，有時通道形成區域的結晶性降低。另外，有時以與通道形成區域接觸的方式設置的氧化物的結晶性降低。在通道形成區域的結晶性低時，有電晶體的穩定性或可靠性降低的傾向。另外，在以與通道形成區域接觸的方式設置的氧化物的結晶性低時，有時形成介面能階而降低電晶體的穩定性或可靠性。
因此，為了提高電晶體的穩定性或可靠性，降低氧化物半導體的通道形成區域及其附近的雜質濃度是有效的。作為雜質有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。
明確而言，在該氧化物半導體的通道形成區域及其附近，藉由SIMS測得的上述雜質的濃度設定為1×1018 atoms/cm3 以下，較佳為2×1016 atoms/cm3 以下。或者，在該氧化物半導體的通道形成區域及其附近，將藉由使用能量色散型X射線分析法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)的元素分析測得的上述雜質的濃度設定為1.0atomic%以下。另外，在作為該氧化物半導體使用包含元素M的氧化物時，在該氧化物半導體的通道形成區域及其附近，相對於元素M的上述雜質的濃度比設定為小於0.10，較佳為設定為小於0.05。在此，在算出上述濃度比時使用的元素M的濃度既可以為與上述雜質的濃度算出的區域相同的區域的濃度，又可以為該氧化物半導體中的濃度。
此外，因為雜質濃度降低的金屬氧化物的缺陷態密度低，所以陷阱能階有時也變低。
此外，在使用氧化物半導體的電晶體中，在氧化物半導體中的通道形成區域存在雜質及氧空位時，有時該氧化物半導體被低電阻化。另外，有時電特性容易變化而可靠性降低。
例如，矽的與氧的鍵合能量大於銦及鋅的與氧的鍵合能量。例如，在作為氧化物半導體使用In-M-Zn氧化物時，在矽混入該氧化物半導體的情況下，該氧化物半導體所包含的氧被矽奪取，有時在銦或鋅附近形成氧空位。
在將氧化物半導體用於通道形成區域的電晶體中，在通道形成區域形成有低電阻區域時，在該低電阻區域中容易產生電晶體的源極電極與汲極電極間的洩漏電流(寄生通道)。另外，因該寄生通道而容易發生電晶體的特性不良，諸如常開啟化、洩漏電流的增大、起因於應力施加的臨界電壓的變動(漂移)等。另外，在電晶體的加工精度低時，各電晶體的該寄生通道不均勻，因此電晶體特性產生偏差。
因此，在氧化物半導體的通道形成區域及其附近，上述雜質及氧空位較佳為儘量降低。
＜＜其他半導體材料＞＞ 可用於氧化物230的半導體材料不侷限於上述金屬氧化物。作為氧化物230也可以使用具有能帶間隙的半導體材料(不是零能帶間隙半導體的半導體材料)。例如，較佳為將矽等單個元素的半導體、砷化鎵等化合物半導體、用作半導體的層狀物質(也稱為原子層物質、二維材料等。)等用於半導體材料。尤其是，較佳為將用作半導體的層狀物質用於半導體材料。
在此，在本說明書等中，層狀物質是具有層狀的結晶結構的材料群的總稱。層狀的結晶結構是由共價鍵或離子鍵等形成的層藉由如凡得瓦力那樣的比共價鍵或離子鍵弱的鍵合層疊的結構。層狀物質的每單位層內的導電性高，亦即二維導電性高。藉由將用作半導體且二維導電性高的材料用於通道形成區域，可以提供一種通態電流的大的電晶體。
作為層狀物質，有石墨烯、矽烯(Silicene)、硫化物等。硫化物是包含硫的化合物。另外，硫是屬於第16族的元素的總稱，其中有氧、硫、硒、碲、釙、鉝。另外，作為硫化物，可以舉出過渡金屬硫族化合物、第13族硫族化合物等。
作為氧化物230，例如較佳為使用用作半導體的過渡金屬硫族化合物。明確而言，作為能夠用於氧化物230的過渡金屬硫族化合物，可以舉出:硫化鉬(典型的是MoS2 )、硒化鉬(典型的是MoSe2 )、鉬碲(典型的是MoTe2 )、硫化鎢(典型的是WS2 )、硒化鎢(典型的是WSe2 )、鎢碲(典型的是WTe2 )、硫化鉿(典型的是HfS2 )、硒化鉿(典型的是HfSe2 )、硫化鋯(典型的是ZrS2 )、硒化鋯(典型的是ZrSe2 )等。
＜半導體裝置的製造方法＞ 接著，使用圖9A至圖16D說明圖7A至圖7D所示的本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法。
圖9A、圖10A、圖11A、圖12A、圖13A、圖14A、圖15A及圖16A是俯視圖。另外，圖9B、圖10B、圖11B、圖12B、圖13B、圖14B、圖15B及圖16B分別是對應於圖9A、圖10A、圖11A、圖12A、圖13A、圖14A、圖15A及圖16A中的以A1-A2的點劃線所示的部位的剖面圖，也是電晶體200的通道長度方向的剖面圖。另外，圖9C、圖10C、圖11C、圖12C、圖13C、圖14C、圖15C及圖16C分別是對應於圖9A、圖10A、圖11A、圖12A、圖13A、圖14A、圖15A及圖16A中的以A3-A4的點劃線所示的部位的剖面圖，也是電晶體200的通道寬度方向的剖面圖。另外，圖9D、圖10D、圖11D、圖12D、圖13D、圖14D、圖15D及圖16D分別是對應於圖9A、圖10A、圖11A、圖12A、圖13A、圖14A、圖15A及圖16A中的以A5-A6的點劃線所示的部位的剖面圖。注意，在圖9A、圖10A、圖11A、圖12A、圖13A、圖14A、圖15A及圖16A的俯視圖中，為了明確起見，省略一部分的組件。
首先，準備基板(未圖示)，在該基板上形成絕緣體211。絕緣體211可以利用濺射法、CVD法、分子束磊晶(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、脈衝雷射沉積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法或ALD法等形成。
注意，CVD法可以分為利用電漿的電漿CVD (PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、利用熱的熱CVD (TCVD:Thermal CVD)法、利用光的光CVD(Photo CVD)法等。再者，CVD法可以根據使用的源氣體分為金屬CVD (MCVD:Metal CVD)法及有機金屬CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)法。
藉由利用電漿CVD法，可以以較低的溫度得到高品質的膜。另外，因為不使用電漿，熱CVD法是能夠減少對被處理物造成的電漿損傷的成膜方法。例如，包括在半導體裝置中的佈線、電極、元件(電晶體、電容器等)等有時因從電漿接收電荷而會產生電荷積聚(charge up)。此時，有時由於所累積的電荷而使包括在半導體裝置中的佈線、電極、元件等受損傷。另一方面，因為在不使用電漿的熱CVD法的情況下不產生上述電漿損傷，所以能夠提高半導體裝置的良率。另外，在熱CVD法中，不產生成膜時的電漿損傷，因此能夠得到缺陷較少的膜。
注意，作為ALD法可以使用只使用熱能量使前驅物及反應物起反應的熱ALD(Thermal ALD)法、利用使用等離子激發的反應物的PEALD(Plasma Enhanced ALD，電漿增強原子層沉積)法等。
ALD法可以利用作為原子的性質的自調節性來沉積每一層的原子，從而發揮能夠形成極薄的膜、能夠對縱橫比高的結構形成膜、能夠以針孔等的缺陷少的方式形成膜、能夠形成覆蓋性優良的膜及能夠在低溫下形成膜等的效果。此外，在PEALD(Plasma Enhanced ALD)法中，藉由利用電漿，可以在更低溫下進行成膜，所以有時是較佳的。注意，ALD法中使用的前驅物有時包含碳等雜質。因此，利用ALD法形成的膜有時與利用其他的成膜方法形成的膜相比包含更多的碳等雜質。另外，雜質的定量可以利用X射線光電子能譜(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)進行。
不同於使從靶材等中被釋放的粒子沉積的成膜方法，CVD法及ALD法是因被處理物表面的反應而形成膜的成膜方法。因此，藉由CVD法及ALD法形成的膜不易受被處理物的形狀的影響而具有良好的步階覆蓋性。尤其是，利用ALD法形成的膜具有良好的步階覆蓋性和厚度均勻性，所以ALD法適合用於要覆蓋縱橫比高的開口部的表面的情況等。注意，ALD法的沉積速度比較慢，所以有時較佳為與CVD法等沉積速度快的其他成膜方法組合而使用。
CVD法及ALD法可以藉由調整源氣體的流量比控制所得到的膜的組成。例如，當使用CVD法或ALD法時，可以藉由調整源氣體的流量比形成任意組成的膜。此外，例如，當使用CVD法及ALD法時，可以藉由一邊形成膜一邊改變源氣體的流量比來形成其組成連續變化的膜。在一邊改變源氣體的流量比一邊形成膜時，因為不需要傳送及調整應力所需的時間，所以與使用多個成膜室進行成膜的情況相比可以減小成膜時間。因此，有時可以提高半導體裝置的生產率。
在本實施方式中，作為絕緣體211利用CVD法形成氮化矽。
接著，在絕緣體211上形成絕緣體212。絕緣體212可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。在本實施方式中，作為絕緣體212利用濺射法形成氮化矽。
如此，藉由作為絕緣體211及絕緣體212使用氮化矽等不容易使銅透過的絕緣體，即使作為絕緣體211的下方的層(未圖示)的導電體使用銅等容易擴散的金屬，也可以抑制該金屬藉由絕緣體211及絕緣體212向上方擴散的層。另外，藉由使用如氮化矽等不容易使水、氫等雜質透過的絕緣體，可以抑制絕緣體211的下方的層所包含的水、氫等雜質擴散。
接著，在絕緣體212上形成絕緣體214。絕緣體214可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。在本實施方式中，作為絕緣體214使用氧化鋁。
較佳的是，絕緣體212的氫濃度低於絕緣體211的氫濃度，絕緣體214的氫濃度低於絕緣體212的氫濃度。藉由作為絕緣體212利用濺射法形成氮化矽，可以形成其濃度低於利用CVD法形成氮化矽而成的絕緣體211的氮化矽。另外，在作為絕緣體214使用氧化鋁時，可以使其氫濃度低於絕緣體212。
在後面製程中，在絕緣體214上形成電晶體200，與電晶體200相鄰的膜的氫濃度較佳為較低，氫濃度較高的膜較佳為以與電晶體200間隔地配置。
接著，在絕緣體214上形成絕緣體216。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成絕緣體216。在本實施方式中，作為絕緣體216使用氧化矽或氧氮化矽。另外，絕緣體216較佳為利用使用減少或去除氫原子的氣體的成膜方法進行成膜。由此，可以降低絕緣體216的氫濃度。
接著，在絕緣體216中形成到達絕緣體214的開口。開口例如包括槽或狹縫等。此外，有時將形成有開口的區域稱為開口部。在形成該開口時，可以使用濕蝕刻法，但是對微型加工來說乾蝕刻法是較佳的。作為絕緣體214，較佳為選擇在對絕緣體216進行蝕刻以形成槽時用作蝕刻停止膜的絕緣體。例如，當作為形成槽的絕緣體216使用氧化矽膜或氧氮化矽時，絕緣體214較佳為使用氮化矽、氧化鋁、氧化鉿。
作為乾蝕刻裝置，可以使用包括平行平板型電極的電容耦合型電漿(CCP:Capacitively Coupled Plasma)蝕刻裝置。包括平行平板型電極的電容耦合型電漿蝕刻裝置也可以採用對平行平板型電極中的一方施加高頻電壓的結構。或者，也可以採用對平行平板型電極中的一方施加不同的多個高頻電壓的結構。或者，也可以採用對平行平板型電極的各個施加頻率相同的高頻電壓的結構。或者，也可以採用對平行平板型電極的各個施加頻率不同的高頻電壓的結構。或者，也可以利用具有高密度電漿源的乾蝕刻裝置。例如，作為具有高密度電漿源的乾蝕刻裝置，可以使用感應耦合電漿(ICP:Inductively Coupled Plasma)蝕刻裝置等。
在形成開口後，形成成為導電體205a的導電膜。該導電膜較佳為包含具有抑制氧的透過的功能的導電體。例如，可以使用氮化鉭、氮化鎢、氮化鈦等。或者，可以使用具有抑制氧透過的功能的導電體與鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅或鉬鎢合金的疊層膜。該導電膜可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。
在本實施方式中，作為成為導電體205a的導電膜，採用多層結構。首先，利用濺射法形成氮化鉭，在該氮化鉭上層疊氮化鈦。藉由將這種金屬氮化物用於導電體205b的下層，即使作為後面說明的成為導電體205b的導電膜使用銅等容易擴散的金屬，也可以抑制該金屬從導電體205a擴散到外部。
接著，形成成為導電體205b的導電膜。該導電膜可以使用電鍍法、濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。在本實施方式中，作為該導電膜，形成銅等低電阻導電材料。
接著，藉由進行CMP處理，去除成為導電體205a的導電膜以及成為導電體205b的導電膜的一部分，使絕緣體216露出。其結果是，只在開口部殘留導電體205a及導電體205b。由此，可以形成其頂面平坦的導電體205(參照圖9A至圖9C)。注意，有時由於該CMP處理而絕緣體216的一部分被去除。
注意，在上述製程中，以埋入於絕緣體216的開口的方式形成導電體205，但是本實施方式不侷限於此。例如，在絕緣體214上形成導電體205，在導電體205上形成絕緣體216，對絕緣體216進行CMP處理，由此去除絕緣體216的一部分，使導電體205的表面露出即可。
接著，在絕緣體216及導電體205上形成絕緣體222。作為絕緣體222，較佳為形成包含鋁和鉿中的一者或兩者的氧化物的絕緣體。包含鋁和鉿中的一者或兩者的氧化物的絕緣體對氧、氫及水具有阻擋性。當絕緣體222對氫及水具有阻擋性時，可以抑制電晶體200的周圍的結構體所包含的氫及水藉由絕緣體222擴散到電晶體200的內側，從而可以抑制氧化物230中的氧空位的生成。
絕緣體222可以藉由濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。
接著，較佳為進行加熱處理。加熱處理以250℃以上且650℃以下，較佳為以300℃以上且500℃以下，更佳為以320℃以上且450℃以下進行即可。加熱處理在氮氣體或惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化氣體的氛圍下進行。加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，加熱處理也可以在氮氣體或惰性氣體氛圍下進行加熱處理，然後為了填補脫離了的氧在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化氣體的氛圍下進行加熱處理。
在本實施方式中，作為加熱處理，在形成絕緣體222之後在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，接下來連續地在氧氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。藉由進行該加熱處理，可以去除絕緣體222所包含的水、氫等雜質。另外，加熱處理也可以在形成絕緣體224之後等的時機進行。
接著，在絕緣體222上形成絕緣體224。絕緣體224可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。在本實施方式中，作為絕緣體224利用CVD法形成氧化矽或氧氮化矽膜。絕緣體224較佳為使用減少或去除氫原子的氣體的成膜方法形成。由此，可以降低絕緣體224的氫濃度。絕緣體224在後面製程中成為與氧化物230a接觸的絕緣體224，所以如此那樣氫濃度得到降低是較佳的。
在此，為了在絕緣體224中形成過量氧區域，也可以在減壓狀態下進行包含氧的電漿處理。包含氧的電漿處理例如較佳為採用包括用來產生使用微波的高密度電漿的電源的裝置。或者，也可以包括對基板一側施加RF(Radio Frequency:射頻)的電源。藉由使用高密度電漿可以生成高密度氧自由基，且藉由對基板一側施加RF可以將由高密度電漿生成的氧自由基高效地導入絕緣體224中。或者，也可以在使用這種裝置進行包含惰性氣體的電漿處理之後，為填補脫離的氧而進行包含氧的電漿處理。另外，藉由適當地選擇該電漿處理的條件，可以去除絕緣體224所包含的水、氫等雜質。此時，也可以不進行加熱處理。
在此，也可以在絕緣體224上例如藉由濺射法形成氧化鋁之後，對該氧化鋁進行CMP處理直到到達絕緣體224為止。藉由進行該CMP處理，可以進行絕緣體224表面的平坦化及絕緣體224表面的平滑化。藉由將該氧化鋁配置於絕緣體224上進行CMP處理，容易檢測出CMP處理的終點。此外，有時由於絕緣體224的一部分藉由CMP處理被拋光而絕緣體224的厚度變薄，但是在絕緣體224的成膜時調整厚度，即可。藉由進行絕緣體224表面的平坦化及平滑化，有時可以防止下面進行成膜的氧化物的覆蓋率的降低並防止半導體裝置的良率的降低。此外，藉由在絕緣體224上利用濺射法形成氧化鋁，可以對絕緣體224添加氧，所以是較佳的。
接著，在絕緣體224上依次形成氧化膜230A以及氧化膜230B(參照圖9A至圖9D)。較佳為在不暴露於大氣環境的情況下連續地形成氧化膜230A及氧化膜230B。藉由以不暴露於大氣的方式形成氧化膜，可以防止來自大氣環境的雜質或水分附著於氧化膜230A及氧化膜230B上，所以可以保持氧化膜230A與氧化膜230B的介面附近的清潔。
氧化膜230A及氧化膜230B可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。
例如，在利用濺射法形成氧化膜230A以及氧化膜230B的情況下，作為濺射氣體使用氧或者氧和稀有氣體的混合氣體。藉由增高濺射氣體所包含的氧的比率，可以增加在形成的氧化膜中的過量氧。另外，在利用濺射法形成上述氧化膜的情況下，例如可以使用上述In-M-Zn氧化物靶材等。
尤其是，在形成氧化膜230A時，有時濺射氣體所包含的氧的一部分供應給絕緣體224。因此，該濺射氣體所包含的氧的比率可以為70%以上，較佳為80%以上，更佳為100%。
此外，在使用濺射法形成氧化膜230B時，在將濺射氣體中的氧的比率設定為大於30%且為100%以下，較佳為70%以上且100%以下而進行成膜時，形成具有氧過剩型氧化物半導體。藉由將具有氧過剩型氧化物半導體用於通道形成區域的電晶體可以實現較高可靠性，但是本發明不侷限於此。在利用濺射法形成氧化膜230B的情況下，當在濺射氣體所包含的氧的比率設定為1%以上且30%以下，較佳為5%以上且20%以下的狀態下進行成膜時，形成氧缺乏型氧化物半導體。將氧缺乏型氧化物半導體用於通道形成區域的電晶體可以具有較高的場效移動率。另外，藉由加熱基板的同時進行成膜，可以提高該氧化膜的結晶性。
在本實施方式中，利用濺射法使用In:Ga:Zn=1:3:4[原子個數比]的氧化物靶材形成氧化膜230A。另外，利用濺射法使用In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子個數比]、In:Ga:Zn=5:1:3[原子個數比]、In:Ga:Zn=10:1:3[原子個數比]、In:Zn=2:1[原子個數比]、In:Zn=5:1[原子個數比]、In:Zn=10:1[原子個數比]或銦的氧化物靶材形成氧化膜230B。上述氧化膜可以根據氧化物230a及氧化物230b所需的特性適當地選擇成膜條件及原子個數比來形成。
接著，在氧化膜230B上形成氧化膜243A(參照圖9A至圖9D)。氧化膜243A可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。氧化膜243A中的相對於In的Ga的原子個數比較佳為大於氧化膜230B中的相對於In的Ga的原子個數比。在本實施方式中，利用濺射法使用In:Ga:Zn=1:3:4[原子個數比]的氧化物靶材形成氧化膜243A。
絕緣體222、絕緣體224、氧化膜230A、氧化膜230B及氧化膜243A較佳為以不暴露於大氣的方式形成。例如，可以使用多室式成膜裝置。
接著，也可以進行加熱處理。作為該加熱處理的條件，可以利用上述加熱處理條件。藉由進行該加熱處理，可以去除氧化膜230A、氧化膜230B以及氧化膜243A中的水、氫等雜質。在本實施方式中，在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，接下來連續地在氧氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，在氧化膜243A上形成導電膜242A(參照圖9A至圖9D)。導電膜242A可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。另外，在形成導電膜242A之前也可以進行加熱處理。該加熱處理也可以在減壓下進行，並其中以不暴露於大氣的方式連續地形成導電膜242A。藉由進行這種處理，可以去除附著於氧化膜243A的表面等的水分及氫，而且減少氧化膜230A、氧化膜230B及氧化膜243A中的水分濃度及氫濃度。加熱處理的溫度較佳為100℃以上且400℃以下。在本實施方式中，加熱處理的溫度設定為200℃。
接著，使用光微影法將氧化膜230A、氧化膜230B、氧化膜243A及導電膜242A加工為島狀，來形成氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B(參照圖10A至圖10D)。作為該加工可以使用乾蝕刻法、濕蝕刻法等。利用乾蝕刻法的加工適合於微型加工。另外，可以以彼此不同的條件形成氧化膜230A、氧化膜230B、氧化膜243A及導電膜242A。另外，在該製程中，有時絕緣體224中的不與氧化物230a重疊的區域的厚度變薄。
另外，在光微影法中，首先藉由遮罩對光阻劑進行曝光。接著，使用顯影液去除或留下所曝光的區域而形成光阻遮罩。接著，隔著該光阻遮罩進行蝕刻處理來將導電體、半導體、絕緣體等加工為所希望的形狀。例如，使用KrF準分子雷射、ArF準分子雷射、EUV(Extreme Ultraviolet:極紫外)光等對光阻劑進行曝光來形成光阻遮罩，即可。此外，也可以利用在基板和投影透鏡之間填滿液體(例如，水)的狀態下進行曝光的液浸技術。另外，也可以使用電子束或離子束代替上述光。注意，當使用電子束或離子束時不需要遮罩。另外，在去除光阻遮罩時，可以進行灰化處理等乾蝕刻處理或濕蝕刻處理，也可以在進行乾蝕刻處理之後進行濕蝕刻處理，又可以在進行濕蝕刻處理之後進行乾蝕刻處理。
或者，可以使用由絕緣體或導電體構成的硬遮罩代替光阻遮罩。當使用硬遮罩時，可以在導電膜242A上形成成為硬遮罩材料的絕緣膜或導電膜且在其上形成光阻遮罩，然後對硬遮罩材料進行蝕刻來形成所希望的形狀的硬遮罩。對導電膜242A進行的蝕刻既可以在去除光阻遮罩後進行，又可以不去除光阻遮罩進行。在採用後者的情況下，進行蝕刻時有時光阻遮罩消失。也可以在導電膜242A的蝕刻之後，藉由蝕刻去除硬遮罩。另一方面，在硬遮罩材料沒有影響到後製程或者可以在後製程中使用的情況下，不一定要去除硬遮罩。
在此，氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B以其至少一部分與導電體205重疊的方式形成。此外，氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B的側面較佳為對絕緣體222的頂面大致垂直。在氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B的側面對絕緣體222的頂面大致垂直時，當設置多個電晶體200時能夠實現小面積化、高密度化。或者，也可以採用氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B的側面與絕緣體222的頂面所形成的角度較低的結構。在此情況下，氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B的側面與絕緣體222的頂面所形成的角度較佳為60度以上且低於70度。藉由採用這種形狀，在下面的製程中提高絕緣體272等的覆蓋性，並可以減少空洞等缺陷。
此外，在導電層242B的側面與導電層242B的頂面之間具有彎曲面。就是說，該側面的端部和該頂面的端部較佳為彎曲。例如，在導電層242B的端部，該彎曲面具有3nm以上且10nm以下，更佳為5nm以上且6nm以下的曲率半徑。當端部不具有角部時，可以提高後面的成膜製程中的膜的覆蓋性。
接著，在絕緣體224、氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及導電層242B上形成絕緣體272(參照圖11B至圖11D)。絕緣體272可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。在本實施方式中，作為絕緣體272利用濺射法形成氧化鋁。藉由使用濺射法形成氧化鋁，可以對絕緣體224引入氧。
接著，在絕緣體272上形成絕緣體273。絕緣體273可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。在本實施方式中，作為絕緣體273利用CVD法形成氮化矽(參照圖11B至圖11D)。
接著，在絕緣體273上形成成為絕緣體280的絕緣膜。該絕緣膜的成膜可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等進行。例如，作為該絕緣膜，藉由濺射法形成氧化矽膜，其上方藉由PEALD法或熱ALD法形成氧化矽膜即可。另外，該絕緣膜較佳為藉由減少或去除氫原子的氣體的成膜方法形成。如此，可以降低絕緣體280的氫濃度。另外，也可以在上述絕緣膜的成膜之前進行加熱處理。加熱處理也可以在減壓下進行，並其中以不暴露於大氣的方式連續地形成該絕緣膜。藉由進行這種處理，可以去除附著於絕緣體273的表面等的水分及氫，而且減少氧化物230a、氧化物230b、氧化物層243B及絕緣體224中的水分濃度及氫濃度。可以使用上述加熱處理的條件。
接著，藉由對上述絕緣膜進行CMP處理，形成其頂面平坦的絕緣體280(參照圖11B至圖11D)。與絕緣體224同樣，也可以在絕緣體280上例如藉由濺射法形成氧化鋁，直到到達絕緣體280為止進行CMP處理。
接著，對絕緣體280的一部分、絕緣體273的一部分、絕緣體272的一部分、導電層242B的一部分及氧化物層243B的一部分進行加工來形成到達氧化物230b的開口。該開口較佳為以與導電體205重疊的方式形成。藉由形成該開口，形成導電體242a、導電體242b、氧化物243a、氧化物243b(參照圖12A至圖12D)。
注意，在形成上述開口時，有時氧化物230b的頂部稍微被去除。但是，在本發明的一個實施方式中，為了增長有效通道長度，以設置在導電體242a及導電體242b上的絕緣體為遮罩加工氧化物230b的一部分，來在氧化物230b中形成槽部。根據槽部的深度，既可以在上述開口的形成製程中形成該槽部，又可以在與上述開口的形成製程不同的製程形成該槽部。
此外，也可以對絕緣體280的一部分、絕緣體273的一部分、絕緣體272的一部分、導電層242B的一部分、氧化物層243B的一部分及氧化物230b的一部分藉由乾蝕刻法或濕蝕刻法進行加工。利用乾蝕刻法的加工適合於微型加工。該加工也可以以不同的條件進行。例如，也可以藉由乾蝕刻法對絕緣體280的一部分進行加工，藉由濕蝕刻法對絕緣體273的一部分進行加工，藉由乾蝕刻法對絕緣體272的一部分進行加工，並藉由乾蝕刻法對氧化物層243B的一部分、導電層242B的一部分及氧化物230b的一部分進行加工。注意，氧化物層243B的一部分及導電層242B的一部分的加工可以以與氧化物230b的一部分的加工不同的條件進行。
藉由進行上述乾蝕刻等的處理，有時起因於蝕刻氣體等雜質附著於氧化物230a及氧化物230b等的表面或擴散於氧化物230a及氧化物230b等的內部。作為雜質，例如有氟、氯等。
為了去除上述雜質，也可以進行洗滌處理。作為洗滌方法，有使用洗滌液等的濕式洗滌、使用電漿的等離子處理、使用熱處理的洗滌等，也可以適當地組合上述洗滌。
作為濕式洗滌，可以使用用碳酸水或純水稀釋氨水、草酸、磷酸或氫氟酸等而成的水溶液、純水、碳酸水等進行洗滌處理。或者，可以使用上述水溶液、純水或碳酸水進行超聲波洗滌。或者，可以適當地組合上述洗滌。
此時，有時重疊於上述開口且不重疊於氧化物230b的區域的絕緣體224變薄。
藉由進行上述乾蝕刻法等的加工或上述洗浄處理，有時重疊於上述開口且不重疊於氧化物230b的區域的絕緣體224的厚度比重疊於氧化物230b的區域的絕緣體224的厚度薄。
接著，形成氧化膜230C(參照圖13A至圖13D)。也可以在形成氧化膜230C之前進行加熱處理，並且較佳的是，該加熱處理在減壓下進行，以不暴露於大氣的方式連續形成氧化膜230C。另外，該加熱處理較佳為在含氧氛圍下進行。藉由進行上述處理，可以去除附著於氧化物230b的表面等的水分及氫，還可以降低氧化物230a及氧化物230b中的水分濃度及氫濃度。加熱處理的溫度較佳為100℃以上且400℃以下。在本實施方式中，加熱處理的溫度為200℃。
在此，氧化膜230C較佳為以至少與設置在形成在氧化物230b中的槽部的內壁、氧化物243的側面的一部分、導電體242的側面的一部分、絕緣體272的側面的一部分、絕緣體273的側面的一部分及絕緣體280的側面的一部分接觸的方式設置。導電體242由氧化物243、絕緣體272、絕緣體273及氧化膜230C圍繞，因此在後面的製程中，可以抑制因導電體242的氧化導致的導電率的下降。
氧化膜230C可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。氧化膜230C可以根據氧化膜230C所需的特性利用與氧化膜230A或氧化膜230B相同的成膜方法形成。在本實施方式中利用濺射法使用In:Ga:Zn=1:3:4[原子個數比]、In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子個數比]、In:Ga:Zn=5:1:3[原子個數比]、In:Ga:Zn=10:1:3[原子個數比]、In:Zn=2:1[原子個數比]、In:Zn=5:1[原子個數比]、In:Zn=10:1[原子個數比]或銦的氧化物靶材形成氧化膜230C。
另外，氧化膜230C也可以為疊層。例如，也可以利用濺射法使用In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子個數比]、In:Ga:Zn=5:1:3[原子個數比]、In:Ga:Zn=10:1:3[原子個數比]、In:Zn=2:1[原子個數比]、In:Zn=5:1[原子個數比]、In:Zn=10:1[原子個數比]或銦的氧化物靶材進行沉積，接下來使用In:Ga:Zn=1:3:4[原子個數比]、Ga:Zn=2:1[原子個數比]或Ga:Zn=2:5[原子個數比]的氧化物靶材連續進行沉積。
尤其是，在形成氧化膜230C時，有時濺射氣體所包含的氧的一部分被供應給氧化物230a及氧化物230b。或者，在形成氧化膜230C時，有時濺射氣體所包含的氧的一部分供應給絕緣體280。因此，氧化膜230C的濺射氣體所包含的氧的比率可以為70%以上，較佳為80%以上，更佳為100%。
接著，形成絕緣膜250A(參照圖13A至圖13D)。也可以在形成絕緣膜250A之前進行加熱處理，並且較佳的是，該加熱處理在減壓下進行，以不暴露於大氣的方式連續形成絕緣膜250A。另外，該加熱處理較佳為在含氧氛圍下進行。藉由進行上述處理，可以去除附著於氧化膜230C的表面等的水分及氫，還可以降低氧化物230a、氧化物230b及氧化膜230C中的水分濃度及氫濃度。加熱處理的溫度較佳為100℃以上且400℃以下。
絕緣膜250A可以藉由濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。絕緣膜250A較佳為使用減少或去除氫原子的氣體的成膜方法形成。由此，可以降低絕緣膜250A的氫濃度。絕緣膜250A在後面製程中成為與氧化物230c接觸的絕緣體250，所以如此那樣氫濃度降低是較佳的。
在絕緣體250具有兩層的疊層結構時，成為絕緣體250的下層的絕緣膜及成為絕緣體250的上層的絕緣膜較佳為以不暴露於大氣環境的方式連續形成。藉由以不暴露於大氣的方式形成，可以防止來自大氣環境的雜質或水分附著於成為絕緣體250的下層的絕緣膜及成為絕緣體250的上層的絕緣膜，從而可以保持成為絕緣體250的下層的絕緣膜與成為絕緣體250的上層的絕緣膜的介面附近的清潔。
在此，也可以在形成絕緣膜250A之後在含氧氛圍下且減壓下進行微波處理。藉由進行微波處理，由微波產生的電場施加到絕緣膜250A、氧化膜230C、氧化物230b、氧化物230a等，從而可以使氧化膜230C中、氧化物230b中及氧化物230a中的VO H分開為VO 與氫。此時被分開的氫的一部分鍵合於氧而有時作為H2 O從絕緣膜250A、氧化膜230C、氧化物230b及氧化物230a被去除。另外，氫的一部分有時被導電體242(導電體242a及導電體242b)吸雜。如此，藉由進行微波處理，可以降低絕緣膜250A中、氧化膜230C中、氧化物230b中及氧化物230a中的氫濃度。另外，藉由對氧化物230a中、氧化物230b中及氧化膜230C中的VO H分開為VO 與氫後會產生的VO 供應氧，可以修復或填補VO 。
另外，也可以在進行微波處理之後保持減壓狀態而進行加熱處理。如此，藉由進行上述處理，可以高效地去除絕緣膜250A中、氧化膜230C中、氧化物230b中及氧化物230a中的氫濃度。另外，氫的一部分有時被導電體242(導電體242a及導電體242b)吸雜。另外，也可以在進行微波處理之後保持減壓狀態反復進行加熱處理的步驟。藉由反復進行加熱處理，可以更高效地去除絕緣膜250A中、氧化膜230C中、氧化物230b中及氧化物230a中的氫濃度。加熱處理溫度較佳為300℃以上且500℃以下。
另外，藉由進行微波處理而改變絕緣膜250A的膜質，可以抑制氫、水、雜質等的擴散。由此，可以抑制因成為導電體260的導電膜的成膜等後製程或熱處理等後處理而氫、水、雜質等經過絕緣體250擴散到氧化物230b、氧化物230a等。
接著，依次形成導電膜260A、導電膜260B (參照圖14A至圖14D)。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成導電膜260A及導電膜260B。在本實施方式中，利用ALD法形成導電膜260A，利用CVD法形成導電膜260B。
接著，藉由利用CMP處理直到絕緣體280露出為止對氧化膜230C、絕緣膜250A、導電膜260A及導電膜260B進行拋光，形成氧化物230c、絕緣體250及導電體260(導電體260a及導電體260b)(參照圖15A至圖15D)。由此，氧化物230c以覆蓋到達氧化物230b的開口及氧化物230b的槽部的內壁(側壁及底面)的方式配置。另外，絕緣體250隔著氧化物230c以覆蓋上述開口及上述槽部的內壁的方式配置。另外，導電體260隔著氧化物230c及絕緣體250以填充上述開口及上述槽部的方式配置。
接著，也可以進行加熱處理。在本實施方式中，在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。藉由該加熱處理，可以減少絕緣體250及絕緣體280中的水分濃度及氫濃度。另外，也可以在上述加熱處理之後以不暴露於大氣的方式連續形成絕緣體282。
接著，在氧化物230c上、絕緣體250上、導電體260上及絕緣體280上形成絕緣體282(參照圖16B至圖16D)。絕緣體282可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。作為絕緣體282，例如，較佳為藉由濺射法形成氧化鋁膜。藉由使用濺射法在含氧氛圍下形成絕緣體282，可以在進行成膜的同時對絕緣體280添加氧。此時，較佳為在進行基板加熱的同時形成絕緣體282。另外，藉由以接觸於導電體260的頂面的方式形成絕緣體282，在後面的加熱處理中可以抑制絕緣體280所包含的氧被導電體260吸收，所以是較佳的。
接著，在絕緣體282上形成絕緣體283(參照圖16B至圖16D)。絕緣體283可以藉由濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。作為絕緣體283較佳為使用氮化矽或氮氧化矽。另外，絕緣體283可以為多層。例如，也可以利用濺射法形成氮化矽而在該氮化矽上利用CVD法形成氮化矽。
接著，也可以進行加熱處理。在本實施方式中，在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。藉由該加熱處理，可以使在形成絕緣體282時添加的氧擴散到絕緣體280且經過氧化物230c供應到氧化物230a及氧化物230b。注意，該加熱處理不僅在形成絕緣體283之後進行，而且可以在形成絕緣體282之後進行。
接著，也可以在絕緣體283上形成絕緣體284。絕緣體284可以藉由濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。作為絕緣體284，例如，較佳為藉由濺射法形成氮化矽膜。
接著，在絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284中形成到達導電體242a及導電體242b的開口。在形成該開口時，可以利用光微影法。
接著，形成成為絕緣體241(絕緣體241a及絕緣體241b)的絕緣膜，並對該絕緣膜進行各向異性蝕刻來形成絕緣體241。該絕緣膜的成膜可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等進行。作為該絕緣膜，較佳為使用具有抑制氧的透過的功能的絕緣膜。例如，較佳為使用PEALD法形成氮化矽。氮化矽對氫具有高阻擋性，所以是較佳的。
另外，作為成為絕緣體241的絕緣膜的各向異性蝕刻，例如可以使用乾蝕刻法等。藉由在開口的側壁部設置絕緣體241，可以抑制來自外部的氧的透過，並防止接下來要形成的導電體240a及導電體240b的氧化。此外，可以防止水、氫等雜質從導電體240a及導電體240b擴散到外部。
接著，形成成為導電體240a及導電體240b的導電膜。該導電膜較佳為採用包含具有抑制水、氫等雜質的透過的功能的導電體的疊層結構。例如，可以採用氮化鉭、氮化鈦等與鎢、鉬、銅等的疊層。該導電膜可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，藉由CMP處理，去除將成為導電體240a及導電體240b的導電膜的一部分，使絕緣體284露出。其結果是，上述導電膜只殘留在上述開口中，由此可以形成其頂面平坦的導電體240a及導電體240b(參照圖7A至圖7D)。注意，有時由於該CMP處理而絕緣體284的一部分被去除。
接著，形成成為導電體246的導電膜。該導電膜可以使用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。
接著，藉由光微影法對成為導電體246的導電膜進行加工，來形成與導電體240a的頂面接觸的導電體246a及與導電體240b的頂面接觸的導電體246b(參照圖7A至圖7D)。此時，有時絕緣體284中的不與導電體246a及導電體246b重疊的區域被去除。
接著，在導電體246上及絕緣體284上形成絕緣體286(參照圖7A至圖7D)。絕緣體286可以藉由濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。另外，絕緣體286可以為多層。例如，也可以利用濺射法形成氮化矽而在該氮化矽上利用CVD法形成氮化矽。
藉由上述製程，可以製造包括圖7A至圖7D所示的電晶體200的半導體裝置。如圖9A至圖16D所示，藉由使用本實施方式所示的半導體裝置的製造方法可以製造電晶體200。
＜半導體裝置的變形例子＞ 以下使用圖17A至圖17D說明本發明的一個實施方式的半導體裝置的一個例子。
圖17A是半導體裝置的俯視圖。圖17B是沿著圖17A中的A1-A2的點劃線的部分的剖面圖。圖17C是沿著圖17A中的A3-A4的點劃線的部分的剖面圖。圖17D是沿著圖17A中的A5-A6的點劃線的部分的剖面圖。在圖17A的俯視圖中，為了明確起見，省略一部分組件。
注意，在圖17A至圖17D所示的半導體裝置中，對具有與＜半導體裝置的結構例子2＞所示的半導體裝置的組件相同的功能的組件附加相同的元件符號。注意，本節中的構成半導體裝置的材料可以使用在＜半導體裝置的結構例子2＞中詳細說明的材料。
圖17A至圖17D所示的半導體裝置是圖7A至圖7D所示的半導體裝置的變形例子。圖17A至圖17D所示的半導體裝置的與圖7A至圖7D所示的半導體裝置的不同之處是:絕緣體283及絕緣體284的形狀；以及有時包括絕緣體274及絕緣體287。另外，示出設置有兩層疊層結構的氧化物230c。
在圖17A至圖17D所示的半導體裝置中，絕緣體212、絕緣體214、絕緣體216、絕緣體222、絕緣體224、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280及絕緣體282被圖案化並以與絕緣體212、絕緣體214、絕緣體216、絕緣體222、絕緣體224、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280及絕緣體282的側面接觸的方式設置絕緣體287。另外，絕緣體283及絕緣體284覆蓋絕緣體212、絕緣體214、絕緣體216、絕緣體222、絕緣體224、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280、絕緣體282及絕緣體287。換言之，絕緣體283以與絕緣體282的頂面、絕緣體287的頂面及側面以及絕緣體211的頂面接觸，絕緣體284與絕緣體283的頂面及側面接觸。由此，包括氧化物230等的絕緣體212、絕緣體214、絕緣體216、絕緣體222、絕緣體224、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體280、絕緣體282及絕緣體287由絕緣體283、284以及絕緣體211從外部分離。換言之，電晶體200配置在由絕緣體283及絕緣體284以及絕緣體211密封的區域內。
例如，較佳的是，絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287及絕緣體282使用俘獲氫並使氫固定的功能的材料形成，並且絕緣體211、絕緣體283及絕緣體284使用具有抑制氫及氧的擴散的功能的材料形成。典型的是，作為絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287及絕緣體282可以使用氧化鋁。另外，典型的是，作為絕緣體211、絕緣體283及絕緣體284可以使用氮化矽。
藉由採用上述結構，可以抑制包含在上述被密封的區域以外的區域中的氫混入上述被密封的區域內。
另外，在圖17A至圖17D所示的電晶體200中，絕緣體211、絕緣體283及絕緣體284具有單層的結構，但是本發明不侷限於此。例如，絕緣體211、絕緣體283和絕緣體284都具有兩層以上的疊層結構。
絕緣體274被用作層間膜。絕緣體274的介電常數較佳為低於絕緣體214。藉由將介電常數低的材料用於層間膜，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。絕緣體274例如可以使用與絕緣體280相同的材料形成。
另外，在圖17A至圖17D所示的電晶體200中，氧化物230c具有氧化物230c1與氧化物230c2的疊層結構。
氧化物230c2較佳為包括構成用於氧化物230c1的金屬氧化物的金屬元素的至少一個，更佳為包括所有上述金屬元素。例如，較佳的是，作為氧化物230c1使用In-Ga-Zn氧化物或In-Zn氧化物，作為氧化物230c2使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物或氧化鎵。由此，可以降低氧化物230c1與氧化物230c2的介面的缺陷態密度。
較佳的是，氧化物230a及氧化物230c2的導帶底比氧化物230b及氧化物230c1的導帶底更接近於真空能階。換言之，氧化物230a及氧化物230c2的電子親和力較佳為小於氧化物230b及氧化物230c1的電子親和力。在此情況下，氧化物230c2較佳為使用可用於氧化物230a的金屬氧化物，氧化物230c1較佳為使用可用於氧化物230b的金屬氧化物。此時，除了氧化物230b以外，有時氧化物230c1也成為載子的主要路徑。藉由將可用於氧化物230b的金屬氧化物用於氧化物230c1，可以抑制通道形成區域的頂面的有效通道長度增大而抑制降低電晶體200的通態電流。
明確而言，作為氧化物230c1使用In:Ga:Zn= 4:2:3[原子個數比]或其附近的組成、In:Ga:Zn=5:1:6[原子個數比]或其附近的組成、In:Ga:Zn=5:1:3[原子個數比]或其附近的組成、In:Ga:Zn=10:1:3[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物或者In-Zn氧化物，作為氧化物230c2使用In:Ga:Zn=1:3:4[原子個數比]或其附近的組成、Ga:Zn=2:1[原子個數比]或其附近的組成、Ga:Zn=2:5[原子個數比]或其附近的組成的金屬氧化物或者氧化鎵即可。
另外，氧化物230c2較佳為比氧化物230c1抑制氧的擴散或透過的金屬氧化物。藉由在絕緣體250與氧化物230c1之間設置氧化物230c2，可以抑制包含在絕緣體280中的氧擴散到絕緣體250。由此，該氧可以透過氧化物230c1高效地供應到氧化物230b。
另外，藉由使用於氧化物230c2的金屬氧化物中的相對於主要成分的金屬元素的In的原子個數比小於用於氧化物230c1的金屬氧化物中的相對於主要成分的金屬元素的In的原子個數比，可以抑制In擴散到絕緣體250一側。由於絕緣體250被用作閘極絕緣體，因此在In進入絕緣體250等的情況下導致電晶體的特性不良。因此，藉由在氧化物230c1與絕緣體250之間設置氧化物230c2，可以提供一種可靠性高的半導體裝置。
注意，氧化物230c1也可以設置在每個電晶體200中。換言之，電晶體200的氧化物230c1也可以不接觸於與該電晶體200相鄰的電晶體200的氧化物230c1。另外，也可以將電晶體200的氧化物230c1和相鄰於該電晶體200的電晶體200的氧化物230c1分離。換言之，氧化物230c1也可以不配置在電晶體200和相鄰於該電晶體200的電晶體200之間。
在多個電晶體200配置在通道寬度方向上的半導體裝置具有上述結構時，在電晶體200中分別獨立地設置氧化物230c。因此，可以抑制電晶體200和相鄰於該電晶體200的電晶體200之間產生寄生電晶體而可以抑制產生上述洩漏路徑。因此，可以提供一種具有良好電特性且可以實現微型化或高積體化的半導體裝置。
例如，當將在電晶體200的通道寬度方向上彼此相對的電晶體200的氧化物230c1的側端部和相鄰於該電晶體200的電晶體200的氧化物230c1的側端部之距離表示為W1 時，將W1 設定為大於0nm。另外，當將在電晶體200的通道寬度方向上彼此相對的電晶體200的氧化物230a的側端部和相鄰於該電晶體200的電晶體200的氧化物230a的側端部之距離表示為W2 時，相對於W2 的W1 的比(W1 /W2 )的值較佳為大於0且小於1，更佳為0.1以上且0.9以下，進一步較佳為0.2以上且0.8以下。另外，W2 也可以為彼此相對的電晶體200的氧化物230b的側端部和相鄰於電晶體200的電晶體200的氧化物230b的側端部之距離。
藉由減小上述相對於W2 的W1 的比(W1 /W2 )，即使在電晶體200和相鄰於該電晶體200的電晶體200之間的不設置氧化物230c1的區域產生錯位，也可以將電晶體200的氧化物230c1和相鄰於該電晶體200的電晶體200的氧化物230c1分離。
另外，藉由增大上述相對於W2 的W1 的比(W1 /W2 )，即使減小電晶體200和相鄰於該電晶體200的電晶體200之間的間隔，也可以確保最小特徵尺寸的寬度，可以使半導體裝置進一步微型化或高積體化。
注意，導電體260、絕緣體250、氧化物230c2都在相鄰的電晶體200間共同使用。換言之，電晶體200的導電體260具有與該電晶體200相鄰的電晶體200的導電體260連續地設置的區域。另外，電晶體200的絕緣體250具有與該電晶體200相鄰的電晶體200的絕緣體250連續地設置的區域。另外，電晶體200的氧化物230c2具有與該電晶體200相鄰的電晶體200的氧化物230c2連續地設置的區域。
另外，藉由採用上述結構，氧化物230c2在電晶體200和相鄰於該電晶體200的電晶體200之間具有接觸於絕緣體224的區域。
另外，與氧化物230c1同樣，也可以將電晶體200的氧化物230c2和相鄰於該電晶體200的電晶體200的氧化物230c2分離。此時，絕緣體250在電晶體200和相鄰於該電晶體200的電晶體200之間具有接觸於絕緣體224的區域。
＜半導體裝置的應用例子＞ 下面，參照圖18A和圖18B對與上述＜半導體裝置的結構例子2＞及＜半導體裝置的變形例子＞不同的包括本發明的一個實施方式的電晶體200的半導體裝置的一個例子進行說明。注意，在圖18A及圖18B所示的半導體裝置中，對具有與＜半導體裝置的變形例子＞所示的半導體裝置(參照圖17A至圖17D)的組件相同的功能的組件附加相同的元件符號。在本節中，作為電晶體200的構成材料可以使用在＜半導體裝置的結構例子2＞及＜半導體裝置的變形例子＞中進行了詳細說明的材料。
圖18A及圖18B示出多個電晶體(電晶體200_1至電晶體200_n)被絕緣體283及絕緣體284以及絕緣體211圍繞而密封的結構。注意，在圖18A及圖18B中，多個電晶體在通道長度方向上排列，但是不侷限於此。看起來，多個電晶體可以在通道寬度方向上排列，也可以以矩陣狀配置。另外，也可以根據設計無規性地配置。
如圖18A所示，在多個電晶體(電晶體200_1至電晶體200_n)的外側，形成有絕緣體283與絕緣體211接觸的部分(以下，有時稱為密封部265)。密封部265以圍繞多個電晶體(也成為電晶體群)的方式形成。藉由採用上述結構，可以由絕緣體283及絕緣體211圍繞多個電晶體。由此，被密封部265圍繞的多個電晶體群設置在基板上。
另外，也可以以與密封部265重疊的方式設置切割線(有時稱為分割線、分離線或截斷線)。上述基板沿著切割線分離，所以被密封部265圍繞的電晶體群切割為一個晶片。
另外，圖18A示出多個電晶體(電晶體200_1至電晶體200_n)被一個密封部265圍繞的例子，但是不侷限於此。如圖18B所示，也可以由多個密封部圍繞多個電晶體。在圖18B中，多個電晶體被密封部265a圍繞，並且被其外側的密封部265b圍繞。
如此，藉由由多個密封部圍繞多個電晶體(電晶體200_1至電晶體200_n)，可以增大絕緣體283與絕緣體211接觸的部分，所以可以提高絕緣體283與絕緣體211的密接性。由此，可以更確實地密封多個電晶體。
在此情況下，既可以與密封部265a或密封部265b重疊地設置切割線，又可以在密封部265a與密封部265b之間設置切割線。
根據本發明的一個實施方式，可以提供一種通態電流大的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種電晶體特性的不均勻少的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種可靠性良好的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種低功耗的半導體裝置。
本實施方式所示的結構和方法等可以與其他實施方式及實施例等所示的結構和方法等適當地組合而實施。
實施方式3 在本實施方式中，參照圖19及圖25說明半導體裝置的一個實施方式。
[記憶體裝置1] 圖19示出使用根據本發明的一個實施方式的半導體裝置(記憶體裝置)的一個例子。在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，電晶體200設置在電晶體300的上方，電容器100設置在電晶體300及電晶體200的上方。此外，作為電晶體200，可以使用上述實施方式所說明的電晶體200。
電晶體200是其通道形成在包含氧化物半導體的半導體層中的電晶體。因為電晶體200的關態電流低，所以藉由將其用於記憶體裝置，可以長期保持存儲內容。換言之，由於不需要更新工作或更新工作的頻率極低，所以可以充分降低記憶體裝置的功耗。
在圖19所示的半導體裝置中，佈線1001與電晶體300的源極電連接，佈線1002與電晶體300的汲極電連接。另外，佈線1003與電晶體200的源極和汲極中的一方電連接，佈線1004與電晶體200的第一閘極電連接，佈線1006與電晶體200的第二閘極電連接。再者，電晶體300的閘極及電晶體200的源極和汲極中的另一個與電容器100的一個電極電連接，佈線1005與電容器100的另一個電極電連接。
此外，藉由將圖19所示的記憶體裝置配置為矩陣狀，可以構成記憶單元陣列。
＜電晶體300＞ 電晶體300設置在基板311上，並包括:用作閘極的導電體316、用作閘極絕緣體的絕緣體315、由基板311的一部分構成的半導體區域313以及用作源極區域或汲極區域的低電阻區域314a及低電阻區域314b。電晶體300可以是p通道型或n通道型。
在此，在圖19所示的電晶體300中，形成通道的半導體區域313(基板311的一部分)具有凸形狀。另外，以隔著絕緣體315覆蓋半導體區域313的側面及頂面的方式設置導電體316。另外，導電體316可以使用調整功函數的材料。因為利用半導體基板的凸部，所以這種電晶體300也被稱為FIN型電晶體。另外，也可以以與凸部的上表面接觸的方式具有用來形成凸部的遮罩的絕緣體。此外，雖然在此示出對半導體基板的一部分進行加工來形成凸部的情況，但是也可以對SOI基板進行加工來形成具有凸部的半導體膜。
注意，圖19所示的電晶體300的結構只是一個例子，不侷限於上述結構，根據電路結構或驅動方法使用適當的電晶體即可。
＜電容器100＞ 電容器100設置在電晶體200的上方。電容器100包括用作第一電極的導電體110、用作第二電極的導電體120及用作介電質的絕緣體130。在此，絕緣體130較佳為使用可用作上述實施方式所示的絕緣體286的絕緣體。
此外，例如，也可以同時形成設置在導電體246上的導電體112及導電體110。另外，導電體112用作與電容器100、電晶體200或電晶體300電連接的插頭或者佈線。
在圖19中，導電體112及導電體110具有單層結構，但是不侷限於該結構，也可以具有兩層以上的疊層結構。例如，也可以在具有阻擋性的導電體與導電性高的導電體之間形成與具有阻擋性的導電體以及導電性高的導電體之間的緊密性高的導電體。
此外，絕緣體130例如可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氮化鋁、氧化鉿、氧氮化鉿、氮氧化鉿、氮化鉿等，並以疊層或單層設置。
例如，絕緣體130較佳為使用氧氮化矽等絕緣耐應力高的材料和高介電常數(high-k)材料的疊層結構。藉由採用該結構，電容器100可以包括高介電常數(high-k)的絕緣體來確保充分的電容，並可以包括絕緣耐應力高的絕緣體來提高絕緣耐應力，從而可以抑制電容器100的靜電破壞。
注意，作為高介電常數(high-k)材料(相對介電常數高的材料)的絕緣體，有氧化鎵、氧化鉿、氧化鋯、具有鋁及鉿的氧化物、具有鋁及鉿的氧氮化物、具有矽及鉿的氧化物、具有矽及鉿的氧氮化物、具有矽及鉿的氮化物等。
另一方面，作為絕緣耐應力高的材料(相對介電常數低的材料)，有氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽、樹脂等。
＜佈線層＞ 在各結構體之間也可以設置有包括層間膜、佈線及插頭等的佈線層。此外，佈線層可以根據設計而設置為多個層。在此，在具有插頭或佈線的功能的導電體中，有時使用同一元件符號表示多個結構。此外，在本說明書等中，佈線、與佈線電連接的插頭也可以是一個組件。就是說，導電體的一部分有時被用作佈線，並且導電體的一部分有時被用作插頭。
例如，在電晶體300上，作為層間膜依次層疊地設置有絕緣體320、絕緣體322、絕緣體324及絕緣體326。此外，與電容器100或電晶體200電連接的導電體328及導電體330等填埋於絕緣體320、絕緣體322、絕緣體324及絕緣體326中。另外，導電體328及導電體330被用作插頭或佈線。
此外，用作層間膜的絕緣體可以被用作覆蓋其下方的凹凸形狀的平坦化膜。例如，為了提高絕緣體322的頂面的平坦性，也可以藉由利用化學機械拋光(CMP)法等的平坦化處理實現平坦化。
也可以在絕緣體326及導電體330上設置佈線層。例如，在圖19中，依次層疊有絕緣體350、絕緣體352及絕緣體354。另外，在絕緣體350、絕緣體352及絕緣體354中形成有導電體356。導電體356用作插頭或佈線。
同樣地，在絕緣體210、絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214及絕緣體216中填充有導電體218及構成電晶體200的導電體(導電體205)等。此外，導電體218用作與電容器100或電晶體300電連接的插頭或佈線。再者，導電體120及絕緣體130上設置有絕緣體150。
在此，與上述實施方式所示的絕緣體241同樣，以與用作插頭的導電體218的側面接觸的方式設置絕緣體217。絕緣體217以與絕緣體210、絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214及絕緣體216中的開口的內壁接觸的方式設置。換言之，絕緣體217設置在導電體218與絕緣體210、絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214及絕緣體216之間。導電體205可以與導電體218並行形成，所以有時以與導電體205的側面接觸的方式形成絕緣體217。
作為絕緣體217，例如可以使用氮化矽、氧化鋁或氮氧化矽等絕緣體。絕緣體217以與絕緣體210、絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214及絕緣體222接觸的方式設置，所以可以抑制水、氫等雜質從絕緣體210或絕緣體216等藉由導電體218混入氧化物230。尤其是，氮化矽對氫具有高阻擋性，所以是較佳的。另外，可以防止包含在絕緣體210或絕緣體216中的氧被導電體218吸收。
絕緣體217可以使用與絕緣體241同樣的方法形成。例如，使用PEALD法形成氮化矽，使用各向異性蝕刻形成到達導電體356的開口即可。
作為能夠用作層間膜的絕緣體，有具有絕緣性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金屬氧化物、金屬氧氮化物、金屬氮氧化物等。
例如，藉由將相對介電常數低的材料用於用作層間膜的絕緣體，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。因此，較佳為根據絕緣體的功能選擇材料。
例如，絕緣體150、絕緣體210、絕緣體352及絕緣體354等較佳為具有相對介電常數低的絕緣體。例如，該絕緣體較佳為含有氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽、樹脂等。或者，該絕緣體較佳為具有氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽或具有空孔的氧化矽和樹脂的疊層結構。由於氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，因此藉由將其與樹脂組合，可以實現具有熱穩定性且相對介電常數低的疊層結構。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚醯胺(尼龍、芳香族聚醯胺等)、聚醯亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸樹脂等。
此外，藉由由具有抑制氫等雜質及氧透過的功能的絕緣體圍繞使用氧化物半導體的電晶體，可以使電晶體的電特性穩定。因此，作為絕緣體214、絕緣體211、絕緣體212及絕緣體350等，使用具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體，即可。
作為具有抑制氫等雜質及氧透過的功能的絕緣體，例如可以以單層或疊層使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體。明確而言，作為具有抑制氫等雜質及氧透過的功能的絕緣體，可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿、氧化鉭等金屬氧化物、氮氧化矽、氮化矽等。
作為能夠用於佈線、插頭的導電體較佳為使用包含選自鋁、鉻、銅、銀、金、鉑、鉭、鎳、鈦、鉬、鎢、鉿、釩、鈮、錳、鎂、鋯、鈹、銦以及釕等的金屬元素中的一種以上的材料。此外，也可以使用以包含磷等雜質元素的多晶矽為代表的導電率高的半導體以及鎳矽化物等矽化物。
例如，作為導電體328、導電體330、導電體356、導電體218及導電體112等，可以以單層或疊層使用由上述材料形成的金屬材料、合金材料、金屬氮化物材料、金屬氧化物材料等的導電材料。較佳為使用兼具耐熱性和導電性的鎢或鉬等高熔點材料，尤其較佳為使用鎢。或者，較佳為使用鋁或銅等低電阻導電材料形成。藉由使用低電阻導電材料可以降低佈線電阻。
＜＜設置有氧化物半導體的層的佈線或插頭＞＞ 注意，在將氧化物半導體用於電晶體200時，有時在氧化物半導體附近設置具有過量氧區域的絕緣體。在此情況下，較佳為在該具有過量氧區域的絕緣體和設置於該具有過量氧區域的絕緣體的導電體之間設置具有阻擋性的絕緣體。
例如，在圖19中，較佳為在具有過量氧的絕緣體224及絕緣體280與導電體240之間設置絕緣體241。藉由使絕緣體241與絕緣體222、絕緣體272、絕緣體273、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284接觸地設置，絕緣體224及電晶體200可以具有由具有阻擋性的絕緣體密封的結構。
也就是說，藉由設置絕緣體241，可以抑制絕緣體224及絕緣體280所具有的過量氧被導電體240吸收。此外，藉由具有絕緣體241，可以抑制作為雜質的氫經過導電體240擴散到電晶體200。
另外，作為絕緣體241，較佳為使用具有抑制水、氫等雜質及氧的擴散的功能的絕緣材料。例如，較佳為使用氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁或氧化鉿等。尤其是，氮化矽對氫具有高阻擋性，所以是較佳的。此外，例如還可以使用氧化鎂、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉭等的金屬氧化物等。
另外，與上述實施方式同樣，電晶體200較佳為由絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284密封。藉由採用上述結構，可以降低包含在絕緣體274、絕緣體150等中的氫混入絕緣體280等。
在此，導電體240貫通絕緣體284、絕緣體283及絕緣體282，導電體218貫通絕緣體214、絕緣體212及絕緣體211，並且，如上所述，絕緣體241與導電體240接觸地設置，絕緣體217與導電體218接觸地設置。由此，可以減少藉由導電體240及導電體218混入絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284的內側的氫。如此，可以由絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283、絕緣體284、絕緣體241及絕緣體217更確實地密封電晶體200，而可以減少包含在絕緣體274等中的氫等雜質從外側混入。
另外，如上述實施方式所示，絕緣體216、絕緣體224、絕緣體280、絕緣體250及絕緣體274較佳為使用減少或去除氫原子的氣體的成膜方法而形成。由此，可以降低絕緣體216、絕緣體224、絕緣體280、絕緣體250及絕緣體274的氫濃度。
如此，可以降低電晶體200附近的矽類絕緣膜的氫濃度，而可以降低氧化物230的氫濃度。
＜切割線＞ 下面，對當將大面積基板按每個半導體元件分割而得到晶片形狀的多個半導體裝置時設置的切割線(有時也稱為分割線、分離線或截斷線)進行說明。作為分割方法，例如，有時，首先在基板中形成用來分離半導體元件的槽(切割線)之後，在切割線處截斷，得到被分離(被分割)的多個半導體裝置。
在此，例如，如圖19所示，較佳為以與絕緣體283和絕緣體211接觸的區域重疊於切割線的方式進行設計。也就是說，在與設置在包括多個電晶體200的記憶單元的邊緣的成為切割線的區域附近，在絕緣體282、絕緣體280、絕緣體273、絕緣體272、絕緣體224、絕緣體222、絕緣體216、絕緣體214及絕緣體212中設置開口。
也就是說，在設置於上述絕緣體282、絕緣體280、絕緣體273、絕緣體272、絕緣體224、絕緣體222、絕緣體216、絕緣體214及絕緣體212的開口中，絕緣體211與絕緣體283接觸。另外，也可以在絕緣體282、絕緣體280、絕緣體273、絕緣體272、絕緣體224、絕緣體222、絕緣體216及絕緣體214中設置開口而使絕緣體212與絕緣體283接觸。例如，此時，也可以使用相同的材料及相同的方法形成絕緣體212和絕緣體283。藉由使用相同的材料及相同的方法形成絕緣體212和絕緣體283，可以提高緊密性。例如，較佳為使用氮化矽。
藉由採用該結構，可以由絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284包圍電晶體200。絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283和絕緣體284中的至少一個由於具有抑制氧、氫及水的擴散的功能，所以即使將基板按每個形成有本實施方式所示的半導體元件的電路區域分割而加工為多個晶片，也可以防止從截斷的基板的側面方向混入氫或水等雜質且該雜質擴散到電晶體200。
藉由採用該結構，可以防止絕緣體280及絕緣體224中的過量氧擴散到外部。因此，絕緣體280及絕緣體224中的過量氧高效地被供應到電晶體200中的形成通道的氧化物中。由於該氧，而可以減少電晶體200中的形成通道的氧化物的氧空位。由此，可以使電晶體200中的形成通道的氧化物成為缺陷態密度低且具有穩定的特性的氧化物半導體。也就是說，可以在抑制電晶體200的電特性變動的同時提高可靠性。
注意，在圖19所示的記憶體裝置中作為電容器100的形狀採用平面型，但是本實施方式所示的記憶體裝置不侷限於此。例如，如圖20所示，作為電容器100的形狀也可以採用圓柱型。圖20所示的記憶體裝置的絕緣體150下方的結構與圖19所示的半導體裝置相同。
圖20所示的電容器100包括絕緣體130上的絕緣體150、絕緣體150上的絕緣體142、配置在形成於絕緣體150及絕緣體142的開口中的導電體115、導電體115及絕緣體142上的絕緣體145、絕緣體145上的導電體125、導電體125及絕緣體145上的絕緣體152。在此，在形成於絕緣體150及絕緣體142的開口中配置導電體115、絕緣體145及導電體125的至少一部分。
導電體115被用作電容器100的下部電極，導電體125被用作電容器100的上部電極，絕緣體145被用作電容器100的介電質。電容器100具有在絕緣體150及絕緣體142的開口中不僅在底面上而且在側面上上部電極與下部電極隔著介電質對置的結構，因此可以增加每單位面積的靜電電容。開口的深度越深，電容器100的靜電電容越大。如此，藉由增加電容器100的每單位面積的靜電電容，可以推進半導體裝置的微型化或高積體化。
作為絕緣體152，可以使用能夠用作絕緣體280的絕緣體。另外，作為絕緣體142，較佳為使用被用作形成絕緣體150的開口時的蝕刻停止層並可以用於絕緣體214的絕緣體。
另外，形成在絕緣體150及絕緣體142中的開口的俯視時的形狀可以為四角形、四角形以外的多角形狀、其角部呈弧形的多角形狀或橢圓等圓形形狀。在此，在俯視時較佳為該開口與電晶體200重疊的面積大。藉由採用這種結構，可以縮減包括電容器100及電晶體200的半導體裝置的佔有面積。
導電體115以與形成在絕緣體142及絕緣體150中的開口接觸的方式配置。導電體115的頂面較佳為與絕緣體142的頂面大致對齊。另外，導電體115的底面藉由絕緣體130的開口與導電體110接觸。導電體115較佳為藉由ALD法或CVD法等形成，例如使用可用於導電體205的導電體即可。
絕緣體145以覆蓋導電體115及絕緣體142的方式配置。例如，較佳為藉由ALD法或CVD法等形成絕緣體145。作為絕緣體145，例如使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋯、氧化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁、氮化鋁、氧化鉿、氧氮化鉿、氮氧化鉿、氮化鉿等，並且可以採用疊層結構或單層結構。例如，作為絕緣體145，可以使用依次層疊有氧化鋯、氧化鋁及氧化鋯的絕緣膜。
另外，絕緣體145較佳為使用氧氮化矽等絕緣耐應力高的材料或高介電常數(high-k)材料的疊層結構。或者，可以使用絕緣耐應力高的材料及高介電常數(high-k)材料的疊層結構。
注意，作為高介電常數(high-k)材料(相對介電常數高的材料)的絕緣體，有氧化鎵、氧化鉿、氧化鋯、具有鋁及鉿的氧化物、具有鋁及鉿的氧氮化物、具有矽及鉿的氧化物、具有矽及鉿的氧氮化物、具有矽及鉿的氮化物等。藉由具有這樣high-k材料，即使使絕緣體145變厚也可以充分確保電容器100的靜電電容。藉由使絕緣體145變厚，可以抑制在導電體115與導電體125之間產生的洩漏電流。
另一方面，作為絕緣耐應力高的材料，有氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽、樹脂等。例如，可以使用依次層疊有藉由ALD法形成的氮化矽、藉由PEALD法形成的氧化矽、藉由ALD法形成的氮化矽的絕緣膜。藉由使用這樣的絕緣耐壓力高的絕緣體，絕緣耐壓力提高而可以抑制電容器100的靜電破壞。
導電體125以填埋形成在絕緣體142及絕緣體150中的開口的方式配置。另外，導電體125藉由導電體140及導電體153與佈線1005電連接。導電體125較佳為藉由ALD法或CVD法等形成，例如使用可用於導電體205的導電體即可。
另外，導電體153設置在絕緣體154上且被絕緣體156覆蓋。導電體153可以使用可用於導電體112的導電體，絕緣體156可以使用可用於絕緣體152的絕緣體。在此，導電體153與導電體140的頂面接觸，並且被用作電容器100、電晶體200或電晶體300的端子。
[記憶體裝置2] 圖21示出使用作為本發明的一個實施方式的半導體裝置的記憶體裝置的一個例子。圖21所示的記憶體裝置除了包括圖19所示的電晶體200、電晶體300及電容器100的半導體裝置以外還包括電晶體400。
電晶體400可以控制電晶體200的第二閘極電壓。例如，採用電晶體400的第一閘極及第二閘極與源極二極體連接並且電晶體400的源極與電晶體200的第二閘極連接的結構。當在該結構中保持電晶體200的第二閘極的負電位時，電晶體400的第一閘極與源極間的電壓及第二閘極與源極間的電壓成為0V。在電晶體400中，由於第二閘極電壓及第一閘極電壓為0V時的汲極電流非常小，所以即使沒有向電晶體200及電晶體400供應電源，也可以長時間保持電晶體200的第二閘極的負電位。由此，包括電晶體200及電晶體400的記憶體裝置可以長期間保持存儲內容。
因此，在圖21中，佈線1001與電晶體300的源極電連接，佈線1002與電晶體300的汲極電連接。另外，佈線1003與電晶體200的源極和汲極中的一方電連接，佈線1004與電晶體200的第一閘極電連接，佈線1006與電晶體200的第二閘極電連接。再者，電晶體300的閘極及電晶體200的源極和汲極中的另一個與電容器100的一個電極電連接，佈線1005與電容器100的另一個電極電連接。佈線1007與電晶體400的源極電連接，佈線1008與電晶體400的第一閘極電連接，佈線1009與電晶體400的第二閘極電連接，佈線1010與電晶體400的汲極電連接。在此，佈線1006、佈線1007、佈線1008及佈線1009電連接。
此外，藉由將圖21所示的記憶體裝置與圖19所示的記憶體裝置同樣地配置為矩陣狀，可以構成記憶單元陣列。注意，一個電晶體400可以控制多個電晶體200的第二閘極電壓。因此，較佳為使電晶體400的個數少於電晶體200。另外，與圖19所示的記憶體裝置同樣，在圖21所示的記憶體裝置中，可以由絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284密封電晶體200及電晶體400。
＜電晶體400＞ 電晶體400形成在與電晶體200相同的層上，由此可以同時製造它們。電晶體400包括:用作第一閘極電極的導電體460(導電體460a及導電體460b)；用作第二閘極電極的導電體405；用作閘極絕緣層的絕緣體222、絕緣體224及絕緣體450；包括形成通道的區域的氧化物430c；用作源極的導電體442a、氧化物443a、氧化物431a及氧化物431b；以及用作汲極的導電體442b、氧化物443b、氧化物432a及氧化物432b。另外，與電晶體200同樣，用作插頭的導電體與導電體442a、導電體442b接觸地設置。
導電體405與導電體205形成在相同的層。氧化物431a及氧化物432a與氧化物230a形成在相同的層，氧化物431b及氧化物432b與氧化物230b形成在相同的層。導電體442a及導電體442b與導電體242形成在相同的層。氧化物443a及氧化物443b與氧化物243形成在相同的層。氧化物430c與氧化物230c形成在相同的層。絕緣體450與絕緣體250形成在相同的層。導電體460與導電體260形成在相同的層。
注意，形成在相同的層中的結構體可以同時形成。例如，氧化物430c可以藉由對成為氧化物230c的氧化膜進行加工來形成。
與氧化物230等同樣，在用作電晶體400的活性層的氧化物430c中，減少了氧空位和氫、水等雜質。因此，可以使電晶體400的臨界電壓更大，減少關態電流，並使第二閘極電壓及第一閘極電壓為0V時的汲極電流非常小。
[記憶體裝置3] 圖22示出使用根據本發明的一個實施方式的半導體裝置(記憶體裝置)的一個例子。
＜記憶體裝置的結構例子＞ 圖22是包括記憶體件290的半導體裝置的剖面圖。圖22所示的記憶體件290除了圖7A至圖7D所示的電晶體200以外還包括電容器件292。圖22相當於電晶體200的通道長度方向的剖面圖。
電容器件292包括導電體242b、設置在導電體242b上的絕緣體272及絕緣體273、設置在絕緣體273上的導電體294。亦即，電容器件292構成MIM(Metal-Insulator-Metal:金屬-絕緣體-金屬)電容器。另外，電容器件292所包括的一對電極的一方，亦即導電體242b可以兼作電晶體的源極電極或汲極電極。另外，電容器件292所包括的介電質層可以兼作設置在電晶體的保護層，亦即絕緣體272及絕緣體273。因此，電容器件292的製程也可以使用電晶體200的製程的一部分，所以可以得到一種生產率的高的半導體裝置。另外，電容器件292所包括的一對電極的一方，亦即導電體242b兼作電晶體200的源極電極或汲極電極，所以可以減小配置電晶體200、電容器件292的面積。
另外，作為導電體294，例如使用可用於導電體242的材料即可。
＜記憶體裝置的變形例子＞ 以下使用圖23A、圖23B、圖24及圖25說明與在上述＜記憶體裝置的結構例子＞中示出的半導體裝置不同的包括根據本發明的一個實施方式的電晶體200及電容器件292的半導體裝置的一個例子。注意，在圖23A、圖23B、圖24及圖25所示的半導體裝置中，對具有與構成在上述實施方式及＜記憶體裝置的結構例子＞中示出的半導體裝置的結構相同功能的結構附加相同元件符號。另外，在本節中，電晶體200及電容器件292的構成材料可以使用在上述實施方式及＜記憶體裝置的結構例子＞中詳細說明的材料。
＜＜記憶體裝置的變形例子1＞＞ 以下，使用圖23A說明包括根據本發明的一個實施方式的電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的半導體裝置600的一個例子。
圖23A是包括電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的半導體裝置600的通道長度方向的剖面圖。如圖23A所示，半導體裝置600具有以A3-A4的點劃線為對稱軸的軸對稱的結構。導電體242c兼作電晶體200a的源極電極和汲極電極中的一個以及電晶體200b的源極電極和汲極電極中的一個。另外，用作插頭的導電體240用來使用作佈線的導電體246與電晶體200a及電晶體200b連接。如此，藉由作為兩個電晶體、兩個電容器件、佈線以及插頭的連接關係採用上述結構，可以提供一種可以實現微型化或高積體化的半導體裝置。
電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的各結構及效果可以參照圖7A至圖7D及圖22所示的半導體裝置的結構例子。
＜＜記憶體裝置的變形例子2＞＞ 以上，作為半導體裝置的結構例子示出電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b，但是本實施方式所示的半導體裝置不侷限於此。例如，如圖23B所示，也可以採用半導體裝置600及具有與半導體裝置600同樣的結構的半導體裝置藉由電容部連接的結構。在本說明書中，將包括電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的半導體裝置稱為單元。電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的結構可以參照上述電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的記載。
圖23B是包括電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b的半導體裝置600及具有與半導體裝置600同樣的結構的單元透過電容部連接的情況的剖面圖。
如圖23B所示，被用作半導體裝置600所包括的電容器件292b的一方電極的導電體294b兼作具有與半導體裝置600同樣的結構的半導體裝置601所包括的電容器件的一方電極。另外，雖然未圖示，但是被用作半導體裝置600所包括的電容器件292a的一方電極的導電體294a兼作在半導體裝置600的左側，亦即圖23B的A1方向上相鄰的半導體裝置的電容器件的一方電極。另外，在半導體裝置601的右側，亦即圖23B的A2方向上的單元也具有相同結構。換言之，可以構成單元陣列(也可以稱為記憶體件層)。藉由採用上述單元陣列的結構，可以減小相鄰單元的間隔，由此可以減小單元陣列的投影面積，而可以實現高積體化。另外，藉由將圖23B所示的單元陣列的結構配置為矩陣狀，可以構成矩陣狀的單元陣列。
如上所述，藉由以本實施方式所示的結構形成電晶體200a、電晶體200b、電容器件292a及電容器件292b，可以減小單元的面積，而可以實現構成單元陣列的半導體裝置的微型化或高積體化。
此外，除了將上述單元陣列配置為平面狀之外還可以層疊上述單元陣列。圖24示出層疊有n層的單元陣列610的結構的剖面圖。如圖24所示，藉由層疊多個單元陣列(單元陣列610_1乃至單元陣列610_n)，可以集成地配置單元而無需增大單元陣列的佔有面積。也就是說，可以構成3D單元陣列。
＜＜記憶體裝置的變形例子3＞＞ 圖25示出記憶單元470具有包括電晶體200T的電晶體層413及四層的記憶體件層415(記憶體件層415_1至記憶體件層415_4)的例子。
記憶體件層415_1至記憶體件層415_4的每一個包括多個記憶體件420。
記憶體件420藉由導電體424及導電體205與不同記憶體件層415所包括的記憶體件420及電晶體層413所包括的電晶體200T電連接。
記憶單元470由絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284密封(為了方便起見，以下稱為密封結構)。絕緣體284的周圍設置有絕緣體274。另外，絕緣體274、絕緣體284、絕緣體283及絕緣體211設置有導電體440且與元件層411電連接。
另外，在密封結構的內部設置有絕緣體280。絕緣體280具有藉由加熱釋放氧的功能。或者，絕緣體280具有過量氧區域。
絕緣體211、絕緣體283及絕緣體284較佳為使用對氫具有高阻擋性的材料。另外，絕緣體214、絕緣體282及絕緣體287較佳為使用具有俘獲或固定氫的功能的材料。
例如，作為對上述氫具有高阻擋性的材料，可以舉出氮化矽、氮氧化矽等。另外，作為上述具有俘獲或固定氫的功能材料，可以舉出氧化鋁、氧化鉿以及包含鋁及鉿的氧化物(鋁酸鉿)等。
注意，在本說明書中，阻擋性是指具有抑制對應的物質的擴散的功能(也可以說是透過性低)。或者，阻擋性是指具有俘獲或固定對應的物質(也稱為吸雜)的功能。
對用於絕緣體211、絕緣體212、絕緣體214、絕緣體287、絕緣體282、絕緣體283及絕緣體284的材料的結晶結構沒有特別的限制，可以採用具有非晶或結晶性的結構即可。例如，作為具有俘獲或固定氫的功能的材料，較佳為使用非晶氧化鋁膜。非晶氧化鋁的俘獲或固定氫的量有時比結晶性高的氧化鋁多。
在此，作為絕緣體280中的過量氧的相對於接觸於絕緣體280的氧化物半導體中的氫的擴散的模型，可以考慮如下模型。
氧化物半導體中的氫藉由接觸於氧化物半導體的絕緣體280擴散到其他結構體。該氫與絕緣體280中的過量氧起反應成為OH鍵合，作為OH在絕緣體280中擴散。具有OH鍵合的氫原子在到達具有俘獲或固定氫的功能的材料(典型的是，絕緣體282)時與鍵合於絕緣體282中的原子(例如，金屬原子等)的氧原子起反應，被絕緣體282俘獲或固定。另一方面，可認為具有OH鍵合的過量氧作為過量氧留在絕緣體280中。換言之，在該氫的擴散中，絕緣體280中的過量氧發揮如仲介作用的可能性高。
為了滿足上述模型，半導體裝置的製程是重要因素之一。
作為一個例子，在氧化物半導體上形成包含過量氧的絕緣體280，然後形成絕緣體282。之後，較佳為進行加熱處理。明確而言，該加熱處理在含氧氛圍、含氮氛圍或氧和氮的混合氛圍下，以350℃以上，較佳為以400℃以上的溫度進行。加熱處理的時間設定為1小時以上，較佳為4小時以上，更佳為8小時以上。
藉由進行上述加熱處理，可以抑制氧化物半導體中的氫藉由絕緣體280、絕緣體282及絕緣體287向外部擴散。換言之，可以降低存在於氧化物半導體及該氧化物半導體附近的氫的絕對量。
在進行上述加熱處理之後，形成絕緣體283及絕緣體284。絕緣體283及絕緣體284是具有對氫高阻擋性的材料，所以可以抑制向外部擴散的氫或者存在於外部的氫向內部，具體地是氧化物半導體或絕緣體280一側進入。
注意，示出上述加熱處理在形成絕緣體282之後進行的結構，但是不侷限於此。例如，上述加熱處理也可以在形成電晶體層413之後或者形成記憶體件層415_1至記憶體件層415_3之後進行。另外，在藉由上述加熱處理使氫向外部擴散時，氫向電晶體層413的上方或橫方向擴散。同樣地，在形成記憶體件層415_1至記憶體件層415_3之後進行加熱處理時，氫向上方或橫方向擴散。
藉由採用上述製程而絕緣體211及絕緣體283貼合在一起，可以得到上述密封結構。
如此，藉由採用上述結構及上述製程，可以提供一種使用氫濃度得到降低的氧化物半導體的半導體裝置。由此，可以提供一種可靠性良好的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。
本實施方式所示的結構和方法等可以與其他實施方式及實施例等所示的結構和方法等適當地組合而實施。
實施方式4 在本實施方式中，參照圖26A、圖26B以及圖27A及圖27H，對根據本發明的一個實施方式的使用將氧化物用於半導體的電晶體(以下有時稱為OS電晶體)及電容器的記憶體裝置(以下有時稱為OS記憶體裝置)進行說明。OS記憶體裝置是至少包括電容器和控制該電容器的充放電的OS電晶體的記憶體裝置。因OS電晶體的關態電流極小所以OS記憶體裝置具有優良的保持特性，從而可以被用作非揮發性記憶體。
＜記憶體裝置的結構例子＞ 圖26A示出OS記憶體裝置的結構的一個例子。記憶體裝置1400包括週邊電路1411及記憶單元陣列1470。週邊電路1411包括行電路1420、列電路1430、輸出電路1440及控制邏輯電路1460。
列電路1430例如包括列解碼器、預充電電路、感測放大器及寫入電路等。預充電電路具有對佈線進行預充電的功能。感測放大器具有放大從記憶單元讀出的資料信號的功能。注意，上述佈線是連接到記憶單元陣列1470所包括的記憶單元的佈線，下面描述其詳細內容。被放大的資料信號作為資料信號RDATA透過輸出電路1440輸出到記憶體裝置1400的外部。此外，行電路1420例如包括行解碼器、字線驅動器電路等，並可以選擇要存取的行。
對記憶體裝置1400從外部供應作為電源電壓的低電源電壓(VSS)、週邊電路1411用高電源電壓(VDD)及記憶單元陣列1470用高電源電壓(VIL)。此外，對記憶體裝置1400從外部輸入控制信號(CE、WE、RE)、位址信號ADDR及資料信號WDATA。位址信號ADDR被輸入到行解碼器及列解碼器，資料信號WDATA被輸入到寫入電路。
控制邏輯電路1460對從外部輸入的控制信號(CE、WE、RE)進行處理來生成行解碼器及列解碼器的控制信號。控制信號CE是晶片賦能信號，控制信號WE是寫入賦能信號，並且控制信號RE是讀出賦能信號。控制邏輯電路1460所處理的信號不侷限於此，根據需要而輸入其他控制信號即可。
記憶單元陣列1470包括配置為行列狀的多個記憶單元MC及多個佈線。注意，連接記憶單元陣列1470和行電路1420的佈線的數量取決於記憶單元MC的結構、包括在一個列中的記憶單元MC的數量等。此外，連接記憶單元陣列1470和列電路1430的佈線的數量取決於記憶單元MC的結構、包括在一個行中的記憶單元MC的數量等。
此外，雖然在圖26A中示出在同一平面上形成週邊電路1411和記憶單元陣列1470的例子，但是本實施方式不侷限於此。例如，如圖26B所示，也可以以重疊於週邊電路1411的一部分上的方式設置記憶單元陣列1470。例如，也可以採用以重疊於記憶單元陣列1470下的方式設置感測放大器的結構。
在圖27A至圖27H中說明能夠適合用於上述記憶單元MC的記憶單元的結構例子。
[DOSRAM]圖27A至圖27C示出DRAM的記憶單元的電路結構例子。在本說明書等中，有時將使用1OS電晶體1電容器型記憶單元的DRAM稱為DOSRAM(Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory，動態氧化物半導體隨機存取記憶體)。圖27A所示的記憶單元1471包括電晶體M1及電容器CA。此外，電晶體M1包括閘極(有時稱為頂閘極)及背閘極。
電晶體M1的第一端子與電容器CA的第一端子連接，電晶體M1的第二端子與佈線BIL連接，電晶體M1的閘極與佈線WOL連接，電晶體M1的背閘極與佈線BGL連接。電容器CA的第二端子與佈線CAL連接。
佈線BIL被用作位元線，佈線WOL被用作字線。佈線CAL被用作用來對電容器CA的第二端子施加指定的電位的佈線。在資料的寫入及讀出時，較佳為對佈線CAL施加低位準電位。佈線BGL被用作用來對電晶體M1的背閘極施加電位的佈線。藉由對佈線BGL施加任意電位，可以增加或減少電晶體M1的臨界電壓。
在此，圖27A所示的記憶單元1471對應於圖22所示的記憶體裝置。就是說，電晶體M1對應於電晶體200，電容器CA對應於電容器件292。
此外，記憶單元MC不侷限於記憶單元1471，而可以改變其電路結構。例如，記憶單元MC也可以採用如圖27B所示的記憶單元1472那樣的電晶體M1的背閘極不與佈線BGL連接，而與佈線WOL連接的結構。此外，例如，記憶單元MC也可以是如圖27C所示的記憶單元1473那樣的由單閘極結構的電晶體，亦即不包括背閘極的電晶體M1構成的記憶單元。
在將上述實施方式所示的半導體裝置用於記憶單元1471等的情況下，作為電晶體M1可以使用電晶體200，作為電容器CA可以使用電容器100。藉由作為電晶體M1使用OS電晶體，可以使電晶體M1的洩漏電流為極低。換言之，因為可以由電晶體M1長時間保持寫入的資料，所以可以降低記憶單元的更新頻率。或者，還可以不進行記憶單元的更新工作。此外，由於洩漏電流極低，因此可以將多值資料或類比資料保持在記憶單元1471、記憶單元1472、記憶單元1473中。
此外，在DOSRAM中，在如上所述那樣地採用以重疊於記憶單元陣列1470下的方式設置感測放大器的結構時，可以縮短位元線。由此，位元線電容減小，從而可以減少記憶單元的存儲電容。
[NOSRAM] 圖27D至圖27G示出2電晶體1電容器的增益單元型記憶單元的電路結構例子。圖27D所示的記憶單元1474包括電晶體M2、電晶體M3、電容器CB。此外，電晶體M2包括頂閘極(有時簡單地稱為閘極)及背閘極。在本說明書等中，有時將包括將OS電晶體用於電晶體M2的增益單元型記憶單元的記憶體裝置稱為NOSRAM(Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM，非揮發性氧化物半導體RAM)。
電晶體M2的第一端子與電容器CB的第一端子連接，電晶體M2的第二端子與佈線WBL連接，電晶體M2的閘極與佈線WOL連接，電晶體M2的背閘極與佈線BGL連接。電容器CB的第二端子與佈線CAL連接。電晶體M3的第一端子與佈線RBL連接，電晶體M3的第二端子與佈線SL連接，電晶體M3的閘極與電容器CB的第一端子連接。
佈線WBL被用作寫入位元線，佈線RBL被用作讀出位元線，佈線WOL被用作字線。佈線CAL被用作用來對電容器CB的第二端子施加指定的電位的佈線。在資料的寫入、保持及讀出時，較佳為對佈線CAL施加低位準電位。佈線BGL被用作用來對電晶體M2的背閘極施加電位的佈線。藉由對佈線BGL施加任意電位，可以增加或減少電晶體M2的臨界電壓。
在此，圖27D所示的記憶單元1474對應於圖19所示的記憶體裝置。就是說，電晶體M2對應於電晶體200，電容器CB對應於電容器100，電晶體M3對應於電晶體300，佈線WBL對應於佈線1003，佈線WOL對應於佈線1004，佈線BGL對應於佈線1006，佈線CAL對應於佈線1005，佈線RBL對應於佈線1002，佈線SL對應於佈線1001。
此外，記憶單元MC不侷限於記憶單元1474，而可以適當地改變其電路結構。例如，記憶單元MC也可以採用如圖27E所示的記憶單元1475那樣的電晶體M2的背閘極不與佈線BGL連接，而與佈線WOL連接的結構。此外，例如，記憶單元MC也可以是如圖27F所示的記憶單元1476那樣的由單閘極結構的電晶體，亦即不包括背閘極的電晶體M2構成的記憶單元。此外，例如，記憶單元MC也可以具有如圖27G所示的記憶單元1477那樣的將佈線WBL和佈線RBL組合為一個佈線BIL的結構。
在將上述實施方式所示的半導體裝置用於記憶單元1474等的情況下，作為電晶體M2可以使用電晶體200，作為電晶體M3可以使用電晶體300，作為電容器CB可以使用電容器100。藉由作為電晶體M2使用OS電晶體，可以使電晶體M2的洩漏電流為極低。由此，因為可以由電晶體M2長時間保持寫入的資料，所以可以降低記憶單元的更新頻率。此外，還可以不進行記憶單元的更新工作。此外，由於洩漏電流極低，因此可以將多值資料或類比資料保持在記憶單元1474中。記憶單元1475至記憶單元1477也是同樣的。
此外，電晶體M3也可以是在通道形成區域中包含矽的電晶體(以下有時稱為Si電晶體)。Si電晶體的導電型可以是n通道型或p通道型。Si電晶體的場效移動率有時比OS電晶體高。因此，作為用作讀出電晶體的電晶體M3，也可以使用Si電晶體。此外，藉由將Si電晶體用於電晶體M3，可以層疊於電晶體M3上地設置電晶體M2，從而可以減少記憶單元的佔有面積，並可以實現記憶體裝置的高積體化。
此外，電晶體M3也可以是OS電晶體。在將OS電晶體用於電晶體M2、電晶體M3時，在記憶單元陣列1470中可以只使用n型電晶體構成電路。
此外，圖27H示出3電晶體1電容器的增益單元型記憶單元的一個例子。圖27H所示的記憶單元1478包括電晶體M4至電晶體M6及電容器CC。電容器CC可以適當地設置。記憶單元1478與佈線BIL、佈線RWL、佈線WWL、佈線BGL及佈線GNDL電連接。佈線GNDL是供應低位準電位的佈線。此外，也可以將記憶單元1478電連接到佈線RBL、佈線WBL，而不與佈線BIL電連接。
電晶體M4是包括背閘極的OS電晶體，該背閘極與佈線BGL電連接。此外，也可以使電晶體M4的背閘極和閘極互相電連接。或者，電晶體M4也可以不包括背閘極。
此外，電晶體M5、電晶體M6各自可以是n通道型Si電晶體或p通道型Si電晶體。或者，電晶體M4至電晶體M6都是OS電晶體。在此情況下，可以在記憶單元陣列1470中只使用n型電晶體構成電路。
在將上述實施方式所示的半導體裝置用於記憶單元1478時，作為電晶體M4可以使用電晶體200，作為電晶體M5、電晶體M6可以使用電晶體300，作為電容器CC可以使用電容器100。藉由作為電晶體M4使用OS電晶體，可以使電晶體M4的洩漏電流為極低。
注意，本實施方式所示的週邊電路1411及記憶單元陣列1470等的結構不侷限於上述結構。另外,也可以根據需要改變，去除或追加這些電路及連接到該電路的佈線、電路元件等的配置或功能。
一般來說，在電腦等半導體裝置中，根據用途使用各種記憶體裝置(記憶體)。圖28以層級示出各種記憶體裝置。位於上層的記憶體裝置需要越快存取速度，位於下層的記憶體裝置需要越大記憶容量及越高存儲密度。在圖28中，從最上層依次示出CPU等在運算處理裝置中作為暫存器安裝的記憶體、SRAM(Static Random Access Memory；靜態隨機存取記憶體)、DRAM(Dynamic Random Access Memory；動態隨機存取記憶體)、3DNAND記憶體。
由於用來暫時儲存運算結果等，所以在CPU等運算處理裝置中作為暫存器安裝的記憶體的來自運算處理裝置的訪問頻率高。因此，比記憶容量更需要快工作速度。另外，暫存器也具有保持運算處理裝置的設定資料等的功能。
SRAM例如用於快取記憶體。快取記憶體具有複製保持在主記憶體的資料的一部分而保持的功能。藉由將使用頻率高的資料複製到快取記憶體中，可以提高對資料的存取速度。
DRAM例如用於主記憶體。主記憶體具有保持從記憶體(storage)讀出的程式或資料的功能。DRAM的存儲密度大致為0.1至0.3Gbit/mm2 。
3DNAND記憶體例如用於記憶體(storage)。記憶體(storage)具有保持需要長期儲存的資料或運算處理裝置所使用的各種程式等的功能。因此，記憶體(storage)比工作速度更需要大記憶容量及高存儲密度。用於記憶體(storage)的記憶體裝置的存儲密度大致為0.6至6.0Gbit/mm2 。
本發明的一個實施方式的記憶體裝置能夠長期間保持資料且其工作速度快。本發明的一個實施方式的記憶體裝置可以作為位於包括快取記憶體的階層和主記憶體的階層的兩者的邊界區域901的記憶體裝置適當地使用。另外，本發明的一個實施方式的記憶體裝置可以作為位於包括主記憶體的階層和記憶體(storage)的階層的兩者的邊界區域902的記憶體裝置適當地使用。
本發明的一個實施方式的記憶體裝置可以作為用於伺服器、筆記本型電腦、智慧手機、遊戲機、影像感測器、IoT(Internet of Things:物聯網)以及醫療等的記憶體裝置適當地使用。
本實施方式可以與其他實施方式、實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式5 在本實施方式中，參照圖29A和圖29B說明安裝有本發明的半導體裝置的晶片1200的一個例子。在晶片1200上安裝有多個電路(系統)。如此，在一個晶片上集成有多個電路(系統)的技術有時被稱為系統晶片(System on Chip:SoC)。
如圖29A所示，晶片1200包括CPU1211、GPU1212、一個或多個運算部1213、一個或多個記憶體控制器1214、一個或多個介面1215、一個或多個網路電路1216等。
在晶片1200上設置有凸塊(未圖示)，該凸塊如圖29B所示那樣與印刷線路板(PCB(Printed Circuit Board))1201的第一面連接。此外，在PCB1201的第一面的背面設置有多個凸塊1202，該凸塊1202與主機板1203連接。
此外，也可以在主機板1203上設置有DRAM1221、快閃記憶體1222等的記憶體裝置。例如，可以將上述實施方式所示的DOSRAM應用於DRAM1221。此外，例如，可以將上述實施方式所示的NOSRAM應用於快閃記憶體1222。
CPU1211較佳為具有多個CPU核。此外，GPU1212較佳為具有多個GPU核。此外，CPU1211和GPU1212可以分別具有暫時儲存資料的記憶體。或者，也可以在晶片1200上設置有CPU1211和GPU1212共同使用的記憶體。可以將上述NOSRAM或DOSRAM應用於該記憶體。此外，GPU1212適合用於多個資料的平行計算，其可以用於影像處理或積和運算。藉由作為GPU1212設置使用本發明的氧化物半導體的影像處理電路或積和運算電路，可以以低功耗執行影像處理及積和運算。
此外，因為在同一晶片上設置有CPU1211和GPU1212，所以可以縮短CPU1211和GPU1212之間的佈線，並可以以高速進行從CPU1211到GPU1212的資料傳送、CPU1211及GPU1212所具有記憶體之間的資料傳送以及GPU1212中的運算結束之後的從GPU1212到CPU1211的運算結果傳送。
類比運算部1213具有類比/數位(A/D)轉換電路和數位/類比(D/A)轉換電路中的一者或兩者。此外，也可以在類比運算部1213中設置上述積和運算電路。
記憶體控制器1214具有用作DRAM1221的控制器的電路及用作快閃記憶體1222的介面的電路。
介面1215具有與如顯示裝置、揚聲器、麥克風、影像拍攝裝置、控制器等外部連接設備之間的介面電路。控制器包括滑鼠、鍵盤、遊戲機用控制器等。作為上述介面，可以使用通用序列匯流排(USB(Universal Serial Bus))、高清晰度多媒體介面(HDMI(High-Definition Multimedia Interface))(註冊商標)等。
網路電路1216具有區域網路(LAN(Local Area Network))等網路用電路。此外，還可以具有網路安全用電路。
上述電路(系統)可以經同一製程形成在晶片1200上。由此，即使晶片1200所需的電路個數增多，也不需要增加製程，可以以低成本製造晶片1200。
可以將包括設置有具有GPU1212的晶片1200的PCB1201、DRAM1221以及快閃記憶體1222的主機板1203稱為GPU模組1204。
GPU模組1204因具有使用SoC技術的晶片1200而可以減少其尺寸。此外，GPU模組1204因具有高影像處理能力而適合用於智慧手機、平板終端、膝上型個人電腦、可攜式(可攜帶)遊戲機等可攜式電子裝置。此外，藉由利用使用GPU1212的積和運算電路，可以執行深度神經網路(DNN)、卷積神經網路(CNN)、遞迴神經網路(RNN)、自編碼器、深度波茲曼機(DBM)、深度置信網路(DBN)等方法，由此可以將晶片1200用作AI晶片，或者，可以將GPU模組用作AI系統模組。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式、實施例等所示的結構適當地組合而實施。
實施方式6 本實施方式示出安裝有上述實施方式所示的記憶體裝置等的電子構件及電子裝置的一個例子。
＜電子構件＞ 首先，參照圖30A和圖30B對組裝有記憶體裝置720的電子構件的例子進行說明。
圖30A示出電子構件700及安裝有電子構件700的基板(電路板704)的立體圖。圖30A所示的電子構件700在模子711內包括記憶體裝置720。在圖30A中，省略電子構件700的一部分以表示其內部。電子構件700在模子711的外側包括連接盤(land)712。連接盤712電連接於電極焊盤713，電極焊盤713透過引線714電連接於記憶體裝置720。電子構件700例如安裝於印刷電路板702。藉由組合多個該電子構件並使其分別在印刷電路板702上電連接，由此完成電路板704。
記憶體裝置720包括驅動電路層721及記憶體電路層722。
圖30B示出電子構件730的立體圖。電子構件730是SiP(System in package:系統封裝)或MCM(Multi Chip Module:多晶片模組)的一個例子。在電子構件730中，封裝基板732(印刷電路板)上設置有中介層(interposer)731，中介層731上設置有半導體裝置735及多個記憶體裝置720。
電子構件730示出將記憶體裝置720用作寬頻記憶體(HBM:High Bandwidth Memory:高頻寬記憶體)的例子。另外，半導體裝置735可以使用CPU、GPU、FPGA等積體電路(半導體裝置)。
封裝基板732可以使用陶瓷基板、塑膠基板、玻璃環氧基板等。中介層731可以使用矽中介層、樹脂中介層等。
中介層731具有多個佈線並電連接端子間距不同的多個積體電路的功能。多個佈線由單層或多層構成。另外，中介層731具有將設置於中介層731上的積體電路與設置於封裝基板732上的電極電連接的功能。因此，有時也將中介層稱為“重佈線基板(rewiring substrate)”或“中間基板”。另外，有時藉由在中介層731中設置貫通電極，藉由該貫通電極使積體電路與封裝基板732電連接。另外，在使用矽中介層的情況下，也可以使用TSV (Through Silicon Via:矽通孔)作為貫通電極。
作為中介層731較佳為使用矽中介層。由於矽中介層不需要設置主動元件，所以可以以比積體電路更低的成本製造。矽中介層的佈線形成可以在半導體製程中進行，樹脂中介層更易於形成微細的佈線。
在HBM中，為了實現寬記憶體頻寬需要連接許多佈線。為此，要求安裝HBM的中介層上能夠高密度地形成微細的佈線。因此，作為安裝HBM的中介層較佳為使用矽中介層。
另外，在使用矽中介層的SiP或MCM等中，不容易發生因積體電路與中介層間的膨脹係數的不同而導致的可靠性下降。另外，由於矽中介層的表面平坦性高，所以設置在矽中介層上的積體電路與矽中介層間不容易產生連接不良。尤其較佳為將矽中介層用於2.5D封裝(2.5D安裝)，其中多個積體電路橫著排放並配置於中介層上。
另外，也可以與電子構件730重疊地設置散熱器(散熱板)。在設置散熱器的情況下，較佳為設置於中介層731上的積體電路的高度一致。例如，在本實施方式所示的電子構件730中，較佳為使記憶體裝置720與半導體裝置735的高度一致。
為了將電子構件730安裝在其他的基板上，可以在封裝基板732的底部設置電極733。圖30B示出用焊球形成電極733的例子。藉由在封裝基板732的底部以矩陣狀設置焊球，可以實現BGA(Ball Grid Array:球柵陣列)安裝。另外，電極733也可以使用導電針形成。藉由在封裝基板732的底部以矩陣狀設置導電針，可以實現PGA(Pin Grid Array:針柵陣列)安裝。
電子構件730可以藉由各種安裝方式安裝在其他基板上，而不侷限於BGA及PGA。例如，可以採用SPGA(Staggered Pin Grid Array:交錯針柵陣列)、LGA(Land Grid Array:地柵陣列)、QFP(Quad Flat Package:四面扁平封裝)、QFJ(Quad Flat J-leaded package:四側J形引腳扁平封裝)或QFN(Quad Flat Non-leaded package:四側無引腳扁平封裝)等安裝方法。
本實施方式可以與其他實施方式、實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式7 在本實施方式中，說明使用上述實施方式所示的半導體裝置的記憶體裝置的應用例子。上述實施方式所示的半導體裝置例如可以應用於各種電子裝置(例如，資訊終端、電腦、智慧手機、電子書閱讀器終端、數位相機(也包括攝影機)、錄影再現裝置、導航系統等)的記憶體裝置。注意，在此，電腦包括平板電腦、筆記型電腦、桌上型電腦以及大型電腦諸如伺服器系統。或者，上述實施方式所示的半導體裝置應用於記憶體卡(例如，SD卡)、USB記憶體、SSD(固態硬碟)等各種卸除式存放裝置。圖31A至圖31E示意性地示出卸除式存放裝置的幾個結構例子。例如，上述實施方式所示的半導體裝置加工為被封裝的記憶體晶片並用於各種記憶體裝置或卸除式記憶體。
圖31A是USB記憶體的示意圖。USB記憶體1100包括外殼1101、蓋子1102、USB連接器1103及基板1104。基板1104被容納在外殼1101中。例如，基板1104上安裝有記憶體晶片1105及控制器晶片1106。可以將上述實施方式所示的半導體裝置組裝於記憶體晶片1105等。
圖31B是SD卡的外觀示意圖，圖31C是SD卡的內部結構的示意圖。SD卡1110包括外殼1111、連接器1112及基板1113。基板1113被容納在外殼1111中。例如，基板1113上安裝有記憶體晶片1114及控制器晶片1115。藉由在基板1113的背面一側也設置記憶體晶片1114，可以增大SD卡1110的容量。此外，也可以將具有無線通訊功能的無線晶片設置於基板1113。由此，藉由主機裝置與SD卡1110之間的無線通訊，可以進行記憶體晶片1114的資料的讀出及寫入。可以將上述實施方式所示的半導體裝置組裝於記憶體晶片1114等。
圖31D是SSD的外觀示意圖，圖31E是SSD的內部結構的示意圖。SSD1150包括外殼1151、連接器1152及基板1153。基板1153被容納在外殼1151中。例如，基板1153上安裝有記憶體晶片1154、記憶體晶片1155及控制器晶片1156。記憶體晶片1155為控制器晶片1156的工作記憶體，例如，可以使用DOSRAM晶片。藉由在基板1153的背面一側也設置記憶體晶片1154，可以增大SSD1150的容量。可以將上述實施方式所示的半導體裝置組裝於記憶體晶片1154等。
本實施方式可以與其他的實施方式、實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式8 根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可以應用於如CPU、GPU等處理器或晶片。圖32A至圖32H示出具有根據本發明的一個實施方式的如CPU、GPU等處理器或晶片的電子裝置的具體例子。
＜電子裝置及系統＞ 根據本發明的一個實施方式的GPU或晶片可以安裝在各種各樣的電子裝置。作為電子裝置的例子，例如除了電視機、用於桌上型或筆記本式資訊終端等的顯示器、數位看板(Digital Signage)、彈珠機等大型遊戲機等具有較大的螢幕的電子裝置以外，還可以舉出數位相機、數位攝影機、數位相框、電子書閱讀器、行動電話機、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、音頻再生裝置等。此外，藉由將根據本發明的一個實施方式的GPU或晶片設置在電子裝置中，可以使電子裝置具備人工智慧。
本發明的一個實施方式的電子裝置也可以包括天線。藉由由天線接收信號，可以在顯示部上顯示影像或資訊等。此外，在電子裝置包括天線及二次電池時，可以將天線用於非接觸電力傳送。
本發明的一個實施方式的電子裝置也可以包括感測器(該感測器具有測量如下因素的功能:力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉速、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)。
本發明的一個實施方式的電子裝置可以具有各種功能。例如，可以具有如下功能:將各種資訊(靜態影像、動態圖片、文字影像等)顯示在顯示部上的功能；觸控面板的功能；顯示日曆、日期或時間等的功能；執行各種軟體(程式)的功能；進行無線通訊的功能；讀出儲存在存儲介質中的程式或資料的功能；等。圖32A至圖32H示出電子裝置的例子。
[資訊終端] 圖32A示出資訊終端之一的行動電話機(智慧手機)。資訊終端5100包括外殼5101及顯示部5102，作為輸入介面在顯示部5102中具備觸控面板，並且在外殼5101上設置有按鈕。
藉由將本發明的一個實施方式的晶片應用於資訊終端5100，可以執行利用人工智慧的應用程式。作為利用人工智慧的應用程式，例如，可以舉出識別會話來將該會話的內容顯示在顯示部5102上的應用程式、識別由使用者輸入到顯示部5102所具備的觸控面板的文字或圖形等來將該文字或該圖形顯示在顯示部5102上的應用程式、執行指紋或聲紋等的生物識別的應用程式等。
圖32B示出筆記本式資訊終端5200。筆記本式資訊終端5200包括資訊終端主體5201、顯示部5202及鍵盤5203。
與上述資訊終端5100同樣，藉由將本發明的一個實施方式的晶片應用於筆記本式資訊終端5200，可以執行利用人工智慧的應用程式。作為利用人工智慧的應用程式，例如，可以舉出設計支援軟體、文章校對軟體、功能表自動生成軟體等。此外，藉由使用筆記本式資訊終端5200，可以研發新穎的人工智慧。
注意，在上述例子中，圖32A及圖32B分別示出智慧手機及筆記本式資訊終端作為電子裝置的例子，但是也可以應用智慧手機及筆記本式資訊終端以外的資訊終端。作為智慧手機及筆記本式資訊終端以外的資訊終端，例如可以舉出PDA(Personal Digital Assistant:個人數位助理)、桌上型資訊終端、工作站等。
[遊戲機] 圖32C示出作為遊戲機的一個例子的可攜式遊戲機5300。可攜式遊戲機5300包括外殼5301、外殼5302、外殼5303、顯示部5304、連接部5305及操作鍵5306等。可以將外殼5302及外殼5303從外殼5301拆卸。藉由將設在外殼5301中的連接部5305安裝到其他外殼(未圖示)，可以將輸出到顯示部5304的影像輸出到其他視頻顯示裝置(未圖示)。此時，外殼5302及外殼5303分別可以被用作操作部。由此，多個遊戲玩者可以同時玩遊戲。可以將上述實施方式所示的晶片嵌入到設置在外殼5301、外殼5302及外殼5303的基板的晶片等。
另外，圖32D示出遊戲機之一的固定式遊戲機5400。固定式遊戲機5400以無線或有線連接有控制器5402。
藉由將本發明的一個實施方式的GPU或晶片應用於可攜式遊戲機5300及固定式遊戲機5400等遊戲機，可以實現低功耗的遊戲機。此外，借助於低功耗，可以降低來自電路的發熱，由此可以減少因發熱而給電路本身、週邊電路以及模組帶來的負面影響。
再者，藉由將本發明的一個實施方式的GPU或晶片應用於可攜式遊戲機5300，可以實現具備人工智慧的可攜式遊戲機5300。
遊戲的進展、遊戲中出現的生物的言行、遊戲上發生的現象等的表現本來是由該遊戲所具有的程式規定的，但是藉由將人工智慧應用於可攜式遊戲機5300，可以實現不侷限於遊戲的程式的表現。例如，可以實現遊戲玩者提問的內容、遊戲的進展情況、時間、遊戲上出現的人物的言行變化等的表現。
此外，當使用可攜式遊戲機5300玩需要多個遊戲玩者的遊戲時，可以利用人工智慧構成擬人的遊戲玩者，由此可以將人工智慧的遊戲玩者當作對手，一個人也可以玩多個人玩的遊戲。
雖然圖32C及圖32D示出可攜式遊戲機及固定式遊戲機作為遊戲機的一個例子，但是應用本發明的一個實施方式的GPU或晶片的遊戲機不侷限於此。作為應用本發明的一個實施方式的GPU或晶片的遊戲機，例如可以舉出設置在娛樂設施(遊戲中心，遊樂園等)的街機遊戲機、設置在體育設施的擊球練習用投球機等。
[大型電腦] 將本發明的一個實施方式的GPU或晶片可以應用於大型電腦。
圖32E示出作為大型電腦的一個例子的超級電腦5500。圖32F示出超級電腦5500所包括的機架(rack mount)式電腦5502。
超級電腦5500包括機架5501及多個機架式電腦5502。注意，多個電腦5502容納在機架5501中。另外，電腦5502設有多個基板5504，在該基板上可以安裝上述實施方式所說明的GPU或晶片。
超級電腦5500主要是適合於科學計算的大型電腦。科學計算需要以高速進行龐大的運算，因此功耗大且晶片的發熱高。藉由將本發明的一個實施方式的GPU或晶片應用於超級電腦5500，可以實現低功耗的超級電腦。此外，借助於低功耗，可以降低來自電路的發熱，由此可以減少因發熱而給電路本身、週邊電路及模組帶來的負面影響。
在圖32E及圖32F中，作為大型電腦的一個例子示出超級電腦，然而應用本發明的一個實施方式的GPU或晶片的大型電腦不侷限於此。作為應用本發明的一個實施方式的GPU或晶片的大型電腦，例如可以舉出提供服務的電腦(伺服器)、大型通用電腦(主機)等。
[移動體] 本發明的一個實施方式的GPU或晶片可以應用於作為移動體的汽車及汽車的駕駛席周邊。
圖32G是示出移動體的一個例子的汽車室內的前擋風玻璃周邊的圖。圖32G示出安裝在儀表板的顯示面板5701、顯示面板5702、顯示面板5703以及安裝在支柱的顯示面板5704。
藉由顯示速度表、轉速計、行駛距離、燃料表、排檔狀態、空調的設定，顯示面板5701至顯示面板5703可以提供其他各種資訊。此外，使用者可以根據喜好適當地改變顯示面板所顯示的顯示內容及佈局等，可以提高設計性。顯示面板5701至顯示面板5703還可以用作照明設備。
藉由將由設置在汽車的攝像裝置(未圖示)拍攝的影像顯示在顯示面板5704上，可以補充被支柱遮擋的視野(死角)。也就是說，藉由顯示由設置在汽車外側的攝像裝置拍攝的影像，可以補充死角，從而可以提高安全性。此外，藉由顯示補充看不到的部分的影像，可以更自然、更舒適地確認安全。顯示面板5704還可以用作照明設備。
因為可以將本發明的一個實施方式的GPU或晶片用作人工智慧的組件，例如可以將該晶片用於汽車的自動駕駛系統。該晶片也可以用於進行導航、危險預測等的系統。此外，可以在顯示面板5701至顯示面板5704上顯示導航、危險預測等資訊。
雖然在上述例子中作為移動體的一個例子說明了汽車，但是移動體不侷限於汽車。例如，作為移動體，也可以舉出電車、單軌鐵路、船舶、飛行物(直升機、無人駕駛飛機(無人機)、飛機、火箭)等，可以對這些移動體應用本發明的一個實施方式的晶片，以提供利用人工智慧的系統。
[電器產品] 圖32H示出電器產品的一個例子的電冷藏冷凍箱5800。電冷藏冷凍箱5800包括外殼5801、冷藏室門5802及冷凍室門5803等。
藉由將本發明的一個實施方式的晶片應用於電冷藏冷凍箱5800，可以實現具備人工智慧的電冷藏冷凍箱5800。藉由利用人工智慧，可以使電冷藏冷凍箱5800具有基於儲存在電冷藏冷凍箱5800中的食品或該食品的消費期限等自動生成功能表的功能、根據所儲存的食品自動調整電冷藏冷凍箱5800的溫度的功能。
作為電器產品的一個例子說明了電冷藏冷凍箱，但是作為其他電器產品，例如可以舉出吸塵器、微波爐、電烤箱、電鍋、熱水器、IH炊具、飲水機、包括空氣調節器的冷暖空調機、洗衣機、乾衣機、視聽設備等。
在本實施方式中說明的電子裝置、該電子裝置的功能、人工智慧的應用例子以及其效果等可以與其他的電子裝置的記載適當地組合而實施。
本實施方式可以與其他的實施方式、實施例等所記載的結構適當地組合而實施。 實施例
在本實施例中，對金屬氧化物膜的聚集方式進行分析。明確而言，對包括金屬氧化物膜的樣本進行選區電子繞射(SAED:Selected Area Electron Diffraction)。另外，利用暗場觀察法及明場觀察法觀察該樣本。
首先，說明在本實施例中使用的樣本。
首先，製造樣本。如圖33A所示，該樣本包括基板800、基板800上的氧化膜801、氧化膜801上的金屬氧化物膜802。基板800是包含矽的基板。氧化膜801是藉由在氯化氫(HCl)氛圍下對基板800的表面進行熱處理而形成的厚度為100nm的氧化矽膜。金屬氧化物膜802是藉由濺射法形成的厚度為3μm的IGZO膜。金屬氧化物膜802藉由如下條件形成:使用In:Ga:Zn=4:2:4.1[原子個數比]的氧化物靶材；作為沉積氣體使用氬氣體30sccm及氧氣體15sccm；成膜壓力為0.4Pa；成膜功率為500W；基板溫度為200℃；將靶材與基板間的距離為60nm。
接著，使用聚焦離子束(FIB:Focused Ion Beam)加工上述樣本，來製造剖面觀察用樣本及平面觀察用樣本。
以上是在本實施例中使用的樣本的說明。
為了確認金屬氧化物膜802的結晶結構，對剖面觀察用樣本進行SAED。SAED使用日立高新技術公司製造的穿透式電子顯微鏡H-9500。另外，SAED的測量區域(有時稱為選區區域)的直徑大約為3μm。
由於金屬氧化物膜802的厚度厚，所以在藉由進行SAED而取得的選區繞射圖案中可以提高電子束的斑點的強度。
圖33B及圖33C示出藉由進行SAED取得的剖面觀察用樣本的選區繞射圖案。圖33B及圖33C所示的選區繞射圖案的選區區域分別是在圖33A中以虛線的圓圈表示的區域810、區域811。換言之，圖33B是選區區域位於金屬氧化物膜802時的選區繞射圖案。另外，圖33C是選區區域橫跨金屬氧化物膜802、氧化膜801及基板800時的選區繞射圖案。
在圖33B及圖33C所示的選區繞射圖案中，在中心觀察的斑點是透過波(000)的斑點。另外，在圖33B中以虛線圍繞的區域表示且在中心的上方觀察的弓狀的斑點是繞射波(009)的斑點。從圖33B可知:金屬氧化物膜802是CAAC-IGZO膜。
接著，藉由利用抽取透過波而成像的方法的明場觀察法觀察剖面觀察用樣本的明場的電子顯微鏡影像(也稱為明視野影像)。注意，用來成像的透過波藉由以使該透過波透過且遮蔽繞射波的方式配置物鏡光闌來抽出。明視野影像的觀察使用日立高新技術公司製造的穿透式電子顯微鏡H-9500。
圖34示出剖面觀察用樣本的明視野影像。圖34是金屬氧化物膜802及氧化膜801的明視野影像。
如圖34所示，在剖面觀察用樣本的明視野影像中，在金屬氧化物膜802中觀察到特殊的明暗對比。可認為該明暗對比包括起因於不同結晶定向的資訊。因此，可知:在金屬氧化物膜802中存在有幾十nm的尺寸的配向序列不同的區域。
接著，為了確認金屬氧化物膜802的部分配向狀態，使用抽出特定的繞射波成像的方法的暗場觀察法觀察剖面觀察用樣本的暗場電子顯微鏡影像(也稱為場影像)。注意，用來成像的繞射波藉由以使該繞射波透過且遮蔽透過波的方式配置物鏡光闌來抽出。另外，繞射波在選區繞射圖案中作為斑點被觀察，所以有時將暗場影像稱為在使用物鏡光闌抽出在選區繞射圖案中觀察的繞射波的斑點時的暗場影像。在暗場影像的觀察中使用日立高新技術公司製造的穿透式電子顯微鏡H-9500。
圖35A示出剖面觀察用樣本的選區電子繞射圖案。圖35A是金屬氧化物膜802表面附近的剖面觀察用樣本的選區繞射圖案。
另外，圖35B至圖35D示出剖面觀察用樣本的暗場影像。圖35B至圖35D是利用在圖35A所示的選區繞射圖案中觀察的繞射波(009)的斑點的金屬氧化物膜802表面附近的暗場影像。圖35B是使用物鏡光闌抽出在圖35A中以虛線所示的區域820(繞射波(009)的斑點的左側)而得的暗場影像。另外，圖35C是使用物鏡光闌抽出在圖35A中以虛線所示的區域821(繞射波(009)的斑點的中央及其周邊)時的暗場影像。另外，圖35D是使用物鏡光闌抽出在圖35A中以虛線所示的區域822(繞射波(009)的斑點的右側)時的暗場影像。注意，圖35B至圖35D所示的暗場影像都在金屬氧化物膜802的最上部的表面附近成像並且都是同一視場。
根據圖35C，在抽出區域821時的暗場影像中，不能明顯地觀察到具有特殊配向狀態的區域。另一方面，根據圖35B及圖35D，在抽出區域820或區域822時的暗場影像中，觀察到從基板面的法線方向稍微傾斜的帯狀的明暗對比。注意，在上述剖面觀察中，包括藉由FIB加工製造的樣本的厚度作為縱深方向的資訊，所以有可能CAAC結構的配向有序列向基板面的法線方向傾斜而形成結晶層。
接著，為了儘量減少縱深方向上的資訊，製造只在縱深方向上加工為薄(薄片化)的剖面觀察用樣本，對該剖面觀察用樣本進行選區繞射圖案及暗場影像的觀察。
圖36A示出薄片化了的剖面觀察用樣本的選區電子繞射圖案。圖36A是氧化膜801附近的薄片化了的剖面觀察用樣本的選區繞射圖案。
另外，圖36B至圖36D示出剖面觀察用樣本的暗場影像。圖36B至圖36D是利用在圖36A所示的選區繞射圖案中觀察的繞射波(009)的斑點的氧化膜801附近的暗場影像。圖36B是使用物鏡光闌抽出在圖36A中以虛線所示的區域830(繞射波(009)的斑點的左側)時的暗場影像。另外，圖36C是使用物鏡光闌抽出在圖36A中以虛線所示的區域831(繞射波(009)的斑點的中央及其周邊)時的暗場影像。另外，圖36D是使用物鏡光闌抽出在圖36A中以虛線所示的區域832(繞射波(009)的斑點的右側)時的暗場影像。注意，圖36B至圖36D所示的暗場影像都在氧化膜801的附近成像並且都是同一視場。
從圖36B至圖36D觀察到寬度為10nm左右且示出向基板面的法線方向延伸的配向區域的帯狀的明暗對比。再者，也可以確認到:在金屬氧化物膜802中，與氧化膜801的介面之間的距離小於1nm的地點開始結晶層的成長，向基板面的法線方向傾斜2度至3度左右而配向。
為了評價薄片化了的剖面觀察用樣本中的觀察為帯狀的明暗對比的具有長距離秩序的結晶層的分佈，觀察使用物鏡光闌抽出平面觀察用樣本的以繞射波(100)的斑點的暗場影像的觀察。在觀察平面觀察用樣本的選區電子繞射圖案及暗場影像時，使用日本電子株式會社製造的原子解析度分析電子顯微鏡JEM-ARM200F。
圖37A示出平面觀察用樣本的選區電子繞射圖案。圖37A是金屬氧化物膜802的平面觀察用樣本的選區繞射圖案。
另外，圖37B至圖37D示出平面觀察用樣本的暗場影像。圖37B至圖37D是利用在圖37A所示的選區繞射圖案中觀察的繞射波(100)的斑點的金屬氧化物膜802的暗場影像。另外，圖37B是使用物鏡光闌抽出在圖37A中以虛線所示的區域840(一個繞射波(100)的斑點的左側)時的暗場影像。另外，圖37C是使用物鏡光闌抽出在圖37A中以虛線所示的區域841(一個繞射波(100)的斑點的中央及其周邊)時的暗場影像。另外，圖37D是使用物鏡光闌抽出在圖37A中以虛線所示的區域842(一個繞射波(100)的斑點的右側)時的暗場影像。注意，圖37B至圖37D所示的暗場影像都是同一視場。
在圖37B至圖37D中，在金屬氧化物膜802中以繞射波(100)的斑點表示的配向序列被觀察為以100nm左右的尺寸分佈且傾斜幾度配向的區域和其垂直配向區域連接的暗場影像的明暗對比。
如此，可知:在CAAC-IGZO膜中，結晶的配向性在從大於原子級的奈米到塊體的中間區域(所謂介觀的區域)也連續地連接。
以上，本實施例所示的結構、方法等的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
100:電容器 110:導電體 112:導電體 115:導電體 120:導電體 125:導電體 130:絕緣體 140:導電體 142:絕緣體 145:絕緣體 150:絕緣體 152:絕緣體 153:導電體 154:絕緣體 156:絕緣體 200:電晶體 200_n:電晶體 200_1:電晶體 200a:電晶體 200b:電晶體 200T:電晶體 205:導電體 205a:導電體 205b:導電體 210:絕緣體 211:絕緣體 212:絕緣體 214:絕緣體 216:絕緣體 217:絕緣體 218:導電體 222:絕緣體 224:絕緣體 230:氧化物 230a:氧化物 230A:氧化膜 230b:氧化物 230B:氧化膜 230c:氧化物 230c1:氧化物 230c2:氧化物 230C:氧化膜 240:導電體 240a:導電體 240b:導電體 241:絕緣體 241a:絕緣體 241b:絕緣體 242:導電體 242a:導電體 242A:導電膜 242b:導電體 242B:導電層 242c:導電體 243:氧化物 243a:氧化物 243A:氧化膜 243b:氧化物 243B:氧化物層 246:導電體 246a:導電體 246b:導電體 250:絕緣體 250A:絕緣膜 260:導電體 260a:導電體 260A:導電膜 260b:導電體 260B:導電膜 265:密封部 265a:密封部 265b:密封部 272:絕緣體 273:絕緣體 274:絕緣體 280:絕緣體 282:絕緣體 283:絕緣體 284:絕緣體 286:絕緣體 287:絕緣體 290:記憶體裝置 292:電容器件 292a:電容器件 292b:電容器件 294:導電體 294a:導電體 294b:導電體 300:電晶體 311:基板 313:半導體區域 314a:低電阻區域 314b:低電阻區域 315:絕緣體 316:導電體 320:絕緣體 322:絕緣體 324:絕緣體 326:絕緣體 328:導電體 330:導電體 350:絕緣體 352:絕緣體 354:絕緣體 356:導電體 400:電晶體 405:導電體 411:組件層 413:電晶體層 415:記憶體件層 415_1:記憶體件層 415_3:記憶體件層 415_4:記憶體件層 420:記憶體件 424:導電體 430c:氧化物 431a:氧化物 431b:氧化物 432a:氧化物 432b:氧化物 440:導電體 442a:導電體 442b:導電體 443a:氧化物 443b:氧化物 450:絕緣體 460:導電體 460a:導電體 460b:導電體 470:記憶單元 600:半導體裝置 601:半導體裝置 610:單元陣列 610_1:單元陣列 610_n:單元陣列 700:電子構件 702:印刷電路板 704:電路板 711:模塑 712:連接盤 713:電極焊盤 714:金屬絲 720:記憶體裝置 721:驅動電路層 722:記憶體電路層 730:電子構件 731:中介層 732:封裝基板 733:電極 735:半導體裝置 800:基板 801:氧化膜 802:金屬氧化物膜 810:區域 811:區域 820:區域 821:區域 822:區域 830:區域 831:區域 832:區域 840:區域 841:區域 842:區域 901:邊界區域 902:邊界區域 1001:佈線 1002:佈線 1003:佈線 1004:佈線 1005:佈線 1006:佈線 1007:佈線 1008:佈線 1009:佈線 1010:佈線 1100:USB記憶體 1101:外殼 1102:蓋子 1103:USB連接器 1104:基板 1105:記憶體晶片 1106:控制器晶片 1110:SD卡 1111:外殼 1112:連接器 1113:基板 1114:記憶體晶片 1115:控制器晶片 1150:SSD 1151:外殼 1152:連接器 1153:基板 1154:記憶體晶片 1155:記憶體晶片 1156:控制器晶片 1200:晶片 1201:PCB 1202:凸塊 1203:主機板 1204:GPU模組 1211:CPU 1212:GPU 1213:類比運算部 1214:記憶體控制器 1215:介面 1216:網路電路 1221:DRAM 1222:快閃記憶體 1400:記憶體裝置 1411:週邊電路 1420:行電路 1430:列電路 1440:輸出電路 1460:控制邏輯電路 1470:記憶單元陣列 1471:記憶單元 1472:記憶單元 1473:記憶單元 1474:記憶單元 1475:記憶單元 1476:記憶單元 1477:記憶單元 1478:記憶單元 5100:資訊終端 5101:外殼 5102:顯示部 5200:筆記本式資訊終端 5201:本體 5202:顯示部 5203:鍵盤 5300:可攜式遊戲機 5301:外殼 5302:外殼 5303:外殼 5304:顯示部 5305:連接部 5306:操作鍵 5400:固定式遊戲機 5402:控制器 5500:超級電腦 5501:機架 5502:電腦 5504:基板 5701:顯示面板 5702:顯示面板 5703:顯示面板 5704:顯示面板 5800:電冷藏冷凍箱 5801:外殼 5802:冷藏室門 5803:冷凍室門
在圖式中: [圖1A]至[圖1C]是根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖； [圖2A]是示出有效通道長度與電晶體的Vsh的關係的圖，[圖2B]是示出有效通道長度與電晶體的gm的最大值的關係的圖，[圖2C]是示出有效通道長度與電晶體的S值的關係的圖； [圖3]是示出有效通道長度與電晶體的DIBL的關係的圖； [圖4]是示出有效通道長度與電晶體的∂Vsh/∂Vbg的關係的圖； [圖5A]是示出槽部的深度與電晶體的Vsh的關係的圖，[圖5B]是示出槽部的深度與電晶體的gm的最大值的關係的圖，[圖5C]是示出槽部的深度與電晶體的S值的關係的圖； [圖6]是示出槽部的深度與電晶體的DIBL的關係的圖； [圖7A]是本發明的一個實施方式的半導體裝置的俯視圖，[圖7B]至[圖7D]是本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖8A]是說明IGZO的結晶結構的分類的圖，[圖8B]是說明石英玻璃的XRD光譜的圖；[圖8C]是說明Crystalline IGZO的XRD光譜的圖； [圖9A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖9B]至[圖9D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖10A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖10B]至圖10D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖11A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖11B]至[圖11D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖12A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖12B]至[圖12D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖13A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖13B]至[圖13D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖14A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖14B]至[圖14D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖15A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖15B]至[圖15D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖16A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的俯視圖，[圖16B]至[圖16D]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的製造方法的剖面圖； [圖17A]是示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的俯視圖，[圖17B]至[圖17D]是本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖18A]及[圖18B]是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖19]是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的結構的剖面圖； [圖20]是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的結構的剖面圖； [圖21]是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的結構的剖面圖； [圖22]是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖23A]及[圖23B]是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖24]是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖25]是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖； [圖26A]是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的結構例子的方塊圖，[圖26B]是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的結構例子的立體圖； [圖27A]至[圖27H]是示出根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的結構例子的電路圖； [圖28]是以層級示出各種記憶體裝置的圖； [圖29A]及[圖29B]是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的示意圖； [圖30A]及[圖30B]是說明電子構件的一個例子的圖； [圖31A]至[圖31E]是根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的示意圖； [圖32A]至[圖32H]是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖； [圖33A]是示出剖面觀察用樣本的結構的圖，[圖33B]、[圖33C]是示出剖面觀察用樣本的選區繞射圖案的圖； [圖34]是示出剖面觀察用樣本的明視野影像的圖； [圖35A]是示出剖面觀察用樣本的選區繞射圖案的圖，[圖35B]至[圖35D]是示出利用繞射波(009)斑點的金屬氧化物膜表面附近的暗視場影像的圖； [圖36A]是示出剖面觀察用樣本的選區繞射圖案的圖，[圖36B]至[圖36D]是示出利用繞射波(009)斑點的氧化矽膜附近的暗視場影像的圖； [圖37A]是示出平面觀察用樣本的選區繞射圖案的圖，[圖37B]至[圖37D]是示出利用繞射波(100)斑點的金屬氧化物膜的暗視場影像的圖。
205:導電體
224:絕緣體
230a:氧化物
230b:氧化物
242a:導電體
242b:導電體
250:絕緣體
260:導電體

Claims (6)

  1. 一種包括電晶體的半導體裝置， 其中，該電晶體包括： 第一導電體； 該第一導電體上的第一絕緣體； 該第一絕緣體上的設置有槽部的氧化物； 配置在該氧化物中的不與該槽部重疊的區域的第二導電體及第三導電體， 位於該第二導電體與該第三導電體間且配置在該氧化物的該槽部的第二絕緣體；以及 該第二絕緣體上的第四導電體， 該第四導電體的底面低於該第二導電體的底面及該第三導電體的底面， 並且，在看該電晶體的通道長度的剖面時，該槽部的底面的端部具有曲率。
  2. 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該槽部的深度為5nm以上且30nm以下。
  3. 一種包括電晶體的半導體裝置， 其中該電晶體包括： 第一導電體； 該第一導電體上的第一絕緣體； 該第一絕緣體上的第一氧化物； 該第一氧化物上的第二氧化物； 該第二氧化物上的第二導電體、第三導電體以及配置在該第二導電體與該第三導電體間的第三氧化物； 該第三氧化物上的第二絕緣體； 該第二絕緣體上的第四導電體；以及 該第二導電體及該第三導電體上的第三絕緣體， 該第四導電體的頂面與該第二絕緣體的頂面及該第三氧化物的頂面大致對齊， 該第二氧化物具有第一槽部， 該第三絕緣體具有第二槽部， 該第一槽部的側壁與該第二槽部的側壁大致對齊， 該第四導電體的底面低於該第二導電體的底面及該第三導電體的底面， 並且，在看該電晶體的通道長度的剖面時，該第一槽部的底面的端部具有曲率。
  4. 根據申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中該第一槽部的深度為5nm以上且30nm以下。
  5. 根據申請專利範圍第3或4項之半導體裝置， 其中該第二氧化物包含銦， 並且該第三氧化物包含銦、元素M(M是鎵、鋁、釔或錫)及鋅。
  6. 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置， 其中該第二氧化物中的該銦的相對於主要成分的金屬元素的原子個數比大於該第三氧化物中的相對於主要成分的金屬元素的該銦的原子個數比。
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