TWI835890B

TWI835890B - 半導體裝置、半導體晶圓以及電子裝置

Info

Publication number: TWI835890B
Application number: TW108137428A
Authority: TW
Inventors: 佐藤絵莉; 大貫達也; 八窪裕人; 國武寛司
Original assignee: 日商半導體能源研究所股份有限公司
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2024-03-21

Abstract

提供一種能夠測量微小電流的半導體裝置。一種包括運算放大器及二極體元件的半導體裝置，電流被輸入的第一端子與運算放大器的反相輸入端子及二極體元件的輸入端子電連接，電壓被輸出的第二端子與運算放大器的輸出端子及二極體元件的輸出端子電連接。作為二極體元件，使用在通道形成區域中包括金屬氧化物的二極體連接的電晶體。因為該電晶體的關態電流極低，所以可以在第一端子和第二端子之間流過微小電流。由此，藉由從第二端子輸出電壓，可以根據該電壓估計流過到第一端子的微小電流。

Description

半導體裝置、半導體晶圓以及電子裝置

本發明的一個實施方式係關於一種半導體裝置、半導體晶圓以及電子裝置。

注意，本發明的一個實施方式不限定於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的技術領域係關於一種物體、方法或製造方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。因此，更明確地說，作為本說明書所公開的本發明的一個實施方式的技術領域的一個例子可以舉出半導體裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、攝像裝置、記憶體裝置、信號處理裝置、處理器、電子裝置、系統、它們的驅動方法、它們的製造方法或它們的檢查方法。

感測器具有將檢測物件轉換為電信號等的功能，藉由將關於物件的資訊轉換為電信號，可以使用另外的裝置進行處理諸如使用顯示裝置視覺上顯示有關物件的資訊、使用記憶體裝置儲存有關物件的資訊等。明確而言，感測器可以藉由將檢測出的物件轉換為電流值並測量該電流值，來檢測有關該物件的量等。專利文獻1等已公開了測量電流的裝置、方法。

[專利文獻1]日本專利申請公開第2012-137359號公報

在檢測物理量等產生電流的感測器中，作為讀出該電流的方法，例如可以舉出使用反相放大電路等的方法。藉由採用這種方法，以該電流為輸入電流使用反相放大電路輸出電壓，並根據該電壓測量輸入電流值。然而，近年來，實現感測器的小型化、感測器所輸出的電流的微小化，因此需要用來準確地讀出微小電流的電路。

本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種能夠測量微小電流的半導體裝置等。本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的半導體裝置等。本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種包括該半導體裝置的新穎的電子裝置等。

注意，本發明的一個實施方式的目的不侷限於上述目的。上述目的不妨礙其他目的的存在。另外，其他目的是本部分沒有提到而將在下面的記載中進行說明的目的。所屬技術領域的通常知識者可以從說明書或圖式等的記載中導出並適當抽出本部分沒有提到的目的。另外，本發明的一個實施方式實現上述目的及/或其他目的中的至少一個目的。此外，本發明的一個實施方式並不需要實現所有的上述目的及其他目的。

(1) 本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括：電晶體；以及運算放大器，其中，運算放大器的反相輸入端子與電晶體的第一端子及閘極電連接，運算放大器的輸出端子與電晶體的第二端子電連接，並且，電晶體在通道形成區域中包括金屬氧化物。

(2) 在上述(1)的結構中，本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，其中電晶體的關態電流為1.0×10^-12 A以下。

(3) 在上述(1)的結構中，本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，其中電晶體包括背閘極，並且該半導體裝置具有藉由對背閘極輸入使電晶體的臨界電壓轉移到正一側的電位來使電晶體的關態電流為1.0×10^-15 A以下的功能。

(4) 本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括：第一電路；以及運算放大器，其中，運算放大器的反相輸入端子與第一電路的第一端子電連接，運算放大器的輸出端子與第一電路的第二端子電連接，第一電路包括電晶體，電晶體在通道形成區域中包括金屬氧化物，並且，第一電路具有在第一端子和第二端子之間流過1.0×10^-12 A以下的電流的功能。

(5) 在上述(4)的結構中，本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，其中電晶體包括背閘極。

(6) 在上述(1)至(5)中任一個結構中，本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，其中金屬氧化物包含In-M-Zn氧化物(元素M是選自鋁、鎵、釔、銅、釩、鈹、硼、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢和鎂中的一種或多種)。

(7) 本發明的一個實施方式是一種包括多個上述(1)至(6)中任一個半導體裝置並具有切割用區域的半導體晶圓。

(8) 本發明的一個實施方式是一種電子裝置，包括：上述(1)至(6)中任一個半導體裝置；測出部；以及外殼，其中，測出部具有檢測出檢測物件來輸出電流的功能，並且，電流被輸入到半導體裝置。

注意，在本說明書等中，半導體裝置是指利用半導體特性的裝置以及包括半導體元件(電晶體、二極體、光電二極體等)的電路及包括該電路的裝置等。另外，半導體裝置是指能夠利用半導體特性而工作的所有裝置。例如，積體電路、具備積體電路的晶片或在其封裝中容納有晶片的電子構件是半導體裝置的一個例子。另外，記憶體裝置、顯示裝置、發光裝置、照明設備以及電子裝置等本身是半導體裝置，或者有時包括半導體裝置。

此外，在本說明書等中，當明確地記載為X與Y連接時，表示在本說明書等中公開了如下情況：X與Y電連接的情況；X與Y在功能上連接的情況；以及X與Y直接連接的情況。因此，不侷限於圖式或文中所示的連接關係等規定的連接關係，圖式或文中所示的連接關係以外的連接關係也公開於圖式或文中。X和Y為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜和層等)。

作為X和Y電連接的情況的一個例子，可以在X和Y之間連接一個以上的能夠電連接X和Y的元件(例如開關、電晶體、電容元件、電感器、電阻元件、二極體、顯示元件、發光元件、負載等)。另外，開關具有控制開啟和關閉的功能。換言之，藉由使開關處於導通狀態(開啟狀態)或非導通狀態(關閉狀態)來控制是否使電流流過。

作為X和Y在功能上連接的情況的一個例子，可以在X和Y之間連接一個以上的能夠在功能上連接X和Y的電路(例如，邏輯電路(反相器、NAND電路、NOR電路等)、信號轉換電路(DA轉換電路、AD轉換電路、γ(伽瑪)校正電路等)、電位位準轉換電路(電源電路(升壓電路、降壓電路等)、改變信號的電位位準的位準轉換器電路等)、電壓源、電流源、切換電路、放大電路(能夠增大信號振幅或電流量等的電路、運算放大器、差動放大電路、源極隨耦電路、緩衝器電路等)、信號產生電路、記憶體電路、控制電路等)。注意，例如，即使在X與Y之間夾有其他電路，當從X輸出的信號傳送到Y時，也可以說X與Y在功能上是連接著的。

此外，當明確地記載為X與Y電連接時，包括如下情況：X與Y電連接的情況(換言之，以中間夾有其他元件或其他電路的方式連接X與Y的情況)；X與Y在功能上連接的情況(換言之，以中間夾有其他電路的方式在功能上連接X與Y的情況)；以及X與Y直接連接的情況(換言之，以中間不夾有其他元件或其他電路的方式連接X與Y的情況)。換言之，當明確記載有電連接時，與只明確記載有連接的情況相同。

例如，可以表達為“X、Y、電晶體的源極(或第一端子等)及電晶體的汲極(或第二端子等)互相電連接，並按X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)及Y的順序電連接”。或者，可以表達為“電晶體的源極(或第一端子等)與X電連接，電晶體的汲極(或第二端子等)與Y電連接，並以X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y的順序依次電連接”。或者，可以表達為“X藉由電晶體的源極(或第一端子等)及電晶體的汲極(或第二端子等)與Y電連接，X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y依次設置為相互連接”。藉由使用與這種例子相同的表達方法規定電路結構中的連接順序，可以區別電晶體的源極(或第一端子等)與電晶體的汲極(或第二端子等)而決定技術範圍。注意，這些表達方法只是一個例子而已，不侷限於上述表達方法。在此，X、Y為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜及層等)。

另外，即使在電路圖上獨立的組件彼此電連接，也有時一個組件兼有多個組件的功能。例如，在佈線的一部分用作電極時，一個導電膜兼有佈線和電極的兩個組件的功能。因此，本說明書中的“電連接”的範疇內還包括這種一個導電膜兼有多個組件的功能的情況。

在本說明書等中，“電阻元件”例如可以是指具有高於0Ω的電阻值的電路元件、佈線等。因此，在本說明書等中，“電阻元件”有時包括具有電阻值的佈線、電流流過源極和汲極之間的電晶體、二極體、線圈等。因此，“電阻元件”也可以稱為“電阻”、“負載”、“具有電阻值的區域”等，與此相反，“電阻”、“負載”、“具有電阻值的區域”也可以稱為“電阻元件”等。作為電阻值，例如較佳為1mΩ以上且10Ω以下，更佳為5mΩ以上且5Ω以下，進一步較佳為10mΩ以上且1Ω以下。此外，例如也可以為1Ω以上且1×10⁹ Ω以下。

在本說明書等中，例如，“電容元件”除了是指具有高於0F的靜電電容值的電路元件之外還可以是指具有靜電電容值的佈線的區域、寄生電容、電晶體的閘極電容等。因此，在本說明書等中，“電容元件”有時除包括具有一對電極及在該電極之間的介電體的電路元件外還包括產生在佈線和佈線之間的寄生電容、產生在電晶體的源極和汲極中的一個與閘極之間閘極電容等。“電容元件”、“寄生電容”、“閘極電容”等也可以稱為“電容”等，與此相反，“電容”也可以稱為“電容元件”、“寄生電容”、“閘極電容”等。另外，“電容”的“一對電極”也可以稱為“一對導電體”、“一對導電區域”、“一對區域”等。靜電電容值例如可以為0.05fF以上且10pF以下。此外，例如，還可以為1pF以上且10μF以下。

在本說明書等中，電晶體包括閘極、源極以及汲極這三個端子。閘極被用作控制電晶體的導通狀態的控制端子。被用作源極或汲極的兩個端子是電晶體的輸入輸出端子。根據電晶體的導電型(n通道型、p通道型)及對電晶體的三個端子施加的電位的高低，兩個輸入輸出端子中的一方被用作源極而另一方被用作汲極。此外，在本說明書等中，源極和汲極可以相互調換。在本說明書等中，在說明電晶體的連接關係時，使用“源極和汲極中的一個”(第一電極或第一端子)、“源極和汲極中的另一個”(第二電極或第二端子)的表述。注意，根據電晶體結構，有時除了上述三個端子之外還包括背閘極。在此情況下，在本說明書等中，有時電晶體的閘極和背閘極中的一個稱為第一閘極，電晶體的閘極和背閘極中的另一個稱為第二閘極。再者，在同一個電晶體中，“閘極”和“背閘極”可以相互調換。此外，在電晶體包括三個以上的閘極的情況下，在本說明書等中有時將閘極的每一個稱為第一閘極、第二閘極、第三閘極等。

在本說明書等中，節點也可以根據電路結構或裝置結構等稱為端子、佈線、電極、導電層、導電體或雜質區域等。另外，端子、佈線等也可以稱為節點。

另外，在本說明書等中，可以適當地調換“電壓”和“電位”。“電壓”是指與參考電位的電位差，例如在參考電位為接地電位時，可以將“電壓”稱為“電位”。注意，接地電位不一定是指0V。此外，電位是相對性的，根據參考電位的變化而供應到佈線的電位、施加到電路等的電位、從電路等輸出的電位等也產生變化。

“電流”是指電荷的移動現象(導電)，例如，“產生帶正電體的導電”也可以記為“在與其相反方向上產生帶負電體的導電”。因此，在本說明書等中，在沒有特別的說明的情況下“電流”是指伴隨載子的移動的電荷的移動現象(導電)。作為這裡的載子，可以舉出電子、電洞、陰離子、陽離子、絡離子等，載子根據電流流過的系統(例如，半導體、金屬、電解液、真空中等)而不同。此外，佈線等中的“電流的方向”是正載子移動的方向，以正電流量記載。換言之，負載子移動的方向與電流的方向相反，以負電流量表示。因此，在本說明書等中，在對電流的正負(或電流的方向)沒有特別的限制的情況下，“電流從元件A到元件B流過”等記載也可以記為“電流從元件B到元件A流過”。此外，“元件A被輸入電流”等記載也可以記為“從元件A輸出電流”等。

另外，在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免組件的混淆而附加上的。因此，這不是為了限定組件的數量而附加上的。此外，這不是為了限定組件的順序而附加上的。例如，在本說明書等的實施方式之一中附有“第一”的組件有可能在其他實施方式或申請專利範圍中附有“第二”。此外，例如，在本說明書等的實施方式之一中附有“第一”的組件也有可能在其他實施方式或申請專利範圍中被省略。

在本說明書等中，為方便起見，使用了“上”、“下”等表示配置的詞句，以參照圖式說明組件的位置關係。組件的位置關係根據描述各組件的方向適當地改變。因此，表示配置的詞句不侷限於本說明書等中所示的記載，根據情況可以適當地更換表達方式。例如，如果是“位於導電體的頂面的絕緣體”的表述，藉由將所示的圖式的方向旋轉180度，則可以稱為“位於導電體的下面的絕緣體”。

此外，“上”或“下”這樣的詞句不限定組件的位置關係為“正上”或“正下”且直接接觸的情況。例如，當記載為“絕緣層A上的電極B”時，不一定必須在絕緣層A上直接接觸地形成有電極B，也可以包括絕緣層A與電極B之間包括其他組件的情況。

另外，在本說明書等中，根據情況或狀況，可以互相調換“膜”和“層”等詞句。例如，有時可以將“導電層”調換為“導電膜”。此外，有時可以將“絕緣膜”變換為“絕緣層”。另外，根據情況或狀態，可以使用其他詞句代替“膜”和“層”等詞句。例如，有時可以將“導電層”或“導電膜”變換為“導電體”。此外，例如有時可以將“絕緣層”或“絕緣膜”變換為“絕緣體”。

另外，在本說明書等中，“電極”或“佈線”不在功能上限定其組件。例如，有時將“電極”用作“佈線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“佈線”還包括多個“電極”或“佈線”被形成為一體的情況等。

此外，在本說明書等中，根據情況或狀態，可以互相調換“佈線”、“信號線”及“電源線”等詞句。例如，有時可以將“佈線”變換為“信號線”。此外，例如有時可以將“佈線”變換為“電源線”。反之亦然，有時可以將“信號線”或“電源線”變換為“佈線”。有時可以將“電源線”變換為“信號線”。反之亦然，有時可以將“信號線”變換為“電源線”。另外，根據情況或狀態，可以互相將施加到佈線的“電位”變換為“信號”。反之亦然，有時可以將“信號”等變換為“電位”。

在本說明書等中，開關是指具有藉由變為導通狀態(開啟狀態)或非導通狀態(關閉狀態)來控制是否使電流流過的功能的元件。另外，開關是指具有選擇並切換電流路徑的功能的元件。作為一個例子，可以使用電開關或機械開關等。換而言之，開關只要可以控制電流，就不侷限於特定的元件。

電開關的例子包括電晶體(例如雙極電晶體或MOS電晶體)、二極體(例如PN二極體、PIN二極體、肖特基二極體、MIM(Metal Insulator Metal：金屬-絕緣體-金屬)二極體、MIS(Metal Insulator Semiconductor：金屬-絕緣體-半導體)二極體或者二極體連接的電晶體等)或者組合這些元件的邏輯電路。當作為開關使用電晶體時，電晶體的“導通狀態”是指電晶體的源極電極與汲極電極在電性上短路的狀態。另外，電晶體的“非導通狀態”是指電晶體的源極電極與汲極電極在電性上斷開的狀態。當僅將電晶體用作開關時，對電晶體的極性(導電型)沒有特別的限制。

作為機械開關的一個例子，可以舉出利用MEMS(微機電系統)技術的開關。該開關具有以機械方式可動的電極，並且藉由移動該電極來控制導通和非導通而進行工作。

在本說明書等中，半導體的雜質例如是構成半導體層的主要成分之外的物質。例如，濃度低於0.1原子%的元素是雜質。有時由於包含雜質而例如發生在半導體中形成DOS(Density of States：態密度)、載子移動率降低或結晶性降低等情況。在半導體是氧化物半導體時，作為改變半導體的特性的雜質，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或主要成分之外的過渡金屬等，特別是，例如有氫(也包含在水中)、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。明確而言，在半導體是矽層時，作為改變半導體的特性的雜質，例如有氧、除了氫之外的第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素等。

在本說明書等中，In：Ga：Zn=4：2：3或其附近的組成是指在原子數的總和中In為4時，Ga為1以上且3以下(1≤Ga≤3)，Zn為2以上且4.1以下(2≤Zn≤4.1)的組成。此外，In：Ga：Zn=5：1：6或其附近的組成是指在原子數的總和中In為5時，Ga大於0.1且2以下(0.1＜Ga≤2)，Zn為5以上且7以下(5≤Zn≤7)的組成。此外，In：Ga：Zn=1：1：1或其附近的組成是指在原子數的總和中In為1時，Ga大於0.1且2以下(0.1＜Ga≤2)，Zn大於0.1且2以下(0.1＜Zn≤2)的組成。此外，In：Ga：Zn=5：1：3或其附近的組成是指在原子數的總和中In為5時，Ga為0.5以上且1.5以下(0.5≤Ga≤1.5)，Zn為2以上且4.1以下(2≤Zn≤4.1)的組成。此外，In：Ga：Zn=10：1：3或其附近的組成是指在原子數的總和中In為10時，Ga為0.5且1.5以下(0.5≤Ga≤1.5)，Zn為2以上且4.1以下(2≤Zn≤4.1)的組成。

根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠測量微小電流的半導體裝置等。根據本發明的一個實施方式，可以提供一種新穎的半導體裝置等。根據本發明的一個實施方式，可以提供包括該半導體裝置的新穎的電子裝置等。

注意，本發明的一個實施方式的效果不侷限於上述效果。上述效果不妨礙其他效果的存在。另外，其他效果是本部分沒有提到而將在下面的記載中進行說明的效果。所屬技術領域的通常知識者可以從說明書或圖式等的記載中導出並適當抽出本部分沒有提到的效果。另外，本發明的一個實施方式具有上述效果及/或其他效果中的至少一個效果。此外，根據情況，本發明的一個實施方式有時不具有所有的上述效果。

在本說明書等中，金屬氧化物(metal oxide)是指廣義上的金屬的氧化物。金屬氧化物被分類為氧化物絕緣體、氧化物導電體(包括透明氧化物導電體)和氧化物半導體(Oxide Semiconductor，也可以簡稱為OS)等。例如，在將金屬氧化物用於電晶體的活性層的情況下，有時將該金屬氧化物稱為氧化物半導體。換言之，在金屬氧化物能夠構成包括具有放大作用、整流作用及開關作用中的至少一個的電晶體的通道形成區域時，可以將該金屬氧化物稱為金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor)。此外，可以將OS FET或OS電晶體稱為包含金屬氧化物或氧化物半導體的電晶體。

此外，在本說明書等中，有時將包含氮的金屬氧化物也稱為金屬氧化物(metal oxide)。此外，也可以將包含氮的金屬氧化物稱為金屬氧氮化物(metal oxynitride)。

此外，在本說明書等中，各實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而構成本發明的一個實施方式。另外，當在一個實施方式中示出多個結構例子時，可以適當地組合結構例子。

另外，可以將某一實施方式中說明的內容(或其一部分)應用/組合/替換成該實施方式中說明的其他內容(或其一部分)和另一個或多個其他實施方式中說明的內容(或其一部分)中的至少一個內容。

注意，實施方式中說明的內容是指各實施方式中利用各種圖式所說明的內容或者利用說明書所記載的文章而說明的內容。

另外，藉由將某一實施方式中示出的圖式(或其一部分)與該圖式的其他部分、該實施方式中示出的其他圖式(或其一部分)和另一個或多個其他實施方式中示出的圖式(或其一部分)中的至少一個圖式組合，可以構成更多圖。

參照圖式對實施方式進行說明。但是，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實，就是實施方式可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以在不脫離本發明的精神及其範圍的條件下被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在實施方式所記載的內容中。注意，在實施方式中的發明的結構中，在不同的圖式中共同使用相同的元件符號來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反復說明。在立體圖等中，為了明確起見，有時省略部分組件的圖示。

在本說明書等中，當使用同一符號表示多個組件時，尤其是當需要將它們區別開來時，有時對該符號附上“_1”、“[n]”、“[m，n]”等用來區別的符號。

在本說明書的圖式中，為了明確起見而有時誇大表示大小、層的厚度或區域。因此，本發明並不一定限定於上述尺寸。在圖式中，示意性地示出理想的例子，因此本發明不侷限於圖式所示的形狀或數值等。例如，可以包括雜訊或定時偏差等所引起的信號、電壓或電流的不均勻等。

實施方式1 在本實施方式中，說明作為本發明的一個實施方式的半導體裝置的能夠測量微小電流的電路。

圖1A示出作為本發明的一個實施方式的半導體裝置的能夠測量電流的電路。電路20包括電晶體M1及運算放大器OP1。此外，電路20包括輸入端子IT及輸出端子OT。

電晶體M1是在通道形成區域中包括金屬氧化物的OS電晶體。作為該金屬氧化物，例如可以採用銦、元素M(元素M為選自鋁、鎵、釔、銅、釩、鈹、硼、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢和鎂中的一種或多種材料)和鋅中之一個或多個材料。特別是，由銦、鎵、鋅而成的金屬氧化物較佳為能帶間隙高、本質(也稱為I型)或實質上本質的半導體，並且該金屬氧化物的載子濃度較佳為1×10¹⁸ cm^-3 以下，更佳為低於1×10¹⁷ cm^-3 ，進一步低於1×10¹⁶ cm^-3 ，進一步低於1×10¹³ cm^-3 ，進一步低於1×10¹² cm^-3 。此外，在通道形成區域中包括該金屬氧化物的OS電晶體的每通道寬度1μm的關態電流可以為10aA(1×10^-17 A)以下，較佳為1aA(1×10^-18 A)以下，更佳為10zA(1×10^-20 A)以下，進一步較佳為1zA(1×10^-21 A)以下，進一步較佳為100yA(1×10^-22 A)以下。另外，在該OS電晶體中，金屬氧化物的載子濃度低，所以即使OS電晶體的溫度產生變化，也保持低關態電流。例如，即使OS電晶體的溫度為150℃，每通道寬度1μm的關態電流也可以為100zA。

注意，本說明書中的n通道型電晶體的關態電流可以是指在施加到該電晶體的閘極-源極電壓低於該電晶體的臨界電壓時在源極-汲極之間流過的洩漏電流。另外，還可以是指在該電晶體處於關閉狀態時流過的洩漏電流。

此外，如圖1A所示，電晶體M1也可以具有包括背閘極的結構。雖然圖1A未圖示電晶體M1的背閘極的具體的電連接對象，但是也可以在電路20的設計階段中自由地決定電晶體M1的背閘極的電連接對象。例如，藉由使電晶體M1的閘極和背閘極電連接，可以增大在電晶體M1的開啟狀態下流過的電流。此外，例如，當採用在電晶體M1的背閘極設置用來與外部電路電連接的佈線的結構時，藉由由該外部電路對電晶體M1的背閘極供應電位，可以使電晶體M1的臨界電壓變動。另外，電晶體M1也可以不包括背閘極。

運算放大器OP1較佳為藉由CMOS(互補型MOS)製程形成的電路。此外，在CMOS製程中可以採用通道形成區域包括單晶矽、多晶矽、微晶矽的電晶體(下面稱為Si電晶體)。特別是，Si電晶體具有高場效移動率及高可靠性，所以作為運算放大器OP1的電路結構，較佳為應用Si電晶體。

此外，運算放大器OP1也可以是使用OS電晶體的單極性電路。在OS電晶體的通道形成區域所包括的金屬氧化物中，在使用包含銦的金屬氧化物(例如，In氧化物)或包含鋅的金屬氧化物(例如，Zn氧化物)時可以製造n型半導體，但是從移動率及可靠性的觀點來看難以製造p型半導體。因此，在由OS電晶體構成運算放大器OP1時，將其設計為單極性電路，即可。在此情況下，當製造電路20時與電晶體M1同時製造運算放大器OP1，可以縮短電路20的製造時間。

此外，運算放大器OP1也可以具有如下電路結構：作為n通道型電晶體使用OS電晶體，作為p通道型電晶體使用Si電晶體。

注意，在本說明書等中，可以將“運算放大器”調換為“差動放大電路”。

輸入端子IT與運算放大器OP1的反相輸入端子、電晶體M1的第一端子及電晶體M1的閘極電連接，輸出端子OT與運算放大器OP1的輸出端子及電晶體M1的第二端子電連接。而且，運算放大器OP1的非反相輸入端子與佈線GNDL電連接。

佈線GNDL是具有供應恆定電壓的功能的佈線。作為該恆定電壓，例如可以設定為接地電位(有時稱為GND)。此外，佈線GNDL所供應的恆定電壓也可以為接地電位以外的電壓。在本說明中，佈線GNDL所供應的恆定電壓為接地電位。

如圖1A所示，電晶體M1具有二極體連接結構。因此，圖1A的電路20也可以為圖1B所示的電路10的等效電路。

電路10是將電路20的電晶體M1調換為二極體元件DE的電路，二極體元件DE的輸入端子與輸入端子IT及運算放大器OP1的反相輸入端子電連接，二極體元件DE的輸出端子與輸出端子OT及運算放大器OP1的輸出端子電連接。

如圖1B所示，電路10具有對數轉換電路結構。在二極體元件DE具有理想的pn接面並被施加大的正向電壓時，可以以如下公式表示從輸入端子IT輸入輸入電流I_in 時的輸出電壓V_out 。

[公式1]

注意，k是波茲曼常數，T是絕對溫度，q是單位電荷，I₀ 是飽和電流量。

如上述公式所示，藉由使用電路10，可以將輸出電壓V_out 表示為輸入電流I_in 的對數為變數的線性式。也就是說，藉由利用二極體的正向方向電流-電壓特性的電壓範圍，可以測量輸入電流I_in 。

此外，能夠測量的電流值的下限取決於二極體元件DE的電流-電壓特性。例如，在作為電路10的二極體元件DE應用pn接面二極體、雙極性電晶體等時，能夠由電路10測量的電流的範圍大約為1.0pA(1.0×10^-12 A)以上且10mA以下。因此，使用此時的電路10測量低於1.0fA的電流是不較佳的。此外，當作為電路10的二極體元件DE，應用pn接面二極體、雙極性電晶體等時，如上述公式所示，二極體的電流-電壓特性依賴於溫度，因此電流測量有時受到環境的溫度的影響。

在此，如圖1A的電路20所示，作為二極體元件DE考慮二極體連接的電晶體M1。

首先，說明作為電晶體M1使用OS電晶體的優點。圖2是示出OS電晶體及Si電晶體的各汲極電流Id和閘極-源極間電壓Vgs的特性的一個例子的示意圖，OS電晶體呈現特性IVC1a，Si電晶體呈現特性IVC2。汲極電流Id是對數顯示，閘極-源極間電壓Vgs是線性顯示。如圖2所示，OS電晶體的關態電流小於Si電晶體的關態電流。

明確而言，OS電晶體的每通道寬度1μm的關態電流較佳為10aA(1.0×10^-17 A)以下，更佳為100yA(1.0×10^-22 A)以下。因此，藉由作為電晶體M1應用OS電晶體，可以使該關態電流從電路20的輸入端子IT流過輸出端子OT，並可以從輸出端子OT輸出對應於該關態電流的輸出電壓V_out 。

也就是說，在圖1A的電路20中，可以使在電晶體M1中流過的關態電流小於在圖1B的電路10的二極體元件DE(pn接面二極體、雙極性電晶體等)的正向方向上流過的電流，因此藉由使用圖1A的電路20，可以測量其測量下限低於圖1B的電路10的電流。

此外，在電晶體M1是包括背閘極的電晶體時，藉由對背閘極供應所希望的電位來使電晶體M1的臨界電壓變動，如圖2所示，可以使特性IVC1a轉移到特性IVC1b，從而可以改變電晶體M1的閘極-源極電壓Vgs為0V時的汲極電流Id。也就是說，藉由在將電晶體M1保持為關閉的狀態下使電晶體M1的臨界電壓變動，可以改變關態電流。例如，在使電晶體M1的臨界電壓變動時，其每通道寬度1μm的關態電流可以為1.0fA(1.0×10^-15 A)以下，較佳為1.0pA(1.0×10^-12 A)以下，更佳為1.0nA(1.0×10^-9 A)以下，進一步較佳為1.0μA(1.0×10^-6 A)以下。

此外，與Si電晶體相比，在OS電晶體中相對於溫度變化的關態電流的變化小。因此，與包括二極體元件DE(pn接面二極體、雙極性電晶體等)的電路10相比，包括電晶體M1的電路20可以相對於溫度穩定地進行電流測量。

注意，本發明的一個實施方式的半導體裝置不侷限於圖1A所示的電路20，可以根據情況改變電路結構。例如，如圖1C所示，也可以改變圖1A的電路20的電晶體M1的閘極的電連接。在圖1C所示的電路20A中，電晶體M1的閘極不與電晶體M1的第一端子電連接而與第二端子電連接。在此情況下，電晶體M1被用作以電流從第二端子流過第一端子的方向為正向方向的二極體元件。

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2 在本實施方式中，說明與上述實施方式所說明的圖1A不同的能夠測量微小電流的電路。

圖3A所示的電路21是將圖1A的電路20的電晶體M1調換為電路OSC的電路，電路OSC的第一端子與輸入端子IT及運算放大器OP1的反相輸入端子電連接，電路OSC的第二端子與輸出端子OT及運算放大器OP1的輸出端子電連接。

電路OSC是包括OS電晶體的電路，在電路OSC的第一端子和第二端子之間流過的電流可以為1.0μA(1.0×10^-6 A)以下，較佳為1.0pA(1.0×10^-12 A)以下，更佳為1.0aA(1.0×10^-18 A)以下，進一步較佳為1.0zA(1.0× 10^-21 A)，進一步較佳為100yA(1.0×10^-22 A)。

作為電路OSC的具體結構，例如可以為圖3B所示的電路OSC。圖3B示出作為電路21的一個例子的電路21A，電路21A所包括的電路OSC包括電晶體M1[1]至M1[m](m為2以上的整數)。

在圖3B的電路OSC中，電晶體M1[1]至M1[m]的每一個具有二極體連接結構，電晶體M1[1]至M1[m]串聯電連接。串聯連接的電晶體M1[1]至M1[m]的一端與電路OSC的第一端子電連接，串聯連接的電晶體M1[1]至M1[m]的另一端與電路OSC的第二端子電連接。

另外，電晶體M1[1]至M1[m]都可以是OS電晶體。此外，電晶體M1[1]至M1[m]中的至少一個可以是OS電晶體，且其他可以是OS電晶體以外的電晶體(例如，以Si、Ge等半導體為活性層的電晶體、以ZnSe、CdS、GaAs、InP、GaN、SiGe等化合物半導體為活性層的電晶體、以碳奈米管為活性層的電晶體、以有機半導體為活性層的電晶體等)。

此外，電路21A的電路OSC所包括的電晶體M1[1]至M1[m]的閘極也可以如圖3C所示那樣地互相電連接。明確而言，在圖3C所示的電路21B的電路OSC中，電晶體M1[1]至M1[m]的各閘極與電晶體M1[1]的第一端子電連接。在電路OSC中，藉由作為電晶體M1[1]至M1[m]的電連接採用圖3C所示的結構，可以由實質上通道長度長的電晶體構成二極體元件。

此外，在電路21A的電路OSC中還可以設置電路CE。在圖3D所示的電路21C中，電路OSC具有串聯電連接的電晶體M1[1]至M1[m]與電路CE電連接的結構。作為電路CE，例如可以應用電路元件，明確而言，可以使用電阻元件、二極體元件、電容元件等。此外，作為電路CE，例如可以採用電路元件並聯連接的電路。注意，雖然圖3D示出電路CE設置在電晶體M1[m]和電路OSC的第二端子之間的圖，但是電路CE也可以設置在電晶體M1[1]和電路OSC的第一端子之間或串聯電連接的電晶體M1[1]至M1[m]中的任何電晶體之間。

作為與圖3B至圖3D的電路OSC不同的圖3A的電路OSC的具體結構，例如可以採用圖3E所示的電路OSC。圖3D示出作為電路21的一個例子的電路21D，電路21D所包括的電路OSC與電路21A同樣地包括電晶體M1[1]至M1[m](m是2以上的整數)。

在圖3E的電路OSC中，電晶體M1[1]至M1[m]的每一個具有二極體連接結構，電晶體M1[1]至M1[m]並聯電連接。也就是說，電晶體M1[1]至M1[m]的各第一端子及閘極與電路OSC的第一端子電連接，電晶體M1[1]至M1[m]的各第二端子與電路OSC的第二端子電連接。

此外，也可以在電路21D的電路OSC中設置電容元件C1。在圖3F所示的電路21E中，電路OSC具有並聯電連接的電晶體M1[1]至M1[m]還並聯連接有電容元件C1的結構。明確而言，電容元件C1的第一端子與電晶體M1[1]至M1[m]的第一端子及閘極及運算放大器OP1的反相輸入端子電連接，電容元件C1的第二端子與電晶體M1[1]至M1[m]的第二端子及運算放大器OP1的輸出端子電連接。因為電路21E可以由電容元件C1保持運算放大器OP1的反相輸入端子和輸出端子之間的電位，所以可以使二極體連接的電晶體M1[1]至M1[m]的各第一端子和第二端子之間的電流穩定地流過。注意，在圖3F的電路21E中，作為多個電晶體圖示電晶體M1[1]至M1[m]，但是在電路21E中也可以使用一個電晶體M1代替電晶體M1[1]至M1[m]。

另外，電晶體M1[1]至M1[m]較佳為都是OS電晶體。

藉由使用圖3A至圖3F所示的電路21、21A、21B、21C、21D、21E，也可以與實施方式1所說明的電路20同樣地測量微小的電流量。

本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式、實施例適當地組合。

實施方式3 在本實施方式中說明可應用於上述實施方式所說明的半導體裝置結構的電晶體結構，明確而言，層疊設置具有不同的電特性的電晶體的結構。藉由採用該結構，可以提高半導體裝置的設計彈性。此外，藉由層疊設置具有不同的電特性的電晶體，可以提高半導體裝置的積體度。

圖4所示的半導體裝置包括電晶體300、電晶體500及電容元件600。圖6A是電晶體500的通道長度方向上的剖面圖，圖6B是電晶體500的通道寬度方向上的剖面圖，圖6C是電晶體300的通道寬度方向上的剖面圖。

電晶體500是在通道形成區域中包括金屬氧化物的電晶體(OS電晶體)。由於電晶體500的關態電流小，所以藉由將該電晶體500用於記憶單元所包括的寫入電晶體，可以長期間保持寫入的資料電壓或電荷。換言之，更新工作的頻率低或者不需要更新工作，所以可以減小半導體裝置的功耗。

在本實施方式所說明的半導體裝置中，電晶體500設置在電晶體300的上方，電容元件600設置在電晶體300及電晶體500的上方。

電晶體300設置在基板311上，並包括：導電體316；絕緣體315；由基板311的一部分構成的半導體區域313；以及被用作源極區域或汲極區域的低電阻區域314a及低電阻區域314b。例如，電晶體300可以應用於上述實施方式中的運算放大器OP1所包括的電晶體等。

如圖6C所示，在電晶體300中，導電體316隔著絕緣體315覆蓋半導體區域313的頂面及通道寬度方向的側面。如此，藉由使電晶體300具有Fin型結構，實效上的通道寬度增加，從而可以改善電晶體300的通態特性。此外，由於可以增加閘極電極的電場的影響，所以可以改善電晶體300的關態特性。

另外，電晶體300可以為p通道電晶體或n通道電晶體。

半導體區域313的通道形成區域或其附近的區域、被用作源極區域或汲極區域的低電阻區域314a及低電阻區域314b等較佳為包含矽類半導體等半導體，更佳為包含單晶矽。此外，也可以使用包含Ge(鍺)、SiGe(矽鍺)、GaAs(砷化鎵)、GaAlAs(鎵鋁砷)等的材料形成。可以使用對晶格施加應力，改變晶面間距而控制有效質量的矽。此外，電晶體300也可以是使用GaAs和GaAlAs等的HEMT(High Electron Mobility Transistor：高電子移動率電晶體)。

在低電阻區域314a及低電阻區域314b中，除了應用於半導體區域313的半導體材料之外，還包含砷、磷等賦予n型導電性的元素或硼等賦予p型導電性的元素。

作為被用作閘極電極的導電體316，可以使用包含砷、磷等賦予n型導電性的元素或硼等賦予p型導電性的元素的矽等半導體材料、金屬材料、合金材料或金屬氧化物材料等導電材料。

此外，由於導電體的材料決定功函數，所以藉由選擇導電體的材料，可以調整電晶體的臨界電壓。明確而言，作為導電體較佳為使用氮化鈦或氮化鉭等材料。為了兼具導電性和埋入性，作為導電體較佳為使用鎢或鋁等金屬材料的疊層，尤其在耐熱性方面上較佳為使用鎢。

注意，圖4所示的電晶體300的結構只是一個例子，不侷限於上述結構，根據電路結構或驅動方法使用適當的電晶體即可。例如，當半導體裝置為只有OS電晶體的單極性電路(是指與只有n通道型電晶體的情況等相同極性的電晶體)時，如圖5所示，使電晶體300具有與使用氧化物半導體的電晶體500同樣的結構，即可。另外，下面描述電晶體500的詳細內容。

以覆蓋電晶體300的方式依次層疊有絕緣體320、絕緣體322、絕緣體324及絕緣體326。

作為絕緣體320、絕緣體322、絕緣體324及絕緣體326，例如可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧氮化鋁、氮氧化鋁及氮化鋁等。

注意，在本說明書中，氧氮化矽是指在其組成中氧含量多於氮含量的材料，而氮氧化矽是指在其組成中氮含量多於氧含量的材料。注意，在本說明書中，氧氮化鋁是指氧含量多於氮含量的材料，“氮氧化鋁”是指氮含量多於氧含量的材料。

絕緣體322也可以被用作用來減少因設置在其下方的電晶體300等而產生的步階平坦化的平坦化膜。例如，為了提高絕緣體322的頂面的平坦性，其頂面也可以藉由利用化學機械拋光(CMP)法等的平坦化處理被平坦化。

作為絕緣體324，較佳為使用能夠防止氫或雜質從基板311或電晶體300等擴散到設置有電晶體500的區域中的具有阻擋性的膜。

作為對氫具有阻擋性的膜的一個例子，例如可以使用藉由CVD法形成的氮化矽。在此，有時氫擴散到電晶體500等具有氧化物半導體的半導體元件中，導致該半導體元件的特性下降。因此，較佳為在電晶體500與電晶體300之間設置抑制氫的擴散的膜。明確而言，抑制氫的擴散的膜是指氫的脫離量少的膜。

氫的脫離量例如可以利用熱脫附譜分析法(TDS)等測量。例如，在TDS分析中的膜表面溫度為50℃至500℃的範圍內，當將換算為氫原子的脫離量換算為絕緣體324的每單位面積的量時，絕緣體324中的氫的脫離量為10×10¹⁵ atoms/cm² 以下，較佳為5×10¹⁵ atoms/cm² 以下，即可。

注意，絕緣體326的介電常數較佳為比絕緣體324低。例如，絕緣體326的相對介電常數較佳為低於4，更佳為低於3。例如，絕緣體326的相對介電常數較佳為絕緣體324的相對介電常數的0.7倍以下，更佳為0.6倍以下。藉由將介電常數低的材料用於層間膜，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。

此外，在絕緣體320、絕緣體322、絕緣體324及絕緣體326中埋入有與電容元件600或電晶體500連接的導電體328、導電體330等。此外，導電體328及導電體330具有插頭或佈線的功能。注意，有時使用同一元件符號表示具有插頭或佈線的功能的多個導電體。此外，在本說明書等中，佈線、與佈線連接的插頭也可以是一個組件。就是說，導電體的一部分有時被用作佈線，並且導電體的一部分有時被用作插頭。

作為各插頭及佈線(導電體328、導電體330等)的材料，可以使用金屬材料、合金材料、金屬氮化物材料或金屬氧化物材料等導電材料的單層或疊層。較佳為使用兼具耐熱性和導電性的鎢或鉬等高熔點材料，尤其較佳為使用鎢。或者，較佳為使用鋁或銅等低電阻導電材料。藉由使用低電阻導電材料可以降低佈線電阻。

此外，也可以在絕緣體326及導電體330上設置佈線層。例如，在圖4中，依次層疊有絕緣體350、絕緣體352及絕緣體354。此外，在絕緣體350、絕緣體352及絕緣體354中形成有導電體356。導電體356具有與電晶體300連接的插頭或佈線的功能。此外，導電體356可以使用與導電體328及導電體330同樣的材料設置。

此外，與絕緣體324同樣，絕緣體350例如較佳為使用對氫具有阻擋性的絕緣體。此外，導電體356較佳為包含對氫具有阻擋性的導電體。尤其是，在對氫具有阻擋性的絕緣體350所具有的開口中形成對氫具有阻擋性的導電體。藉由採用該結構，可以使用障壁層將電晶體300與電晶體500分離，從而可以抑制氫從電晶體300擴散到電晶體500中。

注意，作為對氫具有阻擋性的導電體，例如較佳為使用氮化鉭等。此外，藉由層疊氮化鉭和導電性高的鎢，不但可以保持作為佈線的導電性而且可以抑制氫從電晶體300擴散。此時，對氫具有阻擋性的氮化鉭層較佳為與對氫具有阻擋性的絕緣體350接觸。

此外，也可以在絕緣體354及導電體356上設置佈線層。例如，在圖4中，依次層疊有絕緣體360、絕緣體362及絕緣體364。此外，在絕緣體360、絕緣體362及絕緣體364中形成有導電體366。導電體366具有插頭或佈線的功能。此外，導電體366可以使用與導電體328及導電體330同樣的材料設置。

此外，與絕緣體324同樣，絕緣體360例如較佳為使用對氫具有阻擋性的絕緣體。此外，導電體366較佳為包含對氫具有阻擋性的導電體。尤其是，較佳為在對氫具有阻擋性的絕緣體360所具有的開口中形成對氫具有阻擋性的導電體。藉由採用該結構，可以使用障壁層將電晶體300與電晶體500分離，從而可以抑制氫從電晶體300擴散到電晶體500中。

此外，也可以在絕緣體364及導電體366上設置佈線層。例如，在圖4中，依次層疊有絕緣體370、絕緣體372及絕緣體374。此外，在絕緣體370、絕緣體372及絕緣體374中形成有導電體376。導電體376具有插頭或佈線的功能。此外，導電體376可以使用與導電體328及導電體330同樣的材料設置。

此外，與絕緣體324同樣，絕緣體370例如較佳為使用對氫具有阻擋性的絕緣體。此外，導電體376較佳為包含對氫具有阻擋性的導電體。尤其是，較佳為在對氫具有阻擋性的絕緣體370所具有的開口中形成對氫具有阻擋性的導電體。藉由採用該結構，可以使用障壁層將電晶體300與電晶體500分離，從而可以抑制氫從電晶體300擴散到電晶體500中。

此外，也可以在絕緣體374及導電體376上設置佈線層。例如，在圖4中，依次層疊有絕緣體380、絕緣體382及絕緣體384。此外，在絕緣體380、絕緣體382及絕緣體384中形成有導電體386。導電體386具有插頭或佈線的功能。此外，導電體386可以使用與導電體328及導電體330同樣的材料設置。

此外，與絕緣體324同樣，絕緣體380例如較佳為使用對氫具有阻擋性的絕緣體。此外，導電體386較佳為包含對氫具有阻擋性的導電體。尤其是，較佳為在對氫具有阻擋性的絕緣體380所具有的開口中形成對氫具有阻擋性的導電體。藉由採用該結構，可以使用障壁層將電晶體300與電晶體500分離，從而可以抑制氫從電晶體300擴散到電晶體500中。

在上面說明包括導電體356的佈線層、包括導電體366的佈線層、包括導電體376的佈線層及包括導電體386的佈線層，但是根據本實施方式的半導體裝置不侷限於此。與包括導電體356的佈線層同樣的佈線層可以為三層以下，與包括導電體356的佈線層同樣的佈線層可以為五層以上。

在絕緣體384上依次層疊有絕緣體510、絕緣體512、絕緣體514及絕緣體516。作為絕緣體510、絕緣體512、絕緣體514及絕緣體516中的任一個，較佳為使用對氧或氫具有阻擋性的物質。

例如，作為絕緣體510及絕緣體514，較佳為使用能夠防止氫或雜質從基板311或設置有電晶體300的區域等擴散到設置有電晶體500的區域中的具有阻擋性的膜。因此，絕緣體510及絕緣體514可以使用與絕緣體324同樣的材料。

作為對氫具有阻擋性的膜的一個例子，可以使用藉由CVD法形成的氮化矽。在此，有時氫擴散到電晶體500等具有氧化物半導體的半導體元件中，導致該半導體元件的特性下降。因此，較佳為在電晶體300與電晶體500之間設置抑制氫的擴散的膜。明確而言，抑制氫的擴散的膜是指氫的脫離量少的膜。

例如，作為對氫具有阻擋性的膜，絕緣體510及絕緣體514較佳為使用氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭等金屬氧化物。

尤其是，氧化鋁的不使氧及導致電晶體的電特性變動的氫、水分等雜質透過的阻擋效果高。因此，在電晶體的製程中及製程之後，氧化鋁可以防止氫、水分等雜質進入電晶體500中。此外，氧化鋁可以抑制氧從構成電晶體500的氧化物釋放。因此，氧化鋁適合用於電晶體500的保護膜。

例如，作為絕緣體512及絕緣體516，可以使用與絕緣體320同樣的材料。此外，藉由對上述絕緣體應用介電常數較低的材料，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。例如，作為絕緣體512及絕緣體516，可以使用氧化矽膜和氧氮化矽膜等。

此外，在絕緣體510、絕緣體512、絕緣體514及絕緣體516中埋入有導電體518、構成電晶體500的導電體(例如，導電體503)等。此外，導電體518被用作與電容元件600或電晶體300連接的插頭或佈線。導電體518可以使用與導電體328及導電體330同樣的材料設置。

尤其是，與絕緣體510及絕緣體514接觸的區域的導電體518較佳為對氧、氫及水具有阻擋性的導電體。藉由採用該結構，可以利用對氧、氫及水具有阻擋性的層將電晶體300與電晶體500分離，從而可以抑制氫從電晶體300擴散到電晶體500中。

在絕緣體516的上方設置有電晶體500。

如圖6A、圖6B所示，電晶體500包括以埋入絕緣體514及絕緣體516的方式配置的導電體503、配置在絕緣體516及導電體503上的絕緣體520、配置在絕緣體520上的絕緣體522、配置在絕緣體522上的絕緣體524、配置在絕緣體524上的氧化物530a、配置在氧化物530a上的氧化物530b、彼此分開地配置在氧化物530b上的導電體542a及導電體542b、配置在導電體542a及導電體542b上並以重疊於導電體542a和導電體542b之間的方式形成開口的絕緣體580、配置在開口的底面及側面的氧化物530c、配置在氧化物530c的形成面上的絕緣體550以及配置在絕緣體550的形成面上的導電體560。

另外，如圖6A、圖6B所示，較佳為在氧化物530a、氧化物530b、導電體542a及導電體542b與絕緣體580之間配置有絕緣體544。此外，如圖6A、圖6B所示，導電體560較佳為包括設置在絕緣體550的內側的導電體560a及以埋入導電體560a的內側的方式設置的導電體560b。此外，如圖6A和圖6B所示，較佳為在絕緣體580、導電體560及絕緣體550上配置有絕緣體574。

注意，下面有時將氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c統稱為氧化物530。

在電晶體500中，在形成通道的區域及其附近層疊有氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的三層，但是本發明不侷限於此。例如，可以設置氧化物530b的單層、氧化物530b與氧化物530a的兩層結構、氧化物530b與氧化物530c的兩層結構或者四層以上的疊層結構。另外，在電晶體500中，導電體560具有兩層結構，但是本發明不侷限於此。例如，導電體560也可以具有單層結構或三層以上的疊層結構。注意，圖4、圖6A所示的電晶體500的結構只是一個例子而不侷限於上述結構，可以根據電路結構或驅動方法使用適當的電晶體。

在此，導電體560被用作電晶體的閘極電極，導電體542a及導電體542b被用作源極電極或汲極電極。如上所述，導電體560以埋入絕緣體580的開口中及夾在導電體542a與導電體542b之間的區域的方式設置。導電體560、導電體542a及導電體542b相對於絕緣體580的開口的配置是自對準地被選擇。換言之，在電晶體500中，可以在源極電極與汲極電極之間自對準地配置閘極電極。由此，可以在不設置用於對準的餘地的方式形成導電體560，所以可以實現電晶體500的佔有面積的縮小。由此，可以實現半導體裝置的微型化及高積體化。

再者，導電體560自對準地形成在導電體542a與導電體542b之間的區域，所以導電體560不包括與導電體542a及導電體542b重疊的區域。由此，可以降低形成在導電體560與導電體542a及導電體542b之間的寄生電容。因此，可以提高電晶體500的切換速度，從而電晶體500可以具有高頻率特性。

導電體560有時被用作第一閘(也稱為頂閘極)電極。導電體503有時被用作第二閘(也稱為底閘極)電極。在此情況下，藉由獨立地改變供應到導電體503的電位而不使其與供應到導電體560的電位聯動，可以控制電晶體500的臨界電壓。尤其是，藉由對導電體503供應負電位，可以使電晶體500的臨界電壓大於0V且可以減小關態電流。因此，與不對導電體503施加負電位時相比，在對導電體503施加負電位的情況下，可以減小對導電體560施加的電位為0V時的汲極電流。

導電體503以與氧化物530及導電體560重疊的方式配置。由此，在對導電體560及導電體503供應電位的情況下，從導電體560產生的電場和從導電體503產生的電場連接，可以覆蓋形成在氧化物530中的通道形成區域。在本說明書等中，將由第一閘極電極的電場和第二閘極電極的電場電圍繞通道形成區域的電晶體的結構稱為surrounded channel(S-channel：圍繞通道)結構。

此外，導電體503具有與導電體518相同的結構，以與絕緣體514及絕緣體516的開口的內壁接觸的方式形成有導電體503a，其內側形成有導電體503b。另外，在電晶體500中，疊層有導電體503a與導電體503b，但是本發明不侷限於此。例如，導電體503可以具有單層結構，也可以具有三層以上的疊層結構。

在此，作為導電體503a較佳為使用具有抑制氫原子、氫分子、水分子、銅原子等雜質的擴散的功能(不容易使上述雜質透過)的導電材料。另外，較佳為使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一個)的擴散的功能(不容易使上述氧透過)的導電材料。在本說明書中，抑制雜質或氧的擴散的功能是指抑制上述雜質和上述氧中的任一個或全部的擴散的功能。

例如，藉由使導電體503a具有抑制氧的擴散的功能，可以抑制因導電體503b氧化而導致導電率的下降。

另外，在導電體503還具有佈線的功能的情況下，作為導電體503b，較佳為使用以鎢、銅或鋁為主要成分的導電性高的導電材料。在此情況下，不一定需要設置導電體503b。在圖式中，導電體503b具有單層結構，但是也可以具有疊層結構，例如，可以採用鈦或氮化鈦和上述導電材料的疊層結構。

絕緣體520、絕緣體522及絕緣體524被用作第二閘極絕緣膜，並且絕緣體550被用作第一閘極絕緣膜。

在此，與氧化物530接觸的絕緣體524較佳為使用包含超過化學計量組成的氧的絕緣體。換言之，較佳為在絕緣體524中形成有過量氧區域。藉由以與氧化物530接觸的方式設置上述包含過量氧的絕緣體，可以減少氧化物530中的氧空位，從而可以提高電晶體500的可靠性。

明確而言，作為具有過量氧區域的絕緣體，較佳為使用藉由加熱使一部分的氧脫離的氧化物材料。藉由加熱使氧脫離的氧化物是指在TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：熱脫附譜)分析中換算為氧原子的氧的脫離量為1.0×10¹⁸ atoms/cm³ 以上，較佳為1.0×10¹⁹ atoms/cm³ 以上，進一步較佳為2.0×10¹⁹ atoms/cm³ 以上，或者3.0×10²⁰ atoms/cm³ 以上的氧化物膜。另外，進行上述TDS分析時的膜的表面溫度較佳為在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的範圍內。

此外，也可以以使上述具有過量氧區域的絕緣體和氧化物530彼此接觸的方式進行加熱處理、微波處理或RF處理中的任一個或多個處理。藉由進行該處理，可以去除氧化物530中的水或氫。例如，在氧化物530中發生V_O H鍵合被切斷的反應，換言之，發生“V_O H→V_O +H”的反應而可以進行脫氫化。此時產生的氫的一部分有時與氧鍵合併從氧化物530或氧化物530附近的絕緣體被去除作為H₂ O。此外，氫的一部分有時擴散到導電體542a或/及導電體542b或者被導電體542a或/及導電體542b俘獲(也稱為吸雜)。

此外，作為上述微波處理，例如較佳為使用包括產生高密度電漿的電源的裝置或包括對基板一側施加RF的電源的裝置。例如，藉由使用包含氧的氣體及高密度電漿，可以生成高密度的氧自由基，並且藉由對基板一側施加RF，可以將由高密度電漿生成的氧自由基高效地導入氧化物530或氧化物530附近的絕緣體中。此外，在上述微波處理中，壓力為133Pa以上，較佳為200Pa以上，更佳為400Pa以上。此外，作為對進行微波處理的裝置內導入的氣體，例如使用氧及氬，並且氧流量比(O₂ /(O₂ +Ar))為50%以下，較佳為10%以上且30%以下。

此外，在電晶體500的製程中，較佳為在氧化物530的表面露出的狀態下進行加熱處理。該加熱處理例如以100℃以上且450℃以下，更佳為以350℃以上且400℃以下進行，即可。另外，加熱處理在氮氣體或惰性氣體的氛圍或包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。例如，加熱處理較佳為在氧氛圍下進行。由此，可以對氧化物530供應氧來減少氧空位(V_O )。此外，加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以在氮氣體或惰性氣體的氛圍下進行加熱處理，然後為了填補脫離的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行加熱處理。或者，也可以在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行加熱處理，然後連續地在氮氣體或惰性氣體的氛圍下進行加熱處理。

另外，藉由對氧化物530進行加氧化處理，可以由被供應的氧填補氧化物530中的氧空位，換言之，可以促進“V_O +O→null”的反應。再者，藉由使殘留在氧化物530中的氫與被供應的氧起反應，可以去除該氫作為H₂ O(脫水化)。由此，可以抑制殘留在氧化物530中的氫與氧空位再結合而形成V_O H。

當絕緣體524具有過量氧區域時，絕緣體522較佳為具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等)的擴散的功能(不容易使上述氧透過)。

當絕緣體522具有抑制氧或雜質的擴散的功能時，氧化物530所包含的氧不擴散到絕緣體520一側，所以是較佳的。另外，可以抑制導電體503與絕緣體524或氧化物530所包含的氧起反應。

作為絕緣體522，例如較佳為使用包含氧化鋁、氧化鉿、含有矽及鉿的氧化物(矽酸鉿)、氧化鉭、氧化鋯、鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鍶(SrTiO₃ )或(Ba，Sr)TiO₃ (BST)等所謂的high-k材料的絕緣體的單層或疊層。當進行電晶體的微型化及高積體化時，由於閘極絕緣膜的薄膜化，有時發生洩漏電流等問題。藉由作為被用作閘極絕緣膜的絕緣體使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同時降低電晶體工作時的閘極電位。

尤其是，較佳為使用作為具有抑制雜質及氧等的擴散的功能(不容易使上述氧透過)的絕緣材料的包含鋁和鉿中的一者或兩者的氧化物的絕緣體。作為包含鋁和鉿中的一者或兩者的氧化物的絕緣體，較佳為使用氧化鋁、氧化鉿、包含鋁及鉿的氧化物(鋁酸鉿)等。當使用這種材料形成絕緣體522時，絕緣體522被用作抑制氧從氧化物530釋放或氫等雜質從電晶體500的周圍部進入氧化物530的層。

或者，例如也可以對上述絕緣體添加氧化鋁、氧化鉍、氧化鍺、氧化鈮、氧化矽、氧化鈦、氧化鎢、氧化釔、氧化鋯。此外，也可以對上述絕緣體進行氮化處理。另外，還可以在上述絕緣體上層疊氧化矽、氧氮化矽或氮化矽。

絕緣體520較佳為具有熱穩定性。例如，因為氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，所以是較佳的。另外，藉由組合high-k材料的絕緣體與氧化矽或氧氮化矽，可以形成具有熱穩定性且相對介電常數高的疊層結構的絕緣體520。

另外，在圖6A、圖6B的電晶體500中，作為由三層的疊層結構而成的第二閘極絕緣膜示出絕緣體520、絕緣體522及絕緣體524，但是第二閘極絕緣膜也可以具有單層結構、兩層結構或四層以上的疊層結構。此時，不侷限於採用由相同材料而成的疊層結構，也可以採用由不同材料而成的疊層結構。

在電晶體500中，較佳為將被用作氧化物半導體的金屬氧化物用於包含通道形成區域的氧化物530。例如，作為氧化物530較佳為使用In-M-Zn氧化物(元素M為選自鋁、鎵、釔、銅、釩、鈹、硼、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢和鎂等中的一種或多種)等金屬氧化物。特別是，可被用作氧化物530的In-M-Zn氧化物較佳為實施方式4所說明的CAAC-OS、CAC-OS。此外，作為氧化物530也可以使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物。

此外，對電晶體500較佳為使用載子濃度低的金屬氧化物。在降低金屬氧化物的載子濃度時，只要降低金屬氧化物中的雜質濃度及缺陷態密度即可。在本說明書等中，雜質濃度低且缺陷態密度低的情況是指高純度本質或實質上高純度本質。另外，作為金屬氧化物中的雜質，例如有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。

特別是，由於金屬氧化物所包含的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應而成為水，因此有時在金屬氧化物中形成氧空位。此外，當氫進入氧化物530中的氧空位時，有時氧空位與氫鍵合而形成V_O H。V_O H被用作施體，有時生成作為載子的電子。此外，有時氫的一部分與鍵合於金屬原子的氧鍵合而生成作為載子的電子。因此，使用包含多量的氫的金屬氧化物的電晶體容易具有常開啟特性。此外，因為金屬氧化物中的氫因受熱、電場等作用而容易移動，所以當金屬氧化物包含多量的氫時可能會導致電晶體的可靠性降低。在本發明的一個實施方式中，較佳為儘量減少氧化物530中的V_O H來實現高純度本質或實質上高純度本質。像這樣，為了得到V_O H被充分降低的金屬氧化物，去除金屬氧化物中的水分、氫等雜質(有時也記載為脫水、脫氫化處理)及對金屬氧化物供應氧填補氧空位(有時也記載為加氧化處理)是重要的。藉由將V_O H等雜質被充分降低的金屬氧化物用於電晶體的通道形成區域，可以賦予穩定的電特性。

氫進入了氧空位的缺陷可能被用作金屬氧化物的施體。然而，定量地評價該缺陷是困難的。於是，在金屬氧化物中，有時不以施體濃度而以載子濃度進行評價。因此，在本說明書等中，有時作為金屬氧化物的參數，不採用施體濃度而採用假定不施加電場的狀態的載子濃度。也就是說，本說明書等所記載的“載子濃度”有時可以稱為“施體濃度”。

因此，在將金屬氧化物用於氧化物530時，較佳為儘量減少金屬氧化物中的氫。明確而言，在金屬氧化物中，藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)得到的氫濃度低於1×10²⁰ atoms/cm³ ，較佳為低於1×10¹⁹ atoms/cm³ ，更佳為低於5×10¹⁸ atoms/cm³ ，進一步較佳為低於1×10¹⁸ atoms/cm³ 。藉由將氫等雜質被充分降低的金屬氧化物用於電晶體的通道形成區域，可以賦予穩定的電特性。

此外，當氧化物530使用金屬氧化物時，通道形成區域的金屬氧化物的載子濃度較佳為1×10¹⁸ cm^-3 以下，更佳為低於1×10¹⁷ cm^-3 ，進一步較佳為低於1× 10¹⁶ cm^-3 ，進一步較佳為低於1×10¹³ cm^-3 ，進一步較佳為低於1×10¹² cm^-3 。注意，對通道形成區域的金屬氧化物的載子濃度的下限值沒有特別的限制，例如可以為1× 10^-9 cm^-3 。

此外，在氧化物530使用金屬氧化物時，因導電體542a(導電體542b)和氧化物530接觸而氧化物530中的氧擴散到導電體542a(導電體542b)中，由此導電體542a(導電體542b)有時被氧化。導電體542a(導電體542b)的導電率因導電體542a(導電體542b)的氧化而下降的可能性變高。注意，也可以將氧化物530中的氧向導電體542a(導電體542b)擴散的情況稱為導電體542a(導電體542b)吸收氧化物530中的氧。

此外，當氧化物530中的氧擴散到導電體542a及導電體542b時，導電體542a和氧化物530b的介面和其介面附近及導電體542b和氧化物530b的介面和其介面附近可能會形成具有絕緣性的區域。因為該區域包含比導電體542a及導電體542b多的氧，所以推測該區域的電阻比導電體542a及導電體542b高。此時，可以認為導電體542a及導電體542b、該區域和氧化物530b的三層結構是由金屬-絕緣體-半導體構成的三層結構，有時也將其稱為MIS(Metal-Insulator-Semiconductor)結構或以MIS結構為主的二極體連接結構。

注意，上述具有絕緣性的區域不侷限於形成在導電體542a(導電體542b)和氧化物530b之間，例如，具有絕緣性的區域會形成在導電體542a(導電體542b)和氧化物530c之間或者導電體542a(導電體542b)和氧化物530b之間及導電體542a(導電體542b)和氧化物530c之間。

作為在氧化物530中被用作通道形成區域的金屬氧化物，較佳為使用其能帶間隙為2eV以上，較佳為2.5eV以上的金屬氧化物。如此，藉由使用能帶間隙較寬的金屬氧化物，可以減小電晶體的關態電流。

在氧化物530中，當在氧化物530b之下設置有氧化物530a時，可以抑制雜質從形成在氧化物530a下的結構物擴散到氧化物530b。當在氧化物530b之上設置有氧化物530c時，可以抑制雜質從形成在氧化物530c的上方的結構物擴散到氧化物530b。

另外，氧化物530較佳為具有各金屬原子的原子個數比互不相同的氧化物的疊層結構。明確而言，用於氧化物530a的金屬氧化物的構成元素中的元素M的原子個數比較佳為大於用於氧化物530b的金屬氧化物的構成元素中的元素M的原子個數比。另外，用於氧化物530a的金屬氧化物中的相對於In的元素M的原子個數比較佳為大於用於氧化物530b的金屬氧化物中的相對於In的元素M的原子個數比。另外，用於氧化物530b的金屬氧化物中的相對於元素M的In的原子個數比較佳為大於用於氧化物530a的金屬氧化物中的相對於元素M的In的原子個數比。另外，氧化物530c可以使用可用於氧化物530a或氧化物530b的金屬氧化物。

例如，考慮作為氧化物530使用In-Ga-Zn氧化物的情況。在作為氧化物530b使用In、Ga和Zn的原子個數比為In：Ga：Zn=4：2：3至4.1或其附近的組成的In-Ga-Zn氧化物時，作為氧化物530a較佳為使用原子個數比為In：Ga：Zn=1：3：4或其附近的組成或者In：Ga：Zn=1：1：1或其附近的組成的In-Ga-Zn氧化物。此外，氧化物530c較佳為滿足上述組成中的任一個的In-Ga-Zn氧化物。

此外，例如，在用於氧化物530a的金屬氧化物中的In與元素M的原子個數比比用於氧化物530b的金屬氧化物中的In與元素M的原子個數比小時，作為氧化物530b可以使用具有In、Ga和Zn的原子個數比為In：Ga：Zn=5：1：6或其附近、In：Ga：Zn=5：1：3或其附近、In：Ga：Zn=10：1：3或其附近等的組成的In-Ga-Zn氧化物。

較佳的是，使氧化物530a及氧化物530c的導帶底的能量高於氧化物530b的導帶底的能量。換言之，氧化物530a及氧化物530c的電子親和力較佳為小於氧化物530b的電子親和力。

在此，在氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部中，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氧化物530a、氧化物530b及氧化物530c的接合部的導帶底的能階連續地變化或者連續地接合。為此，較佳為降低形成在氧化物530a與氧化物530b的介面以及氧化物530b與氧化物530c的介面的混合層的缺陷態密度。

明確而言，藉由使氧化物530a與氧化物530b以及氧化物530b與氧化物530c除了氧之外還包含共同元素(為主要成分)，可以形成缺陷態密度低的混合層。例如，在氧化物530b為In-Ga-Zn氧化物的情況下，作為氧化物530a及氧化物530c較佳為使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化鎵等。

此時，載子的主要路徑為氧化物530b。藉由使氧化物530a及氧化物530c具有上述結構，可以降低氧化物530a與氧化物530b的介面及氧化物530b與氧化物530c的介面的缺陷態密度。因此，介面散射對載子傳導的影響減少，可以提高電晶體500的通態電流。

在氧化物530b上設置有被用作源極電極及汲極電極的導電體542a及導電體542b。作為導電體542a及導電體542b，較佳為使用選自鋁、鉻、銅、銀、金、鉑、鉭、鎳、鈦、鉬、鎢、鉿、釩、鈮、錳、鎂、鋯、鈹、銦、釕、銥、鍶和鑭中的金屬元素、以上述金屬元素為成分的合金或者組合上述金屬元素的合金等。例如，較佳為使用氮化鉭、氮化鈦、氮化鎢、包含鈦和鋁的氮化物、包含鉭和鋁的氮化物、氧化釕、氮化釕、包含鍶和釕的氧化物、包含鑭和鎳的氧化物等。另外，氮化鉭、氮化鈦、包含鈦和鋁的氮化物、包含鉭和鋁的氮化物、氧化釕、氮化釕、包含鍶和釕的氧化物、包含鑭和鎳的氧化物是不容易氧化的導電材料或者吸收氧也維持導電性的材料，所以是較佳的。氮化鉭等的金屬氮化物膜對氫或氧具有阻擋性，所以是更佳的。

此外，雖然在圖6A至圖6C中示出導電體542a及導電體542b的單層結構，但是也可以採用兩層以上的疊層結構。例如，較佳為層疊氮化鉭膜及鎢膜。另外，也可以層疊鈦膜及鋁膜。另外，也可以採用在鎢膜上層疊鋁膜的兩層結構、在銅-鎂-鋁合金膜上層疊銅膜的兩層結構、在鈦膜上層疊銅膜的兩層結構、在鎢膜上層疊銅膜的兩層結構。

另外，也可以使用：在鈦膜或氮化鈦膜上層疊鋁膜或銅膜並在其上形成鈦膜或氮化鈦膜的三層結構、在鉬膜或氮化鉬膜上層疊鋁膜或銅膜而並在其上形成鉬膜或氮化鉬膜的三層結構等。另外，也可以使用包含氧化銦、氧化錫或氧化鋅的透明導電材料。

另外，如圖6A所示，有時在氧化物530與導電體542的介面及其附近作為低電阻區域形成有區域區域543a及區域543b。此時，區域543a被用作源極區域和汲極區域中的一個，區域543b被用作源極區域和汲極區域中的另一個。此外，通道形成區域形成在夾在區域543a和區域543b之間的區域中。

藉由以與氧化物530接觸的方式設置上述導電體542a(導電體542b)，區域543a(區域543b)的氧濃度有時降低。另外，在區域543a(區域543b)中有時形成包括包含在導電體542a(導電體542b)中的金屬及氧化物530的成分的金屬化合物層。在此情況下，區域543a(區域543b)的載子濃度增加，區域543a(區域543b)成為低電阻區域。

絕緣體544以覆蓋導電體542a及導電體542b的方式設置，抑制導電體542a及導電體542b的氧化。此時，絕緣體544也可以以覆蓋氧化物530的側面且與絕緣體524接觸的方式設置。

作為絕緣體544，可以使用包含選自鉿、鋁、鎵、釔、鋯、鎢、鈦、鉭、鎳、鍺、釹、鑭或鎂等中的一種或兩種以上的金屬氧化物。此外，作為絕緣體544也可以使用氮氧化矽或氮化矽等。

尤其是，作為絕緣體544，較佳為使用作為包含鋁和鉿中的一者或兩者的氧化物的絕緣體的氧化鋁、氧化鉿、包含鋁及鉿的氧化物(鋁酸鉿)等。尤其是，鋁酸鉿的耐熱性比氧化鉿膜高。因此，在後面的製程的加熱處理中不容易晶化，所以是較佳的。另外，在導電體542a及導電體542b是具有耐氧化性的材料或者吸收氧也其導電性不會顯著降低的情況下，不需要必須設置絕緣體544。根據所需要的電晶體特性，適當地設計即可。

藉由包括絕緣體544，可以抑制絕緣體580所包含的水、氫等雜質經過氧化物530c、絕緣體550擴散到氧化物530b。此外，可以抑制絕緣體580所包含的過量氧使導電體560氧化。

絕緣體550被用作第一閘極絕緣膜。絕緣體550較佳為以接觸於氧化物530c的內側(頂面及側面)的方式配置。絕緣體550較佳為與上述絕緣體524同樣地使用包含過剩的氧並藉由加熱而釋放氧的絕緣體形成。

明確而言，可以使用包含過量氧的氧化矽、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。尤其是，氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，所以是較佳的。

藉由作為絕緣體550以與氧化物530c的頂面接觸的方式設置藉由加熱而釋放氧的絕緣體，可以高效地從絕緣體550藉由氧化物530c對氧化物530b的通道形成區域供應氧。此外，與絕緣體524同樣，較佳為降低絕緣體550中的水或氫等雜質的濃度。絕緣體550的厚度較佳為1nm以上且20nm以下。

另外，為了將絕緣體550所包含的過量氧高效地供應到氧化物530，也可以在絕緣體550與導電體560之間設置金屬氧化物。該金屬氧化物較佳為抑制從絕緣體550到導電體560的氧擴散。藉由設置抑制氧的擴散的金屬氧化物，從絕緣體550到導電體560的過量氧的擴散受到抑制。換言之，可以抑制供應到氧化物530的過量氧量減少。另外，可以抑制因過量氧導致的導電體560的氧化。作為該金屬氧化物，可以使用可用於絕緣體544的材料。

另外，與第二閘極絕緣膜同樣，絕緣體550也可以具有疊層結構。由於當進行電晶體的微型化及高積體化時，有時閘極絕緣膜的薄膜化導致洩漏電流等問題，因此藉由使被用作閘極絕緣膜的絕緣體具有high-k材料與具有熱穩定性的材料的疊層結構，可以在保持物理厚度的同時降低電晶體工作時的閘極電位。此外，可以實現具有熱穩定性及高相對介電常數的疊層結構。

在圖6A及圖6B中，被用作第一閘極電極的導電體560具有雙層結構，但是也可以具有單層結構或三層以上的疊層結構。

作為導電體560a，較佳為使用具有抑制氫原子、氫分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N₂ O、NO、NO₂ 等)、銅原子等雜質的擴散的功能的導電材料。另外，較佳為使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一個)的擴散的功能的導電材料。藉由使導電體560a具有抑制氧的擴散的功能，可以抑制因絕緣體550所包含的氧導致導電體560b氧化而導電率下降。作為具有抑制氧的擴散的功能的導電材料，例如，較佳為使用鉭、氮化鉭、釕或氧化釕等。此外，作為導電體560a可以使用可應用於氧化物530的氧化物半導體。在此情況下，藉由採用濺射法形成導電體560b，可以降低導電體560a的電阻值來使其成為導電體。其可以稱為OC(Oxide Conductor)電極。

作為導電體560b，較佳為使用以鎢、銅或鋁為主要成分的導電材料。由於導電體560b還被用作佈線，所以較佳為使用導電性高的導電體。導電體560b也可以具有疊層結構，例如，可以採用鈦或氮化鈦和上述導電材料的疊層結構。

絕緣體580較佳為隔著絕緣體544設置在導電體542a及導電體542b上。絕緣體580較佳為具有過量氧區域。例如，絕緣體580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、具有空孔的氧化矽或樹脂等。尤其是，氧化矽及氧氮化矽具有熱穩定性，所以是較佳的。尤其是，氧化矽和具有空孔的氧化矽容易在後面的製程中形成過量氧區域，所以是較佳的。

藉由以與氧化物530c接觸的方式設置具有過量氧區域並藉由加熱而釋放氧的絕緣體580，可以將絕緣體580中的氧藉由氧化物530c高效地供應給氧化物530a、氧化物530b。另外，較佳為降低絕緣體580中的水或氫等雜質的濃度。

絕緣體580的開口以與導電體542a和導電體542b之間的區域重疊的方式形成。由此，導電體560以埋入絕緣體580的開口中及夾在導電體542a與導電體542b之間的區域的方式設置。

在進行半導體裝置的微型化時，需要縮短閘極長度，但是需要防止導電體560的導電性的下降。為此，在增大導電體560的厚度的情況下，導電體560有可能具有縱橫比高的形狀。在本實施方式中，由於將導電體560以埋入絕緣體580的開口的方式設置，所以即使導電體560具有縱橫比高的形狀，在製程中也不發生導電體560的倒塌。

絕緣體574較佳為以與絕緣體580的頂面、導電體560的頂面及絕緣體550的頂面的方式設置。藉由利用濺射法形成絕緣體574，可以在絕緣體550及絕緣體580中形成過量氧區域。由此，可以將氧從該過量氧區域供應到氧化物530中。

例如，作為絕緣體574，可以使用包含選自鉿、鋁、鎵、釔、鋯、鎢、鈦、鉭、鎳、鍺和鎂等中的一種或兩種以上的金屬氧化物。

尤其是，氧化鋁具有高阻擋性，即使是0.5nm以上且3.0nm以下的薄膜，也可以抑制氫及氮的擴散。由此，藉由利用濺射法形成的氧化鋁可以在被用作氧供應源的同時還具有氫等雜質的障壁膜的功能。

另外，較佳為在絕緣體574上設置被用作層間膜的絕緣體581。與絕緣體524等同樣，較佳為降低絕緣體581中的水或氫等雜質的濃度。

另外，在形成於絕緣體581、絕緣體574、絕緣體580及絕緣體544中的開口配置導電體540a及導電體540b。導電體540a及導電體540b以隔著導電體560彼此對置的方式設置。導電體540a及導電體540b具有與後面說明的導電體546及導電體548同樣的結構。

在絕緣體581上設置有絕緣體582。絕緣體582較佳為使用對氧或氫具有阻擋性的物質。因此，作為絕緣體582可以使用與絕緣體514同樣的材料。例如，作為絕緣體582較佳為使用氧化鋁、氧化鉿、氧化鉭等金屬氧化物。

此外，在絕緣體582上設置有絕緣體586。作為絕緣體586可以使用與絕緣體320同樣的材料。此外，藉由作為這些絕緣體應用介電常數較低的材料，可以減少產生在佈線之間的寄生電容。例如，作為絕緣體586，可以使用氧化矽膜及氧氮化矽膜等。

此外，在絕緣體520、絕緣體522、絕緣體524、絕緣體544、絕緣體580、絕緣體574、絕緣體581、絕緣體582及絕緣體586中埋入有導電體546及導電體548等。

導電體546及導電體548被用作與電容元件600、電晶體500或電晶體300連接的插頭或佈線。導電體546及導電體548可以使用與導電體328及導電體330同樣的材料設置。

另外，也可以在形成電晶體500之後，以圍繞電晶體500的方式形成開口，並以覆蓋該開口的方式形成對氫或水具有高阻擋性的絕緣體。藉由由上述高阻擋性的絕緣體包裹電晶體500，可以防止水分及氫從外部進入。或者，多個電晶體500都可以由對氫或水具有高阻擋性的絕緣體包裹。另外，在圍繞電晶體500地形成開口的情況下，例如，當形成到達絕緣體514或絕緣體522的開口並接觸於絕緣體514或絕緣體522地形成上述高阻擋性的絕緣體時可以兼作電晶體500的製程的一部分，所以是較佳的。此外，作為對氫或水具有高阻擋性的絕緣體，例如使用與絕緣體522同樣的材料即可。

接著，在電晶體500的上方設置有電容元件600。電容元件600包括導電體610、導電體620及絕緣體630。

此外，也可以在導電體546及導電體548上設置導電體612。導電體612被用作與電晶體500連接的插頭或者佈線。導電體610被用作電容元件600的電極。此外，可以同時形成導電體612及導電體610。

作為導電體612及導電體610可以使用包含選自鉬、鈦、鉭、鎢、鋁、銅、鉻、釹、鈧中的元素的金屬膜或以上述元素為成分的金屬氮化物膜(氮化鉭膜、氮化鈦膜、氮化鉬膜、氮化鎢膜)等。或者，也可以使用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有氧化矽的銦錫氧化物等導電材料。

在圖4中，導電體612及導電體610具有單層結構，但是不侷限於此，也可以具有兩層以上的疊層結構。例如，也可以在具有阻擋性的導電體與導電性高的導電體之間形成與具有阻擋性的導電體以及導電性高的導電體緊密性高的導電體。

以隔著絕緣體630重疊於導電體610的方式設置導電體620。作為導電體620可以使用金屬材料、合金材料、金屬氧化物材料等導電材料。較佳為使用兼具耐熱性和導電性的鎢或鉬等高熔點材料，尤其較佳為使用鎢。當與導電體等其他組件同時形成導電體620時，使用低電阻金屬材料的Cu(銅)或Al(鋁)等即可。

在導電體620及絕緣體630上設置有絕緣體640。絕緣體640可以使用與絕緣體320同樣的材料設置。此外，絕緣體640可以被用作覆蓋其下方的凹凸形狀的平坦化膜。

接著，說明圖4、圖5的半導體裝置的電容元件600。在圖7A至圖7C中，作為可應用於半導體裝置的電容元件600的一個例子示出電容元件600A。圖7A是電容元件600A的俯視圖，圖7B是示出沿著電容元件600A的點劃線L3-L4的剖面的立體圖，圖7C是示出沿著電容元件600A的點劃線W3-L4的剖面的立體圖。

導電體610被用作電容元件600A的一對電極中的一個，導電體620被用作電容元件600A的一對電極中的另一個。此外，絕緣體630被用作夾在一對電極之間的介電體。

電容元件600在導電體610下部與導電體546及導電體548電連接。導電體546及導電體548被用作用來與其他電路元件連接的插頭或佈線。此外，在圖7A至圖7C中，將導電體546及導電體548統稱為導電體540。

此外，在圖7A至圖7C中，為了明確起見，省略埋入有導電體546及導電體548的絕緣體586及覆蓋導電體620及絕緣體630的絕緣體640。

注意，圖4、圖5、圖7A至圖7C所示的電容元件600是平面型，但是電容元件的形狀不侷限於此。例如，電容元件600也可以是圖8A至圖8C所示的圓柱型的電容元件600B。

圖8A是電容元件600B的俯視圖，圖8B是沿著電容元件600B的點劃線L3-L4的剖面圖，圖8C是示出沿著電容元件600B的點劃線W3-L4的剖面的立體圖。

在圖8B中，電容元件600B包括埋入有導電體540的絕緣體586上的絕緣體631、具有開口部的絕緣體651、被用作一對電極中的一個的導電體610及被用作一對電極中的另一個的導電體620。

此外，在圖8C中，為了明確起見，省略絕緣體586、絕緣體650及絕緣體651。

作為絕緣體631，例如可以使用與絕緣體586同樣的材料。

此外，絕緣體631以電連接到導電體540的方式埋入有導電體611。導電體611例如可以使用與導電體330、導電體518同樣的材料。

作為絕緣體651，例如可以使用與絕緣體586同樣的材料。

此外，如上所述，絕緣體651包括開口部，該開口部與導電體611重疊。

導電體610形成於該開口部的底部及側面。也就是說，導電體610與導電體611重疊並與導電體611電連接。

另外，作為導電體610的形成方法，藉由蝕刻法等在絕緣體651中形成開口部，接著，藉由濺射法、ALD法等形成導電體610，然後藉由CMP(Chemical Mechanical Polishing)法等以使導電體610殘留形成在開口部中的方式去除形成在絕緣體651上的導電體610，即可。

絕緣體630位於絕緣體651及導電體610的形成面上。另外，絕緣體630在電容元件中被用作夾在一對電極之間的介電體。

導電體620以埋入絕緣體651的開口部的方式形成在絕緣體630上。

絕緣體650以覆蓋絕緣體630及導電體620的方式形成。

圖8A至圖8C所示的圓柱型的電容元件600B的靜電電容值可以高於平面型的電容元件600A的靜電電容值。因此，藉由應用電容元件600B，可以長時間地維持電容元件的端子之間的電壓。

藉由採用本結構，可以在使用包括氧化物半導體的電晶體的半導體裝置中實現微型化或高積體化。

實施方式4 在本實施方式中，對作為可用於在上述實施方式中說明的OS電晶體的金屬氧化物的CAC-OS(Cloud-Aligned Composite Oxide Semiconductor)及CAAC-OS(c-axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)構成進行說明。

＜金屬氧化物的構成＞ CAC-OS或CAC-metal oxide在材料的一部分中具有導電性的功能，在材料的另一部分中具有絕緣性的功能，作為材料的整體具有半導體的功能。此外，在將CAC-OS或CAC-metal oxide用於電晶體的活性層的情況下，導電性的功能是使被用作載子的電子(或電洞)流過的功能，絕緣性的功能是不使被用作載子的電子流過的功能。藉由導電性的功能和絕緣性的功能的互補作用，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有開關功能(控制On/Off的功能)。藉由在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分離，可以最大限度地提高各功能。

此外，CAC-OS或CAC-metal oxide包括導電性區域及絕緣性區域。導電性區域具有上述導電性的功能，絕緣性區域具有上述絕緣性的功能。此外，在材料中，導電性區域和絕緣性區域有時以奈米粒子級分離。另外，導電性區域和絕緣性區域有時在材料中不均勻地分佈。此外，有時觀察到其邊緣模糊而以雲狀連接的導電性區域。

此外，在CAC-OS或CAC-metal oxide中，導電性區域和絕緣性區域有時以0.5nm以上且10nm以下，較佳為0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。

此外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同能帶間隙的成分構成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因於絕緣性區域的寬隙的成分及具有起因於導電性區域的窄隙的成分構成。在該結構中，當使載子流過時，載子主要在具有窄隙的成分中流過。此外，具有窄隙的成分藉由與具有寬隙的成分的互補作用，與具有窄隙的成分聯動而使載子流過具有寬隙的成分。因此，在將上述CAC-OS或CAC-metal oxide用於電晶體的通道形成區域時，在電晶體的導通狀態中可以得到高電流驅動力，亦即，大通態電流及高場效移動率。

就是說，也可以將CAC-OS或CAC-metal oxide稱為基質複合材料(matrix composite)或金屬基質複合材料(metal matrix composite)。

＜金屬氧化物的結構＞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例如有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。

此外，在著眼於結晶結構時，有時氧化物半導體屬於與上述分類不同的分類。在此，參照圖9A說明氧化物半導體中的結晶結構的分類。圖9A是說明氧化物半導體，典型的是IGZO(包含In、Ga、Zn的金屬氧化物)的結晶結構的分類的圖。

如圖9A所示，IGZO大致分類為Amorphous、Crystalline及Crystal。Amorphous包括completely amorphous。Crystalline包括CAAC(c-axis aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及CAC(Cloud-Aligned Composite)。Crystal包括single crystal及poly crystal。

圖9A所示的粗框中的結構是屬於Newcrystalline phase的結構。該結構位於Amorphous和Crystal的境界區域。也就是說，Crystalline可以被認為與能量上不穩定的Amorphous完全不同。

可以採用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)圖案評價膜或基板的結晶結構。在此，圖9B、圖9C示出石英玻璃及具有分類為Crystalline的結晶結構的IGZO(也稱為Crystalline IGZO)的XRD光譜。圖9B是石英玻璃的XRD光譜，圖9C是結晶IGZO的XRD光譜。圖9C所示的結晶IGZO的組成為In：Ga：Zn=4：2：3[原子個數比]。圖9C所示的結晶IGZO的厚度為500nm。

如圖9B的箭頭所示，石英玻璃的XRD光譜峰大致對稱。另一方面，如圖9C的箭頭所示，結晶IGZO的XRD的光譜峰非對稱。非對稱的XRD光譜峰明確地表示結晶的存在。換言之，除非XRD光譜峰左右對稱，否則不能說是Amorphous。

CAAC-OS具有c軸配向性，其多個奈米晶在a-b面方向上連結而結晶結構具有畸變。注意，畸變是指在多個奈米晶連結的區域中晶格排列一致的區域與其他晶格排列一致的區域之間的晶格排列的方向變化的部分。

雖然奈米晶基本上是六角形，但是並不侷限於正六角形，有不是正六角形的情況。此外，在畸變中有時具有五角形或七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS中，即使在畸變附近也觀察不到明確的晶界(grain boundary)。亦即，可知由於晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這可能是由於CAAC-OS因為a-b面方向上的氧原子排列的低密度或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產生變化等而能夠包容畸變。

CAAC-OS有具有層狀結晶結構(也稱為層狀結構)的傾向，在該層狀結晶結構中層疊有包含銦及氧的層(下面稱為In層)和包含元素M、鋅及氧的層(下面稱為(M，Zn)層)。另外，銦和元素M彼此可以取代，在用銦取代(M，Zn)層中的元素M的情況下，也可以將該層表示為(In，M，Zn)層。另外，在用元素M取代In層中的銦的情況下，也可以將該層表示為(In，M)層。

CAAC-OS是結晶性高的氧化物半導體。另一方面，在CAAC-OS中觀察不到明確的晶界，因此不容易發生起因於晶界的電子移動率的下降。此外，氧化物半導體的結晶性有時因雜質的進入或缺陷的生成等而降低，因此可以說CAAC-OS是雜質或缺陷(氧空位等)少的氧化物半導體。因此，包含CAAC-OS的氧化物半導體的物理性質穩定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半導體具有高耐熱性及高可靠性。此外，CAAC-OS對製程中的高溫度(所謂熱積存；thermal budget)也很穩定。由此，藉由在OS電晶體中使用CAAC-OS，可以擴大製程的彈性。

在nc-OS中，微小的區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的奈米晶之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與a-like OS或非晶氧化物半導體沒有差別。

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。a-like OS包含空洞或低密度區域。也就是說，a-like OS的結晶性比nc-OS及CAAC-OS的結晶性低。

氧化物半導體具有各種結構及各種特性。能夠用於本發明的一個實施方式的氧化物半導體也可以包括非晶氧化物半導體、多晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的兩種以上。

＜具有氧化物半導體的電晶體＞接著，說明將上述氧化物半導體用於電晶體的情況。

藉由將上述氧化物半導體用於電晶體，可以實現場效移動率高的電晶體。另外，可以實現可靠性高的電晶體。

另外，較佳為將載子濃度低的氧化物半導體用於電晶體。在要降低氧化物半導體膜的載子濃度的情況下，可以降低氧化物半導體膜中的雜質濃度以降低缺陷態密度。在本說明書等中，將雜質濃度低且缺陷態密度低的狀態稱為高純度本質或實質上高純度本質。

此外，高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，因此有時具有較低的陷阱態密度。

此外，被氧化物半導體的陷阱能階俘獲的電荷到消失需要較長的時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，在陷阱態密度高的氧化物半導體中形成有通道形成區域的電晶體的電特性有時不穩定。

因此，為了使電晶體的電特性穩定，減少氧化物半導體中的雜質濃度是有效的。為了減少氧化物半導體中的雜質濃度，較佳為還減少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。

＜雜質＞在此，說明氧化物半導體中的各雜質的影響。

在氧化物半導體包含第14族元素之一的矽或碳時，在氧化物半導體中形成缺陷能階。因此，將氧化物半導體中或氧化物半導體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2×10¹⁸ atoms/cm³ 以下，較佳為2×10¹⁷ atoms/cm³ 以下。

另外，當氧化物半導體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半導體的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為減少氧化物半導體中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。明確而言，使藉由SIMS測得的氧化物半導體中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度為1×10¹⁸ atoms/cm³ 以下，較佳為2×10¹⁶ atoms/cm³ 以下。

當氧化物半導體包含氮時，容易產生作為載子的電子，使載子濃度增高，而n型化。其結果是，在將包含氮的氧化物半導體用於半導體的電晶體容易具有常開啟特性。因此，較佳為儘可能地減少該氧化物半導體中的氮，例如，利用SIMS測得的氧化物半導體中的氮濃度低於5×10¹⁹ atoms/cm³ ，較佳為5×10¹⁸ atoms/cm³ 以下，更佳為1×10¹⁸ atoms/cm³ 以下，進一步較佳為5×10¹⁷ atoms/cm³ 以下。

包含在氧化物半導體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。另外，有時由於氫的一部分與鍵合於金屬原子的氧鍵合，產生作為載子的電子。因此，使用包含氫的氧化物半導體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半導體中的氫。明確而言，在氧化物半導體中，將利用SIMS測得的氫濃度設定為低於1×10²⁰ atoms/cm³ ，較佳為低於1×10¹⁹ atoms/cm³ ，更佳為低於5×10¹⁸ atoms/cm³ ，進一步較佳為低於1×10¹⁸ atoms/cm³ 。

藉由將雜質被充分降低的氧化物半導體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。

實施方式5 本實施方式示出形成有上述實施方式所示的半導體裝置等的半導體晶圓及組裝有該半導體裝置的電子構件的一個例子。

＜半導體晶圓＞首先，參照圖10A說明形成有半導體裝置等的半導體晶圓的例子。

圖10A所示的半導體晶圓4800包括晶圓4801及設置於晶圓4801的頂面的多個電路部4802。注意，晶圓4801的頂面上的沒有電路部4802的部分是空隙4803，而是切割用區域。

半導體晶圓4800可以藉由以前製程在晶圓4801的表面上形成多個電路部4802來製造。此外，也可以之後研磨晶圓4801的與形成有多個電路部4802的背面來使晶圓4801薄膜化。藉由該製程，可以減少晶圓4801的翹曲等來實現作為構件的小型化。

作為下一個製程，進行切割製程。沿點劃線所示的劃分線SCL1及劃分線SCL2(有時稱為切割線或截斷線)進行切割。為了容易進行切割製程，較佳為以多個劃分線SCL1平行，多個劃分線SCL2平行，且劃分線SCL1與劃分線SCL2垂直的方式設置空隙4803。

藉由進行切割製程，可以從半導體晶圓4800切割出圖10B所示的晶片4800a。晶片4800a包括晶圓4801a、電路部4802以及空隙4803a。此外，空隙4803a較佳為儘可能小。在此情況下，相鄰的電路部4802之間的空隙4803的寬度只要與劃分線SCL1的劃分用部分及劃分線SCL2的劃分用部分相等即可。

此外，本發明的一個實施方式的元件基板的形狀不侷限於圖10A所示的半導體晶圓4800的形狀。例如，也可以為矩形狀的半導體晶圓。此外，可以根據元件的製程及製造用設備適當地改變元件基板的形狀。

＜電子構件＞接著，參照圖10C、圖10D說明組裝有晶片4800a的電子構件的例子。

圖10C示出電子構件4700及安裝有電子構件4700的基板(電路板4704)的立體圖。圖10C所示的電子構件4700包括引線4701及上述晶片4800a，並被用作IC晶片等。

電子構件4700例如可以藉由進行引線框架的引線4701和晶片4800a上的電極由金屬細線(金屬絲)電連接的打線接合製程、由環氧樹脂等密封的模塑製程、對引線框架的引線4701進行的電鍍處理及對封裝表面進行的印字處理來製造。此外，打線接合製程例如可以採用球焊或楔焊等。在圖10C中，作為電子構件4700的封裝應用QFP(Quad Flat Package)，但是封裝的方式不侷限於此。

電子構件4700例如安裝於印刷電路板4702。藉由組合多個該IC晶片並使其分別在印刷電路板4702上電連接，由此完成電路板4704。

圖10D示出電子構件4730的立體圖。電子構件4730是SiP(System in Package：系統封裝)或MCM(Multi Chip Module：多晶片封裝)的一個例子。在電子構件4730中，封裝基板4732(印刷電路板)上設置有插板4731，插板4731上設置有半導體裝置4735及多個半導體裝置4710。

電子構件4730包括半導體裝置4710。作為半導體裝置4710，例如可以採用上述實施方式所說明的半導體裝置、寬頻記憶體(HBM：High Bandwidth Memory：高寬頻記憶體)等。另外，半導體裝置4735可以使用CPU、GPU、FPGA、記憶體裝置等積體電路(半導體裝置)。

封裝基板4732可以使用陶瓷基板、塑膠基板或玻璃環氧基板等。插板4731可以使用矽插板、樹脂插板等。

插板4731具有多個佈線並能夠與端子間距不同的多個積體電路電連接。多個佈線由單層或多層構成。另外，插板4731具有將設置於插板4731上的積體電路與設置於封裝基板4732上的電極電連接的功能。因此，有時也將插板稱為“重佈線基板”或“中間基板”。另外，有時藉由在插板4731中設置貫通電極，藉由該貫通電極使積體電路與封裝基板4732電連接。另外，在矽插板中也可以使用TSV(Through Silicon Via：矽通孔)作為貫通電極。

作為插板4731較佳為使用矽插板。由於矽插板不需要設置主動元件，所以可以以比積體電路更低的成本製造。矽插板的佈線形成可以在半導體製程中進行，樹脂插板更易於形成微細的佈線。

在HBM中，為了實現寬記憶體頻寬需要連接許多佈線。為此，要求安裝HBM的插板上能夠高密度地形成微細的佈線。因此，作為安裝HBM的插板較佳為使用矽插板。

另外，在使用矽插板的SiP或MCM等中，不容易發生因積體電路與插板間的膨脹係數的不同而導致的可靠性下降。另外，由於矽插板的表面平坦性高，所以設置在矽插板上的積體電路與矽插板間不容易產生連接不良。尤其較佳為將矽插板用於2.5D封裝(2.5D安裝)，其中多個積體電路橫著排放並配置於插板上。

另外，也可以與電子構件4730重疊地設置散熱器(散熱板)。在設置散熱器的情況下，較佳為設置於插板4731上的積體電路的高度一致。例如，在本實施方式所示的電子構件4730中，較佳為使半導體裝置4710與半導體裝置4735的高度一致。

為了將電子構件4730安裝在其他的基板上，也可以在封裝基板4732的底部設置電極4733。圖10D示出用焊球形成電極4733的例子。藉由在封裝基板4732的底部以矩陣狀設置焊球，可以實現BGA(Ball Grid Array：球柵陣列)安裝。另外，電極4733也可以使用導電針形成。藉由在封裝基板4732的底部以矩陣狀設置導電針，可以實現PGA(Pin Grid Array：針柵陣列)安裝。

電子構件4730可以藉由各種安裝方式安裝在其他基板上，而不侷限於BGA及PGA。例如，可以採用SPGA(Staggered Pin Grid Array：交錯針柵陣列)、LGA(Land Grid Array：地柵陣列)、QFP(Quad Flat Package：四面扁平封裝)、QFJ(Quad Flat J-leaded package：四側J形引腳扁平封裝)或QFN(Quad Flat Non-leaded package：四側無引腳扁平封裝)等安裝方法。

實施方式6 在本實施方式中，說明應用上述實施方式所示的半導體裝置的電子裝置。

圖11示出上述實施方式所示的半導體裝置的結構例子。電子裝置100包括作為該半導體裝置的電路20、測出部30、處理部40、記憶部50、顯示部60及電源電路70。

電子裝置100具有從外部取得檢測物件90，並將檢測物件90轉換為電信號等資訊的感測器的功能。檢測物件90例如包括溫度、光(含可見光、X射線、紫外線、紅外線等)、聲音、水或氣體等物質(成分)、力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉速、磁、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、傾斜度等。

測出部30具有檢測上述檢測物件90中之一個或被選擇的多個的功能及檢測出檢測物件90時輸出電流的功能。另外，測出部30較佳為具有根據檢測物件的量、強度、大小等其所輸出的電流的大小改變的結構。被輸出的電流輸入到電路20的輸入端子。

如上述實施方式所說明那樣，電路20將對應於輸入到輸入端子的電流的電壓輸出到輸出端子。該電壓被供應到處理部40。

電源電路70具有對電子裝置100所包括的電路20及測出部30等裝置供應電力的功能。

處理部40具有根據從電路20輸出的電壓算出檢測物件90的物理量的功能。所算出的物理量被傳送到記憶部50及/或顯示部60。

記憶部50具有儲存從處理部40被傳送的物理量的功能。另外，根據電子裝置100的用途，電子裝置100也可以不包括記憶部50。

顯示部60具有視覺上顯示從處理部40被傳送的物理量的功能。顯示部60例如可以應用顯示裝置(液晶顯示裝置、發光裝置等)、儀錶(計量器具)等。

接著，說明可應用電子裝置100的產品的一個例子。

[視頻攝影機] 可以將上面所說明的電子裝置100應用於視頻攝影機。

圖12A示出作為攝像裝置的一個例子的視頻攝影機6300。視頻攝影機6300包括第一外殼6301、第二外殼6302、顯示部6303、操作鍵6304、鏡頭6305、連接部6306等。操作鍵6304及鏡頭6305設置在第一外殼6301中，顯示部6303設置在第二外殼6302中。而且，第一外殼6301和第二外殼6302由連接部6306連接，第一外殼6301和第二外殼6302之間的角度可以由連接部6306改變。此外，也可以根據連接部6306中的第一外殼6301和第二外殼6302之間的角度切換顯示部6303中的影像。

視頻攝影機6300攝像影像以測出檢測物件90。因此，測出部30相當於視頻攝影機6300中的包括光電轉換元件(攝像元件)的單元(影像感測器)，顯示部60相當於顯示部6303。

[相機]

可以將上面所說明的電子裝置100應用於相機。

圖12B示出作為攝像裝置的一個例子的數位相機6240。數位相機6240包括外殼6241、顯示部6242、操作按鈕6243、快門按鈕6244等，而且還安裝有可裝卸的鏡頭6246。在此，雖然數位相機6240具有能夠從外殼6241拆卸下鏡頭6246而交換的結構，但是鏡頭6246和外殼6241也可以被形成為一體。另外，數位相機6240還可以具備另外安裝的閃光燈裝置及取景器等。

數位相機6240攝像拍攝物件作為影像，以測出檢測物件90。因此，測出部30相當於數位相機6240中的包括光電轉換元件(攝像元件)的單元(影像感測器)，顯示部60相當於顯示部6242。

此外，不但以拍攝物件，而且還可以以外光亮度為檢測物件90。由此，數位相機6240可以具有根據環境亮度自動地打閃光燈的功能、對攝像影像進行調色的功能等。

[機器人]

可以將上面所說明的電子裝置100應用於機器人。

圖12C示出機器人的一個例子。機器人6140包括各接觸感測器6141a至6141e。機器人6140可以使用接觸感測器6141a至6141e抓到物件。接觸感測器6141a至6141e例如可以具有根據接觸物件時的接觸面積而相對於物件使電流流過的功能，並且機器人6140可以根據流過的電流量認識抓著物件。

圖12D示出工業機器人的一個例子。工業機器人較佳為包括多個驅動軸以緻密地控制驅動範圍。在此示出工業機器人6150包括功能部6151、控制部6152、驅動軸6153、驅動軸6154及驅動軸6155的例子。功能部6151較佳為包括影像測出模組等感測器。

此外，功能部6151較佳為具有抓到、截斷、熔接、塗佈、貼附物件等的功能中的任一個或多個功能。當工業機器人6150的回應性提高時，其生產率比例地提高。為了工業機器人6150進行精密的工作，較佳為設置檢測微小電流的感測器等。

[警報器]

可以將上面所說明的電子裝置100應用於警報器。圖12E示出警報器6900，該警報器6900包括感測器6901、接收器6902、發送器6903。

感測器6901包括感測器電路6904、窗戶6905、操作鍵6906等。穿過窗戶6905的光被照射到感測器電路6904。感測器電路6904例如可以是以漏水、漏電、氣體洩漏、火災、可能會氾濫的河川的水位、地震的震度、輻射線等為檢測物件90的檢測器。感測器6901例如在由感測器電路6904感測規定值以上的檢測物件90時將其資訊發送到接收器6902。接收器6902包括顯示部6907、操作鍵6908、操作鍵6909、佈線6910等。接收器6902根據來自感測器6901的資訊控制發送器6903的工作。發送器6903包括揚聲器6911、照明設備6912等。發送器6903具有根據來自接收器6902的指令發送警報的功能。圖12E示出發送器6903發送使用揚聲器6911的由聲音的警報及使用紅色燈等照明設備6912的由光的警報的例子，但是也可以利用發送器6903發送只有其中任一個警報或其他警報。

此外，在感測器電路被用作火災警報器時，接收器6902也可以伴隨警報的發送對百葉窗等防火設備發送進行指定工作的指令。圖12E例示接收器6902和感測器6901之間以無線進行信號收發的情況，但是也可以藉由佈線等進行信號收發。此外，圖12E例示從接收器6902到發送器6903藉由佈線6910進行信號收發的情況，但是也可以以無線進行信號收發。

[ICD] 可以將上述電子裝置100應用於埋藏式心律轉複除顫器(ICD)。

圖13A是示出ICD的一個例子的剖面示意圖。ICD主體5300至少包括電池5301a、5301b、調節器、控制電路、天線5304、向右心房的金屬絲5302、向右心室的金屬絲5303。

ICD主體5300藉由手術設置在體內，兩個金屬絲穿過人體的鎖骨下靜脈5305及上腔靜脈5306，並且其一方金屬絲的先端設置於右心室，另一方金屬絲的先端設置於右心房。

ICD主體5300具有心臟起搏器的功能，並在心律在規定範圍之外時對心臟進行起搏。此外，在即使進行起搏也不改善心律時(快速的心室頻脈或心室顫動等)進行利用去顫的治療。

為了適當地進行起搏及去顫，ICD主體5300需要經常監視心律。因此，ICD主體5300包括用來檢測心律的感測器。而且，作為該感測器可以應用圖11的電子裝置100。此時，檢測物件90是心律。此外，由於ICD主體5300設置在體內，因此也可以不包括顯示部60。此外，ICD主體5300可以在記憶部50中儲存心律的資料、利用起搏進行治療的次數、時間等。

此外，因為由天線5304接收電力，且該電力被充電到多個電池5301a、5301b，所以可以減少心臟起搏器的交換頻率。由於ICD主體5300包括多個電池，因此其安全性高，且即使其一方產生故障，另一方也可以起作用而被用作輔助電源。

此外，除了能夠接收電力的天線5304，還可以包括能夠發送生理信號的天線，例如，也可以構成能夠由外部的監視裝置確認脈搏、呼吸數、心律、體溫等生理信號的監視心臟活動的系統。

圖13B所示的感測器5900使用黏合焊盤等設置於人體。感測器5900藉由佈線5932對設置於人體的電極5931等供應信號來取得心律、心電圖等生體資訊等。所取得的資訊被發送到讀取器等終端作為無線信號。

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。實施例1

＜計算和其結果＞為了確認是否由圖1A所示的電路20的結構適當地測量微小電流，使用電路模擬器進行計算。

用於該計算的軟體是SILVACO公司的SmartSpice(version 8.2.12.R)的電路模擬器。使用該模擬器對相對於輸入到電晶體M1的第一端子的電流的從輸出端子OT輸出的輸出電壓V_out 進行計算。

首先，說明用來進行該計算的電路結構。圖14A是基於圖1A所示的電路20輸入到電路模擬器的電路結構。電路20S除了圖1A的電路20之外還包括恆定電壓源VC1、VC2及恆定電流源CC1。

恆定電壓源VC1的+側端子與運算放大器OP1的高電源電位輸入端子DT及恆定電流源CC1的-側端子電連接，恆定電流源CC1的+側端子與電晶體M1的第一端子及閘極和運算放大器OP1的反相輸入端子電連接。恆定電壓源VC2的+側端子與運算放大器OP1的非反相輸入端子電連接。佈線GNDL與恆定電壓源VC1的-側端子、恆定電壓源VC2的-側端子和運算放大器OP1的低電源電位輸入端子ST電連接。另外，在該計算中，佈線GNDL的電位為0V。

採用如下條件：恆定電壓源VC1對+側端子和-側端子之間供應3.3V的電壓，恆定電壓源VC2對+側端子和-側端子之間供應1.5V的電壓。此外，恆定電流源CC1被用作生成用來輸入到電路20S的輸入端子IT的電流I_in 的電路，並在該計算中將1zA至1mA的電流輸入到輸入端子IT。

此外，在該計算的條件中，電晶體M1的通道長度為0.36μm，通道寬度為0.36μm，臨界電壓為0.83V。

當算出電路20S的電壓V_out 和電流I_in 的特性時，首先說明二極體連接的電晶體M1的二極體特性。圖14B只示出圖14A的二極體連接的電晶體M1。在施加到閘極的電壓為Vg(施加到電晶體M1的第一端子-第二端子之間的電壓為Vd)時，藉由使用同樣的電路模擬器，計算流過電晶體M1的第一端子和第二端子之間的電流Id，圖15示出該計算的結果。

接著，對在電路20S中相對於輸入到電晶體M1的第一端子的電流I_in 的從輸出端子OT輸出的輸出電壓V_out 進行計算。圖16示出該計算的結果。

由圖16可知，在1zA至1fA附近的電流I_in 被輸入到輸入端子IT時，輸出電壓V_out 被輸出作為1.5V的恆定電壓。這是因為輸入到運算放大器OP1的差動電壓在於工作範圍外，並且在電路20S中輸出電壓V_out 飽和到大約1.5V而被輸出。因此，在電流I_in 是1zA至1fA附近的情況下不能分別輸出不同的輸出電壓V_out ，由此不能測量1zA至1fA附近的電流I_in 。注意，電流I_in 是1zA至1fA附近時的輸出電壓V_out 的特性相當於電流Id大致為1fA以下的電晶體M1的二極體特性(圖15)，電晶體M1的Vg大致為0V。

此外，在2nA附近的電流I_in 被輸入到輸入端子IT時，輸出0.6V的輸出電壓V_out ，然後隨著電流I_in 上升，輸出電壓V_out 以陡峭的梯度下降而在70nA附近為0V。該電流I_in -輸出電壓V_out 的特性相當於電流Id在於大約2nA以上且70nA以下的範圍內的電晶體M1的二極體特性(圖15)，該電流範圍中的電晶體M1的二極體特性的梯度比電流Id為100pA以上且小於2nA的範圍的梯度平緩。

而且，當大於70nA附近的電流I_in 被輸入到輸入端子IT時，輸出電壓V_out 被輸出作為0V的恆定電壓。另一方面，在電晶體M1的二極體特性(圖15)中，當流過70nA以上的電流Id時，電晶體M1的Vg大致為1.5V以上，但是在電路20S中輸入到運算放大器OP1的差動電壓在於工作範圍外，因此輸出電壓V_out 飽和到大約0V而被輸出。因此，當大於70nA附近的電流I_in 被輸入到輸入端子IT時，電晶體M1的Vg為大約1.5V的恆定電壓。

在此，圖17示出擴大圖16中的10fA至1nA的電流I_in 的範圍的電流-電壓特性。根據圖17，當電流I_in 在於10fA至1nA的範圍內時，可以將輸出電壓V_out 表示為具有負梯度的線性式。在此，將可以以該線性式表示的範圍稱為測量可能區域。另外，該區域相當於電晶體M1的二極體特性(圖15)的電流Id為10fA至1nA的範圍。因此，在將二極體連接的電晶體M1用作二極體元件時，電路20S可以測量10fA至1nA的電流I_in 。

接著，圖18示出使電晶體M1的臨界電壓從0.83V改變到正一側及從0.83V改變到負一側時的電路20S的電流-電壓特性。根據條件CN0至條件CN11改變臨界電壓。條件CN0是與圖16所示的電路20S的電流-電壓特性相同的條件，亦即電晶體M1的臨界電壓是0.83V。條件CN1至條件CN7是將條件CN0下的電晶體M1的臨界電壓轉移到負一側的條件，各條件中的臨界電壓的轉移量為-0.4V、 -0.8V、-1.2V、-1.6V、-2.0V、-2.4V、-2.8V。條件CN8至條件CN11的每一個是將條件CN0下的電晶體M1的臨界電壓轉移到正一側的條件，各條件的臨界電壓的轉移量為0.4V、0.8V、1.2V、1.6V。

當改變為條件CN0至條件CN7並使電晶體M1的臨界電壓小於0V時，在具有電流-電壓特性的梯度的區域中，該梯度向負一側陡峭，因此電流I_in 的可測量區域變窄。

另一方面，當改變為條件CN0、條件CN8至條件CN11並使電晶體M1的臨界電壓大於0V時，條件CN8下的可測量區域在於100aA附近至1nA附近的範圍內，條件CN9下的可測量區域在於1aA附近至100pA附近的範圍內，條件CN10下的可測量區域在於1zA附近至1pA附近的範圍內。由此，在電路20S中，藉由將電晶體M1的臨界電壓轉移到正一側，可以測量更微小的電流。實施例2

＜CAAC-IGZO FET的高溫特性＞本發明的一個實施方式的半導體裝置可具備的場效應型OS電晶體(後面稱為CAAC-IGZO FET)具有低溫度依賴性，並即使在高溫環境下也可以穩定地工作。在本實施例中說明有關CAAC-IGZO FET的高溫特性的實驗和其結果。

CAAC-IGZO FET可以藉由CMOS等半導體製造程序的BEOL(Back End Of Line)製程製造。因此，可以與Si電晶體(Si電晶體中的場效應型Si電晶體也稱為“Si FET”)層疊。例如，可以實現藉由CMOS製程製造需要高速工作的電路而藉由CAAC-IGZO製程製造需要低洩漏電流的電路等的應用。

此外， Si FET的關態電流隨著溫度上升而增加，CAAC-IGZO FET的關態電流一直為測量下限值。於是，對L(通道長度)/W(通道寬度)=60nm/120nm的Si FET的關態電流的溫度特性和L/W=60nm/60nm的CAAC-IGZO FET的關態電流的溫度特性進行比較。使用圖19所示的電路進行兩者的關態電流的測量。

圖19所示的電路包括DUT(Device Under Test)的FET、寫入電晶體WFET及讀出電路SF。寫入電晶體WFET是CAAC-IGZO FET。讀出電路SF包括串聯連接的CAAC-IGZO FET。DUT的FET的端子S被用作輸入源極電壓的端子。另外，作為圖19的DUT示出包括頂閘極TG和背閘極BG的CAAC-IGZO FET。在DUT是Si FET時不侷限於此。

在圖19中的DUT是Si FET的情況下，Si FET的關態電流的測量條件為如下：閘極電壓V_G =-1.0V，源極電壓V_S =0V，汲極電壓V_D =1.2V，基體電壓V_B =0V。此外，在圖19中的DUT 是CAAC-IGZO FET的情況下，CAAC-IGZO FET的關態電流的測量條件為如下：閘極電壓V_G =-2.0V，源極電壓V_S =0V，汲極電壓V_D =2.0V，背閘極電壓V_BG =-3.0V。

圖20示出測量結果。在測量溫度為150℃時，Si FET的關態電流大約為2.2×10^-6 A，CAAC-IGZO FET的關態電流大約為3.9×10^-20 A。CAAC-IGZO FET即使在高溫環境下也可以維持低關態電流。此外，藉由調節背閘極電壓，可以進一步降低關態電流。

接著，圖21示出CAAC-IGZO膜的Hall移動率及載子密度的溫度依賴性。由圖21可知CAAC-IGZO膜的Hall移動率相對於溫度變化幾乎沒有變化。因為在CAAC-IGZO膜的Hall移動率中與聲子散射相比庫侖散射佔優勢，所以CAAC-IGZO膜的Hall移動率即使在高溫下也不降低。

接著，測量27℃及150℃下的CAAC-IGZO FET和Si FET的截止頻率f_T 。作為測量DUT，使用L/W=60nm/480nm的Si FET及L/W=21nm/25nm的CAAC-IGZO FET。此外，使21個Si FET並聯連接(M=21)來進行Si FET的測量。使672個CAAC-IGZO FET並聯連接(M=672)來進行CAAC-IGZO FET的測量。

圖22示出測量結果。Si FET的截止頻率f_T 的27℃至150℃下的變化率為-36%，CAAC-IGZO FET的截止頻率f_T 的27℃至150℃下的變化率為+55%。得到了與Si FET相比在CAAC-IGZO FET中27℃下的截止頻率f_T 和150℃下的截止頻率f_T 不減少而增加的特性。此外，在此時測量的Si FET中，測量溫度為150℃、VD=1.2V的條件下的截止頻率為88GHz，在CAAC-IGZO FET中，測量溫度為150℃、V_D =2.5V的條件下的截止頻率f_T 為51GHz。

由此可知：與Si FET相比，在CAAC-IGZO FET中其移動率不因截止頻率f_T 隨溫度增加而降低；藉由在CAAC-IGZO FET中設置背閘極電極，可以抑制溫度變化所導致的臨界電壓的變動；CAAC-IGZO FET的相對於溫度變化的截止頻率f_T 的變化量比Si FET低；CAAC-IGZO FET的關態電流即使在高溫環境下也極少，亦即為10^-20 A。藉由使用CAAC-IGZO FET，可以在工作溫度範圍寬的環境下實現低功耗的電路、半導體裝置或電子裝置等。實施例3

＜CAAC-IGZO FET的臨界電壓的不均勻及可靠性＞在作為本發明的一個實施方式的半導體裝置可具備的場效應型OS電晶體的CAAC-IGZO FET中，臨界電壓的不均勻小且劣化所導致的臨界電壓的變化也小。由此，CAAC-IGZO FET具有高可靠性。在本實施例中說明CAAC-IGZO FET的臨界電壓的不均勻的程度的調查結果及藉由加速測試的CAAC-IGZO FET的臨界電壓的變化的測量結果。

首先說明CAAC-IGZO FET的臨界電壓的不均勻的程度的調查。作為調查方法，在一個晶圓的面內形成512個L/W=60nm/60nm的CAAC-IGZO FET，對各CAAC-IGZO FET進行閘極-源極間電壓V_GS 和源極-汲極間電流I_DS 的特性的測量，並根據所測量的各CAAC-IGZO FET的特性估計CAAC-IGZO FET的臨界電壓V_th 。注意，關於在此的臨界電壓V_th ，假定CAAC-IGZO FET適用緩變通道近似，且根據飽和區域中的源極-汲極間電流I_DS 計算出V_th 。另外，閘極-源極間電壓V_GS 和源極-汲極間電流I_DS 的特性的測量條件為如下：CAAC-IGZO FET的源極-汲極間電壓V_DS =1.2V，背閘極-源極間電壓V_BS =0V。

圖23是示出512個CAAC-IGZO FET的臨界電壓V_th 的比例的分佈圖。此外，根據計算結果，CAAC-IGZO FET的臨界電壓V_th 的平均值μ估計為388mV，標準差σ估計為76mV。由該結果可知，CAAC-IGZO FET的臨界電壓的不均勻小。此外，由於臨界電壓的不均勻小，因此藉由適當地設定背閘極-源極間電壓V_BS ，例如可以將臨界電壓調節為0V等。

接著說明藉由加速測試的CAAC-IGZO FET的臨界電壓的變化的測量。在本加速測試中以如下條件測量L/W=60nm/60nm的CAAC-IGZO FET的臨界電壓V_th 的變化：在150℃的環境下，閘極電壓V_G =3.63V，源極電壓V_S =0V，汲極電壓V_D =0V，背閘極電壓V_BS =0V。此外，在本加速測試中，不但測量臨界電壓V_th ，而且還測量源極-汲極間電流I_ds 、S值(稱為subthreshold swing、SS等)、場效移動率μ_FE 。注意，S值是指在電晶體的次臨界值區域中汲極電流變化一位數時所需要的閘極電壓的變化量的最小值。S值越小，可以越急劇地進行電晶體的開啟和關閉的切換工作。

此外，為了測量各CAAC-IGZO FET的物性值、特性等，在加速測試中的任意時機以源極-汲極間電壓V_DS =1.2V、背閘極電壓V_BS =0V的條件取得源極-汲極間電流I_ds 。此外，臨界電壓V_th 是源極-汲極間電流I_ds 為1.0×10^-12 A時的閘極-源極間電壓。

圖24A、圖24B、圖25A及圖25B各自示出藉由2000小時的加速測試得到的臨界電壓V_th 、源極-汲極間電流I_ds 、S值、場效移動率μ_FE 的隨時變化的結果。由圖24A所示的結果可知，從加速測試開始到1790小時為止CAAC-IGZO FET的臨界電壓的變化量|△V_th |為100mV以下。此外，由圖24B、圖25A及圖25B所示的結果可知，加速測試中的源極-汲極間電流I_ds 、S值、場效移動率μ_FE 的各變化量也與圖24A同樣地小。

由此可知，同時形成在一個晶圓上的多個CAAC-IGZO FET的臨界電壓的不均勻小。因此，藉由使用CAAC-IGZO FET，可以提高電路、半導體裝置或電子裝置等良率。此外，還可知CAAC-IGZO FET的臨界電壓、源極-汲極間電流I_ds 、S值、場效移動率μ_FE 具有高可靠性。由此，藉由使用CAAC-IGZO FET，可以實現可靠性高的電路、半導體裝置或電子裝置等。

本實施例可以與本說明書所示的各實施方式適當地組合。

M1:電晶體 DE:二極體元件 C1:電容元件 OP1:運算放大器 OSC:電路 CE:電路 IT:輸入端子 OT:輸出端子 DT:高電源電位輸入端子 ST:低電源電位輸入端子 GNDL:佈線 VC1:恆定電壓源 VC2:恆定電壓源 CC1:恆定電流源 IVC1a:特性 IVC1b:特性 IVC2:特性 TG:頂閘極 BG:背閘極 S:端子 WFET:寫入電晶體 SF:讀出電路 10:電路 20:電路 20A:電路 20S:電路 21:電路 21A:電路 21B:電路 21C:電路 21D:電路 21E:電路 30:測出部 40:處理部 50:記憶部 60:顯示部 70:電源電路 90:檢測物件 300:電晶體 311:基板 313:半導體區域 314a:低電阻區域 314b:低電阻區域 315:絕緣體 316:導電體 320:絕緣體 322:絕緣體 324:絕緣體 326:絕緣體 328:導電體 330:導電體 350:絕緣體 352:絕緣體 354:絕緣體 356:導電體 360:絕緣體 362:絕緣體 364:絕緣體 366:導電體 370:絕緣體 372:絕緣體 374:絕緣體 376:導電體 380:絕緣體 382:絕緣體 384:絕緣體 386:導電體 500:電晶體 503:導電體 503a:導電體 503b:導電體 505:導電體 510:絕緣體 512:絕緣體 514:絕緣體 516:絕緣體 518:導電體 520:絕緣體 522:絕緣體 524:絕緣體 530:氧化物 530a:氧化物 530b:氧化物 530c:氧化物 540:導電體 540a:導電體 540b:導電體 542a:導電體 542b:導電體 543a:區域 543b:區域 544:絕緣體 546:導電體 548:導電體 550:絕緣體 560:導電體 560a:導電體 560b:導電體 574:絕緣體 580:絕緣體 581:絕緣體 582:絕緣體 586:絕緣體 600:電容元件 600A:電容元件 600B:電容元件 610:導電體 611:導電體 612:導電體 620:導電體 630:絕緣體 631:絕緣體 640:絕緣體 650:絕緣體 651:絕緣體 4700:電子構件 4701:引線 4702:印刷電路板 4704:電路板 4710:半導體裝置 4730:電子構件 4731:插板 4732:封裝基板 4733:電極 4735:半導體裝置 4800:半導體晶圓 4800a:晶片 4801:晶圓 4801a:晶圓 4802:電路部 4803:空隙 4803a:空隙 5300:ICD主體 5301a:電池 5301b:電池 5302:金屬絲 5303:金屬絲 5304:天線 5305:鎖骨下靜脈 5306:上腔靜脈 5900:感測器 5931:電極 5932:佈線 6140:機器人 6141a:接觸感測器 6141b:接觸感測器 6141c:接觸感測器 6141d:接觸感測器 6141e:接觸感測器 6150:工業機器人 6151:功能部 6152:控制部 6153:驅動軸 6154:驅動軸 6155:驅動軸 6240:數位相機 6241:外殼 6242:顯示部 6243:操作按鈕 6244:快門按鈕 6246:鏡頭 6300:視頻攝影機 6301:第一外殼 6302:第二外殼 6303:顯示部 6304:操作鍵 6305:鏡頭 6306:連接部 6900:警報器 6901:感測器 6902:接收器 6903:發送器 6904:感測器電路 6905:窗戶 6906:操作鍵 6907:顯示部 6908:操作鍵 6909:操作鍵 6910:佈線 6911:揚聲器 6912:照明設備

在圖式中： [圖1A]至[圖1C]是示出半導體裝置的一個例子的電路圖； [圖2]是說明電晶體的電流-電壓特性的圖； [圖3A]至[圖3F]是示出半導體裝置的一個例子的電路圖； [圖4]是說明半導體裝置的結構的剖面示意圖； [圖5]是說明半導體裝置的結構的剖面示意圖； [圖6A]至[圖6C]是說明半導體裝置的結構的剖面示意圖； [圖7A]是示出電容元件的結構例子的俯視圖，[圖7B]是示出電容元件的結構例子的剖面立體圖，[圖7C]是示出電容元件的結構例子的剖面立體圖； [圖8A]是示出電容元件的結構例子的俯視圖，[圖8B]是示出電容元件的結構例子的剖面圖，[圖8C]是示出電容元件的結構例子的剖面立體圖； [圖9A]是示出氧化物半導體的結晶結構的分類的表，[圖9B]是石英玻璃的XRD光譜，[圖9C]是結晶IGZO的XRD光譜； [圖10A]是示出半導體晶圓的一個例子的立體圖，[圖10B]是示出被分割的半導體晶圓的一個例子的立體圖，[圖10C]及[圖10D]是示出電子構件的一個例子的立體圖； [圖11]是說明電子裝置的結構例子的方塊圖； [圖12A]至[圖12E]是說明產品的一個例子的立體圖； [圖13A]及[圖13B]是說明產品的一個例子的立體圖； [圖14A]及[圖14B]是說明電路計算的條件的圖； [圖15]是說明二極體連接的電晶體的電壓-電流特性的圖； [圖16]是說明電路計算結果的圖； [圖17]是說明電路計算結果的圖； [圖18]是說明電路計算結果的圖； [圖19]是示出測量電路的圖； [圖20]是示出關態電流的溫度依賴性的圖； [圖21]是示出CAAC-IGZO膜的Hall移動率及載子密度的溫度依賴性的圖； [圖22]是示出截止頻率的溫度依賴性的圖； [圖23]是示出多個FET的臨界電壓的不均勻的分佈圖； [圖24A]及[圖24B]是示出加速測試結果的圖； [圖25A]及[圖25B]是示出加速測試結果的圖。

M1:電晶體

OP1:運算放大器

IT:輸入端子

OT:輸出端子

GNDL:佈線

20:電路

Claims

一種半導體裝置，包含：電晶體，包含閘極、背閘極以及通道形成區中的金屬氧化物；以及運算放大器，其中，該運算放大器的反相輸入端子電連接到該電晶體的第一端子及閘極，其中，該運算放大器的輸出端子電連接到該電晶體的第二端子，並且其中，當電位被輸入到該背閘極時，該電晶體的通道寬度的每微米的關態電流為1.0×10^-12A以下。
根據請求項1之半導體裝置，其中該電晶體的該通道寬度的每微米的該關態電流為1.0×10^-15A以下。
根據請求項1之半導體裝置，其中該運算放大器的非反相輸入端子電連接到佈線。
一種半導體裝置，包含：第一電路，包含電晶體，該電晶體包含閘極、背閘極以及通道形成區中的金屬氧化物；以及運算放大器，其中，該運算放大器的反相輸入端子電連接到該第一電路的第一端子，其中，該運算放大器的輸出端子電連接到該第一電路的第二端子，並且其中，當電位被輸入到該背閘極時，在該第一端子和該第二端子之間流過的電流為1.0×10^-12A以下。
根據請求項1或2之半導體裝置，其中該金屬氧化物包含銦、鎵以及鋅。
一種半導體晶圓，包含：根據請求項1或2之半導體裝置。