TW202236685A - 電容器、半導體裝置、模組以及電子裝置的製造方法 - Google Patents

電容器、半導體裝置、模組以及電子裝置的製造方法 Download PDF

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岡崎豊
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Abstract

提供一種微型電晶體。提供一種寄生電容小的電晶體。提供一種頻率特性高的電晶體。提供一種通態電流大的電晶體。提供一種包括上述電晶體的半導體裝置。提供一種集成度高的半導體裝置。提供一種新穎的電容器。一種電容器，包括第一導電體、第二導電體以及絕緣體，第一導電體與第二導電體包括隔著絕緣體彼此重疊的區域，第一導電體包含鎢及矽，並且絕緣體包括使第一導電體氧化而形成的氧化矽膜。

Description

電容器、半導體裝置、模組以及電子裝置的製造方法
本發明例如係關於一種電晶體、半導體裝置以及其製造方法。或者，本發明例如係關於一種顯示裝置、發光裝置、照明設備、蓄電裝置、記憶體裝置、處理器、電子裝置。或者，本發明係關於一種顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、記憶體裝置以及電子裝置的製造方法。或者，本發明係關於一種半導體裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、記憶體裝置以及電子裝置的驅動方法。
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的技術領域係關於物體、方法或製造方法。或者，本發明的一個實施方式係關於製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。
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。顯示裝置、發 光裝置、照明設備、電光裝置、半導體電路以及電子裝置有時包括半導體裝置。
近年來，使用氧化物半導體的電晶體受到關注。氧化物半導體可以利用濺射法等形成，所以可以用於構成大型顯示裝置的電晶體的半導體。此外，因為使用氧化物半導體的電晶體可以改良使用非晶矽的電晶體的生產設備的一部分而使用，所以使用氧化物半導體的電晶體還具有可以減少設備投資的優點。
此外，已知使用氧化物半導體的電晶體的洩漏電流在非導通狀態下極小。例如，已公開了應用使用氧化物半導體的電晶體的洩漏電流小的特性的低功耗CPU等(參照專利文獻1)。
此外，已公開了在使用氧化物半導體的電晶體中以填充開口部的方式形成閘極電極的方法等(參照專利文獻2及專利文獻3)。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2012-257187號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2014-241407號公報
[專利文獻3]日本專利申請公開第2014-240833號公報
本發明的目的之一是：提供一種微型電晶 體；提供一種寄生電容小的電晶體；提供一種頻率特性高的電晶體；提供一種電特性良好的電晶體；提供一種電特性穩定的電晶體；提供一種通態電流(on-state current)大的電晶體；提供一種關態電流(off-state current)小的電晶體；提供一種新穎的電晶體；提供一種包括上述電晶體的半導體裝置；提供一種工作速度快的半導體裝置；提供一種集成度高的半導體裝置；提供一種新穎的半導體裝置；提供一種包括上述半導體裝置的模組；提供一種包括上述半導體裝置或上述模組的電子裝置。
注意，上述目的的描述並不妨礙其他目的的存在。本發明的一個實施方式並不需要達到所有上述目的。上述目的以外的目的是可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的描述中自然得知並衍生出的。
(1)
本發明的一個實施方式是一種電容器，包括第一導電體、第二導電體以及絕緣體，第一導電體和第二導電體包括隔著絕緣體彼此重疊的區域，第一導電體包含鎢及矽，並且絕緣體包括使第一導電體氧化而形成的氧化矽膜。
(2)
本發明的一個實施方式是一種電容器，包括包含鎢及矽的第一導電體、第二導電體以及與第一導電體接觸的絕緣體，第一導電體和第二導電體包括隔著絕緣體彼此重疊的區域，第二導電體和絕緣體包括彼此接觸的區域，並且絕緣體為氧化矽膜，該氧化矽膜的厚度為15nm以下。
(3)
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括電容器及電晶體，電晶體包括汲極電極，電容器包括第一電極及第二電極，電容器的第一電極與汲極電極電連接，並且電容器為(1)或(2)所述的電容器。
(4)
本發明的一個實施方式是一種模組，包括(1)或(2)所述的電容器、(3)所述的半導體裝置以及印刷電路板。
(5)
本發明的一個實施方式是一種電子裝置，包括(1)或(2)所述的電容器、(3)所述的半導體裝置或(4)所述的模組以及揚聲器或操作鍵。
(6)
本發明的一個實施方式是一種電容器的製造方法，包括如下步驟：形成第一導電體；藉由對第一導電體進行包含氧的電漿處理，在第一導電體的表面形成氧化矽膜；以及在氧化矽膜上形成第二導電體，第一導電體包含鎢及矽。
(7)
本發明的一個實施方式是(6)所述的電容器的製造方法，電漿處理包括使用高密度電漿的處理。
(8)
本發明的一個實施方式是半導體裝置的製造方法，該半導體裝置包括電容器及電晶體，電晶體包括汲極電極， 電容器包括第一電極及第二電極，電容器的第一電極與汲極電極電連接，並且電容器使用(6)或(7)的任一所述的電容器的製造方法而製成。
(9)
本發明的一個實施方式是一種模組的製造方法，該模組包括使用(6)或(7)的任一所述的電容器的製造方法而製成的電容器、使用(8)所述的半導體裝置的製造方法而製成的半導體裝置以及印刷電路板。
(10)
本發明的一個實施方式是一種電子裝置的製造方法，該電子裝置包括使用(6)或(7)的任一所述的電容器的製造方法而製成的電容器、使用(8)所述的半導體裝置的製造方法而製成的半導體裝置、使用(9)所述的模組的製造方法而製成的模組以及揚聲器或操作鍵。
(11)
本發明的一個實施方式是一種電晶體的製造方法，包括如下步驟：在第一絕緣體上形成第二絕緣體；在第二絕緣體上形成半導體；在半導體上形成第一導電體；利用第一微影技術(lithography)蝕刻第一導電體的一部分，且利用第二微影技術蝕刻第一導電體、半導體以及第二絕緣體的一部分，以將第一導電體分成第二導電體及第三導電體；形成包括第二導電體、第三導電體、半導體以及第二絕緣體的多層膜；藉由對第二導電體及第三導電體進行包含氧的電漿處理，在第二導電體的側面及頂面、第三導電 體的側面及頂面形成氧化矽膜；以覆蓋氧化矽膜的頂面、第一絕緣體的頂面、第二絕緣體的側面及半導體的側面的方式形成第三絕緣體；在第三絕緣體上形成第四絕緣體；在第四絕緣體上形成第四導電體；以及利用第三微影技術蝕刻第四導電體的一部分，其中第一導電體包含鎢及矽。
(12)
本發明的一個實施方式是(11)所述的電晶體的製造方法，電漿處理包括使用高密度電漿的處理。
(13)
本發明的一個實施方式是半導體裝置的製造方法，該半導體裝置包括使用(11)或(12)的任一所述的電晶體的製造方法而製成的電晶體。
(14)
本發明的一個實施方式是一種模組的製造方法，該模組包括使用(11)或(12)的任一所述的電晶體的製造方法而製成的電晶體、使用(13)所述的半導體裝置的製造方法而製成的半導體裝置以及印刷電路板。
(15)
本發明的一個實施方式是一種電子裝置的製造方法，該電子裝置包括使用(11)或(12)的任一所述的電晶體的製造方法而製成的電晶體、使用(13)所述的半導體裝置的製造方法而製成的半導體裝置、使用(14)所述的模組的製造方法而製成的模組以及揚聲器或操作鍵。
注意，在根據本發明的一個實施方式的半導 體裝置中，也可以將氧化物半導體置換為其他半導體。
本發明的效果是：可以提供一種微型電晶體；可以提供一種寄生電容小的電晶體；可以提供一種頻率特性高的電晶體；可以提供一種電特性良好的電晶體；可以提供一種電特性穩定的電晶體；可以提供一種通態電流大的電晶體；可以提供一種關態電流小的電晶體；可以提供一種新穎的電晶體；可以提供一種包括上述電晶體的半導體裝置；可以提供一種工作速度快的半導體裝置；可以提供一種集成度高的半導體裝置；可以提供一種新穎的半導體裝置；可以提供一種包括上述半導體裝置的模組；可以提供一種包括上述半導體裝置或上述模組的電子裝置。
注意，上述效果的描述並不妨礙其他效果的存在。本發明的一個實施方式並不需要具有所有上述效果。上述效果以外的效果是可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的描述中自然得知並衍生出的。
105:導電體
110:絕緣體
115:導電體
120:絕緣體
125:絕緣體
160:導電體
165:導電體
170:導電體
200:攝像裝置
201:開關
202:開關
203:開關
210:像素部
211:像素
212:子像素
212B:子像素
212G:子像素
212R:子像素
220:光電轉換元件
230:像素電路
231:佈線
247:佈線
248:佈線
249:佈線
250:佈線
253:佈線
254:濾光片
254B:濾光片
254G:濾光片
254R:濾光片
255:透鏡
256:光
257:佈線
260:週邊電路
270:週邊電路
280:週邊電路
290:週邊電路
291:光源
300:矽基板
301:絕緣體
302:絕緣體
303:絕緣體
305:層
306a:絕緣體
306b:絕緣體
310a:導電體
310b:導電體
310c:導電體
320:層
330:電晶體
331:層
340:層
351:電晶體
352:電晶體
353:電晶體
354:電晶體
360:光電二極體
361:陽極
362:陰極
363:低電阻區域
365:光電二極體
366:半導體層
367:半導體層
368:半導體層
370:插頭
371:佈線
372:佈線
373:佈線
374:佈線
380:絕緣體
381:絕緣體
400:基板
401:絕緣體
402:絕緣體
404:導電體
406:絕緣體
406a:絕緣體
406b:半導體
406c:絕緣體
407:區域
408:絕緣體
409:絕緣體
410:絕緣體
412:絕緣體
414:導電體
415:導電體
416a1:導電體
416a2:導電體
418:絕緣體
423:光阻遮罩
424a1:絕緣體
424a2:絕緣體
426:導電體
427:絕緣體
428:絕緣體
429:導電體
430:導電體
431:導電體
432:導電體
433:導電體
434:導電體
437:導電體
438:導電體
440:導電體
442:導電體
444:導電體
446:絕緣體
450:半導體基板
454:導電體
460:區域
462:絕緣體
464:絕緣體
465:絕緣體
466:絕緣體
467:絕緣體
468:絕緣體
469:絕緣體
470:絕緣體
472:絕緣體
474a:區域
474b:區域
475:絕緣體
476a:導電體
476b:導電體
476c:導電體
477a:導電體
477b:導電體
477c:導電體
478a:導電體
478b:導電體
478c:導電體
479a:導電體
479b:導電體
479c:導電體
480a:導電體
480b:導電體
480c:導電體
483a:導電體
483b:導電體
483c:導電體
483d:導電體
483e:導電體
483f:導電體
484a:導電體
484b:導電體
484c:導電體
484d:導電體
485a:導電體
485b:導電體
485c:導電體
485d:導電體
487a:導電體
487b:導電體
487c:導電體
488a:導電體
488b:導電體
488c:導電體
489a:導電體
489b:導電體
490a:導電體
490b:導電體
491a:導電體
491b:導電體
491c:導電體
492a:導電體
492b:導電體
492c:導電體
494:導電體
496:導電體
498:絕緣體
550:插板
551:晶片
552:端子
553:模鑄樹脂
600:面板
601:印刷線路板
602:封裝
603:FPC
604:電池
700:基板
704a:導電體
706a:絕緣體
706b:半導體
706c:絕緣體
710:絕緣體
712:絕緣體
712a:絕緣體
714a:導電體
714b:導電體
716a1:導電體
716a2:導電體
718:絕緣體
718b:絕緣體
719:發光元件
720:絕緣體
721:絕緣體
722:導電體
723:絕緣體
724a1:絕緣體
724a2:絕緣體
728:絕緣體
731:端子
732:FPC
733a:佈線
734:密封材料
735:驅動電路
736:驅動電路
737:像素
741:電晶體
742:電容器
743:切換元件
744:信號線
750:基板
751:電晶體
752:電容器
753:液晶元件
754:掃描線
755:信號線
781:導電體
782:發光層
783:導電體
784:分隔壁
791:導電體
792:絕緣體
793:液晶層
794:絕緣體
795:間隔物
796:導電體
797:基板
800:RF標籤
801:通訊器
802:天線
803:無線信號
804:天線
805:整流電路
806:定電壓電路
807:解調變電路
808:調變電路
809:邏輯電路
810:記憶體電路
811:ROM
900:半導體裝置
901:電源電路
902:電路
903:電壓產生電路
903A:電壓產生電路
903B:電壓產生電路
903C:電壓產生電路
903D:電壓產生電路
903E:電壓產生電路
904:電路
905:電壓產生電路
905A:電壓產生電路
905E:電壓產生電路
906:電路
911:電晶體
912:電晶體
912A:電晶體
912B:電晶體
921:控制電路
922:電晶體
1189:ROM介面
1190:基板
1191:ALU
1192:ALU控制器
1193:指令解碼器
1194:中斷控制器
1195:時序控制器
1196:暫存器
1197:暫存器控制器
1198:匯流排介面
1199:ROM
1200:記憶元件
1201:電路
1202:電路
1203:開關
1204:開關
1206:邏輯元件
1207:電容器
1208:電容器
1209:電晶體
1210:電晶體
1213:電晶體
1214:電晶體
1220:電路
2100:電晶體
2200:電晶體
2201:絕緣體
2202:佈線
2203:插頭
2204:絕緣體
2205:佈線
2207:絕緣體
2208:絕緣體
2211:半導體基板
2212:絕緣體
2213:閘極電極
2214:閘極絕緣體
2215:源極區域及汲極區域
3001:佈線
3002:佈線
3003:佈線
3004:佈線
3005:佈線
3200:電晶體
3300:電晶體
3400:電容器
4000:RF標籤
6000:顯示模組
6001:上蓋
6002:下蓋
6003:FPC
6004:觸控面板
6005:FPC
6006:顯示面板
6007:背光單元
6008:光源
6009:框架
6010:印刷電路板
6011:電池
7101:外殼
7102:外殼
7103:顯示部
7104:顯示部
7105:麥克風
7106:揚聲器
7107:操作鍵
7108:觸控筆
7302:外殼
7304:顯示部
7305:顯示部
7311:操作按鈕
7312:操作按鈕
7313:連接端子
7321:腕帶
7322:錶帶扣
7501:外殼
7502:顯示部
7503:操作按鈕
7504:外部連接埠
7505:揚聲器
7506:麥克風
7701:外殼
7702:外殼
7703:顯示部
7704:操作鍵
7705:鏡頭
7706:連接部
7902:顯示部
7921:電線杆
7922:顯示部
8000:照相機
8001:外殼
8002:顯示部
8003:操作按鈕
8004:快門按鈕
8005:連接部
8006:鏡頭
8100:取景器
8101:外殼
8102:顯示部
8103:按鈕
8121:外殼
8122:顯示部
8123:鍵盤
8124:指向裝置
8200:頭戴顯示器
8201:安裝部
8202:鏡頭
8203:主體
8204:顯示部
8205:電纜
8206:電池
9700:汽車
9701:車體
9702:車輪
9703:儀表板
9704:燈
9710:顯示部
9711:顯示部
9712:顯示部
9713:顯示部
9714:顯示部
9715:顯示部
9721:顯示部
9722:顯示部
9723:顯示部
在圖式中：
圖1是示出根據本發明的一個實施方式的電容器的剖面圖；
圖2A和圖2B是示出根據本發明的一個實施方式的電容器的製造方法的剖面圖；
圖3A和圖3B是示出根據本發明的一個實施方式的 電容器的製造方法的剖面圖；
圖4A至圖4C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的俯視圖及剖面圖；
圖5A至圖5C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的俯視圖及剖面圖；
圖6A和圖6B是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；
圖7A至圖7E是說明CAAC-OS及單晶氧化物半導體的XRD結構分析的圖及CAAC-OS的選區電子繞射圖案；
圖8A至圖8E是CAAC-OS的剖面TEM影像、平面TEM影像及其影像分析；
圖9A至圖9D是nc-OS的電子繞射圖案以及nc-OS的剖面TEM影像；
圖10A和圖10B是a-like OS的剖面TEM影像；
圖11示出In-Ga-Zn氧化物的電子照射所引起的結晶部的變化；
圖12A至圖12C是說明根據本發明的氧化物的原子數比的範圍的圖；
圖13是說明InMZnO4的結晶的圖；
圖14A和圖14B是氧化物的疊層結構的能帶圖；
圖15A至圖15C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖16A至圖16C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖17A至圖17C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖18A至圖18C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖19A至圖19C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖20A至圖20C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖21A至圖21C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖22A至圖22C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖23A至圖23C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖24A至圖24C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖25A至圖25C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖26A至圖26C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖27A至圖27C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖28A至圖28C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖29A至圖29C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖30A至圖30C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖31A至圖31C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖32A至圖32C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；
圖33A和圖33B是根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的電路圖；
圖34是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；
圖35是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；
圖36A至圖36F是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖及剖面圖；
圖37是示出根據本發明的一個實施方式的CPU的方塊圖；
圖38是根據本發明的一個實施方式的記憶元件的電路圖；
圖39A和圖39B是示出攝像裝置的平面圖；
圖40A和圖40B是示出攝像裝置的像素的平面圖；
圖41A和圖41B是示出攝像裝置的剖面圖；
圖42A和圖42B是示出攝像裝置的剖面圖；
圖43是說明RF標籤的結構例子的圖；
圖44A至圖44C是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖、俯視圖及剖面圖；
圖45A和圖45B是示出根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖及剖面圖；
圖46A至圖46E是用來說明本發明的一個實施方式的方塊圖、電路圖及波形圖；
圖47A和圖47B是用來說明本發明的一個實施方式的電路圖及時序圖；
圖48A和圖48B是用來說明本發明的一個實施方式的電路圖；
圖49A至圖49C是用來說明本發明的一個實施方式的電路圖；
圖50A和圖50B是用來說明本發明的一個實施方式的電路圖；
圖51A至圖51C是用來說明本發明的一個實施方式的電路圖；
圖52A和圖52B是用來說明本發明的一個實施方式的電路圖；
圖53是說明顯示模組的圖；
圖54A和圖54B是示出使用引線框架型插板的封裝的剖面結構的透視圖以及示出行動電話的模組的平面圖；
圖55A至圖55E是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；
圖56A至圖56D是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；
圖57A至圖57C是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；
圖58A至圖58F是根據本發明的一個實施方式的RF標籤的使用例子；
圖59是實施例1的C-V測量的圖表；
圖60是實施例1的剖面STEM影像；
圖61A和圖61B是實施例2的XPS分析的圖表；
圖62A和圖62B是實施例2的XPS分析的圖表。
將參照圖式對本發明的實施方式進行詳細的說明。注意，本發明不侷限於以下說明，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其方式和詳細內容可以被變換為各種形式。此外，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。注意，當利用圖式說明發明結構時，表示相同物件的符號在不同的圖式中共同使用。此外，有時使用相同的陰影圖案表示相同的部分，而不特別附加符號。此外，在參照不同符號的組件的記載的情況下，可以適當地使用關於參照的組件的厚度、組成、結構或形狀等的記載。
注意，在圖式中，有時為了清楚瞭解而誇大表示尺寸、膜(層)的厚度或區域。
在本說明書中，可以互相調換“膜”和“層”。
在本說明書中，例如，當使用“直徑”、“粒徑”、“大小”、“尺寸”、“寬度”等來規定物體形狀時，也可以將其換稱為容納物體的最小立方體的一邊長度或者物體的一個剖面的等效圓直徑。物體的一個剖面的等效圓直徑是指等於物體的一個剖面的面積的正圓形的直徑。
此外，電壓大多指某個電位與參考電位(例如，接地電位(GND)或源極電位)之間的電位差。由此，可以將電壓換稱為電位。一般而言，電位(電壓)是相對的，根據與參考電位之差決定。因此，在記載為“接地電位”等的情況下，電位也不侷限於0V。例如，也有電路中的最低電位為“接地電位”的情況。或者，也有電路中的中間電位為“接地電位”的情況。在該情況下，以該電位為基準規定正電位及負電位。
此外，為方便起見，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。此外，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。
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，濃度為低於0.1atomic%的元素是雜質。有時由於包含雜質而例如導致在半導體中形成DOS(Density of States：態密度)，載子移動率降低或結晶性降低等。在半導體是氧化物半導體時，作為改變半導體 特性的雜質，例如有第1族元素、第2族元素、第14族元素、第15族元素或主要成分之外的過渡金屬等，尤其是，例如有氫(包含在水中)、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。在氧化物半導體中，有時例如由於氫等雜質的混入導致氧空位的產生。此外，在半導體是矽層時，作為改變半導體特性的雜質，例如有氧、除氫之外的第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素等。注意，除了雜質以外，有時由於包含過剩的主要成分的元素而成為形成DOS的原因。此時，有時可以因微量(例如，0.001atomic%以上且低於3atomic%)的添加物而降低DOS。注意，作為該添加物，可以使用上述可能成為雜質物的元素。
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其中形成通道的區域中的源極(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。此外，在一個電晶體中，通道長度不一定是在所有區域中相同。也就是說，一個電晶體的通道長度有時不侷限於一個值。因此，在本說明書中，通道長度是其中形成通道的區域中的任一個值、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其中形成通道的區域中的源極與汲極相對 的部分的長度。此外，在一個電晶體中，通道寬度不一定是在所有區域中相同。也就是說，一個電晶體的通道寬度有時不侷限於一個值。因此，在本說明書中，通道寬度是其中形成通道的區域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。
此外，根據電晶體的結構，有時實際上其中形成通道的區域中的通道寬度(下面稱為實效通道寬度)和電晶體的俯視圖所示的通道寬度(下面稱為外觀上的通道寬度)不同。例如，在具有立體結構的電晶體中，有時因為實效通道寬度大於電晶體的俯視圖所示的外觀上的通道寬度，所以不能忽略其影響。例如，在具有微型且立體的結構的電晶體中，有時形成在半導體的側面的通道形成區域的比率增大。在此情況下，實際上其中形成通道的實效通道寬度大於俯視圖所示的外觀上的通道寬度。
在具有立體結構的電晶體中，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，需要預先知道半導體的形狀的假定。因此，當半導體的形狀不清楚時，難以準確地測量實效通道寬度。
因此，在本說明書中，有時將在電晶體的俯視圖中半導體和閘極電極互相重疊的區域中的源極與汲極相對的部分的長度，亦即外觀上的通道寬度稱為“圍繞通道寬度(SCW：Surrounded Channel Width)”。此外，在本說明書中，在簡單地描述為“通道寬度”時，有時是指圍繞通道寬度或外觀上的通道寬度。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、圍繞通道寬度等的值。
此外，在藉由計算求得電晶體的場效移動率或每個通道寬度的電流值等時，有時使用圍繞通道寬度來計算。在此情況下，該值有時與使用實效通道寬度計算的值不同。
在本說明書中，“A具有其端部比B的端部突出的形狀”有時意味著在俯視圖或剖面圖中A的至少一個端部位於B的至少一個端部的外側。因此，例如可以將“A具有其端部比B的端部突出的形狀”的記載解釋為在俯視圖中A的一個端部位於B的一個端部的外側。
在本說明書中，“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。此外，“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。此外，“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。此外，“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。
在本說明書中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。
此外，在本說明書中，當簡單地記載為半導 體時，有時可以換為各種半導體。例如，可以換為：矽或鍺等第14族半導體；氧化物半導體；碳化矽、矽化鍺、砷化鎵、磷化銦、硒化鋅、硫化鎘、等化合物半導體；以及有機半導體。
這裡，說明在製造本發明的一個實施方式的半導體裝置時利用微影技術蝕刻組件的一部分的方法的一個例子。首先，利用旋塗法等在組件上形成感光性有機物層或感光性無機物層。接著，使光穿過光罩照射在感光性有機物層或感光性無機物層上。作為該光可以使用KrF準分子雷射、ArF準分子雷射、EUV(Extreme Ultraviolet：極紫外)光等。此外，也可以利用在基板與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(liquid immersion technique)。也可以使電子束或離子束照射在感光性有機物層或感光性無機物層上，而不使用上述光。當使用電子束或離子束時，不需要光罩。接著，藉由使用顯影液去除或留下感光性有機物層或感光性無機物層的被曝光的區域，來形成具有光阻劑的蝕刻遮罩。
此外，也可以在蝕刻遮罩下形成抗反射塗層(BARC：Bottom Anti Reflective Coating)。在使用BARC的情況下，先使用蝕刻遮罩對BARC進行蝕刻，再使用蝕刻遮罩及BARC對組件進行蝕刻。注意，有時也可以不使用BARC而使用不具有抗反射塗層的功能的有機物或無機物。當蝕刻組件時，可以使用電漿蝕刻裝置。
在蝕刻組件之後，去除所使用的蝕刻遮罩 等。蝕刻遮罩等的去除使用電漿處理或/及濕蝕刻進行。作為電漿處理，較佳為使用電漿灰化。在蝕刻遮罩等的去除不足夠情況下，也可以使用0.001vol.%以上且1vol.%以下的濃度的氫氟酸和/或臭氧水等去除剩下的蝕刻遮罩等。
作為用於電漿處理及電漿蝕刻的裝置，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對平行平板型電極中的一個施加高頻電源；也可以對平行平板型電極中的一個施加不同的多個高頻電源；也可以對平行平板型電極的各個施加相同的高頻電源；或者也可以對平行平板型電極的各個施加頻率不同的高頻電源。此外，也可以使用包括高密度電漿源的乾蝕刻裝置。作為包括高密度電漿源的乾蝕刻裝置，例如可以使用感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)蝕刻裝置、電子迴旋共振(ECR：Electron Cyclotron Resonance)電漿蝕刻裝置、螺旋波激發電漿(HWP：Helicon Wave Plasma)蝕刻裝置、表面波電漿(SWP：Surface Wave Plasma)蝕刻裝置、磁控管電漿(Magnetron Plasma)蝕刻裝置等。
在本說明書中，導電體、絕緣體以及半導體可以藉由濺射法、化學氣相沉積(CVD：Chemical Vapor Deposition)法、分子束磊晶(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法、脈衝雷射沉積(PLD：Pulsed Laser Deposition)法、原子層沉積(ALD：Atomic Layer Deposition)法、熱氧化法或電漿氧化法等形成。
注意，CVD法可以分為利用電漿的電漿增強CVD(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法、利用熱的熱CVD(TCVD：Thermal CVD)法及利用光的光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，因為在熱CVD法中不使用電漿，所以能夠減少對被處理物造成的電漿損傷。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 buildup)。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，在採用不使用電漿的熱CVD法的情況下，因為不發生這種電漿損傷，所以能夠提高半導體裝置的良率。另外，在熱CVD法中，不發生沉積時的電漿損傷，因此能夠得到缺陷較少的膜。
另外，ALD法也是能夠減少對被處理物造成的電漿損傷的沉積方法。此外，ALD法也不發生沉積時的電漿損傷，所以能夠得到缺陷較少的膜。
不同於從靶材等被釋放的粒子沉積的沉積方法，CVD法及ALD法是因被處理物表面的反應而形成膜 的形成方法。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，藉由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法適合用於覆蓋縱橫比高的開口部的表面的情況。但是，ALD法的沉積速度比較慢，所以有時較佳為與沉積速度快的CVD法等其他沉積方法組合而使用。
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法及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，因為可以省略傳送及調整壓力所需的時間，所以與使用多個沉積室進行沉積的情況相比可以使其成膜時所需的時間縮短。因此，有時可以提高半導體裝置的生產率。
實施方式1
在本實施方式中，說明根據本發明的一個實施方式的電容器的結構及其製造方法。
圖1是根據本發明的一個實施方式的電容器的剖面圖。電容器包括：導電體105；位於導電體105上且具有到達導電體105的頂面的開口部的絕緣體110；在該開口部中與絕緣體110的側面及導電體105接觸的導電 體160；導電體160上的絕緣體120；以及包括隔著絕緣體120與導電體160重疊的區域的導電體170。此外，導電體105與導電體160電連接。
導電體105被用作電容器的一個電極，而導電體170被用作電容器的另一個電極。此外，絕緣體120被用作電容器的介電質。
作為導電體105及導電體170，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、鉑、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用合金膜或化合物膜，可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體或者包含鈦及氮的導電體等。
作為導電體160，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、鉑、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用合金膜或化合物膜，可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體或者包含鎢及矽的導電體等。
作為絕緣體120，可以使用使導電體160氧化而形成的氧化膜。該氧化膜藉由熱氧化法或電漿氧化法而形成，不包括藉由其他氧化法或自然氧化而形成的膜。此外，作為絕緣體120，也可以在氧化鋁、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、氧化矽、氮氧化矽或氮化矽等中適當地選擇多種絕緣體以形成多層膜。
作為絕緣體110，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、氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽或氮化矽等。
以下參照圖2A至圖3B說明根據本發明的一個實施方式的圖1所示的電容器的製造方法。
首先，形成導電體105。導電體不僅可以形成在基板上，而且還可以形成在絕緣層上或半導體裝置上。
接著，在導電體105上形成將成為絕緣體110的絕緣體。然後，利用微影技術對將成為絕緣體110的絕緣體進行加工，以形成具有到達導電體105的頂面的開口部的絕緣體110(參照圖2A)。
接著，在絕緣體110上及開口部中形成導電體115。作為導電體115，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、鉑、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體。例如，也可以使用合金膜或化合物膜，可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體或者包含鎢及矽的導電體等(參照圖2B)。
接著，使導電體115氧化，以在導電體115 的表面形成絕緣體125。作為氧化法，可以使用熱氧化法或利用包含氧的電漿處理的氧化法。此外，較佳為使用利用包含氧的高密度電漿處理的氧化法。例如，在導電體115為包含鎢及矽的導電體的情況下，藉由對導電體115進行包含氧的高密度電漿處理，可以形成氧化矽膜。
絕緣體125是藉由使導電體115的表面氧化而形成的，由此可以在導電體115上以均勻的厚度形成，從而可以減少電容器的電容值的不均勻，所以是較佳的(參照圖3A)。
此外，絕緣體125也可以為在絕緣體125上形成絕緣體而成的兩層以上的多層膜。藉由採用多層膜，可以降低電容器的電極之間的洩漏電流。或者，可以提高電容器的電極之間的耐電壓性，所以是較佳的。
接著，形成導電體165。以填充形成在絕緣體110中的開口部的方式形成導電體165。因此，較佳為使用CVD法(尤其是MCVD法)。此外，為了提高藉由MCVD法形成的導電體和絕緣體的貼緊性，有時較佳為採用藉由ALD法等形成的導電體與藉由MCVD法形成的導電體的多層膜。例如，可以使用依次形成有氮化鈦或氮化鉭與鎢的多層膜等(參照圖3B)。
接著，對導電體165、絕緣體125以及導電體115進行化學機械拋光(CMP)處理直到到達絕緣體110的頂面為止。由此，在絕緣體110的開口部中填充有導電體160、絕緣體120以及導電體170。經上述步驟，可以製 造一個電極為導電體105，另一個電極為導電體170且介電質為絕緣體120的電容器(參照圖1)。
實施方式2
〈電晶體結構1〉
下面，說明根據本發明的一個實施方式的半導體裝置所包括的電晶體的結構。
圖4A至圖4C是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的俯視圖及剖面圖。圖4A是俯視圖。圖4B是沿著圖4A所示的點劃線A1-A2的剖面圖。圖4C是沿著圖4A所示的點劃線A3-A4的剖面圖。此外，在圖4A的俯視圖中，為了容易理解，省略一部分的組件。
在圖4B和圖4C中，本電晶體包括：基板400上的絕緣體401；絕緣體401上的絕緣體301，該絕緣體301具有開口部，在該開口部內配置有導電體310a及導電體310b；絕緣體301、導電體310a及導電體310b上的絕緣體302；絕緣體302上的絕緣體303；絕緣體303上的絕緣體402；絕緣體402上的絕緣體406a；絕緣體406a上的半導體406b；具有與半導體406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；覆蓋導電體416a1的側面及頂面的絕緣體424a1；覆蓋導電體416a2的側面及頂面的絕緣體424a2；絕緣體402上的具有與絕緣體406a的側面、半導體406b的側面、半導體406b的頂面、絕緣體424a1的側面、絕緣體424a1的頂面、絕緣 體424a2的側面以及絕緣體424a2的頂面接觸的區域的絕緣體406c；絕緣體406c上的絕緣體412；具有隔著絕緣體412及絕緣體406c與半導體406b重疊的區域的導電體404；絕緣體412及導電體404上的絕緣體410；絕緣體410上的絕緣體408；穿過絕緣體408、絕緣體410、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、絕緣體303以及絕緣體302到達導電體310b的第一開口部；穿過絕緣體408、絕緣體410、絕緣體412、絕緣體406c以及絕緣體424a1到達導電體416a1的第二開口部；穿過絕緣體408、絕緣體410、絕緣體412、絕緣體406c以及絕緣體424a2到達導電體416a2的第三開口部；以及穿過絕緣體408及絕緣體410到達導電體404的第四開口部。圖4B和圖4C還示出：導電體433、導電體431、導電體429和導電體437，分別填充在上述第一開口部、第二開口部、第三開口部以及第四開口部；絕緣體408上的具有與導電體433接觸的區域的導電體434；絕緣體408上的具有與導電體431接觸的區域的導電體432；絕緣體408上的具有與導電體429接觸的區域的導電體430；以及絕緣體408上的具有與導電體437接觸的區域的導電體438。
半導體406b具有其頂面與導電體416a1及導電體416a2接觸的區域407。
在本電晶體中，導電體404被用作第一閘極電極。導電體404可以具有包括具有抑制氧透過的功能的導電體的疊層結構。例如，藉由作為下層形成具有抑制氧 透過的功能的導電體，可以抑制導電體404的氧化所導致的電阻值增加。絕緣體412被用作閘極絕緣體。可以藉由2端子法等測量出導電體的電阻值。
可以使用供應到導電體404的電位控制半導體406b的電阻。也就是說，可以使用供應到導電體404的電位控制導電體416a1與導電體416a2之間的導通．非導通。
導電體416a1及416a2被用作源極電極或汲極電極。導電體416a1的側面及頂面被絕緣體424a1覆蓋，而導電體416a2的側面及頂面被絕緣體424a2覆蓋。導電體416a1和導電體404具有隔著絕緣體412、絕緣體406c以及絕緣體424a1彼此重疊的區域，而導電體416a2和導電體404具有隔著絕緣體412、絕緣體406c以及絕緣體424a2彼此重疊的區域。由此本電晶體的結構可以降低導電體416a1與導電體404之間的寄生電容及導電體416a2與導電體404之間的寄生電容。因此，本電晶體為頻率特性高的電晶體，亦即合適於高速工作的電晶體。
如圖4B及圖4C所示，半導體406b的頂面與導電體416a1及導電體416a2接觸。此外，可以由被用作第一閘極電極的導電體404的電場電圍繞半導體406b。將由閘極電極的電場電圍繞半導體的電晶體結構稱為“surrounded channel(s-channel)結構”。因此，有時通道形成在整個半導體406b中。在s-channel結構中，可以使大電流流過電晶體的源極與汲極之間，由此可以增大導通時 的電流(通態電流)。此外，由於半導體406b被導電體404的電場圍繞，所以能夠減少非導通時的電流(關態電流)。
導電體310a被用作第二閘極電極。導電體310a也可以是包括具有抑制氧透過的功能的導電體的疊層結構。例如，藉由在下層中形成具有抑制氧透過的功能的導電體，可以防止導電體310a的氧化所導致的導電率的降低。絕緣體302、絕緣體303及絕緣體402被用作閘極絕緣膜。可以根據供應到導電體310a的電位控制本電晶體的臨界電壓。此外，可以根據供應到導電體310a的電位，將電子注入絕緣體303而控制本電晶體的臨界電壓。而且，藉由電連接第一閘極電極和第二閘極電極，可以增大導通時的電流(通態電流)。此外，可以將第一閘極電極的功能與第二閘極電極的功能調換。
圖6A示出電連接第一閘極電極和第二閘極電極的一個例子。導電體440埋入在藉由絕緣體408及絕緣體410到達導電體404的開口部中，導電體440的頂面與形成在絕緣體408上的導電體444電連接。另一方面，導電體442埋入在藉由絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、絕緣體303及絕緣體302到達導電體310c的開口部中，導電體442的頂面與導電體444電連接。就是說，被用作第一閘極電極的導電體404藉由導電體440、導電體444及導電體442與被用作第二閘極電極的導電體310c電連接。
注意，藉由使用具有阻擋氫等雜質及氧的功 能的絕緣體圍繞電晶體，能夠使電晶體的電特性穩定。例如，作為絕緣體408，可以使用具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體。
作為具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。
此外，例如，作為絕緣體408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或者氮氧化矽或氮化矽等。注意，絕緣體408較佳為包含氧化鋁。例如，當使用含氧的電漿形成絕緣體408時，可以對成為絕緣體408的基底層的絕緣體412添加氧。被添加的氧在絕緣體412中成為過量氧。藉由使絕緣體408包含氧化鋁，能夠抑制氫等雜質混入半導體406b中。此外，例如，藉由使絕緣體408包含氧化鋁，能夠減少添加到上述絕緣體412的過量氧向外的擴散。
作為絕緣體401，可以使用氧化鋁、氧化鎂、氮氧化矽、氮化矽、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。注意，絕緣體401較佳為包含氧化鋁或氮化矽。例如，當絕緣體401包含氧化鋁或氮化矽時，可以抑制氫等雜質混入半導體406b中。例如，當絕緣體401包含氧化鋁或氮化矽時，可以減少氧向外的擴散。
作為絕緣體301，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，絕緣體301較佳為包含氧化矽或氧氮化矽。
作為絕緣體303，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體或金屬氧化膜的單層或疊層。例如，絕緣體303較佳為包含氮化矽、氧化鉿或氧化鋁。
作為絕緣體302及絕緣體402，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，絕緣體402較佳為包含氧化矽或氧氮化矽。
注意，絕緣體410較佳為包括相對介電常數低的絕緣體。例如，絕緣體410較佳為包含氧化矽、氧氫化矽、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。或者，絕緣體410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與樹脂的疊層結構。因為氧化矽及氧氮化矽對熱穩定，所以藉由與樹脂組合，可以實現熱穩定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、芳族聚醯胺等)、聚醯亞胺、聚碳酸酯或丙烯酸 等。
作為絕緣體412，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，絕緣體412較佳為包含氧化矽或氧氮化矽。
注意，絕緣體412較佳為包括相對介電常數高的絕緣體。例如，絕緣體412較佳為包含氧化鎵、氧化鉿、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或者含有矽及鉿的氧氮化物等。或者，絕緣體412較佳為具有氧化矽或氧氮化矽與相對介電常數高的絕緣體的疊層結構。因為氧化矽及氧氮化矽對熱穩定，所以藉由與相對介電常數高的絕緣體組合，可以實現熱穩定且相對介電常數高的疊層結構。例如，當在絕緣體406c一側有氧化鋁、氧化鎵或氧化鉿時，能夠抑制氧化矽或氧氮化矽所含有的矽混入半導體406b。此外，例如當在絕緣體406c一側有氧化矽或氧氮化矽時，有時在氧化鋁、氧化鎵或氧化鉿與氧化矽或氧氮化矽的介面處形成陷阱中心。該陷阱中心有時可以藉由俘獲電子而使電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
作為絕緣體424a1及424a2，可以使用使導電體416a1及416a2氧化而形成的絕緣體。此外，也可以使用由該絕緣體與氧化鋁、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、氧化矽、氮氧化矽或氮化矽等構成的多層膜。
作為導電體416a1及導電體416a2，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、鉑、銀、銦、錫、鉭及鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，既可以使用合金膜或化合物膜，也可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體、包含鎢及矽的導電體等。
作為導電體310a、導電體310b、導電體310c、導電體404、導電體429、導電體430、導電體431、導電體432、導電體433、導電體434、導電體437、導電體438、導電體440、導電體442及導電體444，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用合金膜或化合物膜，可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體或者包含鈦及氮的導電體等。
作為半導體406b，較佳為使用氧化物半導體。注意，有時可以使用矽(包含應變矽)、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵或有機半導體等。
作為絕緣體406a及絕緣體406c，較佳為使用 包含一種或兩種以上的構成半導體406b的除了氧之外的元素的氧化物。注意，有時可以使用矽(包含應變矽)、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵或有機半導體等。
〈電晶體結構2〉
下面，參照圖5A至圖5C說明具有與圖4A至圖4C不同的結構的電晶體。圖5A至圖5C是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的俯視圖及剖面圖。圖5A是俯視圖。圖5B是沿著圖5A所示的點劃線A1-A2的剖面圖。圖5C是沿著圖5A所示的點劃線A3-A4的剖面圖。此外，在圖5A的俯視圖中，為了容易理解，省略一部分的組件。
在圖5B和圖5C中，本電晶體包括：基板400上的絕緣體401；絕緣體401上的絕緣體301，該絕緣體301具有開口部，在該開口部內配置有導電體310a及導電體310b；絕緣體301、導電體310a及導電體310b上的絕緣體302；絕緣體302上的絕緣體303；絕緣體303上的絕緣體402；絕緣體402上的絕緣體406a；絕緣體406a上的半導體406b；具有與半導體406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；配置在位於導電體416a1的側面且與絕緣體406c接觸的區域中的絕緣體424a1；配置在位於導電體416a2的側面且與絕緣體406c接觸的區域中的絕緣體424a2；與導電體416a1的頂 面及導電體416a2的頂面接觸的絕緣體410；與半導體406b的頂面接觸的絕緣體406c；絕緣體406c上的絕緣體412；隔著絕緣體412及絕緣體406c配置在半導體406b上的導電體404；絕緣體410、導電體404、絕緣體412以及絕緣體406c上的絕緣體418；絕緣體418上的絕緣體408；絕緣體408上的絕緣體428；穿過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402、絕緣體303以及絕緣體302到達導電體310b的第一開口部；穿過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418以及絕緣體410到達導電體416a1的第二開口部；穿過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418以及絕緣體410到達導電體416a2的第三開口部；以及穿過絕緣體428、絕緣體408以及絕緣體418到達導電體404的第四開口部。圖5B和圖5C還示出：導電體433、導電體431、導電體429和導電體437，分別填充在上述第一開口部、第二開口部、第三開口部以及第四開口部中；絕緣體428上的具有與導電體433接觸的區域的導電體434；絕緣體428上的具有與導電體431接觸的區域的導電體432；絕緣體428上的具有與導電體429接觸的區域的導電體430；以及絕緣體428上的具有與導電體437接觸的區域的導電體438。
半導體406b具有其頂面與導電體416a1及導電體416a2接觸的區域407。
在本電晶體中，導電體404被用作第一閘極電極。導電體404可以具有包括具有抑制氧透過的功能的 導電體的疊層結構。例如，藉由作為下層形成具有抑制氧透過的功能的導電體，可以抑制導電體404的氧化所導致的電阻值增加。絕緣體412被用作閘極絕緣體。
導電體416a1及導電體416a2被用作源極電極或汲極電極。導電體416a1及導電體416a2可以具有包括具有抑制氧透過的功能的導電體的疊層結構。例如，藉由作為上層形成具有抑制氧透過的功能的導電體，可以抑制導電體416a1及導電體416a2的氧化所導致的電阻值增加。
可以使用供應到導電體404的電位控制半導體406b的電阻。也就是說，可以使用供應到導電體404的電位控制導電體416a1與導電體416a2之間的導通．非導通。
在本電晶體中，以填充形成在絕緣體410等中的開口部的方式自對準(self-align)地形成被用作閘極電極的區域，因此可以將本電晶體稱為TGSA s-channel FET(Trench Gate Self Align(自對準溝槽式閘極)s-channel FET)。
在圖5B中，將其中被用作第一閘極電極的導電體404的底面隔著絕緣體412及絕緣體406c與半導體406b的頂面平行地相對的區域的長度定義為閘極線寬度。可以使該閘極線寬度比到達半導體406b的絕緣體410等的開口部小。也就是說，可以使閘極線寬度小於最小特徵尺寸。明確而言，也可以將閘極線寬度設定為5nm 以上且60nm以下，較佳為設定為5nm以上且30nm以下。
此外，當第一閘極電極的電場被其他導電體遮斷時，電晶體的開關特性有時會惡化。在本電晶體中，因絕緣體406c及絕緣體412的厚度而導電體404、導電體416a1和導電體416a2之間的位置關係改變。換言之，可知用作源極電極及汲極電極的導電體416a1及導電體416a2的厚度與用作閘極絕緣膜的絕緣體412的厚度之間的關係影響到本電晶體的電特性。
在圖5B中，藉由將導電體416a1與導電體416a2之間的區域中的絕緣體412的厚度設定為導電體416a1的厚度或導電體416a2的厚度以下，閘極電極的電場施加到整個通道形成區域而使電晶體進行良好的工作，所以是較佳的。導電體416a1與導電體416a2之間的區域中的絕緣體412的厚度為30nm以下，較佳為10nm以下。
本電晶體可以具有導電體416a1的厚度或導電體416a2的厚度小的結構。導電體416a1的端部包括隔著絕緣體406c、絕緣體412以及絕緣體424a1與導電體404相對的區域。導電體416a2的端部包括隔著絕緣體406c、絕緣體412以及絕緣體424a2與導電體404相對的區域，這些區域的面積被抑制為更小。此外，藉由配置絕緣體424a1及絕緣體424a2，可以增大這些區域的絕緣體的厚度。因此，在本電晶體中，這些區域的寄生電容被抑 制為小。
在本電晶體的結構中，如上所述，在位於導電體416a1的側面且與絕緣體406c接觸的區域中設置有絕緣體424a1。在位於導電體416a2的側面且與絕緣體406c接觸的區域中設置有絕緣體424a2。由此，在被用作第一閘極電極的導電體404與被用作源極電極或汲極電極的導電體416a1及導電體416a2之間配置有絕緣體412、絕緣體406c以及絕緣體424a1或絕緣體424a2。因此，可以緩和被用作第一閘極電極的導電體404與被用作源極電極或汲極電極的導電體416a1及導電體416a2之間的電場，從而不容易受到電晶體的短通道效應的影響。
導電體310a被用作第二閘極電極。導電體310a也可以是包括具有抑制氧透過的功能的導電膜的多層膜。藉由採用包括具有抑制氧透過的功能的導電膜的多層膜，可以防止導電體310a的氧化所導致的導電率的降低。絕緣體302、絕緣體303及絕緣體402被用作閘極絕緣膜。可以使用供應到導電體310a的電位控制本電晶體的臨界電壓。此外，可以使用供應到導電體310c的電位，將電子注入絕緣體303而控制本電晶體的臨界電壓。而且，藉由電連接第一閘極電極和第二閘極電極，可以增大導通時的電流(通態電流)。此外，可以將第一閘極電極的功能與第二閘極電極的功能調換。
圖6B示出電連接第一閘極電極和第二閘極電極的一個例子。導電體440埋入穿過絕緣體428、絕緣體 408以及絕緣體418到達導電體404的開口部中，導電體440的頂面與形成在絕緣體428上的導電體444電連接。另一方面，導電體442埋入穿過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402、絕緣體303及絕緣體302到達導電體310c的開口部中，導電體442的頂面與導電體444電連接。就是說，被用作第一閘極電極的導電體404藉由導電體440、導電體444及導電體442與被用作第二閘極電極的導電體310c電連接。
作為絕緣體418及428，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，絕緣體418及428較佳為包含氮化矽或氧氮化矽。關於其他結構，參照上述內容。
實施方式3
〈氧化物半導體的結構〉
以下，對氧化物半導體的結構進行說明。
氧化物半導體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有CAAC-OS(c-axis-aligned crystalline oxide semiconductor)、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。
從其他觀點看來，氧化物半導體被分為非晶 氧化物半導體和結晶氧化物半導體。作為結晶氧化物半導體，有單晶氧化物半導體、CAAC-OS、多晶氧化物半導體以及nc-OS等。
一般而言，非晶結構具有如下特徵：具有各向同性而不具有不均勻結構；處於準穩態且原子的配置沒有被固定化；鍵角不固定；具有短程有序而不具有長程有序；等。
亦即，不能將穩定的氧化物半導體稱為完全非晶(completely amorphous)氧化物半導體。此外，不能將不具有各向同性(例如，在微小區域中具有週期結構)的氧化物半導體稱為完全非晶氧化物半導體。另一方面，a-like OS不具有各向同性但卻是具有空洞(void)的不穩定結構。在不穩定這一點上，a-like OS在物性上接近於非晶氧化物半導體。
〈CAAC-OS〉
首先，說明CAAC-OS。
CAAC-OS是包含多個c軸配向的結晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體之一。
說明使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置對CAAC-OS進行分析時的情況。例如，當利用out-of-plane法分析包含分類為空間群R-3m的InGaZnO4結晶的CAAC-OS的結構時，如圖7A所示，在繞射角(2θ)為31°附近出現峰值。由於該峰值來源於 InGaZnO4結晶的(009)面，由此可確認到在CAAC-OS中結晶具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於形成CAAC-OS的膜的面(也稱為被形成面)或頂面的方向。注意，除了2θ為31°附近的峰值以外，有時在2θ為36°附近時也出現峰值。2θ為36°附近的峰值起因於分類為空間群Fd-3m的結晶結構。因此，較佳的是，在CAAC-OS中不出現該峰值。
另一方面，當利用從平行於被形成面的方向使X射線入射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS的結構時，在2θ為56°附近出現峰值。該峰值來源於InGaZnO4結晶的(110)面。並且，即使將2θ固定為56°附近並在以樣本面的法線向量為軸(Φ軸)旋轉樣本的條件下進行分析(Φ掃描)，也如圖7B所示的那樣觀察不到明確的峰值。另一方面，當對單晶InGaZnO4將2θ固定為56°附近來進行Φ掃描時，如圖7C所示，觀察到來源於相等於(110)面的結晶面的六個峰值。因此，由使用XRD的結構分析可以確認到CAAC-OS中的a軸和b軸的配向沒有規律性。
接著，說明利用電子繞射分析的CAAC-OS。例如，當對包含InGaZnO4結晶的CAAC-OS在平行於CAAC-OS的被形成面的方向上入射束徑為300nm的電子束時，有可能出現圖7D所示的繞射圖案(也稱為選區電子繞射圖案)。在該繞射圖案中包含起因於InGaZnO4結晶的(009)面的斑點。因此，電子繞射也示出CAAC-OS所包含的顆粒具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於被形成 面或頂面的方向。另一方面，圖7E示出對相同的樣本在垂直於樣本面的方向上入射束徑為300nm的電子束時的繞射圖案。從圖7E觀察到環狀的繞射圖案。因此，使用束徑為300nm的電子束的電子繞射也示出CAAC-OS所包含的顆粒的a軸和b軸不具有配向性。可以認為圖7E中的第一環起因於InGaZnO4結晶的(010)面和(100)面等。此外，可以認為圖7E中的第二環起因於(110)面等。
此外，在利用穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)觀察所獲取的CAAC-OS的明視野影像與繞射圖案的複合分析影像(也稱為高解析度TEM影像)中，可以觀察到多個顆粒。然而，即使在高解析度TEM影像中，有時也觀察不到顆粒與顆粒之間的明確的邊界，亦即晶界(grain boundary)。因此，可以說在CAAC-OS中，不容易發生起因於晶界的電子移動率的降低。
圖8A示出從大致平行於樣本面的方向觀察所獲取的CAAC-OS的剖面的高解析度TEM影像。利用球面像差校正(Spherical Aberration Corrector)功能得到高解析度TEM影像。尤其將利用球面像差校正功能獲取的高解析度TEM影像稱為Cs校正高解析度TEM影像。例如可以使用日本電子株式會社製造的原子解析度分析型電子顯微鏡JEM-ARM200F等觀察Cs校正高解析度TEM影像。
從圖8A可確認到其中金屬原子排列為層狀的顆粒。並且可知一個顆粒的尺寸為1nm以上或者3nm以 上。因此，也可以將顆粒稱為奈米晶(nc：nanocrystal)。此外，也可以將CAAC-OS稱為具有CANC(C-Axis Aligned nanocrystals：c軸配向奈米晶)的氧化物半導體。顆粒反映CAAC-OS的被形成面或頂面的凸凹並平行於CAAC-OS的被形成面或頂面。
此外，圖8B及圖8C示出從大致垂直於樣本面的方向觀察所獲取的CAAC-OS的平面的Cs校正高解析度TEM影像。圖8D及圖8E是藉由對圖8B及圖8C進行影像處理得到的影像。下面說明影像處理的方法。首先，藉由對圖8B進行快速傳立葉變換(FFT：Fast Fourier Transform)處理，獲取FFT影像。接著，以保留所獲取的FFT影像中的離原點2.8nm-1至5.0nm-1的範圍的方式進行遮罩處理。接著，對經過遮罩處理的FFT影像進行快速傅立葉逆變換(IFFT：Inverse Fast Fourier Transform)處理而獲取經過處理的影像。將所獲取的影像稱為FFT濾波影像。FFT濾波影像是從Cs校正高解析度TEM影像中提取出週期分量的影像，其示出晶格排列。
在圖8D中，以虛線示出晶格排列被打亂的部分。由虛線圍繞的區域是一個顆粒。並且，以虛線示出的部分是顆粒與顆粒的聯結部。虛線呈現六角形，由此可知顆粒為六角形。注意，顆粒的形狀並不侷限於正六角形，不是正六角形的情況較多。
在圖8E中，以點線示出晶格排列一致的區域與其他晶格排列一致的區域之間處。在點線附近也無法確 認到明確的晶界。當以點線附近的晶格點為中心周圍的晶格點相接時，可以形成畸變的六角形、五角形或/及七角形等。亦即，可知藉由使晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這可能是由於CAAC-OS可容許因如下原因而發生的畸變：在a-b面方向上的原子間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。
如上所示，CAAC-OS具有c軸配向性，其多個顆粒(奈米晶)在a-b面方向上連結而結晶結構具有畸變。因此，也可以將CAAC-OS稱為具有CAA(c-axis-aligned a-b-plane-anchored)crystal的氧化物半導體。
CAAC-OS是結晶性高的氧化物半導體。氧化物半導體的結晶性有時因雜質的混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)少的氧化物半導體。
此外，雜質是指氧化物半導體的主要成分以外的元素，諸如氫、碳、矽和過渡金屬元素等。例如，與氧的鍵合力比構成氧化物半導體的金屬元素強的矽等元素會奪取氧化物半導體中的氧，由此打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。此外，由於鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等的原子半徑(或分子半徑)大，所以會打亂氧化物半導體的原子排列，導致結晶性下降。
當氧化物半導體包含雜質或缺陷時，其特性有時會因光或熱等發生變動。例如，包含於氧化物半導體的雜質有時會成為載子陷阱或載子發生源。例如，氧化物 半導體中的氧空位有時會成為載子陷阱或因俘獲氫而成為載子發生源。
雜質及氧空位少的CAAC-OS是載子密度低的氧化物半導體。明確而言，可以使用載子密度低於8×1011/cm3，較佳為低於1×1011/cm3，更佳為低於1×1010/cm3，且是1×10-9/cm3以上的氧化物半導體。將這樣的氧化物半導體稱為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體。CAAC-OS的雜質濃度和缺陷態密度低。亦即，可以說CAAC-OS是具有穩定特性的氧化物半導體。
〈nc-OS〉
接著，對nc-OS進行說明。
說明使用XRD裝置對nc-OS進行分析的情況。例如，當利用out-of-plane法分析nc-OS的結構時，不出現表示配向性的峰值。換言之，nc-OS的結晶不具有配向性。
此外，例如，當使包含InGaZnO4結晶的nc-OS薄片化，並在平行於被形成面的方向上使束徑為50nm的電子束入射到厚度為34nm的區域時，觀察到如圖9A所示的環狀繞射圖案(奈米束電子繞射圖案)。此外，圖9B示出將束徑為1nm的電子束入射到相同的樣本時的繞射圖案(奈米束電子繞射圖案)。從圖9B觀察到環狀區域內的多個斑點。因此，nc-OS在入射束徑為50nm的電子束 時觀察不到秩序性，但是在入射束徑為1nm的電子束時確認到秩序性。
此外，當使束徑為1nm的電子束入射到厚度小於10nm的區域時，如圖9C所示，有時觀察到斑點被配置為準正六角形的電子繞射圖案。由此可知，nc-OS在厚度小於10nm的範圍內包含秩序性高的區域，亦即結晶。注意，因為結晶朝向各種各樣的方向，所以也有觀察不到有規律性的電子繞射圖案的區域。
圖9D示出從大致平行於被形成面的方向觀察到的nc-OS的剖面的Cs校正高解析度TEM影像。在nc-OS的高解析度TEM影像中有如由輔助線所示的部分那樣能夠觀察到結晶部的區域和觀察不到明確的結晶部的區域。nc-OS所包含的結晶部的尺寸為1nm以上且10nm以下，尤其大多為1nm以上且3nm以下。注意，有時將其結晶部的尺寸大於10nm且是100nm以下的氧化物半導體稱為微晶氧化物半導體(microcrystalline oxide semiconductor)。例如，在nc-OS的高解析度TEM影像中，有時無法明確地觀察到晶界。注意，奈米晶的來源有可能與CAAC-OS中的顆粒相同。因此，下面有時將nc-OS的結晶部稱為顆粒。
如此，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。此外，nc-OS在不同的顆粒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。
此外，由於在顆粒(奈米晶)之間結晶定向沒有規律性，所以也可以將nc-OS稱為包含RANC(Random Aligned nanocrystals：無規配向奈米晶)的氧化物半導體或包含NANC(Non-Aligned nanocrystals：無配向奈米晶)的氧化物半導體。
nc-OS是規律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-OS的缺陷態密度比a-like OS或非晶氧化物半導體低。但是，在nc-OS中的不同的顆粒之間觀察不到晶體配向的規律性。所以，nc-OS的缺陷態密度比CAAC-OS高。
〈a-like OS〉
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氧化物半導體。
圖10A和圖10B示出a-like OS的高解析度剖面TEM影像。圖10A示出電子照射開始時的a-like OS的高解析度剖面TEM影像。圖10B示出照射4.3×108e-/nm2的電子(e-)之後的a-like OS的高解析度剖面TEM影像。由圖10A和圖10B可知，a-like OS從電子照射開始時被觀察到在縱向方向上延伸的條狀明亮區域。此外，可知明亮區域的形狀在照射電子之後變化。明亮區域被估計為空洞或低密度區域。
由於a-like OS包含空洞，所以其結構不穩定。為了證明與CAAC-OS及nc-OS相比a-like OS具有不穩定的結構，下面示出電子照射所導致的結構變化。
作為樣本，準備a-like OS、nc-OS和CAAC-OS。每個樣本都是In-Ga-Zn氧化物。
首先，取得各樣本的高解析度剖面TEM影像。由高解析度剖面TEM影像可知，每個樣本都具有結晶部。
已知InGaZnO4結晶的單位晶格具有所包括的三個In-O層和六個Ga-Zn-O層共計九個層在c軸方向上以層狀層疊的結構。這些彼此靠近的層之間的間隔與(009)面的晶格表面間隔(也稱為d值)幾乎相等，由結晶結構分析求出其值為0.29nm。由此，以下可以將晶格條紋的間隔為0.28nm以上且0.30nm以下的部分看作InGaZnO4結晶部。晶格條紋對應於InGaZnO4結晶的a-b面。
圖11示出調查了各樣本的結晶部(22至30處)的平均尺寸的例子。注意，結晶部尺寸對應於上述晶格條紋的長度。由圖11可知，在a-like OS中，結晶部根據有關取得TEM影像等的電子的累積照射量逐漸變大。由圖11可知，在利用TEM的觀察初期尺寸為1.2nm左右的結晶部(也稱為初始晶核)在電子(e-)的累積照射量為4.2×108e-/nm2時生長到1.9nm左右。另一方面，可知nc-OS和CAAC-OS在開始電子照射時到電子的累積照射量為 4.2×108e-/nm2的範圍內，結晶部的尺寸都沒有變化。由圖11可知，無論電子的累積照射量如何，nc-OS及CAAC-OS的結晶部尺寸分別為1.3nm左右及1.8nm左右。此外，使用日立穿透式電子顯微鏡H-9000NAR進行電子束照射及TEM的觀察。作為電子束照射條件，加速電壓為300kV；電流密度為6.7×105e-/(nm2．s)；照射區域的直徑為230nm。
如此，有時電子照射引起a-like OS中的結晶部的生長。另一方面，在nc-OS和CAAC-OS中，幾乎沒有電子照射所引起的結晶部的生長。也就是說，a-like OS與CAAC-OS及nc-OS相比具有不穩定的結構。
此外，由於a-like OS包含空洞，所以其密度比nc-OS及CAAC-OS低。具體地，a-like OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的78.6%以上且低於92.3%。nc-OS的密度及CAAC-OS的密度為具有相同組成的單晶氧化物半導體的92.3%以上且低於100%。注意，難以形成其密度低於單晶氧化物半導體的密度的78%的氧化物半導體。
例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，具有菱方晶系結構的單晶InGaZnO4的密度為6.357g/cm3。因此，例如，在原子數個比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，a-like OS的密度為5.0g/cm3以上且低於5.9g/cm3。此外，例如，在原子個數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體中，nc-OS的密度 和CAAC-OS的密度為5.9g/cm3以上且低於6.3g/cm3。
注意，當不存在相同組成的單晶氧化物半導體時，藉由以任意比例組合組成不同的單晶氧化物半導體，可以估計出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度。根據組成不同的單晶氧化物半導體的組合比例使用加權平均估計出相當於所希望的組成的單晶氧化物半導體的密度即可。注意，較佳為儘可能減少所組合的單晶氧化物半導體的種類來估計密度。
如上所述，氧化物半導體具有各種結構及各種特性。注意，氧化物半導體例如可以是包括非晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS和CAAC-OS中的兩種以上的疊層膜。
說明可用於絕緣體406a、半導體406b及絕緣體406c等的氧化物。
氧化物較佳為至少包含銦或鋅。特別較佳為包含銦及鋅。此外，較佳的是，除此之外，還包含鋁、鎵、釔或錫等。此外，也可以包含硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢或鎂等中的一種或多種。
在此，考慮氧化物包含銦、元素M及鋅的情況。注意，元素M為鋁、鎵、釔或錫等。除了上述以外，元素M也可以為硼、矽、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。
首先，參照圖12A、圖12B及圖12C對根據本發明的氧化物所包含的銦、元素M及鋅的原子數比的較佳的範圍進行說明。注意，在圖12A至圖12C中不示出氧的原子數比。此外，將氧化物所包含的銦、元素M及鋅的原子數比的各項分別稱為[In]、[M]、[Zn]。
在圖12A、圖12B及圖12C中，虛線表示[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：1的原子數比(-1
Figure 111118982-A0101-12-0049-167
α
Figure 111118982-A0101-12-0049-168
1)的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：2的原子數比的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：3的原子數比的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：4的原子數比的線及[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：5的原子數比的線。
點劃線表示[In]：[M]：[Zn]=1：1：β的原子數比的(β
Figure 111118982-A0101-12-0049-169
0)的線、[In]：[M]：[Zn]=1：2：β的原子數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：3：β的原子數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：4：β的原子數比的線、[In]：[M]：[Zn]=2：1：β的原子數比的線及[In]：[M]：[Zn]=5：1：β的原子數比的線。
圖12A至圖12C所示的具有[In]：[M]：[Zn]=0：2：1的原子個數比或其附近值的氧化物易具有尖晶石型結晶結構。
圖12A和圖12B示出本發明的一個實施方式的氧化物所包含的銦、元素M及鋅的較佳的原子數比範圍的例子。
作為一個例子，圖13示出[In]：[M]：[Zn]=1：1：1的InMZnO4的結晶結構。圖13是在從平行於b軸的方向 上觀察時的InMZnO4的結晶結構。圖13所示的MZnO2層中的金屬元素表示元素M或鋅。此時，元素M和鋅的比例相同。元素M和鋅可以相互置換，其排列不規則。
InMZnO4具有層狀的結晶結構(也稱為層狀結構)，如圖13所示，相對於每兩個包含元素M及鋅的MZnO2層有一個包含銦的InO2層。
此外，銦和元素M可以相互置換。因此，當以銦取代(M，Zn)層中的元素M時，也可以將該層表示為(In，M，Zn)層。在此情況下，具有相對於每兩個(In，M，Zn)層有一個In層的層狀結構。
[In]：[M]：[Zn]=1：1：2的原子數比的氧化物具有相對於每三個(M，Zn)層有一個In層的層狀結構。就是說，當[Zn]高於[In]及[M]時，在氧化物晶化的情況下，相對於In層的(M，Zn)層的比例增加。
注意，當在氧化物中相對於一個In層的(M，Zn)層的層數為非整數時，氧化物可能具有多個相對於一個In層(M，Zn)層的層數為整數的層狀結構。例如，在[In]：[M]：[Zn]=1：1：1.5的情況下，氧化物可能具有相對於每兩個(M，Zn)層有一個In層的層狀結構及相對於每三個(M，Zn)層有一個In層的層狀結構混合在一起的層狀結構。
例如，當使用濺射裝置形成氧化物時，所形成的膜的原子數比與靶材的原子數比偏離。尤其是，根據成膜時的基板溫度，有時膜的[Zn]小於靶材的[Zn]。
有時在氧化物中，多個相共存(例如，二相共存、三相共存等)。例如，當原子數比接近[In]：[M]：[Zn]=0：2：1時，尖晶石型結晶結構和層狀結晶結構的二相容易共存。當原子數比接近[In]：[M]：[Zn]=1：0：0時，方鐵錳礦型結晶結構和層狀結晶結構的二相容易共存。當在氧化物中多個相共存時，可能在不同的結晶結構之間形成晶界(也稱為grain boundary)。
藉由增高銦含量，可以提高氧化物的載子移動率(電子移動率)。這是因為：在包含銦、元素M及鋅的氧化物中，重金屬的s軌域主要有助於載子傳導，藉由增高銦含量，s軌域重疊的區域變大，由此銦含量高的氧化物的載子移動率比銦含量低的氧化物高。
另一方面，氧化物的銦含量及鋅含量變低時，載子移動率變低。因此，當原子數比為[In]：[M]：[Zn]=0：1：0或接近[In]：[M]：[Zn]=0：1：0時(例如，圖12C中的區域C)，絕緣性變高。
因此，本發明的一個實施方式的氧化物較佳為具有圖12A的以區域A表示的原子數比，此時該氧化物易具有載子移動率高且晶界少的層狀結構。
圖12B中的區域B示出[In]：[M]：[Zn]=4：2：3或4：2：4.1的原子數比及其附近值。附近值例如包含[In]：[M]：[Zn]=5：3：4的原子數比。具有以區域B表示的原子數比的氧化物尤其具有高結晶性及優異的載子移動率。
注意，氧化物形成層狀結構的條件不是僅由 原子數比決定的。根據原子數比，形成層狀結構的難易度不同。即使在原子數比相同的情況下，根據形成條件，有時具有層狀結構，有時不具有層狀結構。因此，圖示的區域是表示氧化物具有層狀結構時的原子數比的區域，區域A至區域C的邊界不嚴格。
在此，說明將上述氧化物用於電晶體的情況。
藉由將上述氧化物用於電晶體，可以減少晶界中的載子散射等，因此可以實現場效移動率高的電晶體。此外，可以實現可靠性高的電晶體。
此外，較佳為將載子密度低的氧化物用於電晶體。例如，氧化物的載子密度可以低於8×1011/cm3，較佳為低於1×1011/cm3，更佳為低於1×1010/cm3且為1×10-9/cm3以上。
因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物的載子發生源較少，所以有可能降低載子密度。此外，因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物具有較低的缺陷態密度，所以有可能具有較低的陷阱態密度。
此外，被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，有時在陷阱態密度高的氧化物中形成有通道區域的電晶體的電特性不穩定。
因此，為了使電晶體的電特性穩定，降低氧化物中的雜質濃度是有效的。為了降低氧化物中的雜質濃 度，較佳為還降低附近膜中的雜質濃度。作為雜質有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。
在此，說明氧化物中的各雜質的影響。
在氧化物包含第14族元素之一的矽或碳時，氧化物中形成缺陷能階。因此，將氧化物中或氧化物的介面附近的矽或碳的濃度(藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的濃度)設定為2×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1017atoms/cm3以下。
此外，當氧化物包含鹼金屬或鹼土金屬時，有時形成缺陷能階而形成載子。因此，使用包含鹼金屬或鹼土金屬的氧化物的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為降低氧化物中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。明確而言，將利用SIMS分析測得的鹼金屬或鹼土金屬的濃度設定為1×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1016atoms/cm3以下。
當氧化物包含氮時，產生作為載子的電子，並載子密度增加，而氧化物容易被n型化。其結果，將含有氮的氧化物用於半導體的電晶體容易具有常開啟型特性。因此，較佳為儘可能地減少氧化物中的氮，例如，將利用SIMS分析測得的氮濃度設定為小於5×1019atoms/cm3，較佳為5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1018atoms/cm3以下，進一步較佳為5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物中的氫與鍵合於金屬原子的氧 起反應生成水，因此有時形成氧空位。當氫進入該氧空位時，有時產生作為載子的電子。此外，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，使用包含氫的氧化物的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為儘可能減少氧化物中的氫。明確而言，將利用SIMS分析測得的氫濃度設定為低於1×1020atoms/cm3，較佳為低於1×1019atoms/cm3，更佳為低於5×1018atoms/cm3，進一步較佳為低於1×1018atoms/cm3。
藉由將雜質被充分降低的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。
接著，對該氧化物採用兩層結構或三層結構的情況進行說明。參照圖14A和圖14B，對與絕緣體S1、半導體S2及絕緣體S3的疊層結構接觸的絕緣體的能帶圖及與半導體S2及絕緣體S3的疊層結構接觸的絕緣體的帶圖進行說明。
圖14A是包括絕緣體I1、絕緣體S1、半導體S2、絕緣體S3及絕緣體I2的疊層結構的厚度方向上的能帶圖的一個例子。此外，圖14B是包括絕緣體I1、半導體S2、絕緣體S3及絕緣體I2的疊層結構的厚度方向上的能帶圖的一個例子。注意，為了便於理解，能帶圖示出絕緣體I1、絕緣體S1、半導體S2、絕緣體S3及絕緣體I2的導帶底的能階(Ec)。
較佳的是，絕緣體S1、絕緣體S3的導帶底的能階比半導體S2更靠近真空能階，典型的是，半導體S2 的導帶底的能階與絕緣體S1、絕緣體S3的導帶底的能階的差為0.15eV以上、0.5eV以上且2eV以下或者1eV以下。就是說，與絕緣體S1、絕緣體S3相比，半導體S2的電子親和力大，絕緣體S1、絕緣體S3的電子親和力與半導體S2的電子親和力的差為0.15eV以上、0.5eV以上且2eV以下或者1eV以下。
如圖14A和圖14B所示，在絕緣體S1、半導體S2、絕緣體S3中，導帶底的能階平緩地變化。換言之，也可以將上述情況表達為導帶底的能階連續地變化或者連續地接合。為了實現這種能帶圖，較佳為降低形成在絕緣體S1與半導體S2的介面或者半導體S2與絕緣體S3的介面的混合層的缺陷態密度。
明確而言，藉由使絕緣體S1和半導體S2、半導體S2和絕緣體S3包含氧之外的共同元素(主要成分)，可以形成缺陷態密度低的混合層。例如，在半導體S2為In-Ga-Zn氧化物的情況下，作為絕緣體S1、絕緣體S3較佳為使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物、氧化鎵等。
此時，半導體S2成為載子的主要路徑。因為可以降低絕緣體S1與半導體S2的介面以及半導體S2與絕緣體S3的介面的缺陷態密度，所以介面散射對載子傳導的影響小，從而可以得到大通態電流。
在電子被陷阱能階俘獲時，被俘獲的電子像固定電荷那樣動作，導致電晶體的臨界電壓向正方向漂移。藉由設置絕緣體S1、絕緣體S3，可以使陷阱能階遠 離半導體S2。藉由採用該結構，可以防止電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
作為絕緣體S1、絕緣體S3，使用其導電率比半導體S2充分低的材料。此時，半導體S2、半導體S2與絕緣體S1的介面以及半導體S2與絕緣體S3的介面主要被用作通道區域。例如，絕緣體S1、絕緣體S3可以使用具有在圖12C中以絕緣性高的區域C表示的原子數比的氧化物。注意，圖12C所示的區域C表示[In]：[M]：[Zn]=0：1：0或其附近值的原子個數比。
尤其是，當作為半導體S2使用具有以區域A表示的原子數比的氧化物時，作為絕緣體S1及絕緣體S3較佳為使用[M]/[In]的原子數比為1以上，較佳為2以上的氧化物。此外，作為絕緣體S3，較佳為使用能夠得到充分高的絕緣性的[M]/([Zn]+[In])的原子數比為1以上的氧化物。
作為基板400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。例如，作為半導體基板，可以舉出由矽或鍺等構成的單一材料半導體基板、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。並且，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，例如為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、電阻元件、切換元件、發光元件、記憶元件等。
此外，作為基板400也可以使用撓性基板。此外，作為在撓性基板上設置電晶體的方法，也可以舉出如下方法：在不具有撓性的基板上形成電晶體之後，剝離電晶體而將該電晶體轉置到撓性基板的基板400上。在此情況下，較佳為在不具有撓性的基板與電晶體之間設置剝離層。此外，作為基板400，也可以使用包含纖維的薄片、薄膜或箔等。此外，基板400也可以具有伸縮性。此外，基板400可以具有在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質。或者，也可以具有不恢復為原來的形狀的性質。基板400例如包括具有如下厚度的區域：5μm以上且700μm以下，較佳為10μm以上且500μm以下，更佳為15μm以上且300μm以下。藉由將基板400形成為薄，可以實現包括電晶體的半導體裝置的輕量化。此外，藉由將基板400形成得薄，即便在使用玻璃等的情況下也有時會具有伸縮性或在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質。因此，可以緩和因掉落等而基板400上的半導體裝置 受到的衝擊等。亦即，能夠提供一種耐久性高的半導體裝置。
作為撓性基板的基板400，例如可以使用金屬、合金、樹脂、玻璃或其纖維等。撓性基板的基板400的線性膨脹係數越低，因環境而發生的變形越得到抑制，所以是較佳的。作為撓性基板的基板400，例如使用線性膨脹係數為1×10-3/K以下、5×10-5/K以下或1×10-5/K以下的材料即可。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚醯胺(尼龍、芳族聚醯胺等)、聚醯亞胺、聚碳酸酯、丙烯酸等。尤其是芳族聚醯胺的線性膨脹係數較低，因此適用於撓性基板的基板400。
本實施方式可以將其至少一部分與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當的組合而實施。
實施方式4
〈電晶體的製造方法1〉
下面，參照圖15A至圖21C說明根據本發明一個實施方式的圖4A至圖4C的電晶體的製造方法。
首先，準備基板400。
接著，形成絕緣體401，並在絕緣體401上形成將成為絕緣體301的絕緣體。接著，在將成為絕緣體301的絕緣體中形成到達絕緣體401的槽，來形成絕緣體301。槽例如在其範疇內包括孔或開口部等。在形成槽時，可以使用濕蝕刻，但是對微型加工來說乾蝕刻是較佳 的。作為絕緣體401，較佳為選擇在對將成為絕緣體301的絕緣體進行蝕刻形成槽時被用作蝕刻障壁膜的絕緣體。例如，當作為被形成槽的將成為絕緣體301的絕緣體使用氧化矽膜時，作為絕緣體401較佳為使用氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜。
在形成槽之後，形成將成為導電體310a及310b的導電體。將成為導電體310a及310b的導電體較佳為包含具有抑制氧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，可以使用該導電體與鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅或鉬鎢合金的疊層膜。
接著，藉由進行CMP去除絕緣體301上的將成為導電體310a及310b的導電體。其結果是，只在槽殘留導電體310a及310b，所以可以形成其頂面平坦的佈線層。
或者，也可以在絕緣體301上形成將成為導電體310a及310b的導電體，利用微影技術等進行加工，來形成導電體310a及310b。
接著，在絕緣體301、導電體310a及310b上形成絕緣體302。在絕緣體302上形成絕緣體303。絕緣體303較佳為具有抑制氫等雜質或氧透過的功能。例如，可以使用氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體303。
接著，在絕緣體303上形成絕緣體402。接 著，也可以進行對絕緣體402添加氧的處理。作為添加氧的處理，例如可以舉出離子植入法、電漿處理法等。或者，也可以進行利用氧化性氣體的熱處理。此外，對絕緣體402添加的氧成為過量氧。
接著，在絕緣體402上形成絕緣體306a。接著，也可以進行對絕緣體306a添加氧的處理。作為添加氧的處理，例如有離子植入法、電漿處理法等。此外，添加到絕緣體306a的氧成為過量氧。接著，在絕緣體306a上形成半導體306b。
接著，較佳為進行第一加熱處理。第一加熱處理以250℃以上且650℃以下的溫度，較佳為以450℃以上且600℃以下的溫度，更佳為以520℃以上且570℃以下的溫度進行即可。第一加熱處理在惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。第一加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以以如下方法進行第一加熱處理：在惰性氣體氛圍下進行加熱處理之後，為了填補脫離了的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行另一個加熱處理。藉由進行第一加熱處理，可以提高半導體的結晶性，並可以去除氫或水等雜質。或者，在第一加熱處理中，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)的電漿電源。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而生成的氧自由基高效地導入半導體306b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。
接著，在半導體306b上形成導電體414(參照圖15A至圖15C)。
接著，藉由利用微影技術等對導電體414進行加工，形成導電體415(參照圖16A至圖16C)。
接著，利用微影技術等對絕緣體306a、半導體306b以及導電體415進行加工，來形成包括絕緣體406a、半導體406b、導電體416a1及416a2的多層膜。在此，形成導電體414時半導體306b的頂面受損而形成區域407。因為區域407包括半導體306b被低電阻化了的區域，所以導電體415與半導體306b之間的接觸電阻降低。此外，在形成多層膜時，有時絕緣體402也被蝕刻而使其部分區域變薄。也就是說，絕緣體402有時在與多層膜接觸的區域中具有凸部(參照圖17A、圖17B及圖17C)。
接著，進行包含氧的電漿處理。藉由進行包含氧的電漿處理，使導電體416a1的側面及導電體416a1的頂面氧化而形成絕緣體424a1。此外，使導電體416a2的側面及導電體416a2的頂面氧化而形成絕緣體424a2。例如，在使用包含鎢及矽的導電體作為導電體416a1及導 電體416a2的情況下，藉由進行包含氧的電漿處理，形成由氧化矽構成的絕緣體424a1及絕緣體424a2。
作為包含氧的電漿處理，也可以使用高密度電漿。藉由進行包含氧的高密度電漿處理，可以高效地使導電體416a1的側面及導電體416a1的頂面、導電體416a2的側面及導電體416a2的頂面氧化。
此外，藉由進行包含氧的電漿處理，生成氧自由基，由此可以使過量氧引入半導體406b的頂面、半導體406b的側面以及絕緣體406a的側面露出的區域，亦即包含通道形成區域的區域中，從而可以減少通道形成區域的氧空位(參照圖18A至圖18C)。
接著，形成絕緣體406c。接著，在絕緣體406c上形成絕緣體412。
接著，形成將成為導電體404的導電體。然後，藉由利用微影技術等對將成為導電體404的導電體進行加工，形成導電體404(參照圖19A至圖19C)。
此外，雖然在此示出不對絕緣體412及絕緣體406c進行加工的例子，但是本發明的一個實施方式的電晶體不侷限於此。例如，也可以在加工成導電體404時蝕刻絕緣體412及絕緣體406c。或者，將導電體404的加工與絕緣體412及絕緣體406c的加工也可以在不同的微影製程中進行。藉由在不同的微影製程中進行加工，有時容易將各膜形成為不同形狀。
接著，在絕緣體412及導電體404上形成絕 緣體410。可以以其頂面具有平坦性的方式形成絕緣體410。例如，在沉積剛結束後，絕緣體410的頂面可以具有平坦性。或者，例如，在沉積後，可以從頂面去除絕緣體等以使絕緣體410的頂面平行於基板背面等基準面，而絕緣體410具有平坦性。將這種處理稱為平坦化處理。作為平坦化處理，有CMP處理、乾蝕刻處理等。注意，絕緣體410的頂面也可以不具有平坦性。絕緣體410也可以採用多層結構。例如，使用包含氧的電漿形成氧化鋁膜等來層疊。藉由使用包含氧的電漿形成氧化鋁膜，可以將該電漿中的氧作為過量氧添加到絕緣體412的側面、絕緣體406c的側面、半導體406b的側面及絕緣體406a的側面等。
接著，在絕緣體410上形成絕緣體408。藉由使用包含氧的電漿形成氧化鋁膜，可以將該電漿中的氧作為過量氧添加到絕緣體410等(參照圖20A至圖20C)。
此外，絕緣體408也可以採用多層結構。例如，可以使用濺射法形成作為第一層的氧化鋁膜，並使用ALD法形成作為第二層的氧化鋁膜。藉由使用濺射法形成作為第一層的氧化鋁膜，可以將過量氧添加到絕緣體410，並且藉由使用ALD法形成作為第二層的氧化鋁膜，可以防止添加到絕緣體410的過量氧擴散到上方。
在形成絕緣體408之後的任意時序中，可以進行第二加熱處理。藉由進行第二加熱處理，包含在絕緣體410等中的過量氧經過絕緣體412、絕緣體406c及絕 緣體406a移動到半導體406b，所以可以降低半導體406b的缺陷(氧空位)。
注意，在包含在絕緣體410等中的過量氧(氧)擴散到半導體406b的溫度下進行第二加熱處理即可。例如，也可以參照關於第一加熱處理的記載。或者，第二加熱處理的溫度較佳為等於或低於第一加熱處理。第一加熱處理和第二加熱處理的溫度差為0℃以上且150℃以下，較佳為40℃以上且100℃以下。由此，可以抑制過多的過量氧(氧)從絕緣體402釋放。注意，若各層的成膜時的加熱能夠兼作與第二加熱處理同等的加熱處理，則有時無需進行第二加熱處理。
接著，利用微影技術形成穿過絕緣體408、絕緣體410、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、絕緣體303以及絕緣體302到達導電體310b的開口部、穿過絕緣體408、絕緣體410、絕緣體412、絕緣體406c以及絕緣體424a1或絕緣體424a2到達導電體416a1或導電體416a2的開口部以及穿過絕緣體408及絕緣體410到達導電體404的開口部。
作為其他的開口部形成方法，也可以在絕緣體408上形成導電體，在該導電體上形成絕緣體，利用微影技術對該導電體及該絕緣體進行加工，以形成具有該導電體及該絕緣體的硬遮罩，由此將該硬遮罩作為蝕刻遮罩形成開口部。藉由將該硬遮罩用作蝕刻遮罩，可以防止開口部的橫向擴大及變形等。作為該硬遮罩，也可以採用絕 緣體或導電體的單層。
此外，可以藉由一次的微影製程一次性地形成多個開口，但是也可以藉由多次的微影製程分別形成多個開口。
接著，在各開口部中填充導電體433、導電體431、導電體429以及導電體437(參照圖21A、圖21B以及圖21C)。
接著，藉由在絕緣體408、導電體433、導電體431、導電體429以及導電體437上形成導電體，並利用微影技術等對該導電體進行加工，形成導電體434、導電體432、導電體430以及導電體438。經上述步驟，可以製造圖4A至圖4C所示的電晶體(參照圖4A、圖4B以及圖4C)。
〈電晶體的製造方法2〉
下面，參照圖22A至圖32C說明根據本發明的圖5A至圖5C的電晶體的製造方法。注意，到形成導電體414的步驟為止與上述電晶體的製造方法1相同(參照圖22A、圖22B及圖22C)。
接著，利用微影技術等對絕緣體306a、半導體306b及導電體414進行加工，來形成包括絕緣體406a、半導體406b及導電體415的多層膜。在此，形成導電體414時半導體306b的頂面受損而形成區域407。因為區域407包括半導體406b被低電阻化了的區域，所 以導電體415與半導體406b之間的接觸電阻降低。此外，在形成多層膜時，有時絕緣體402也被蝕刻而使其部分區域變薄。也就是說，絕緣體402有時在與多層膜接觸的區域中具有凸部(參照圖23A、圖23B及圖23C)。
接著，形成絕緣體446，並在絕緣體446上形成導電體426。以填充絕緣體446的頂面的步階部的方式形成導電體426。因此，較佳為使用CVD法(尤其是，MCVD法)。此外，為了提高藉由MCVD法形成的導電體426與絕緣體446的貼緊性，有時較佳為採用藉由ALD法等形成的導電體與藉由MCVD法形成的導電體的多層膜作為導電體426。例如，可以使用ALD法形成氮化鈦，然後使用MCVD法形成鎢。
接著，在導電體426上形成絕緣體427(參照圖24A、圖24B及圖24C)。
接著，對絕緣體427及導電體426進行第一CMP處理，直到導電體426的厚度減小到一半為止。用於第一CMP處理的漿料(包含磨粒的藥液)較佳為使用適於該絕緣體的漿料(參照圖25A至圖25C)。
接著，對所殘留的導電體426及絕緣體446進行第二CMP處理，直到絕緣體446露出且絕緣體446的表面被平坦化為止，以形成絕緣體409。在第二CMP處理中，較佳為配製漿料，以儘可能使絕緣體446的拋光速度比導電體426的拋光速度慢。藉由使用這種漿料，絕緣體446的表面的平坦性有時得到提高，所以是較佳的。 此外，CMP處理裝置更佳為具有告知第二CMP處理中絕緣體446露出的終點檢測功能。當具有終點檢測功能時，有時可以提高第二CMP處理後的絕緣體446的厚度控制性，所以是較佳的(參照圖26A至圖26C)。
此外，也可以不形成絕緣體446上的導電體及導電體上的絕緣體且對絕緣體446進行CMP處理等使其頂面平坦，以形成絕緣體409。或者，在剛形成之後，絕緣體446的頂面可以具有平坦性。注意，絕緣體446的頂面也可以不具有平坦性。
接著，利用微影技術等在絕緣體409上形成光阻遮罩423。在此，為了提高絕緣體409的頂面和光阻遮罩的貼緊性，例如，在絕緣體409和光阻遮罩423之間形成有機物膜。此外，也可以在絕緣體409上形成單層的導電體或導電體和絕緣體的疊層膜，利用微影技術形成硬遮罩(參照圖27A至圖27C)。
接著，利用乾蝕刻法等對絕緣體409進行加工直到露出絕緣體402為止，由此形成絕緣體410。此時，絕緣體402有時被蝕刻，直到露出絕緣體303的頂面為止。
接著，利用乾蝕刻法等對導電體415進行加工，由此將導電體415分離為導電體416a1和導電體416a2。
此時，半導體406b具有露出的區域。半導體406b的露出的區域中的區域407有時由於上述對導電體 415的蝕刻而被去除(參照圖28A至圖28C)。
當利用乾蝕刻法進行上述加工時，有時蝕刻氣體的殘留成分等雜質附著在半導體406b的露出的區域。例如，當作為蝕刻氣體使用氯類氣體時，氯等附著在半導體406b的露出的區域。此外，當作為蝕刻氣體使用烴類氣體時，碳或氫等附著在半導體406b的露出的區域。當在乾蝕刻加工之後將基板暴露於大氣時，有時半導體406b的露出的區域等被腐蝕。因此，當在乾蝕刻加工之後連續地進行利用氧氣體的電漿處理時可以去除上述雜質，而可以防止半導體406b的露出區域等的腐蝕，所以是較佳的。
或者，例如，也可以藉由進行使用稀氫氟酸等的洗滌處理或使用臭氧等的洗滌處理，去除雜質。此外，也可以組合多個洗滌處理。由此，半導體406b的露出區域，換言之，通道形成區域具有高電阻。
另一方面，在導電體416a1和半導體406b的頂面、導電體416a2和半導體406b的頂面互相重疊的區域407中，如上所述，導電體416a1和半導體406b之間、導電體416a2和半導體406b之間的接觸電阻值變低，因此可以得到良好的電晶體特性，所以是較佳的。
接著，進行包含氧的電漿處理。藉由進行包含氧的電漿處理，使導電體416a1的側面氧化而形成絕緣體424a1。此外，使導電體416a2的側面氧化而形成絕緣體424a2。例如，在使用包含鎢及矽的導電體作為導電體 416a1及導電體416a2的情況下，藉由進行包含氧的電漿處理，形成氧化矽作為絕緣體424a1及絕緣體424a2。
作為包含氧的電漿處理，也可以使用高密度電漿。藉由進行包含氧的高密度電漿處理，可以高效地使導電體416a1的側面及導電體416a2的側面氧化。
此外，藉由進行包含氧的電漿處理，生成氧自由基，由此可以使過量氧引入在半導體406b的頂面、半導體406b的側面以及絕緣體406a的側面露出的區域，亦即通道形成區域中，從而可以減少通道形成區域的氧空位(參照圖29A至圖29C)。
接著，形成將成為絕緣體406c的絕緣體，在將成為絕緣體406c的絕緣體上形成將成為絕緣體412的絕緣體。在形成於絕緣體410、導電體416a1及導電體416a2中的開口的側面及底面以均勻的厚度形成將成為絕緣體406c的絕緣體及將成為絕緣體412的絕緣體。因此，較佳為使用ALD法。
接著，形成將成為導電體404的導電體。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成將成為導電體404的導電體。以填充形成在絕緣體410等中的開口的方式形成將成為導電體404的導電體。因此，較佳為使用CVD法(尤其是，MCVD法)。此外，為了提高成為導電體404的導電體與絕緣體410等之間的貼緊性，有時較佳為採用藉由ALD法等形成的導電體與藉由MCVD法形成的導電體的多層膜。例如，可以使用 ALD法形成氮化鈦或氮化鉭，然後使用MCVD法形成鎢。
接著，利用CMP等以到達絕緣體410的頂面的方式從將成為導電體404的導電體的頂面對將成為導電體404的導電體、將成為絕緣體412的絕緣體及將成為絕緣體406c的絕緣體進行拋光及平坦化，以形成導電體404、絕緣體412以及絕緣體406c。由此，可以自對準地形成被用作閘極電極的導電體404而不利用微影技術。因為可以不考慮被用作閘極電極的導電體404與被用作源極電極或汲極電極的導電體416a1及導電體416a2的位置對準精度地形成被用作閘極電極的導電體404，所以可以縮小半導體裝置的面積。此外，因為不需要微影製程，所以可以期待製程簡化而使生產性得到提高(參照圖30A至圖30C)。
接著，在絕緣體410、絕緣體412及絕緣體406c上形成絕緣體418，在絕緣體418上形成絕緣體408。作為絕緣體408使用含有氧的電漿形成氧化鋁，由此可以將該電漿中的氧作為過量氧添加到絕緣體418的頂面。
在形成將成為絕緣體408的絕緣體之後，在任何時候都可以進行第二加熱處理。藉由進行第二加熱處理，包含在絕緣體418中的過量氧經過絕緣體410、絕緣體402及絕緣體406a移動到半導體406b。此外，包含在絕緣體418中的過量氧經過絕緣體412移動到半導體 406b。此外，包含在絕緣體418中的過量氧經過絕緣體406c移動到半導體406b。如此，因為過量氧經過三個路徑移動到半導體406b，所以可以降低半導體406b的缺陷(氧空位)。
注意，在包含在絕緣體418中的過量氧(氧)可以擴散到半導體406b的溫度下進行第二加熱處理即可。例如，也可以參照關於第一加熱處理的記載。或者，第二加熱處理的溫度較佳為低於第一加熱處理。第一加熱處理和第二加熱處理的溫度差為20℃以上且150℃以下，較佳為40℃以上且100℃以下。由此，可以抑制過多的過量氧(氧)從絕緣體402被釋放。注意，若各層的成膜時的加熱能夠兼作與第二加熱處理同等的加熱處理，則有時無需進行第二加熱處理。
接著，在絕緣體408上形成絕緣體428。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體428(參照圖31A至圖31C)。
接著，藉由利用微影技術形成如下開口：穿過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402、絕緣體303及絕緣體302到達導電體310b的開口；穿過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418及絕緣體410到達導電體416a1及導電體416a2的開口；以及穿過絕緣體428、絕緣體408及絕緣體418到達導電體404的開口。
作為其他的開口部形成方法，也可以在絕緣 體428上形成導電體，在該導電體上形成絕緣體，利用微影技術對該導電體及該絕緣體進行加工，以形成具有該導電體及該絕緣體的硬遮罩，由此將該硬遮罩為蝕刻遮罩形成開口部。藉由將該硬遮罩用作蝕刻遮罩，可以防止開口部的橫向擴大及變形等。作為該硬遮罩，也可以採用絕緣體或導電體的單層。
此外，可以藉由一次的微影製程同時形成多個開口，但是也可以藉由多次的微影製程分別形成多個開口。
接著，在各開口部中填充導電體433、導電體431、導電體429以及導電體437(參照圖32A、圖32B以及圖32C)。
接著，藉由在絕緣體428、導電體433、導電體431、導電體429以及導電體437上形成導電體，並利用微影技術等對該導電體進行加工，形成導電體434、導電體432、導電體430以及導電體438。經上述步驟，可以製造圖5A和圖5C所示的電晶體(參照圖5A、圖5B以及圖5C)。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當地組合而實施。
實施方式5
〈記憶體裝置1〉
參照圖33A及圖33B示出半導體裝置(記憶體裝置)的 一個例子，其中使用根據本發明的一個實施方式的電晶體，即使在沒有電力供應的情況下也能夠保持存儲內容，並且對寫入次數也沒有限制。
圖33A所示的半導體裝置包括使用第一半導體的電晶體3200、使用第二半導體的電晶體3300以及電容器3400。另外，作為電晶體3300可以使用上述電晶體。
電晶體3300較佳為關態電流小的電晶體。例如，作為電晶體3300可以採用使用氧化物半導體的電晶體。由於電晶體3300的關態電流小，所以可以在長期間使半導體裝置的特定的節點保持存儲內容。也就是說，不需要更新工作或可以使更新工作的頻率極低，從而實現低耗電的半導體裝置。
在圖33A中，第一佈線3001與電晶體3200的源極電連接，第二佈線3002與電晶體3200的汲極電連接。此外，第三佈線3003與電晶體3300的源極和汲極中的一個電連接，第四佈線3004與電晶體3300的閘極電連接。再者，電晶體3200的閘極及電晶體3300的源極和汲極中的另一個與電容器3400的一個電極電連接，第五佈線3005與電容器3400的另一個電極電連接。
圖33A所示的半導體裝置藉由具有能夠保持電晶體3200的閘極的電位的特徵，可以如下所示那樣進行資訊的寫入、保持以及讀出。
對資訊的寫入及保持進行說明。首先，將第 四佈線3004的電位設定為使電晶體3300處於導通狀態的電位，使電晶體3300處於導通狀態。由此，第三佈線3003的電位被供應到與電晶體3200的閘極及電容器3400的一個電極電連接的節點FG。換言之，對電晶體3200的閘極施加規定的電荷(寫入)。這裡，供應賦予兩種不同電位位準的電荷(以下，稱為低位準電荷、高位準電荷)中的任一個。然後，藉由將第四佈線3004的電位設定為使電晶體3300處於非導通狀態的電位而使電晶體3300處於非導通狀態，使節點FG保持電荷(保持)。
因為電晶體3300的關態電流小，所以節點FG的電荷被長時間地保持。
接著，對資訊的讀出進行說明。當在對第一佈線3001供應規定的電位(恆電位)的狀態下對第五佈線3005供應適當的電位(讀出電位)時，第二佈線3002具有對應於保持在節點FG中的電荷量的電位。這是因為如下緣故：在電晶體3200為n通道電晶體的情況下，對電晶體3200的閘極施加高位準電荷時的外觀上的臨界電壓Vth_H低於對電晶體3200的閘極施加低位準電荷時的外觀上的臨界電壓Vth_L。在此，外觀上的臨界電壓是指為了使電晶體3200處於“導通狀態”所需要的第五佈線3005的電位。由此，藉由將第五佈線3005的電位設定為Vth_H與Vth_L之間的電位V0，可以辨別施加到節點FG的電荷。例如，在寫入時節點FG被供應高位準電荷的情況下，如果第五佈線3005的電位為V0(>Vth_H)，電晶體3200則處 於“導通狀態”。另一方面，當節點FG被供應低位準電荷時，即使第五佈線3005的電位為V0(<Vth_L)，電晶體3200還保持“非導通狀態”。因此，藉由辨別第二佈線3002的電位，可以讀出節點FG所保持的資訊。
注意，當將記憶單元設置為陣列狀時，在讀出時必須讀出所希望的記憶單元的資訊。例如，在不讀出資訊的記憶單元中，藉由對第五佈線3005供應不管施加到節點FG的電位如何都使電晶體3200處於“非導通狀態”的電位，亦即低於Vth_H的電位，能夠讀出所希望的記憶單元中的資訊。或者，在不讀出資訊的記憶單元中，藉由對第五佈線3005供應不管施加到節點FG的電位如何都使電晶體3200處於“導通狀態”的電位，亦即高於Vth_L的電位，能夠僅讀出所希望的記憶單元中的資訊。
〈半導體裝置的結構1〉
圖34是對應於圖33A的半導體裝置的剖面圖。圖34所示的半導體裝置包括電晶體3200、電晶體3300以及電容器3400。電晶體3300及電容器3400配置於電晶體3200的上方。雖然在此示出了作為電晶體3300使用圖4A至圖4C所示的電晶體的例子，作為電容器3400使用圖1所示的電容器的例子，但是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置不侷限於此。因此，適當地參照上述電晶體及電容器的記載。
在圖34所示的半導體裝置中，電晶體3200 為Fin(鰭)型。藉由將電晶體3200形成為Fin型電晶體，實效的通道寬度得到增大，從而能夠提高電晶體3200的通態特性。另外，由於可以增大閘極電極的電場的影響，所以能夠提高電晶體3200的關態特性。電晶體3200是使用半導體基板450的電晶體。電晶體3200包括半導體基板450中的區域474a、半導體基板450中的區域474b、絕緣體462以及導電體454。
在電晶體3200中，區域474a及區域474b被用作源極區域及汲極區域。另外，絕緣體462被用作閘極絕緣體。另外，導電體454被用作閘極電極。因此，能夠由供應到導電體454的電位控制通道形成區域的電阻。亦即，能夠由供應到導電體454的電位控制區域474a與區域474b之間的導通．非導通。
作為半導體基板450，例如可以使用由矽或鍺等單一材料構成的半導體基板、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。較佳的是，作為半導體基板450使用單晶矽基板。
作為半導體基板450使用包含賦予n型導電性的雜質的半導體基板。注意，作為半導體基板450，也可以使用包含賦予p型導電性的雜質的半導體基板。此時，在形成電晶體3200的區域中配置包含賦予n型導電性的雜質的井即可。或者，半導體基板450也可以為i型。
半導體基板450的頂面較佳為具有(110)面。 由此，能夠提高電晶體3200的通態特性。
區域474a及區域474b是包含賦予p型導電性的雜質的區域。由此，電晶體3200具有p通道電晶體的結構。
雖然在此說明了電晶體3200為p通道電晶體的情況，但是電晶體3200也可以為n通道電晶體。
注意，電晶體3200與鄰接的電晶體被區域460等隔開。區域460具有絕緣性。
圖34所示的半導體裝置包括絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、絕緣體470、絕緣體472、絕緣體475、絕緣體402、絕緣體410、絕緣體408、絕緣體428、絕緣體465、絕緣體467、絕緣體469、絕緣體498、導電體480a、導電體480b、導電體480c、導電體478a、導電體478b、導電體478c、導電體476a、導電體476b、導電體476c、導電體479a、導電體479b、導電體479c、導電體477a、導電體477b、導電體477c、導電體484a、導電體484b、導電體484c、導電體484d、導電體483a、導電體483b、導電體483c、導電體483d、導電體483e、導電體483f、導電體485a、導電體485b、導電體485c、導電體485d、導電體487a、導電體487b、導電體487c、導電體488a、導電體488b、導電體488c、導電體490a、導電體490b、導電體489a、導電體489b、導電體491a、導電體491b、導電體491c、導電體492a、導電體492b、導電體492c、導電體494、導電體496、絕緣體 406a、半導體406b以及絕緣體406c。
絕緣體464配置於電晶體3200上。絕緣體466配置於絕緣體464上。絕緣體468配置於絕緣體466上。絕緣體470配置於絕緣體468上。絕緣體472配置於絕緣體470上。絕緣體475配置於絕緣體472上。電晶體3300配置於絕緣體475上。絕緣體408配置於電晶體3300上。絕緣體428配置於絕緣體408上。絕緣體465配置於絕緣體428上。電容器3400配置於絕緣體465上。絕緣體469配置於電容器3400上。
絕緣體464包括到達區域474a的開口部、到達區域474b的開口部以及到達導電體454的開口部。導電體480a、導電體480b及導電體480c分別埋入在各開口部中。
絕緣體466包括到達導電體480a的開口部、到達導電體480b的開口部以及到達導電體480c的開口部。導電體478a、導電體478b及導電體478c分別埋入在各開口部中。
絕緣體468包括到達導電體478a的開口部、到達導電體478b的開口部以及到達導電體478c的開口部。導電體476a、導電體476b或導電體476c分別埋入在各開口部中。
在絕緣體468上包括與導電體476a接觸的導電體479a、與導電體476b接觸的導電體479b以及與導電體476c接觸的導電體479c。絕緣體472包括經過絕緣 體470到達導電體479a的開口部、經過絕緣體470到達導電體479b的開口部以及經過絕緣體470到達導電體479c的開口部。導電體477a、導電體477b和導電體477c分別埋入在各開口部中。
絕緣體475包括與電晶體3300的通道形成區域重疊的開口部、到達導電體477a的開口部、到達導電體477b的開口部以及到達導電體477c的開口部。導電體484d、導電體484a、導電體484b、導電體484c分別埋入在各開口部中。
導電體484d也可以被用作電晶體3300的底閘極電極。或者，例如，也可以藉由對導電體484d供應預定的電位，來控制電晶體3300的臨界電壓等電特性。或者，例如，也可以將導電體484d與電晶體3300的頂閘極電極電連接。由此，可以增加電晶體3300的通態電流。此外，由於可以抑制衝穿現象，因此可以使電晶體3300的飽和區域中的電特性穩定。
絕緣體402包括到達導電體484a的開口部、到達導電體484c的開口部以及到達導電體484b的開口部。
絕緣體428包括經過絕緣體408、絕緣體410及絕緣體402到達導電體484a、導電體484b及導電體484c的三個開口部、經過絕緣體408、絕緣體410以及絕緣體402到達電晶體3300的源極電極和汲極電極中的一個的導電體的兩個開口部以及經過絕緣體408及絕緣體 410到達電晶體3300的閘極電極的導電體的開口部。導電體483a、導電體483b、導電體483c、導電體483e、導電體483f及導電體483d分別埋入在各開口部中。
在絕緣體428上包括與導電體483a、導電體483e接觸的導電體485a、與導電體483b接觸的導電體485b、與導電體483c及導電體483f接觸的導電體485c以及與導電體483d接觸的導電體485d。絕緣體465包括到達導電體485a的開口部、到達導電體485b的開口部以及到達導電體485c的開口部。導電體487a、導電體487b和導電體487c分別埋入在開口部中。
在絕緣體465上包括與導電體487a接觸的導電體488a、與導電體487b接觸的導電體488b以及與導電體487c接觸的導電體488c。絕緣體467包括到達導電體488a的開口部以及到達導電體488b的開口部。導電體490a或導電體490b分別埋入在開口部中。此外，導電體488c與電容器3400的一個電極的導電體494接觸。
在絕緣體467上包括與導電體490a接觸的導電體489a以及與導電體490b接觸的導電體489b。絕緣體469包括到達導電體489a的開口部、到達導電體489b的開口部、到達電容器3400的另一個電極的導電體496的開口部。導電體491a、導電體491b或導電體491c分別埋入在開口部中。
在絕緣體469上包括與導電體491a接觸的導電體492a、與導電體491b接觸的導電體492b以及與導 電體491c接觸的導電體492c。
作為絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、絕緣體470、絕緣體472、絕緣體475、絕緣體402、絕緣體410、絕緣體408、絕緣體428、絕緣體465、絕緣體467、絕緣體469及絕緣體498，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。尤其是，作為絕緣體498，例如，可以使用使導電體494氧化而形成的絕緣體。此外，也可以使用該絕緣體與氧化鋁、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、氧化矽、氮氧化矽或氮化矽等的疊層膜。
絕緣體464、絕緣體466、絕緣體468、絕緣體470、絕緣體472、絕緣體475、絕緣體402、絕緣體410、絕緣體408、絕緣體428、絕緣體465、絕緣體467、絕緣體469和絕緣體498中的一個以上較佳為包括具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體。藉由在電晶體3300的附近配置具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體，可以使電晶體3300的電特性穩定。
作為具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。
作為導電體480a、導電體480b、導電體 480c、導電體478a、導電體478b、導電體478c、導電體476a、導電體476b、導電體476c、導電體479a、導電體479b、導電體479c、導電體477a、導電體477b、導電體477c、導電體484a、導電體484b、導電體484c、導電體484d、導電體483a、導電體483b、導電體483c、導電體483d、導電體483e、導電體483f、導電體485a、導電體485b、導電體485c、導電體485d、導電體487a、導電體487b、導電體487c、導電體488a、導電體488b、導電體488c、導電體490a、導電體490b、導電體489a、導電體489b、導電體491a、導電體491b、導電體491c、導電體492a、導電體492b、導電體492c、導電體494及導電體496，例如可以使用包含硼、氮、氧、氟、矽、磷、鋁、鈦、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、釔、鋯、鉬、釕、銀、銦、錫、鉭和鎢中的一種以上的導電體的單層或疊層。例如，也可以使用合金或化合物，還可以使用包含鋁的導電體、包含銅及鈦的導電體、包含銅及錳的導電體、包含銦、錫及氧的導電體、包含鈦及氮的導電體、包含鎢及矽的導電體等。
作為半導體406b，較佳為使用氧化物半導體。注意，有時可以使用矽(包含應變矽)、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵或有機半導體等。
作為絕緣體406a及絕緣體406c，較佳為使用包含一種或兩種以上的構成半導體406b的除了氧之外的 元素的氧化物。注意，有時可以使用矽(包含應變矽)、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵或有機半導體等。
電晶體3200的源極或汲極藉由導電體480a、導電體478a、導電體476a、導電體479a、導電體477a、導電體484a、導電體483a、導電體485a、導電體483e與電晶體3300的源極電極和汲極電極中的一個的導電體電連接。此外，電晶體3200的閘極電極的導電體454藉由導電體480c、導電體478c、導電體476c、導電體479c、導電體477c、導電體484c、導電體483c、導電體485c、導電體483f與電晶體3300的源極電極和汲極電極中的另一個的導電體電連接。
電容器3400包括：電容器3400的一個電極的藉由導電體483f、導電體485c、導電體487c及導電體488c與電晶體3300的源極電極和汲極電極中的一個電連接的導電體494；絕緣體498；以及電容器3400的另一個電極的導電體496。另外，藉由在電晶體3300的上方或下方形成電容器3400，可以縮小半導體裝置的尺寸，所以是較佳的。
雖然在本實施方式中示出了在電晶體3200上包括電晶體3300且在電晶體3300上包括電容器3400的半導體裝置的一個例子，但是也可以在電晶體3200上包括具有與電晶體3300同樣的半導體的一個以上的電晶體。或者，也可以在電晶體3200上包括電容器3400，且 在電容器3400上包括電晶體3300。藉由採用這種結構，可以進一步提高半導體裝置的集成度(參照圖35)。
其他組件的結構可以適當地參照關於圖4A至圖4C等的記載。
〈記憶體裝置2〉
圖33B所示的半導體裝置與圖33A所示的半導體裝置不同之處為圖33B所示的半導體裝置不包括電晶體3200。在此情況下也可以藉由與圖33A所示的半導體裝置相同的工作進行資訊的寫入及保持工作。
說明圖33B所示的半導體裝置中的資訊讀出。在電晶體3300成為導通狀態時，處於浮動狀態的第三佈線3003和電容器3400導通，且在第三佈線3003和電容器3400之間再次分配電荷。其結果是，第三佈線3003的電位產生變化。第三佈線3003的電位的變化量根據電容器3400的一個電極的電位(或積累在電容器3400中的電荷)而具有不同的值。
例如，在電容器3400的一個電極的電位為V，電容器3400的電容為C，第三佈線3003所具有的電容成分為CB，在再次分配電荷之前的第三佈線3003的電位為VB0時，在再次分配電荷之後的第三佈線3003的電位為(CB×VB0+C×V)/(CB+C)。因此，在假定作為記憶單元的狀態，電容器3400的一個電極的電位成為兩種狀態，亦即V1和V0(V1>V0)時，可以知道保持電位V1時的第三 佈線3003的電位(=(CB×VB0+C×V1)/(CB+C))高於保持電位V0時的第三佈線3003的電位(=(CB×VB0+C×V0)/(CB+C))。
而且，藉由對第三佈線3003的電位和規定的電位進行比較可以讀出資訊。
在此情況下，可以採用一種結構，其中對用來驅動記憶單元的驅動電路使用上述應用第一半導體的電晶體，且將作為電晶體3300應用第二半導體的電晶體層疊在驅動電路上。
上述半導體裝置可以應用使用氧化物半導體的關態電流小的電晶體來長期間地保持存儲內容。也就是說，不需要更新工作或可以使更新工作的頻率極低，從而可以實現低耗電的半導體裝置。此外，在沒有電力的供應時(注意，較佳為固定電位)也可以長期間地保持存儲內容。
此外，因為該半導體裝置在寫入資訊時不需要高電壓，所以其中不容易產生元件的劣化。由於例如不如習知的非揮發性記憶體那樣地對浮動閘極注入電子或從浮動閘極抽出電子，因此不會發生如絕緣體的劣化等的問題。換言之，根據本發明的一個實施方式的半導體裝置是對習知的非揮發性記憶體所具有的問題的重寫的次數沒有限制而其可靠性得到極大提高的半導體裝置。再者，根據電晶體的導通狀態或非導通狀態而進行資訊寫入，而可以進行高速工作。本實施方式可以將其至少一部分與本說明 書所記載的其他實施方式適當的組合而實施。
實施方式6
〈半導體裝置的結構2〉
在本實施方式中，參照圖式說明利用本發明的一個實施方式的電晶體的電路的一個例子。
〈剖面結構〉
圖36A及圖36B示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖。在圖36A中，X1-X2方向表示通道長度方向，而在圖36B中，Y1-Y2方向表示通道寬度方向。圖36A及圖36B所示的半導體裝置在下部包括使用第一半導體材料的電晶體2200，而在上部包括使用第二半導體材料的電晶體2100。圖36A及圖36B示出了作為使用第二半導體材料的電晶體2100使用圖4A至圖4C所例示的電晶體的例子。
第一半導體材料和第二半導體材料較佳為具有彼此不同的禁止帶寬度的材料。例如，可以將氧化物半導體以外的半導體材料(矽(包含應變矽)、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵、有機半導體等)用作第一半導體材料，並且將氧化物半導體用作第二半導體材料。作為氧化物半導體以外的材料使用單晶矽等的電晶體容易進行高速工作。另一方面，藉由將在上述實施方式中例示出的電晶體適用於使用氧化物半導體的電晶 體，可以得到良好的次臨界值特性，而實現微型電晶體。此外，該電晶體的切換速度快所以可以進行高速工作，並且其關態電流小所以洩漏電流小。
電晶體2200可以是n通道電晶體和p通道電晶體中的任一個，根據電路使用適合的電晶體即可。另外，除了使用包含氧化物半導體的根據本發明的一個實施方式的電晶體之外，半導體裝置的材料及結構等具體結構不侷限於在此所示的結構。
在圖36A及圖36B所示的結構中，在電晶體2200上隔著絕緣體2201、絕緣體2207及絕緣體2208設置有電晶體2100。在電晶體2200與電晶體2100之間設置有多個佈線2202。此外，藉由埋入各種絕緣體中的多個插頭2203使設置在該絕緣體上及下的佈線或電極彼此電連接。此外，還設置有覆蓋電晶體2100的絕緣體2204以及絕緣體2204上的佈線2205。
如此，藉由層疊兩種電晶體，可以減少電路的佔有面積，而可以高密度地設置多個電路。
在此，在將矽類半導體材料用於設置在下層的電晶體2200時，設置在電晶體2200的半導體膜的附近的絕緣體中的氫具有使矽的懸空鍵終結而提高電晶體2200的可靠性的效果。另一方面，在將氧化物半導體用於設置在上層的電晶體2100時，設置在電晶體2100的半導體膜附近的絕緣體中的氫有可能成為在氧化物半導體中生成載子的原因之一，所以有時引起電晶體2100的可靠 性的下降。因此，當在使用矽類半導體材料的電晶體2200上層疊使用氧化物半導體的電晶體2100時，在它們之間設置具有防止氫的擴散的功能的絕緣體2207是特別有效的。藉由利用絕緣體2207將氫封閉在下層，可以提高電晶體2200的可靠性，此外，由於從下層到上層的氫的擴散得到抑制，所以同時可以提高電晶體2100的可靠性。
絕緣體2207例如可以使用氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿、釔安定氧化鋯(YSZ)等。
此外，較佳為在電晶體2100上以覆蓋包括氧化物半導體膜的電晶體2100的方式形成具有防止氫的擴散的功能的障壁膜。該障壁膜可以使用與絕緣體2207相同的材料，特別較佳為使用氧化鋁膜。氧化鋁膜可以在成膜時對其下方的絕緣體添加過量氧，且藉由熱製程過量氧移動到電晶體2100的氧化物半導體層，其效果是修復氧化物半導體層中的缺陷。再者，氧化鋁膜的不使氫、水分等雜質和氧透過膜的遮斷(阻擋)效果高。因此，藉由作為覆蓋電晶體2100的該障壁膜使用氧化鋁膜，可以防止氧從電晶體2100中的氧化物半導體膜脫離，還可以防止水及氫混入氧化物半導體膜。另外，既可以使用具有疊層結構的絕緣體2204作為該障壁膜，又可以在絕緣體2204的下側設置該障壁膜。
另外，電晶體2200不僅是平面型電晶體，而 且還可以是各種類型的電晶體。例如，可以是FIN(鰭)型、TRI-GATE(三閘極)型電晶體等。圖36E及圖36F示出此時的剖面圖的例子。在半導體基板2211上設置有絕緣體2212。半導體基板2211具有頂端細的凸部(也稱為鰭)。此外，也可以在凸部上設置有絕緣體。該絕緣體被用作避免在形成凸部時半導體基板2211被蝕刻的遮罩。另外，凸部可以是頂端不細的形狀，例如該凸部也可以是大致長方體或頂端粗的形狀。在半導體基板2211的凸部上設置有閘極絕緣體2214，且在該閘極絕緣體2214上設置有閘極電極2213。在半導體基板2211中形成有源極區域及汲極區域2215。另外，雖然在此示出了半導體基板2211具有凸部的例子，但是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置不侷限於此。例如，也可以對SOI基板進行加工形成具有凸部的半導體區域。
本實施方式可以將其至少一部分與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當的組合而實施。
實施方式7
〈CMOS電路〉
圖36C所示的電路圖示出所謂的CMOS電路的結構，其中將p通道電晶體2200和n通道電晶體2100串聯連接且將各閘極連接。
〈類比開關〉
圖36D所示的電路圖示出將電晶體2100和電晶體2200的各源極和汲極連接的結構。藉由採用該結構，可以將其用作所謂的類比開關。本實施方式可以將其至少一部分與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當的組合而實施。
實施方式8
〈CPU〉
下面說明包括上述電晶體或上述記憶體裝置等半導體裝置的CPU。
圖37是示出其一部分使用上述電晶體的CPU的一個例子的結構的方塊圖。
圖37所示的CPU在基板1190上具有：ALU1191(ALU：Arithmetic logic unit：算術邏輯單元)、ALU控制器1192、指令解碼器1193、中斷控制器1194、時序控制器1195、暫存器1196、暫存器控制器1197、匯流排介面1198、能夠重寫的ROM1199以及ROM介面1189。作為基板1190使用半導體基板、SOI基板、玻璃基板等。ROM1199及ROM介面1189也可以設置在不同的晶片上。當然，圖37所示的CPU只是簡化其結構而示的一個例子而已，所以實際上的CPU根據其用途具有各種各樣的結構。例如，也可以以包括圖37所示的CPU或算術電路的結構為核心，設置多個該核心並使其同時工作。另外，在CPU的內部算術電路或資料匯流排中能夠 處理的位元數例如可以為8位元、16位元、32位元、64位元等。
藉由匯流排介面1198輸入到CPU的指令在輸入到指令解碼器1193並被解碼後輸入到ALU控制器1192、中斷控制器1194、暫存器控制器1197、時序控制器1195。
ALU控制器1192、中斷控制器1194、暫存器控制器1197、時序控制器1195根據被解碼的指令進行各種控制。明確而言，ALU控制器1192生成用來控制ALU1191的工作的信號。另外，中斷控制器1194在執行CPU的程式時，根據其優先度或遮罩狀態來判斷來自外部的輸入/輸出裝置或週邊電路的中斷要求而對該要求進行處理。暫存器控制器1197生成暫存器1196的位址，並根據CPU的狀態進行暫存器1196的讀出或寫入。
在圖37所示的CPU中，在暫存器1196中設置有記憶單元。可以將上述電晶體或記憶體裝置等用於暫存器1196的記憶單元。
在圖37所示的CPU中，暫存器控制器1197根據來自ALU1191的指令進行暫存器1196中的保持工作的選擇。換言之，暫存器控制器1197在暫存器1196所具有的記憶單元中選擇是由正反器保持資料還是由電容器保持資料。在選擇由正反器保持資料的情況下，對暫存器1196中的記憶單元供應電源電壓。在選擇由電容器保持資料的情況下，對電容器進行資料的重寫，而可以停止對 暫存器1196中的記憶單元供應電源電壓。
圖38是可以用作暫存器1196的記憶元件的電路圖的一個例子。記憶元件1200包括在電源關閉時失去存儲資料的電路1201、在電源關閉時不失去存儲資料的電路1202、開關1203、開關1204、邏輯元件1206、電容器1207以及具有選擇功能的電路1220。電路1202包括電容器1208、電晶體1209及電晶體1210。另外，記憶元件1200根據需要還可以包括其他元件諸如二極體、電阻元件或電感器等。
在此，電路1202可以使用上述記憶體裝置。在停止對記憶元件1200供應電源電壓時，GND(0V)或使電晶體1209關閉的電位持續被輸入到電路1202中的電晶體1209的閘極。例如，電晶體1209的閘極藉由電阻器等負載接地。
示出開關1203為具有一導電性(例如，n通道型)的電晶體1213，而開關1204為具有與此相反的導電性(例如，p通道型)的電晶體1214的例子。這裡，開關1203的第一端子對應於電晶體1213的源極和汲極中的一個，開關1203的第二端子對應於電晶體1213的源極和汲極中的另一個，並且開關1203的第一端子與第二端子之間的導通或非導通(亦即，電晶體1213的導通狀態/非導通狀態)由輸入到電晶體1213的閘極中的控制信號RD選擇。開關1204的第一端子對應於電晶體1214的源極和汲極中的一個，開關1204的第二端子對應於電晶體1214的 源極和汲極中的另一個，並且開關1204的第一端子與第二端子之間的導通或非導通(亦即，電晶體1214的導通狀態/非導通狀態)由輸入到電晶體1214的閘極中的控制信號RD選擇。
電晶體1209的源極和汲極中的一個電連接到電容器1208的一對電極的一個及電晶體1210的閘極。在此，將連接部分稱為節點N2。電晶體1210的源極和汲極中的一個電連接到能夠供應低電源電位的佈線(例如，GND線)，而另一個電連接到開關1203的第一端子(電晶體1213的源極和汲極中的一個)。開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)電連接到開關1204的第一端子(電晶體1214的源極和汲極中的一個)。開關1204的第二端子(電晶體1214的源極和汲極中的另一個)電連接到能夠供應電源電位VDD的佈線。開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)、開關1204的第一端子(電晶體1214的源極和汲極中的一個)、邏輯元件1206的輸入端子和電容器1207的一對電極的一個互相電連接。在此，將連接部分稱為節點N1。可以對電容器1207的一對電極的另一個輸入固定電位。例如，可以對其輸入低電源電位(GND等)或高電源電位(VDD等)。電容器1207的一對電極的另一個電連接到能夠供應低電源電位的佈線(例如，GND線)。可以對電容器1208的一對電極的另一個輸入固定電位。例如，可以對其輸入低電源電位(GND等)或高電源電位(VDD等)。電容 器1208的一對電極的另一個電連接到能夠供應低電源電位的佈線(例如，GND線)。
另外，當積極地利用電晶體或佈線的寄生電容等時，可以不設置電容器1207及電容器1208。
控制信號WE輸入到電晶體1209的第一閘極(第一閘極電極)。開關1203及開關1204的第一端子與第二端子之間的導通狀態或非導通狀態由與控制信號WE不同的控制信號RD選擇，當一個開關的第一端子與第二端子之間處於導通狀態時，另一個開關的第一端子與第二端子之間處於非導通狀態。
對應於保持在電路1201中的資料的信號被輸入到電晶體1209的源極和汲極中的另一個。圖38示出從電路1201輸出的信號輸入到電晶體1209的源極和汲極中的另一個的例子。由邏輯元件1206使從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號的邏輯值反轉而成為反轉信號，將其經由電路1220輸入到電路1201。
另外，雖然圖38示出從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號藉由邏輯元件1206及電路1220輸入到電路1201的例子，但是不侷限於此。可以不使從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號的邏輯值反轉而輸入到電路1201。例如，當電路1201包括其中保持使從輸入端子輸入的信號的邏輯值反轉的信號的節點時， 可以將從開關1203的第二端子(電晶體1213的源極和汲極中的另一個)輸出的信號輸入到該節點。
在圖38所示的用於記憶元件1200的電晶體中，作為電晶體1209以外的電晶體可以使用其通道形成在由氧化物半導體以外的半導體構成的膜或基板1190中的電晶體。例如，可以使用其通道形成在矽膜或矽基板中的電晶體。此外，記憶元件1200中的所有電晶體都可以是其通道形成在氧化物半導體中的電晶體。或者，記憶元件1200除了電晶體1209以外還可以包括其通道形成在氧化物半導體中的電晶體，並且作為其餘的電晶體可以使用其通道形成在由氧化物半導體以外的半導體構成的膜或基板1190中的電晶體。
圖38所示的電路1201例如可以使用正反器電路。另外，作為邏輯元件1206例如可以使用反相器或時脈反相器等。
在本發明的一個實施方式的半導體裝置中，在不向記憶元件1200供應電源電壓的期間，可以由設置在電路1202中的電容器1208保持儲存在電路1201中的資料。
另外，其通道形成在氧化物半導體中的電晶體的關態電流極小。例如，其通道形成在氧化物半導體中的電晶體的關態電流比其通道形成在具有結晶性的矽中的電晶體的關態電流小得多。因此，藉由將該電晶體用作電晶體1209，即便在不向記憶元件1200供應電源電壓的期 間也可以長期間儲存電容器1208所保持的信號。因此，記憶元件1200在停止供應電源電壓的期間也可以保持存儲內容(資料)。
另外，由於該記憶元件藉由使用開關1203及開關1204進行預充電工作，因此可以縮短在再次開始供應電源電壓之後直到電路1201重新保持原來的資料為止所需要的時間。
另外，在電路1202中，電容器1208所保持的信號被輸入到電晶體1210的閘極。因此，在再次開始向記憶元件1200供應電源電壓之後，可以根據由電容器1208保持的信號決定電晶體1210的狀態(導通狀態或非導通狀態)，並從電路1202讀出該信號。因此，即便對應於保持在電容器1208中的信號的電位稍有變動，也可以準確地讀出原來的信號。
藉由將這種記憶元件1200用於處理器所具有的暫存器或快取記憶體等記憶體裝置，可以防止記憶體裝置內的資料因停止電源電壓的供應而消失。另外，可以在再次開始供應電源電壓之後在短時間內恢復到停止供應電源之前的狀態。因此，可以在處理器整體中或構成處理器的一個或多個邏輯電路中在短時間內停止電源，從而可以抑制功耗。
雖然說明了將記憶元件1200用於CPU的例子，但也可以將記憶元件1200應用於LSI諸如DSP(Digital Signal Processor：數位信號處理器)、定製 LSI、PLD(Programmable Logic Device：可程式邏輯裝置)等以及RF-Tag(Radio Frequency Tag：射頻標籤)。
本實施方式可以將其至少一部分與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當的組合而實施。
實施方式9
〈攝像裝置〉
圖39A是示出根據本發明的一個實施方式的攝像裝置200的例子的俯視圖。攝像裝置200包括像素部210、用來驅動像素部210的週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280及週邊電路290。像素部210包括配置為p行q列(p及q為2以上的整數)的矩陣狀的多個像素211。週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280及週邊電路290分別與多個像素211連接，並具有供應用來驅動多個像素211的信號的功能。此外，在本說明書等中，有時將週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280及週邊電路290等總稱為“週邊電路”或“驅動電路”。例如，週邊電路260也可以說是週邊電路的一部分。
攝像裝置200較佳為包括光源291。光源291能夠發射檢測光P1。
週邊電路至少包括邏輯電路、開關、緩衝器、放大電路或轉換電路中的一個。此外，也可以在形成像素部210的基板上製造週邊電路。另外，也可以將IC晶片等半導體裝置用於週邊電路的一部分或全部。注意， 也可以省略週邊電路260、週邊電路270、週邊電路280和週邊電路290中的一個以上。
如圖39B所示，在攝像裝置200所包括的像素部210中，也可以以像素211傾斜的方式配置。藉由以像素211傾斜的方式配置，可以縮短在行方向上及列方向上的像素間隔(間距)。由此，可以提高攝像裝置200的攝像品質。
〈像素的結構例子1〉
藉由使攝像裝置200所包括的一個像素211由多個子像素212構成，且使每個子像素212與使特定的波長區域的光透過的濾光片(濾色片)組合，可以獲得用來實現彩色影像顯示的資料。
圖40A是示出用來取得彩色影像的像素211的一個例子的俯視圖。圖40A所示的像素211包括設置有使紅色(R)的波長區域的光透過的濾色片的子像素212(以下也稱為“子像素212R”)、設置有使綠色(G)的波長區域的光透過的濾色片的子像素212(以下也稱為“子像素212G”)及設置有使藍色(B)的波長區域的光透過的濾色片的子像素212(以下也稱為“子像素212B”)。子像素212可以被用作光感測器。
子像素212(子像素212R、子像素212G及子像素212B)與佈線231、佈線247、佈線248、佈線249、佈線250電連接。此外，子像素212R、子像素212G及子 像素212B分別連接於獨立的佈線253。在本說明書等中，例如將與第n行的像素211連接的佈線248、佈線249及佈線250分別稱為佈線248[n]、佈線249[n]及佈線250[n]。此外，例如，將與第m列的像素211連接的佈線253稱為佈線253[m]。此外，在圖40A中，將與第m列的像素211所包括的子像素212R連接的佈線253稱為佈線253[m]R，將與子像素212G連接的佈線253稱為佈線253[m]G，將與子像素212B連接的佈線253稱為佈線253[m]B。子像素212藉由上述佈線與週邊電路電連接。
攝像裝置200具有相鄰的像素211的設置有使相同的波長區域的光透過的濾色片的子像素212藉由開關彼此電連接的結構。圖40B示出配置在第n行(n為1以上且p以下的整數)第m列(m為1以上且q以下的整數)的像素211所包括的子像素212與相鄰於該像素211的配置在第n+1行第m列的像素211所包括的子像素212的連接例子。在圖40B中，配置在第n行第m列的子像素212R與配置在第n+1行第m列的子像素212R藉由開關201連接。此外，配置在第n行第m列的子像素212G與配置在第n+1行第m列的子像素212G藉由開關202連接。此外，配置在第n行第m列的子像素212B與配置在第n+1行第m列的子像素212B藉由開關203連接。
用於子像素212的濾色片不侷限於紅色(R)濾色片、綠色(G)濾色片、藍色(B)濾色片，也可以使用使青色(C)、黃色(Y)及洋紅色(M)的光透過的濾色片。藉由在 一個像素211中設置檢測三種不同波長區域的光的子像素212，可以獲得全彩色影像。
或者，可以使用如下像素211，該像素211除了包括分別設置有使紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)的光透過的濾色片的各子像素212以外，還包括設置有使黃色(Y)的光透過的濾色片的子像素212。或者，可以使用如下像素211，該像素211除了包括分別設置有使青色(C)、黃色(Y)及洋紅色(M)的光透過的濾色片的各子像素212以外，還包括設置有使藍色(B)的光透過的濾色片的子像素212。藉由在一個像素211中設置檢測四種不同波長區域的光的子像素212，可以進一步提高所獲得的影像的顏色再現性。
例如，在圖40A中，檢測紅色波長區域的光的子像素212、檢測綠色波長區域的光的子像素212及檢測藍色波長區域的光的子像素212的像素數比(或受光面積比)不侷限於1：1：1。例如，也可以採用像素數比(受光面積比)為紅色：綠色：藍色=1：2：1的Bayer排列。或者，像素數比(受光面積比)也可以為紅色：綠色：藍色=1：6：1。
設置在像素211中的子像素212的數量可以為一個，但較佳為兩個以上。例如，藉由設置兩個以上的檢測相同波長區域的光的子像素212，可以提高冗餘性，由此可以提高攝像裝置200的可靠性。
此外，藉由使用反射或吸收可見光且使紅外光透過的IR(IR：Infrared)濾光片，可以實現檢測紅外光 的攝像裝置200。
藉由使用ND(ND：Neutral Density)濾光片(減光濾光片)，可以防止大光量光入射光電轉換元件(受光元件)時產生的輸出飽和。藉由組合使用減光量不同的ND濾光片，可以增大攝像裝置的動態範圍。
除了上述濾光片以外，還可以在像素211中設置透鏡。這裡，參照圖41A及圖41B的剖面圖說明像素211、濾光片254、透鏡255的配置例子。藉由設置透鏡255，可以使設置在子像素212中的光電轉換元件高效地受光。明確而言，如圖41A所示，可以使光256穿過形成在像素211中的透鏡255、濾光片254(濾光片254R、濾光片254G及濾光片254B)及像素電路230等而入射到光電轉換元件220。
注意，如由點劃線圍繞的區域所示，有時箭頭所示的光256的一部分被佈線257的一部分遮蔽。因此，如圖41B所示，較佳為採用在光電轉換元件220一側配置透鏡255及濾光片254，而使光電轉換元件220高效地接收光256的結構。藉由從光電轉換元件220一側將光256入射到光電轉換元件220，可以提供檢測靈敏度高的攝像裝置200。
作為圖41A及圖41B所示的光電轉換元件220，也可以使用形成有pn接面或pin接面的光電轉換元件。
光電轉換元件220也可以使用具有吸收輻射 產生電荷的功能的物質形成。作為具有吸收輻射產生電荷的功能的物質，可舉出硒、碘化鉛、碘化汞、砷化鎵、碲化鎘、鎘鋅合金等。
例如，在將硒用於光電轉換元件220時，可以實現對可見光、紫外光、紅外光、X射線、伽瑪射線等較寬的波長區域具有光吸收係數的光電轉換元件220。
在此，攝像裝置200所包括的一個像素211除了圖41A及圖41B所示的子像素212以外，還可以包括具有第一濾光片的子像素212。
〈像素的結構例子2〉
下面，對包括使用矽的電晶體及根據本發明的一個實施方式的使用氧化物半導體的電晶體的像素的一個例子進行說明。
圖42A及圖42B是構成攝像裝置的元件的剖面圖。
圖42A所示的攝像裝置包括在將設置在矽基板300上的矽用於通道形成區域的電晶體351上層疊配置的將氧化物半導體用於通道形成區域的電晶體353及電晶體354以及設置在矽基板300中的包括陽極361、陰極362的光電二極體360。各電晶體及光電二極體360與各種插頭370及佈線371電連接。此外，光電二極體360的陽極361藉由低電阻區域363與插頭370電連接。
攝像裝置包括：包括設置在矽基板300上的 電晶體351及光電二極體360的層305、以與層305接觸的方式設置且包括佈線371的層320、以與層320接觸的方式設置且包括電晶體353及電晶體354的層331、以與層331接觸的方式設置且包括佈線372及佈線373的層340。
在圖42A的剖面圖的一個例子中，在矽基板300中，在與形成有電晶體351的面相反一側設置有光電二極體360的受光面。藉由採用該結構，可以確保光路而不受各種電晶體或佈線等的影響。因此，可以形成高開口部率的像素。此外，光電二極體360的受光面也可以是與形成有電晶體351的面相同的面。
在使用將矽用於通道形成區域的電晶體構成像素時，層305為包括電晶體的層，即可。或者，像素也可以只包括將氧化物半導體用於通道形成區域的電晶體而省略層305。
在圖42A的剖面圖中，可以以設置在層305中的光電二極體360與設置在層331中的電晶體重疊的方式形成。因此，可以提高像素的集成度。也就是說，可以提高攝像裝置的解析度。
此外，在圖42B的攝像裝置中，可以在層340一側將光電二極體365設置於電晶體上。在圖42B中，例如層305包括將矽用於通道形成區域的電晶體351及電晶體352，層320包括佈線371，層331包括將氧化物半導體層用於通道形成區域的電晶體353及電晶體 354，層340包括光電二極體365，光電二極體365包括半導體層366、半導體層367及半導體層368，並且該光電二極體365藉由插頭370與佈線373及佈線374電連接。
藉由採用圖42B所示的元件結構，可以提高開口部率。
此外，作為光電二極體365也可以採用使用非晶矽膜或微晶矽膜等的pin型二極體元件等。光電二極體365包括依次層疊的n型半導體層368、i型半導體層367及p型半導體層366。i型半導體層367較佳為使用非晶矽。p型半導體層366及n型半導體層368可以使用包含賦予各導電性的摻雜物的非晶矽或者微晶矽等。其光電轉換層包含非晶矽的光電二極體365在可見光波長區域內的靈敏度較高，容易檢測出微弱的可見光。
這裡，在包括電晶體351及光電二極體360的層305與包括電晶體353及電晶體354的層331之間設置有絕緣體380。注意，絕緣體380的位置不侷限於此。
設置在電晶體351的通道形成區域附近的絕緣體中的氫使矽的懸空鍵終結，由此可以提高電晶體351的可靠性。另一方面，設置在電晶體353及電晶體354等附近的絕緣體中的氫有可能成為在氧化物半導體中生成載子的原因之一。因此，有時引起電晶體353及電晶體354等的可靠性的下降。因此，當在使用矽類半導體的電晶體上層疊設置使用氧化物半導體的電晶體時，在它們之間設 置具有阻擋氫的功能的絕緣體380是較佳的。藉由將氫封閉在絕緣體380的下層，可以提高電晶體351的可靠性。再者，由於可以抑制氫從絕緣體380的下層擴散至絕緣體380的上層，所以可以提高電晶體353及電晶體354等的可靠性。此外，藉由在電晶體353及電晶體354上設置絕緣體381，可以防止氧擴散在氧化物半導體中。
本實施方式可以將其至少一部分與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當的組合而實施。
實施方式10
〈RF標籤〉
在本實施方式中，參照圖43說明包括上述實施方式所說明的電晶體或記憶體裝置的RF標籤。
根據本實施方式的RF標籤在其內部包括記憶體電路，在該記憶體電路中儲存所需要的資料，並使用非接觸單元諸如無線通訊向外部發送資料和/或從外部接收資料。由於具有這種特徵，RF標籤可以被用於藉由讀取物品等的個體資訊來識別物品的個體識別系統等。注意，這些用途要求極高的可靠性。
參照圖43說明RF標籤的結構。圖43是示出RF標籤的結構例子的方塊圖。
如圖43所示，RF標籤800包括接收從與通訊器801(也稱為詢問器、讀取器/寫入器等)連接的天線802發送的無線信號803的天線804。RF標籤800還包括 整流電路805、定電壓電路806、解調變電路807、調變電路808、邏輯電路809、記憶體電路810、ROM811。另外，在包括在解調變電路807中的具有整流作用的電晶體中，也可以使用充分地抑制反向電流的材料，諸如氧化物半導體。由此，可以抑制起因於反向電流的整流作用的降低並防止解調變電路的輸出飽和，也就是說，可以使解調變電路的輸入和解調變電路的輸出之間的關係靠近於線性關係。注意，資料傳輸方法大致分成如下三種方法：將一對線圈相對地設置並利用互感進行通訊的電磁耦合方法；利用感應場進行通訊的電磁感應方法；以及利用電波進行通訊的電波方法。在本實施方式所示的RF標籤800中可以使用上述任何方法。
接著，說明各電路的結構。天線804與連接於通訊器801的天線802之間進行無線信號803的發送及接收。在整流電路805中，對藉由由天線804接收無線信號來生成的輸入交流信號進行整流，例如進行半波倍壓整流，並由設置在後級的電容器使被整流的信號平滑化，由此生成輸入電位。另外，整流電路805的輸入一側或輸出一側也可以設置限制器電路。限制器電路是在輸入交流信號的振幅大且內部生成電壓大時進行控制以不使一定以上的電力輸入到後級的電路中的電路。
定電壓電路806是由輸入電位生成穩定的電源電壓而供應到各電路的電路。定電壓電路806也可以在其內部包括重設信號生成電路。重設信號生成電路是利用 穩定的電源電壓的上升而生成邏輯電路809的重設信號的電路。
解調變電路807是藉由包封檢測對輸入交流信號進行解調並生成解調信號的電路。此外，調變電路808是根據從天線804輸出的資料進行調變的電路。
邏輯電路809是分析解調信號並進行處理的電路。記憶體電路810是保持被輸入的資料的電路，並包括行解碼器、列解碼器、存儲區域等。此外，ROM811是保持識別號碼(ID)等並根據處理進行輸出的電路。
注意，根據需要可以適當地設置上述各電路。
在此，可以將上述實施方式所示的記憶體電路用於記憶體電路810。因為根據本發明的一個實施方式的記憶體電路即使在關閉電源的狀態下也可以保持資料，所以適用於RF標籤。再者，因為根據本發明的一個實施方式的記憶體電路的資料寫入所需要的電力(電壓)比習知的非揮發性記憶體低得多，所以也可以不產生資料讀出時和寫入時的最大通訊距離的差異。再者，根據本發明的一個實施方式的記憶體電路可以抑制由於資料寫入時的電力不足引起誤動作或誤寫入的情況。
此外，因為根據本發明的一個實施方式的記憶體電路可以用作非揮發性記憶體，所以還可以應用於ROM811。在此情況下，較佳為生產者另外準備用來對ROM811寫入資料的指令防止使用者自由地重寫。由於生 產者在預先寫入識別號碼後出貨，可以僅使出貨的良品具有識別號碼而不使所製造的所有RF標籤具有識別號碼，由此不發生出貨後的產品的識別號碼不連續的情況而可以容易根據出貨後的產品進行顧客管理。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式11
〈顯示裝置〉
以下參照圖44A至圖45B說明根據本發明的一個實施方式的顯示裝置。
作為用於顯示裝置的顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)等。發光元件在其範疇內包括其亮度由電流或電壓控制的元件，明確而言，包括無機EL(Electroluminescence：電致發光)元件、有機EL元件等。下面，作為顯示裝置的一個例子對使用EL元件的顯示裝置(EL顯示裝置)及使用液晶元件的顯示裝置(液晶顯示裝置)進行說明。
另外，下面示出的顯示裝置包括密封有顯示元件的面板及在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。
另外，下面示出的顯示裝置是指影像顯示裝置或光源(包括照明設備)。此外，顯示裝置還包括：安裝有連接器諸如FPC或TCP的模組；在TCP的端部設置有 印刷線路板的模組；或者藉由COG方式將IC(集成電路)直接安裝到顯示元件的模組。
圖44A至圖44C是根據本發明的一個實施方式的EL顯示裝置的一個例子。圖44A示出EL顯示裝置的像素的電路圖。圖44B是示出EL顯示裝置整體的俯視圖。此外，圖44C是對應於圖44B的點劃線M-N的一部分的剖面圖。
圖44A是用於EL顯示裝置的像素的電路圖的一個例子。
在本說明書等中，有時即使不指定主動元件(電晶體、二極體等)、被動元件(電容器、電阻元件等)等所具有的所有端子的連接位置，所屬技術領域的通常知識者也能夠構成發明的一個實施方式。也就是說，即使未指定連接位置，也可以說發明的一個實施方式是明確的，並且，當在本說明書等記載有指定連接位置的內容時，有時可以判斷為在本說明書等中記載有該方式。尤其是，在端子的連接位置有多個的情況下，不一定必須要將該端子的連接位置限於指定的部分。因此，有時藉由僅指定主動元件(電晶體、二極體等)、被動元件(電容器、電阻元件等)等所具有的一部分的端子的連接位置，就能夠構成發明的一個實施方式。
在本說明書等中，當至少指定某個電路的連接位置時，有時所屬技術領域的通常知識者能夠指定發明。或者，當至少指定某個電路的功能時，有時所屬技術 領域的通常知識者能夠指定發明。也就是說，只要指定功能，就可以說是發明的一個實施方式是明確的，而判斷為在本說明書等中記載有該方式。因此，即使只指定某個電路的連接位置而不指定其功能時，也可以判斷為該電路作為發明的一個實施方式公開而構成發明的一個實施方式。或者，即使只指定某個電路的功能而不指定其連接位置時，也可以判斷為該電路作為發明的一個實施方式公開而構成發明的一個實施方式。
圖44A所示的EL顯示裝置包含切換元件743、電晶體741、電容器742、發光元件719。
另外，由於圖44A等是電路結構的一個例子，所以還可以追加設置電晶體。與此相反，在圖44A的各節點中，也可以不追加電晶體、開關、被動元件等。
電晶體741的閘極與切換元件743的一個端子及電容器742的一個電極電連接。電晶體741的源極與電容器742的另一個電極及發光元件719的一個電極電連接。電晶體741的汲極被供應電源電位VDD。切換元件743的另一個端子與信號線744電連接。發光元件719的另一個電極被供應恆電位。另外，恆電位為等於或低於接地電位GND的電位。
作為切換元件743，較佳為使用電晶體。藉由使用電晶體，可以減小像素的面積，由此可以提供解析度高的EL顯示裝置。作為切換元件743，使用藉由與電晶體741同一製程形成的電晶體，由此可以提高EL顯示裝 置的生產率。作為電晶體741及/或切換元件743，例如可以適用圖4A至圖4C所示的電晶體。
圖44B是EL顯示裝置的俯視圖。EL顯示裝置包括基板700、基板750、密封材料734、驅動電路735、驅動電路736、像素737以及FPC732。密封材料734以包圍像素737、驅動電路735以及驅動電路736的方式配置在基板700與基板750之間。另外，驅動電路735或/及驅動電路736也可以配置在密封材料734的外側。
圖44C是對應於圖44B的點劃線M-N的一部分的EL顯示裝置的剖面圖。
在圖44C中，示出電晶體741，該電晶體741包括：基板700上的絕緣體712a及導電體704a；在絕緣體712a及導電體704a上並其一部分與導電體704a重疊的絕緣體706a；絕緣體706a上的半導體706b；與半導體706b的頂面接觸的導電體716a1及導電體716a2；覆蓋導電體716a1的頂面及側面的絕緣體724a1；覆蓋導電體716a2的頂面及側面的絕緣體724a2；在絕緣體712a上並包括與絕緣體724a1的頂面及絕緣體724a2的頂面接觸的區域的絕緣體706c；絕緣體706c上的絕緣體718b；絕緣體718b上的絕緣體710；以及隔著絕緣體718b及絕緣體706c位於半導體706b上的導電體714a。注意，電晶體741的結構只是一個例子，也可以與圖44C所示的結構不同。
在圖44C所示的電晶體741中，導電體704a被用作閘極電極，絕緣體712a被用作閘極絕緣體，導電體716a1被用作源極電極，導電體716a2被用作汲極電極，絕緣體718b被用作閘極絕緣體，並且導電體714a被用作閘極電極。注意，絕緣體706a、半導體706b及絕緣體706c有時因光照射而其電特性發生變動。因此，較佳的是導電體704a、導電體716a1、導電體716a2和導電體714a中的任一個以上具有遮光性。
圖44C示出電容器742，該電容器742包括：基板700上的絕緣體712a；絕緣體712a上的絕緣體706c；絕緣體706c上的絕緣體718；絕緣體718上的導電體722；覆蓋導電體722的絕緣體723；以及包括隔著絕緣體723與導電體722重疊的區域的導電體714b。
在電容器742中，將導電體722用作一個電極，將導電體714b用作另一個電極。
因此，可以使用與電晶體741相同的膜製造電容器742。導電體714a和導電體714b較佳為使用同種導電體。此時，可以藉由同一製程形成導電體714a和導電體714b。
圖44C所示的電容器742是相對於佔有面積的電容大的電容器。因此，圖44C是顯示品質高的EL顯示裝置。注意，電容器742的結構是一個例子，而也可以與圖44C所示的結構不同。例如，可以使用實施方式1所示的結構。
在電晶體741及電容器742上配置有絕緣體728，在絕緣體728上配置有絕緣體720。在此，絕緣體728及絕緣體720也可以具有到達用作電晶體741的源極電極的導電體716a2的開口部。在絕緣體720上配置有導電體781。導電體781也可以經過絕緣體728及絕緣體720中的開口部與電晶體741電連接。此外，導電體781也可以經過絕緣體728及絕緣體720中的開口部與電容器742的一個電極電連接。
在導電體781上配置有具有到達導電體781的開口部的分隔壁784。在分隔壁784上配置有在分隔壁784的開口部中與導電體781接觸的發光層782。在發光層782上配置有導電體783。導電體781、發光層782和導電體783重疊的區域被用作發光元件719。在圖44C中，FPC732藉由端子731連接到佈線733a。另外，佈線733a也可以採用與構成電晶體741的導電體或半導體相同的種類的導電體或半導體。
至此，說明了EL顯示裝置的例子。接著，將說明液晶顯示裝置的例子。
圖45A是示出液晶顯示裝置的像素的結構例子的電路圖。圖45A所示的像素包括電晶體751、電容器752、在一對電極之間填充有液晶的元件(液晶元件)753。
電晶體751的源極和汲極中的一個與信號線755電連接，電晶體751的閘極與掃描線754電連接。
電容器752的一個電極與電晶體751的源極 和汲極中的另一個電連接，電容器752的另一個電極與供應共用電位的佈線電連接。
液晶元件753的一個電極與電晶體751的源極和汲極中的另一個電連接，液晶元件753的另一個電極與供應共用電位的佈線電連接。此外，供應到與上述電容器752的另一個電極電連接的佈線的共用電位與供應到液晶元件753的另一個電極的共用電位可以不同。
假設液晶顯示裝置的俯視圖與EL顯示裝置相同來進行說明。圖45B示出對應於沿著圖44B的點劃線M-N的液晶顯示裝置的剖面圖。在圖45B中，FPC732藉由端子731與佈線733a連接。佈線733a也可以使用與構成電晶體751的導電體或半導體同種的導電體或半導體。
電晶體751參照關於電晶體741的記載。電容器752參照關於電容器742的記載。注意，圖45B示出具有對應於圖44C的電容器742之結構的電容器752之結構，但是電容器752之結構不侷限於此。
當將氧化物半導體用於電晶體751的半導體時，可以實現關態電流極小的電晶體。因此，保持在電容器752中的電荷不容易洩漏，而可以長期間保持施加到液晶元件753的電壓。因此，當顯示動作少的動態影像、靜態影像時，藉由使電晶體751處於關閉狀態，不需要用來使電晶體751工作的電力，由此可以實現低耗電的液晶顯示裝置。另外，因為可以縮小電容器752的佔有面積，所以可以提供一種開口部率高的液晶顯示裝置或高解析度液 晶顯示裝置。
在電晶體751及電容器752上配置有絕緣體721及絕緣體728。在此，絕緣體721及絕緣體728具有到達電晶體751的開口部。在絕緣體721上配置有導電體791。導電體791經過絕緣體721及絕緣體728中的開口部與電晶體751電連接。此外，導電體791經過絕緣體721及絕緣體728中的開口部與電容器752的一個電極電連接。
在導電體791上配置有用作配向膜的絕緣體792。在絕緣體792上配置有液晶層793。在液晶層793上配置有用作配向膜的絕緣體794。在絕緣體794上配置有間隔物795。在間隔物795及絕緣體794上配置有導電體796。在導電體796上配置有基板797。
藉由採用上述結構，可以提供一種包括佔有面積小的電容器的顯示裝置。或者，可以提供一種顯示品質高的顯示裝置。或者，可以提供一種高解析度顯示裝置。
例如，在本說明書等中，顯示元件、包括顯示元件的裝置的顯示裝置、發光元件、以及包括發光元件的裝置的發光裝置可以使用各種方式或者可以包括各種元件。顯示元件、顯示裝置、發光元件或發光裝置例如包括EL元件(包括有機物及無機物的EL元件、有機EL元件、無機EL元件)、LED(白色LED、紅色LED、綠色LED、藍色LED等)、電晶體(根據電流而發光的電晶體)、電子 發射元件、液晶元件、電子墨水、電泳元件、柵光閥(GLV)、電漿顯示器面板(PDP)、使用微機電系統(MEMS)的顯示元件、數位微鏡裝置(DMD)、數位微快門(DMS)、干涉測量調節(IMOD)元件、快門方式的MEMS顯示元件、光干涉方式的MEMS顯示元件、電潤濕(electrowetting)元件、壓電陶瓷顯示器或使用碳奈米管的顯示元件等中的至少一個。除此以外，還可以包括其對比度、亮度、反射率、透射率等因電或磁作用而變化的顯示媒體。
作為使用EL元件的顯示裝置的例子，有EL顯示器等。作為使用電子發射元件的顯示裝置的例子，有場致發射顯示器(FED)或SED方式平面型顯示器(SED：Surface-conduction Electron-emitter Display：表面傳導電子發射顯示器)等。作為使用液晶元件的顯示裝置的例子，有液晶顯示器(透射式液晶顯示器、半透射式液晶顯示器、反射式液晶顯示器、直觀式液晶顯示器、投射式液晶顯示器)等。作為使用電子墨水或電泳元件的顯示裝置的例子，有電子紙等。注意，當實現半透射型液晶顯示器或反射式液晶顯示器時，使像素電極的一部分或全部具有作為反射電極的功能即可。例如，使像素電極的一部分或全部包含鋁、銀等即可。並且，此時也可以將SRAM等記憶體電路設置在反射電極下。由此，可以進一步降低功耗。
注意，當使用LED時，也可以在LED的電極或氮化物半導體下配置石墨烯或石墨。石墨烯或石墨也可 以為層疊有多個層的多層膜。如此，藉由設置石墨烯或石墨，可以更容易地在其上形成氮化物半導體，如具有結晶的n型GaN半導體等。並且，在其上設置具有結晶的p型GaN半導體等，能夠構成LED。此外，也可以在石墨烯或石墨與具有結晶的n型GaN半導體之間設置AlN層。可以利用MOCVD形成LED所包括的GaN半導體。注意，當設置石墨烯時，可以以濺射法形成LED所包括的GaN半導體。
本實施方式可以將其至少一部分與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當的組合而實施。
實施方式12
〈單一電源電路〉
在本實施方式中，參照圖46A至圖54B說明如下半導體裝置的例子：包括含有使用在上述實施方式中說明的氧化物半導體的電晶體(OS電晶體)的多個電路的半導體裝置。
圖46A是半導體裝置900的方塊圖。半導體裝置900包括電源電路901、電路902、電壓產生電路903、電路904、電壓產生電路905及電路906。
電源電路901是生成成為基準的電壓VORG的電路。電壓VORG也可以為多個電壓，而不需要為單一電壓。電壓VORG可以基於從半導體裝置900的外部供應的電壓V0而產生。半導體裝置900可以基於從外部供應的 單一電源電壓而產生電壓VORG。由此，半導體裝置900可以在從外部沒有供應多個電源電壓的情況下工作。
電路902、電路904及電路906是使用不同的電源電壓工作的電路。例如，電路902的電源電壓是基於電壓VORG及電壓VSS(VORG>VSS)施加的電壓。另外，例如，電路904的電源電壓是基於電壓VPOG及電壓VSS(VPOG>VORG)施加的電壓。例如，電路906的電源電壓是基於電壓VORG、電壓VSS及電壓VNEG(VORG>VSS>VNEG)施加的電壓。此外，當將電壓VSS為與地電位(GND)相等的電位時，可以減少電源電路901所產生的電壓的種類。
電壓產生電路903是產生電壓VPOG的電路。電壓產生電路903可以基於從電源電路901供應的電壓VORG產生電壓VPOG。由此，包括電路904的半導體裝置900可以基於從外部供應的單一電源電壓工作。
電壓產生電路905是產生電壓VNEG的電路。電壓產生電路905可以基於從電源電路901供應的電壓VORG生成電壓VNEG。由此，包括電路906的半導體裝置900可以基於從外部供應的單一電源電壓工作。
圖46B示出以電壓VPOG工作的電路904的一個例子，圖46C示出用來使電路904工作的信號波形的一個例子。
圖46B示出電晶體911。供應到電晶體911的閘極的信號例如基於電壓VPOG及電壓VSS產生。該信號在使電晶體911成為導通狀態時基於電壓VPOG產生， 且在使電晶體911成為非導通狀態時基於電壓VSS產生。如圖46C所示，電壓VPOG比電壓VORG高。由此，電晶體911可以進一步確實地使源極(S)和汲極(D)之間成為導通狀態。其結果是，電路904可以實現錯誤工作的減少。
圖46D示出以電壓VNEG工作的電路906的一個例子，圖46E示出用來使電路906工作的信號波形的一個例子。
圖46D示出包括背閘極的電晶體912。供應到電晶體912的閘極的信號例如基於電壓VORG及電壓VSS產生。該信號在使電晶體912成為導通狀態時基於電壓VORG產生，且在使電晶體912成為非導通狀態時基於電壓VSS產生。另外，供應到電晶體912的背閘極的信號基於電壓VNEG產生。如圖46E所示，電壓VNEG比電壓VSS(GND)低。由此，可以以使電晶體912的臨界電壓向正方向漂移的方式進行控制。由此，可以確實地使電晶體912成為非導通狀態，從而可以使流過源極(S)和汲極(D)之間的電流小。其結果是，電路906可以實現錯誤工作的減少及低功耗化。
另外，既可以將電壓VNEG直接施加到電晶體912的背閘極，又可以基於電壓VORG及電壓VNEG產生供應到電晶體912的閘極的信號並將該信號供應到電晶體912的背閘極。
圖47A和圖47B示出圖46D及圖46E的變形例子。
在圖47A所示的電路圖中，示出電壓產生電路905與電路906之間能夠由控制電路921控制其導通狀態的電晶體922。電晶體922為n通道型OS電晶體。控制電路921所輸出的控制信號SBG為控制電晶體922的導通狀態的信號。另外，電路906所包括的電晶體912A、電晶體912B是與電晶體922同樣的OS電晶體。
在圖47B的時序圖中，示出控制信號SBG及節點NBG電位變化，節點NBG表示電晶體912A、電晶體912B的背閘極的電位狀態。當控制信號SBG為高位準時，電晶體922成為導通狀態，並且節點NBG成為電壓VNEG。然後，當控制信號SBG為低位準時，節點NBG成為電浮動狀態。電晶體922為OS電晶體，因此其關態電流小。由此，即使節點NBG成為電浮動狀態，也可以保持供應了的電壓VNEG。
圖48A示出可適用於上述電壓產生電路903的電路結構的一個例子。圖48A所示的電壓產生電路903是五級電荷泵，其中包括二極體D1至二極體D5、電容器C1至電容器C5以及反相器INV。時脈信號CLK直接或者藉由反相器INV被供應到電容器C1至電容器C5。當反相器INV的電源電壓為基於電壓VORG及電壓VSS施加的電壓時，可以藉由時脈信號CLK得到升壓到電壓VORG和VSS之間的電位差的五倍的正電壓的電壓VPOG。另外，二極體D1至二極體D5的順方向電壓為0V。此外，藉由改變電荷泵的級數，可以獲得所希望的電壓VPOG。
圖48B示出可適用於上述電壓產生電路905的電路結構的一個例子。圖48B所示的電壓產生電路905是四級電荷泵，其中包括二極體D1至二極體D5、電容器C1至電容器C5以及反相器INV。時脈信號CLK直接或者藉由反相器INV被供應到電容器C1至電容器C5。當反相器INV的電源電壓為基於電壓VORG及電壓VSS施加的電壓時，可以藉由時脈信號CLK得到從地電位(亦即，電壓VSS)降壓到電壓VORG和VSS之間的電位差的四倍的負電壓的電壓VNEG。另外，二極體D1至二極體D5的順方向電壓為0V。此外，藉由改變電荷泵的級數，可以獲得所希望的電壓VNEG。
另外，上述電壓產生電路903的電路結構不侷限於圖48A所示的電路圖的結構。圖49A至圖49C及圖50A和圖50B示出電壓產生電路903的變形例子。
圖49A所示的電壓產生電路903A包括電晶體M1至電晶體M10、電容器C11至電容器C14以及反相器INV1。時脈信號CLK直接或者藉由反相器INV1被供應到電晶體M1至電晶體M10的閘極。藉由供應時脈信號CLK，可以得到升壓到電壓VORG和VSS之間的電位差的四倍的正電壓的電壓VPOG。此外，藉由改變電荷泵的級數，可以獲得所希望的電壓VPOG。在圖49A所示的電壓產生電路903A中，藉由使用OS電晶體作為電晶體M1至電晶體M10，可以使關態電流小，並可以抑制在電容器C11至電容器C14中保持的電荷的洩漏。由此，可以高效 地從電壓VORG升壓到電壓VPOG。
圖49B所示的電壓產生電路903B包括電晶體M11至電晶體M14、電容器C15及電容器C16以及反相器INV2。時脈信號CLK直接或者藉由反相器INV2被供應到電晶體M11至電晶體M14的閘極。藉由供應時脈信號CLK，可以得到升壓到電壓VORG和VSS之間的電位差的兩倍的正電壓的電壓VPOG。在圖49B所示的電壓產生電路903B中，藉由使用OS電晶體作為電晶體M11至電晶體M14，可以使關態電流小，並可以抑制在電容器C15及電容器C16中保持的電荷的洩漏。由此，可以高效地從電壓VORG升壓到電壓VPOG。
圖49C所示的電壓產生電路903C包括電感器In1、電晶體M15、二極體D6以及電容器C17。由控制信號EN控制電晶體M15的導通狀態。藉由使用控制信號EN，可以得到從電壓VORG升壓的電壓VPOG。因為圖49C所示的電壓產生電路903C使用電感器In1進行升壓，所以可以高效地進行升壓。
圖50A所示的電壓產生電路903D相當於使用二極體連接的電晶體M16至電晶體M20代替圖48A所示的電壓產生電路903的二極體D1至二極體D5的結構。在圖50A所示的電壓產生電路903D中，當作為電晶體M16至電晶體M20使用OS電晶體時，可以使關態電流小，並可以抑制在電容器C1至電容器C5中保持的電荷的洩漏。由此，可以實現高效地從電壓VORG升壓到電壓 VPOG。
圖50B所示的電壓產生電路903E相當於使用包括背閘極的電晶體M21至電晶體M25代替圖50A所示的電壓產生電路903D的電晶體M16至電晶體M20的結構。在圖50B所示的電壓產生電路903E中可以對背閘極施加與閘極相同的電壓，因此可以增加流過電晶體的電流量。由此，可以實現高效地從電壓VORG升壓到電壓VPOG。
注意，電壓產生電路903的變形例子也可以適用於圖48B所示的電壓產生電路905。圖51A至圖51C以及圖52A和圖41B示出上述情況下的電路圖的結構。在圖51A所示的電壓產生電路905A中，藉由供應時脈信號CLK，可以得到從電壓VSS降壓到電壓VORG和VSS之間的電位差的三倍的負電壓的電壓VNEG。另外，在圖51B所示的電壓產生電路905B中，藉由供應時脈信號CLK，可以獲得從電壓VSS降壓到電壓VORG和VSS之間的電位差的兩倍的負電壓的電壓VNEG。
圖51A至圖51C以及圖52A和圖52B所示的電壓產生電路905A至電壓產生電路905E相當於改變圖49A至圖49C以及圖50A和圖50B所示的電壓產生電路903A至電壓產生電路903E中的施加到各佈線的電壓或者元件的佈置的結構。圖51A至圖51C以及圖52A和圖52B所示的電壓產生電路905A至電壓產生電路905E可以與電壓產生電路903A至電壓產生電路903E同樣地高效 地從電壓VSS降壓到電壓VNEG。
如上所述，在本實施方式的結構中，可以在其內部產生半導體裝置中包括的電路所需要的電壓。由此，在半導體裝置中，可以減少從外部施加的電源電壓的種類。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式及實施例適當地組合。
實施方式13
在本實施方式中，參照圖53說明應用本發明的一個實施方式的半導體裝置的顯示模組。
〈顯示模組〉
圖53所示的顯示模組6000在上蓋6001與下蓋6002之間包括連接於FPC6003的觸控面板6004、連接於FPC6005的顯示面板6006、背光單元6007、框架6009、印刷電路板6010、電池6011。注意，有時沒有設置背光單元6007、電池6011、觸控面板6004等。
例如，可以將本發明的一個實施方式的半導體裝置用於顯示面板6006或安裝於印刷基板的集成電路等。
上蓋6001及下蓋6002可以根據觸控面板6004及顯示面板6006的尺寸適當地改變其形狀或尺寸。
觸控面板6004可以是電阻膜式觸控面板或靜 電容量式觸控面板，並且能夠以與顯示面板6006重疊的方式被形成。此外，也可以使顯示面板6006的相對基板(密封基板)具有觸控面板功能。或者，光感測器可以被設置於顯示面板6006的每個像素內，對該顯示面板附加作為光學式觸控面板的功能。或者，也可以在顯示面板6006的每個像素內設置觸控感測器用電極，並對該顯示面板附加電容式觸控面板的功能。
背光單元6007包括光源6008。可以採用將光源6008設置於背光單元6007的端部且使用光擴散板的結構。
框架6009保護顯示面板6006，並且還用作阻擋從印刷電路板6010產生的電磁波的電磁屏蔽。此外，框架6009也可以具有散熱板的功能。
印刷電路板6010包括電源電路以及用來輸出視訊信號及時脈信號的信號處理電路。作為對電源電路供應電力的電源，既可以使用外部的商用電源，又可以使用另行設置的電池6011。注意，當使用商用電源時可以省略電池6011。
此外，在顯示模組6000中還可以設置偏光板、相位差板、稜鏡片等構件。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式及實施例適當地組合。
實施方式14
〈使用引線框架型插板的封裝〉
圖54A示出使用引線框架型插板(interposer)的封裝的剖面結構的透視圖。在圖54A所示的封裝中，相當於根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的晶片551藉由利用打線接合法與插板550上的端子552連接。端子552配置在插板550的設置有晶片551的面上。晶片551也可以由模鑄樹脂553密封，這裡在各端子552的一部分露出的狀態下進行密封。
圖54B示出其中封裝被安裝在電路基板中的電子裝置(行動電話)的模組的結構。在圖54B所示的行動電話機的模組中，印刷線路板601安裝有封裝602及電池604。另外，設置有顯示元件的面板600藉由FPC603安裝有印刷線路板601。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式及實施例適當地組合。
實施方式15
在本實施方式中，參照圖式說明本發明的一個實施方式的電子裝置及照明設備。
〈電子裝置〉
藉由使用本發明的一個實施方式的半導體裝置，可以製造電子裝置或照明設備。另外，藉由使用本發明的一個實施方式的半導體裝置，可以製造可靠性高的電子裝置或 照明設備。此外，藉由使用本發明的一個實施方式的半導體裝置，可以製造觸控感測器的檢出靈敏度得到提高的電子裝置或照明設備。
作為電子裝置，例如可以舉出電視機(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的顯示器、數位相機、數位攝影機、數位相框、行動電話機(也稱為行動電話、行動電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、音頻再生裝置、彈珠機等的大型遊戲機等。
此外，在本發明的一個實施方式的電子裝置或照明設備具有撓性的情況下，也可以將該電子裝置或照明設備沿著房屋及高樓的內壁或外壁、汽車的內部裝飾或外部裝飾的曲面組裝。
此外，本發明的一個實施方式的電子裝置也可以包括二次電池，較佳為藉由非接觸電力傳送對該二次電池充電。
作為二次電池，例如，可以舉出利用凝膠狀電解質的鋰聚合物電池(鋰離子聚合物電池)等鋰離子二次電池、鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、有機自由基電池、鉛蓄電池、空氣二次電池、鎳鋅電池、銀鋅電池等。
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。另外，在電子裝置包括二次電池時，可以將天線用於非接觸電力傳送。
圖55A示出一種可攜式遊戲機，該可攜式遊 戲機包括外殼7101、外殼7102、顯示部7103、顯示部7104、麥克風7105、揚聲器7106、操作鍵7107以及觸控筆7108等。根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可用於內置於外殼7101中的集成電路、CPU等。藉由對顯示部7103或顯示部7104使用根據本發明的一個實施方式的發光裝置，可以提供一種使用者友好且不容易發生品質降低的可攜式遊戲機。注意，雖然圖55A所示的可攜式遊戲機包括兩個顯示部亦即顯示部7103和顯示部7104，但是可攜式遊戲機所包括的顯示部的數量不限於兩個。
圖55B示出一種智慧手錶，包括外殼7302、顯示部7304、7305及7306、操作按鈕7311、7312、連接端子7313、腕帶7321、錶帶扣7322等。根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可用於內置於外殼7302中的記憶體、CPU等。
圖55C示出一種可攜式資訊終端，包括安裝於外殼7501中的顯示部7502、操作按鈕7503、外部連接埠7504、揚聲器7505、麥克風7506等。根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可用於內置於外殼7501中的攜帶用記憶體、CPU等。因為可以使顯示部7502的清晰度非常高，所以雖然顯示部7502是中小型的，但可以進行4k或8k等各種顯示，而得到非常清晰的影像。
圖55D示出一種攝影機，包括第一外殼7701、第二外殼7702、顯示部7703、操作鍵7704、鏡頭7705、連接部7706等。操作鍵7704及鏡頭7705被設置 在第一外殼7701中，顯示部7703被設置在第二外殼7702中。並且，第一外殼7701和第二外殼7702由連接部7706連接，第一外殼7701和第二外殼7702之間的角度可以由連接部7706改變。顯示部7703所顯示的影像也可以根據連接部7706所形成的第一外殼7701和第二外殼7702之間的角度切換。可以將本發明的一個實施方式的攝像裝置設置在鏡頭7705的焦點的位置上。根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可用於內置於第一外殼7701中的集成電路、CPU等。
圖55E示出數位看板，該數位看板具備設置於電線杆7921的顯示部7922。根據本發明的一個實施方式的顯示裝置可用於顯示部7922的控制電路。
圖56A示出膝上型個人電腦，該膝上型個人電腦包括外殼8121、顯示部8122、鍵盤8123及指向裝置8124等。根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可用於內置於外殼8121中的CPU、記憶體。另外，因為可以使顯示部8122的清晰度非常高，所以雖然顯示部8122是中小型的，但可以進行8k顯示，而得到非常清晰的影像。
圖56B示出汽車9700的外觀。圖56C示出汽車9700的駕駛座位。汽車9700包括車體9701、車輪9702、儀表板9703、燈9704等。根據本發明的一個實施方式的半導體裝置可用於汽車9700的顯示部及控制用集成電路。例如，本發明的一個實施方式的半導體裝置可設 置於圖56C所示的顯示部9710至顯示部9715。
顯示部9710和顯示部9711是設置在汽車的擋風玻璃上的顯示裝置或輸入/輸出裝置。藉由使用具有透光性的導電材料來製造顯示裝置或輸入/輸出裝置中的電極，可以使本發明的一個實施方式的顯示裝置或輸入/輸出裝置成為能看到對面的所謂的透明式顯示裝置或輸入/輸出裝置。透明式顯示裝置或輸入/輸出裝置即使在駕駛汽車9700時也不會成為視野的障礙。因此，可以將本發明的一個實施方式的顯示裝置或輸入/輸出裝置設置在汽車9700的擋風玻璃上。另外，當在顯示裝置或輸入/輸出裝置中設置用來驅動顯示裝置或輸入/輸出裝置的電晶體等時，較佳為採用使用有機半導體材料的有機電晶體、使用氧化物半導體的電晶體等具有透光性的電晶體。
顯示部9712是設置在支柱部分的顯示裝置。例如，藉由將來自設置在車體的攝像單元的影像顯示在顯示部9712，可以補充被支柱遮擋的視野。顯示部9713是設置在儀表板部分的顯示裝置。例如，藉由將來自設置在車體的攝像單元的影像顯示在顯示部9713，可以補充被儀表板遮擋的視野。也就是說，藉由顯示來自設置在汽車外側的攝像單元的影像，可以補充死角，從而提高安全性。另外，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。
圖56D示出採用長座椅作為駕駛座位及副駕駛座位的汽車室內。顯示部9721是設置在車門部分的顯 示裝置或輸入/輸出裝置。例如，藉由將來自設置在車體的攝像單元的影像顯示在顯示部9721，可以補充被車門遮擋的視野。另外，顯示部9722是設置在方向盤的顯示裝置。顯示部9723是設置在長座椅的中央部的顯示裝置。另外，藉由將顯示裝置設置在被坐面或靠背部分等，也可以將該顯示裝置用作以該顯示裝置為發熱源的座椅取暖器。
顯示部9714、顯示部9715或顯示部9722可以提供導航資訊、速度表、轉速計、行駛距離、加油量、排檔狀態、空調的設定以及其他各種資訊。另外，使用者可以適當地改變顯示部所顯示的顯示內容及佈局等。另外，顯示部9710至顯示部9713、顯示部9721及顯示部9723也可以顯示上述資訊。顯示部9710至顯示部9715、顯示部9721至顯示部9723還可以被用作照明設備。此外，顯示部9710至顯示部9715、顯示部9721至顯示部9723還可以被用作加熱裝置。
此外，圖57A示出照相機8000的外觀。照相機8000包括外殼8001、顯示部8002、操作按鈕8003、快門按鈕8004以及連接部8005等。另外，照相機8000也可以安裝鏡頭8006。
連接部8005包括電極，除了後面說明的取景器8100以外，還可以與閃光燈裝置等連接。
在此照相機8000包括能夠從外殼8001拆卸下鏡頭8006而交換的結構，鏡頭8006及外殼也可以被形 成為一體。
藉由按下快門按鈕8004，可以進行攝像。另外，顯示部8002被用作觸控面板，也可以藉由觸摸顯示部8002進行攝像。
本發明的一個實施方式的顯示裝置或輸入/輸出裝置可以適用於顯示部8002。
圖57B示出照相機8000安裝有取景器8100時的例子。
取景器8100包括外殼8101、顯示部8102以及按鈕8103等。
外殼8101包括嵌合到照相機8000的連接部8005的連接部，可以將取景器8100安裝到照相機8000。另外，該連接部包括電極，可以將從照相機8000經過該電極接收的影像等顯示到顯示部8102上。
按鈕8103被用作電源按鈕。藉由利用按鈕8103，可以切換顯示部8102的顯示或非顯示。
本發明的一個實施方式的半導體裝置可以適用於外殼8101中的集成電路、影像感測器。
另外，在圖57A和圖57B中，照相機8000與取景器8100是分開且可拆卸的電子裝置，但是也可以在照相機8000的外殼8001中內置有具備本發明的一個實施方式的顯示裝置或輸入/輸出裝置的取景器。
此外，圖57C示出頭戴顯示器8200的外觀。
頭戴顯示器8200包括安裝部8201、鏡頭 8202、主體8203、顯示部8204以及電纜8205等。另外，在安裝部8201中內置有電池8206。
藉由電纜8205，將電力從電池8206供應到主體8203。主體8203具備無線接收器等，能夠將所接收的影像資料等的影像資訊顯示到顯示部8204上。另外，藉由利用設置在主體8203中的相機捕捉使用者的眼球及眼瞼的動作，並根據該資訊算出使用者的視點的座標，可以利用使用者的視點作為輸入方法。
另外，也可以對安裝部8201的被使用者接觸的位置設置多個電極。主體8203也可以具有藉由檢測出根據使用者的眼球的動作而流過電極的電流，可以識別使用者的視點的功能。此外，主體8203可以具有藉由檢測出流過該電極的電流來監視使用者的脈搏的功能。安裝部8201可以具有溫度感測器、壓力感測器、加速度感測器等各種感測器，也可以具有將使用者的生物資訊顯示在顯示部8204上的功能。另外，主體8203也可以檢測出使用者的頭部的動作等，並與使用者的頭部的動作等同步地使顯示在顯示部8204上的影像變化。
本發明的一個實施方式的半導體裝置可以適用於主體8203內部的集成電路。
本實施方式的至少一部分可以與本說明書所記載的其他實施方式及實施例適當地組合而實施。
實施方式16
在本實施方式中，參照圖58A至圖58F說明使用根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的RF標籤的使用例子。
〈RF標籤的使用例子〉
RF標籤的用途廣泛，例如可以設置於物品諸如鈔票、硬幣、有價證券類、不記名債券類、證件類(駕駛執照、居民卡等，參照圖58A)、車輛類(自行車等，參照圖58B)、包裝用容器類(包裝紙、瓶子等，參照圖58C)、儲存媒體(DVD、錄影帶等，參照圖58D)、個人物品(包、眼鏡等)、食物類、植物類、動物類、人體、衣物類、生活用品類、包括藥品或藥劑的醫療品、電子裝置(液晶顯示裝置、EL顯示裝置、電視機或行動電話)等或者各物品的裝運標籤(參照圖58E及圖58F)等。
根據本發明的一個實施方式的RF標籤4000以附著到物品表面上或者嵌入物品的方式固定。例如，當物品為書本時，RF標籤4000以嵌入在書本的紙張裡的方式固定在書本，而當物品為有機樹脂的包裝時，RF標籤4000以嵌入在有機樹脂中的方式固定在有機樹脂的包裝。根據本發明的一個實施方式的RF標籤4000實現了小型、薄型以及輕量，所以即使固定在物品中也不會影響到該物品的設計性。另外，藉由將根據本發明的一個實施方式的RF標籤4000設置於鈔票、硬幣、有價證券類、不記名債券類或證件類等，可以賦予識別功能。藉由利用該識 別功能可以防止偽造。另外，可以藉由在包裝用容器類、儲存媒體、個人物品、食物類、衣物類、生活用品類或電子裝置等中設置根據本發明的一個實施方式的RF標籤，可以提高檢品系統等系統的運行效率。另外，藉由在車輛類中安裝根據本發明的一個實施方式的RF標籤，可以防止盜竊等而提高安全性。
如上所述，藉由將使用根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的RF標籤應用於在本實施方式中列舉的各用途，可以降低包括資料的寫入或讀出等工作的功耗，因此能夠使最大通訊距離長。另外，即使在不供應電力的狀態下，也可以在極長的期間保持資料，所以上述RF標籤可以適用於寫入或讀出的頻率低的用途。
本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式及實施例適當地組合。
實施例1
在本實施例中，製備具有根據本發明的一個實施方式的電容器的樣本，以測量該電容器的電容值。
為了製備樣本，首先在單晶矽晶圓上使用熱氧化法形成厚度為400nm的第一氧化矽膜。接著，在第一氧化矽膜上使用濺射法形成厚度為50nm的鎢矽合金膜。然後，在鎢矽合金膜上利用微影技術形成光阻遮罩。
接著，以光阻遮罩為蝕刻遮罩使用乾蝕刻法對鎢矽合金膜進行加工，以形成具有鎢矽合金膜的第一電 極。
然後，藉由進行包含氧氣體的電漿處理，使具有鎢矽合金膜的第一電極的表面氧化，由此在具有鎢矽合金膜的第一電極的表面形成鎢矽合金膜的氧化膜。為了使鎢矽合金膜氧化，使用具有高密度電漿源的裝置(High Density Plasma裝置)，使用Ar氣體(流量為900sccm)和氧氣體(流量為40sccm)的混合氣體，以666.65Pa的壓力施加4000W的微波電力，且在400℃的溫度下進行3600sec的處理。
接著，在鎢矽合金膜的氧化膜上使用濺射法連續形成厚度為30nm的氮化鉭膜及厚度為170nm的鎢膜。然後，在該鎢膜上利用微影技術形成光阻遮罩。
接著，以光阻遮罩為蝕刻遮罩使用乾蝕刻法對鎢膜及氮化鉭膜進行加工，以形成具有鎢膜及氮化鉭膜的第二電極。
接著，使用CVD法形成厚度為300nm的第二氧化矽膜。然後，利用微影技術形成穿過第二氧化矽膜及鎢矽合金膜的氧化膜到達第一電極的頂面的接觸孔及穿過第二氧化矽膜到達第二電極的頂面的接觸孔。
接著，使用濺射法連續形成厚度為50nm的鈦膜、厚度為200nm的鋁膜以及厚度為50nm的鈦膜。
然後，利用微影技術對鈦膜、鋁膜以及鈦膜進行加工，以形成都具有鈦膜、鋁膜以及鈦膜的引線及測量電極。經上述步驟，製備電容器。
接著，對所製備的電容器進行電容-電壓測量(C-V測量)。測量電壓的範圍在-3V至+3V，且測量頻率為1kHz、10kHz以及100kHz。電容器的尺寸被設計為380μm×110μm。圖59示出C-V測量的結果。作為C-V測量的結果，電容器的電容值為1.01×10-10〔F〕。
此外，為了測量鎢矽合金膜的氧化膜的厚度，使用STEM(掃描穿透式電子顯微鏡)進行對以與上述樣本同一的氧化條件製成的樣本的剖面觀察。圖60示出STEM剖面影像。由圖60可知，鎢矽合金膜的氧化膜的厚度大約為14nm。
接著，將鎢矽合金膜的氧化膜假定為氧化矽膜並算出電容值。在以Cox為氧化膜的電容值，以ε0為真空中的介電常數，以ε為氧化膜的相對介電常數，且以tox表示氧化膜的厚度的情況下，得到Cox=(ε×ε0)/tox。在氧化矽膜的相對介電常數ε=3.8，ε0=8.854×10-12且tox=14×10-9的情況下，得到Cox=2.4×10-3〔F/m2〕。
因此，被設計為380μm×110μm的電容器的電容值C成為C=2.4×10-3×380×10-6×110×10-6=1.00×10-10〔F〕，其結果與上述C-V測量值的1.01×10-10〔F〕大致相等。由此可知，鎢矽合金膜的氧化膜的相對介電常數與氧化矽膜大致相等。
實施例2
在本實施例中，進行鎢矽合金膜的氧化膜的 XPS(X射線光電子能譜)分析。為了製備樣本，首先在單晶矽晶圓上使用熱氧化法形成厚度為50nm的氧化矽膜。接著，在氧化矽膜上使用濺射法形成厚度為50nm的鎢矽合金膜。然後，在400℃，Air，且1hr的條件下進行熱處理，在鎢矽合金膜上形成鎢矽合金膜的氧化膜。此外，作為對比樣本，製備沒有進行熱處理的樣本。
對經上述步驟製備的樣本進行XPS分析。圖61A和圖61B示出XPS分析的Depth Profile的結果。圖61A示出沒有進行熱處理的樣本的Depth Profile，而圖61B示出進行了熱處理的樣本的Depth Profile。由此可知：不管熱處理的有無，都在鎢矽合金膜上形成有鎢矽合金膜的氧化膜，其中矽濃度比鎢濃度高。
此外，關於進行了熱處理的樣本，圖62A示出Si2p能譜的綜合繪圖(montage plot)，而圖62B示出O1s能譜的綜合繪圖。綜合繪圖是指將各深度(各區域)的結果根據鍵合能(Binding Energy)重疊以繪圖的圖表。在綜合繪圖中，橫軸表示鍵合能，而縱軸表示樣本的濺射時間及深度。縱軸的最下面表示樣本表面，向縱軸的上面表示深度方向。這些結果表明：在鎢矽合金膜的氧化膜區域中觀察到SiO2的峰值，由此可知，鎢矽合金膜的氧化膜以SiO2為主要成分。鎢矽合金膜被進行熱處理之前，其表面已析出矽，該矽因熱處理而被氧化，由此形成氧化矽膜，使得抑制鎢的氧化。由此，XPS分析結果也表明：鎢矽合金膜的氧化膜的主要成分被推定為氧化矽膜；矽被選 擇性地氧化了。
105:導電體
110:絕緣體
115:導電體
125:絕緣體

Claims (2)

  1. 一種半導體裝置，包含：
    電晶體，包含：
    半導體，具有通道形成區域；
    閘極絕緣層，與該半導體接觸；以及
    閘極電極，隔著該閘極絕緣層與該通道形成區域重疊；
    絕緣層，與該電晶體重疊，其中，該絕緣層具有第一開口部、第二開口部及第三開口部；
    第一導電層，藉由該第一開口部與該電晶體的源極或汲極中的一者電連接；
    第二導電層，藉由該第二開口部與該閘極電極電連接；以及
    第三導電層，藉由該第三開口部與該電晶體的源極或漏極中的另一者電連接；
    含有矽的第一合金膜，位於該第一導電層與該半導體之間；
    含有矽的第二合金膜，位於該第二導電層與該半導體之間；
    第四導電層，位於該絕緣層上，並與該第二導電層電連接；
    其中，該第一導電層至該第三導電層具有鎢；
    其中，該第四導電層具有銅。
  2. 一種半導體裝置，包含：
    電晶體，包含：
    半導體，具有通道形成區域；
    閘極絕緣層，與該半導體接觸；以及
    閘極電極，隔著該閘極絕緣層與該通道形成區域重疊；
    絕緣層，與該電晶體重疊，其中，該絕緣層具有第一開口部、第二開口部及第三開口部；
    第一導電層，被配置以埋入在該第一開口部中，並與該電晶體的源極或汲極中的一者電連接；
    第二導電層，被配置以埋入在該第二開口部中，並與該閘極電極電連接；以及
    第三導電層，被配置以埋入在該第三開口部中，並與該電晶體的源極或漏極中的另一者電連接；
    具有矽的第一合金膜，位於該第一導電層與該半導體之間；
    具有矽的第二合金膜，位於該第二導電層與該半導體之間；
    第四導電層，與該絕緣層的上表面接觸，並與該第二導電層電連接；
    第五導電層，與該絕緣層的上表面接觸，並與該第一導電層電連接；
    第六導電層，與該絕緣層的上表面接觸，並與該第三導電層電連接；
    其中，該第一導電層至該第三導電層具有鎢；
    其中，該第四導電層至該第六導電層具有銅。
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