TWI688014B - 電極及半導體裝置的製造方法 - Google Patents

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笹川慎也
方堂涼太
飯田裕太
岡本悟
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    • H01L2221/1052—Formation of thin functional dielectric layers
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    • H01L2221/1063—Sacrificial or temporary thin dielectric films in openings in a dielectric

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Abstract

提供一種微型電晶體。另外，提供一種具有低寄生電容的電晶體。另外，提供一種具有高頻率特性的電晶體。另外，提供一種包括該電晶體的電極。提供一種新穎的電極。該電極包括含有金屬的第一導電層、絕緣層和第二導電層。在第一導電層上形成絕緣層。在絕緣層上形成遮罩層。將遮罩層用作遮罩使用電漿而對絕緣層進行蝕刻，藉此在絕緣層中形成開口以到達第一導電層。在氧氣氛圍下至少對開口進行電漿處理。藉由電漿處理，在開口中的第一導電層上形成含有金屬的氧化物。去除該氧化物，並在該開口中形成第二導電層。

Description

電極及半導體裝置的製造方法
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。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。本發明係關於一種顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、記憶體裝置及電子裝置的製造方法。替代地，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一種物體、方法或製造方法。替代地，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)。
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作用的裝置。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在一些情況下包括半導體裝置。
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，所以可以用於大型顯示裝置中的電晶體的半導體。另外，因為用於包括非晶矽的電晶體的生產設備的一部分可以改裝而使用，所以包括氧化物半導體的電晶體還具有可以減少設備投資的優點。
已知包括氧化物半導體的電晶體在非導通狀態下具有極小的洩漏電流。例如，已公開了應用包括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，已公開了將閘極電極埋入到開口中的包括氧化物半導體的電晶體的製造方法(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
本發明的一個實施方式的目的之一是提供一 種微型電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種具有小寄生電容的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種大量通態電流的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種具有高頻率特性的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種良好電特性的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種具有穩定電特性的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種小量關態電流(off-state current)的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種新穎的電晶體。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種包括上述電晶體的半導體裝置。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種工作速度快的半導體裝置。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種新穎的半導體裝置。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種新穎的半導體裝置的製造方法。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種包括上述半導體裝置之任一者的模組。本發明的一個實施方式的目的之另一是提供一種包括上述半導體裝置之任一者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實現所有上述目的。上述目的以外的目的從說明書、圖式、申請專利範圍等的描述中看來是顯而易見的，並且可以從該描述中抽取上述目的以外的目的。
(1)本發明的一個實施方式是電極的製造方法。本製造方法包括第一步驟至第六步驟。第一步驟是在第一導電層上形成絕緣層的步驟。第一導電層包含金屬元素。第二步驟是在絕緣層上形成遮罩層的步驟。第三步驟是在絕緣層中形成開口的步驟。在第三步驟中，將遮罩層用作遮罩使用電漿而對絕緣層進行蝕刻，來形成開口。開口的底部在第三步驟中到達第一導電層的頂面。第四步驟是至少對開口進行電漿處理的步驟。在第四步驟中，由於電漿處理而在開口中的第一導電層上形成氧化物。在第四步驟中，在包含氧的氛圍下進行電漿處理。氧化物包含金屬元素。第五步驟是去除氧化物的步驟。第六步驟是在開口中形成第二導電層的步驟。
(2)本發明的另一個實施方式是(1)所記載的電極的製造方法，其中在第五步驟中，氧化物藉由使用液體的洗滌處理被去除。
(3)本發明的另一個實施方式是(2)所記載的電極的製造方法，其中洗滌處理包括如下第一步驟至第四步驟。第一步驟是在對洗滌槽中的水進行利用氮氣體的起泡的同時，供應水以讓水從洗滌槽溢出的。第二步驟是在對洗滌槽中從淋浴器供應水的同時，排出洗滌槽中的水的。第三步驟是對洗滌槽中迅速地供應水的。第四步驟是在對洗滌槽中的水進行利用氮氣體的起泡的同時，供應水以讓水從洗滌槽溢出的。以第一步驟、第二步驟、第三步驟及第四步驟為一個循環，進行三個循環以上的洗滌處 理。
(4)本發明的另一個實施方式是(1)至(3)所記載的電極的製造方法，其中第一導電層是包含鎢的導電層。
(5)本發明的另一個實施方式是(1)至(4)所記載的電極的製造方法，其中絕緣層是藉由在第一絕緣體上形成第一金屬氧化物，在第一金屬氧化物上形成第二絕緣體，在第二絕緣體上形成第三絕緣體，在第三絕緣體上形成第二金屬氧化物，在第二金屬氧化物上形成第四絕緣體來形成的。
(6)本發明的另一個實施方式是(5)所記載的電極的製造方法，其中第一金屬氧化物是包含氧化鉿的金屬氧化物。
(7)本發明的另一個實施方式是(5)或(6)所記載的電極的製造方法，其中第二金屬氧化物是包含氧化鋁的金屬氧化物。
(8)本發明的另一個實施方式是(1)至(4)所記載的電極的製造方法，其中絕緣層是藉由形成第一絕緣體，在第一絕緣體上形成第一金屬氧化物，在第一金屬氧化物上形成第三絕緣體來形成的。
(9)本發明的另一個實施方式是(8)所記載的電極的製造方法，其中作為第一金屬氧化物形成包含氧化鉿的金屬氧化物。
(10)本發明的另一個實施方式是(8)或 (9)所記載的電極的製造方法，其中絕緣層是藉由形成第一金屬氧化物，在第一金屬氧化物上形成第一絕緣體來形成的。
(11)本發明的另一個實施方式是(8)所記載的電極的製造方法，其中第一金屬氧化物是包含氧化鋁的金屬氧化物。
(12)本發明的另一個實施方式是(6)、(7)、(9)或(10)所記載的電極的製造方法，其中使用乾蝕刻裝置並使用C4F8氣體、氫氣體及氬氣體對包含氧化鉿的金屬氧化物進行蝕刻。
注意，在根據本發明的一個實施方式的電極的製造方法中，也可以將氧化物半導體置換為其他半導體。
本發明的一個實施方式可以提供一種微型電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種具有小寄生電容的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種大量通態電流的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種具有高頻率特性的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種良好電特性的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種具有穩定電特性的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種小量關態電流的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種新穎的電晶體。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種包括上述電晶體的半導體裝 置。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種工作速度快的半導體裝置。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種新穎的半導體裝置。替代地，本發明的一個實施方式可以提供一種新穎的半導體裝置的製造方法。本發明的一個實施方式可以提供一種包括上述半導體裝置之任一者的模組。本發明的一個實施方式可以提供一種包括上述半導體裝置之任一者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。上述效果以外的目的從說明書、圖式、申請專利範圍等的描述中看來是顯而易見的，並且可以從該描述中抽取上述效果以外的效果。
100‧‧‧基板
105‧‧‧絕緣層
110‧‧‧導電層
115‧‧‧金屬氧化物
120‧‧‧絕緣層
130‧‧‧生成物
140‧‧‧導電層
150‧‧‧遮罩層
155‧‧‧蝕刻遮罩層
160‧‧‧導電層
200‧‧‧成像裝置
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‧‧‧電子俘獲層
305‧‧‧層
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
406a‧‧‧絕緣體
406a_1‧‧‧絕緣體
406b‧‧‧半導體
406b_1‧‧‧半導體
406c‧‧‧絕緣體
407‧‧‧區域
407a1‧‧‧區域
407a2‧‧‧區域
408‧‧‧絕緣體
410‧‧‧絕緣體
410a‧‧‧絕緣體
411‧‧‧光阻遮罩
412‧‧‧絕緣體
414‧‧‧導電體
415‧‧‧導電體
416a1‧‧‧導電體
416a2‧‧‧導電體
417‧‧‧導電體
417a‧‧‧導電體
418‧‧‧絕緣體
419‧‧‧絕緣體
419a‧‧‧絕緣體
420‧‧‧光阻遮罩
422‧‧‧導電體
422a‧‧‧導電體
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
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
704b‧‧‧導電體
706a‧‧‧絕緣體
706b‧‧‧半導體
706c‧‧‧絕緣體
706d‧‧‧絕緣體
706e‧‧‧半導體
706f‧‧‧絕緣體
710‧‧‧絕緣體
712a‧‧‧絕緣體
714a‧‧‧導電體
714b‧‧‧導電體
716a1‧‧‧導電體
716a2‧‧‧導電體
716a3‧‧‧導電體
716a4‧‧‧導電體
718b‧‧‧絕緣體
719‧‧‧發光元件
720‧‧‧絕緣體
721‧‧‧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‧‧‧電容元件
743‧‧‧切換元件
744‧‧‧訊號線
750‧‧‧基板
751‧‧‧電晶體
752‧‧‧電容元件
753‧‧‧液晶元件
754‧‧‧掃描線
755‧‧‧訊號線
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‧‧‧無線訊號
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
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‧‧‧電容元件
1208‧‧‧電容元件
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‧‧‧電容元件
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
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
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在圖式中：圖1是示出根據本發明的一個實施方式的電極的剖面圖；圖2A和圖2B是示出根據本發明的一個實施方式的電極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極的製造方法的剖面圖；圖4A和圖4B是示出根據本發明的一個實施方式的電極的製造方法的剖面圖； 圖5A和圖5B是示出根據本發明的一個實施方式的電極的製造方法的剖面圖；圖6A至圖6C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7A至圖7C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8A至圖8C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9A至圖9C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10A至圖10F是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的一部分的剖面圖；圖11A和圖11B是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的剖面圖；圖12A至圖12E是說明CAAC-OS及單晶氧化物半導體的利用XRD的結構分析的圖以及CAAC-OS的選區電子繞射圖案；圖13A至圖13E是CAAC-OS的剖面TEM影像、平面TEM影像及其影像分析；圖14A至圖14D是nc-OS的電子繞射圖案以及nc-OS的剖面TEM影像；圖15A和圖15B是a-like OS的剖面TEM影像；圖16示出In-Ga-Zn氧化物的電子照射所引起的結晶部的變化； 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至圖33C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34A至圖34C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35A至圖35C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36A至圖36C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37A至圖37C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38A至圖38C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39A至圖39C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40A至圖40C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41A至圖41C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42A至圖42C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43A至圖43C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44A至圖44C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45A至圖45C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46A至圖46C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47A至圖47C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48A至圖48C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49A至圖49C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50A至圖50C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51A至圖51C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52A至圖52C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53A至圖53C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54A至圖54C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55A至圖55C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56A至圖56C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57A和圖57B是根據本發明的一個實施方式的記憶體裝置的電路圖；圖58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59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60A至圖60F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61是示出根據本發明的一個實施方式的CPU的方塊圖；圖62是根據本發明的一個實施方式的記憶元件的電路圖；圖63A和圖63B是示出成像裝置的平面圖；圖64A和圖64B是示出成像裝置的像素的平面圖；圖65A和圖65B是示出成像裝置的剖面圖；圖66A和圖66B是示出成像裝置的剖面圖； 圖67是說明RF標籤的結構例子的圖；圖68A至圖68C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69A和圖69B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70是說明顯示模組的圖；圖71A和圖71B是示出使用引線框架型插板的封裝的剖面結構的透視圖；圖72A至圖72E是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；圖73A至圖73D是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；圖74A至圖74C是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；圖75A至圖75F是根據本發明的一個實施方式的RF標籤的應用例子；圖76是示出實施例1的XPS分析的圖；圖77A和圖77B是示出實施例2的接觸電阻的圖；圖78A和圖78B是示出實施例2的接觸電阻的圖；圖79A和圖79B是實施例3的剖面STEM影像；圖80A和圖80B是實施例3的剖面STEM影像。
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，表示相同物件的元件符號在不同的圖式中共同使用。另外，有時使用相同的陰影圖案表示相同的部分，而不特別附加元件符號。
注意，在圖式中，有時為了清楚瞭解而誇大尺寸、膜(層)的厚度或區域。
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直徑。物體的一個剖面的等效直徑是指等於物體的一個剖面的面積的正圓形的直徑。
注意，電壓在大多的情況下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。
注意，為方便起見，附加了第一、第二等序數詞，而其並不表示步驟順序或疊層順序。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，具有濃度低於0.1atomic%的元素 是雜質。當包含雜質時，例如在半導體中可形成DOS(Density of State：態密度)，載子移動率可降低，或結晶性降低等。在半導體是氧化物半導體的情況下，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，具體而言，例如有氫(包含在水中)、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。在半導體是氧化物半導體的情況下，可藉由氫等雜質的混入形成氧空位。此外，在半導體是矽時，改變半導體特性的雜質的例子包括氧、除氫之外的第1族元素、第2族元素、第13族元素、及第15族元素。
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。在一個電晶體中，通道長度在所有區域中不一定為相同。換句話說，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形成通道的區域中的源極與汲極相對的部分的長度。另外，在一個電晶體中，通道寬度在所有區域中不一定為相同。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，通道寬度是形 成通道的區域中的任一個值、最大值、最小值或平均值。
另外，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(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大。在此情況下，形成通道的實際上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，難以正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。替代地，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。
另外，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。“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。“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。
實施方式1
在本實施方式中，對本發明的一個實施方式的電極的結構及製造方法進行說明。
圖1是本發明的一個實施方式的電極的剖面圖。電極包括基板100上的絕緣層105、絕緣層105上的 導電層110、導電層110上的絕緣層120，在絕緣層120中形成開口，在開口中配置有導電層160。
以下，使用圖2A至圖5B說明本發明的一個實施方式的圖1的電極的製造方法。
首先，在基板100上形成絕緣層105。
絕緣層105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)法等形成。
注意，CVD法可以分為利用電漿的電漿加強CVD(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法、利用熱量的熱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被分為金屬CVD(MCVD：Metal CVD)法及有機金屬CVD(MOCVD：Metal Organic CVD)法。
在電漿加強CVD法的情況下，可以在相對較低的溫度下得到高品質的膜。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、電容元件等)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，不產生成膜時的電漿損傷，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成膜方法。此外，在利用ALD法的成膜時不產生電漿損傷，所以能夠得到缺陷較少的膜。
不同於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法適合用於形成覆蓋縱橫比高的開口的表面的膜。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法等其他成膜方法組合而使用。
CVD法或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法或ALD法時，可以藉由在形成膜的同時，藉由改變源氣體的流量比來形成其組成連續變化的膜。在改變源氣體的流量比的同時，形成膜的情況下，因為可以省略傳送及調整壓力所需的時間，所以與使用多個成膜室進行成膜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。
作為絕緣層105，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。絕緣層105也可以是適當地形成上述中的一個以上的絕緣體而成的多層膜。
接著，在絕緣層105上形成導電層110。導電層可以使用氮化鉭、氮化鎢、氮化鈦等。替代地，上述導電層可以是與鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅、鉬鎢合金的疊層膜。導電層可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。另外，作為導電層110也可使用光微影法形成佈線層。
接著，在導電層110上形成絕緣層120。可以與絕緣層105相同的方法形成絕緣層120。作為絕緣層120，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。絕緣層120也可以是從上述絕緣體中適當地選擇兩種以上的絕緣體而成的多層膜(參照圖2A)。
接著，在絕緣層120上形成遮罩層150。作為遮罩層150也可以使用光阻劑。替代地，可以在絕緣層120上形成導電體，在該導電體上配置光阻劑。替代地，可以在絕緣層120上形成絕緣體，在該絕緣體上配置光阻劑。替代地，可以在絕緣層120上形成導電體，在該導電體上形成絕緣體，在該絕緣體上配置光阻劑。替代地，可 以在絕緣層120上形成絕緣體，在該絕緣體上形成導電體，並且在該導電體上配置光阻劑。如此，可以適當地選擇導電體及絕緣體而形成多層膜，在該多層膜上形成光阻劑作為遮罩層150。另外，也可以在光阻劑下形成有機塗佈膜。藉由在光阻劑下形成有機塗佈膜，有時可以提高光阻劑和光阻劑的下層之間的緊密性。(參照圖2B)。
接著，利用光微影法對遮罩層150進行加工，由此形成蝕刻遮罩層155(參照圖3A)。
注意，在光微影法中，首先藉由光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，藉由該光阻遮罩進行蝕刻處理來將導電體、半導體或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，不需要光罩。另外，既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，來去除光阻遮罩。
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；或者對各個平行平板型電極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)蝕刻裝置等。
接著，將蝕刻遮罩層155用作遮罩利用乾蝕刻法在絕緣層120中形成到達導電層110的開口。作為在乾蝕刻中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體和CHF3氣體中的一個或混合它們中的兩種以上而成的氣體。替代地，可以對上述氣體適當地添加選自氧氣體、氦氣體、氬氣體和氫氣體等中的一種以上。例如，作為乾蝕刻裝置可以使用上述乾蝕刻裝置，但是較佳為使用具有平行平板型電極的每一個與頻率不同的高頻電源連接的結構的乾蝕刻裝置。
在絕緣層120是包括兩個以上的絕緣體的多層膜的情況下，可以適當地選擇最適合各絕緣體的氣體。當絕緣層120包含氧化鉿時，作為在對氧化鉿的乾蝕刻中使用的氣體，可以混合使用C4F8氣體、氬氣體及氫氣體。
當利用乾蝕刻法形成開口時，有時生成物130沿著開口的側面及在開口的底面附著。在電漿中用於乾蝕 刻的氣體、蝕刻遮罩層155、被蝕刻物體的絕緣層120起反應，而生成物130附著於開口的側面。另一方面，在開口的底面，電漿中的蝕刻物種(etching species)和絕緣層120的蝕刻反應的進行速度比生成物130的附著速度快。因此，在進行絕緣層120的蝕刻時，幾乎沒有生成物130的附著。但是，當開口的底部到達導電層110時，蝕刻物種和導電層110的蝕刻反應的進行速度比生成物的附著速度慢，因此有時生成物130附著於開口的底部中的導電層110上(參照圖3B)。
接著，進行利用氧氣體的電漿處理，去除生成物130。在利用氧氣體的電漿處理中可以使用上述乾蝕刻裝置。在絕緣層120中形成開口之後連續地進行利用氧氣體的電漿處理。藉由連續地進行處理可以提高生產率，所以是較佳的。替代地，可以防止塵屑的附著及大氣成分造成的污染，所以是較佳的。
當進行氧電漿處理時，絕緣層120的開口底部中的導電層110的頂面被氧化。在導電層110是包含金屬的導電層的情況下，可形成金屬氧化物115。因為金屬氧化物115可作為絕緣體或電阻體，所以為了實現後面形成的導電層160和導電層110之間的良好的電連接，較佳為去除金屬氧化物115(參照圖4A)。
作為去除金屬氧化物115的方法，有使用液體的去除方法。當藉由使用液體的洗滌處理可以去除金屬氧化物時，不發生電漿損傷等，所以是較佳的。
在此，對本發明的一個實施方式的使用液體去除金屬氧化物的洗滌處理方法進行說明。
作為用於洗滌的液體，可以使用純水、對純水混合CO2而電阻得到降低的液體(碳酸水)或稀氫氟酸等。在此，進行使用純水或碳酸水的洗滌。
作為洗滌裝置使用成批式(batch-type)洗滌裝置。在成批式洗滌裝置中，可以使用能夠容納一個以上的基板的基板盒，將該基板盒放在洗滌槽中而進行洗滌。
洗滌處理包括如下步驟：在對洗滌槽中的純水或碳酸水進行利用氮氣體的起泡的同時，供應純水或碳酸水以讓其從洗滌槽溢出的第一步驟；在對洗滌槽中從淋浴器供應純水或碳酸水的同時，排出洗滌槽中的純水或碳酸水的第二步驟；對洗滌槽中迅速地供應純水或碳酸水的第三步驟；以及在對洗滌槽中的純水或碳酸水進行利用氮氣體的起泡的同時，供應純水或碳酸水以讓其從洗滌槽溢出的第四步驟。
該洗滌處理是以第一步驟、第二步驟、第三步驟及第四步驟為一個循環的洗滌，有時將該洗滌方法稱為QDR(Quick Dump Rinsing：快排清洗)洗滌。
進行上述QDR洗滌，去除金屬氧化物115(參照圖4B)。較佳為進行三個循環以上、更佳為五個循環以上的QDR洗滌。
接著，形成導電層140。導電層140可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成。以 填充形成在絕緣層120中的開口的方式形成導電層140。因此，較佳為使用CVD法(尤其是，MCVD法)。為了提高絕緣層120與利用MCVD法形成的導電體之間的緊密性，有時較佳為採用利用ALD法等形成的導電體和利用CVD法形成的導電體的多層膜。例如，可以使用依次形成氮化鈦和鎢而成的多層膜等(參照圖5A)。
接著，直到到達絕緣層120的頂面為止對導電層140進行化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing：CMP)處理。由此，導電層160埋入在絕緣層120的開口中。藉由上述步驟，可以製造圖1所示的電極(參照圖5B)。
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6A至圖6C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6A是俯視圖。圖6B是沿著圖6A所示的點劃線A1-A2的剖面圖。圖6C是沿著圖6A所示的點劃線A3-A4的剖面圖。另外，在圖6A的俯視圖中，為了明確起見，省略圖式中的一部分的組件而進行表示。
在圖6B及圖6C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；絕緣 體301中的開口，在該開口中配置有導電體310a及導電體310b；在絕緣體301、導電體310a及導電體310b上的絕緣體302；絕緣體302上的電子俘獲層303；電子俘獲層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；各具有與半導體406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；具有與絕緣體402上、絕緣體406a的側面、半導體406b的側面、半導體406b的頂面、導電體416a1的側面、導電體416a1的頂面、導電體416a2的側面及導電體416a2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408；絕緣體408上的絕緣體410；經過絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302到達導電體310b的第一開口；經過絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412及絕緣體406c到達導電體416a1的第二開口；經過絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412及絕緣體406c到達導電體416a2的第三開口；經過絕緣體410及絕緣體408到達導電體404的第四開口；分別埋入在第一開口、第二開口、第三開口及第四開口中的導電體433、導電體431、導電體429及導電體437；絕緣體410上的具有與導電體433接觸的區域的導電體434；絕緣體410上的具有與導電體431接觸的區域的導電體432；絕緣體410上的具有與導電體429接觸的區域 的導電體430；以及絕緣體410上的具有與導電體437接觸的區域的導電體438。
參照圖10A、圖10B及圖10C說明本發明一實施方式的開口的剖面形狀。圖10A、圖10B及圖10C是將圖6A至圖6C所示的電晶體的開口之放大的剖面圖。圖10A是第一開口的放大圖，圖10B是第二開口的放大圖，圖10C是第四開口的放大圖。注意，為了方便說明起見，使絕緣體410在其厚度方向減薄。
雖然圖6B及圖6C所示的開口具有直線的剖面，但是圖10A至圖10C所示的該等開口也可以是各具有以下的形狀，其中層的開口直徑比位於其上和其下的多個層的開口直徑大或小、或位於其上或其下的層的開口直徑大或小。在圖10A所示的第一開口中，絕緣體410、絕緣體412、絕緣體402及絕緣體302的每一個處的開口直徑比位於其上和其下的多個層或位於其上或其下的層大。換言之，絕緣體408、絕緣體406c及電子俘獲層303的每一個處的開口直徑比位於其上下的層小。換言之，絕緣體408、絕緣體406c及電子俘獲層303處的開口收縮。在圖10B所示的第二開口中，絕緣體410及絕緣體412的每一個處的開口直徑比位於其上和其下的多個層或位於其下的層大。換言之，絕緣體408及絕緣體406c的每一個處的開口直徑比位於其上和其下的多個層或位於其上的層小。換言之，絕緣體408及絕緣體406c處的開口收縮。在圖10C所示的第四開口中，絕緣體410處的開口直徑比 位於其下的層大。換言之，絕緣體408處的開口直徑比位於其上的層小。換言之，絕緣體408處的開口收縮。當絕緣體410、絕緣體412、絕緣體402及絕緣體302的蝕刻速率比絕緣體408、絕緣體406a及電子俘獲層303大時，在一些情況下獲得這樣的形狀。
在圖10B的開口的底部，導電體416a1的頂面的一部分凹陷，這是因為如下緣故：第一開口的形成所需要的時間與第二開口的形成所需要的時間不同，因此在從第二開口的形成結束到第一開口的形成結束的時間中，導電體416a1被過蝕刻，亦即導電體416a1的一部分被蝕刻。與此同樣，在圖10C的開口的底部，導電體404的頂面的一部分凹陷，這是因為如下緣故：第一開口的形成所需要的時間與第四開口的形成所需要的時間不同，因此從第四開口的形成結束到第一開口的形成結束的時間中，導電體404被過蝕刻，亦即導電體404的一部分被蝕刻。注意，圖10A、圖10B及圖10C示出開口的開口直徑比位於其上下的層大的部分或導電膜的凹部的例子，但是開口直徑較大的部分及導電膜的凹部等的尺寸不侷限於此。
另外，半導體406b包括與半導體406b的頂面和導電體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。此外，導電體404可以具有包括不容易使氧透過的導電體的疊層結構。例如，藉由作為下層形成不容易使氧透過的導電體，可以防止因導電體404的氧化而電阻值增 加。絕緣體412被用作閘極絕緣體。
導電體416a1及導電體416a2被用作源極電極及汲極電極。此外，導電體416a1和導電體416a2都可以具有包括不容易使氧透過的導電體的疊層結構。例如，藉由在上層形成不容易使氧透過的導電體，可以防止因導電體416a1及導電體416a2的氧化而電阻值增加。另外，可以藉由2端子法等測量導電體的電阻值。
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和導電體416a2之間的導通．非導通。
如圖6B及圖6C所示，半導體406b的頂面與導電體416a1及導電體416a2接觸。另外，可以由被用作第一閘極電極導電體404的電場電圍繞絕緣體406a及半導體406b等。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，可以使大量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(on-state current))。另外，由於絕緣體406a及半導體406b由導電體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也可以是包括具有不容易使氧透過的功能的導電膜 的多層膜。藉由採用包括具有不容易使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、電子俘獲層303及絕緣體402被用作第二閘極絕緣膜。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。另外，可以根據供應到導電體310a的電位，將電子注入電子俘獲層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)。另外，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11A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埋入在經過絕緣體410到達導電體404的開口中，而導電體440的頂面與形成在絕緣體410上的導電體444電連接。導電體442埋入在經過絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302到達導電體310c的開口中，而導電體442的頂面與導電體444電連接。也就是說，被用作第一閘極電極的導電體404經過導電體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，藉由使電晶體被具有阻擋氫等雜質及氧的功能的絕緣體圍繞，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。
具有阻擋氧及氫等雜質的功能的絕緣體可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層結構。
此外，例如，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、氮氧化矽或氮化矽等形成。注意，絕緣體408較佳為含有氧化鋁。例如，當使用含氧的電漿形成絕緣體408時，可以對作為絕緣體408的基底層的絕緣體412添加氧。被添加至絕緣體412的氧為過量氧。當絕緣體408包含氧化鋁時，能夠抑制氫等雜質混入半導體406b中。另外，例如，當絕緣體408包含氧化鋁時，能夠減少添加到上述絕緣體412的過量氧向外的擴散。
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、氧化鉿或氧化鉭形成。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。
絕緣體301可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層 結構。例如，絕緣體301較佳為包含氧化矽或氧氮化矽。
電子俘獲層303可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層結構。例如，電子俘獲層303較佳為包含氮化矽、氧化鉿或氧化鋁。
絕緣體302及絕緣體402可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層結構。例如，絕緣體402，較佳為包括氧化鋁或氧氮化矽。
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。替代地，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。樹脂的例子包括聚酯、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。
絕緣體412可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層結構。例如，絕緣體412較佳為包括氧化鋁或氧氮化矽。
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較佳為包括氧化鎵、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。替代地，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。另外，例如當絕緣體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。在一些情況下，該陷阱中心可以藉由俘獲電子而使電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
導電體416a1及導電體416a2各可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層結構。替代地，可以使用含有以上元素的合金膜或化合物膜：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、錫及氧的導電體或包含鈦及氮的導電體等。
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各可以形成以具有包括含有，例如硼、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結構或疊層結構。替代地，也可以使用含有以上元素的合金膜或化合物膜：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。然而，在一些情況下，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。
絕緣體406a及絕緣體406c較佳為使用包含一種或兩種以上的包括在半導體406b中的除了氧之外的元素的氧化物。然而，在一些情況下，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〉
在此，使用圖7A至圖7C對具有與圖6A至圖6C不同的結構的電晶體進行說明。圖7A至圖7C是本發明的 一個實施方式的半導體裝置的俯視圖及剖面圖。圖7A是俯視圖。圖7B是沿著圖7A所示的點劃線A1-A2的剖面圖。圖7C是沿著圖7A所示的點劃線A3-A4的剖面圖。注意，在圖7A的俯視圖中，為了明確起見，省略一部分的組件。
圖7A、圖7B及圖7C所示的電晶體結構的與圖6A至圖6C所示的電晶體結構的不同之處在於：沒有被用作第一閘極電極的導電體404與被用作源極電極的導電體416a1及被用作汲極電極的導電體416a2互相重疊的區域。
由於沒有被用作第一閘極電極的導電體404與被用作源極電極的導電體416a1及被用作汲極電極的導電體416a2互相重疊的區域，而在被用作閘極電極的導電體404與被用作源極電極的導電體416a1之間、以及在被用作閘極電極的導電體404與被用作汲極電極的導電體416a2之間不存在寄生電容，因此電晶體可以進行高速工作，所以是較佳的。另外，可以防止在被用作閘極電極的導電體404與被用作源極電極的導電體416a1之間、以及在被用作閘極電極的導電體404與被用作汲極電極的導電體416a2之間的電流洩漏。關於其他結構，參照上述內容。
〈電晶體結構3〉
在此，參照圖8A至圖8C對具有與圖7A至圖7C不 同的結構的電晶體進行說明。圖8A至圖8C是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8A是俯視圖。圖8B是沿著圖8A所示的點劃線A1-A2的剖面圖。圖8C是沿著圖8A所示的點劃線A3-A4的剖面圖。注意，在圖8A的俯視圖中，為了明確起見，省略一部分的組件。
如圖8A至圖8C所示，電晶體結構具有與圖7A至圖7C所示不同的電晶體結構，不同之處在於：沒有包括被用作源極電極及汲極電極的導電體416a1及導電體416a2，而包括被用作源極區域及汲極區域的區域407a1及區域407a2、經過絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、區域407a1及半導體406b到達絕緣體406a的開口、以及經過絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、區域407a2及半導體406b到達絕緣體406a的開口。關於其他結構，參照上述記載。
〈電晶體結構4〉
在此，使用圖9A至圖9C對具有與圖6A至圖6C不同的結構的電晶體進行說明。圖9A至圖9C是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9A是俯視圖。圖9B是沿著圖9A所示的點劃線A1-A2的剖面圖。圖9C是沿著圖9A所示的點劃線A3-A4的剖面圖。注意，在圖9A的俯視圖中，為了明確起見，省略一部分的組件。
在圖9B及圖9C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；絕緣體301中的開口，在該開口中配置有導電體310a及導電體310b；在絕緣體301、導電體310a及導電體310b上的絕緣體302；絕緣體302上的電子俘獲層303；電子俘獲層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；各具有與半導體406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；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位於半導體406b上的導電體404；絕緣體410、絕緣體406c、絕緣體412及導電體404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；經過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302到達導電體310b的第一開口；經過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418及絕緣體410到達導電體416a1的第二開口；經過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418及絕緣體410到達導電體416a2的第三開口；經過絕緣體428、絕緣體408及絕緣體418到達導電體404的第四開口；分別埋入在第一開口、第二開口、第三開口及第四開口中的導電體433、導電體431、導電體429及導電體437；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。
使用圖10D、圖10E及圖10F說明開口的剖面形狀。圖10D、圖10E及圖10F是將圖9A至圖9C所示的電晶體的開口剪切並放大的剖面圖。圖10D是第一開口的放大圖，圖10E是第二開口的放大圖，圖10F是第四開口的放大圖。注意，為了方便起見，使絕緣體410的厚度方向薄並進行圖示。
雖然圖9B及圖9C所示的開口具有直線的剖面形狀，但是圖10D至圖10F所示的該等開口也可以是各具有以下的形狀，其中層的開口直徑比位於其上和其下的多個層的開口直徑大或小、或位於其上或其下的層的開口直徑大或小。在圖10D所示的第一開口中，絕緣體428、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402及絕緣體302的每一個處的開口直徑比位於其上下、其上或其下的層大。換言之，絕緣體408及電子俘獲層303的每一個處的開口直徑比位於其上下的層小。換言之，絕緣體408及電子俘獲層303處的開口收縮。在圖10E所示的第二開口中，絕緣體428、絕緣體418及絕緣體410的每一個處的開口直徑比位於其上下、其上或其下的層大。換言之，絕緣體408處的開口直徑比位於其上下的層小。換言之，絕緣體408處的開口收縮。在圖10F所示的第四開口中，絕 緣體428及絕緣體418的每一個處的開口直徑比位於其上下、其上或其下的層大。換言之，絕緣體408處的開口直徑比位於其上下的層小。換言之，絕緣體408處的開口收縮。當絕緣體428、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402及絕緣體302的蝕刻速率比絕緣體408及電子俘獲層303大時，有時形成這樣的形狀。
在圖10E的開口的底部，導電體416a1的頂面的一部分凹陷，這是因為如下緣故：第一開口的形成所需要的時間與第二開口的形成所需要的時間不同，因此在從第二開口的形成結束到第一開口的形成結束的時間中，導電體416a1被過蝕刻，亦即導電體416a1的一部分被蝕刻。與此同樣，在圖10F的開口的底部，導電體404的頂面的一部分凹陷，這是因為如下緣故：第一開口的形成所需要的時間與第四開口的形成所需要的時間不同，因此在從第四開口的形成結束到第一開口的形成結束的時間中，導電體404被過蝕刻，亦即導電體404的一部分被蝕刻。注意，圖10D、圖10E及圖10F示出開口的開口直徑比位於其上下的層大的部分或導電膜的凹部的例子，但是開口直徑較大的部分及導電膜的凹部等的尺寸不侷限於此。
另外，半導體406b包括與半導體406b的頂面和導電體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。此外，導電體404可以具有包括不容易使氧透過的導電體的疊層結構。例如，藉由作為下層形成不容易使氧 透過的導電體，可以防止因導電體404的氧化而電阻值增加。絕緣體412被用作閘極絕緣體。
導電體416a1及導電體416a2被用作源極電極及汲極電極。此外，導電體416a1和導電體416a2都可以具有包括不容易使氧透過的導電體的疊層結構。例如，藉由在上層形成不容易使氧透過的導電體，可以防止因導電體416a1及導電體416a2的氧化而電阻值增加。
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和導電體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9B中，將被用作閘極電極的導電體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。該閘極線寬度也可以比絕緣體410中的到達半導體406b的開口小。就是說，可以使閘極線寬度小於最小特徵尺寸。明確而言，可以將閘極線寬度為5nm以上且60nm以下，較佳為5nm以上且30nm以下。
當來自閘極電極的電場被其他導電體遮蔽 時，有時電晶體的開關特性劣化。在本電晶體中，根據絕緣體406c及絕緣體412的厚度，導電體404、導電體416a1及導電體416a2的位置關係發生變化。亦即，被用作源極電極及汲極電極的導電體416a1及導電體416a2的厚度與被用作閘極絕緣膜的絕緣體412的厚度的關係影響到本電晶體的電特性。
在圖9B中，藉由使導電體416a1和導電體416a2之間的區域的絕緣體412的厚度為導電體416a1的厚度或導電體416a2的厚度以下，來自閘極電極的電場施加到整個通道形成區域，而使電晶體的工作良好，所以是較佳的。將導電體416a1和導電體416a2之間的區域的絕緣體412的厚度設定為30nm以下，較佳為10nm以下。
在本電晶體的結構中，可以使導電體416a1的厚度或導電體416a2的厚度小。導電體416a1的端部具有隔著絕緣體406c及絕緣體412與導電體404相對的區域。替代地，導電體416a2的端部具有隔著絕緣體406c及絕緣體412與導電體404相對的區域，可以將這些區域的面積抑制為更小。因此，本電晶體具有這些區域的寄生電容被抑制為小的結構。
導電體310a被用作第二閘極電極。導電體310a也可以是包括具有不容易使氧透過的功能的導電膜的多層膜。藉由採用包括具有不容易使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、電子俘獲層303及絕緣體402 被用作第二閘極絕緣膜。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。另外，可以根據供應到導電體310a的電位，將電子注入電子俘獲層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)。另外，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11B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埋入在經過絕緣體428、絕緣體408及絕緣體418到達導電體404的開口中，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埋入在經過絕緣體428、絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302到達導電體310c的開口中，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及絕緣體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301較佳為包含氧化矽或氧氮化矽。其他結構參照上述描述。
在本實施方式中，描述了本發明的一個實施方式。替代地，在其他實施方式中，描述本發明的一個實 施方式。但是，本發明的一個實施方式不侷限於此。換而言之，在本實施方式及其他的實施方式中，記載有各種各樣的發明的方式，因此本發明的一個實施方式不侷限於特定的方式。例如，作為本發明的一個實施方式，示出電晶體的通道形成區域包含氧化物半導體的例子或者電晶體包含氧化物半導體的例子，但是本發明的一個實施方式不侷限於此。根據情況或狀況，本發明的一個實施方式的各種電晶體可以包含各種半導體。根據情況或狀況，本發明的一個實施方式的各種電晶體可以包含矽、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵和有機半導體等中的至少一個。替代地，例如，根據情況或狀況，本發明的一個實施方式的各種電晶體也可以不包括氧化物半導體層。
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；處於亞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。
從相反的觀點來看，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。另外，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是具有多個c軸配向的結晶部(也稱為顆粒)的氧化物半導體。
說明使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置對CAAC-OS進行分析。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12A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12B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12C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12D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12E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12E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12E中的第一環起因於InGaZnO4結晶的(010)面和(100)面等。另外，可以認為圖12E中的第二環起因於(110)面等。
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13A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13A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)。另外，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。
圖13B及圖13C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13D及圖13E是藉由對圖13B及圖13C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13B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，並示出晶格排列。
在圖13D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，而是在許多情況下為正六角形。
在圖13E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的晶格排列的方向變化的部分，以虛線示出晶格排列的方向變化。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面方向上的原子間的鍵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是具有高結晶性的氧化物半導體。氧化物半導體的結晶性可因雜質的混入或缺陷的形成等而降低，這可以說CAAC-OS具有可忽略份量的雜質或缺陷(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，具 有與氧的鍵合強度比包括在氧化物半導體中的金屬元素高的的(具體而言，矽等)元素從該氧化物半導體提取氧，由此導致氧化物半導體的原子排列失序和結晶性下降。由於鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等具有大原子半徑(或分子半徑)，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產生源。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個/cm3，較佳為低於1×1011個/cm3，更佳為低於1×1010個/cm3，且是1×10-9個/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的雜質濃度和缺陷能階密度低。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。
另外，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14A所示的環狀繞射圖案(奈米束電子繞射圖案)。另外，圖14B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14B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。
另外，當使束徑為1nm的電子束入射到厚度小於10nm的區域時，如圖14C所示，有時觀察到斑點被配置為准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14D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)具有週期性的原子排列。在nc-OS中不同的顆粒之間不具有結晶定向的規律性。因此，在膜整體中無配向性。所以，nc-OS取決於分析方法，與a-like OS或非晶氧化物半導體沒有差別。
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是具有規律性比非晶氧化物半導體高的氧化物半導體。因此，nc-OS的缺陷能階密度比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不具有晶體配向的規律性。所以，nc-OS的缺陷能階狀態密度比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15A和圖15B示出a-like OS的高解析度剖面TEM影像。圖15A示出電子照射開始時的a-like OS的高解析度剖面TEM影像。圖15B示出照射4.3濸108e-/nm2的電子(e-)之後的a-like OS的高解析度剖面TEM影像。由圖15A和圖15B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。另外，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。
注意，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16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16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16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16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。
以此方式，藉由電子照射引起a-like OS中的結晶部的生長。相對地，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。
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，難以沉 積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，在原子數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體的情況下，具有菱方晶系結構的單晶InGaZnO4的密度為6.357g/cm3。因此，例如，在原子數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體的情況下，a-like OS的密度為5.0g/cm3以上且低於5.9g/cm3。另外，例如，在原子數比滿足In：Ga：Zn=1：1：1的氧化物半導體的情況下，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。
半導體406b例如是包含銦的氧化物半導體。 例如，在半導體406b包含銦時，其載子移動率(電子移動率)得到提高。此外，半導體406b較佳為包含元素M。元素M較佳為鋁、鎵、釔或錫等。作為可用作元素M的其他元素，有硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢等。注意，作為元素M有時也可以組合多個上述元素。元素M例如是與氧的鍵能高的元素。元素M例如是與氧的鍵能高於銦的元素。替代地，元素M例如是具有增大氧化物半導體的能隙的功能的元素。此外，半導體406b較佳為包含鋅。當氧化物半導體包含鋅時，有時容易晶化。
注意，半導體406b不侷限於包含銦的氧化物半導體。半導體406b例如也可以是鋅錫氧化物、鎵錫氧化物或氧化鎵等不包含銦且包含鋅、鎵或錫的氧化物半導體等。
作為半導體406b例如使用能隙大的氧化物。半導體406b的能隙例如是2.5eV以上且4.2eV以下，較佳為2.8eV以上且3.8eV以下，更佳為3eV以上且3.5eV以下。
例如，絕緣體406a及絕緣體406c是包含一種或兩種以上包括在半導體406b中的除了氧之外的元素的氧化物。因為絕緣體406a及絕緣體406c包含一種或兩種以上包括在半導體406b中的除了氧之外的元素，所以不容易在絕緣體406a與半導體406b的介面以及半導體406b與絕緣體406c的介面處形成介面能階。
說明絕緣體406a、半導體406b及絕緣體406c包含銦的情況。另外，在絕緣體406a是In-M-Zn氧化物的情況下，在In和M的總和為100atomic%時，較佳的是：In低於50atomic%，M高於50atomic%，更佳的是：In低於25atomic%，M高於75atomic%。此外，在半導體406b是In-M-Zn氧化物的情況下，在In和M的總和為100atomic%時，較佳的是：In高於25atomic%，M低於75atomic%，更佳的是：In高於34atomic%，M低於66atomic%。此外，在絕緣體406c是In-M-Zn氧化物的情況下，在In和M的總和為100atomic%時，較佳的是：In低於50atomic%，M高於50atomic%，更佳的是：In低於25atomic%，M高於75atomic%。另外，絕緣體406c也可以使用與絕緣體406a相同的種類的氧化物。
作為半導體406b使用其電子親和力大於絕緣體406a及絕緣體406c的氧化物。例如，作為半導體406b使用如下氧化物，該氧化物的電子親和力比絕緣體406a及絕緣體406c大0.07eV以上且1.3eV以下，較佳為大0.1eV以上且0.7eV以下，更佳為大0.15eV以上且0.4eV以下。注意，電子親和力是真空能階和導帶底之間的能量差。
注意，銦鎵氧化物的電子親和力小，其氧阻擋性高。因此，絕緣體406c較佳為包含銦鎵氧化物。鎵原子的比率[Ga/(In+Ga)]例如為70%以上，較佳為80%以上，更佳為90%以上。
注意，絕緣體406a或/及絕緣體406c也可以是氧化鎵。例如，當作為絕緣體406c使用氧化鎵時，可以減少產生在導電體416a1或導電體416a2和導電體404之間的洩漏電流。也就是說，可以減少電晶體的關態電流。
此時，若施加閘極電壓，通道則形成在絕緣體406a、半導體406b和絕緣體406c當中的電子親和力最大的半導體406b中。
在此，有時在絕緣體406a與半導體406b之間具有絕緣體406a和半導體406b的混合區域。另外，有時在半導體406b與絕緣體406c之間具有半導體406b和絕緣體406c的混合區域。混合區域的介面態密度較低。因此，絕緣體406a、半導體406b和絕緣體406c的疊層體具有介面及介面附近的能量連續地變化(也稱為連續接合)的帶結構。
此時，電子不是在絕緣體406a及絕緣體406c中而主要在半導體406b中移動。由此，藉由降低絕緣體406a與半導體406b的介面處的介面態密度、半導體406b與絕緣體406c的介面處的介面態密度，在半導體406b中妨礙電子移動的情況減少，從而可以提高電晶體的通態電流。
注意，當電晶體具有s-channel結構時，在整個半導體406b中形成有通道。因此，半導體406b的厚度越大，通道區域越大。亦即，半導體406b越厚，越能夠 提高電晶體的通態電流。例如，半導體406b具有其厚度為10nm以上，較佳為20nm以上，更佳為40nm以上，進一步較佳為60nm以上，還較佳為100nm以上的區域即可。注意，包括電晶體的半導體裝置的生產率有時會下降，因此，例如，半導體406b具有其厚度為300nm以下，較佳為200nm以下，更佳為150nm以下的區域即可。注意，當通道形成區域縮小時，有時半導體406b的厚度較小的電晶體的電特性會得到提高。因此，半導體406b的厚度也可以小於10nm。
此外，為了提高電晶體的通態電流，絕緣體406c的厚度越小越較佳。例如，絕緣體406c具有其厚度小於10nm、較佳為5nm以下、更佳為3nm以下的區域即可。另一方面，絕緣體406c具有阻擋包括在相鄰的絕緣體中的氧之外的元素(氫、矽等)侵入形成有通道的半導體406b中的功能。因此，絕緣體406c較佳為具有一定程度的厚度。例如，絕緣體406c具有其厚度為0.3nm以上，較佳為1nm以上，更佳為2nm以上的區域即可。另外，為了抑制從絕緣體402等釋放的氧向外擴散，絕緣體406c較佳為具有阻擋氧的性質。
此外，為了提高可靠性，較佳為使絕緣體406a變厚並使絕緣體406c變薄。例如，絕緣體406a具有其厚度例如為10nm以上、較佳為20nm以上、更佳為40nm以上、進一步較佳為60nm以上的區域即可。藉由將絕緣體406a形成為厚，可以拉開從相鄰的絕緣體和絕緣 體406a的介面到形成有通道的半導體406b的距離。注意，因為包括電晶體的半導體裝置的生產率可能會下降，所以絕緣體406a具有其厚度例如為200nm以下、較佳為120nm以下、更佳為80nm以下的區域即可。
例如，氧化物半導體中的矽有時成為載子陷阱或載子發生源。因此，半導體406b的矽濃度越低，越佳。例如，在半導體406b與絕緣體406a之間具有藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)得到的矽濃度低於1×1019atoms/cm3、較佳為低於5×1018atoms/cm3、更佳為低於2×1018atoms/cm3的區域。此外，在半導體406b與絕緣體406c之間具有藉由SIMS得到的矽濃度低於1×1019atoms/cm3、較佳為低於5×1018atoms/cm3、更佳為低於2×1018atoms/cm3的區域。
此外，為了降低半導體406b的氫濃度，較佳為降低絕緣體406a及絕緣體406c的氫濃度。絕緣體406a及絕緣體406c具有藉由SIMS得到的氫濃度為2×1020atoms/cm3以下，較佳為5×1019atoms/cm3以下，更佳為1×1019atoms/cm3以下，進一步較佳為5×1018atoms/cm3以下的區域。此外，為了降低半導體406b的氮濃度，較佳為降低絕緣體406a及絕緣體406c的氮濃度。絕緣體406a及絕緣體406c具有藉由SIMS得到的氮濃度低於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以下的區域。
另外，當銅混入氧化物半導體中時，有時產生電子陷阱。電子陷阱有時使電晶體的臨界電壓向正方向漂移。因此，半導體406b的表面或內部的銅濃度越低，越佳。例如，半導體406b較佳為具有銅濃度為1×1019atoms/cm3以下、5×1018atoms/cm3以下或者1×1018atoms/cm3以下的區域。
上述三層結構是一個例子。例如，也可以採用沒有絕緣體406a或絕緣體406c的兩層結構。替代地，也可以採用在絕緣體406a上或下、或者在絕緣體406c上或下設置具有作為絕緣體406a、半導體406b和絕緣體406c例示的絕緣體和半導體中的任一個的四層結構。替代地，也可以採用在絕緣體406a上、絕緣體406a下、絕緣體406c上、絕緣體406c下中的任兩個以上的位置設置具有作為絕緣體406a、半導體406b和絕緣體406c例示的絕緣體和半導體中的任一個的n層結構(n為5以上的整數)。
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，例如可以使用玻璃基板、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，作為半導體基板，例如，可以使用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。還可以使用在上述半導體基板內部設置絕緣體區域的半導體 基板，例如SOI(Silicon On Insulator；絕緣層上覆矽)基板等。作為導電體基板，可以使用石墨基板、金屬基板、合金基板、導電樹脂基板等。替代地，可以使用包含金屬氮化物的基板、包含金屬氧化物的基板等。還可以使用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。替代地，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，可以使用電容元件、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。作為在撓性基板上設置電晶體的方法，有如下方法：其中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。另外，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。替代地，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。另外，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。樹脂的例子包括聚酯、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17A至圖35C說明根據本發明的圖6A至圖6C的電晶體的製造方法。
首先，準備基板400。
接著，形成絕緣體401。絕緣體401可以藉由濺射法、CVD法、MBE法、PLD法、ALD法等形成。
接著，在絕緣體401上形成絕緣體301。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體301。
接著，在絕緣體301中形成到達絕緣體401的槽。槽例如在其範疇內包括孔或開口等。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，較佳為選擇在對絕緣體301進行蝕刻形成槽時被用作蝕刻障壁膜的絕緣體。例如，當作為被形成槽的絕緣體301使用氧化矽膜時，作為絕緣體401可以使用氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜。
在形成槽之後，形成將成為導電體310a及導電體310b的導電體。將成為導電體310a及導電體310b的導電體較佳為包含具有不容易使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。替代地，可以使用該導電體與鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅或鉬鎢合金的疊層膜。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310a及導電體310b的導電體。
接著，藉由進行CMP去除絕緣體301上的將成為導電體310a及導電體310b的導電體。其結果是，只在槽殘留導電體310a及導電體310b，所以可以形成其頂面平坦的佈線層。
接著，在絕緣體301、導電體310a及導電體310b上形成絕緣體302。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體302。在絕緣體302上形成電子俘獲層303。電子俘獲層303較佳為具有不容易使氧或氫等雜質透過的功能。例如，可使用氮化矽 膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成電子俘獲層303。
接著，在電子俘獲層303上形成絕緣體402。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體402。接著，也可以進行對絕緣體402添加氧的處理。對絕緣體402添加氧的處理包括離子植入法、電漿處理法等。添加到絕緣體402的氧成為過量氧。
接著，在絕緣體402上形成絕緣體406a_1。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體406a_1。
接著，也可以進行對絕緣體406a_1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。另外，添加到絕緣體406a_1的氧成為過量氧。較佳為對對應於絕緣體406a_1的層進行添加氧的處理。接著，在絕緣體406a_1上形成半導體406b_1。
接著，較佳為進行第一加熱處理。第一加熱處理可以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。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。替代地，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406b_1的結晶性，並可以去除例如氫或水等雜質。替代地，在第一加熱處理中，也可以在減壓狀態下進行使用氧的電漿處理。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進行。替代地，也可以包括對基板一側施加RF(Radio Frequency：射頻)的電源。使用高密度電漿可以使高密度氧自由基產生，且對基板一側施加RF可以將由高密度電漿而產生的氧自由基高效地導入半導體406b_1中。替代地，也可以在以這種裝置使用惰性氣體的電漿處理之後，為填補脫離的氧而進行使用氧的電漿處理。
接著，在半導體406b_1上形成導電體414。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體414(參照圖17A至圖17C)。
接著，藉由利用光微影法等對導電體414進行加工，形成導電體415(參照圖18A至圖18C)。
接著，藉由光微影法等對絕緣體406a_1、半導體406b_1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及導電體416a2的多層膜。在此，藉由在形成導電體時損傷半導體406b_1的頂面，形成區域407。因為區域407包括半導體406b_1低電阻化了的區域，所以導電體415和半導體406b之間的接觸電阻也變低。另外，當形成多層膜時，有時絕緣體402也被蝕刻而其一部分區域變薄。也就是說，絕緣體 402有時具有在與多層膜接觸的區域包括凸部的形狀(參照圖19A至圖19C)。
接著，形成絕緣體406c。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體406c。接著，在絕緣體406c上形成絕緣體412。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體412。
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法等形成導電體404。然後，藉由利用光微影法等對將成為導電體404的導電體進行加工，形成導電體404(參照圖20A至圖20C)。
接著，形成絕緣體408。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體408。較佳的是，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412的頂面。
接著，在絕緣體408上形成絕緣體410。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體410。替代地，可以使用旋塗法、浸漬法、液滴噴射法(噴墨法等)、印刷法(網版印刷、平板印刷等)、刮刀(doctor knife)法、輥塗(roll coater)法或簾式塗佈(curtain coater)法等形成絕緣體410。
可以以其頂面具有平坦性的方式形成絕緣體 410。例如，在成膜剛結束後，絕緣體410的頂面可以具有平坦性。替代地，例如，在成膜後，可以從頂面去除絕緣體等以使絕緣體410平行於基板背面等基準面。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(參照圖21A至圖21C)。
以下，對第一開口、第二開口、第三開口及第四開口的製造方法進行詳細的說明。
首先，在絕緣體410上形成導電體417a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體417a。接著，在導電體417a上形成絕緣體419a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體419a(參照圖22A至圖22C)。
接著，利用光微影法等在絕緣體419a上形成光阻遮罩420。雖然未圖示，但是也可以在絕緣體419a上形成有機塗佈膜，利用光微影法等在該有機塗佈膜上形成光阻遮罩420。藉由在絕緣體419a和光阻遮罩420之間形成有機塗佈膜，有時由於有機塗佈膜而絕緣體419a和光阻遮罩420的緊密性得到提高(參照圖23A至圖23C)。
接著，將該光阻遮罩用作遮罩，利用乾蝕刻法直到到達導電體417a的頂面為止對絕緣體419a進行第一加工，由此形成絕緣體419。當在絕緣體419a上形成有機塗佈膜時，可以在第一加工之前，利用乾蝕刻法等對 該有機塗佈膜進行加工。作為在有機塗佈膜的加工時使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體或CHF3氣體等。
作為在第一加工中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體和CHF3氣體中的一種或混合它們中的兩種以上而成的氣體。替代地，可以對上述氣體適當地添加氧氣體、氦氣體、氬氣體或氫氣體等。作為在有機塗佈膜的加工及絕緣體419的加工中使用的乾蝕刻裝置可以使用上述乾蝕刻裝置，但是較佳為使用具有平行平板型電極的每一個與頻率不同的高頻電源連接的結構的乾蝕刻裝置(參照圖24A至圖24C)。
接著，利用乾蝕刻法直到到達絕緣體410的頂面為止對導電體417a進行第二加工，由此形成導電體417。作為在乾蝕刻中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體、CHF3氣體、Cl2氣體、BCl3氣體和SiCl4氣體等中的一個或混合它們中的兩種以上而成的氣體。替代地，可以對上述氣體適當地添加氧氣體、氦氣體、氬氣體、氫氣體等。此時，有時光阻遮罩420被蝕刻而消失。作為乾蝕刻裝置，也可以使用上述第一加工中的乾蝕刻裝置。藉由上述步驟，形成包括導電體417及絕緣體419的硬遮罩(參照圖25A至圖25C)。
注意，上述硬遮罩也可以是只有導電體417的一層。此時，可以在利用光微影法等在導電體417上形成光阻遮罩420之後進行上述第二加工。有時由於第二加 工，因此光阻遮罩420被蝕刻而消失。替代地，有可能產生如下情況：沒有硬遮罩而只形成光阻遮罩420；或者形成包括有機塗佈膜及光阻遮罩420的兩層遮罩。
接著，將包括導電體417及絕緣體419的硬遮罩用作遮罩，利用乾蝕刻法直到第一開口、第二開口、第三開口及第四開口到達絕緣體408的頂面為止對絕緣體410進行第三加工。作為在乾蝕刻中使用的氣體可以使用與上述第一加工相同的氣體。作為乾蝕刻裝置，可以使用與上述第一加工相同的裝置。
當絕緣體410的頂面具有平坦性時，各開口中的絕緣體410的厚度互不相同，厚度第一大的是第一開口，第二大的是第四開口，第三大的是第二開口及第三開口。
就是說，在第三加工中，首先，第二開口及第三開口中的絕緣體410被蝕刻而到達絕緣體408。接著，第四開口中的絕緣體410被蝕刻而到達絕緣體408。最後，第一開口中的絕緣體410被蝕刻而到達絕緣體408。就是說，直到第二開口、第三開口及第四開口到達絕緣體408後且第一開口到達絕緣體408為止，第二開口、第三開口及第四開口中的絕緣體408被過蝕刻。
因此，作為第三加工條件，使絕緣體408的蝕刻速率比絕緣體410小，換言之，使絕緣體408的蝕刻速率和絕緣體410的蝕刻速率的比例大，因此可以儘可能抑制蝕刻進行到第二開口及第三開口的絕緣體408。作為 絕緣體408的蝕刻速率和絕緣體410的蝕刻速率的比例，將絕緣體408的蝕刻速率設定為1，將絕緣體410的蝕刻速率設定為5以上，較佳為10以上。由於第三加工，而生成物130附著於第一開口的側面、第二開口的側面、第三開口的側面及第四開口的側面(參照圖26A至圖26C)。
接著，對絕緣體408進行第四加工，其中利用乾蝕刻法直到第一開口、第二開口及第三開口到達絕緣體412為止進行加工，並且直到第四開口到達導電體404為止進行加工。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口、第二開口及第三開口到達絕緣體406c為止對絕緣體412進行第五加工。第四開口在第四加工中到達了導電體404，而在第五加工中第四開口中的導電體404被過蝕刻(參照圖27A至圖27C)。
接著，對絕緣體406c進行第六加工，其中利用乾蝕刻法直到第一開口到達絕緣體402為止進行加工，並且直到第二開口及第三開口到達導電體416a1及導電體416a2為止進行加工。第四開口在第四加工中到達了導電體404，而在第六加工中第四開口中的導電體404進一步被過蝕刻。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口到達電子俘獲層303為止對絕緣體402進行第七加工。第二開口及第三開口在第六加工中到達了導電體416a1及導電體 416a2，而在第七加工中第二開口及第三開口中的導電體416a1及導電體416a2被過蝕刻。第四開口在第四加工中到達了導電體404，而在第七加工中第四開口中的導電體404進一步被過蝕刻(參照圖28A至圖28C)。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口到達絕緣體302為止對電子俘獲層303進行第八加工。第二開口及第三開口在第六加工中到達了導電體416a1及導電體416a2，而在第八加工中第二開口及第三開口中的導電體416a1及導電體416a2被過蝕刻。第四開口在第四加工中到達了導電體404，而在第八加工中第四開口中的導電體404進一步被過蝕刻。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口到達導電體310b為止對絕緣體302進行第九加工。第二開口及第三開口在第六加工中到達了導電體416a1及導電體416a2，而在第九加工中第二開口及第三開口中的導電體416a1及導電體416a2進一步被過蝕刻。第四開口在第四加工中到達了導電體404，而在第九加工中第四開口中的導電體404進一步被過蝕刻。另外，有時生成物130附著於第一開口底部的導電體310b上、第二開口底部的導電體416a1上、第三開口底部的導電體416a2上及第四開口底部的導電體404上(參照圖29A至圖29C)。
第四加工條件、第五加工條件、第六加工條件、第七加工條件、第八加工條件及第九加工條件可以是同一的。作為在乾蝕刻中使用的氣體可以使用與上述第一 加工相同的氣體。作為乾蝕刻裝置可以使用與上述第一加工相同的裝置。
作為第四加工條件、第五加工條件、第六加工條件、第七加工條件、第八加工條件及第九加工條件，藉由使導電體404的蝕刻速率、導電體416a1的蝕刻速率、導電體416a2的蝕刻速率及導電體310b的蝕刻速率與絕緣體408及電子俘獲層303的蝕刻速率之間的比例大，可以抑制由於過蝕刻而蝕刻進行到導電體404、導電體416a1及導電體416a2。當將導電體404的蝕刻速率、導電體416a1的蝕刻速率、導電體416a2的蝕刻速率及導電體310b的蝕刻速率設定為1時，將絕緣體408及電子俘獲層303的蝕刻速率設定為5以上，較佳為10以上。
在第三加工條件、第四加工條件、第五加工條件、第六加工條件、第七加工條件、第八加工條件及第九加工條件中，藉由使被用作硬遮罩的絕緣體419及導電體417的蝕刻速率與絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302的蝕刻速率之間的比例大，可以抑制被用作硬遮罩的絕緣體419及導電體417的形狀變化，可以防止開口的形狀異常。明確而言，可以防止開口的頂部變寬。當將絕緣體419及導電體417的蝕刻速率設定為1時，將絕緣體410、絕緣體408、絕緣體412、絕緣體406c、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302的蝕刻速率設定為5以上，較佳為10以上。
注意，可以使用同一乾蝕刻裝置連續地進行第一加工至第九加工。替代地，當該乾蝕刻裝置包括多個蝕刻室時，在各加工中可以將基板不暴露於大氣氛圍的方式進行加工，可以防止基板的腐蝕、污染或塵埃的附著，或者生產力得到提高，所以是較佳的。
例如，當乾蝕刻裝置包括兩個蝕刻室時，可以在第一蝕刻室中連續地進行第一加工及第二加工之後，將基板移動到第二蝕刻室，連續地進行第三加工至第九加工。當根據蝕刻時使用的氣體種類如包含氯的氣體和包含氟的氣體等使用不同的蝕刻室時，適合於蝕刻速率的穩定性等。替代地，例如可以進行並列處理，其中在第一處理室中進行第一加工至第九加工，在第二蝕刻室中同樣地進行第一加工至第九加工。並列處理可以提高生產性，所以是較佳的。
在第九加工之後，有時連續地進行使用氧氣體的電漿處理。由於第一加工、第二加工、第三加工、第四加工、第五加工、第六加工、第七加工、第八加工及第九加工，而有時生成物130附著於第一開口中、第二開口中、第三開口中及第四開口中，但是藉由上述使用氧氣體的電漿處理可以去除生成物130。
由於氧電漿處理，而第一開口底部的導電體310b的頂面、第二開口底部的導電體416a1的頂面、第三開口底部的導電體416a2的頂面及第四開口底部的導電體404的頂面被氧化。在導電體是包含金屬的導電體的情 況下，有時形成金屬氧化物115。金屬氧化物115有時成為絕緣體或電阻體。因此，較佳的是，去除金屬氧化物115(參照圖30A、圖30B或圖30C)。
為了去除金屬氧化物115可以進行洗滌處理。作為洗滌處理，可以進行使用化學溶液的洗滌或使用水的洗滌。作為洗滌裝置，可以使用旋轉洗滌機或成批式(batch-type)洗滌裝置。
在此，作為洗滌處理的一個例子，進行與實施方式1相同的方法的使用成批式洗滌裝置的QDR洗滌處理，較佳為進行三個循環以上、更佳為五個循環以上的QDR洗滌。
藉由上述步驟，可以形成第一開口、第二開口、第三開口及第四開口。(參照圖31A至圖31C)。
以上，說明藉由一次的光微影法形成第一開口、第二開口、第三開口及第四開口的方法，但是也可以藉由一次的光微影法形成一個開口。替代地，也可以藉由一次的光微影法形成兩個以上的開口。
接著，形成導電體422a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體422a。以填充形成在絕緣體410等中的開口的方式形成導電體422a。因此，較佳為使用CVD法(尤其是，MCVD法)。另外，為了提高絕緣體410和藉由MCVD法形成的導電體的緊密性，有時較佳為採用藉由ALD法等形成的導電體與藉由MCVD法形成的導電體的疊層膜。例 如，可以使用依次形成有氮化鈦與鎢的多層膜等(參照圖32A至圖32C)。
接著，直到到達絕緣體419的頂面為止對導電體422a進行第一CMP處理，形成導電體422(參照圖33A至圖33C)。
接著，直到到達絕緣體410的頂面為止對導電體422、絕緣體419及導電體417進行第二CMP處理。由此，導電體433埋入在第一開口中，導電體431埋入在第二開口中，導電體429埋入在第三開口中，導電體437埋入在第四開口中(參照圖34A至圖34C)。
接著，在絕緣體410、導電體433、導電體431、導電體429及導電體437上形成導電體，利用光微影法對該導電體的一部分進行蝕刻，由此形成導電體434、導電體432、導電體430及導電體438。藉由上述步驟，可以製造圖6A至圖6C所示的電晶體(參照圖35A至圖35C)。
〈電晶體的製造方法2〉
以下，使用圖36A至圖56C對根據本發明的一個實施方式的圖9A至圖9C所示的電晶體的製造方法進行說明。注意，直到形成導電體414為止的步驟與上述電晶體的製造方法1相同(參照圖36A至圖36C)。
接著，利用光微影法等對絕緣體406a_1、半導體406b_1及導電體414進行加工，形成包括絕緣體 406a、半導體406b及導電體415的多層膜。在此，當形成導電體414時，將成為半導體406b_1的頂面受到損傷而形成區域407。因為區域407具有半導體406b被低電阻化的區域，所以導電體415和半導體406b之間的接觸電阻變低。當形成多層膜時，有時絕緣體402也被蝕刻，一部分的區域減薄。亦即，絕緣體402有時具有在接觸於多層膜的區域具有凸部的形狀(參照圖37A至圖37C)。
接著，形成絕緣體410a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體410a。替代地，可以使用旋塗法、浸漬法、液滴噴射法(噴墨法等)、印刷法(網版印刷、平板印刷等)、刮刀(doctor knife)法、輥塗(roll coater)法或簾式塗佈(curtain coater)法等形成絕緣體410a。
可以以其頂面具有平坦性的方式形成絕緣體410a。例如，在成膜剛結束後，絕緣體410a的頂面可以具有平坦性。替代地，例如，在成膜後，可以從頂面去除絕緣體等以使絕緣體410a的頂面平行於基板背面等基準面，而絕緣體410a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410a的頂面也可以不具有平坦性。
接著，利用光微影法等在絕緣體410a上形成光阻遮罩411。在此，為了提高絕緣體410a的頂面和光阻遮罩的緊密性，例如，在絕緣體410a和光阻遮罩411之間形成有機塗佈膜。另外，也可以在絕緣體410a上形 成單層的導電體或導電體和絕緣體的疊層膜，利用光微影法形成硬遮罩(參照圖38A至圖38C)。
接著，利用乾蝕刻法等直到到達絕緣體402為止對絕緣體410a進行第一加工，由此形成絕緣體410。此時，有時直到到達電子俘獲層303為止絕緣體402被蝕刻。作為在第一加工的乾蝕刻中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、CF4氣體、SF6氣體或CHF3氣體等。替代地，可以對上述氣體適當地添加氧氣體、氦氣體、氬氣體或氫氣體等。在此，較佳為使用對C4F6氣體添加氧氣體而成的氣體。作為乾蝕刻裝置可以使用上述乾蝕刻裝置，但是較佳為使用具有平行平板型電極的每一個與頻率不同的高頻電源連接的結構的乾蝕刻裝置。
接著，利用乾蝕刻法等對導電體415進行第二加工，由此將導電體415分離為導電體416a1和導電體416a2。作為在第二加工的乾蝕刻中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、CF4氣體、SF6氣體、Cl2氣體、BCl3氣體和SiCl4氣體等中的一個或混合它們中的兩種以上而成的氣體。替代地，可以對上述氣體適當地添加氧氣體、氦氣體、氬氣體或氫氣體。在此，較佳為混合CF4氣體、Cl2氣體和氧氣體而使用。作為乾蝕刻裝置，也可以使用上述第一加工中的乾蝕刻裝置。
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有時由於上述第二加工而被去除(參照圖39A至圖39C)。
當利用乾蝕刻法進行第一加工及第二加工時，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。另外，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。當在第二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，當在第二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。
替代地，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，減少雜質。另外，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、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、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。
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。可以以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成將成為絕緣體406c的絕緣體及將成為絕緣體412的絕緣體。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)。另外，為了提高絕緣體410和藉由MCVD法形成的導電體的緊密性，有時較佳為採用藉由ALD法等形成的導電體與藉由CVD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與鎢的多層膜等。
接著，利用CMP等直到將成為導電體404的導電體、將成為絕緣體412的絕緣體及將成為絕緣體406c的絕緣體到達絕緣體410的頂面為止從將成為導電體404的導電體的頂面進行拋光並使其平坦化。由此，可以自對準地形成被用作閘極電極的導電體404而不利用光微影法。另外，形成絕緣體412及絕緣體406c。
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的位置對準精度而形成被用作閘極電極的導電體404；其結果是，可以縮小半導體裝置的面積。另外，因為不需要光微影製程，所以可以期待製程簡化所引起的生產性的提高(參照圖40A至圖40C)。
接著，在絕緣體410、絕緣體412及絕緣體 406c上形成絕緣體418。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體418。接著，在絕緣體418上形成絕緣體408。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體408。較佳的是，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。包含在絕緣體418中的過量氧經過絕緣體412及/或絕緣體406c移動到半導體406b。如此，因為過量氧經過兩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。替代地，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41A至圖41C)。
以下，對根據本發明的第一開口、第二開口、第三開口及第四開口的製造方法進行詳細的說明。
首先，在絕緣體428上形成導電體417a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體417a。接著，在導電體417a上形成絕緣體419a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體419a(參照圖42A至圖42C)。
接著，利用光微影法等在絕緣體419a上形成光阻遮罩420。雖然未圖示，但是也可以在絕緣體419a上形成有機塗佈膜，利用光微影法等在該有機塗佈膜上形成光阻遮罩420。藉由在絕緣體419a和光阻遮罩420之間形成有機塗佈膜，有時由於有機塗佈膜而絕緣體419a和光阻遮罩420的緊密性得到提高(參照圖43A至圖43C)。
接著，將該光阻遮罩用作遮罩，利用乾蝕刻法直到到達導電體417a的頂面為止對絕緣體419a進行第一加工，由此形成絕緣體419。當在絕緣體419a上形成有機塗佈膜時，可以在第一加工之前，利用乾蝕刻法等對該有機塗佈膜進行加工。作為在有機塗佈膜的加工時使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體或CHF3氣體等。
作為在第一加工中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體和CHF3氣體等中的一個或混合它們中的兩種以上而成的氣體。替代地，可以對上述氣體適當地添加氧氣體、氦氣體、氬氣體或氫氣體等。作為在有機塗佈膜的加工及絕緣體419的加工中使用的乾蝕刻裝置可以使用上述乾蝕刻裝置，但是較佳為使用具有平行平板型電極的每一個與頻率不同的高頻電源連接的結構的乾蝕刻裝置(參照圖44A至圖44C)。
接著，利用乾蝕刻法直到到達絕緣體428的頂面為止對導電體417a進行第二加工，由此形成導電體417。作為在乾蝕刻中使用的氣體，例如可以使用C4F6氣體、C4F8氣體、CF4氣體、SF6氣體、CHF3氣體、Cl2氣體、BCl3氣體和SiCl4氣體等中的一個或混合它們中的兩種以上而成的氣體。替代地，可以對上述氣體適當地添加氧氣體、氦氣體、氬氣體或氫氣體等。此時，有時光阻遮罩420被蝕刻而消失。作為乾蝕刻裝置，也可以使用上述第一加工中的乾蝕刻裝置。藉由上述步驟，形成包括導電體417及絕緣體419的硬遮罩(參照圖45A至圖45C)。
注意，上述硬遮罩也可以是只有導電體417的一層。此時，可以在利用光微影法等在導電體417a上形成光阻遮罩420之後進行上述第二加工。有時由於第二加工，因此光阻遮罩420被蝕刻而消失。替代地，有可能產生如下情況：沒有硬遮罩而只形成光阻遮罩420；或者形成包括有機塗佈膜及光阻遮罩420的兩層遮罩。
接著，將包括導電體417及絕緣體419的硬遮罩用作遮罩，利用乾蝕刻法直到第一開口、第二開口、第三開口及第四開口到達絕緣體408的頂面為止對絕緣體428進行第三加工。作為在乾蝕刻中使用的氣體可以使用與上述第一加工相同的氣體。作為乾蝕刻裝置，可以使用與上述第一加工相同的裝置。由於第三加工，而生成物130附著於第一開口的側面、第二開口的側面、第三開口的側面及第四開口的側面(參照圖46A至圖56C)。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口、第二開口及第三開口及第四開口到達絕緣體418的頂面為止對絕緣體408進行第四加工。
接著，對絕緣體418進行第五加工，其中利用乾蝕刻法直到第一開口、第二開口及第三開口到達絕緣體410為止進行加工，並且直到第四開口到達導電體404為止進行加工。
接著，對絕緣體410進行第六加工，其中利用乾蝕刻法直到第一開口到達絕緣體402為止進行加工，直到第二開口到達導電體416a1為止進行加工，並且直到第三開口到達導電體416a2為止進行加工。第四開口沒有包括絕緣體410，在第五加工中到達了導電體404，而在第六加工中導電體404被過蝕刻(參照圖47A至圖47C)。
因為絕緣體410的頂面因CMP處理等而具有平坦性，所以第一開口中的絕緣體410與第二開口及第三 開口中的絕緣體410的厚度互不相同，厚度第一大的是第一開口，第二大的是第二開口及第三開口。注意，第四開口沒有包括絕緣體410。
就是說，在第六加工中，首先，第二開口及第三開口中的絕緣體410被蝕刻而到達導電體416a1及導電體416a2。接著，第一開口中的絕緣體410被蝕刻而到達絕緣體402。就是說，直到第二開口及第三開口到達導電體416a1及導電體416a2後且第一開口到達絕緣體402為止，第二開口及第三開口中的導電體416a1及導電體416a2被過蝕刻。替代地，在第六加工中，第四開口中的導電體404被過蝕刻。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口到達絕緣體302為止對絕緣體402及電子俘獲層303進行第七加工。第二開口及第三開口在第六加工中到達了導電體416a1及導電體416a2，而在第七加工中導電體416a1及導電體416a2進一步被過蝕刻。第四開口在第五加工中到達了導電體404，而在第七加工中導電體404進一步被過蝕刻(參照圖48A至圖48C)。
接著，利用乾蝕刻法直到第一開口到達導電體310b為止對絕緣體302進行第八加工。第二開口及第三開口在第六加工中到達了導電體416a1及導電體416a2，而在第八加工中導電體416a1及導電體416a2進一步被過蝕刻。第四開口在第五加工中到達了導電體404，而在第八加工中導電體404進一步被過蝕刻。有時 生成物130附著於第一開口底部的導電體310b上、第二開口底部的導電體416a1上、第三開口底部的導電體416a2上及第四開口底部的導電體404傷(參照圖49A至圖49C)。
第四加工條件、第五加工條件、第六加工條件、第七加工條件及第八加工條件可以是同一的。作為在乾蝕刻中使用的氣體可以使用與上述第一加工相同的氣體。作為乾蝕刻裝置可以使用與上述第一加工相同的裝置。
作為第四加工條件、第五加工條件、第六加工條件、第七加工條件及第八加工條件，藉由使導電體404的蝕刻速率、導電體416a1的蝕刻速率、導電體416a2的蝕刻速率及導電體310b的蝕刻速率與絕緣體408及電子俘獲層303的蝕刻速率之間的比例大，可以抑制由於過蝕刻而蝕刻進行到導電體404、導電體416a1及導電體416a2。當將導電體404的蝕刻速率、導電體416a1的蝕刻速率、導電體416a2的蝕刻速率及導電體310b的蝕刻速率設定為1時，將絕緣體408及電子俘獲層303的蝕刻速率設定為5以上，較佳為10以上。
在第三加工條件、第四加工條件、第五加工條件、第六加工條件、第七加工條件及第八加工條件中，藉由使被用作硬遮罩的絕緣體419及導電體417的蝕刻速率與絕緣體428、絕緣體418、絕緣體408、絕緣體410、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302的蝕刻速率之 間的比例大，可以抑制被用作硬遮罩的絕緣體419及導電體417的形狀變化，可以防止開口的形狀異常。明確而言，可以防止開口的頂部變寬。當將絕緣體419及導電體417的蝕刻速率設定為1時，將絕緣體428、絕緣體418、絕緣體408、絕緣體410、絕緣體402、電子俘獲層303及絕緣體302的蝕刻速率設定為5以上，較佳為10以上。
在第八加工之後，有時連續地進行使用氧氣體的電漿處理。由於第一加工、第二加工、第三加工、第四加工、第五加工、第六加工、第七加工及第八加工，而有時生成物附著於第一開口中、第二開口中、第三開口中及第四開口中，但是藉由上述使用氧氣體的電漿處理可以去除生成物。
由於氧電漿處理，而第一開口底部的導電體310b的頂面、第二開口底部的導電體416a1的頂面、第三開口底部的導電體416a2的頂面及第四開口底部的導電體404的頂面被氧化。在導電體是包含金屬的導電體的情況下，有時形成金屬氧化物115。金屬氧化物115有時成為絕緣體或電阻體。因此，較佳的是，去除金屬氧化物115(參照圖50A、圖50B或圖50C)。
為了去除金屬氧化物115可以進行洗滌處理。作為洗滌處理，可以進行使用化學溶液的洗滌或使用水的洗滌。作為洗滌裝置，可以使用旋轉洗滌機或成批式洗滌裝置。
在此，作為洗滌處理的一個例子，進行與實施方式1相同的方法的使用成批式洗滌裝置的QDR洗滌處理，較佳為進行三個循環以上、更佳為五個循環以上的QDR洗滌。
藉由上述步驟，可以形成第一開口、第二開口、第三開口及第四開口。(參照圖51A至圖51C)。
雖然藉由進行一次的光微影法形成第一開口、第二開口、第三開口及第四開口的方法，但是也可以藉由進行一次的光微影法形成一個開口。替代地，也可以進行光微影法形成兩個以上的開口。
接著，形成導電體422a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體422a。以填充形成在絕緣體410等中的開口的方式形成導電體422a。因此，較佳為使用CVD法(尤其是，MCVD法)。另外，為了提高絕緣體410等和藉由MCVD法形成的導電體的緊密性，有時較佳為採用藉由ALD法等形成的導電體與藉由CVD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與鎢的多層膜等(參照圖52A至圖52C)。
接著，直到到達絕緣體419的頂面為止對導電體422a進行第一CMP處理，由此形成導電體422(參照圖53A至圖53C)。
接著，直到到達絕緣體428的頂面為止對導電體422、絕緣體419及導電體417進行第二CMP處 理。由此，導電體433埋入在第一開口中，導電體431埋入在第二開口中，導電體429埋入在第三開口中，導電體437埋入在第四開口中(參照圖54A至圖54C)。
接著，在絕緣體428、導電體433、導電體431、導電體429及導電體437上形成導電體，利用光微影法對該導電體的一部分進行蝕刻，由此形成導電體434、導電體432、導電體430及導電體438。藉由上述步驟，可以製造圖9A至圖9C所示的電晶體(參照圖55A至圖55C)。
如上所述，在形成絕緣體410時，利用乾蝕刻法等直到到達絕緣體402為止對絕緣體410a進行第一加工，由此形成絕緣體410。此時，在一些情況下直到到達電子俘獲層303為止，絕緣體402被蝕刻，此情況下的電晶體具有圖56A至圖56C所示的結構。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適當地組合而實施。
實施方式5 〈記憶體裝置1〉
參照圖57A及圖57B示出半導體裝置(記憶體裝置)的一個例子，其中包括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時也能夠保持儲存內容，並且對寫入次數也沒有限制。
圖57A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以及電容元件3400。注意，任意上述電晶體可以使用作為電晶體3300。
電晶體3300較佳為小關態電流的電晶體。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的小關態電流，所以可以在長期間使半導體裝置的特定的節點保持儲存內容。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57A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元件3400的一個電極電連接，第五佈線3005與電容元件3400的另一個電極電連接。
圖57A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成為導通狀態的電位，使電晶體3300成為導通狀態。由此，第三佈線3003的電位被供應到與電晶體3200的閘極及電容元件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成為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)時對第五佈線3005供應適當的電位(讀出電位)，藉此第二佈線3002的電位取決於保持在節點FG中的電荷量。這是因為在使用n通道電晶體作為電晶體3200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成為“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則成為“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的電荷如何都使電晶體3200成為“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。替代地，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的電荷如何都使電晶體3200成為“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58是對應於圖57A的半導體裝置的剖面圖。圖58所示的半導體裝置包括電晶體3200、電晶體3300以及電容元件3400。電晶體3300及電容元件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9A至圖9C所示的電晶體的例子，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的記載。
此外，圖58所示的電晶體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。替代地，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，能夠改善電晶體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。
注意，雖然在此說明了電晶體3200作為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是絕緣區域。
圖58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418、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418配置於電晶體3300上。絕緣體408配置於絕緣體418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。電容元件3400配置於絕緣體465上。絕緣體469配置於電容元件3400上。
絕緣體464包括到達區域474a的開口、到達區域474b的開口以及到達導電體454的開口。導電體480a、導電體480b及導電體480c分別埋入在各開口中。
此外，絕緣體466包括到達導電體480a的開口、到達導電體480b的開口以及到達導電體480c的開口。導電體478a、導電體478b及導電體478c分別埋入在各開口中。
此外，絕緣體468包括到達導電體478a的開口、到達導電體478b的開口以及到達導電體478c的開口。導電體476a、導電體476b或導電體476c分別埋入在各開口中。
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的開口以及經過絕緣體470到達導電體479b的開口。導電體477a以及導電體477b分別埋入在各開口中。
絕緣體475包括與電晶體3300的通道形成區域重疊的開口、到達導電體477a的開口、到達導電體477b的開口以及到達絕緣體472的開口。導電體484a、導電體484b、導電體484c和導電體484d分別埋入在各 開口中。
導電體484d也可以具有電晶體3300的底閘極電極的功能。替代地，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的臨界電壓等的電特性。替代地，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、到達導電體484b的開口以及到達導電體484c的開口。
絕緣體428包括：經過絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410及絕緣體402到達導電體484a的開口；經過絕緣體408、絕緣體418、絕緣體410及絕緣體402到達導電體484c的開口；經過絕緣體408、絕緣體418及絕緣體410分別到達電晶體3300的源極電極和汲極電極的導電體的兩個開口；經過絕緣體408及絕緣體418到達電晶體3300的閘極電極的導電體的開口。導電體483a、導電體483c、導電體483e、導電體483f和導電體483d分別埋入在各開口中。
在絕緣體428上包括與導電體483a、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、到達導電體485b的開口以及到達導電體 485c的開口。導電體487a、導電體487b或導電體487c分別埋入在開口中。
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的開口以及到達導電體488b的開口。導電體490a或導電體490b分別埋入在開口中。此外，導電體488c與電容元件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、到達導電體489b的開口、到達電容元件3400的另一個電極的導電體496的開口。導電體491a、導電體491b或導電體491c分別埋入在開口中。
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。例如，作為絕緣體401，使用氧化鋁、氧化鎂、氧化矽、氧氮化 矽、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、氧化鉿或氧化鉭即可。
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具有阻擋氫等雜質及氧的功能。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(包括應變矽)、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包括在半導體406b中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的源極或汲極透過導電體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透過導電體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。
電容元件3400包括：電晶體3300的源極電極和汲極電極中的一個；藉由導電體483c、導電體485c、導電體487c及導電體488c與電容元件3400的一個電極電連接的導電體494；絕緣體498；以及電容元件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元件3400，可以縮小半導體裝置的尺寸，所以是較佳的。
其他組件的結構可以適當地參照關於圖9A至圖9C等的記載。
注意，圖59所示的半導體裝置與圖58所示的半導體裝置的不同之處只在於電晶體3200的結構。因此，圖59所示的半導體裝置參照圖58所示的半導體裝置的記載。明確而言，在圖59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。另外，電晶體3200可以為p通道電晶體或n通道電晶體。
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上包括電容元件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。藉由採用這種結構，可以進一步提高半導體裝置的集 成度。
〈記憶體裝置2〉
圖57B所示的半導體裝置與圖57A所示的半導體裝置不同之處為圖57B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57A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57B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和電容元件3400導通，且在第三佈線3003和電容元件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的電位的變化量取決於電容元件3400的一個電極的電位(或積累在電容元件3400中的電荷)。
例如，在電容元件3400的一個電極的電位為V，電容元件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，電容元件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，包括第一半導體的電晶體可使用於驅動記憶單元的驅動電路，且包括第二半導體的電晶體可層疊在驅動電路上作為電晶體3300。
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儲存內容。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儲存內容。
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60A及圖60B示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖。在圖60A中，X1-X2方向表示通道長度方向，而在圖60B中，Y1-Y2方向表示通道寬度方向。圖60A及圖60B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60A及圖60B示出了作為使用第二半導體材料的電晶體2100使用圖9A至圖9C所例示的電晶體的例子。
在此，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，第一半導體材料可以是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)，並且第二半導體材料可以是氧化物半導體。使用氧化物半導體以外的材料，如單晶矽等的電晶體容易高速工作。相對地，使用氧化物半導體並在上述實施方式中例示出的電晶體具有良好的次臨界值特性和微型結構。此外，該電晶體因為切換速度快，所以可以高速工作，並且因為其關態電流小，所以具有小洩漏電流。
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60A及圖60B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使設置在該絕緣膜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產生載子的原因之一，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，且藉由熱處理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60E及圖60F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，也可以加工SOI基板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適當的組合而實施。
實施方式7 〈CMOS電路〉
圖60C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60D所示的電路圖示出將電晶體2100和電晶體2200的各源極彼此連接和電晶體2100和電晶體2200的各汲極彼此連接的結構。藉由採用該結構，可以將該等電晶體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61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61所示的CPU在基板1190上具有：ALU1191(ALU：Arithmetic logic unit：算術電路)、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61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61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。
透過匯流排介面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產生用來控制ALU1191的工作的訊號。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產生暫存器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61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61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元件保持資料。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。在選擇由電容元件保持資料的情況下，對電容元件進行資料的重寫，而可以停止對暫存器1196中的記憶單元供應電源電壓。
圖62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儲存資料的電路1201、在電源關閉時不失去儲存資料 的電路1202、開關1203、開關1204、邏輯元件1206、電容元件1207以及具有選擇功能的電路1220。電路1202包括電容元件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。
在此示出開關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的閘極中的控制訊號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的閘極中的控制訊號RD選擇。
電晶體1209的源極和汲極中的一個電連接到電容元件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M2。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的輸入端子和電容元件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M1。可以對電容元件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)。電容元件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)。可以對電容元件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)。電容元件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，只要積極地利用電晶體或佈線的寄生 電容等，就沒有必要設置電容元件1207及電容元件1208。
控制訊號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訊號WE不同的控制訊號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中的資料的訊號被輸入到電晶體1209的源極和汲極中的另一個。圖62示出從電路1201輸出的訊號輸入到電晶體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)輸出的訊號的邏輯值反轉而成為反轉訊號，將其經由電路1220輸入到電路1201。
另外，雖然圖62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)輸出的訊號藉由邏輯元件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)輸出的訊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訊號的邏輯值反轉的訊號的節點時，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)輸出的訊號輸入到該節點。
在圖62中，包括在記憶元件1200中在電晶體1209以外的該等電晶體可以使用其通道形成在氧化物半導體以外的半導體形成的膜或基板1190中的電晶體。例如，電晶體可以是其通道形成在矽膜或矽基板中的電晶體。替代地，其通道在氧化物半導體中形成的電晶體可用於記憶元件1200中的所有電晶體。替代地，在記憶元件1200中，除了電晶體1209以外，還可以包括其通道由氧化物半導體形成的電晶體，並且其通道形成在氧化物半導體以外的半導體形成的層或基板1190中的電晶體可用於其餘的電晶體。
圖62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中的電容元件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元件1208所保持的訊號。因此，記憶元件1200在停止供應電源電壓的期間也可以保 持儲存內容(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，電容元件1208所保持的訊號被輸入到電晶體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，可以將由電容元件1208保持的訊號轉換為電晶體1210的狀態(導通狀態或非導通狀態)，並從電路1202讀出該訊號。因此，即便對應於保持在電容元件1208中的訊號的電位稍有變動，也可以準確地讀出原來的訊號。
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：數位訊號處理器)、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適當的組合而實施。
實施方式9 〈成像裝置〉
圖63A是示出根據本發明的一個實施方式的成像裝置200的例子的俯視圖。成像裝置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的訊號的功能。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。
成像裝置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63B所示，在成像裝置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，可以提高成像裝置200的成像品質。
〈像素的結構例子1〉
藉由使成像裝置200中所包括的一個像素211以多個子像素212形成，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64A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64A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分別稱為佈線248[n]、佈線249[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64A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。
成像裝置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64B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64B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中設置感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。
替代地，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。替代地，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中設置感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64A中，感測紅色波長區域的光的子像素212、感測綠色波長區域的光的子像素212及感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。替代地，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感測相同波長區域的光的子像素212，可以提高冗餘性，由此可以提高成像裝置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，可以實現感測紅外光的成像裝置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，可以增大成像裝置的動態範圍。
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65A及圖65B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，可以使光電轉換元件高效地受光。明確而言，如圖65A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65B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，可以提供感測靈敏度高的成像裝置200。
作為圖65A及圖65B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。具有吸收輻射產生電荷的功能的物質包括硒、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，成像裝置200所包括的一個像素211除了圖65A及圖65B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66A及圖66B是包括在成像裝置中的元件的剖面圖。
圖66A所示的成像裝置包括設置在矽基板300上的使用矽的電晶體351上層疊配置的使用氧化物半導體的電晶體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。
成像裝置包括：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66A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。
在像素只包括使用氧化物半導體的電晶體時，層305為包括使用氧化物半導體的電晶體的層，即可。替代地，像素也可以只包括使用氧化物半導體的電晶體而省略層305。
在圖66A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，可以提高成像裝置的解析度。
此外，在圖66B的成像裝置中，可以在層340一側將光電二極體365設置於電晶體上。在圖66B中，例如層305包括使用矽的電晶體351及電晶體352，層320包括佈線371，層331包括使用氧化物半導體層的電晶體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66B所示的元件結構，可以提高開口率。
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，容易感測出微弱的可見光。
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產生載子的原因之一。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67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/或從外部接受資料。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67說明RF標籤的結構。圖67是示出RF標籤的結構例子的方塊圖。
如圖67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發送的無線訊號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、及ROM811。另外，包括在解調變電路807中的具有整流作用的電晶體也可以使用使反向電流充分地小的材料，諸如氧化物半導 體。此可以抑制起因於反向電流的產生之整流作用的降低，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具有靠近於線性關係的關係。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；以及利用射頻電波進行通訊的射頻電波方法。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之間進行無線訊號803的發送及接收。在整流電路805中，對藉由由天線804接收無線訊號來產生的輸入交流訊號進行整流，例如進行半波倍壓整流，並由設置在後階段的電容元件使被整流的訊號平滑化，由此產生輸入電位。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。限制器電路控制電力，使得若輸入交流訊號的振幅高且內部產生電壓高，特定電力以上的電力不輸入到後階段中的電路。
定電壓電路806是由輸入電位產生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訊號產生電路。重設訊號產生電路是利用穩定的電源電壓的上升而產生邏輯電路809的重設訊號的電路。
解調變電路807是藉由包封檢測對輸入交流訊號進行解調並產生解調訊號的電路。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是分析解調訊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、儲存區域等。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及實施例適當地組合。
實施方式11 〈顯示裝置〉
以下參照圖68A至圖69B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68A至圖68C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68A示出EL顯示裝置的像素的電路圖。圖68B是示出EL顯示裝置整體的俯視圖。此外，圖68C是對應於圖68B的點劃線M-N的一部分的剖面圖。
圖68A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(電容元件、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(電容元件、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。替代地，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。替代地，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68A所示的EL顯示裝置包含切換元件743、電晶體741、電容元件742、發光元件719。
另外，由於圖68A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68A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的一個端子及電容元件742的一個電極電連接。電晶體741的源極與電容元件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的另一個端子與訊號線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同一步驟形成的電晶體，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9A至圖9C所示的電晶體。
圖68B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及/或驅動電路736也可以配置在密封材料734的外側。
圖68C是對應於圖68B的點劃線M-N的一部分的EL顯示裝置的剖面圖。
圖68C示出電晶體741，該電晶體741包括：基板700上的絕緣體712a；導電體704a；位於絕緣體712a及導電體704a上且其一部分與導電體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；導電體716a1上及導電體716a2上的絕緣體710；半導體706b上的絕緣體706c；絕緣體706c上的絕緣體718b；以及絕緣體718b上的與半導體706b重疊的導電體714a。注意，電晶體741的結構只是一個例子，也可以與圖68C所示的結構不同。
在圖68C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68C示出電容元件742，該電容元件742包括：位於導電體704b上且其一部分與導電體704b重疊的絕緣體706d；絕緣體706d上的半導體706e；與半導體706e的頂面接觸的導電體716a3及導電體716a4；導電體716a3上及導電體716a4上的絕緣體710；半導體706e上的絕緣體706f；絕緣體706f上的絕緣體718b；以及位於絕緣體718b上且與半導體706e重疊的導電體714b。
在電容元件742中，將導電體704b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相同的膜製造電容元件742。導電體704a及導電體704b較佳為使用同種導電體。此時，可以藉由同一步驟形成導電體704a和導電體704b。另外，導電體714a和導電體714b較佳為使用同種導電體。此時，可以藉由同一步驟形成導電體714a和導電體714b。
圖68C所示的電容元件742是相對於佔有面積的電容大的電容元件。因此，圖68C是顯示品質高的EL顯示裝置。注意，電容元件742的結構是一個例子，而也可以與圖68C所示的結構不同。
在電晶體741及電容元件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716a1的開口。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中的開口與電晶體741電連接。
在導電體781上配置有到達導電體781的開口的分隔壁784。在分隔壁784上配置有在分隔壁784的開口中與導電體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。
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69A是示出液晶顯示裝置的像素的結構例子的電路圖。圖69A所示的像素包括電晶體751、電容元件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訊號線755電連接，電晶體751的閘極與掃描線754電連接。
電容元件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，電容元件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，供應到與上述電容元件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。
注意，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69B示出對應於沿著圖68B的點劃線M-N的液晶顯示裝置的剖面圖。在圖69B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。電容元件752參照關於電容元件742的記載。注意，圖69B示出具有對應於圖68C所示的電容元件742之結構的電容元件752之結構，但是電容元件752之結構不侷限於此。
注意，在將氧化物半導體用於電晶體751的半導體的情況下，可以實現關態電流極小的電晶體。因此，保持在電容元件752中的電荷不容易洩漏，而使得可以長期間保持施加到液晶元件753的電壓。因此，在顯示動作少的動態影像、靜態影像期間，可使電晶體751保持關閉狀態，藉此在該期間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，因為可以縮小電容元件752的佔有面積，所以可以提供一種開口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及電容元件752上配置有絕緣體721。在此，絕緣體721具有到達電晶體751的開口。在絕緣體721上配置有導電體791。導電體791經過絕緣體721中的開口與電晶體751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元件的顯示裝置。替代地，可以提供一種顯示品質高的顯示裝置。替代地，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(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，能夠形成LED。此外，也可以在石墨烯或石墨與具有晶體的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
在本實施方式中，參照圖70說明應用根據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70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。
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。替代地，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。替代地，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訊號及時脈訊號的訊號處理電路。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13 〈使用引線框架型插板的封裝〉
圖71A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71A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71B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71B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。
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14
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〉
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，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，使用本發明的一個實施方式的半導體裝置，可以製造包括具有改善的靈敏度之觸控感測器的電子裝置或照明設備。
電子裝置的例子包括電視機(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，因此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。藉由由天線接收訊號，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72A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72A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72B示出一種智慧手錶，包括外殼7302、顯示部7304、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顯示部7304或內置於外殼7302中的記憶體、CPU等。
圖72C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、顯示部7502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72D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成像裝置設置在鏡頭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72E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73A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73B示出汽車9700的外觀。圖73C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73C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。使用透光性的 導電材料用於其電極允許本發明的一個實施方式的顯示裝置或輸入/輸出裝置成為看到對面的所謂的透視顯示裝置或輸入/輸出裝置。這樣的透視顯示裝置或輸入/輸出裝置在駕駛汽車9700期間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。注意，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的情況下，較佳為採用使用有機半導體材料的有機電晶體或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成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成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成像單元的影像，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73D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成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74A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，可以進行成像。另外，顯示部8002被用作觸控面板，也可以藉由觸摸顯示 部8002進行成像。
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74B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74A和圖74B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74C示出頭戴顯示器8200的外觀。
頭戴顯示器8200包括安裝部8201、透鏡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。
透過電纜8205，將電力從電池8206供應到主 體8203。主體8203包括無線接收器等，能夠接收影像資料等的視訊資料並將之顯示到顯示部8204上。另外，藉由在主體8203中的相機擷取使用者的眼球及眼瞼的動作，然後並使用該擷取資料可算出使用者的視點的座標，以利用使用者的眼作為輸入單元。
安裝部8201可以包括被使用者接觸的多個電極。主體8203也可以具有感測出以使用者的眼球的動作而流過電極的電流以識別他或她眼的方向的功能。主體8203可以具有藉由感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可以包括溫度感測器、壓力感測器、加速度感測器等感測器，以將使用者的生物資訊顯示在顯示部8204上。另外，主體8203也可以感測出使用者的頭部的動作等，以使與使用者的頭部的動作等同步地使顯示在顯示部8204上的影像移動。
本發明的一個實施方式的半導體裝置可以用於包括在主體8203中的集成電路。
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適當地組合而實施。
實施方式15
在本實施方式中，參照圖75A至圖75F說明使用根據本發明的一個實施方式的RF標籤的應用例子。
〈RF標籤的應用例子〉
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75A)、車輛類(自行車等，參照圖75B)、包裝用容器類(包裝紙、瓶子等，參照圖75C)、儲存媒體(DVD、錄影帶等，參照圖75D)、個人物品(包、眼鏡等，參照圖75E)、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75E及圖75F)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，利用X射線光電子能譜法(XPS：X-ray Photoelectron Spectroscopy)確認洗滌效果。
藉由濺射法在單晶矽晶圓上沉積厚度為300nm的鎢膜以形成樣本。樣本1是比較的樣本，在沉積鎢膜之後沒有進行任何處理。樣本2在沉積鎢膜之後藉由連續地進行以下的步驟獲得：使用乾蝕刻裝置在形成接觸開口和氧電漿處理的條件下進行蝕刻處理。樣本3在以下的方式獲得，在沉積鎢膜之後使用乾蝕刻裝置在形成接觸開口和氧電漿處理的條件下對鎢膜表面連續地進行處理，然後進行三個循環的QDR洗滌。也就是說，對樣本3進行與在實施方式1中說明的形成開口方法相同的處理。
乾蝕刻裝置使用具有將頻率不同的高頻電源連接到平行平板型電極的每一個的結構的乾蝕刻裝置。為了形成開口，進行以下的步驟：第一步驟：使用流量為22sccm的C4F6氣體、流量為30sccm的氧氣體以及流量為800sccm的Ar氣體的混合氣體；壓力為3.3Pa；對上部電極施加1800W的高頻功率，對下部電極施加2000W的高頻功率；處理時間為40秒，以及第二步驟：使用流量為8sccm的C4F8氣體、流量為16sccm的氫氣體以及流量為475sccm的Ar氣體的混合氣體；壓力為2.6Pa；對上部電極施加1000W的高頻功率，對下部電極施加1200W的高頻功率；處理時間為64秒。
在氧電漿處理中：使用流量為200sccm的氧氣體；壓力為2.6Pa；對上部電極施加500W的高頻功率，對下部電極施加100W的高頻功率；處理時間為10秒。作為洗滌進行三個循環的QDR處理。
接著，利用XPS分析法對樣本1至樣本3進行表面分析。圖76示出分析結果。圖76示出XPS分析結果的能譜。在圖式中，橫軸表示、Binding Energy(鍵能)值，縱軸表示Intensity(鍵能的強度)。在31eV至32eV附近和33eV至34eV附近鎢(W)的鍵能呈現峰值，在36eV附近及38eV附近氧化鎢(WO3)的鍵能呈現峰值。
關於樣本1，明顯呈現W的鍵能峰值，不太呈現WO3的鍵能峰值。由此可知，樣本1的表面幾乎被 W覆蓋。接著，關於樣本2，明顯呈現W的鍵能峰值，不太呈現WO3的鍵能峰值。由此可知，樣本2的表面幾乎被WO3覆蓋。關於樣本3，明顯呈現W的鍵能峰值，不太呈現WO3的鍵能峰值，其表面狀態與樣本1大致相同。由此可知，樣本3的表面幾乎被W覆蓋。
由以上的XPS分析結果可知，當在以開口條件對W表面進行處理之後連續地進行氧電漿處理時，W表面被氧化而形成WO3。並且，確認到藉由進行QDR洗滌該WO3被去除，W表面再次露出。
由上述內容可知，由於在用來形成開口的乾蝕刻之後連續地進行的氧電漿處理，因此開口的鎢表面被氧化而形成包含鎢的金屬氧化物，但是藉由進行QDR洗滌該金屬氧化物被去除。
實施例2
在實施例2中，為了確認根據本發明的開口的形成後的QDR洗滌的效果，製造接觸電阻測量用TEG(Test Element Group：測試單元組)進行接觸電阻的測量。
樣本的製造是採以下的方式，藉由熱氧化法在單晶矽晶圓上形成厚度為100nm的氧化矽膜，接著，藉由濺射法在該氮化鈦膜上依此順序連續地形成厚度為10nm的氮化鈦膜和厚度為30nm的鎢膜。
接著，在該鎢膜上塗佈厚度為20nm的有機塗 佈膜，利用光微影法對有機塗佈膜、鎢膜及氮化鈦膜的一部分進行蝕刻，由此形成包括鎢膜及氮化鈦膜的第一導電層。
接著，利用CVD法在氧化矽膜及第一導電層上形成厚度為10nm的第一氧氮化矽膜，利用ALD法在第一氧氮化矽膜上形成厚度為20nm的氧化鉿膜，利用CVD法在該氧化鉿膜上形成厚度為30nm的第二氧氮化矽膜，利用濺射法在第二氧氮化矽膜上形成厚度為5nm的IGZO膜，利用濺射法在該IGZO膜上形成厚度為40nm的氧化鋁膜，利用CVD法在該氧化鋁膜上形成厚度為390nm的第三氧氮化矽膜。
接著，對第三氧氮化矽膜進行CMP處理，以第一導電層上的部分的厚度為310nm且第一導電層上以外的部分的厚度為350nm的方式對第一導電層上的氧氮化矽膜進行平坦化。
接著，利用濺射法在被平坦化的第三氧氮化矽膜上形成厚度為30nm的鎢膜，利用CVD法在該鎢膜上形成厚度為100nm的氮化矽膜。
接著，在該氮化矽膜上塗佈有機塗佈膜，利用光微影法形成光阻遮罩。接著，將光阻遮罩用作遮罩，對有機塗佈膜、氮化矽膜及鎢膜連續地進行蝕刻並加工。
作為乾蝕刻裝置使用與實施例1相同的裝置。作為對有機塗佈膜的蝕刻進行第一加工，在第一加工中：使用流量為80sccm的CF4氣體；壓力為3Pa；對上 部電極施加500W的高頻功率，對下部電極施加100W的高頻功率；處理時間為13秒。作為對氮化矽膜的蝕刻進行第二加工，在第二加工中：使用流量為13sccm的氧氣體及流量為67sccm的CHF3氣體的混合氣體；壓力為5.3Pa；對上部電極施加550W的高頻功率，對下部電極施加350W的高頻功率；處理時間為30秒。作為對鎢膜的蝕刻進行第三加工，在第三加工中：使用流量為11sccm的氯氣體、流量為22sccm的CF4氣體及流量為22sccm的氧氣體的混合氣體；壓力為1.3Pa；對上部電極施加1000W的高頻功率，對下部電極施加100W的高頻功率；處理時間為13秒。此時，光阻遮罩消失。
接著，將藉由上述步驟形成的氮化矽膜及鎢膜用作遮罩，對第三氧氮化矽膜、氧化鋁膜、IGZO膜、第二氧氮化矽膜、氧化鉿膜及第一氧氮化矽膜連續地進行加工，由此形成到達第一導電層的開口。
作為對第三氧氮化矽膜的蝕刻進行第四加工，在第四加工中：使用流量為22sccm的C4F6氣體、流量為30sccm的氧氣體及流量為800sccm的氬氣體的混合氣體；壓力為3.3Pa；對上部電極施加1800W的高頻功率，對下部電極施加2000W的高頻功率；處理時間為40秒。
作為對氧化鋁膜、IGZO膜、第二氧氮化矽膜、氧化鉿膜及第一氧氮化矽膜的蝕刻進行第五加工，在第五加工中：使用流量為8sccm的C4F8氣體、流量為 16sccm的氫氣體以及流量為475sccm的氬氣體的混合氣體；壓力為2.6Pa；對上部電極施加1000W的高頻功率，對下部電極施加1200W的高頻功率；處理時間為64秒。
因為進行第一加工至第五加工，所以生成物附著於開口的側壁。為了去除該生成物，進行氧電漿處理，在氧電漿處理中：使用流量為200sccm的氧氣體；壓力為2.6Pa；對上部電極施加500W的高頻功率，對下部電極施加100W的高頻功率；處理時間為10秒。
在上述第一加工至第五加工及氧電漿處理中，使用同一干蝕刻裝置，並且連續地進行該加工及氧電漿處理。
由於上述氧電漿處理，因此開口的第一導電層上的鎢被氧化，而形成氧化鎢。
在此，為了確認根據本發明的一個實施方式的用來氧化鎢去除的洗滌的效果的條件依賴性，根據樣本改變洗滌條件。
作為比較樣本，對樣本A沒有進行洗滌處理。對樣本B進行一個循環的QDR洗滌。對樣本C進行三個循環的QDR洗滌。對樣本D進行五個循環的QDR洗滌。對樣本E使用單片式洗滌裝置進行旋轉洗滌處理，該旋轉洗滌處理包括如下步驟：進行將純水從噴嘴流向旋轉的樣本的表面的純水清洗處理15秒的第一步驟；進行以高壓力從噴嘴將純水流向旋轉的樣本的表面的處理30秒的第二步驟；進行從噴嘴將純水流向旋轉的樣本的表面的 純水清洗處理15秒的第三步驟。
接著，利用CVD法形成厚度為10nm的氮化鈦膜及厚度為150nm的鎢膜。接著，直到到達第三氧氮化矽膜為止對該氮化鈦膜及鎢膜進行CMP處理，將包括氮化鈦膜及鎢膜的第二導電層埋入在開口中。
接著，利用濺射法形成厚度為50nm的鈦膜、厚度為200nm的鋁膜及厚度為50nm的鈦膜。接著，利用光微影法對鈦膜、鋁膜及鈦膜進行加工，由此形成包括鈦膜、鋁膜及鈦膜的第三導電層。藉由上述步驟，製造樣本。
接著，對各樣本進行電子測量。作為電特性的測量，使用兩個TEG測量出隔著第二導電層的第一導電層和第三導電層的接觸電阻值。一個TEG是以四端子感測法測量出接觸電阻值的開爾文電阻值的TEG，另一個TEG是以鎖鏈狀串聯連接3000個接觸孔而成的電路的接觸孔鏈電阻值的TEG。
圖77A示出沒有進行洗滌處理的樣本A、進行一個循環的QDR洗滌的樣本B、進行三個循環的QDR洗滌的樣本C、進行五個循環的QDR洗滌的樣本D的開爾文電阻值的接觸孔直徑設計值依賴性的圖表。圖77B示出沒有進行洗滌處理的樣本A、進行一個循環的QDR洗滌的樣本B、進行三個循環的QDR洗滌的樣本C、進行五個循環的QDR洗滌的樣本D的接觸孔鏈電阻值的接觸孔直徑設計值依賴性的圖表。在任何處理中，有接觸孔直 徑設計值越小開爾文電阻值及接觸孔鏈電阻值越大且電阻值的偏差越大的趨勢，但是在進行三個循環的QDR洗滌的樣本C、進行五個循環的QDR洗滌的樣本D中，即使接觸孔直徑設計值減小到80nm，開爾文電阻值及接觸孔鏈電阻值沒有增大，開爾文電阻值及接觸孔鏈電阻值的偏差也小。
圖78A示出沒有進行洗滌處理的樣本A、進行三個循環的QDR洗滌的樣本C、進行旋轉洗滌處理的樣本E的開爾文電阻值的接觸孔直徑設計值依賴性的圖表。圖78B示出沒有進行洗滌處理的樣本A、進行三個循環的QDR洗滌的樣本C、進行旋轉洗滌處理的樣本E的接觸孔鏈電阻值的接觸孔直徑設計值依賴性的圖表。注意，圖78A和圖78B中的樣本A及樣本C的資料與圖77A和圖77B中的資料相同。
由此可知，進行旋轉洗滌處理的樣本E的開爾文電阻值及接觸孔鏈電阻值比沒有進行洗滌處理的樣本A小，但是旋轉洗滌處理的效果比三個循環的QDR洗滌處理小。
因此，確認到QDR洗滌處理有降低開爾文電阻值及接觸孔鏈電阻值或抑制其偏差的效果，較佳為進行三個循環以上、更佳為五個循環以上的QDR洗滌處理。
實施例3
在實施例3中，使用掃描穿透式電子顯微鏡 (STEM：Scanning Transmission Electron Microscope)觀察根據本發明一實施方式的開口的剖面形狀。
作為樣本，使用在實施例2中製造的樣本。圖79A及圖79B是各示出開口直徑的設計值為100nm時的剖面照片。圖79A是在形成開口之後沒有進行QDR洗滌的樣本A的剖面照片，圖79B是在形成開口之後進行三個循環的QDR洗滌的樣本C的剖面照片，不管有沒有進行QDR洗滌，都沒有剖面形狀的不同。
圖80A及圖80B是各示出開口直徑的設計值為300nm時的剖面照片。圖80A是在形成開口之後沒有進行QDR洗滌的樣本A的剖面照片，圖80B是在形成開口之後進行三個循環的QDR洗滌的樣本C的剖面照片，不管有沒有進行QDR洗滌，都沒有剖面形狀的不同。根據以上的結果，可以確認到不管開口直徑的設計值如何，QDR洗滌都沒有影響到剖面形狀，而可以得到良好的形狀。
本申請案是基於2015年4月15日提交日本專利申請案，序列號2015-083537，其全部內容在此引入作為參考。
301‧‧‧絕緣體
302‧‧‧絕緣體
303‧‧‧電子俘獲層
310a‧‧‧導電體
310b‧‧‧導電體
400‧‧‧基板
401‧‧‧絕緣體
402‧‧‧絕緣體
404‧‧‧導電體
406a‧‧‧絕緣體
406b‧‧‧半導體
406c‧‧‧絕緣體
407‧‧‧區域
408‧‧‧絕緣體
410‧‧‧絕緣體
412‧‧‧絕緣體
416a1‧‧‧導電體
416a2‧‧‧導電體
429‧‧‧導電體
430‧‧‧導電體
431‧‧‧導電體
432‧‧‧導電體
433‧‧‧導電體

Claims (18)

  1. 一種電極的製造方法，包含如下步驟：在第一導電層上形成絕緣層，其中該第一導電層含有金屬元素；在該絕緣層上形成遮罩層；在該絕緣層中形成開口，其中將該遮罩層用作遮罩並使用電漿而對該絕緣層進行蝕刻，來形成該開口；至少對該開口進行電漿處理來形成包含來自該第一導電層的該金屬元素的氧化物，其中在含有氧的氛圍下進行該電漿處理；在藉由使用液體的洗滌處理對該液體起泡的同時，去除該氧化物；以及在該開口中形成第二導電層。
  2. 根據申請專利範圍第1項之電極的製造方法，其中該洗滌處理包括三個循環以上的第一步驟至第四步驟，其中該第一步驟是在對洗滌槽中的液體進行利用氣體的起泡的同時，供應該液體以溢出該洗滌槽，其中該第二步驟是在從淋浴器對該洗滌槽供應該液體的同時，從該洗滌槽排出該液體，其中該第三步驟是對該洗滌槽中供應該液體，其中該第四步驟是在對該洗滌槽中的該液體進行利用氣體的起泡的同時，供應該液體以溢出該洗滌槽，並且其中該液體包含水。
  3. 根據申請專利範圍第2項之電極的製造方法，其中該起泡利用氮氣體進行。
  4. 根據申請專利範圍第1項之電極的製造方法，其中該第一導電層是含有鎢的導電層。
  5. 根據申請專利範圍第1項之電極的製造方法，其中該形成該絕緣層的步驟還包括如下步驟：在第一絕緣體上形成第一金屬氧化物；在該第一金屬氧化物上形成第二絕緣體；在該第二絕緣體上形成第三絕緣體；在該第三絕緣體上形成第二金屬氧化物；以及在該第二金屬氧化物上形成第四絕緣體。
  6. 根據申請專利範圍第5項之電極的製造方法，其中該第一金屬氧化物是含有氧化鉿的金屬氧化物。
  7. 根據申請專利範圍第6項之電極的製造方法，其中以乾蝕刻裝置使用C4F8氣體、氫氣體及氬氣體對該含有氧化鉿的該金屬氧化物進行蝕刻。
  8. 根據申請專利範圍第5項之電極的製造方法，其中該第二金屬氧化物是含有氧化鋁的金屬氧化物。
  9. 根據申請專利範圍第1項之電極的製造方法，其中該形成該絕緣層的步驟還包括如下步驟：在該第一導電層上形成第一絕緣體；在該第一絕緣體上形成第一金屬氧化物；以及在該第一金屬氧化物上形成第三絕緣體，其中該第一金屬氧化物是含有氧化鉿的金屬氧化物或 含有氧化鋁的金屬氧化物。
  10. 根據申請專利範圍第1項之電極的製造方法，其中該形成該絕緣層的步驟還包括如下步驟：在該第一導電層上形成第一金屬氧化物；以及在該第一金屬氧化物上形成第一絕緣體。
  11. 根據申請專利範圍第1項之電極的製造方法，其中在該形成該開口的步驟中，該開口的底部到達該第一導電層的頂面。
  12. 一種半導體裝置的製造方法，包括如下步驟：在基板上形成第一絕緣體；在該第一絕緣體上形成包含金屬元素的第一導電體以及第二導電體，其中該第一導電體和該第二導電體是從相同的膜形成；在該第一導電體和該第二導電體上形成第二絕緣體；在該第二絕緣體上形成半導體；在該半導體上形成第三導電體；在該第三導電體上形成第三絕緣體；在該第三絕緣體上形成該第四導電體；在該第四導電體上形成第四絕緣體；在該第四絕緣體上形成遮罩層；在該第二絕緣體、該第三絕緣體和該第四絕緣體中形成第一開口以露出該第一導電體的頂面，其中將該遮罩層用作遮罩並使用電漿而對該第二絕緣體、該第三絕緣體和該第四絕緣體進行蝕刻，來形成該第一開口； 至少對該第一開口進行電漿處理來形成包含來自該第一導電體的該金屬元素的氧化物，其中在含有氧的氛圍下進行該電漿處理；去除該氧化物；以及在該第一開口中形成第五導電體。
  13. 根據申請專利範圍第12項之半導體裝置的製造方法，其中在該去除步驟中，該氧化物藉由使用液體的洗滌處理被去除。
  14. 根據申請專利範圍第13項之半導體裝置的製造方法，其中該洗滌處理包括三個循環以上的第一步驟至第四步驟，其中該第一步驟是在對洗滌槽中的水進行利用氮氣體的起泡的同時，供應該水以溢出該洗滌槽，其中該第二步驟是在從淋浴器對該洗滌槽供應水的同時，該洗滌槽排出該水，其中該第三步驟是對該洗滌槽中供應水，並且其中該第四步驟是在對該洗滌槽中的水進行利用氮氣體的起泡的同時，供應該水以溢出該洗滌槽。
  15. 根據申請專利範圍第12項之半導體裝置的製造方法，其中該第一導電體是含有鎢的導電層。
  16. 根據申請專利範圍第12項之半導體裝置的製造方 法，其中該第二導電體和該第四導電體互相重疊。
  17. 根據申請專利範圍第12項之半導體裝置的製造方法，其中該半導體不與該第一導電體重疊。
  18. 根據申請專利範圍第12項之半導體裝置的製造方法，其中利用與該形成該第一開口的步驟相同的步驟形成第二開口，並且其中在該第三絕緣體和該第四絕緣體中形成該第二開口以露出該第二導電體的頂面。
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