WO2019077438A1 - 半導体装置、および半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置、および半導体装置の作製方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2019077438A1
WO2019077438A1 PCT/IB2018/057794 IB2018057794W WO2019077438A1 WO 2019077438 A1 WO2019077438 A1 WO 2019077438A1 IB 2018057794 W IB2018057794 W IB 2018057794W WO 2019077438 A1 WO2019077438 A1 WO 2019077438A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
insulator
oxide
conductor
transistor
film
Prior art date
Application number
PCT/IB2018/057794
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山崎舜平
竹内敏彦
澤井寛美
方堂涼太
栃林克明
Original Assignee
株式会社半導体エネルギー研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社半導体エネルギー研究所 filed Critical 株式会社半導体エネルギー研究所
Priority to US16/649,890 priority Critical patent/US11177176B2/en
Priority to KR1020207009323A priority patent/KR102669811B1/ko
Priority to JP2019548786A priority patent/JP7198214B2/ja
Publication of WO2019077438A1 publication Critical patent/WO2019077438A1/ja
Priority to JP2022200810A priority patent/JP2023026488A/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823475—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type interconnection or wiring or contact manufacturing related aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
    • H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
    • H01L27/1222—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer
    • H01L27/1225—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer with semiconductor materials not belonging to the group IV of the periodic table, e.g. InGaZnO
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/78696—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film characterised by the structure of the channel, e.g. multichannel, transverse or longitudinal shape, length or width, doping structure, or the overlap or alignment between the channel and the gate, the source or the drain, or the contacting structure of the channel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/792—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with charge trapping gate insulator, e.g. MNOS-memory transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
    • H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
    • H10B12/31—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells having a storage electrode stacked over the transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/70—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates the floating gate being an electrode shared by two or more components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/8258—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using a combination of technologies covered by H01L21/8206, H01L21/8213, H01L21/822, H01L21/8252, H01L21/8254 or H01L21/8256
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688—Integrated circuits having a three-dimensional layout

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
  • one embodiment of the present invention relates to a semiconductor wafer, a module, and an electronic device.
  • a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • a semiconductor circuit such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, and a memory device are one embodiment of a semiconductor device.
  • a display device (a liquid crystal display device, a light emitting display device, or the like), a projection device, a lighting device, an electro-optical device, a power storage device, a memory device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like may be considered to have a semiconductor device.
  • one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
  • One aspect of the invention disclosed in the present specification and the like relates to a product, a method, or a manufacturing method.
  • one aspect of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).
  • Oxide semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films applicable to transistors, but oxide semiconductors are attracting attention as other materials.
  • oxide semiconductor for example, not only single-component metal oxides such as indium oxide and zinc oxide but also multi-component metal oxides are known.
  • oxides of multi-element metals in particular, research on In-Ga-Zn oxide (hereinafter also referred to as IGZO) has been actively conducted.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 a c-axis aligned crystalline (CAAC) structure and an nc (nanocrystalline) structure which are neither single crystal nor amorphous are found in an oxide semiconductor (see Non-Patent Documents 1 to 3) ).
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 also disclose a technique for manufacturing a transistor using an oxide semiconductor having a CAAC structure.
  • non-patent documents 4 and 5 show that even oxide semiconductors that are less crystalline than the CAAC structure and the nc structure have minute crystals.
  • Patent Document 2 discloses a method of
  • a metal film is formed over the source region and the drain region, heat treatment is performed, and then a dopant is introduced through the metal film; A method of reducing the resistance of the drain region is disclosed (see Patent Document 3).
  • Non-Patent Document 6 a transistor using IGZO as an active layer has an extremely low off current (see Non-Patent Document 6), and LSIs and displays utilizing the characteristics have been reported (Patent Document 1, Non-Patent Document 7 and Non-Patent Document) Reference 8).
  • Patent Document 2 when the resistance of the source region and the drain region is reduced, a metal film is formed on the source region and the drain region, and heat treatment is performed on the metal film in an oxygen atmosphere.
  • heat treatment a constituent element of the metal film is introduced as a dopant into the source region and the drain region of the oxide semiconductor film to reduce resistance.
  • heat treatment is performed in an oxygen atmosphere to oxidize the conductive film and to increase the resistance of the conductive film.
  • the metal film since heat treatment is performed in an oxygen atmosphere, the metal film has a low effect of extracting oxygen from the oxide semiconductor film.
  • Patent Document 2 describes the oxygen concentration in a region where a channel is formed (channel formation region), but does not mention the concentration of an impurity such as water or hydrogen. That is, there is a problem that the transistor characteristics of normally on are likely to be obtained because the channel formation region is not highly purified (reduction of impurities such as water and hydrogen, typically dehydration / dehydrogenation). .
  • the normally-on transistor characteristic is a state in which a channel is present even when a voltage is not applied to the gate, and current flows in the transistor.
  • the normally-off transistor characteristic is a state in which no current flows in the transistor when no voltage is applied to the gate.
  • one aspect of the present invention provides a semiconductor device having favorable electrical characteristics by stably reducing the resistance of the source region and the drain region of the transistor and by purifying the channel formation region. To be one of the issues.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having favorable electrical characteristics.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high productivity.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device capable of holding data for a long time. Alternatively, it is an object of one embodiment of the present invention to provide a semiconductor device with high information writing speed. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with a high degree of freedom in design. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device whose power consumption can be suppressed. Alternatively, an object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device.
  • One embodiment of the present invention comprises a first insulator, a second insulator on the first insulator, an oxide on the second insulator, a first conductor on the oxide, and A second conductor, a third insulator on oxide, a third conductor located on the third insulator and overlapping the oxide, a second insulator, an oxide side, A fourth insulator in contact with the side surface of the first conductor, the top surface of the first conductor, the side surface of the second conductor, the top surface of the second conductor, and the side surface of the third insulator; And a fifth insulator which is in contact with the top surface of the third insulator and the third conductor, and the top surface of the fourth insulator is a semiconductor device in contact with the fifth insulator.
  • a fifth insulator in contact with the top surface of the third insulator and the third conductor, wherein the top surface of the fourth insulator is in contact with the fifth insulator and the second insulator Is a semiconductor device having an opening that exposes the first insulator, and the fourth insulator being in contact with the first insulator through the opening.
  • the first insulator, the fourth insulator, and the fifth insulator transmit oxygen less easily than the second insulator and the third insulator.
  • the first insulator, the fourth insulator, and the fifth insulator be less likely to transmit hydrogen than the second insulator and the third insulator.
  • first insulator, the fourth insulator, and the fifth insulator are preferably oxides containing one or both of aluminum and hafnium.
  • a first insulator is formed over a substrate, an oxide film and a first conductive film are sequentially formed over the first insulator, and the oxide film and the first conductive film are formed.
  • a conductive film is processed to form an oxide and a conductor layer, a dummy gate film is formed to cover the oxide and the conductor layer, a dummy gate film is processed, and a dummy gate layer is formed.
  • a first insulating film is formed to cover the insulator, the oxide, and the conductor layer, a second insulating film is formed on the first insulating film, and a first CMP process is performed.
  • a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be provided.
  • a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided.
  • a semiconductor device with high productivity can be provided.
  • a semiconductor device capable of holding data for a long time can be provided.
  • a semiconductor device with high data writing speed can be provided.
  • a semiconductor device with a high degree of freedom in design can be provided.
  • a semiconductor device capable of suppressing power consumption can be provided.
  • a novel semiconductor device can be provided.
  • FIG. 7A and 7B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are top views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are top views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are top views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are top views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are top views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A to 7D are top views and cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A and 7B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 7A and 7B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a schematic view of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 illustrates an electronic device according to one embodiment of the present invention.
  • the size, layer thicknesses, or areas may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to the scale.
  • the drawings schematically show ideal examples, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings.
  • a layer, a resist mask, and the like may be unintentionally reduced by a process such as etching, but may not be reflected in the drawings for ease of understanding.
  • the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and repeated description may be omitted.
  • the hatch pattern may be the same and no reference numeral may be given.
  • the description of some components may be omitted particularly in a top view (also referred to as a “plan view”) or a perspective view.
  • the description of some hidden lines may be omitted.
  • the ordinal numbers given as the first, second and the like are used for convenience and do not indicate the order of steps or the order of layers. Therefore, for example, “first” can be appropriately replaced with “second” or “third” and the like.
  • the ordinal numbers described in this specification and the like may not match the ordinal numbers used to specify one embodiment of the present invention.
  • the present invention is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or the sentence, and anything other than the connection relationship shown in the figure or the sentence is also described in the figure or the sentence.
  • X and Y each denote an object (eg, a device, an element, a circuit, a wiring, an electrode, a terminal, a conductive film, a layer, or the like).
  • the functions of the source and the drain may be switched when adopting transistors of different polarities or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, in the present specification and the like, the terms “source” and “drain” may be used interchangeably.
  • the channel width in the region where the channel is actually formed (hereinafter, also referred to as “effective channel width”) and the channel width shown in the top view of the transistor ( Hereinafter, it may be different from “apparent channel width”).
  • the effective channel width may be larger than the apparent channel width, and the effect may not be negligible.
  • the ratio of the channel formation region formed on the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel width is larger than the apparent channel width.
  • channel width may refer to an apparent channel width.
  • channel width may refer to an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.
  • the impurity of a semiconductor means, for example, elements other than the main components of the semiconductor.
  • an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity.
  • the inclusion of impurities may cause, for example, an increase in the DOS (Density of States) of the semiconductor, or a decrease in crystallinity.
  • the semiconductor is an oxide semiconductor
  • examples of the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a group 1 element, a group 2 element, a group 13 element, a group 14 element, a group 15 element, and an oxide semiconductor.
  • transition metals other than the main components thereof such as hydrogen, lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like.
  • water may also function as an impurity.
  • oxygen vacancies may be formed, for example, by the addition of impurities.
  • the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include oxygen, a group 1 element excluding hydrogen, a group 2 element, a group 13 element, and a group 15 element.
  • silicon oxynitride has a higher content of oxygen than nitrogen as its composition.
  • silicon nitride oxide has a nitrogen content higher than that of oxygen as its composition.
  • parallel means the state in which two straight lines are arrange
  • substantially parallel refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of ⁇ 30 degrees or more and 30 degrees or less.
  • vertical means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 degrees or more and 100 degrees or less. Therefore, the case of 85 degrees or more and 95 degrees or less is also included.
  • substantially perpendicular refers to a state in which two straight lines are disposed at an angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.
  • a barrier film is a film having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen, and in the case where the barrier film has conductivity, a conductive barrier film and I sometimes call.
  • the metal oxide is a metal oxide in a broad sense.
  • Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductor or simply OS), and the like.
  • oxide semiconductors also referred to as oxide semiconductor or simply OS
  • the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, in the case of describing an OS FET or an OS transistor, it can be said to be a transistor having an oxide or an oxide semiconductor.
  • normally-off means that the current per 1 ⁇ m of the channel width flowing in the transistor is 1 ⁇ 10 ⁇ 20 at room temperature when no potential is applied to the gate or the ground potential is applied to the gate. A or less, 1 ⁇ 10 ⁇ 18 A or less at 85 ° C., or 1 ⁇ 10 ⁇ 16 A or less at 125 ° C.
  • Embodiment 1 Hereinafter, an example of a semiconductor device including the transistor 200 according to one embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 1 is a top view and a cross-sectional view of a transistor 200 and a periphery of the transistor 200 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a top view of a semiconductor device including the transistor 200.
  • FIG. 1B and 1C are cross-sectional views of the semiconductor device.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of a portion indicated by an alternate long and short dash line A1-A2 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 200.
  • 1C is a cross-sectional view of a portion indicated by an alternate long and short dash line A3-A4 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 200. Note that in the top view of FIG. 1A, some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention includes the transistor 200, an insulator 210 functioning as an interlayer film, an insulator 212, an insulator 280, an insulator 282, and an insulator 283. Further, the transistor 200 includes the conductor 203 electrically connected to the transistor 200 and functioning as a wiring, and the conductor 240 functioning as a plug (conductors 240 a and 240 b).
  • the conductor 203 is formed to be embedded in the insulator 212.
  • the height of the top surface of the conductor 203 and the height of the top surface of the insulator 212 can be approximately the same.
  • the conductor 203 is illustrated as a single layer, the present invention is not limited to this.
  • the conductor 203 may have a multilayer film structure of two or more layers.
  • an ordinal number may be provided and distinguished in order of formation.
  • the conductor 240 is formed in contact with the insulator 273, the insulator 274, the insulator 280, the insulator 282, and the inner wall of the opening of the insulator 283.
  • the height of the top surface of the conductor 240 and the height of the top surface of the insulator 283 can be approximately the same.
  • the conductor 240 may have a stacked structure of two or more layers.
  • the height of the top surface of the conductor 260 and the height of the top surface of the insulator 280 are substantially aligned.
  • the insulator 224 has an opening for exposing the insulator 222 in the vicinity of the end portion of the semiconductor device.
  • the insulator 222 is in contact with the insulator 273 through the opening.
  • the transistor 200 includes an insulator 214 and an insulator 216 disposed on a substrate (not shown), and a conductor 205 disposed to be embedded in the insulator 214 and the insulator 216.
  • Conductor 205a and conductor 205b insulator 220 disposed on insulator 216 and on conductor 205, insulator 222 disposed on insulator 220, and insulator 222
  • an insulator 230 disposed on the insulator 224 an oxide 230a, an oxide 230b, and an oxide 230c
  • the insulator 224 an oxide 230a, an oxide 230b, and an oxide 230c
  • Conductor 260 (conductor 260a and conductor 260b) disposed on the insulator 250, and conductor 242a and conductor 242b in contact with part of the top surface of the oxide 230.
  • the conductor 260 has a conductor 260a and a conductor 260b, and the conductor 260a is disposed so as to wrap the bottom and the side of the conductor 260b.
  • the top surface of the conductor 260 is disposed so as to substantially coincide with the top surface of the insulator 273 and the top surface of the insulator 274.
  • the transistor 200 illustrates a structure in which three layers of the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c are stacked
  • the present invention is not limited to this.
  • a single layer of the oxide 230b, a two-layer structure of the oxide 230b and the oxide 230a, a two-layer structure of the oxide 230b and the oxide 230c, or a stacked structure of four or more layers may be provided.
  • the conductor 260a and the conductor 260b are stacked; however, the present invention is not limited to this.
  • the transistor 200 uses a metal oxide (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) which functions as an oxide semiconductor for the oxide 230 (the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c) including a channel formation region.
  • a metal oxide hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor
  • a transistor including an oxide semiconductor has extremely low leakage current in a non-conduction state; thus, a semiconductor device with low power consumption can be provided.
  • an oxide semiconductor can be formed by a sputtering method or the like and thus can be used for a transistor included in a highly integrated semiconductor device.
  • FIG. 1B An enlarged view of a region 239 surrounded by a dashed line in FIG. 1B is shown in FIG.
  • the oxide 230 includes a region 234 which functions as a channel formation region of the transistor 200 and a region 231 (a region 231 a and a region 231 b) which function as a source region or a drain region of the transistor 200. .
  • the region 231a functioning as a source or drain region is in contact with the conductor 242a functioning as a source or drain electrode
  • the region 231b functioning as a source or drain region is a conductor functioning as a source or drain electrode It is in contact with 242b.
  • the regions 231 a and 231 b are low-resistance regions in which the oxygen concentration is low and the carrier concentration is high.
  • the region 234 functioning as a channel formation region is a high resistance region having a higher oxygen concentration and a lower carrier density than the region 231 functioning as a source region or a drain region.
  • the region 231 preferably has a concentration of at least one of a metal element, hydrogen, and an impurity element such as nitrogen higher than that of the region 234.
  • the concentrations of metal elements and impurity elements such as hydrogen and nitrogen detected in each region are not limited to stepwise changes in each region, but are continuously changed (also referred to as gradation) in each region. It is also good. That is, the concentration of the metal element and the impurity element such as hydrogen and nitrogen may be reduced as the region is closer to the channel formation region.
  • the transistor including an oxide semiconductor when impurities and oxygen vacancies exist in a channel formation region in the oxide semiconductor, the electrical characteristics are easily changed and the reliability might be deteriorated.
  • oxygen deficiency when oxygen deficiency is included in a channel formation region in the oxide semiconductor, the transistor is likely to be normally on. Therefore, oxygen deficiency in the channel formation region 234 is preferably reduced as much as possible.
  • an oxide having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen can be used.
  • aluminum oxide or hafnium oxide is preferably used.
  • the insulator 273 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an aluminum oxide film is preferably formed by sputtering. Oxygen can be injected into the insulator 224 by depositing an aluminum oxide film using a gas containing oxygen by a sputtering method.
  • the insulator 224 can contain more oxygen (also referred to as excess oxygen) than oxygen that satisfies the stoichiometric composition. Excess oxygen can be injected into the region 234, which is a channel formation region, through the insulator 224.
  • an oxide such as water or an impurity such as hydrogen and a function of suppressing permeation of oxygen may be used.
  • aluminum oxide or hafnium oxide is preferably used.
  • the insulator 274 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an oxide may be deposited using an ALD method. By depositing the oxide using the ALD method, even when depositing on the step shape, it is possible to deposit a dense thin film with excellent coverage with few defects.
  • the insulator 224 and the insulator 280 transmit oxygen more easily than the insulator 273, the insulator 274, and the insulator 282.
  • the insulator 273 is on the insulator 224, and is a side surface of the oxide 230a, a side surface of the oxide 230b, a side surface of the conductor 242a, an upper surface of the conductor 242a, a side surface of the conductor 242b, It is arranged to cover the top surface of the conductor 242b and the side surface of the oxide 230c.
  • the insulator 274 is disposed to cover the insulator 273.
  • the insulator 282 is disposed in contact with the top surface of the insulator 273, the top surface of the insulator 274, the top surface of the insulator 250, and the top surface of the conductor 260. It is preferable that the insulator 282 be formed using an oxide having a function of suppressing permeation of water, an impurity such as hydrogen, and oxygen similarly to the insulator 273 or the insulator 274.
  • the transistor 200 is covered with the insulator 273 which is an oxide having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen, the insulator 274, and the insulator 282.
  • the insulator 273 which is an oxide having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen and oxygen
  • the insulator 274, and the insulator 282 With such a configuration, the upward diffusion of oxygen can be suppressed. Further, since diffusion of oxygen to the conductor 260 can be suppressed, oxidation of the conductor 260 can be suppressed. Further, entry of impurities such as water and hydrogen into the transistor 200 from the outside can be suppressed.
  • a semiconductor device having a transistor with a large on current can be provided.
  • a semiconductor device having a transistor with low off current can be provided.
  • the conductor 203 is extended in the channel width direction as shown in FIGS. 1A and 1C, and functions as a wiring for applying a potential to the conductor 205.
  • the conductor 205 is disposed so as to overlap with the oxide 230 and the conductor 260.
  • the conductor 205 may be provided on and in contact with the conductor 203.
  • the conductor 260 may function as a first gate (also referred to as a top gate).
  • the conductor 205 may function as a second gate (also referred to as a bottom gate).
  • the threshold voltage of the transistor 200 can be controlled by changing the potential applied to the conductor 205 independently, without interlocking with the potential applied to the conductor 260.
  • the threshold voltage of the transistor 200 can be greater than 0 V and off current can be reduced. Therefore, when a negative potential is applied to the conductor 205, the drain current when the potential applied to the conductor 260 is 0 V can be smaller than when no potential is applied.
  • the conductor 205 over the conductor 203, the distance between the conductor 260 having the function of the first gate and the wiring and the conductor 203 can be appropriately designed. That is, by providing the insulator 214, the insulator 216, and the like between the conductor 203 and the conductor 260, the parasitic capacitance between the conductor 203 and the conductor 260 is reduced, and the conductor 203 and the conductor 260 are formed. The withstand voltage between them can be increased.
  • the switching speed of the transistor 200 can be improved, and a transistor with high frequency characteristics can be provided.
  • the reliability of the transistor 200 can be improved. Therefore, the thicknesses of the insulator 214 and the insulator 216 are preferably large. Note that the extension direction of the conductor 203 is not limited to this. For example, the conductor 203 may extend in the channel length direction of the transistor 200.
  • the conductor 205 is disposed so as to overlap with the oxide 230 and the conductor 260 as illustrated in FIG.
  • the conductor 205 may be larger than the region 234 in the oxide 230.
  • the conductor 205 is preferably extended also in a region outside the end portion of the region 234 of the oxide 230 which intersects the channel width direction.
  • the electric field generated from the conductor 260 and the electric field generated from the conductor 205 are connected to form a channel formed in the oxide 230
  • the area can be electrically surrounded.
  • the channel formation region of the region 234 can be electrically surrounded by the electric field of the conductor 260 having a function as the first gate and the electric field of the conductor 205 having a function as the second gate.
  • a structure of a transistor which electrically surrounds a channel formation region by an electric field of a first gate and a second gate is referred to as a surrounded channel (S-channel) structure.
  • the conductor 205 is formed in contact with the inner wall of the opening of the insulator 214 and the insulator 216, and the conductor 205b is formed further inside.
  • the heights of the top surfaces of the conductors 205a and 205b and the top surface of the insulator 216 can be approximately the same.
  • the transistor 200 illustrates a structure in which the conductor 205a and the conductor 205b are stacked, the present invention is not limited to this.
  • the conductor 205 may have a single layer or a stacked structure of three or more layers.
  • the first conductor of the conductor 205a or the conductor 203 is a hydrogen atom, hydrogen molecule, water molecule, nitrogen atom, nitrogen molecule, nitrogen oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2 or the like), copper It is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the diffusion of impurities such as atoms (the above-described impurities are difficult to transmit). Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen (for example, at least one of oxygen atoms, oxygen molecules, and the like) (the above-described oxygen is hardly transmitted). Note that, in the present specification, the function of suppressing the diffusion of impurities or oxygen is a function of suppressing the diffusion of any one or all of the impurities or the oxygen.
  • the second conductor of the conductor 205b or the conductor 203 is oxidized to lower the conductivity. Can be suppressed.
  • a conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen for example, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide or the like is preferably used. Therefore, as the conductor 205a or the first conductor of the conductor 203, the above conductive material may be used in a single layer or stacked layers. Accordingly, diffusion of impurities such as water and hydrogen to the transistor 200 side through the conductor 203 and the conductor 205 can be suppressed.
  • the conductor 205 b is preferably formed using a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component. Note that although the conductor 205 b is illustrated as a single layer, a layered structure may be used, and for example, titanium, titanium nitride, and the above conductive material may be stacked.
  • the second conductor of the conductor 203 functions as a wiring, it is preferable to use a conductor with high conductivity.
  • a conductor with high conductivity For example, a conductive material containing copper or aluminum as a main component can be used.
  • the second conductor of the conductor 203 may have a stacked structure, for example, a stack of titanium and titanium nitride and the above conductive material.
  • copper is preferably used for the second conductor of the conductor 203.
  • Copper is preferably used for wiring and the like because it has low resistance.
  • copper is easily diffused; thus, diffusion to the oxide 230 may deteriorate the electrical characteristics of the transistor 200. Therefore, for example, by using a material such as aluminum oxide or hafnium oxide with low copper permeability for the insulator 214, copper diffusion can be suppressed.
  • the conductor 205, the insulator 214, and the insulator 216 may not necessarily be provided. In that case, part of the conductor 203 can function as a second gate.
  • the insulator 210 and the insulator 214 preferably function as a barrier insulating film which suppresses impurities such as water and hydrogen from entering the transistor 200 from the substrate side. Therefore, the insulator 210 and the insulator 214 suppress the diffusion of impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (N 2 O, NO, NO 2, etc.), copper atoms, etc. It is preferable to use an insulating material having the following function (it is difficult for the above-mentioned impurities to permeate). Alternatively, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing diffusion of oxygen (for example, at least one of oxygen atoms, oxygen molecules, and the like) (the above-described oxygen is difficult to permeate).
  • the insulator 210 aluminum oxide or the like is preferably used as the insulator 210, and silicon nitride or the like is preferably used as the insulator 214. Accordingly, diffusion of an impurity such as water or hydrogen from the substrate side to the transistor 200 side through the insulator 210 and the insulator 214 can be suppressed. Alternatively, oxygen contained in the insulator 224 or the like can be suppressed from diffusing to the substrate side through the insulator 210 and the insulator 214.
  • the insulator 214 can be provided between the conductor 203 and the conductor 205.
  • the metal can be prevented from diffusing into a layer above the insulator 214 by providing silicon nitride or the like as the insulator 214. .
  • the insulator 212, the insulator 216, and the insulator 280 each functioning as an interlayer film preferably have a lower dielectric constant than the insulator 210 or the insulator 214.
  • parasitic capacitance generated between wirings can be reduced.
  • An insulator such as strontium (SrTiO 3 ) or (Ba, Sr) TiO 3 (BST) can be used in a single layer or a stack.
  • strontium (SrTiO 3 ) or (Ba, Sr) TiO 3 (BST) can be used in a single layer or a stack.
  • aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, or zirconium oxide may be added to these insulators.
  • these insulators may be nitrided.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride may be stacked over the above insulator.
  • the insulator 220, the insulator 222, and the insulator 224 function as gate insulators.
  • an oxide insulator which contains oxygen at a higher proportion than the stoichiometric composition is preferably used as the insulator 224 in contact with the oxide 230. That is, it is preferable that an excess oxygen region be formed in the insulator 224. By providing the insulator including such excess oxygen in contact with the oxide 230, oxygen vacancies in the oxide 230 can be reduced and the reliability of the transistor 200 can be improved.
  • an oxide material from which part of oxygen is released by heating is preferably used as the insulator having an excess oxygen region.
  • An oxide from which oxygen is released by heating means that the amount of released oxygen in terms of molecular oxygen is 1.0 ⁇ 10 18 molecules in Thermal Desorption Spectroscopy (TDS) analysis.
  • Oxide having a density of at least 3 cm 3 preferably at least 1.0 ⁇ 10 19 molecules / cm 3 , more preferably at least 2.0 10 19 molecules / cm 3 , or at least 3.0 ⁇ 10 20 molecules / cm 3 It is a membrane.
  • the surface temperature of the film at the time of TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. to 700 ° C., or 100 ° C. to 400 ° C.
  • the insulator 222 has a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atom, oxygen molecule, and the like) (the above oxygen is difficult to transmit). Is preferred.
  • oxygen in the excess oxygen region of the insulator 224 can be efficiently supplied to the oxide 230 without being diffused to the insulator 220 side.
  • the conductor 205 can be inhibited from reacting with oxygen in the excess oxygen region of the insulator 224.
  • the insulator 222 is, for example, a so-called high material such as aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ), or (Ba, Sr) TiO 3 (BST). It is preferable to use an insulator containing a -k material in a single layer or a stack. As the miniaturization and higher integration of transistors progress, problems such as leakage current may occur due to thinning of the gate insulator. By using a high-k material for the insulator functioning as a gate insulator, it is possible to reduce the gate potential at the time of transistor operation while maintaining the physical thickness.
  • a so-called high material such as aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ), or (Ba, Sr) TiO 3 (B
  • an insulator including an oxide of one or both of an impurity and an insulating material having a function of suppressing diffusion of oxygen or the like (the above-described oxygen is difficult to transmit).
  • an insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium it is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like.
  • the insulator 222 is formed using such a material, the insulator 222 suppresses the release of oxygen from the oxide 230 and the entry of impurities such as hydrogen from the peripheral portion of the transistor 200 to the oxide 230. Act as a layer.
  • aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, or zirconium oxide may be added to these insulators.
  • these insulators may be nitrided.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride may be stacked over the above insulator.
  • the insulator 220 is preferably thermally stable.
  • silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are thermally stable.
  • the insulator 220 with a stacked structure which is thermally stable and has a high relative dielectric constant can be obtained.
  • the insulator 220, the insulator 222, and the insulator 224 may have a stacked structure of two or more layers.
  • the invention is not limited to the laminated structure made of the same material, but may be a laminated structure made of different materials.
  • the oxide 230 which has a region functioning as a channel formation region includes an oxide 230a, an oxide 230b over the oxide 230a, and an oxide 230c over the oxide 230b.
  • the oxide 230a under the oxide 230b diffusion of impurities from the structure formed below the oxide 230a to the oxide 230b can be suppressed.
  • the oxide 230c over the oxide 230b diffusion of impurities from the structure formed above the oxide 230c to the oxide 230b can be suppressed.
  • the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 230a and the oxide 230c be higher than the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 230b.
  • the electron affinity of the oxide 230a and the oxide 230c is preferably smaller than the electron affinity of the oxide 230b.
  • the energy level at the lower end of the conduction band changes gently.
  • the energy level at the bottom of the conduction band at the junction of the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c can be said to be continuously changed or connected continuously.
  • the density of defect states in the mixed layer formed at the interface between the oxide 230 a and the oxide 230 b and at the interface between the oxide 230 b and the oxide 230 c may be lowered.
  • the oxide layer 230a and the oxide layer 230b or the oxide layer 230b and the oxide layer 230c have a common element other than oxygen (contains as a main component), whereby a mixed layer with a low density of defect states is formed.
  • a mixed layer with a low density of defect states is formed.
  • the oxide 230b is an In-Ga-Zn oxide
  • an In-Ga-Zn oxide, a Ga-Zn oxide, gallium oxide, or the like may be used as the oxide 230a and the oxide 230c.
  • the main route of the carrier is the oxide 230b.
  • the oxide 230 a and the oxide 230 c described above the density of defect states in the interface between the oxide 230 a and the oxide 230 b and the interface between the oxide 230 b and the oxide 230 c can be reduced. Therefore, the influence of interface scattering on carrier conduction is reduced, and the transistor 200 can obtain high on-state current.
  • the oxide 230 includes a region 231 and a region 234. Note that when the transistor 200 is turned on, the region 231a or the region 231b functions as a source region or a drain region. On the other hand, at least a part of the region 234 functions as a region in which a channel is formed.
  • a region higher in resistance than the region 231 is not formed between the region 231 functioning as a source region and a drain region and the region 234 in which a channel is formed; therefore, the on current and mobility of the transistor are large. can do. Since the source region and the drain region do not overlap with the first gate (conductor 260), formation of unnecessary capacitance can be suppressed.
  • a metal oxide which functions as an oxide semiconductor (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) is preferably used.
  • the metal oxide to be the region 234 one having a band gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more is preferably used.
  • the off-state current of the transistor can be reduced.
  • a transistor including an oxide semiconductor has extremely low leakage current in a non-conduction state; thus, a semiconductor device with low power consumption can be provided. Further, an oxide semiconductor can be formed by a sputtering method or the like and thus can be used for a transistor included in a highly integrated semiconductor device.
  • One of the conductors 242 (conductors 242 a and 242 b) functions as a source electrode, and the other functions as a drain electrode.
  • a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing any of these as a main component can be used.
  • metal nitride films such as tantalum nitride, ruthenium and ruthenium oxide are preferable because they have a barrier property to hydrogen or oxygen and high oxidation resistance.
  • a stacked structure of two or more layers may be used.
  • tantalum nitride and a tungsten film may be stacked.
  • a titanium film and an aluminum film may be stacked.
  • a two-layer structure in which an aluminum film is laminated on a tungsten film a two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a titanium film, a tungsten film A two-layer structure in which a copper film is stacked may be used.
  • a molybdenum nitride film a three-layer structure in which an aluminum film or a copper film is stacked on the molybdenum film or the molybdenum nitride film, and a molybdenum film or a molybdenum nitride film is formed thereon.
  • a transparent conductive material containing indium oxide, tin oxide or zinc oxide may be used.
  • a metal such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, or tungsten, or an alloy containing any of these as a main component can be used.
  • metal nitride films such as tantalum nitride are preferable because they have a barrier property to hydrogen or oxygen and high oxidation resistance.
  • the insulator 250 functions as a gate insulator.
  • the insulator 250 is preferably placed in contact with the oxide 230c.
  • the insulator 250 is preferably formed using an insulator from which oxygen is released by heating.
  • the desorption amount of oxygen in terms of molecular oxygen is 1.0 ⁇ 10 18 molecules / cm 3 or more, preferably 1.0 ⁇ 10 19 molecules / cm 3 or more, more preferably 2
  • the surface temperature of the film at the time of TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C. to 700 ° C.
  • silicon oxide having excess oxygen silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and vacancies.
  • Silicon oxide can be used.
  • silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable to heat.
  • the concentration of impurities such as water and hydrogen in the insulator 250 is preferably reduced.
  • the insulator 250 may have a stacked-layer structure of a film from which oxygen is released by heating and a film having a barrier property.
  • a film having a barrier property between a film from which oxygen is released by heating and the conductor 260, absorption of oxygen released by heating into the conductor 260 can be suppressed.
  • a metal oxide containing aluminum, hafnium, or the like may be used as the film having a barrier property. Since the metal oxide has a high relative dielectric constant, it is possible to reduce the equivalent oxide thickness (EOT) of the gate insulator while maintaining the physical thickness.
  • a conductor 260 functioning as a first gate includes a conductor 260a and a conductor 260b over the conductor 260a.
  • the conductor 260a like the conductor 205a, diffuses impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (N 2 O, NO, NO 2 etc.), copper atoms, etc. It is preferable to use a conductive material having a suppressing function. Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atom, oxygen molecule, and the like).
  • the conductor 260a has a function of suppressing the diffusion of oxygen, whereby the diffusion of excess oxygen from the oxide 230 and the insulator 250 to the conductor 260b is suppressed. Therefore, the oxidation of the conductor 260b due to the excess oxygen of the insulator 250 can be suppressed, and the decrease in conductivity can be prevented. In addition, a decrease in the amount of excess oxygen supplied to the oxide 230 can be suppressed.
  • a conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen for example, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide or the like is preferably used.
  • an oxide semiconductor that can be used as the oxide 230 can be used as the conductor 260a.
  • the electric resistance value of the conductor 260a can be reduced to be a conductor. This can be called an OC (Oxide Conductor) electrode.
  • the conductor 260b is preferably formed using a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component.
  • a conductor with high conductivity For example, a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component can be used.
  • the conductor 260b may have a stacked structure, for example, a stack of titanium and titanium nitride and the above conductive material.
  • the concentration of impurities such as water or hydrogen in the film is preferably reduced.
  • the insulator 280 preferably has excess oxygen.
  • the insulator 282 may be provided over the insulator 280.
  • the insulator 282 may be provided with an insulator 282 similar to the insulator 210. By forming the insulator 282 by sputtering, impurities in the insulator 280 can be reduced.
  • the insulator 283 may be provided over the insulator 282.
  • the insulator 283 can be made of the same material as the insulator 280.
  • the conductor 240 a and the conductor 240 b are provided in the openings formed in the insulator 283, the insulator 282, the insulator 280, the insulator 273, and the insulator 274.
  • the conductor 240 a and the conductor 240 b are provided opposite to each other with the conductor 260 interposed therebetween. Note that the top surfaces of the conductor 240a and the conductor 240b and the top surface of the insulator 283 may be provided on the same plane.
  • the conductor 240 a is in contact with the conductor 242 a which functions as one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 200, and the conductor 240 b is in contact with the conductor 242 b which functions as the other of the source electrode and the drain electrode of the transistor 200. .
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion indicated by an alternate long and short dash line A5-A6 in FIG. 1A, in which the conductor 240a in the channel width direction of the transistor 200 is in contact with the conductor 242a and the oxide 230. It is sectional drawing of an area
  • the conductor 240 a is preferably in contact with at least the top surface of the conductor 242 a, the side surface of the conductor 242 a, and further preferably in contact with the side surface of the oxide 230.
  • the conductor 240a is preferably in contact with one or both of the side surface on the A5 side and the side surface on the A6 side on the side surface of the oxide 230 which intersects the channel width direction.
  • FIG. 3A is an example in which the side surface on the A5 side and the side surface on the A6 side are in contact with each other, and the region where the conductor 240a is in contact with the conductor 242a and the oxide 230 has a cross section like a ridge. (Can be called a contact on the surface).
  • a region in which the conductor 240a is in contact with the conductor 242a and the oxide 230 is not limited to the example illustrated in FIG. 3A, for example, as illustrated in FIG. 3B, the top surface of the conductor 242a A region may be in contact with one side surface of the conductor 242 a and one side surface of the oxide 230.
  • a region in contact with the top surface of the conductor 242a, the other side surface of the conductor 242a, and the other side surface of the oxide 230 may be provided. With such a structure, the area of a region in which the conductor 240a is in contact with the conductor 242a and the oxide 230 can be increased.
  • the conductor 240a, the conductor 242a, and the oxide 230 can be provided. Contact resistance can be lowered, which is preferable. Note that a region in which the conductor 240 b is in contact with the conductor 242 b and the oxide 230 has the same configuration as described above.
  • the conductor 240a and the conductor 240b preferably contain a metal element such as aluminum, ruthenium, titanium, tantalum, tungsten, copper, or the like.
  • the conductor 240 a and the conductor 240 b may have a stacked structure.
  • the conductor in contact with the insulator 283, the insulator 282, the insulator 280, the insulator 273, and the insulator 274 is an impurity such as water or hydrogen similarly to the conductor 205 a or the like.
  • a conductive material having a function of suppressing the permeation of light For example, tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium or ruthenium oxide is preferably used.
  • a conductive material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen may be used in a single layer or a stack.
  • impurities such as water and hydrogen can be suppressed from being mixed with the oxide 230 through the conductor 240 a and the conductor 240 b from the upper layer of the insulator 283.
  • a conductor that functions as a wiring may be disposed in contact with the top surface of the conductor 240a and the top surface of the conductor 240b. It is preferable to use a conductive material whose main component is tungsten, copper, or aluminum as the conductor functioning as the wiring.
  • the conductor may have a stacked structure, for example, a stack of titanium and titanium nitride and the above conductive material. Note that as in the case of the conductor 203 or the like, the conductor may be formed so as to be embedded in an opening provided in an insulator.
  • the insulator 224 may have an opening for exposing the insulator 222 in the vicinity of the end portion of the semiconductor device.
  • the insulator 222 is in contact with the insulator 273 through the opening.
  • the insulator 222 may be formed using an oxide having a function of suppressing permeation of water, an impurity such as hydrogen, and oxygen as in the case of the insulator 273 or the insulator 274.
  • the semiconductor device including the transistor 200 can prevent entry of an impurity such as water or hydrogen into the semiconductor device by the insulator 273, the insulator 274, and the insulator 222.
  • a substrate for forming the transistor 200 for example, an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used.
  • the insulator substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a stabilized zirconia substrate (such as a yttria stabilized zirconia substrate), and a resin substrate.
  • the semiconductor substrate may be, for example, a semiconductor substrate of silicon, germanium or the like, or a compound semiconductor substrate of silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide or gallium oxide.
  • the conductive substrate there is a semiconductor substrate having an insulator region inside the aforementioned semiconductor substrate, for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • the conductive substrate there are a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, a conductive resin substrate and the like.
  • a substrate provided with a conductor or a semiconductor on an insulator substrate a substrate provided with a conductor or an insulator on a semiconductor substrate, a substrate provided with a semiconductor or an insulator on the conductor substrate, and the like.
  • those provided with elements on these substrates may be used.
  • the elements provided on the substrate include a capacitor, a resistor, a switch, a light-emitting element, a memory element, and the like.
  • a flexible substrate may be used as the substrate.
  • a method for providing a transistor on a flexible substrate there is a method in which the transistor is peeled off after being manufactured on a non-flexible substrate and transposed to a substrate which is a flexible substrate.
  • a release layer may be provided between the non-flexible substrate and the transistor.
  • the substrate may have stretchability.
  • the substrate may have the property of returning to its original shape when bending or pulling is stopped. Alternatively, the substrate may have the property of not returning to its original shape.
  • the substrate has, for example, a region having a thickness of 5 ⁇ m to 700 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, and more preferably 15 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the substrate When the substrate is thinned, the weight of the semiconductor device including the transistor can be reduced.
  • the substrate when the substrate is made thin, it may have elasticity even when using glass or the like, or may return to its original shape when bending or pulling is stopped. Therefore, an impact or the like applied to the semiconductor device on the substrate due to a drop or the like can be alleviated. That is, a robust semiconductor device can be provided.
  • a substrate which is a flexible substrate for example, a metal, an alloy, a resin or glass, or a fiber thereof can be used.
  • a sheet, a film, a foil or the like in which fibers are woven may be used.
  • a substrate which is a flexible substrate has a low coefficient of linear expansion, deformation due to the environment is preferably suppressed.
  • a substrate which is a flexible substrate for example, a material having a linear expansion coefficient of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 / K or less, 5 ⁇ 10 ⁇ 5 / K or less, or 1 ⁇ 10 ⁇ 5 / K or less may be used.
  • the resin include polyester, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, and acrylic.
  • aramid is suitable as a flexible substrate because it has a low coefficient of linear expansion.
  • a metal oxide which functions as an oxide semiconductor (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) is preferably used.
  • an oxide semiconductor metal oxide which functions as an oxide semiconductor
  • metal oxides applicable to the oxide 230 according to the present invention will be described.
  • the metal oxide preferably contains at least indium or zinc. In particular, it is preferable to contain indium and zinc. In addition to them, aluminum, gallium, yttrium or tin is preferably contained. In addition, one or more selected from boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium may be included.
  • the metal oxide is an In-M-Zn oxide having indium, an element M and zinc.
  • the element M is, for example, aluminum, gallium, yttrium or tin.
  • Other elements applicable to the element M include boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium and the like.
  • the element M a plurality of the aforementioned elements may be combined in some cases.
  • metal oxides having nitrogen may also be collectively referred to as metal oxides.
  • a metal oxide having nitrogen may be referred to as metal oxynitride.
  • Oxide semiconductors can be divided into single crystal oxide semiconductors and other non-single crystal oxide semiconductors.
  • non-single crystal oxide semiconductor for example, c-axis aligned crystalline oxide semiconductor (CAAC-OS), polycrystalline oxide semiconductor, nanocrystalline oxide semiconductor (nc-OS), pseudo amorphous oxide semiconductor (a-like) OS: amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductor.
  • the CAAC-OS has c-axis orientation, and a plurality of nanocrystals are connected in the a-b plane direction to form a strained crystal structure.
  • distortion refers to a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between the region in which the lattice arrangement is aligned and the region in which another lattice arrangement is aligned in the region where the plurality of nanocrystals are connected.
  • the nanocrystals are based on hexagons, but may not be regular hexagons and may be non-hexagonal. Moreover, distortion may have a lattice arrangement such as pentagon and heptagon.
  • the CAAC-OS it is difficult to confirm clear crystal grain boundaries (also referred to as grain boundaries) even in the vicinity of strain. That is, it is understood that the formation of crystal grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the a-b plane direction, or that the bonding distance between atoms is changed due to metal element substitution. It is for.
  • a CAAC-OS is a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter referred to as In layer) and a layer containing element M, zinc and oxygen (hereinafter referred to as (M, Zn) layer) are stacked. It tends to have a structure (also referred to as a layered structure).
  • In layer a layer containing indium and oxygen
  • M, Zn zinc and oxygen
  • indium and the element M can be substituted with each other, and when the element M in the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can also be expressed as a (In, M, Zn) layer.
  • indium in the In layer is substituted with the element M, it can also be represented as an (In, M) layer.
  • CAAC-OS is a highly crystalline metal oxide. On the other hand, it is difficult to confirm clear crystal grain boundaries in CAAC-OS, so it can be said that the decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries does not easily occur. In addition, since the crystallinity of a metal oxide may decrease due to the mixing of impurities or generation of defects, the CAAC-OS is a metal oxide with few impurities or defects (also referred to as oxygen vacancies (Vo)). It can be said that. Therefore, the metal oxide having a CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, a metal oxide having a CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
  • the nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (eg, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm).
  • nc-OS has no regularity in crystal orientation among different nanocrystals. Therefore, no orientation can be seen in the entire film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from the a-like OS or the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.
  • indium-gallium-zinc oxide which is a kind of metal oxide having indium, gallium and zinc
  • IGZO indium-gallium-zinc oxide
  • crystals eg, the above-mentioned nanocrystals
  • large crystals here, several mm or several cm. May become stable.
  • the a-like OS is a metal oxide having a structure between nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
  • the a-like OS has a wrinkle or low density region. That is, a-like OS has lower crystallinity than nc-OS and CAAC-OS.
  • Oxide semiconductors have various structures, and each has different characteristics.
  • the oxide semiconductor of one embodiment of the present invention may have two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS.
  • a thin film with high crystallinity is preferably used as the oxide semiconductor used for the semiconductor of the transistor.
  • the stability or the reliability of the transistor can be improved.
  • the thin film include a thin film of a single crystal oxide semiconductor or a thin film of a polycrystalline oxide semiconductor.
  • a high temperature or laser heating step is required in order to form a thin film of a single crystal oxide semiconductor or a thin film of a polycrystalline oxide semiconductor on a substrate. Therefore, the cost of the manufacturing process increases, and the throughput also decreases.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 In-Ga-Zn oxide having a CAAC structure (referred to as CAAC-IGZO) was discovered in 2009.
  • CAAC-IGZO has c-axis orientation, can not be clearly identified in grain boundaries, and can be formed on a substrate at a low temperature.
  • a transistor using CAAC-IGZO is reported to have excellent electrical characteristics and reliability.
  • nc-IGZO In-Ga-Zn oxide having an nc structure was discovered (see Non-Patent Document 3).
  • nc-IGZO has periodicity in atomic arrangement in a minute area (for example, an area of 1 nm or more and 3 nm or less) and regularity in crystal orientation is not observed between different areas. There is.
  • Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5 show the transition of the average crystal size by the irradiation of an electron beam to the thin films of the above-described CAAC-IGZO, nc-IGZO, and IGZO with low crystallinity.
  • a low crystalline IGZO thin film crystalline IGZO of about 1 nm has been observed even before electron beam irradiation. Therefore, it is reported here that in IGZO, the presence of a completely amorphous structure could not be confirmed.
  • the thin film of CAAC-IGZO and the thin film of nc-IGZO have high stability to electron beam irradiation as compared with the thin film of IGZO having low crystallinity. Therefore, it is preferable to use a thin film of CAAC-IGZO or a thin film of nc-IGZO as a semiconductor of the transistor.
  • a transistor using an oxide semiconductor has extremely low leak current in a non-conductive state, specifically, an off-state current per ⁇ m channel width of the transistor is on the order of yA / ⁇ m (10 -24 A / ⁇ m).
  • Non-Patent Document 6 For example, a low power consumption CPU or the like utilizing a characteristic in which a leak current of a transistor including an oxide semiconductor is low is disclosed (see Non-Patent Document 7).
  • Non-Patent Document 8 application of a transistor including an oxide semiconductor to a display device utilizing a characteristic that leakage current of the transistor is low has been reported (see Non-Patent Document 8).
  • the displayed image is switched several tens of times per second.
  • the number of times of switching images per second is called a refresh rate.
  • the refresh rate may be referred to as a drive frequency.
  • Such fast screen switching which is difficult for human eyes to perceive, is considered as the cause of eye fatigue. Therefore, it has been proposed to reduce the number of image rewrites by reducing the refresh rate of the display device.
  • power consumption of the display device can be reduced by driving with a lower refresh rate.
  • Such a driving method is called idling stop (IDS) driving.
  • IDS idling stop
  • CAAC structure and an nc structure contributes to the improvement of the electrical characteristics and reliability of a transistor using an oxide semiconductor having a CAAC structure or an nc structure, as well as cost reduction and throughput improvement of a manufacturing process.
  • researches on application of the transistor to a display device and an LSI using the characteristic that the leakage current of the transistor is low have been advanced.
  • FIG. 4 to FIG. 9 shows a top view.
  • (B) in each drawing is a cross-sectional view corresponding to a portion indicated by an alternate long and short dash line A1-A2 illustrated in (A), and is also a cross-sectional view in the channel length direction of the transistor 200.
  • (C) in each drawing is a cross-sectional view corresponding to a portion indicated by dashed dotted line A3-A4 in (A), and is also a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 200.
  • one part element is abbreviate
  • omitted is abbreviate
  • a substrate (not shown) is prepared, and an insulator 210 is formed on the substrate.
  • the film formation of the insulator 210 may be performed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), molecular beam epitaxy (MBE), pulsed laser deposition (PLD), or ALD. This can be performed using an atomic layer deposition (Atomic Layer Deposition) method or the like.
  • the CVD method can be classified into a plasma enhanced CVD (PECVD) method using plasma, a thermal CVD (TCVD: thermal CVD) method using heat, a photo CVD method using light, etc. . Furthermore, it can be divided into metal CVD (MCVD: Metal CVD) and metal organic CVD (MOCVD: Metal Organic CVD) depending on the source gas used.
  • PECVD plasma enhanced CVD
  • TCVD thermal CVD
  • MCVD Metal CVD
  • MOCVD Metal Organic CVD
  • the plasma CVD method provides high quality films at relatively low temperatures.
  • the thermal CVD method is a film formation method capable of reducing plasma damage to an object to be processed because plasma is not used.
  • a wiring, an electrode, an element (such as a transistor or a capacitor), or the like included in a semiconductor device may be charged up by receiving charge from plasma. At this time, wirings, electrodes, elements, and the like included in the semiconductor device may be broken by the stored charge.
  • a thermal CVD method which does not use plasma, such plasma damage does not occur, so that the yield of the semiconductor device can be increased.
  • the thermal CVD method since plasma damage does not occur during film formation, a film with few defects can be obtained.
  • the ALD method is also a film formation method capable of reducing plasma damage to an object to be processed. Further, in the ALD method, since plasma damage does not occur during film formation, a film with few defects can be obtained. Some precursors used in the ALD method include impurities such as carbon. For this reason, the film provided by the ALD method may contain a large amount of impurities such as carbon, as compared with a film provided by another film formation method. In addition, quantification of impurities can be performed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the CVD method and the ALD method are film forming methods in which a film is formed by a reaction on the surface of an object to be processed unlike a film forming method in which particles released from a target or the like are deposited. Therefore, the film forming method is less susceptible to the shape of the object to be processed, and has good step coverage.
  • the ALD method since the ALD method has excellent step coverage and uniformity of thickness, it is suitable for coating the surface of an opening with a high aspect ratio.
  • the ALD method may be preferably used in combination with another deposition method such as a CVD method having a high deposition rate.
  • the CVD method and the ALD method can control the composition of the obtained film by the flow rate ratio of the source gas.
  • a film having any composition can be formed depending on the flow rate ratio of the source gas.
  • a film whose composition is continuously changed can be formed by changing the flow ratio of the source gas while forming the film.
  • aluminum oxide is deposited as the insulator 210 by a sputtering method.
  • the insulator 210 may have a multilayer structure.
  • an aluminum oxide film may be formed by a sputtering method, and an aluminum oxide film may be formed by an ALD method over the aluminum oxide.
  • an aluminum oxide film may be formed by an ALD method, and an aluminum oxide film may be formed by a sputtering method over the aluminum oxide.
  • a conductive film to be the conductor 203 is formed over the insulator 210.
  • the conductive film to be the conductor 203 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • the conductive film to be the conductor 203 can be a multilayer film. In this embodiment mode, tungsten is formed as a conductive film to be the conductor 203.
  • a conductive film to be the conductor 203 is processed using a lithography method to form the conductor 203.
  • the resist is exposed through a mask.
  • the exposed area is removed or left using a developer to form a resist mask.
  • the conductor, the semiconductor, the insulator, or the like can be processed into a desired shape by etching through the resist mask.
  • the resist mask may be formed by exposing the resist using KrF excimer laser light, ArF excimer laser light, EUV (Extreme Ultraviolet) light, or the like.
  • a liquid immersion technique may be used in which a liquid (for example, water) is filled and exposed between the substrate and the projection lens.
  • an electron beam or an ion beam may be used instead of the light described above.
  • the mask is unnecessary. Note that for the removal of the resist mask, dry etching such as ashing can be performed, wet etching can be performed, wet etching can be performed after the dry etching, or dry etching can be performed after the wet etching.
  • a hard mask made of an insulator or a conductor may be used instead of the resist mask.
  • an insulating film or a conductive film serving as a hard mask material is formed over the conductive film to be the conductor 203, a resist mask is formed over the conductive film, and the hard mask material is etched.
  • a hard mask can be formed. The etching of the conductive film to be the conductor 203 may be performed after removing the resist mask, or may be performed with the resist mask left. In the latter case, the resist mask may disappear during etching. The hard mask may be removed by etching after the conductive film to be the conductor 203 is etched. On the other hand, when the material of the hard mask does not affect the post-process or can be used in the post-process, it is not necessary to remove the hard mask.
  • a capacitively coupled plasma (CCP) etching apparatus having a parallel plate electrode can be used as a dry etching apparatus.
  • the capacitive coupling type plasma etching apparatus having a parallel plate type electrode may be configured to apply a high frequency power to one of the parallel plate type electrodes.
  • a plurality of different high frequency power supplies may be applied to one of the parallel plate electrodes.
  • a high frequency power supply of the same frequency may be applied to each of the parallel plate electrodes.
  • high-frequency power supplies having different frequencies may be applied to the parallel plate electrodes.
  • a dry etching apparatus having a high density plasma source can be used.
  • an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus can be used as a dry etching apparatus having a high density plasma source.
  • an insulating film to be the insulator 212 is formed over the insulator 210 and the conductor 203.
  • the insulator to be the insulator 212 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • silicon oxide is deposited by a CVD method as an insulating film to be the insulator 212.
  • the thickness of the insulating film to be the insulator 212 is preferably equal to or larger than the thickness of the conductor 203.
  • the thickness of the conductor 203 is 1, the thickness of the insulating film to be the insulator 212 is 1 or more and 3 or less.
  • the film thickness of the conductor 203 is 150 nm, and the film thickness of the insulating film to be the insulator 212 is 350 nm.
  • a CMP (chemical mechanical polishing) process is performed on the insulating film to be the insulator 212, so that part of the insulating film to be the insulator 212 is removed and the surface of the conductor 203 is exposed.
  • the conductor 203 and the insulator 212 whose top surface is flat can be formed (see FIG. 4).
  • the insulator 212 is formed over the insulator 210.
  • the insulator 212 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an opening reaching the insulator 210 is formed in the insulator 212.
  • the openings include, for example, grooves and slits.
  • the region in which the opening is formed may be referred to as an opening.
  • the formation of the opening may use wet etching, it is preferable to use dry etching for fine processing.
  • the insulator 210 it is preferable to select an insulator that functions as an etching stopper film at the time of forming the groove by etching the insulator 212.
  • a silicon oxide film is used as the insulator 212 which forms a groove
  • a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film may be used as the insulator 210.
  • the conductive film preferably includes a conductor having a function of suppressing permeation of oxygen.
  • a conductor having a function of suppressing permeation of oxygen For example, tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride or the like can be used. Alternatively, a stacked film of tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, aluminum, copper, and a molybdenum-tungsten alloy can be used.
  • the conductive film to be the conductor 203 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • a conductive film to be the conductor 203 has a multilayer structure.
  • tantalum nitride is deposited by sputtering, and titanium nitride is stacked on the tantalum nitride.
  • a conductive film over the conductive film to be the conductor 203 is formed.
  • the conductive film can be formed by a plating method, a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • a low-resistance conductive material such as copper is formed as a conductive film over the conductive film to be the conductor 203.
  • CMP treatment is performed to remove part of the upper layer of the conductive film to be the conductor 203 and the lower layer of the conductive film to be the conductor 203, thereby exposing the insulator 212.
  • the conductive film to be the conductor 203 remains only in the opening.
  • the conductor 203 whose top surface is flat can be formed.
  • part of the insulator 212 may be removed by the CMP treatment. The above is the different method of forming the conductor 203.
  • the insulator 214 is formed over the insulator 212 and the conductor 203.
  • the insulator 214 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • silicon nitride is formed as the insulator 214 by a CVD method.
  • the insulator 216 is formed over the insulator 214.
  • the insulator 216 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • silicon oxide is deposited as the insulator 216 by a CVD method.
  • an opening which reaches the conductor 203 is formed in the insulator 214 and the insulator 216.
  • wet etching may be used to form the openings, dry etching is preferred for fine processing.
  • a conductive film to be the conductor 205a is formed.
  • the conductive film to be the conductor 205a preferably contains a conductive material having a function of suppressing permeation of oxygen.
  • a conductive material having a function of suppressing permeation of oxygen for example, tantalum nitride, tungsten nitride, titanium nitride, or the like can be used.
  • a stacked film of tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, aluminum, copper, and a molybdenum-tungsten alloy can be used.
  • the conductive film to be the conductor 205a can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • tantalum nitride is formed by a sputtering method as a conductive film to be the conductor 205a.
  • a conductive film to be the conductor 205b is formed over the conductive film to be the conductor 205a.
  • the conductive film can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • titanium nitride is formed by a CVD method as a conductive film to be the conductor 205b, and tungsten is formed over the titanium nitride film by a CVD method.
  • CMP treatment is performed to remove part of the conductive film to be the conductor 205 a and the conductive film to be the conductor 205 b, thereby exposing the insulator 216.
  • the conductive film to be the conductor 205a and the conductive film to be the conductor 205b remain only in the opening. Accordingly, the conductor 205 including the conductor 205a and the conductor 205b whose top surface is flat can be formed (see FIG. 4). Note that part of the insulator 216 may be removed by the CMP treatment.
  • the insulator 220 is formed over the insulator 216 and the conductor 205.
  • the insulator 220 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • silicon oxide is deposited as the insulator 220 by a CVD method.
  • the insulator 222 is formed over the insulator 220.
  • an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium may be deposited.
  • aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like is preferably used as the insulator containing one or both of the oxides of aluminum and hafnium.
  • An insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium has barrier properties against oxygen, hydrogen, and water.
  • the insulator 222 has a barrier property to hydrogen and water, diffusion of hydrogen and water contained in a structure provided in the periphery of the transistor 200 to the inside of the transistor 200 through the insulator 222 is suppressed. , And the formation of oxygen vacancies in the oxide 230 can be suppressed.
  • the insulator 222 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an insulating film to be the insulator 224 is formed over the insulator 222.
  • the insulating film to be the insulator 224 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • heat treatment is preferably performed.
  • the heat treatment may be performed at 250 ° C. to 650 ° C., preferably 300 ° C. to 500 ° C., more preferably 320 ° C. to 450 ° C.
  • the heat treatment is performed in a nitrogen or inert gas atmosphere or an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas. Further, the heat treatment may be performed under reduced pressure.
  • the heat treatment may be performed in an atmosphere containing 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more of an oxidizing gas in order to compensate for desorbed oxygen. Good.
  • heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature of 400 ° C. for one hour after the formation of the insulating film 224A.
  • impurities such as water and hydrogen contained in the insulating film 224A can be removed and the like.
  • the heat treatment can also be performed at each timing after the insulator 220 is formed and after the insulator 222 is formed.
  • the heat treatment conditions described above can be used for the heat treatment, it is preferable that the heat treatment after the deposition of the insulator 220 be performed in an atmosphere containing nitrogen.
  • plasma treatment including oxygen may be performed under reduced pressure.
  • a device having a power supply for generating high density plasma using microwaves is preferably used.
  • the substrate side may have a power supply for applying an RF (Radio Frequency).
  • RF Radio Frequency
  • high-density plasma high-density oxygen radicals can be generated, and by applying RF to the substrate side, oxygen radicals generated by high-density plasma can be efficiently introduced into the insulating film 224A. it can.
  • plasma treatment including oxygen may be performed to compensate for the released oxygen. Note that impurities such as water and hydrogen contained in the insulating film 224A can be removed by appropriately selecting the conditions of the plasma treatment. In that case, the heat treatment may not be performed.
  • the insulating film to be the insulator 224 is processed by lithography so that a part of the top surface of the insulator 222 is exposed, and the insulator 224 is formed (see FIG. 4).
  • the insulator 224 may be formed in a later step, for example, after the oxide 230 is formed or after the dummy gate 262 is formed.
  • an oxide film 230A to be the oxide 230a, an oxide film 230B to be the oxide 230b, and a conductive film 242A to be the conductor 242 are sequentially formed over the insulator 224 (see FIG. 4).
  • the oxide film is preferably formed continuously without being exposed to the air environment. By forming the film without opening to the atmosphere, impurities or moisture from the air environment can be prevented from adhering to the oxide film 230A and the oxide film 230B, and the vicinity of the interface between the oxide film 230A and the oxide film 230B can be It can be kept clean.
  • the oxide film 230A, the oxide film 230B, and the conductive film 242A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • the oxide film 230A and the oxide film 230B are formed by sputtering
  • oxygen or a mixed gas of oxygen and a rare gas is used as a sputtering gas.
  • excess oxygen in the oxide film to be formed can be increased.
  • the above In-M-Zn oxide target can be used.
  • the proportion of oxygen contained in the sputtering gas of the oxide film 230A may be 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.
  • an oxygen-deficient oxide semiconductor can be formed by deposition with the proportion of oxygen contained in the sputtering gas being 1% to 30%, preferably 5% to 20%. It is formed.
  • a transistor in which an oxygen-deficient oxide semiconductor is used for a channel formation region can achieve relatively high field-effect mobility.
  • heat treatment may be performed.
  • the above-described heat treatment conditions can be used.
  • impurities such as water and hydrogen in the oxide film 230A and the oxide film 230B can be removed.
  • treatment for 1 hour at a temperature of 400 ° C. in an oxygen atmosphere is continuously performed.
  • the oxide film 230A, the oxide film 230B, and the conductive film 242A are processed into an island shape to form the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductor 242. Note that in this process, the thickness of a region which does not overlap with the oxide 230 a of the insulator 224 may be thin (see FIG. 5).
  • the oxide 230 a, the oxide 230 b, and the conductor 242 are formed so that at least part thereof overlaps with the conductor 205.
  • the side surfaces of the oxide 230 a, the oxide 230 b, and the conductor 242 are preferably substantially perpendicular to the top surface of the insulator 222.
  • the side surfaces of the oxide 230 a, the oxide 230 b, and the conductor 242 are substantially perpendicular to the top surface of the insulator 222, reduction in area and density can be achieved when the plurality of transistors 200 is provided.
  • the side surfaces of the oxide 230 a, the oxide 230 b and the conductor 242 may be acute angles with the top surface of the insulator 222.
  • the angle between the side surface of the oxide 230a and the side surface of the oxide 230b and the top surface of the insulator 222 is preferably greater than or equal to 60 ° and less than 70 °.
  • a curved surface is provided between the side surface of the conductor 242 and the top surface of the conductor 242. That is, the end of the side surface and the end of the upper surface are preferably curved (hereinafter, such a curved shape is also referred to as a round shape).
  • the curved surface has, for example, a radius of curvature of 3 nm to 10 nm, preferably 5 nm to 6 nm, at an end portion of the conductor 242.
  • the processing of the oxide film may be performed using a lithography method.
  • dry etching or wet etching can be used for the processing. Machining by dry etching is suitable for micromachining.
  • an impurity due to an etching gas or the like may be attached or diffused to the surface or the inside of the oxide 230a, the oxide 230b, or the like.
  • the impurities include, for example, fluorine or chlorine.
  • the cleaning method may be wet cleaning using a cleaning solution or the like, plasma treatment using plasma, cleaning by heat treatment, or the like, and the above cleaning may be performed in combination as appropriate.
  • cleaning treatment may be performed using an aqueous solution prepared by diluting oxalic acid, phosphoric acid, hydrofluoric acid, or the like with carbonated water or pure water.
  • ultrasonic cleaning may be performed using pure water or carbonated water. In this embodiment, ultrasonic cleaning using pure water or carbonated water is performed.
  • heat treatment may be performed.
  • the heat treatment conditions described above can be used for the heat treatment.
  • a dummy gate film to be a dummy gate layer 262A is formed over the insulator 224, the oxide 230a, the oxide 230b, and the conductor 242.
  • the dummy gate film to be the dummy gate layer 262A is processed and used as a dummy gate.
  • the dummy gate is a temporary gate. That is, by processing the dummy gate film to be the dummy gate layer 262A, a temporary gate is formed, the dummy gate is removed in a later step, and a gate made of a conductive film or the like is formed instead. Therefore, it is preferable that a dummy gate film to be the dummy gate layer 262A be a film which is easily microfabricated and easy to remove.
  • the dummy gate film to be the dummy gate layer 262A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • a sputtering method a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an insulator, a semiconductor, or a conductor can be used.
  • polysilicon, silicon such as microcrystalline silicon or amorphous silicon, or a metal film such as aluminum, titanium, or tungsten may be used.
  • the resin film may be formed using a coating method. Examples of the resin film include photoresist, polyester, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate, and acrylic.
  • the surface of the dummy gate film can be made flat. As described above, by making the surface of the dummy gate film flat, microfabrication becomes easy, and furthermore, removal becomes easy.
  • the dummy gate film to be the dummy gate layer 262A can be a multilayer film using different film types.
  • the dummy gate film to be the dummy gate layer 262A can be a conductive film and a two-layer film in which a resin film is formed over the conductive film.
  • the conductive film may function as a stopper film for CMP treatment in a later CMP step.
  • the end point detection of the CMP process may be possible, and the process variation may be reduced.
  • the dummy gate film to be the dummy gate layer 262A is etched by lithography to form the dummy gate layer 262A (see FIG. 6).
  • the dummy gate layer 262A is formed to at least partially overlap with the conductor 205, the oxide 230a, and the oxide 230b.
  • an insulating film 273A is formed to cover the oxide 230a, the oxide 230b, the conductor 242, and the dummy gate layer 262A. Subsequently, the insulating film 274A may be formed on the insulating film 273A (see FIG. 6).
  • the insulating films 273A and 274A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an insulating film having a function of suppressing permeation of oxygen is preferably used.
  • an aluminum oxide film is preferably formed by sputtering. Oxygen can be injected into the insulator 224 by depositing an aluminum oxide film using a gas containing oxygen by a sputtering method. That is, the insulator 224 can have excess oxygen.
  • an insulating film having a function of suppressing permeation of oxygen is preferably used.
  • an aluminum oxide film is preferably formed by an ALD method.
  • the ALD method excellent in coverage the insulating film 274A having a uniform thickness can be formed even in the step portion formed by the dummy gate layer 262A or the like.
  • a dense thin film can be formed by using the ALD method. As described above, a dense thin film can be formed with excellent coverage, so that, for example, even if defects such as voids or pinholes occur in the insulating film 273A, the insulating film 274A can cover the defects.
  • the diffusion of excess oxygen contained in the insulator 224 can be prevented, and the entry of impurities such as water and hydrogen from the outside into the insulator 224 can be prevented.
  • the film formation of the insulating film 274A can be omitted.
  • an insulating film to be the insulator 280 is formed over the insulating film 274A.
  • the insulating film to be the insulator 280 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • portions of the insulating film to be the insulator 280, the dummy gate layer 262A, the insulating film 273A, and the insulating film 274A are removed until a portion of the dummy gate layer 262A is exposed, and the insulator 280, the dummy gate 262, An insulator 273 and an insulator 274 are formed (see FIG. 7).
  • CMP is preferably used to form the insulator 280, the dummy gate 262, the insulator 273, and the insulator 274.
  • the dummy gate layer 262A is, for example, a conductive film and a two-layered film in which a resin film is formed on the conductive film, whereby the conductive film serves as a stopper film for CMP treatment in the CMP step.
  • the conductive film serves as a stopper film for CMP treatment in the CMP step.
  • the end point of the CMP process may be detected, and the variation in height of the dummy gate 262 may be reduced.
  • the top surfaces of the dummy gate 262 and the top surfaces of the insulator 273, the insulator 274 and the insulator 280 substantially coincide with each other.
  • the dummy gate 262 is removed.
  • the removal of the dummy gate 262 can be performed using wet etching, dry etching, ashing, or the like. Alternatively, a plurality of the above processes may be combined as appropriate. For example, a wet etching process may be performed after the ashing process. By removing the dummy gate 262, a part of the surface of the oxide 230b is exposed (see FIG. 8).
  • the oxide film 230C can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • the oxide film 230C may be formed using the same film formation method as the oxide film 230A or the oxide film 230B in accordance with the characteristics required for the oxide film 230C.
  • the proportion of oxygen contained in the sputtering gas of the oxide film 230C may be 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 100%.
  • the insulating film 250A is formed.
  • the insulating film 250A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • a silicon oxynitride film is preferably formed by a CVD method.
  • the film formation temperature at the time of forming the insulating film 250A is preferably 350 ° C. or more and less than 450 ° C., particularly about 400 ° C. By forming the insulating film 250A at 400 ° C., an insulator with few impurities can be formed.
  • oxygen can be introduced into the insulating film 250A by exciting oxygen with microwaves, generating high-density oxygen plasma, and exposing the insulating film 250A to the oxygen plasma.
  • heat treatment may be performed.
  • the heat treatment conditions described above can be used for the heat treatment.
  • the heat treatment the water concentration and the hydrogen concentration of the insulating film 250A can be reduced.
  • the conductive film 260Aa and the conductive film 260Ab are formed.
  • the conductive film 260Aa and the conductive film 260Ab can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • a CVD method it is preferable to use a CVD method.
  • the conductive film 260Aa is formed using an ALD method
  • the conductive film 260Ab is formed using a CVD method (see FIG. 8).
  • the oxide film 230C, the insulator 250, and the conductor 260 are polished by polishing the oxide film 230C, the insulating film 250A, the conductive film 260Aa, and the conductive film 260Ab until the insulator 280 is exposed by CMP treatment. And the conductor 260b) (see FIG. 9).
  • an insulating film to be the insulator 282 may be formed over the insulator 280.
  • the insulating film to be the insulator 282 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • an insulating film to be the insulator 282 for example, an aluminum oxide film is preferably formed by sputtering. By depositing an aluminum oxide film by sputtering, diffusion of hydrogen contained in the insulator 280 can be suppressed in some cases (see FIG. 9).
  • an insulator to be the insulator 283 may be formed over the insulator 282.
  • the insulating film to be the insulator 283 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like (see FIG. 9).
  • an opening which reaches the conductor 242 a and the conductor 242 b is formed in the insulator 273, the insulator 274, the insulator 280, the insulator 282, and the insulator 283.
  • the formation of the opening may be performed using a lithography method.
  • the conductive film to be the conductor 240 a and the conductor 240 b preferably has a stacked structure including a conductor having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • a stack of tantalum nitride, titanium nitride, or the like, tungsten, molybdenum, copper, or the like can be used.
  • the conductive film to be the conductor 240 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • CMP treatment is performed to remove part of the conductive film to be the conductor 240a and the conductor 240b, and the insulator 283 is exposed.
  • the conductor 240a and the conductor 240b having a flat top surface can be formed (see FIG. 1).
  • the conductor 240 a and the conductor 240 b may be formed after aluminum oxide is formed on the sidewall portion of the opening.
  • aluminum oxide By forming aluminum oxide on the side wall portion of the opening, transmission of oxygen from the outside can be suppressed, and oxidation of the conductor 240a and the conductor 240b can be prevented. Further, impurities such as water and hydrogen can be prevented from diffusing to the outside from the conductor 240a and the conductor 240b.
  • the aluminum oxide can be formed by depositing aluminum oxide in an opening using an ALD method or the like and performing anisotropic etching.
  • a semiconductor device including the transistor 200 illustrated in FIG. 1 can be manufactured.
  • the transistor 200 can be manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device described in this embodiment.
  • Each drawing (A) is a top view of a semiconductor device including the transistor 200.
  • (B) of each drawing is a cross-sectional view of a portion indicated by an alternate long and short dash line in (A), and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction.
  • (C) in each drawing is a cross-sectional view of a portion indicated by dashed dotted line A3-A4 in (A), and is also a cross-sectional view in the channel width direction of the transistor 200.
  • one part element is abbreviate
  • the structure of the transistor 200 is described with reference to FIG. Note that also in this item, as a constituent material of the transistor 200, any of the materials described in detail in ⁇ Configuration Example of Semiconductor Device> can be used.
  • the semiconductor device shown in FIG. 10 is different from the semiconductor device (see FIG. 1) shown in ⁇ Configuration Example of Semiconductor Device> in that the oxide 230c is not provided.
  • the semiconductor device illustrated in FIG. 1 can be referred to.
  • the transistor 200 illustrated in FIG. 11 is different from the transistor 200 illustrated in FIG. 1 in that the conductor 242 is not provided.
  • the region 243 (the regions 243 a and 243 b) is formed, for example, by adding an element capable of reducing the resistance by increasing the carrier density of the oxide 230 as a dopant. Just do it.
  • an element that forms an oxygen vacancy, an element that bonds to an oxygen vacancy, or the like may be used.
  • Such an element typically includes boron or phosphorus.
  • hydrogen, carbon, nitrogen, fluorine, sulfur, chlorine, titanium, a rare gas or the like may be used.
  • helium, neon, argon, krypton, xenon and the like are representative examples of the rare gas.
  • metals such as aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, strontium, lanthanum and the like
  • metal elements selected from elements may be added.
  • dopants mentioned above boron and phosphorus are preferred. In the case of using boron or phosphorus as a dopant, equipment of a manufacturing line of amorphous silicon or low temperature polysilicon can be used, so that equipment investment can be suppressed. The concentration of the element may be measured using SIMS or the like.
  • an element which easily forms an oxide is preferably used as an element added to the region 243.
  • Such elements typically include boron, phosphorus, aluminum, magnesium and the like.
  • the element added to the region 243 can deprive oxygen in the oxide 230 to form an oxide. As a result, many oxygen vacancies occur in the region 243. The combination of the oxygen vacancy and the hydrogen in the oxide 230 generates carriers, which are extremely low-resistance regions.
  • the element added to the region 243 exists in the region 243 in a stable oxide state, it is hard to be released from the region 243 even if processing which requires high temperature is performed in the subsequent steps. That is, by using an element which easily forms an oxide as an element to be added to the region 243, a region in which a high resistance is difficult to be formed even in a high temperature process can be formed in the oxide 230.
  • the conductor 240 functioning as a plug can be connected to the region 243 without providing a source electrode and a drain electrode formed of metal. it can.
  • the dopant may be added by providing a mask such as a resist mask or a hard mask at a position to be a channel formation region of the transistor 200.
  • the region 243 including the above element can be formed in a region where the mask does not overlap.
  • an ion implantation method in which ionized source gas is separated by mass separation and added an ion doping method in which an ionized source gas is added without mass separation, plasma immersion ion implantation method and the like are used.
  • mass separation the added ion species and its concentration can be strictly controlled.
  • mass separation is not performed, high concentration ions can be added in a short time.
  • an ion doping method may be used which generates and ionizes clusters of atoms or molecules.
  • the dopant may be rephrased as an ion, a donor, an acceptor, an impurity, an element, or the like.
  • the transistor 200 can have stable electrical characteristics and reliability can be improved.
  • FIG. 1 An example of a semiconductor device (storage device) using a capacitor which is one embodiment of the present invention is illustrated in FIG.
  • the transistor 200 is provided above the transistor 300
  • the capacitor 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200. Note that the transistor 200 described in the above embodiment can be used as the transistor 200.
  • the transistor 200 is a transistor in which a channel is formed in a semiconductor layer including an oxide semiconductor. Since the transistor 200 has low off-state current, stored data can be held for a long time by using the transistor for the memory device. That is, since the refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation is extremely low, power consumption of the memory device can be sufficiently reduced.
  • the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300.
  • the wiring 1003 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 200, the wiring 1004 is electrically connected to the first gate of the transistor 200, and the wiring 1006 is electrically connected to the second gate of the transistor 200. It is connected to the.
  • the gate of the transistor 300 and the other of the source and the drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100, and the wiring 1005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100. .
  • the memory device illustrated in FIG. 12 can form a memory cell array by being arranged in a matrix.
  • the transistor 300 is provided over the substrate 311 and has a conductor 316 functioning as a gate, an insulator 315 functioning as a gate insulator, a semiconductor region 313 formed of part of the substrate 311, and a low conductivity serving as a source region or a drain region.
  • a resistance region 314a and a low resistance region 314b are provided.
  • the transistor 300 may be either p-channel or n-channel.
  • the semiconductor region 313 (a part of the substrate 311) in which a channel is formed has a convex shape.
  • the conductor 316 is provided to cover the side surface and the top surface of the semiconductor region 313 with the insulator 315 interposed therebetween.
  • the conductor 316 may use a material for adjusting a work function.
  • Such a transistor 300 is also referred to as a FIN type transistor because it uses the convex portion of the semiconductor substrate.
  • an insulator which functions as a mask for forming the convex portion may be provided in contact with the upper portion of the convex portion.
  • a semiconductor film having a convex shape may be formed by processing the SOI substrate.
  • transistor 300 illustrated in FIG. 12 is an example and is not limited to the structure, and an appropriate transistor may be used in accordance with the circuit configuration and the driving method.
  • the capacitive element 100 is provided above the transistor 200.
  • the capacitor 100 includes the conductor 110 functioning as a first electrode, the conductor 120 functioning as a second electrode, and the insulator 130 functioning as a dielectric.
  • the conductor 112 provided over the conductor 246 and the conductor 110 can be formed at the same time.
  • the conductor 112 has a function as a plug electrically connected to the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300, or a wiring.
  • the conductor 112 and the conductor 110 each have a single-layer structure in FIG. 12, the structure is not limited to this structure, and a stacked structure of two or more layers may be used. For example, between a conductor having a barrier property and a conductor having high conductivity, a conductor having high adhesion to a conductor having a barrier property and a conductor having high conductivity may be formed.
  • the insulator 130 may be, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxide nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, hafnium oxynitride, hafnium nitride Or the like may be used, and they can be provided in a stack or a single layer.
  • the capacitive element 100 can secure a sufficient capacity by having a high-k insulator, and by having an insulator with a large dielectric strength, the dielectric strength can be improved, and the electrostatic capacity of the capacitive element 100 can be improved. Destruction can be suppressed.
  • oxides of gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, aluminum and hafnium, oxynitrides of aluminum and hafnium, oxides of silicon and hafnium, silicon and hafnium can be used.
  • oxides of silicon and hafnium, silicon and hafnium can be used.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon is added, carbon and nitrogen are materials having high dielectric strength (materials having low dielectric constant). There is silicon oxide added, silicon oxide having pores, or a resin.
  • a wiring layer provided with an interlayer film, a wiring, a plug and the like may be provided between the respective structures. Also, a plurality of wiring layers can be provided depending on the design.
  • a conductor having a function as a plug or a wiring may be provided with the same reference numeral collectively as a plurality of structures.
  • the wiring and the plug electrically connected to the wiring may be an integral body. That is, a part of the conductor may function as a wiring, and a part of the conductor may function as a plug.
  • an insulator 320, an insulator 322, an insulator 324, and an insulator 326 are sequentially stacked as an interlayer film.
  • the conductor 328 electrically connected to the capacitor 100 or the transistor 200, the conductor 330, and the like are embedded. Note that the conductor 328 and the conductor 330 function as a plug or a wiring.
  • the insulator functioning as an interlayer film may function as a planarization film covering the uneven shape below it.
  • the top surface of the insulator 322 may be planarized by a planarization process using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like to enhance the planarity.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a wiring layer may be provided over the insulator 326 and the conductor 330.
  • an insulator 350, an insulator 352, and an insulator 354 are sequentially stacked and provided.
  • a conductor 356 is formed on the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354. The conductor 356 functions as a plug or a wire.
  • the conductor 218, a conductor (conductor 205) included in the transistor 200, and the like are embedded.
  • the conductor 218 has a function as a plug electrically connected to the capacitor 100 or the transistor 300, or a wiring.
  • an insulator 150 is provided over the conductor 120 and the insulator 130.
  • an insulator which can be used as an interlayer film, an insulating oxide, a nitride, an oxynitride, a nitride oxide, a metal oxide, a metal oxynitride, a metal nitride oxide, or the like can be given.
  • the material may be selected depending on the function of the insulator.
  • the insulator 150, the insulator 212, the insulator 352, the insulator 354, and the like preferably include an insulator with a low relative dielectric constant.
  • the insulator includes silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and silicon oxide having voids. It is preferable to have a resin or the like.
  • the insulator may be silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, or silicon oxide having voids. It is preferable to have a laminated structure of and a resin. Silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, and thus, when combined with a resin, a stacked structure with a thermally stable and low dielectric constant can be obtained. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (such as nylon and aramid), polyimide, polycarbonate or acrylic.
  • the transistor including an oxide semiconductor electrical characteristics of the transistor can be stabilized by being surrounded by an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen. Therefore, for the insulator 210, the insulator 350, and the like, it is preferable to use an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen.
  • an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen for example, boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium
  • An insulator containing lanthanum, neodymium, hafnium or tantalum may be used in a single layer or a stack.
  • a metal oxide such as tantalum oxide, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like can be used.
  • Conductors that can be used for wiring and plugs include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium
  • a material containing one or more metal elements selected from ruthenium and the like can be used.
  • a semiconductor with high electrical conductivity typically a polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used.
  • the conductive materials of the above can be used in a single layer or a stack. It is preferable to use a high melting point material such as tungsten or molybdenum which achieves both heat resistance and conductivity, and it is preferable to use tungsten. Alternatively, it is preferably formed of a low resistance conductive material such as aluminum or copper. Wiring resistance can be lowered by using a low resistance conductive material.
  • an insulator having an excess oxygen region may be provided in the vicinity of the oxide semiconductor.
  • the insulator having a barrier property is preferably provided between the insulator having the excess oxygen region and the conductor provided in the insulator having the excess oxygen region.
  • an insulator 276 may be provided between the insulator 224 and the conductor 246.
  • the insulator 276 is preferably provided in contact with the insulator 224 having an excess oxygen region, the insulator 222 sandwiching the insulator 224, and the insulator 273 and the insulator 274.
  • the insulator 276, the insulator 222, and the insulator 283 being in contact with each other, the insulator 224 and the transistor 200 can be sealed by an insulator having a barrier property.
  • the insulator 276 is preferably in contact with part of the insulator 280. With the insulator 276 extending to the insulator 280, diffusion of oxygen and impurities can be further suppressed.
  • an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities such as water or hydrogen and oxygen can be used as the insulator 276, an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities such as water or hydrogen and oxygen can be used.
  • aluminum oxide or hafnium oxide is preferably used.
  • metal oxides such as magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide or tantalum oxide, silicon nitride oxide, silicon nitride, or the like can be used.
  • FIG. 13 An example of a memory device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention is illustrated in FIG.
  • the memory device illustrated in FIG. 13 includes a transistor 400 in addition to the semiconductor device including the transistor 200, the transistor 300, and the capacitor 100 illustrated in FIG.
  • the transistor 400 can control the second gate voltage of the transistor 200.
  • the first gate and the second gate of the transistor 400 are diode-connected to the source, and the source of the transistor 400 is connected to the second gate of the transistor 200.
  • the negative potential of the second gate of the transistor 200 is held in this configuration, the voltage between the first gate and the source of the transistor 400 and the voltage between the second gate and the source become 0 V.
  • the power of the transistor 200 and the transistor 400 need not be supplied to the second gate of the transistor 200. Negative potential can be maintained for a long time. Accordingly, the memory device including the transistor 200 and the transistor 400 can hold stored data for a long time.
  • the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300.
  • the wiring 1003 is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor 200, the wiring 1004 is electrically connected to the gate of the transistor 200, and the wiring 1006 is electrically connected to the back gate of the transistor 200.
  • the gate of the transistor 300 and the other of the source and the drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100, and the wiring 1005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100. .
  • the wiring 1007 is electrically connected to the source of the transistor 400, the wiring 1008 is electrically connected to the gate of the transistor 400, the wiring 1009 is electrically connected to the back gate of the transistor 400, and the wiring 1010 is a drain of the transistor 400 And are electrically connected.
  • the wiring 1006, the wiring 1007, the wiring 1008, and the wiring 1009 are electrically connected.
  • the memory device shown in FIG. 13 can form a memory cell array by being arranged in a matrix as in the memory device shown in FIG. Note that one transistor 400 can control the second gate voltage of the plurality of transistors 200. Therefore, the number of transistors 400 may be smaller than that of the transistors 200.
  • the transistor 400 is formed in the same layer as the transistor 200 and can be manufactured in parallel.
  • the transistor 400 includes a conductor 460 (conductor 460a and a conductor 460b) functioning as a first gate, a conductor 405 functioning as a second gate, an insulator 220 functioning as a gate insulating layer, and an insulator 222, an insulator 224 and an insulator 450, an oxide 430c having a region where a channel is formed, a conductor 442a functioning as one of a source and a drain, an oxide 431a and an oxide 431b, and the source or drain And the oxide 432a and the oxide 432b, and the conductor 440 (the conductor 440a and the conductor 440b).
  • the conductor 405 is in the same layer as the conductor 205.
  • the oxide 431a and the oxide 432a are the same layer as the oxide 230a, and the oxide 431b and the oxide 432b are the same layer as the oxide 230b.
  • the conductor 442 is the same layer as the conductor 242.
  • the oxide 430c is the same layer as the oxide 230c.
  • the insulator 450 is the same layer as the insulator 250.
  • the conductor 460 is the same layer as the conductor 260.
  • the oxide 430c can be formed by processing an oxide film to be the oxide 230c.
  • the threshold voltage of the transistor 400 can be greater than 0 V, the off-state current can be reduced, and the drain current can be extremely reduced when the second gate voltage and the first gate voltage are 0 V.
  • dicing lines (sometimes referred to as scribe lines, dividing lines, or cutting lines) provided when a plurality of semiconductor devices are taken out in chip form by dividing a large-area substrate into semiconductor elements will be described.
  • a dividing method for example, there is a method of first forming a groove (dicing line) for dividing a semiconductor element in a substrate and then cutting along a dicing line to divide (divide) into a plurality of semiconductor devices.
  • a region where the insulator 273 and the insulator 222 are in contact with each other is preferably designed to be a dicing line. That is, an opening is provided in the insulator 224 in the vicinity of a memory cell including the plurality of transistors 200 and a region to be a dicing line provided on the outer edge of the transistor 400.
  • an insulator 273 and an insulator 274 are provided so as to cover the side surfaces of the insulator 224.
  • the insulator 222 and the insulator 273 are in contact with each other in the opening provided in the insulator 224.
  • the insulator 222 and the insulator 273 may be formed using the same material and the same method.
  • adhesion can be improved. For example, it is preferable to use aluminum oxide.
  • the insulator 224, the transistor 200, and the transistor 400 can be surrounded by the insulator 222 and the insulator 273. Since the insulator 222 and the insulator 273 have a function of suppressing diffusion of oxygen, hydrogen, and water, the substrate is divided in each circuit region in which the semiconductor element described in this embodiment is formed. Accordingly, even when processed into a plurality of chips, impurities such as hydrogen or water can be prevented from being mixed from the side direction of the divided substrate and diffused into the transistor 200 and the transistor 400.
  • the structure can prevent excess oxygen in the insulator 224 from diffusing to the insulator 273 and the insulator 222. Accordingly, excess oxygen in the insulator 224 is efficiently supplied to the transistor 200 or the oxide in which the channel in the transistor 400 is formed.
  • the oxygen can reduce oxygen vacancies in the oxide in which a channel in the transistor 200 or the transistor 400 is formed. Accordingly, the oxide in which the channel in the transistor 200 or the transistor 400 is formed can be an oxide semiconductor with low density of defect states and stable characteristics. That is, variation in the electrical characteristics of the transistor 200 or the transistor 400 can be suppressed, and the reliability can be improved.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and the like.
  • the OS memory device is a storage device including at least a capacitor and an OS transistor which controls charge and discharge of the capacitor. Since the off-state current of the OS transistor is extremely small, the OS memory device has excellent retention characteristics and can function as a non-volatile memory.
  • FIG. 14A shows an example of the configuration of the OS memory device.
  • the memory device 1400 includes a peripheral circuit 1411 and a memory cell array 1470.
  • the peripheral circuit 1411 includes a row circuit 1420, a column circuit 1430, an output circuit 1440, and a control logic circuit 1460.
  • the column circuit 1430 includes, for example, a column decoder, a precharge circuit, a sense amplifier, and a write circuit.
  • the precharge circuit has a function of precharging the wiring.
  • the sense amplifier has a function of amplifying a data signal read from the memory cell.
  • the wiring is a wiring connected to a memory cell included in the memory cell array 1470, which will be described in detail later.
  • the amplified data signal is output as the data signal RDATA to the outside of the storage device 1400 through the output circuit 1440.
  • the row circuit 1420 includes, for example, a row decoder, a word line driver circuit, and the like, and can select a row to be accessed.
  • the storage device 1400 is externally supplied with a low power supply voltage (VSS), a high power supply voltage (VDD) for the peripheral circuit 1411, and a high power supply voltage (VIL) for the memory cell array 1470 as a power supply voltage. Further, control signals (CE, WE, RE), an address signal ADDR, and a data signal WDATA are input to the storage device 1400 from the outside.
  • the address signal ADDR is input to the row decoder and the column decoder, and WDATA is input to the write circuit.
  • the control logic circuit 1460 processes external input signals (CE, WE, RE) to generate control signals for row decoders and column decoders.
  • CE is a chip enable signal
  • WE is a write enable signal
  • RE is a read enable signal.
  • the signal processed by the control logic circuit 1460 is not limited to this, and another control signal may be input as necessary.
  • Memory cell array 1470 has a plurality of memory cells MC arranged in a matrix and a plurality of wirings.
  • the number of wirings connecting the memory cell array 1470 and the row circuit 1420 is determined by the configuration of the memory cells MC, the number of memory cells MC provided in one column, and the like.
  • the number of wirings connecting the memory cell array 1470 and the column circuit 1430 is determined by the configuration of the memory cells MC, the number of memory cells MC in one row, and the like.
  • FIG. 14A shows an example in which the peripheral circuit 1411 and the memory cell array 1470 are formed on the same plane
  • the present embodiment is not limited to this.
  • the memory cell array 1470 may be provided so as to overlap with part of the peripheral circuit 1411.
  • a sense amplifier may be provided so as to overlap below the memory cell array 1470.
  • [DOSRAM] 15A to 15C show an example of the circuit configuration of a memory cell of a DRAM.
  • a DRAM using a memory cell of a 1OS transistor single capacitive element type may be referred to as a DOSRAM (Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory).
  • the memory cell 1471 illustrated in FIG. 15A includes a transistor M1 and a capacitor CA.
  • the transistor M1 has a gate (sometimes referred to as a front gate) and a back gate.
  • the first terminal of the transistor M1 is connected to the first terminal of the capacitive element CA, the second terminal of the transistor M1 is connected to the wiring BIL, the gate of the transistor M1 is connected to the wiring WOL, and the back gate of the transistor M1 Is connected to the wiring BGL.
  • the second terminal of the capacitive element CA is connected to the wiring CAL.
  • the wiring BIL functions as a bit line
  • the wiring WOL functions as a word line.
  • the wiring CAL functions as a wiring for applying a predetermined potential to the second terminal of the capacitive element CA. It is preferable to apply a low level potential to the wiring CAL at the time of data writing and reading.
  • the wiring BGL functions as a wiring for applying a potential to the back gate of the transistor M1. By applying an arbitrary potential to the wiring BGL, the threshold voltage of the transistor M1 can be increased or decreased.
  • the memory cell MC is not limited to the memory cell 1471 and can change the circuit configuration.
  • the memory cell MC may have a configuration in which the back gate of the transistor M1 is connected to the wiring WOL instead of the wiring BGL.
  • the memory cell MC may be a single gate transistor, that is, a memory cell including a transistor M1 having no back gate, as illustrated in a memory cell 1473 illustrated in FIG. 15C.
  • the transistor 200 can be used as the transistor M1 and the capacitor 100 can be used as the capacitor CA.
  • the leak current of the transistor M1 can be made very low. That is, since the written data can be held for a long time by the transistor M1, the frequency of refresh of the memory cell can be reduced. In addition, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary.
  • the leakage current is very low, multilevel data or analog data can be held in the memory cell 1471, the memory cell 1472, and the memory cell 1473.
  • the bit line when the sense amplifier is provided so as to overlap below the memory cell array 1470, the bit line can be shortened.
  • the bit line capacitance can be reduced, and the storage capacitance of the memory cell can be reduced.
  • [NOSRAM] 15D to 15G show examples of the circuit configuration of a gain cell type memory cell of a two-transistor one-capacitance element.
  • the memory cell 1474 illustrated in FIG. 15D includes a transistor M2, a transistor M3, and a capacitor CB.
  • the transistor M2 has a front gate (sometimes simply referred to as a gate) and a back gate.
  • NOSRAM Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM
  • the first terminal of the transistor M2 is connected to the first terminal of the capacitive element CB, the second terminal of the transistor M2 is connected to the wiring WBL, the gate of the transistor M2 is connected to the wiring WOL, and the back gate of the transistor M2 Is connected to the wiring BGL.
  • the second terminal of the capacitive element CB is connected to the wiring CAL.
  • the first terminal of the transistor M3 is connected to the wiring RBL, the second terminal of the transistor M3 is connected to the wiring SL, and the gate of the transistor M3 is connected to the first terminal of the capacitive element CB.
  • the wiring WBL functions as a write bit line
  • the wiring RBL functions as a read bit line
  • the wiring WOL functions as a word line.
  • the wiring CAL functions as a wiring for applying a predetermined potential to the second terminal of the capacitive element CB. When writing data, holding data, and reading data, it is preferable to apply a low level potential to the wiring CAL.
  • the wiring BGL functions as a wiring for applying a potential to the back gate of the transistor M2. By applying an arbitrary potential to the wiring BGL, the threshold voltage of the transistor M2 can be increased or decreased.
  • the memory cell MC is not limited to the memory cell 1474, and the configuration of the circuit can be changed as appropriate.
  • the memory cell MC may have a configuration in which the back gate of the transistor M2 is connected to the wiring WOL instead of the wiring BGL.
  • the memory cell MC may be a memory cell including a single gate transistor, that is, a transistor M2 having no back gate.
  • the memory cell MC may have a configuration in which the wiring WBL and the wiring RBL are combined into one wiring BIL.
  • the transistor 200 can be used as the transistor M2, the transistor 300 can be used as the transistor M3, and the capacitor 100 can be used as the capacitor CB.
  • the leakage current of the transistor M2 can be made very low.
  • the frequency of refresh of the memory cell can be reduced.
  • the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary.
  • the memory cell 1474 can hold multilevel data or analog data. The same applies to memory cells 1475 to 1477.
  • the transistor M3 may be a transistor having silicon in a channel formation region (hereinafter, may be referred to as a Si transistor).
  • the conductivity type of the Si transistor may be n-channel or p-channel.
  • the Si transistor may have higher field effect mobility than the OS transistor. Therefore, a Si transistor may be used as the transistor M3 functioning as a read out transistor. Further, by using a Si transistor for the transistor M3, the transistor M2 can be provided by being stacked on the transistor M3, so that the area occupied by the memory cell can be reduced and high integration of the memory device can be achieved.
  • the transistor M3 may be an OS transistor.
  • OS transistors are used for the transistors M2 and M3, the memory cell array 1470 can be configured using only n-type transistors.
  • FIG. 15H shows an example of a gain cell type memory cell of three transistors and one capacitance element.
  • the memory cell 1478 illustrated in FIG. 15H includes transistors M4 to M6 and a capacitor CC.
  • the capacitive element CC is appropriately provided.
  • the memory cell 1478 is electrically connected to the wirings BIL, RWL, WWL, BGL, and GNDL.
  • the wiring GNDL is a wiring for applying a low level potential. Note that the memory cell 1478 may be electrically connected to the wirings RBL and WBL instead of the wiring BIL.
  • the transistor M4 is an OS transistor having a back gate, and the back gate is electrically connected to the wiring BGL. Note that the back gate and the gate of the transistor M4 may be electrically connected to each other. Alternatively, the transistor M4 may not have a back gate.
  • the transistors M5 and M6 may be n-channel Si transistors or p-channel Si transistors, respectively.
  • the transistors M4 to M6 may be OS transistors.
  • the memory cell array 1470 can be configured using only n-type transistors.
  • the transistor 200 can be used as the transistor M4, the transistor 300 can be used as the transistors M5 and M6, and the capacitive element 100 can be used as the capacitive element CC.
  • the leak current of the transistor M4 can be made very low.
  • peripheral circuit 1411 the memory cell array 1470, and the like described in this embodiment are not limited to the above. Arrangements or functions of these circuits and wirings, circuit elements, and the like connected to the circuits may be changed, deleted, or added as needed.
  • Embodiment 4 In this embodiment mode, an example of a chip 1200 on which the semiconductor device of the present invention is mounted is shown using FIG. A plurality of circuits (systems) are mounted on the chip 1200. As described above, a technology of integrating a plurality of circuits (systems) on one chip may be called a system on chip (SoC).
  • SoC system on chip
  • the chip 1200 includes a central processing unit (CPU) 1211, a graphics processing unit (GPU) 1212, one or more analog operation units 1213, one or more memory controllers 1214, one or more Interface 1215, one or more network circuits 1216, and the like.
  • CPU central processing unit
  • GPU graphics processing unit
  • analog operation units 1213 one or more analog operation units 1213
  • memory controllers 1214 one or more memory controllers 1214
  • Interface 1215 one or more network circuits 1216, and the like.
  • the chip 1200 is provided with a bump (not shown), and is connected to a first surface of a printed circuit board (PCB) 1201 as shown in FIG. 16B. Further, a plurality of bumps 1202 are provided on the back surface of the first surface of the PCB 1201 and are connected to the motherboard 1203.
  • PCB printed circuit board
  • the motherboard 1203 may be provided with a storage device such as a DRAM 1221 and a flash memory 1222.
  • a storage device such as a DRAM 1221 and a flash memory 1222.
  • the DOS RAM described in the above embodiment can be used for the DRAM 1221.
  • the NOSRAM described in the above embodiment can be used for the flash memory 1222.
  • the CPU 1211 preferably has a plurality of CPU cores.
  • the GPU 1212 preferably has a plurality of GPU cores.
  • the CPU 1211 and the GPU 1212 may each have a memory for temporarily storing data.
  • a memory common to the CPU 1211 and the GPU 1212 may be provided in the chip 1200.
  • the memory the aforementioned NOSRAM or DOSRAM can be used.
  • the GPU 1212 is suitable for parallel calculation of a large number of data, and can be used for image processing and product-sum operation. By providing the image processing circuit and the product-sum operation circuit using the oxide semiconductor of the present invention in the GPU 1212, image processing and product-sum operation can be performed with low power consumption.
  • the wiring between the CPU 1211 and the GPU 1212 can be shortened, and data transfer from the CPU 1211 to the GPU 1212, data transfer between memories of the CPU 1211 and the GPU 1212, And, after the calculation by the GPU 1212, transfer of the calculation result from the GPU 1212 to the CPU 1211 can be performed at high speed.
  • the analog operation unit 1213 includes one or both of an A / D (analog / digital) conversion circuit and a D / A (digital / analog) conversion circuit. Further, the product-sum operation circuit may be provided in the analog operation unit 1213.
  • the memory controller 1214 has a circuit functioning as a controller of the DRAM 1221 and a circuit functioning as an interface of the flash memory 1222.
  • the interface 1215 includes an interface circuit with an external connection device such as a display device, a speaker, a microphone, a camera, and a controller.
  • the controller includes a mouse, a keyboard, a game controller, and the like.
  • USB Universal Serial Bus
  • HDMI registered trademark
  • High-Definition Multimedia Interface or the like can be used.
  • the network circuit 1216 includes a network circuit such as a LAN (Local Area Network). It may also have circuitry for network security.
  • LAN Local Area Network
  • the circuits can be formed in the same manufacturing process. Therefore, even if the number of circuits required for the chip 1200 increases, there is no need to increase the number of manufacturing processes, and the chip 1200 can be manufactured at low cost.
  • the PCB 1201 provided with the chip 1200 having the GPU 1212, the DRAM 1221, and the motherboard 1203 provided with the flash memory 1222 can be referred to as a GPU module 1204.
  • the GPU module 1204 has a chip 1200 using SoC technology, so its size can be reduced. Moreover, since it is excellent in image processing, it is suitable to use for portable electronic devices, such as a smart phone, a tablet terminal, a laptop PC, and a portable (portable) game machine.
  • a deep neural network DNN
  • CNN convolutional neural network
  • RNN recursive neural network
  • DBM deep layer Boltzmann machine
  • the chip 1200 can be used as an AI chip, or the GPU module 1204 can be used as an AI system module because operations such as DBN can be performed.
  • the semiconductor device described in the above embodiment is, for example, a storage device of various electronic devices (for example, an information terminal, a computer, a smartphone, an electronic book terminal, a digital camera (including a video camera), a recording and reproducing device, a navigation system, etc.)
  • the computer includes a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, and a large computer such as a server system.
  • the semiconductor device described in the above embodiment is applied to various removable storage devices such as a memory card (for example, an SD card), a USB memory, and an SSD (solid state drive).
  • FIG. 17 schematically shows some configuration examples of the removable storage device.
  • the semiconductor device described in the above embodiment is processed into a packaged memory chip and used for various storage devices and removable memories.
  • FIG. 17A is a schematic view of a USB memory.
  • the USB memory 1100 includes a housing 1101, a cap 1102, a USB connector 1103, and a substrate 1104.
  • the substrate 1104 is housed in a housing 1101.
  • the memory chip 1105 and the controller chip 1106 are attached to the substrate 1104.
  • the semiconductor device described in the above embodiment can be incorporated in the memory chip 1105 or the like of the substrate 1104.
  • FIG. 17 (B) is a schematic view of the appearance of the SD card
  • FIG. 17 (C) is a schematic view of the internal structure of the SD card.
  • the SD card 1110 has a housing 1111, a connector 1112 and a substrate 1113.
  • the substrate 1113 is housed in a housing 1111.
  • the memory chip 1114 and the controller chip 1115 are attached to the substrate 1113.
  • the capacity of the SD card 1110 can be increased.
  • a wireless chip provided with a wireless communication function may be provided over the substrate 1113.
  • data can be read and written from the memory chip 1114 by wireless communication between the host device and the SD card 1110.
  • the semiconductor device described in the above embodiment can be incorporated in the memory chip 1114 or the like of the substrate 1113.
  • FIG. 17D is a schematic view of the appearance of the SSD
  • FIG. 17E is a schematic view of the internal structure of the SSD.
  • the SSD 1150 includes a housing 1151, a connector 1152, and a substrate 1153.
  • the substrate 1153 is housed in a housing 1151.
  • the memory chip 1154, the memory chip 1155, and the controller chip 1156 are attached to the substrate 1153.
  • the memory chip 1155 is a work memory of the controller chip 1156, and for example, a DOSRAM chip may be used.
  • the capacity of the SSD 1150 can be increased.
  • the semiconductor device described in the above embodiment can be incorporated in the memory chip 1154 or the like of the substrate 1153.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and the like.
  • FIG. 18 illustrates a specific example of an electronic device using the semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • the monitor 830 is shown in FIG.
  • the monitor 830 includes a display portion 831, a housing 832, a speaker 833, and the like. Furthermore, an LED lamp, an operation key (including a power switch or an operation switch), a connection terminal, various sensors, a microphone, and the like can be included.
  • the monitor 830 can be operated by the remote controller 834.
  • the monitor 830 can also function as a television device by receiving broadcast waves.
  • Examples of broadcast radio waves that can be received by the monitor 830 include ground waves, radio waves transmitted from satellites, and the like. Further, as the airwaves, there are analog broadcasting, digital broadcasting and the like, and also there are broadcasting of video and audio or audio only. For example, broadcast radio waves transmitted in a specific frequency band in the UHF band (300 MHz to 3 GHz) or the VHF band (30 MHz to 300 MHz) can be received. Further, for example, by using a plurality of data received in a plurality of frequency bands, the transfer rate can be increased, and more information can be obtained. Thus, an image having a resolution exceeding full high vision can be displayed on the display portion 831. For example, images having resolutions of 4K-2K, 8K-4K, 16K-8K, or higher can be displayed.
  • a computer network such as the Internet, LAN (Local Area Network), Wi-Fi (registered trademark) or the like It may be At this time, the monitor 830 may not have a tuner.
  • the monitor 830 can be connected to a computer and used as a computer monitor. Further, the monitor 830 connected to the computer can be viewed by a plurality of people simultaneously, and can be used for a conference system. Further, the monitor 830 can be used for a video conference system by displaying information of a computer via a network or connecting the monitor 830 to the network.
  • the monitor 830 can also be used as digital signage.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for a driver circuit of a display portion or an image processing portion.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention for a driver circuit of a display portion or an image processing portion, high-speed operation and signal processing can be realized with low power consumption.
  • image processing such as noise removal processing, gradation conversion processing, color tone correction processing, luminance correction processing, and the like is performed by using an AI system using the semiconductor device of one embodiment of the present invention for the image processing unit of the monitor 830.
  • inter-pixel interpolation processing accompanying resolution up-conversion
  • inter-frame interpolation processing accompanying frame frequency up-conversion.
  • gradation conversion process not only conversion of the number of gradations of an image, but also interpolation of gradation values in the case of increasing the number of gradations can be performed.
  • high dynamic range (HDR) processing which extends the dynamic range, is also included in the tone conversion processing.
  • a video camera 2940 illustrated in FIG. 18B includes a housing 2941, a housing 2942, a display portion 2943, an operation switch 2944, a lens 2945, a connection portion 2946, and the like.
  • the operation switch 2944 and the lens 2945 are provided in the housing 2941
  • the display portion 2943 is provided in the housing 2942.
  • the video camera 2940 includes an antenna, a battery, and the like inside a housing 2941.
  • the housing 2941 and the housing 2942 are connected by the connection portion 2946, and the angle between the housing 2941 and the housing 2942 can be changed by the connection portion 2946.
  • the direction of the image displayed on the display portion 2943 can be changed and the display / non-display of the image can be switched.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be used for a driver circuit of a display portion or an image processing portion.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention for a driver circuit of a display portion or an image processing portion, high-speed operation and signal processing can be realized with low power consumption.
  • imaging in accordance with the environment around the video camera 2940 can be realized. Specifically, shooting can be performed with the optimal exposure according to the ambient brightness. In addition, high dynamic range (HDR) shooting can be performed in the case of simultaneously shooting a situation with different brightness, such as shooting in back light, indoors and outdoors.
  • HDR high dynamic range
  • the AI system can learn the habit of the photographer and assist the imaging. Specifically, by learning the blurring of the camera shake of the photographer and correcting the camera shake during shooting, it is possible to minimize the disturbance of the image due to the camera shake in the photographed image. In addition, when using the zoom function during shooting, it is possible to control the orientation of the lens so that the subject is always shot at the center of the image.
  • An information terminal 2910 illustrated in FIG. 18C includes a housing 2911, a display portion 2912, a microphone 2917, a speaker portion 2914, a camera 2913, an external connection portion 2916, an operation switch 2915, and the like.
  • the display portion 2912 includes a display panel and a touch screen in which a flexible substrate is used.
  • the information terminal 2910 includes an antenna, a battery, and the like inside the housing 2911.
  • the information terminal 2910 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet information terminal, a tablet personal computer, an electronic book reader, or the like.
  • a memory device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention can hold control information of the data terminal 2910, a control program, and the like for a long time.
  • image processing such as noise removal processing, tone conversion processing, color tone correction processing, and luminance correction processing is performed. be able to. Further, it is possible to execute inter-pixel interpolation processing accompanying resolution up-conversion and inter-frame interpolation processing accompanying frame frequency up-conversion. Further, in the gradation conversion process, not only conversion of the number of gradations of an image, but also interpolation of gradation values in the case of increasing the number of gradations can be performed. Also, high dynamic range (HDR) processing, which extends the dynamic range, is also included in the tone conversion processing.
  • HDR high dynamic range
  • the AI system can learn the habit of the user and assist the operation of the information terminal 2910.
  • An information terminal 2910 equipped with an AI system can predict touch input from movement of a user's finger, eyes, or the like.
  • a laptop personal computer 2920 illustrated in FIG. 18D includes a housing 2921, a display portion 2922, a keyboard 2923, a pointing device 2924, and the like.
  • the laptop personal computer 2920 includes an antenna, a battery, and the like inside a housing 2921.
  • a memory device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention can hold control information of a laptop personal computer 2920, a control program, and the like for a long time.
  • an image such as a noise removal process, a gradation conversion process, a color tone correction process, and a luminance correction process. Processing can be performed. Further, it is possible to execute inter-pixel interpolation processing accompanying resolution up-conversion and inter-frame interpolation processing accompanying frame frequency up-conversion. Further, in the gradation conversion process, not only conversion of the number of gradations of an image, but also interpolation of gradation values in the case of increasing the number of gradations can be performed. Also, high dynamic range (HDR) processing, which extends the dynamic range, is also included in the tone conversion processing.
  • HDR high dynamic range
  • the AI system can learn the habit of the user and assist the operation of the laptop personal computer 2920.
  • a laptop personal computer 2920 equipped with an AI system can predict touch input to the display portion 2922 from movement of a user's finger, eyes, or the like.
  • input prediction is performed from past text input information, and figures such as texts and photographs before and after, and conversion is assisted. This makes it possible to reduce input errors and conversion errors as much as possible.
  • FIG. 18E is an external view showing an example of a car
  • FIG. 18F shows a navigation device 860.
  • the automobile 2980 has a car body 2981, wheels 2982, a dashboard 2983, lights 2984 and the like.
  • the automobile 2980 includes an antenna, a battery, and the like.
  • the navigation device 860 includes a display unit 861, operation buttons 862, and an external input terminal 863.
  • the car 2980 and the navigation device 860 may be independent of each other, but it is preferable that the navigation device 860 be incorporated in the car 2980 and be configured to function in conjunction.
  • a memory device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention can hold control information of a vehicle 2980 or a navigation device 860, a control program, and the like for a long time.
  • the AI system learns the driving technology and habit of the driver, and assists safe driving, gasoline, and battery Assist the operation of using fuel efficiently.
  • it comprehensively learns the behavior of the car such as the speed and movement method of the car 2980, road information stored in the navigation device 860, etc.
  • the navigation device 860 can transmit the road information to the car 2980 to control the speed of the car 2980 or assist steering operation.
  • This embodiment can be implemented in appropriate combination with the structures described in the other embodiments and the like.
  • Capacitive element 110: Conductor, 112: Conductor, 120: Conductor, 130: Insulator, 150: Insulator, 200: Transistor, 203: Conductor, 205: Conductor, 205a: Conductor, 205b A: conductor, 210: insulator, 212: insulator, 214: insulator, 216: insulator, 218: conductor, 220: insulator, 222: insulator, 224: insulator, 224A: insulator, 230 : Oxide, 230a: oxide, 230A: oxide film, 230b: oxide, 230B: oxide film, 230c: oxide, 230C: oxide film, 231: region, 231a: region, 231b: region, 234: region, 239: region, 240: conductor, 240a: conductor, 240b: conductor, 242: conductor, 242a: conductor, 242A: conductive film, 242b: conductor, 243: region, 240

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

要約書 良好な電気特性および高集積化が可能な半導体装置を提供する。 第１の絶縁体と、 第１の絶縁体上の第２の絶縁体と、 第２の絶縁体上の酸化物と、 酸化物上の第１の 導電体および第２の導電体と、 酸化物上の第３の絶縁体と、 第３の絶縁体上に位置し、 酸化物と重な る第３の導電体と、第２の絶縁体、酸化物の側面、第１の導電体の側面、第１の導電体の上面、第２ の導電体の側面、 第２の導電体の上面、 および第３の絶縁体の側面と接する、 第４の絶縁体と、 第３ の絶縁体および第３の導電体の上面と接する、 第５の絶縁体と、 を有し、 第４の絶縁体の上面は、 第 ５の絶縁体と接する半導体装置。

Description

半導体装置、および半導体装置の作製方法
　本発明の一態様は、半導体装置、ならびに半導体装置の作製方法に関する。または、本発明の一態様は、半導体ウエハ、モジュールおよび電子機器に関する。
　なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。
　なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。
　トランジスタに適用可能な半導体薄膜として、シリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化物の中でも、特に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ）に関する研究が盛んに行われている。
　ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照）。非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも、微小な結晶を有することが、非特許文献４および非特許文献５に示されている。
　また、酸化物半導体を用いたトランジスタとして、セルフアライン構造のトランジスタが提案されている。当該セルフアライン構造のトランジスタとして、ソース領域及びドレイン領域上に金属膜を形成し、当該金属膜に対して熱処理を行うことで、金属膜を高抵抗化させるとともに、ソース領域およびドレイン領域を低抵抗化させる方法が開示されている（特許文献２参照）。
　また、酸化物半導体を用いたトランジスタの作製方法として、ソース領域及びドレイン領域上に金属膜を形成したのち熱処理を行い、その後、当該金属膜を通過してドーパントを導入することで、ソース領域およびドレイン領域を低抵抗化させる方法が開示されている（特許文献３参照）。
　さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特許文献６参照）、その特性を利用したＬＳＩおよびディスプレイが報告されている（特許文献１、非特許文献７および非特許文献８参照）。
特開２０１２−２５７１８７号公報 特開２０１１−２２８６２２号公報 特開２０１３−０１６７８２号公報
Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．，"ＳＩＤ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ"，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ　４３，ｉｓｓｕｅ　１，ｐ．１８３−１８６ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ　５３，Ｎｕｍｂｅｒ　４Ｓ，ｐ．０４ＥＤ１８−１−０４ＥＤ１８−１０ Ｓ．Ｉｔｏ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ＡＭ−ＦＰＤ’１３　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ"，２０１３，ｐ．１５１−１５４ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．，"ＥＣＳ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ　３，ｉｓｓｕｅ　９，ｐ．Ｑ３０１２−Ｑ３０２２ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ，"ＥＣＳ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ　６４，ｉｓｓｕｅ　１０，ｐ．１５５−１６４ Ｋ．Ｋａｔｏ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ"，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ　５１，ｐ．０２１２０１−１−０２１２０１−７ Ｓ．Ｍａｔｓｕｄａ　ｅｔ　ａｌ．，"２０１５　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｏｎ　ＶＬＳＩ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ"，２０１５，ｐ．Ｔ２１６−Ｔ２１７ Ｓ．Ａｍａｎｏ　ｅｔ　ａｌ．，"ＳＩＤ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ"，２０１０，ｖｏｌｕｍｅ　４１，ｉｓｓｕｅ　１，ｐ．６２６−６２９
　特許文献２においては、ソース領域およびドレイン領域を低抵抗化させる際に、ソース領域およびドレイン領域上に金属膜を形成し、当該金属膜に対して酸素雰囲気下で熱処理を行っている。熱処理を行うことで、酸化物半導体膜のソース領域およびドレイン領域中には金属膜の構成元素がドーパントとして入り込んで、低抵抗化させている。また、酸素雰囲気下で熱処理を行うことで、導電膜を酸化させ、当該導電膜を高抵抗化させている。ただし、酸素雰囲気下で熱処理を行っているため、酸化物半導体膜中から金属膜が酸素を引き抜く作用が低い。
　また、特許文献２においては、チャネルが形成される領域（チャネル形成領域）の酸素濃度については記載されているが、水、水素などの不純物の濃度については、言及されていない。すなわち、チャネル形成領域の高純度化（水、水素などの不純物の低減化、代表的には脱水・脱水素化）が行われていないため、ノーマリーオンのトランジスタ特性となりやすいといった問題があった。なお、ノーマリーオンのトランジスタ特性とは、ゲートに電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことである。一方でノーマリ−オフのトランジスタ特性とは、ゲートに電圧を印加しない状態では、トランジスタに電流が流れない状態である。
　上述の問題に鑑み、本発明の一態様は、トランジスタのソース領域およびドレイン領域を安定して低抵抗化させるとともに、チャネル形成領域を高純度化させることで良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。
　または、本発明の一態様は、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、生産性の高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。
　または、本発明の一態様は、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、情報の書き込み速度が速い半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、設計自由度が高い半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。
　なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
　本発明の一態様は、第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体上の酸化物と、酸化物上の第１の導電体および第２の導電体と、酸化物上の第３の絶縁体と、第３の絶縁体上に位置し、酸化物と重なる第３の導電体と、第２の絶縁体、酸化物の側面、第１の導電体の側面、第１の導電体の上面、第２の導電体の側面、第２の導電体の上面、および第３の絶縁体の側面と接する、第４の絶縁体と、第３の絶縁体および第３の導電体の上面と接する、第５の絶縁体と、を有し、第４の絶縁体の上面は、第５の絶縁体と接する半導体装置である。
　また、本発明の一態様は、第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体上の酸化物と、酸化物上の第１の導電体および第２の導電体と、酸化物上の第３の絶縁体と、第３の絶縁体上に位置し、酸化物と重なる第３の導電体と、第２の絶縁体、酸化物の側面、第１の導電体の側面、第１の導電体の上面、第２の導電体の側面、第２の導電体の上面、および第３の絶縁体の側面と接する、第４の絶縁体と、第３の絶縁体および第３の導電体の上面と接する、第５の絶縁体と、を有し、第４の絶縁体の上面は、第５の絶縁体と接し、第２の絶縁体は、第１の絶縁体を露出する開口を有し、第４の絶縁体は、開口を介して第１の絶縁体と接する、半導体装置である。
　また、上記において、第１の絶縁体、第４の絶縁体および第５の絶縁体は、第２の絶縁体、第３の絶縁体よりも酸素を透過し難いことが好ましい。
　また、第１の絶縁体、第４の絶縁体および第５の絶縁体は、第２の絶縁体、第３の絶縁体よりも水素を透過し難いことが好ましい。
　また、第１の絶縁体、第４の絶縁体および第５の絶縁体は、アルミニウム、およびハフニウムの一方または両方を含む酸化物であることが好ましい。
　また、本発明の一態様は、基板上に第１の絶縁体を形成し、第１の絶縁体の上に、酸化膜および第１の導電膜を順に成膜し、酸化膜および第１の導電膜を加工して、酸化物および導電体層を形成し、酸化物および導電体層を覆ってダミーゲート膜を成膜し、ダミーゲート膜を加工して、ダミーゲート層を形成し、第１の絶縁体、酸化物、導電体層を覆って、第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を成膜し、第１のＣＭＰ処理を行うことによって、ダミーゲート層、第１の絶縁膜および第２の絶縁膜の一部を、ダミーゲート層の一部が露出するまで除去し、導電体層の一部およびダミーゲート層をエッチングすることによって、第１の導電体と第２の導電体を形成し、酸化物を露出させ、第３の絶縁膜、第２の導電膜を順に成膜し、第２のＣＭＰ処理を行うことによって、の第３の絶縁膜および第２の導電膜を第２の絶縁膜の一部が露出するまで除去し、第３絶縁体および第３の導電体を形成し、第２の絶縁膜、第３の絶縁体および第３の導電体を覆って、第４の絶縁膜を成膜する、半導体装置の作製方法である。
　本発明の一態様により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い半導体装置を提供することができる。
　または、長期間においてデータの保持が可能な半導体装置を提供することができる。または、データの書き込み速度が速い半導体装置を提供することができる。または、設計自由度が高い半導体装置を提供することができる。または、消費電力を抑えることができる半導体装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。
　なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様に係る半導体装置の上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の上面、および断面図。 本発明の一態様に係る半導体装置の上面、および断面図。 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。 本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図。 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示すブロック図。 本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示す回路図。 本発明の一態様に係る半導体装置の模式図。 本発明の一態様に係る記憶装置の模式図。 本発明の一態様に係る電子機器を示す図。
　以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
　また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお、図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために図に反映しないことがある。また、図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
　また、特に上面図（「平面図」ともいう）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
　また、本明細書等において、第１、第２等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
　また、本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。したがって、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
　例えば、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接的に接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。
　ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
　また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができる場合がある。
　なお、本明細書などにおいて、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう）と、が異なる場合がある。例えば、ゲートが半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲートが半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
　このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
　また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、などは、断面ＴＥＭ像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
　なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｔａｔｅｓ）が高くなることや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、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、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、例えば、水素、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、水も不純物として機能する場合がある。また、酸化物半導体の場合、例えば不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
　なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。
　また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０度以上１０度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５度以上５度以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０度以上３０度以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０度以上１００度以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５度以上９５度以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０度以上１２０度以下の角度で配置されている状態をいう。
　なお、本明細書において、バリア膜とは、水、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する膜のことであり、当該バリア膜に導電性を有する場合は、導電性バリア膜と呼ぶことがある。
　本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳ　ＦＥＴあるいはＯＳトランジスタと記載する場合においては、酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
　また、本明細書等において、ノーマリーオフとは、ゲートに電位を印加しない、またはゲートに接地電位を与えたときに、トランジスタに流れるチャネル幅１μｍあたりの電流が、室温において１×１０−２０Ａ以下、８５℃において１×１０−１８Ａ以下、または１２５℃において１×１０−１６Ａ以下であることをいう。
（実施の形態１）
　以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ２００を有する半導体装置の一例について説明する。
＜半導体装置の構成例＞
　図１は、本発明の一態様に係るトランジスタ２００、およびトランジスタ２００周辺の上面図および断面図である。
　図１（Ａ）は、トランジスタ２００を有する半導体装置の上面図である。また、図１（Ｂ）、および図１（Ｃ）は当該半導体装置の断面図である。ここで、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）にＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル長方向の断面図でもある。また、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）にＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図でもある。なお、図１（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
　本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ２００と、層間膜として機能する絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２８０、絶縁体２８２および絶縁体２８３を有する。また、トランジスタ２００と電気的に接続し、配線として機能する導電体２０３、およびプラグとして機能する導電体２４０（導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂ）とを有する。
　なお、導電体２０３は、絶縁体２１２に埋め込まれるように形成される。ここで、導電体２０３の上面の高さと、絶縁体２１２の上面の高さは同程度にできる。なお導電体２０３は、単層とする構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２０３を２層以上の多層膜構造としてもよい。また、構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
　また、導電体２４０は、絶縁体２７３、絶縁体２７４、絶縁体２８０、絶縁体２８２および絶縁体２８３の開口の内壁に接して形成されている。ここで、導電体２４０の上面の高さと、絶縁体２８３の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ２００では、導電体２４０が単層である構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２４０は、２層以上の積層構造でもよい。また、導電体２６０の上面の高さと、絶縁体２８０の上面の高さは、略一致して配置される。
　また、図１（Ｂ）のＡ２側に示すように、半導体装置の端部付近において、絶縁体２２４は、絶縁体２２２を露出する開口を有する。絶縁体２２２は、該開口を介して絶縁体２７３と接する。
［トランジスタ２００］
　図１に示すように、トランジスタ２００は、基板（図示せず）の上に配置された絶縁体２１４および絶縁体２１６と、絶縁体２１４および絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５（導電体２０５ａおよび導電体２０５ｂ）と、絶縁体２１６の上および導電体２０５の上に配置された絶縁体２２０と、絶縁体２２０の上に配置された絶縁体２２２と、絶縁体２２２の上に配置された絶縁体２２４と、絶縁体２２４の上に配置された酸化物２３０（酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃ）と、酸化物２３０の上に配置された絶縁体２５０と、絶縁体２５０上に配置された導電体２６０（導電体２６０ａ、および導電体２６０ｂ）と、酸化物２３０の上面の一部と接する導電体２４２ａおよび導電体２４２ｂと、絶縁体２２４の上面の一部、絶縁体２２２の上面の一部、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、導電体２４２ａの側面、導電体２４２ａの上面、導電体２４２ｂの側面、導電体２４２ｂの上面、酸化物２３０ｃの側面に接して配置された絶縁体２７３と、絶縁体２７３に接して配置された絶縁体２７４と、を有する。導電体２６０は、導電体２６０ａおよび導電体２６０ｂを有し、導電体２６０ｂの底面および側面を包むように導電体２６０ａが配置される。ここで、図１（Ｂ）に示すように、導電体２６０の上面は、絶縁体２７３の上面および絶縁体２７４の上面と略一致して配置される。
　なお、トランジスタ２００では、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物２３０ｂの単層、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ａの２層構造、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃの２層構造、または４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ２００では、導電体２６０ａおよび導電体２６０ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。
　また、トランジスタ２００は、チャネル形成領域を含む酸化物２３０（酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃ）に、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を用いることが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の半導体装置を提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構成するトランジスタに用いることができる。
　ここで、図１（Ｂ）において破線で囲む、領域２３９の拡大図を図２に示す。
　図２に示すように、酸化物２３０は、トランジスタ２００のチャネル形成領域として機能する領域２３４と、トランジスタ２００のソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１（領域２３１ａ、および領域２３１ｂ）と、を有する。
　ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１ａは、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電体２４２ａと接しており、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１ｂは、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電体２４２ｂと接している。また、領域２３１ａおよび領域２３１ｂは、酸素濃度が低く、キャリア濃度が高い、低抵抗化した領域である。また、チャネル形成領域として機能する領域２３４は、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１よりも、酸素濃度が高く、キャリア密度が低い高抵抗領域である。
　なお、領域２３１は、金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が領域２３４よりも高いことが好ましい。
　また、酸化物２３０において、各領域の境界は明確に検出することが困難な場合がある。各領域内で検出される金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素の濃度は、領域ごとの段階的な変化に限らず、各領域内でも連続的に変化（グラデーションともいう）していてもよい。つまり、チャネル形成領域に近い領域であるほど、金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素の濃度が減少していればよい。
　ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中のチャネル形成領域に不純物及び酸素欠損が存在すると、電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。また、酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、チャネル形成領域２３４中の酸素欠損はできる限り低減されていることが好ましい。
　絶縁体２７３としては、水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。絶縁体２７３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。絶縁体２７３としては、例えば、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を成膜することが好ましい。スパッタリング法によって、酸素を含むガスを用いて酸化アルミニウム膜を成膜することによって、絶縁体２２４中へ酸素を注入することができる。つまり、絶縁体２２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む（過剰酸素ともいう）ことができる。過剰酸素は、絶縁体２２４を介して、チャネル形成領域である、領域２３４に注入することができる。
　絶縁体２７４としては、水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。絶縁体２７４は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。絶縁体２７４としては、例えば、ＡＬＤ法を用いて、酸化物を成膜するとよい。酸化物をＡＬＤ法を用いて成膜することにより、段差形状上に成膜する場合でも、欠陥の少ない被覆性の優れた緻密な薄膜を成膜することができる。また、絶縁体２２４および絶縁体２８０は、絶縁体２７３、絶縁体２７４および絶縁体２８２よりも酸素を透過しやすい。
　図１に示すように、絶縁体２７３は、絶縁体２２４上にあって、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、導電体２４２ａの側面、導電体２４２ａの上面、導電体２４２ｂの側面、導電体２４２ｂの上面、および酸化物２３０ｃの側面を覆うように配置されている。また、絶縁体２７４は、絶縁体２７３を覆う様に配置されている。また、絶縁体２８２は、絶縁体２７３の上面、絶縁体２７４の上面、絶縁体２５０の上面および導電体２６０の上面と接して配置されている。絶縁体２８２は、絶縁体２７３または絶縁体２７４と同様に水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物を用いることが好ましい。
　つまり、トランジスタ２００は、水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物である絶縁体２７３、絶縁体２７４および絶縁体２８２で覆われている。このような構成とすることで、酸素の上方への拡散を抑制することができる。また、導電体２６０への酸素の拡散を抑制することができるので、導電体２６０の酸化を抑制することができる。また、外方からトランジスタ２００への水、水素などの不純物の侵入を抑制することが出来る。
　以上より、オン電流が大きいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、オフ電流が小さいトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。または、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた半導体装置を提供することができる。
　以下では、本発明の一態様に係るトランジスタ２００を有する半導体装置の詳細な構成について説明する。
　導電体２０３は、図１（Ａ）、および図１（Ｃ）に示すように、チャネル幅方向に延伸されており、導電体２０５に電位を印加する配線として機能する。
　導電体２０５は、酸化物２３０、および導電体２６０と、重なるように配置する。また、導電体２０５は、導電体２０３の上に接して設けるとよい。
　導電体２６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）として機能する場合がある。また、導電体２０５は、第２のゲート（ボトムゲートともいう）として機能する場合がある。その場合、導電体２０５に印加する電位を、導電体２６０に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ２００の閾値電圧を制御することができる。特に、導電体２０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ２００の閾値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体２０５に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体２６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
　また、導電体２０３上に導電体２０５を設けることで、第１のゲート、および配線としての機能を有する導電体２６０と、導電体２０３との距離を適宜設計することが可能となる。つまり、導電体２０３と導電体２６０の間に絶縁体２１４および絶縁体２１６などが設けられることで、導電体２０３と導電体２６０の間の寄生容量を低減し、導電体２０３と導電体２６０の間の絶縁耐圧を高めることができる。
　また、導電体２０３と導電体２６０の間の寄生容量を低減することで、トランジスタ２００のスイッチング速度を向上させ、高い周波数特性を有するトランジスタにすることができる。また、導電体２０３と導電体２６０の間の絶縁耐圧を高めることで、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。よって、絶縁体２１４および絶縁体２１６の膜厚を厚くすることが好ましい。なお、導電体２０３の延伸方向はこれに限られず、例えば、トランジスタ２００のチャネル長方向に延伸されてもよい。
　なお、導電体２０５は、図１（Ａ）に示すように、酸化物２３０、および導電体２６０と重なるように配置する。また、導電体２０５は、酸化物２３０における領域２３４よりも、大きく設けるとよい。特に、図１（Ｃ）に示すように、導電体２０５は、酸化物２３０の領域２３４のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延伸していることが好ましい。
　上記構成を有することで、導電体２６０、および導電体２０５に電位を印加した場合、導電体２６０から生じる電界と、導電体２０５から生じる電界と、がつながり、酸化物２３０に形成されるチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
　つまり、第１のゲートとしての機能を有する導電体２６０の電界と、第２のゲートとしての機能を有する導電体２０５の電界によって、領域２３４のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。本明細書において、第１のゲート、および第２のゲートの電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ　ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
　また、導電体２０５では、絶縁体２１４および絶縁体２１６の開口の内壁に接して導電体２０５ａが形成され、さらに内側に導電体２０５ｂが形成されている。ここで、導電体２０５ａおよび導電体２０５ｂの上面の高さと、絶縁体２１６の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ２００では、導電体２０５ａおよび導電体２０５ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２０５は、単層、または３層以上の積層構造としてもよい。
　ここで、導電体２０５ａ、または導電体２０３の第１の導電体は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい）導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、または上記酸素のいずれか一または、すべての拡散を抑制する機能とする。
　導電体２０５ａ、または導電体２０３の第１の導電体が酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体２０５ｂ、または導電体２０３の第２の導電体が酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。したがって、導電体２０５ａ、または導電体２０３の第１の導電体としては、上記導電性材料を単層または積層で用いればよい。これにより、水、水素などの不純物が、導電体２０３、および導電体２０５を通じて、トランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。
　また、導電体２０５ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電体２０５ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
　また、導電体２０３の第２の導電体は、配線として機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２０３の第２の導電体は積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
　特に、導電体２０３の第２の導電体に、銅を用いることが好ましい。銅は抵抗が小さいため、配線等に用いることが好ましい。一方、銅は拡散しやすいため、酸化物２３０に拡散することで、トランジスタ２００の電気特性を低下させる場合がある。そこで、例えば、絶縁体２１４には、銅の透過性が低い酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどの材料を用いることで、銅の拡散を抑えることができる。
　なお、導電体２０５、絶縁体２１４、および絶縁体２１６は必ずしも設けなくともよい。その場合、導電体２０３の一部が第２のゲートとして機能することができる。
　絶縁体２１０および絶縁体２１４は、水、水素などの不純物が、基板側からトランジスタ２００に混入するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体２１０および絶縁体２１４は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。
　例えば、絶縁体２１０として酸化アルミニウムなどを用い、絶縁体２１４として窒化シリコンなどを用いることが好ましい。これにより、水、水素などの不純物が絶縁体２１０および絶縁体２１４を介して基板側からトランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。または、絶縁体２２４などに含まれる酸素が、絶縁体２１０および絶縁体２１４を介して基板側に、拡散するのを抑制することができる。
　また、導電体２０３の上に導電体２０５を積層して設ける構成にすることにより、導電体２０３と導電体２０５の間に絶縁体２１４を設けることができる。ここで、導電体２０３に銅など拡散しやすい金属を用いても、絶縁体２１４として窒化シリコンなどを設けることにより、当該金属が絶縁体２１４より上の層に拡散するのを抑制することができる。
　また、層間膜として機能する絶縁体２１２、絶縁体２１６、および絶縁体２８０は、絶縁体２１０、または絶縁体２１４よりも比誘電率が低いことが好ましい。比誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
　例えば、絶縁体２１２、絶縁体２１６、および絶縁体２８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などの絶縁体を単層または積層で用いることができる。またはこれらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。
　絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４は、ゲート絶縁体としての機能を有する。
　ここで、酸化物２３０と接する絶縁体２２４には、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体２２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。
　過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、昇温脱離ガス分析（ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析）にて、酸素分子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、または３．０×１０２０ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
　また、絶縁体２２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体２２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。
　絶縁体２２２が、酸素の拡散を抑制する機能を有することで、絶縁体２２４が有する過剰酸素領域の酸素は、絶縁体２２０側へ拡散することなく、効率よく酸化物２３０へ供給することができる。また、導電体２０５が、絶縁体２２４が有する過剰酸素領域の酸素と反応することを抑制することができる。
　絶縁体２２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
　特に、不純物、および酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体２２２を形成した場合、絶縁体２２２は、酸化物２３０からの酸素の放出や、トランジスタ２００の周辺部から酸化物２３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
　または、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。
　また、絶縁体２２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ−ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁体２２０を得ることができる。
　なお、絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
　チャネル形成領域として機能する領域を有する酸化物２３０は、酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上の酸化物２３０ｃと、を有する。酸化物２３０ｂ下に酸化物２３０ａを有することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物２３０ｂ上に酸化物２３０ｃを有することで、酸化物２３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
　また、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物２３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。言い換えると、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃの電子親和力が、酸化物２３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
　ここで、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面、および酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
　具体的には、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂまたは酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物２３０ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
　このとき、キャリアの主たる経路は酸化物２３０ｂとなる。酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面、および酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ２００は高いオン電流を得られる。
　また、酸化物２３０は、領域２３１および領域２３４を有する。なお、トランジスタ２００をオンさせると、領域２３１ａ、または領域２３１ｂは、ソース領域、またはドレイン領域として機能する。一方、領域２３４の少なくとも一部は、チャネルが形成される領域として機能する。
　トランジスタ２００において、ソース領域およびドレイン領域として機能する領域２３１と、チャネルが形成される領域２３４との間に領域２３１よりも高抵抗な領域が形成されないため、トランジスタのオン電流、および移動度を大きくすることができる。ソース領域およびドレイン領域と、第１のゲート（導電体２６０）とが重ならないため、両者の間で不要な容量が形成されることを抑制できる。
　酸化物２３０は、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を用いることが好ましい。例えば、領域２３４となる金属酸化物としては、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
　酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の半導体装置を提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の半導体装置を構成するトランジスタに用いることができる。
導電体２４２（導電体２４２ａ、および導電体２４２ｂ）は、一方がソース電極として機能し、他方がドレイン電極として機能する。
導電体２４２は、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を用いることができる。特に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜、ルテニウムおよび酸化ルテニウムなどは、水素または酸素に対するバリア性があり、また、耐酸化性が高いため、好ましい。
また、図では単層構造を示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタルとタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。
また、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を用いることができる。特に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素または酸素に対するバリア性があり、また、耐酸化性が高いため、好ましい。
　絶縁体２５０は、ゲート絶縁体として機能する。絶縁体２５０は、酸化物２３０ｃに接して配置することが好ましい。絶縁体２５０は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。例えば、ＴＤＳ分析にて、酸素分子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、または３．０×１０２０ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下の範囲が好ましい。
　具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
　加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体２５０として、酸化物２３０ｃに接して設けることにより、絶縁体２５０から、酸化物２３０ｂの領域２３４に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体２２４と同様に、絶縁体２５０中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
また、例えば、絶縁体２５０として、加熱により酸素が放出される膜と、バリア性を有する膜との積層構造としてもよい。加熱により酸素が放出される膜と、導電体２６０との間にバリア性を有する膜を設けることで、加熱により放出した酸素が、導電体２６０へと吸収されることを抑制することができる。バリア性を有する膜としては、アルミニウムやハフニウムなどを含む金属酸化物を用いるとよい。当該金属酸化物は、比誘電率が高いため、物理膜厚を保持したまま、ゲート絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
第１のゲートとして機能する導電体２６０は、導電体２６０ａ、および導電体２６０ａ上の導電体２６０ｂを有する。導電体２６０ａは、導電体２０５ａと同様に、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電体２６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、酸化物２３０、および絶縁体２５０から導電体２６０ｂへの過剰酸素の拡散が抑制される。従って、絶縁体２５０が有する過剰酸素による導電体２６０ｂの酸化が抑制され、導電率が低下することを防止することができる。また、酸化物２３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。
酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体２６０ａとして、酸化物２３０として用いることができる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体２６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、導電体２６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ　Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
導電体２６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体２６０は、配線として機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
　また絶縁体２８０は、絶縁体２２４などと同様に、膜中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。また、上述のように絶縁体２８０は過剰酸素を有することが好ましい。なお、絶縁体２８０の上に絶縁体２８２を設けても良い。絶縁体２８２は、絶縁体２１０と同様の絶縁体２８２を設けてもよい。絶縁体２８２をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体２８０の不純物を低減することができる。また、絶縁体２８２上に絶縁体２８３を設けてもよい。絶縁体２８３は、絶縁体２８０と同様の材料を用いることができる。
　また、絶縁体２８３、絶縁体２８２、絶縁体２８０、絶縁体２７３および絶縁体２７４に形成された開口に、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂを配置する。導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂは、導電体２６０を挟んで対向して設ける。なお、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂの上面と、絶縁体２８３の上面は、同一平面上に設けられていてもよい。
　導電体２４０ａは、トランジスタ２００のソース電極およびドレイン電極の一方として機能する導電体２４２ａと接しており、導電体２４０ｂはトランジスタ２００のソース電極およびドレイン電極の他方として機能する導電体２４２ｂと接している。
　また、図３は、図１（Ａ）にＡ５−Ａ６の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル幅方向の導電体２４０ａと、導電体２４２ａおよび酸化物２３０と、が接する領域の断面図である。
　導電体２４０ａは、少なくとも導電体２４２ａの上面、導電体２４２ａの側面と接し、さらに酸化物２３０の側面と接することが好ましい。特に、導電体２４０ａは、酸化物２３０のチャネル幅方向と交わる側面において、Ａ５側の側面、およびＡ６側の側面の双方または一方と接することが好ましい。図３（Ａ）は、Ａ５側の側面、およびＡ６側の側面の双方と接する一例であり、導電体２４０ａと、導電体２４２ａおよび酸化物２３０とが接する領域が鞍のような断面形状を有する（鞍面コンタクトと呼ぶことができる）。また、導電体２４０ａと、導電体２４２ａおよび酸化物２３０と、が接する領域は、図３（Ａ）の一例に限らず、例えば、図３（Ｂ）に示すように、導電体２４２ａの上面、導電体２４２ａの一方の側面および酸化物２３０の一方の側面と接する領域を有していてもよい。また、図３（Ｃ）に示すように、導電体２４２ａの上面、導電体２４２ａの他方の側面および酸化物２３０の他方の側面と接する領域を有していてもよい。このような構成とすることで、導電体２４０ａと、導電体２４２ａおよび酸化物２３０と、が接する領域の面積を大きくすることができるので、導電体２４０ａと、導電体２４２ａおよび酸化物２３０と、のコンタクト抵抗を低くすることができて好ましい。なお、導電体２４０ｂと導電体２４２ｂおよび酸化物２３０と、が接する領域についても上述と同様の構成である。
　以上により、トランジスタのソース電極およびドレイン電極の微細化を図りつつ、オン電流を大きくすることができる。導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂは、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、銅などの金属元素を含むことが好ましい。
　また、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂは積層構造としてもよい。導電体２４０を積層構造とする場合、絶縁体２８３、絶縁体２８２、絶縁体２８０、絶縁体２７３および絶縁体２７４と接する導電体には、導電体２０５ａなどと同様に、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料は、単層または積層で用いてもよい。当該導電性材料を用いることで、絶縁体２８３より上層から水、水素などの不純物が、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂを通じて酸化物２３０に混入するのを抑制することができる。
　また、図示しないが、導電体２４０ａの上面、および導電体２４０ｂの上面に接して配線として機能する導電体を配置してもよい。配線として機能する導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。なお、当該導電体は、導電体２０３などと同様に、絶縁体に設けられた開口に埋め込むように形成してもよい。
　また、図１（Ｂ）のＡ２側に示すように、半導体装置の端部付近において、絶縁体２２４は、絶縁体２２２を露出する開口を有してもよい。絶縁体２２２は、該開口を介して絶縁体２７３と接する。絶縁体２２２は、絶縁体２７３または絶縁体２７４と同様に水、水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムを用いることが好ましい。この様な構成とすることでトランジスタ２００を有する半導体装置は、絶縁体２７３、絶縁体２７４および絶縁体２２２によって、水、水素などの不純物の半導体装置への侵入を防ぐことができる。
＜半導体装置の構成材料＞
　以下では、半導体装置に用いることができる基板および金属酸化物について説明する。
＜基板＞
　トランジスタ２００を形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムからなる化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
　また、基板として、可撓性基板を用いてもよい。なお、可撓性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可撓性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタを剥離し、可撓性基板である基板に転置する方法もある。その場合には、非可撓性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。また、基板が伸縮性を有してもよい。また、基板は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。または、基板は、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板は、例えば、５μｍ以上７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３００μｍ以下の厚さとなる領域を有する。基板を薄くすると、トランジスタを有する半導体装置を軽量化することができる。また、基板を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和することができる。すなわち、丈夫な半導体装置を提供することができる。
　可撓性基板である基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。また、基板として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。可撓性基板である基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可撓性基板である基板としては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板である基板として好適である。
＜金属酸化物＞
　酸化物２３０として、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう）を用いることが好ましい。以下では、本発明に係る酸化物２３０に適用可能な金属酸化物について説明する。
　金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
　ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素Ｍおよび亜鉛を有するＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物である場合を考える。なお、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたは錫などとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
　なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
［金属酸化物の構造］
　酸化物半導体（金属酸化物）は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）および非晶質酸化物半導体などがある。
　ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
　ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
　また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
　ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損（Ｖｏ：ｏｘｙｇｅｎ　ｖａｃａｎｃｙともいう）など）の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
　ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
　なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物（以下、ＩＧＺＯ）は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。とくに、ＩＧＺＯは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶（ここでは、数ｍｍ、または数ｃｍ）よりも小さな結晶（例えば、上述のナノ結晶）とする方が、構造的に安定となる場合がある。
　ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。
　酸化物半導体（金属酸化物）は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
　トランジスタの半導体に用いる酸化物半導体として、結晶性の高い薄膜を用いることが好ましい。該薄膜を用いることで、トランジスタの安定性または信頼性を向上させることができる。該薄膜として、例えば、単結晶酸化物半導体の薄膜または多結晶酸化物半導体の薄膜が挙げられる。しかしながら、単結晶酸化物半導体の薄膜または多結晶酸化物半導体の薄膜を基板上に形成するには、高温またはレーザー加熱の工程が必要とされる。よって、製造工程のコストが増加し、さらに、スループットも低下してしまう。
　２００９年に、ＣＡＡＣ構造を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯと呼ぶ）が発見されたことが、非特許文献１および非特許文献２で報告されている。ここでは、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯは、ｃ軸配向性を有する、結晶粒界が明確に確認されない、低温で基板上に形成可能である、ことが報告されている。さらに、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯを用いたトランジスタは、優れた電気特性および信頼性を有することが報告されている。
　また、２０１３年には、ｎｃ構造を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（ｎｃ−ＩＧＺＯと呼ぶ）が発見された（非特許文献３参照）。ここでは、ｎｃ−ＩＧＺＯは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有し、異なる該領域間で結晶方位に規則性が見られないことが報告されている。
　非特許文献４および非特許文献５では、上記のＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ、ｎｃ−ＩＧＺＯ、および結晶性の低いＩＧＺＯのそれぞれの薄膜に対する電子線の照射による平均結晶サイズの推移が示されている。結晶性の低いＩＧＺＯの薄膜において、電子線が照射される前でさえ、１ｎｍ程度の結晶性ＩＧＺＯが観察されている。よって、ここでは、ＩＧＺＯにおいて、完全な非晶質構造（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の存在を確認できなかった、と報告されている。さらに、結晶性の低いＩＧＺＯの薄膜と比べて、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯの薄膜およびｎｃ−ＩＧＺＯの薄膜は電子線照射に対する安定性が高いことが示されている。よって、トランジスタの半導体として、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯの薄膜またはｎｃ−ＩＧＺＯの薄膜を用いることが好ましい。
　酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さい、具体的には、トランジスタのチャネル幅１μｍあたりのオフ電流がｙＡ／μｍ（１０−２４Ａ／μｍ）オーダである、ことが非特許文献６に示されている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が低いという特性を利用した低消費電力のＣＰＵなどが開示されている（非特許文献７参照）。
　また、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク電流が低いという特性を利用した、該トランジスタの表示装置への応用が報告されている（非特許文献８参照）。表示装置では、表示される画像が１秒間に数十回切り換っている。１秒間あたりの画像の切り換え回数はリフレッシュレートと呼ばれている。また、リフレッシュレートを駆動周波数と呼ぶこともある。このような人の目で知覚が困難である高速の画面の切り換えが、目の疲労の原因として考えられている。そこで、表示装置のリフレッシュレートを低下させて、画像の書き換え回数を減らすことが提案されている。また、リフレッシュレートを低下させた駆動により、表示装置の消費電力を低減することが可能である。このような駆動方法を、アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動と呼ぶ。
　ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造の発見は、ＣＡＡＣ構造またはｎｃ構造を有する酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性および信頼性の向上、ならびに、製造工程のコスト低下およびスループットの向上に貢献している。また、該トランジスタのリーク電流が低いという特性を利用した、該トランジスタの表示装置およびＬＳＩへの応用研究が進められている。
＜半導体装置の作製方法＞
　次に、図１に示す、本発明に係るトランジスタ２００を有する半導体装置について、作製方法を図４乃至図９を用いて説明する。また、図４乃至図９において、各図の（Ａ）は上面図を示す。また、各図の（Ｂ）は、（Ａ）に示すＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位に対応する断面図であり、トランジスタ２００のチャネル長方向の断面図でもある。また、各図の（Ｃ）は、（Ａ）にＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位に対応する断面図であり、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図でもある。なお、各図の（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
　まず、基板（図示しない）を準備し、当該基板上に絶縁体２１０を成膜する。絶縁体２１０の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて行うことができる。
　なお、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ　ＣＶＤ）法、光を利用する光ＣＶＤ（Ｐｈｏｔｏ　ＣＶＤ）法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）法に分けることができる。
　プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱ＣＶＤ法は、プラズマを用いないため、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子（トランジスタ、容量素子など）などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない熱ＣＶＤ法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、熱ＣＶＤ法では、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
　また、ＡＬＤ法も、被処理物へのプラズマダメージを小さくすることが可能な成膜方法である。また、ＡＬＤ法は、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。なお、ＡＬＤ法で用いるプリカーサには炭素などの不純物を含むものがある。このため、ＡＬＤ法により設けられた膜は、他の成膜法により設けられた膜と比較して、炭素などの不純物を多く含む場合がある。なお、不純物の定量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて行うことができる。
　ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。
　ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間を要さない分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。
　本実施の形態では、絶縁体２１０として、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する。また、絶縁体２１０は、多層構造としてもよい。例えば、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜し、当該酸化アルミニウム上に、ＡＬＤ法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。または、ＡＬＤ法によって酸化アルミニウムを成膜し、当該酸化アルミニウム上に、スパッタリング法によって酸化アルミニウムを成膜する構造としてもよい。
　次に絶縁体２１０上に、導電体２０３となる導電膜を成膜する。導電体２０３となる導電膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。また、導電体２０３となる導電膜は、多層膜とすることができる。本実施の形態では、導電体２０３となる導電膜としてタングステンを成膜する。
　次に、リソグラフィー法を用いて、導電体２０３となる導電膜を加工し、導電体２０３を形成する。
　なお、リソグラフィー法では、まず、マスクを介してレジストを露光する。次に、露光された領域を、現像液を用いて除去または残存させてレジストマスクを形成する。次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電体、半導体または絶縁体などを所望の形状に加工することができる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光などを用いて、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体（例えば水）を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、マスクは不要となる。なお、レジストマスクの除去には、アッシングなどのドライエッチング処理を行う、ウェットエッチング処理を行う、ドライエッチング処理後にウェットエッチング処理を行う、またはウェットエッチング処理後にドライエッチング処理を行うことができる。
　また、レジストマスクの代わりに絶縁体や導電体からなるハードマスクを用いてもよい。ハードマスクを用いる場合、導電体２０３となる導電膜上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の形状のハードマスクを形成することができる。導電体２０３となる導電膜のエッチングは、レジストマスクを除去してから行っても良いし、レジストマスクを残したまま行っても良い。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある。導電体２０３となる導電膜のエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去しても良い。一方、ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしもハードマスクを除去する必要は無い。
　ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置を用いることができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板型電極の一方の電極に高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方の電極に複数の異なった高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに同じ周波数の高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに周波数の異なる高周波電源を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置は、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置などを用いることができる。
　次に、絶縁体２１０上、導電体２０３上に絶縁体２１２となる絶縁膜を成膜する。絶縁体２１２となる絶縁体の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体２１２となる絶縁膜として、ＣＶＤ法によって酸化シリコンを成膜する。
　ここで、絶縁体２１２となる絶縁膜の膜厚は、導電体２０３の膜厚以上とすることが好ましい。例えば、導電体２０３の膜厚を１とすると、絶縁体２１２となる絶縁膜の膜厚は、１以上３以下とする。本実施の形態では、導電体２０３の膜厚の膜厚を１５０ｎｍとし、絶縁体２１２となる絶縁膜の膜厚を３５０ｎｍとする。
　次に、絶縁体２１２となる絶縁膜にＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を行うことで、絶縁体２１２となる絶縁膜の一部を除去し、導電体２０３の表面を露出させる。これにより、上面が平坦な、導電体２０３と、絶縁体２１２を形成することができる（図４参照）。
　ここからは、上記と異なる導電体２０３の形成方法について以下に説明する。
　絶縁体２１０上に絶縁体２１２を成膜する。絶縁体２１２の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　次に、絶縁体２１２に絶縁体２１０に達する開口を形成する。開口とは、例えば、溝やスリットなども含まれる。また、開口が形成された領域を指して開口部とする場合がある。開口の形成はウェットエッチングを用いてもよいが、ドライエッチングを用いるほうが微細加工には好ましい。また、絶縁体２１０は、絶縁体２１２をエッチングして溝を形成する際のエッチングストッパ膜として機能する絶縁体を選択することが好ましい。例えば、溝を形成する絶縁体２１２に酸化シリコン膜を用いた場合は、絶縁体２１０は窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜を用いるとよい。
　開口の形成後に、導電体２０３となる導電膜を成膜する。該導電膜は、酸素の透過を抑制する機能を有する導電体を含むことが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどを用いることができる。またはタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、モリブデンタングステン合金との積層膜とすることができる。導電体２０３となる導電膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　本実施の形態では、導電体２０３となる導電膜として、多層構造とする。まず、スパッタリング法によって窒化タンタルを成膜し、当該窒化タンタルの上に窒化チタンを積層する。このような金属窒化物を導電体２０３となる導電膜の下層に用いることにより、後述する導電体２０３となる導電膜の上層の導電膜として銅などの拡散しやすい金属を用いても、当該金属が導電体２０３から外に拡散するのを防ぐことができる。
　次に、導電体２０３となる導電膜の上層の導電膜を成膜する。該導電膜の成膜は、メッキ法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、導電体２０３となる導電膜の上層の導電膜として、銅などの低抵抗導電性材料を成膜する。
　次に、ＣＭＰ処理を行うことで、導電体２０３となる導電膜の上層、ならびに導電体２０３となる導電膜の下層の一部を除去し、絶縁体２１２を露出する。その結果、開口部のみに、導電体２０３となる導電膜が残存する。これにより、上面が平坦な、導電体２０３を形成することができる。なお、当該ＣＭＰ処理により、絶縁体２１２の一部が除去される場合がある。以上が、導電体２０３の異なる形成方法である。
　次に、絶縁体２１２、および導電体２０３上に絶縁体２１４を成膜する。絶縁体２１４の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体２１４として、ＣＶＤ法によって窒化シリコンを成膜する。このように、絶縁体２１４として、窒化シリコンなどの銅が透過しにくい絶縁体を用いることにより、導電体２０３に銅など拡散しやすい金属を用いても、当該金属が絶縁体２１４より上の層に拡散するのを抑制することができる。
　次に、絶縁体２１４上に絶縁体２１６を成膜する。絶縁体２１６の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体２１６として、ＣＶＤ法によって酸化シリコンを成膜する。
　次に、絶縁体２１４および絶縁体２１６に、導電体２０３に達する開口を形成する。開口の形成にはウェットエッチング法を用いてもよいが、ドライエッチング法を用いるほうが微細加工には好ましい。
　開口の形成後に、導電体２０５ａとなる導電膜を成膜する。導電体２０５ａとなる導電膜は、酸素の透過を抑制する機能を有する導電性材料を含むことが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンなどを用いることができる。またはタンタル、タングステン、チタン、モリブデン、アルミニウム、銅、モリブデンタングステン合金との積層膜とすることができる。導電体２０５ａとなる導電膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　本実施の形態では、導電体２０５ａとなる導電膜として、スパッタリング法によって窒化タンタルを成膜する。
　次に、導電体２０５ａとなる導電膜上に、導電体２０５ｂとなる導電膜を成膜する。当該導電膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　本実施の形態では、導電体２０５ｂとなる導電膜として、ＣＶＤ法によって窒化チタンを成膜し、当該窒化チタン上にＣＶＤ法によってタングステンを成膜する。
　次に、ＣＭＰ処理を行うことで、導電体２０５ａとなる導電膜、ならびに導電体２０５ｂとなる導電膜の一部を除去し、絶縁体２１６を露出する。その結果、開口部のみに、導電体２０５ａとなる導電膜および導電体２０５ｂとなる導電膜が残存する。これにより、上面が平坦な、導電体２０５ａおよび導電体２０５ｂを含む導電体２０５を形成することができる（図４参照）。なお、当該ＣＭＰ処理により、絶縁体２１６の一部が除去される場合がある。
　次に、絶縁体２１６、および導電体２０５上に絶縁体２２０を成膜する。絶縁体２２０の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。本実施の形態では、絶縁体２２０として、ＣＶＤ法によって酸化シリコンを成膜する。
　次に、絶縁体２２０上に絶縁体２２２を成膜する。絶縁体２２２として、アルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を成膜するとよい。なお、アルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。アルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する。絶縁体２２２が、水素および水に対するバリア性を有することで、トランジスタ２００の周辺に設けられた構造体に含まれる水素、および水が、絶縁体２２２を通じてトランジスタ２００の内側へ拡散することが抑制され、酸化物２３０中の酸素欠損の生成を抑制することができる。
　絶縁体２２２の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　次に、絶縁体２２２上に絶縁体２２４となる絶縁膜を成膜する。絶縁体２２４となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　続いて、加熱処理を行うと好ましい。加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下、さらに好ましくは３２０℃以上４５０℃以下で行えばよい。なお、加熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、もしくは１０％以上含む雰囲気で行う。また、加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、加熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。
　本実施の形態では、絶縁膜２２４Ａの成膜後に窒素雰囲気にて４００℃の温度で１時間の加熱処理を行う。当該加熱処理によって、絶縁膜２２４Ａに含まれる水、水素などの不純物を除去することなどができる。
　また、加熱処理は、絶縁体２２０成膜後、および絶縁体２２２の成膜後のそれぞれのタイミングで行うこともできる。当該加熱処理は、上述した加熱処理条件を用いることができるが、絶縁体２２０成膜後の加熱処理は、窒素を含む雰囲気中で行うことが好ましい。
　ここで、絶縁膜２２４Ａに過剰酸素領域を形成するために、減圧状態で酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。酸素を含むプラズマ処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する装置を用いることが好ましい。または、基板側にＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを効率よく絶縁膜２２４Ａ内に導くことができる。または、この装置を用いて不活性ガスを含むプラズマ処理を行った後に、脱離した酸素を補うために酸素を含むプラズマ処理を行ってもよい。なお、当該プラズマ処理の条件を適宜選択することにより、絶縁膜２２４Ａに含まれる水、水素などの不純物を除去することができる。その場合、加熱処理は行わなくてもよい。
　次に、リソグラフィー法によって、絶縁体２２２の上面の一部が露出するように、絶縁体２２４となる絶縁膜を加工して、絶縁体２２４を形成する（図４参照）。尚、絶縁体２２４の形成は、ここより後の工程、例えば酸化物２３０形成後、または、ダミーゲート２６２形成後に行ってもよい。
　次に、絶縁体２２４上に、酸化物２３０ａとなる酸化膜２３０Ａ、酸化物２３０ｂとなる酸化膜２３０Ｂ、および導電体２４２となる導電膜２４２Ａを順に成膜する（図４参照）。なお、上記酸化膜は、大気環境にさらさずに連続して成膜することが好ましい。大気開放せずに成膜することで、酸化膜２３０Ａ、および酸化膜２３０Ｂ上に大気環境からの不純物または水分が付着することを防ぐことができ、酸化膜２３０Ａと酸化膜２３０Ｂとの界面近傍を清浄に保つことができる。
　酸化膜２３０Ａ、酸化膜２３０Ｂおよび導電膜２４２Ａの成膜はスパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　例えば、酸化膜２３０Ａ、および酸化膜２３０Ｂをスパッタリング法によって成膜する場合は、スパッタリングガスとして酸素、または、酸素と希ガスの混合ガスを用いる。スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を高めることで、成膜される酸化膜中の過剰酸素を増やすことができる。また、上記の酸化膜をスパッタリング法によって成膜する場合は、上記のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いることができる。
　特に、酸化膜２３０Ａの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が絶縁体２２４に供給される場合がある。したがって、酸化膜２３０Ａのスパッタリングガスに含まれる酸素の割合は７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは１００％とすればよい。
　また、酸化膜２３０Ｂをスパッタリング法で形成する場合、スパッタリングガスに含まれる酸素の割合を１％以上３０％以下、好ましくは５％以上２０％以下として成膜すると、酸素欠乏型の酸化物半導体が形成される。酸素欠乏型の酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られる。
　本実施の形態では、酸化膜２３０Ａとして、スパッタリング法によって、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［原子数比］（２：２：１［原子数比］）、あるいは１：３：４［原子数比］のターゲットを用いて成膜する。また、酸化膜２３０Ｂとして、スパッタリング法によって、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］のターゲットを用いて成膜する。なお、各酸化膜は、成膜条件、および原子数比を適宜選択することで、酸化物２３０に求める特性に合わせて形成するとよい。
　次に、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、上述した加熱処理条件を用いることができる。加熱処理によって、酸化膜２３０Ａ、および酸化膜２３０Ｂ中の水、水素などの不純物を除去することなどができる。本実施の形態では、窒素雰囲気にて４００℃の温度で１時間の処理を行った後に、連続して酸素雰囲気にて４００℃の温度で１時間の処理を行う。
　次に、酸化膜２３０Ａ、酸化膜２３０Ｂおよび導電膜２４２Ａを島状に加工して、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび導電体２４２を形成する。なお、当該工程において、絶縁体２２４の酸化物２３０ａと重ならない領域の膜厚が薄くなることがある（図５参照）。
　ここで、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび導電体２４２は、少なくとも一部が導電体２０５と重なるように形成する。また、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび導電体２４２の側面は、絶縁体２２２の上面に対し、概略垂直であることが好ましい。酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび導電体２４２の側面が、絶縁体２２２の上面に対し、概略垂直であることで、複数のトランジスタ２００を設ける際に、小面積化、高密度化が可能となる。または、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび導電体２４２の側面と絶縁体２２２の上面のなす角が鋭角になる構成にしてもよい。その場合、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂの側面と絶縁体２２２の上面のなす角は６０°以上７０°未満が好ましい。この様な形状とすることで、これより後の工程において、絶縁体２７３などの被覆性が向上し、鬆などの欠陥を低減することができる。
　また、導電体２４２の側面と導電体２４２の上面との間に、湾曲面を有する。つまり、側面の端部と上面の端部は、湾曲していることが好ましい（以下、このような湾曲形状をラウンド状ともいう）。湾曲面は、例えば、導電体２４２の端部において、曲率半径が、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、５ｎｍ以上６ｎｍ以下とする。端部に角を有さないことで、以降の成膜工程における膜の被覆性が向上する。
　なお、当該酸化膜の加工はリソグラフィー法を用いて行えばよい。また、当該加工はドライエッチング法やウェットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法による加工は微細加工に適している。
　また、ドライエッチングなどの処理を行うことによって、エッチングガスなどに起因した不純物が酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂなどの表面または内部に付着または拡散することがある。不純物としては、例えば、フッ素または塩素などがある。
　上記の不純物などを除去するために、洗浄を行う。洗浄方法としては、洗浄液など用いたウェット洗浄、プラズマを用いたプラズマ処理、または熱処理による洗浄などがあり、上記洗浄を適宜組み合わせて行ってもよい。
　ウェット洗浄としては、シュウ酸、リン酸、またはフッ化水素酸などを炭酸水または純水で希釈した水溶液を用いて洗浄処理を行ってもよい。または、純水または炭酸水を用いた超音波洗浄を行ってもよい。本実施の形態では、純水または炭酸水を用いた超音波洗浄を行う。
　続いて、加熱処理を行ってもよい。加熱処理には、前述の加熱処理の条件を用いることができる。
　次に、絶縁体２２４、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび導電体２４２の上に、ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜を成膜する。
　ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜は、加工してダミーゲートとして使用する。ダミーゲートとは、仮のゲートのことである。つまり、ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜を加工することで、仮のゲートを形成し、後の工程において該ダミーゲートを除去し、代わりに導電膜等によるゲートを形成する。従って、ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜は微細加工が容易であり、かつ、除去も容易な膜を用いることが好ましい。
　ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。例えば、絶縁体、半導体、または導電体を用いることができる。具体的には、ポリシリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン、アルミニウム、チタン、タングステンなどの金属膜などを用いればよい。または、塗布法を用いて、樹脂膜を形成しても良い。樹脂膜としては、フォトレジスト、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。樹脂膜を塗布法によって形成することで、ダミーゲート膜の表面を平坦にすることができる。このように、ダミーゲート膜の表面を平坦にすることで、微細加工が容易となり、さらに、除去も容易となる。
　また、ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜は、異なる膜種を用いて多層膜とすることもできる。例えば、ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜を導電膜と該導電膜上に樹脂膜を形成する２層構造の膜とすることができる。ダミーゲート膜をこのような構造とすることで、例えば、後のＣＭＰ工程において、該導電膜がＣＭＰ処理のストッパ膜として機能する場合がある。または、ＣＭＰ処理の終点検出が可能となる場合があり、加工ばらつきの低減が可能となる場合がある。
　次に、リソグラフィー法によって、ダミーゲート層２６２Ａとなるダミーゲート膜をエッチングし、ダミーゲート層２６２Ａを形成する（図６参照）。ダミーゲート層２６２Ａは、少なくとも一部が、導電体２０５、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂと重なるように形成する。
　次に、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、導電体２４２およびダミーゲート層２６２Ａを覆うように、絶縁膜２７３Ａを成膜する。続いて、絶縁膜２７３Ａの上に絶縁膜２７４Ａを成膜してもよい（図６参照）。絶縁膜２７３Ａおよび絶縁膜２７４Ａの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて成膜することができる。
　絶縁膜２７３Ａは、酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁膜を用いることが好ましい。例えば、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を成膜することが好ましい。スパッタリング法によって、酸素を含むガスを用いて酸化アルミニウム膜を成膜することによって、絶縁体２２４中へ酸素を注入することができる。つまり、絶縁体２２４は過剰酸素を有することができる。
　絶縁膜２７４Ａは、酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁膜を用いることが好ましい。例えば、ＡＬＤ法によって、酸化アルミニウム膜を成膜することが好ましい。被覆性に優れたＡＬＤ法を用いることで、ダミーゲート層２６２Ａなどにより形成された段差部においても、均一な厚さを有する絶縁膜２７４Ａを形成することができる。また、ＡＬＤ法を用いることで、緻密な薄膜を成膜することができる。このように被覆性に優れ、緻密な薄膜を成膜することが出来るので、例えば、絶縁膜２７３Ａにボイドやピンホールなどの欠陥が生じても、絶縁膜２７４Ａによって覆うことができる。
　以上により、絶縁体２２４に含まれる過剰酸素が外方へ拡散することを防止し、また外方から水や水素のような不純物の絶縁体２２４への侵入を防止することができる。尚、絶縁膜２７４Ａの成膜は省略することができる。
　次に、絶縁膜２７４Ａ上に、絶縁体２８０となる絶縁膜を成膜する。絶縁体２８０となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　次に、絶縁体２８０となる絶縁膜、ダミーゲート層２６２Ａ、絶縁膜２７３Ａ、および絶縁膜２７４Ａの一部をダミーゲート層２６２Ａの一部が露出するまで除去し、絶縁体２８０、ダミーゲート２６２、絶縁体２７３および絶縁体２７４を形成する（図７参照）。絶縁体２８０、ダミーゲート２６２、絶縁体２７３および絶縁体２７４の形成にはＣＭＰ処理を用いることが好ましい。
　また、上述のようにダミーゲート層２６２Ａを、例えば、導電膜と該導電膜上に樹脂膜を形成する２層構造の膜とすることで、ＣＭＰ工程において、該導電膜がＣＭＰ処理のストッパ膜として機能する場合がある。または、該導電膜があると、ＣＭＰ処理の終点検出が可能となる場合があり、ダミーゲート２６２の高さのばらつきの低減が可能となる場合がある。図に示すように、ダミーゲート２６２の上面と、絶縁体２７３、絶縁体２７４および絶縁体２８０の上面が略一致する。
　次に、ダミーゲート２６２を除去する。ダミーゲート２６２の除去は、ウェットエッチング、ドライエッチング、またはアッシングなどを用いて行うことができる。または、適宜、上記の処理を複数組み合わせて行ってもよい。例えば、アッシング処理の後に、ウェットエッチング処理を行うなどがある。ダミーゲート２６２を除去することにより、酸化物２３０ｂの表面の一部が露出する（図８参照）。
　次に酸化膜２３０Ｃを成膜する。酸化膜２３０Ｃの成膜はスパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。酸化膜２３０Ｃに求める特性に合わせて、酸化膜２３０Ａ、または酸化膜２３０Ｂと同様の成膜方法を用いて、酸化膜２３０Ｃを成膜すればよい。本実施の形態では、酸化膜２３０Ｃとして、スパッタリング法によって、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、あるいは４：２：４．１［原子数比］のターゲットを用いて成膜する。
　特に、酸化膜２３０Ｃの成膜時に、スパッタリングガスに含まれる酸素の一部が酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂに供給される場合がある。したがって、酸化膜２３０Ｃのスパッタリングガスに含まれる酸素の割合は７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは１００％とすればよい。
次に、絶縁膜２５０Ａを成膜する。絶縁膜２５０Ａは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて成膜することができる。絶縁膜２５０Ａとして、ＣＶＤ法により、酸化窒化シリコンを成膜することが好ましい。なお、絶縁膜２５０Ａを成膜する際の成膜温度は、３５０℃以上４５０℃未満、特に４００℃前後とすることが好ましい。絶縁膜２５０Ａを、４００℃で成膜することで、不純物が少ない絶縁体を成膜することができる。
　なお、マイクロ波で酸素を励起し、高密度な酸素プラズマを発生させ、当該酸素プラズマに絶縁膜２５０Ａを曝すことで、絶縁膜２５０Ａへ酸素を導入することができる。
　また、加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、前述の加熱処理条件を用いることができる。当該加熱処理によって、絶縁膜２５０Ａの水分濃度および水素濃度を低減させることができる。
　次に、導電膜２６０Ａａおよび導電膜２６０Ａｂを成膜する。導電膜２６０Ａａおよび導電膜２６０Ａｂの成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。例えば、ＣＶＤ法を用いることが好ましい。本実施の形態では、ＡＬＤ法を用いて、導電膜２６０Ａａを成膜し、ＣＶＤ法を用いて導電膜２６０Ａｂを成膜する（図８参照）。
　次に、ＣＭＰ処理によって、酸化膜２３０Ｃ、絶縁膜２５０Ａ、導電膜２６０Ａａおよび導電膜２６０Ａｂを絶縁体２８０が露出するまで研磨することによって、酸化物２３０ｃ、絶縁体２５０および導電体２６０（導電体２６０ａおよび導電体２６０ｂ）を形成する（図９参照）。
　次に、絶縁体２８０上に、絶縁体２８２となる絶縁膜を形成してもよい。絶縁体２８２となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。絶縁体２８２となる絶縁膜としては、例えば、スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を成膜することが好ましい。スパッタリング法によって、酸化アルミニウム膜を成膜することによって、絶縁体２８０が有する水素を酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる場合がある（図９参照）。
　次に絶縁体２８２上に、絶縁体２８３となる絶縁体を成膜してもよい。絶縁体２８３となる絶縁膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる（図９参照）。
　次に、絶縁体２７３、絶縁体２７４、絶縁体２８０、絶縁体２８２および絶縁体２８３に、導電体２４２ａおよび導電体２４２ｂに達する開口を形成する。当該開口の形成は、リソグラフィー法を用いて行えばよい。
　次に、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂとなる導電膜を成膜する。導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂとなる導電膜は、水、水素など不純物の透過を抑制する機能を有する導電体を含む積層構造とすることが望ましい。たとえば、窒化タンタル、窒化チタンなどと、タングステン、モリブデン、銅など、と、の積層とすることができる。導電体２４０となる導電膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
　次に、ＣＭＰ処理を行うことで、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂとなる導電膜の一部を除去し、絶縁体２８３を露出する。その結果、上記開口のみに、当該導電膜が残存することで上面が平坦な導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂを形成することができる（図１参照）。
　また、開口の側壁部に酸化アルミニウムを形成した後に、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂを形成してもよい。開口の側壁部に酸化アルミニウムを形成することで、外方からの酸素の透過を抑制し、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂの酸化を防止することができる。また、導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂから、水、水素などの不純物が外部に拡散することを防ぐことができる。該酸化アルミニウムの形成は、開口にＡＬＤ法などを用いて酸化アルミニウムを成膜し、異方性エッチングを行うことで形成することができる。
　以上により、図１に示すトランジスタ２００を有する半導体装置を作製することができる。図４乃至図９に示すように、本実施の形態に示す半導体装置の作製方法を用いることで、トランジスタ２００を作製することができる。
＜半導体装置の変形例＞
　以下では、図１０および図１１を用いて、先の＜半導体装置の構成例＞で示したものとは異なる、本発明の一態様に係るトランジスタ２００を有する半導体装置の一例について説明する。
　各図の（Ａ）は、トランジスタ２００を有する半導体装置の上面図である。また、各図の（Ｂ）は、（Ａ）にＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル長方向の断面図でもある。また、各図の（Ｃ）は、（Ａ）にＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図でもある。なお、各図の（Ａ）の上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
　なお、図１０および図１１に示す半導体装置において、＜半導体装置の構成例＞に示した半導体装置（図１参照）を構成する構成要素と同機能を有する構成要素には、同符号を付記する。
　以下、トランジスタ２００の構成について、それぞれ図１０を用いて説明する。なお、本項目においても、トランジスタ２００の構成材料については＜半導体装置の構成例＞で詳細に説明した材料を用いることができる。
　図１０に示す半導体装置は、＜半導体装置の構成例＞に示した半導体装置（図１参照）とは、酸化物２３０ｃが設けられていない点が異なる。その他の構成、効果については、図１に示す半導体装置を参酌することができる。
　図１１に示すトランジスタ２００は、導電体２４２が設けられていない点において、図１に示すトランジスタ２００と異なる。図１１に示すトランジスタ２００においては、例えば、酸化物２３０のキャリア密度を増大させ、低抵抗化させることができる元素をドーパントとして添加することによって、領域２４３（領域２４３ａ、および領域２４３ｂ）を形成すればよい。
　ドーパントとしては、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素などを用いればよい。このような元素としては、代表的には、ホウ素、またはリンが挙げられる。また、水素、炭素、窒素、フッ素、硫黄、塩素、チタン、希ガス等を用いてもよい。また、希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。また、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンなどの金属元素の中から選ばれるいずれか一つまたは複数の金属元素を添加してもよい。上述した中でもドーパントとしては、ホウ素、及びリンが好ましい。ホウ素、リンをドーパントとして用いる場合、アモルファスシリコン、または低温ポリシリコンの製造ラインの装置を使用することができるため、設備投資を抑制することができる。上記元素の濃度は、ＳＩＭＳなどを用いて測定すればよい。
　特に、領域２４３に添加する元素として、酸化物を形成しやすい元素を用いることが好ましい。このような元素としては、代表的にはホウ素、リン、アルミニウム、マグネシウム等がある。領域２４３に添加された当該元素は、酸化物２３０中の酸素を奪って酸化物を形成しうる。その結果、領域２４３には多くの酸素欠損が生じる。当該酸素欠損と、酸化物２３０中の水素とが結合することでキャリアが生じ、極めて低抵抗な領域となる。さらに、領域２４３に添加された元素は安定な酸化物の状態で領域２４３に存在するため、その後の工程で高い温度を要する処理が行われたとしても、領域２４３から脱離しにくい。すなわち、領域２４３に添加する元素として、酸化物を形成しやすい元素を用いることで、酸化物２３０中に高温のプロセスを経ても高抵抗化しにくい領域を形成できる。
　酸化物２３０にソース領域またはドレイン領域として機能する領域２４３を形成することで、金属で形成されたソース電極およびドレイン電極を設けることなく、領域２４３にプラグとして機能する導電体２４０を接続することができる。
　ドーパントの添加によって領域２４３を形成する場合、例えば、トランジスタ２００のチャネル形成領域となる位置にレジストマスクまたはハードマスクなどのマスクを設けて、ドーパントの添加を行えばよい。これにより、酸化物２３０において、当該マスクが重畳していない領域に、上記の元素を含む領域２４３を形成することができる。
　ドーパントの添加方法としては、イオン化された原料ガスを質量分離して添加するイオン注入法、イオン化された原料ガスを質量分離せずに添加するイオンドーピング法、プラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いることができる。質量分離を行う場合、添加するイオン種およびその濃度を厳密に制御することができる。一方、質量分離を行わない場合、短時間で高濃度のイオンを添加することができる。また、原子または分子のクラスターを生成してイオン化するイオンドーピング法を用いてもよい。なお、ドーパントを、イオン、ドナー、アクセプター、不純物または元素などと言い換えてもよい。
　また、領域２４３に酸素欠損を形成する元素を添加して、熱処理を行うことで、チャネル形成領域として機能する領域２３４に含まれる水素を、領域２４３に含まれる酸素欠損で捕獲できる場合がある。これにより、トランジスタ２００に安定な電気特性を与え、信頼性の向上を図ることができる。
　以上、本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態に示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図１２および図１３を用いて説明する。
［記憶装置１］
本発明の一態様である容量素子を使用した、半導体装置（記憶装置）の一例を図１２に示す。本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ２００はトランジスタ３００の上方に設けられ、容量素子１００はトランジスタ３００、およびトランジスタ２００の上方に設けられている。なお、トランジスタ２００として、先の実施の形態で説明したトランジスタ２００を用いることができる。
トランジスタ２００は、酸化物半導体を有する半導体層にチャネルが形成されるトランジスタである。トランジスタ２００は、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に用いることにより長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要としない、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。
図１２に示す半導体装置において、配線１００１はトランジスタ３００のソースと電気的に接続され、配線１００２はトランジスタ３００のドレインと電気的に接続されている。また、配線１００３はトランジスタ２００のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線１００４はトランジスタ２００の第１のゲートと電気的に接続され、配線１００６はトランジスタ２００の第２のゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ３００のゲート、およびトランジスタ２００のソースおよびドレインの他方は、容量素子１００の電極の一方と電気的に接続され、配線１００５は容量素子１００の電極の他方と電気的に接続されている。
また、図１２に示す記憶装置は、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。
＜トランジスタ３００＞
トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、ゲートとして機能する導電体３１６、ゲート絶縁体として機能する絶縁体３１５、基板３１１の一部からなる半導体領域３１３、およびソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂを有する。トランジスタ３００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
ここで、図１２に示すトランジスタ３００はチャネルが形成される半導体領域３１３（基板３１１の一部）が凸形状を有する。また、半導体領域３１３の側面および上面を、絶縁体３１５を介して、導電体３１６が覆うように設けられている。なお、導電体３１６は仕事関数を調整する材料を用いてもよい。このようなトランジスタ３００は半導体基板の凸部を利用していることからＦＩＮ型トランジスタとも呼ばれる。なお、凸部の上部に接して、凸部を形成するためのマスクとして機能する絶縁体を有していてもよい。また、ここでは半導体基板の一部を加工して凸部を形成する場合を示したが、ＳＯＩ基板を加工して凸形状を有する半導体膜を形成してもよい。
なお、図１２に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
＜容量素子１００＞
容量素子１００は、トランジスタ２００の上方に設けられる。容量素子１００は、第１の電極として機能する導電体１１０と、第２の電極として機能する導電体１２０、および誘電体として機能する絶縁体１３０とを有する。
また、例えば、導電体２４６上に設けた導電体１１２と、導電体１１０は、同時に形成することができる。なお、導電体１１２は、容量素子１００、トランジスタ２００、またはトランジスタ３００と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。
図１２では、導電体１１２、および導電体１１０は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、および導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。
また、絶縁体１３０は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、窒化酸化ハフニウム、窒化ハフニウムなどを用いればよく、積層または単層で設けることができる。
例えば、絶縁体１３０には、酸化窒化シリコンなどの絶縁耐力が大きい材料と、比誘電率の高い（ｈｉｇｈ−ｋ）材料との積層構造を用いることが好ましい。当該構成により、容量素子１００は、ｈｉｇｈ−ｋの絶縁体を有することで、十分な容量を確保でき、絶縁耐力が大きい絶縁体を有することで、絶縁耐力が向上し、容量素子１００の静電破壊を抑制することができる。
なお、ｈｉｇｈ−ｋ材料の絶縁体としては、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などがある。
一方、絶縁耐力が大きい材料（低い比誘電率の材料）としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などがある。
＜配線層＞
各構造体の間には、層間膜、配線、およびプラグ等が設けられた配線層が設けられていてもよい。また、配線層は、設計に応じて複数層設けることができる。ここで、プラグまたは配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と電気的に接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
例えば、トランジスタ３００上には、層間膜として、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６が順に積層して設けられている。また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６には容量素子１００、またはトランジスタ２００と電気的に接続する導電体３２８、および導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、および導電体３３０はプラグ、または配線として機能する。
また、層間膜として機能する絶縁体は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
絶縁体３２６、および導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１２において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、プラグ、または配線として機能する。
同様に、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６には、導電体２１８、及びトランジスタ２００を構成する導電体（導電体２０５）等が埋め込まれている。なお、導電体２１８は、容量素子１００、またはトランジスタ３００と電気的に接続するプラグ、または配線としての機能を有する。さらに、導電体１２０、および絶縁体１３０上には、絶縁体１５０が設けられている。
層間膜として用いることができる絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
例えば、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。
例えば、絶縁体１５０、絶縁体２１２、絶縁体３５２、および絶縁体３５４等には、比誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、当該絶縁体は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などを有することが好ましい。または、当該絶縁体は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造を有することが好ましい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。従って、絶縁体２１０、および絶縁体３５０等には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いることが好ましい。
水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。
配線、プラグに用いることができる導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
例えば、導電体３２８、導電体３３０、導電体３５６、導電体２１８、および導電体１１２等としては、上記の材料で形成される金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
＜＜酸化物半導体が設けられた層の配線、またはプラグ＞＞
なお、トランジスタ２００に、酸化物半導体を用いる場合、酸化物半導体の近傍に過剰酸素領域を有する絶縁体が設けることがある。その場合、該過剰酸素領域を有する絶縁体と、該過剰酸素領域を有する絶縁体に設ける導電体との間に、バリア性を有する絶縁体を設けることが好ましい。
例えば、図１２では、絶縁体２２４と、導電体２４６との間に、絶縁体２７６を設けるとよい。特に、絶縁体２７６は、過剰酸素領域を有する絶縁体２２４と、絶縁体２２４を挟む絶縁体２２２と、絶縁体２７３および絶縁体２７４と、接して設けられることが好ましい。絶縁体２７６と、絶縁体２２２、および絶縁体２８３とが接して設けられることで、絶縁体２２４、およびトランジスタ２００は、バリア性を有する絶縁体により、封止する構造とすることができる。さらに、絶縁体２７６は、絶縁体２８０の一部とも接することが好ましい。絶縁体２７６が、絶縁体２８０まで延在していることで、酸素や不純物の拡散を、より抑制することができる。
つまり、絶縁体２７６を設けることで、絶縁体２２２が有する過剰酸素が、導電体２４６に吸収されることを抑制することができる。また、絶縁体２７６を有することで、不純物である水素が、導電体２４６を介して、トランジスタ２００へ拡散することを抑制することができる。
なお、絶縁体２７６としては、水または水素などの不純物、および酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。また、他にも、例えば、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。
以上が構成例についての説明である。本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。または、オン電流が大きい酸化物半導体を有するトランジスタを提供することができる。または、オフ電流が小さい酸化物半導体を有するトランジスタを提供することができる。または、消費電力が低減された半導体装置を提供することができる。
［記憶装置２］
本発明の一態様である半導体装置を使用した、記憶装置の一例を図１３に示す。図１３に示す記憶装置は、図１２で示したトランジスタ２００、トランジスタ３００、および容量素子１００を有する半導体装置に加え、トランジスタ４００を有している。
トランジスタ４００は、トランジスタ２００の第２のゲート電圧を制御することができる。例えば、トランジスタ４００の第１のゲート及び第２のゲートをソースとダイオード接続し、トランジスタ４００のソースと、トランジスタ２００の第２のゲートを接続する構成とする。当該構成でトランジスタ２００の第２のゲートの負電位を保持するとき、トランジスタ４００の第１のゲートーソース間の電圧および、第２のゲートーソース間の電圧は、０Ｖになる。トランジスタ４００において、第２のゲート電圧及び第１のゲート電圧が０Ｖのときのドレイン電流が非常に小さいため、トランジスタ２００およびトランジスタ４００に電源供給をしなくても、トランジスタ２００の第２のゲートの負電位を長時間維持することができる。これにより、トランジスタ２００、およびトランジスタ４００を有する記憶装置は、長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。
従って、図１３において、配線１００１はトランジスタ３００のソースと電気的に接続され、配線１００２はトランジスタ３００のドレインと電気的に接続されている。また、配線１００３はトランジスタ２００のソースおよびドレインの一方と電気的に接続され、配線１００４はトランジスタ２００のゲートと電気的に接続され、配線１００６はトランジスタ２００のバックゲートと電気的に接続されている。そして、トランジスタ３００のゲート、およびトランジスタ２００のソースおよびドレインの他方は、容量素子１００の電極の一方と電気的に接続され、配線１００５は容量素子１００の電極の他方と電気的に接続されている。配線１００７はトランジスタ４００のソースと電気的に接続され、配線１００８はトランジスタ４００のゲートと電気的に接続され、配線１００９はトランジスタ４００のバックゲートと電気的に接続され、配線１０１０はトランジスタ４００のドレインと電気的に接続されている。ここで、配線１００６、配線１００７、配線１００８、及び配線１００９が電気的に接続されている。
また、図１３に示す記憶装置は、図１２に示す記憶装置と同様に、マトリクス状に配置することで、メモリセルアレイを構成することができる。なお、１個のトランジスタ４００は、複数のトランジスタ２００の第２のゲート電圧を制御することができる。そのため、トランジスタ４００は、トランジスタ２００よりも、少ない個数を設けるとよい。
＜トランジスタ４００＞
トランジスタ４００は、トランジスタ２００と、同じ層に形成されており、並行して作製することができるトランジスタである。トランジスタ４００は、第１のゲートとして機能する導電体４６０（導電体４６０ａ、および導電体４６０ｂ）と、第２のゲートとして機能する導電体４０５と、ゲート絶縁層として機能する絶縁体２２０、絶縁体２２２、絶縁体２２４、および絶縁体４５０と、チャネルが形成される領域を有する酸化物４３０ｃと、ソースまたはドレインの一方として機能する導電体４４２ａ、酸化物４３１ａ、および酸化物４３１ｂと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電体４４２ｂ、酸化物４３２ａ、および酸化物４３２ｂと、導電体４４０（導電体４４０ａ、および導電体４４０ｂ）と、を有する。
トランジスタ４００において、導電体４０５は、導電体２０５と、同じ層である。酸化物４３１ａ、および酸化物４３２ａと、酸化物２３０ａと、同じ層であり、酸化物４３１ｂ、および酸化物４３２ｂと、酸化物２３０ｂと、同じ層である。導電体４４２は、導電体２４２と、同じ層である。酸化物４３０ｃは、酸化物２３０ｃは同じ層である。絶縁体４５０は、絶縁体２５０と、同じ層である。導電体４６０は、導電体２６０と、同じ層である。
なお、同じ層に形成された構造体は、同時に形成することができる。例えば、酸化物４３０ｃは、酸化物２３０ｃとなる酸化膜を加工することで、形成することができる。
トランジスタ４００の活性層として機能する酸化物４３０ｃは、酸化物２３０などと同様に、酸素欠損が低減され、水素または水などの不純物が低減されている。これにより、トランジスタ４００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減し、第２のゲート電圧及び第１のゲート電圧が０Ｖのときのドレイン電流を非常に小さくすることができる。
＜ダイシングライン＞
以下では、大面積基板を半導体素子ごとに分断することによって、複数の半導体装置をチップ状で取り出す場合に設けられるダイシングライン（スクライブライン、分断ライン、又は切断ラインと呼ぶ場合がある）について説明する。分断方法としては、例えば、まず、基板に半導体素子を分断するための溝（ダイシングライン）を形成した後、ダイシングラインにおいて切断し、複数の半導体装置に分断（分割）する方法がある。
ここで、例えば、図１３に示すように、絶縁体２７３と、絶縁体２２２とが接する領域をダイシングラインとなるように設計することが好ましい。つまり、複数のトランジスタ２００を有するメモリセル、およびトランジスタ４００の外縁に設けられるダイシングラインとなる領域近傍において、絶縁体２２４に開口を設ける。また、絶縁体２２４の側面を覆うように、絶縁体２７３、および絶縁体２７４を設ける。
つまり、上記絶縁体２２４に設けた開口において、絶縁体２２２と、絶縁体２７３とが接する。例えば、このとき、絶縁体２２２と、絶縁体２７３とを同材料及び同方法を用いて形成してもよい。絶縁体２２２、および絶縁体２７３を、同材料、および同方法で設けることで、密着性を高めることができる。例えば、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。
当該構造により、絶縁体２２２、および絶縁体２７３で、絶縁体２２４、トランジスタ２００、およびトランジスタ４００を包み込むことができる。絶縁体２２２、および絶縁体２７３は、酸素、水素、及び水の拡散を抑制する機能を有しているため、本実施の形態に示す半導体素子が形成された回路領域ごとに、基板を分断することにより、複数のチップに加工しても、分断した基板の側面方向から、水素又は水などの不純物が混入し、トランジスタ２００、およびトランジスタ４００に拡散することを防ぐことができる。
また、当該構造により、絶縁体２２４の過剰酸素が絶縁体２７３、および絶縁体２２２の外部に拡散することを防ぐことができる。従って、絶縁体２２４の過剰酸素は、効率的にトランジスタ２００、またはトランジスタ４００におけるチャネルが形成される酸化物に供給される。当該酸素により、トランジスタ２００、またはトランジスタ４００におけるチャネルが形成される酸化物の酸素欠損を低減することができる。これにより、トランジスタ２００、またはトランジスタ４００におけるチャネルが形成される酸化物を欠陥準位密度が低い、安定な特性を有する酸化物半導体とすることができる。つまり、トランジスタ２００、またはトランジスタ４００の電気特性の変動を抑制すると共に、信頼性を向上させることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、図１４および図１５を用いて、本発明の一態様に係る、酸化物を半導体に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタと呼ぶ場合がある）、および容量素子が適用されている記憶装置（以下、ＯＳメモリ装置と呼ぶ場合がある）について説明する。ＯＳメモリ装置は、少なくとも容量素子と、容量素子の充放電を制御するＯＳトランジスタを有する記憶装置である。ＯＳトランジスタのオフ電流は極めて小さいので、ＯＳメモリ装置は優れた保持特性をもち、不揮発性メモリとして機能させることができる。
＜記憶装置の構成例＞
図１４（Ａ）にＯＳメモリ装置の構成の一例を示す。記憶装置１４００は、周辺回路１４１１、およびメモリセルアレイ１４７０を有する。周辺回路１４１１は、行回路１４２０、列回路１４３０、出力回路１４４０、コントロールロジック回路１４６０を有する。
列回路１４３０は、例えば、列デコーダ、プリチャージ回路、センスアンプ、および書き込み回路等を有する。プリチャージ回路は、配線をプリチャージする機能を有する。センスアンプは、メモリセルから読み出されたデータ信号を増幅する機能を有する。なお、上記配線は、メモリセルアレイ１４７０が有するメモリセルに接続されている配線であり、詳しくは後述する。増幅されたデータ信号は、出力回路１４４０を介して、データ信号ＲＤＡＴＡとして記憶装置１４００の外部に出力される。また、行回路１４２０は、例えば、行デコーダ、ワード線ドライバ回路等を有し、アクセスする行を選択することができる。
記憶装置１４００には、外部から電源電圧として低電源電圧（ＶＳＳ）、周辺回路１４１１用の高電源電圧（ＶＤＤ）、メモリセルアレイ１４７０用の高電源電圧（ＶＩＬ）が供給される。また、記憶装置１４００には、制御信号（ＣＥ、ＷＥ、ＲＥ）、アドレス信号ＡＤＤＲ、データ信号ＷＤＡＴＡが外部から入力される。アドレス信号ＡＤＤＲは、行デコーダおよび列デコーダに入力され、ＷＤＡＴＡは書き込み回路に入力される。
コントロールロジック回路１４６０は、外部からの入力信号（ＣＥ、ＷＥ、ＲＥ）を処理して、行デコーダ、列デコーダの制御信号を生成する。ＣＥは、チップイネーブル信号であり、ＷＥは、書き込みイネーブル信号であり、ＲＥは、読み出しイネーブル信号である。コントロールロジック回路１４６０が処理する信号は、これに限定されるものではなく、必要に応じて、他の制御信号を入力すればよい。
メモリセルアレイ１４７０は、行列状に配置された、複数個のメモリセルＭＣと、複数の配線を有する。なお、メモリセルアレイ１４７０と行回路１４２０とを接続している配線の数は、メモリセルＭＣの構成、一列に有するメモリセルＭＣの数などによって決まる。また、メモリセルアレイ１４７０と列回路１４３０とを接続している配線の数は、メモリセルＭＣの構成、一行に有するメモリセルＭＣの数などによって決まる。
なお、図１４（Ａ）において、周辺回路１４１１とメモリセルアレイ１４７０を同一平面上に形成する例について示したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、図１４（Ｂ）に示すように、周辺回路１４１１の一部の上に、メモリセルアレイ１４７０が重なるように設けられてもよい。例えば、メモリセルアレイ１４７０の下に重なるように、センスアンプを設ける構成にしてもよい。
図１５に上述のメモリセルＭＣに適用できるメモリセルの構成例について説明する。
［ＤＯＳＲＡＭ］
図１５（Ａ）乃至（Ｃ）に、ＤＲＡＭのメモリセルの回路構成例を示す。本明細書等において、１ＯＳトランジスタ１容量素子型のメモリセルを用いたＤＲＡＭを、ＤＯＳＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）と呼ぶ場合がある。図１５（Ａ）に示す、メモリセル１４７１は、トランジスタＭ１と、容量素子ＣＡと、を有する。なお、トランジスタＭ１は、ゲート（フロントゲートと呼ぶ場合がある）、及びバックゲートを有する。
トランジスタＭ１の第１端子は、容量素子ＣＡの第１端子と接続され、トランジスタＭ１の第２端子は、配線ＢＩＬと接続され、トランジスタＭ１のゲートは、配線ＷＯＬと接続され、トランジスタＭ１のバックゲートは、配線ＢＧＬと接続されている。容量素子ＣＡの第２端子は、配線ＣＡＬと接続されている。
配線ＢＩＬは、ビット線として機能し、配線ＷＯＬは、ワード線として機能する。配線ＣＡＬは、容量素子ＣＡの第２端子に所定の電位を印加するための配線として機能する。データの書き込み時、及び読み出し時において、配線ＣＡＬには、低レベル電位を印加するのが好ましい。配線ＢＧＬは、トランジスタＭ１のバックゲートに電位を印加するための配線として機能する。配線ＢＧＬに任意の電位を印加することによって、トランジスタＭ１のしきい値電圧を増減することができる。
また、メモリセルＭＣは、メモリセル１４７１に限定されず、回路構成の変更を行うことができる。例えば、メモリセルＭＣは、図１５（Ｂ）に示すメモリセル１４７２のように、トランジスタＭ１のバックゲートが、配線ＢＧＬでなく、配線ＷＯＬと接続される構成にしてもよい。また、例えば、メモリセルＭＣは、図１５（Ｃ）に示すメモリセル１４７３ように、シングルゲート構造のトランジスタ、つまりバックゲートを有さないトランジスタＭ１で構成されたメモリセルとしてもよい。
上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル１４７１等に用いる場合、トランジスタＭ１としてトランジスタ２００を用い、容量素子ＣＡとして容量素子１００を用いることができる。トランジスタＭ１としてＯＳトランジスタを用いることによって、トランジスタＭ１のリーク電流を非常に低くすることができる。つまり、書き込んだデータをトランジスタＭ１によって長時間保持することができるため、メモリセルのリフレッシュの頻度を少なくすることができる。また、メモリセルのリフレッシュ動作を不要にすることができる。また、リーク電流が非常に低いため、メモリセル１４７１、メモリセル１４７２、メモリセル１４７３に対して多値データ、又はアナログデータを保持することができる。
また、ＤＯＳＲＡＭにおいて、上記のように、メモリセルアレイ１４７０の下に重なるように、センスアンプを設ける構成にすると、ビット線を短くすることができる。これにより、ビット線容量が小さくなり、メモリセルの保持容量を低減することができる。
［ＮＯＳＲＡＭ］
図１５（Ｄ）乃至（Ｇ）に、２トランジスタ１容量素子のゲインセル型のメモリセルの回路構成例を示す。図１５（Ｄ）に示す、メモリセル１４７４は、トランジスタＭ２と、トランジスタＭ３と、容量素子ＣＢと、を有する。なお、トランジスタＭ２は、フロントゲート（単にゲートと呼ぶ場合がある）、及びバックゲートを有する。本明細書等において、トランジスタＭ２にＯＳトランジスタを用いたゲインセル型のメモリセルを有する記憶装置を、ＮＯＳＲＡＭ（Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ＲＡＭ）と呼ぶ場合がある。
トランジスタＭ２の第１端子は、容量素子ＣＢの第１端子と接続され、トランジスタＭ２の第２端子は、配線ＷＢＬと接続され、トランジスタＭ２のゲートは、配線ＷＯＬと接続され、トランジスタＭ２のバックゲートは、配線ＢＧＬと接続されている。容量素子ＣＢの第２端子は、配線ＣＡＬと接続されている。トランジスタＭ３の第１端子は、配線ＲＢＬと接続され、トランジスタＭ３の第２端子は、配線ＳＬと接続され、トランジスタＭ３のゲートは、容量素子ＣＢの第１端子と接続されている。
配線ＷＢＬは、書き込みビット線として機能し、配線ＲＢＬは、読み出しビット線として機能し、配線ＷＯＬは、ワード線として機能する。配線ＣＡＬは、容量素子ＣＢの第２端子に所定の電位を印加するための配線として機能する。データの書き込み時、データ保持の最中、データの読み出し時において、配線ＣＡＬには、低レベル電位を印加するのが好ましい。配線ＢＧＬは、トランジスタＭ２のバックゲートに電位を印加するための配線として機能する。配線ＢＧＬに任意の電位を印加することによって、トランジスタＭ２のしきい値電圧を増減することができる。
また、メモリセルＭＣは、メモリセル１４７４に限定されず、回路の構成を適宜変更することができる。例えば、メモリセルＭＣは、図１５（Ｅ）に示すメモリセル１４７５のように、トランジスタＭ２のバックゲートが、配線ＢＧＬでなく、配線ＷＯＬと接続される構成にしてもよい。また、例えば、メモリセルＭＣは、図１５（Ｆ）に示すメモリセル１４７６のように、シングルゲート構造のトランジスタ、つまりバックゲートを有さないトランジスタＭ２で構成されたメモリセルとしてもよい。また、例えば、メモリセルＭＣは、図１５（Ｇ）に示すメモリセル１４７７のように、配線ＷＢＬと配線ＲＢＬを一本の配線ＢＩＬとしてまとめた構成であってもよい。
上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル１４７４等に用いる場合、トランジスタＭ２としてトランジスタ２００を用い、トランジスタＭ３としてトランジスタ３００を用い、容量素子ＣＢとして容量素子１００を用いることができる。トランジスタＭ２としてＯＳトランジスタを用いることによって、トランジスタＭ２のリーク電流を非常に低くすることができる。これにより、書き込んだデータをトランジスタＭ２によって長時間保持することができるため、メモリセルのリフレッシュの頻度を少なくすることができる。また、メモリセルのリフレッシュ動作を不要にすることができる。また、リーク電流が非常に低いため、メモリセル１４７４に多値データ、又はアナログデータを保持することができる。メモリセル１４７５乃至１４７７も同様である。
なお、トランジスタＭ３は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタと呼ぶ場合がある）であってもよい。Ｓｉトランジスタの導電型は、ｎチャネル型としてもよいし、ｐチャネル型としてもよい。Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタよりも電界効果移動度が高くなる場合がある。よって、読み出しトランジスタとして機能するトランジスタＭ３として、Ｓｉトランジスタを用いてもよい。また、トランジスタＭ３にＳｉトランジスタを用いることで、トランジスタＭ３の上に積層してトランジスタＭ２を設けることができるので、メモリセルの占有面積を低減し、記憶装置の高集積化を図ることができる。
また、トランジスタＭ３はＯＳトランジスタであってもよい。トランジスタＭ２、Ｍ３にＯＳトランジスタを用いた場合、メモリセルアレイ１４７０をｎ型トランジスタのみを用いて回路を構成することができる。
また、図１５（Ｈ）に３トランジスタ１容量素子のゲインセル型のメモリセルの一例を示す。図１５（Ｈ）に示すメモリセル１４７８は、トランジスタＭ４乃至Ｍ６、および容量素子ＣＣを有する。容量素子ＣＣは適宜設けられる。メモリセル１４７８は、配線ＢＩＬ、ＲＷＬ、ＷＷＬ、ＢＧＬ、およびＧＮＤＬに電気的に接続されている。配線ＧＮＤＬは低レベル電位を与える配線である。なお、メモリセル１４７８を、配線ＢＩＬに代えて、配線ＲＢＬ、ＷＢＬに電気的に接続してもよい。
トランジスタＭ４は、バックゲートを有するＯＳトランジスタであり、バックゲートは配線ＢＧＬに電気的に接続されている。なお、トランジスタＭ４のバックゲートとゲートとを互いに電気的に接続してもよい。あるいは、トランジスタＭ４はバックゲートを有さなくてもよい。
なお、トランジスタＭ５、Ｍ６はそれぞれ、ｎチャネル型Ｓｉトランジスタまたはｐチャネル型Ｓｉトランジスタでもよい。或いは、トランジスタＭ４乃至Ｍ６がＯＳトランジスタでもよい、この場合、メモリセルアレイ１４７０をｎ型トランジスタのみを用いて回路を構成することができる。
上記実施の形態に示す半導体装置をメモリセル１４７８に用いる場合、トランジスタＭ４としてトランジスタ２００を用い、トランジスタＭ５、Ｍ６としてトランジスタ３００を用い、容量素子ＣＣとして容量素子１００を用いることができる。トランジスタＭ４としてＯＳトランジスタを用いることによって、トランジスタＭ４のリーク電流を非常に低くすることができる。
なお、本実施の形態に示す、周辺回路１４１１、およびメモリセルアレイ１４７０等の構成は、上記に限定されるものではない。これらの回路、および当該回路に接続される配線、回路素子等の、配置または機能は、必要に応じて、変更、削除、または追加してもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態などに示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、図１６を用いて、本発明の半導体装置が実装されたチップ１２００の一例を示す。チップ１２００には、複数の回路（システム）が実装されている。このように、複数の回路（システム）を一つのチップに集積する技術を、システムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　Ｃｈｉｐ：ＳｏＣ）と呼ぶ場合がある。
図１６（Ａ）に示すように、チップ１２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１１、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）１２１２、一または複数のアナログ演算部１２１３、一または複数のメモリコントローラ１２１４、一または複数のインターフェース１２１５、一または複数のネットワーク回路１２１６等を有する。
チップ１２００には、バンプ（図示しない）が設けられ、図１６（Ｂ）に示すように、プリント基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）１２０１の第１の面と接続する。また、ＰＣＢ１２０１の第１の面の裏面には、複数のバンプ１２０２が設けられており、マザーボード１２０３と接続する。
マザーボード１２０３には、ＤＲＡＭ１２２１、フラッシュメモリ１２２２等の記憶装置が設けられていてもよい。例えば、ＤＲＡＭ１２２１に先の実施の形態に示すＤＯＳＲＡＭを用いることができる。また、例えば、フラッシュメモリ１２２２に先の実施の形態に示すＮＯＳＲＡＭを用いることができる。
ＣＰＵ１２１１は、複数のＣＰＵコアを有することが好ましい。また、ＧＰＵ１２１２は、複数のＧＰＵコアを有することが好ましい。また、ＣＰＵ１２１１、およびＧＰＵ１２１２は、それぞれ一時的にデータを格納するメモリを有していてもよい。または、ＣＰＵ１２１１、およびＧＰＵ１２１２に共通のメモリが、チップ１２００に設けられていてもよい。該メモリには、前述したＮＯＳＲＡＭや、ＤＯＳＲＡＭを用いることができる。また、ＧＰＵ１２１２は、多数のデータの並列計算に適しており、画像処理や積和演算に用いることができる。ＧＰＵ１２１２に、本発明の酸化物半導体を用いた画像処理回路や、積和演算回路を設けることで、画像処理、および積和演算を低消費電力で実行することが可能になる。
また、ＣＰＵ１２１１、およびＧＰＵ１２１２が同一チップに設けられていることで、ＣＰＵ１２１１およびＧＰＵ１２１２間の配線を短くすることができ、ＣＰＵ１２１１からＧＰＵ１２１２へのデータ転送、ＣＰＵ１２１１、およびＧＰＵ１２１２が有するメモリ間のデータ転送、およびＧＰＵ１２１２での演算後に、ＧＰＵ１２１２からＣＰＵ１２１１への演算結果の転送を高速に行うことができる。
アナログ演算部１２１３はＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換回路、およびＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換回路の一、または両方を有する。また、アナログ演算部１２１３に上記積和演算回路を設けてもよい。
メモリコントローラ１２１４は、ＤＲＡＭ１２２１のコントローラとして機能する回路、およびフラッシュメモリ１２２２のインターフェースとして機能する回路を有する。
インターフェース１２１５は、表示装置、スピーカー、マイクロフォン、カメラ、コントローラなどの外部接続機器とのインターフェース回路を有する。コントローラとは、マウス、キーボード、ゲーム用コントローラなどを含む。このようなインターフェースとして、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）などを用いることができる。
ネットワーク回路１２１６は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのネットワーク回路を有する。また、ネットワークセキュリティー用の回路を有してもよい。
チップ１２００には、上記回路（システム）を同一の製造プロセスで形成することが可能である。そのため、チップ１２００に必要な回路の数が増えても、製造プロセスを増やす必要が無く、チップ１２００を低コストで作製することができる。
ＧＰＵ１２１２を有するチップ１２００が設けられたＰＣＢ１２０１、ＤＲＡＭ１２２１、およびフラッシュメモリ１２２２が設けられたマザーボード１２０３は、ＧＰＵモジュール１２０４と呼ぶことができる。
ＧＰＵモジュール１２０４は、ＳｏＣ技術を用いたチップ１２００を有しているため、そのサイズを小さくすることができる。また、画像処理に優れていることから、スマートフォン、タブレット端末、ラップトップＰＣ、携帯型（持ち出し可能な）ゲーム機などの携帯型電子機器に用いることが好適である。また、ＧＰＵ１２１２を用いた積和演算回路により、ディープニューラルネットワーク（ＤＮＮ）、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）、再帰型ニューラルネットワーク（ＲＮＮ）、自己符号化器、深層ボルツマンマシン（ＤＢＭ）、深層信念ネットワーク（ＤＢＮ）などの演算を実行することができるため、チップ１２００をＡＩチップ、またはＧＰＵモジュール１２０４をＡＩシステムモジュールとして用いることができる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、先の実施の形態に示す半導体装置を用いた記憶装置の応用例について説明する。先の実施の形態に示す半導体装置は、例えば、各種電子機器（例えば、情報端末、コンピュータ、スマートフォン、電子書籍端末、デジタルカメラ（ビデオカメラも含む）、録画再生装置、ナビゲーションシステムなど）の記憶装置に適用できる。なお、ここで、コンピュータとは、タブレット型のコンピュータや、ノート型のコンピュータや、デスクトップ型のコンピュータの他、サーバシステムのような大型のコンピュータを含むものである。または、先の実施の形態に示す半導体装置は、メモリカード（例えば、ＳＤカード）、ＵＳＢメモリ、ＳＳＤ（ソリッド・ステート・ドライブ）等の各種のリムーバブル記憶装置に適用される。図１７にリムーバブル記憶装置の幾つかの構成例を模式的に示す。例えば、先の実施の形態に示す半導体装置は、パッケージングされたメモリチップに加工され、様々なストレージ装置、リムーバブルメモリに用いられる。
図１７（Ａ）はＵＳＢメモリの模式図である。ＵＳＢメモリ１１００は、筐体１１０１、キャップ１１０２、ＵＳＢコネクタ１１０３および基板１１０４を有する。基板１１０４は、筐体１１０１に収納されている。例えば、基板１１０４には、メモリチップ１１０５、コントローラチップ１１０６が取り付けられている。基板１１０４のメモリチップ１１０５などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
図１７（Ｂ）はＳＤカードの外観の模式図であり、図１７（Ｃ）は、ＳＤカードの内部構造の模式図である。ＳＤカード１１１０は、筐体１１１１、コネクタ１１１２および基板１１１３を有する。基板１１１３は筐体１１１１に収納されている。例えば、基板１１１３には、メモリチップ１１１４、コントローラチップ１１１５が取り付けられている。基板１１１３の裏面側にもメモリチップ１１１４を設けることで、ＳＤカード１１１０の容量を増やすことができる。また、無線通信機能を備えた無線チップを基板１１１３に設けてもよい。これによって、ホスト装置とＳＤカード１１１０間の無線通信によって、メモリチップ１１１４のデータの読み出し、書き込みが可能となる。基板１１１３のメモリチップ１１１４などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
図１７（Ｄ）はＳＳＤの外観の模式図であり、図１７（Ｅ）は、ＳＳＤの内部構造の模式図である。ＳＳＤ１１５０は、筐体１１５１、コネクタ１１５２および基板１１５３を有する。基板１１５３は筐体１１５１に収納されている。例えば、基板１１５３には、メモリチップ１１５４、メモリチップ１１５５、コントローラチップ１１５６が取り付けられている。メモリチップ１１５５はコントローラチップ１１５６のワークメモリであり、例えばＤＯＳＲＡＭチップを用いればよい。基板１１５３の裏面側にもメモリチップ１１５４を設けることで、ＳＳＤ１１５０の容量を増やすことができる。基板１１５３のメモリチップ１１５４などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態６）
＜電子機器＞
　本発明の一態様に係る半導体装置は、様々な電子機器に用いることができる。図１８に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の具体例を示す。
　図１８（Ａ）に、モニタ８３０を示す。モニタ８３０は、表示部８３１、筐体８３２、スピーカ８３３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。またモニタ８３０は、リモコン操作機８３４により、操作することができる。
　またモニタ８３０は、放送電波を受信して、テレビジョン装置として機能することができる。
　モニタ８３０が受信できる放送電波としては、地上波、または衛星から送信される電波などが挙げられる。また放送電波として、アナログ放送、デジタル放送などがあり、また映像及び音声、または音声のみの放送などがある。例えばＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ以上３ＧＨｚ以下）またはＶＨＦ帯（３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下）のうちの特定の周波数帯域で送信される放送電波を受信することができる。また例えば、複数の周波数帯域で受信した複数のデータを用いることで、転送レートを高くすることができ、より多くの情報を得ることができる。これによりフルハイビジョンを超える解像度を有する映像を、表示部８３１に表示させることができる。例えば、４Ｋ−２Ｋ、８Ｋ−４Ｋ、１６Ｋ−８Ｋ、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。
　また、インターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）などのコンピュータネットワークを介したデータ伝送技術により送信された放送のデータを用いて、表示部８３１に表示する画像を生成する構成としてもよい。このとき、モニタ８３０にチューナを有さなくてもよい。
　また、モニタ８３０は、コンピュータと接続し、コンピュータ用モニタとして用いることができる。また、コンピュータと接続したモニタ８３０は、複数の人が同時に閲覧可能となり、会議システムに用いることができる。また、ネットワークを介したコンピュータの情報の表示や、モニタ８３０自体のネットワークへの接続により、モニタ８３０をテレビ会議システムに用いることができる。
　また、モニタ８３０はデジタルサイネージとして用いることもできる。
　例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示部の駆動回路や、画像処理部に用いることができる。本発明の一態様の半導体装置を表示部の駆動回路や、画像処理部に用いることで、高速な動作や信号処理を低消費電力にて実現できる。
　また、本発明の一態様の半導体装置を用いたＡＩシステムをモニタ８３０の画像処理部に用いることで、ノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理、輝度補正処理などの画像処理を行うことができる。また、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間処理などを実行することができる。また、階調変換処理は、画像の階調数を変換するだけでなく、階調数を大きくする場合の階調値の補間を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）処理も、階調変換処理に含まれる。
　図１８（Ｂ）に示すビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１、筐体２９４２、表示部２９４３、操作スイッチ２９４４、レンズ２９４５、および接続部２９４６等を有する。操作スイッチ２９４４およびレンズ２９４５は筐体２９４１に設けられており、表示部２９４３は筐体２９４２に設けられている。また、ビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。そして、筐体２９４１と筐体２９４２は、接続部２９４６により接続されており、筐体２９４１と筐体２９４２の間の角度は、接続部２９４６により変えることが可能な構造となっている。筐体２９４１に対する筐体２９４２の角度によって、表示部２９４３に表示される画像の向きの変更や、画像の表示／非表示の切り換えを行うことができる。
　例えば、本発明の一態様の半導体装置を表示部の駆動回路や、画像処理部に用いることができる。本発明の一態様の半導体装置を表示部の駆動回路や、画像処理部に用いることで、高速な動作や信号処理を低消費電力にて実現できる。
　また、本発明の一態様の半導体装置を用いたＡＩシステムをモニタ８３０の画像処理部に用いることで、ビデオカメラ２９４０周囲の環境に応じた撮影が実現できる。具体的には、周囲の明るさに応じて最適な露出で撮影を行うことができる。また、逆光における撮影や屋内と屋外など、明るさの異なる状況を同時に撮影する場合では、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）撮影を行うことができる。
　また、ＡＩシステムは、撮影者の癖を学習し、撮影のアシストを行うことができる。具体的には、撮影者の手振れの癖を学習し、撮影中の手振れを補正することで、撮影した画像には手振れによる画像の乱れが極力含まれないようにすることができる。また、撮影中にズーム機能を用いる際には、被写体が常に画像の中心で撮影されるようにレンズの向きなどを制御することができる。
　図１８（Ｃ）に示す情報端末２９１０は、筐体２９１１、表示部２９１２、マイク２９１７、スピーカ部２９１４、カメラ２９１３、外部接続部２９１６、および操作スイッチ２９１５等を有する。表示部２９１２には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。また、情報端末２９１０は、筐体２９１１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末２９１０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。
　例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、上述した情報端末２９１０の制御情報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。
　また、本発明の一態様の半導体装置を用いたＡＩシステムを情報端末２９１０の画像処理部に用いることで、ノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理、輝度補正処理などの画像処理を行うことができる。また、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間処理などを実行することができる。また、階調変換処理は、画像の階調数を変換するだけでなく、階調数を大きくする場合の階調値の補間を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）処理も、階調変換処理に含まれる。
　また、ＡＩシステムは、ユーザーの癖を学習し、情報端末２９１０の操作のアシストを行うことができる。ＡＩシステムを搭載した情報端末２９１０は、ユーザーの指の動きや、目線などからタッチ入力を予測することができる。
　図１８（Ｄ）に示すラップトップ型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１、表示部２９２２、キーボード２９２３、およびポインティングデバイス２９２４等を有する。また、ラップトップ型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。
　例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、ラップトップ型パーソナルコンピュータ２９２０の制御情報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。
　また、本発明の一態様の半導体装置を用いたＡＩシステムをラップトップ型パーソナルコンピュータ２９２０の画像処理部に用いることで、ノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理、輝度補正処理などの画像処理を行うことができる。また、解像度のアップコンバートに伴う画素間補間処理や、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補間処理などを実行することができる。また、階調変換処理は、画像の階調数を変換するだけでなく、階調数を大きくする場合の階調値の補間を行うことができる。また、ダイナミックレンジを広げる、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）処理も、階調変換処理に含まれる。
　また、ＡＩシステムは、ユーザーの癖を学習し、ラップトップ型パーソナルコンピュータ２９２０の操作のアシストを行うことができる。ＡＩシステムを搭載したラップトップ型パーソナルコンピュータ２９２０は、ユーザーの指の動きや、目線などから表示部２９２２へのタッチ入力を予測することができる。また、テキストの入力においては、過去のテキスト入力情報や、前後のテキストや写真などの図から入力予測を行い、変換のアシストを行う。これにより、入力ミスや変換ミスを極力低減することができる。
　図１８（Ｅ）は、自動車の一例を示す外観図、図１８（Ｆ）は、ナビゲーション装置８６０を示している。自動車２９８０は、車体２９８１、車輪２９８２、ダッシュボード２９８３、およびライト２９８４等を有する。また、自動車２９８０は、アンテナ、バッテリなどを備える。ナビゲーション装置８６０は、表示部８６１、操作ボタン８６２、及び外部入力端子８６３を具備する。自動車２９８０とナビゲーション装置８６０は、それぞれ独立していても良いが、ナビゲーション装置８６０が自動車２９８０に組み込まれ、連動して機能する構成とするのが好ましい。
　例えば、本発明の一態様の半導体装置を用いた記憶装置は、自動車２９８０やナビゲーション装置８６０の制御情報や、制御プログラムなどを長期間保持することができる。また、本発明の一態様の半導体装置を用いたＡＩシステムを自動車２９８０の制御装置などに用いることで、ＡＩシステムは、ドライバーの運転技術や癖を学習し、安全運転のアシストや、ガソリンやバッテリなどの燃料を効率的に利用する運転のアシストを行うことができる。安全運転のアシストとしては、ドライバーの運転技術や癖を学習するだけでなく、自動車２９８０の速度や移動方法といった自動車の挙動、ナビゲーション装置８６０に保存された道路情報などを複合的に学習し、走行中のレーンから外れることの防止や、他の自動車、歩行者、構造体などとの衝突回避が実現できる。具体的には、進行方向に急カーブが存在する場合、ナビゲーション装置８６０はその道路情報を自動車２９８０に送信し、自動車２９８０の速度の制御や、ハンドル操作のアシストを行うことができる。
　本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１００：容量素子、１１０：導電体、１１２：導電体、１２０：導電体、１３０：絶縁体、１５０：絶縁体、２００：トランジスタ、２０３：導電体、２０５：導電体、２０５ａ：導電体、２０５ｂ：導電体、２１０：絶縁体、２１２：絶縁体、２１４：絶縁体、２１６：絶縁体、２１８：導電体、２２０：絶縁体、２２２：絶縁体、２２４：絶縁体、２２４Ａ：絶縁膜、２３０：酸化物、２３０ａ：酸化物、２３０Ａ：酸化膜、２３０ｂ：酸化物、２３０Ｂ：酸化膜、２３０ｃ：酸化物、２３０Ｃ：酸化膜、２３１：領域、２３１ａ：領域、２３１ｂ：領域、２３４：領域、２３９：領域、２４０：導電体、２４０ａ：導電体、２４０ｂ：導電体、２４２：導電体、２４２ａ：導電体、２４２Ａ：導電膜、２４２ｂ：導電体、２４３：領域、２４３ａ：領域、２４３ｂ：領域、２４６：導電体、２５０：絶縁体、２５０Ａ：絶縁膜、２６０：導電体、２６０ａ：導電体、２６０Ａａ：導電膜、２６０Ａｂ：導電膜、２６０ｂ：導電体、２６２：ダミーゲート、２６２Ａ：ダミーゲート層、２７３：絶縁体、２７３Ａ：絶縁膜、２７４：絶縁体、２７４Ａ：絶縁膜、２７６：絶縁体、２８０：絶縁体、２８２：絶縁体、２８３：絶縁体、３００：トランジスタ、３１１：基板、３１３：半導体領域、３１４ａ：低抵抗領域、３１４ｂ：低抵抗領域、３１５：絶縁体、３１６：導電体、３２０：絶縁体、３２２：絶縁体、３２４：絶縁体、３２６：絶縁体、３２８：導電体、３３０：導電体、３５０：絶縁体、３５２：絶縁体、３５４：絶縁体、３５６：導電体、４００：トランジスタ、４０５：導電体、４０５ａ：導電体、４０５ｂ：導電体、４３０ｃ：酸化物、４３１ａ：酸化物、４３１ｂ：酸化物、４３２ａ：酸化物、４３２ｂ：酸化物、４４０：導電体、４４０ａ：導電体、４４０ｂ：導電体、４４２：導電体、４４２ａ：導電体、４４２ｂ：導電体、４５０：絶縁体、４６０：導電体、４６０ａ：導電体、４６０ｂ：導電体

Claims (6)

  1. 　第１の絶縁体と、
    　前記第１の絶縁体上の第２の絶縁体と、
    　前記第２の絶縁体上の酸化物と、
    　前記酸化物上の第１の導電体および第２の導電体と、
    　前記酸化物上の第３の絶縁体と、
    　前記第３の絶縁体上に位置し、前記酸化物と重なる第３の導電体と、
    　前記第２の絶縁体、前記酸化物の側面、前記第１の導電体の側面、前記第１の導電体の上面、前記第２の導電体の側面、前記第２の導電体の上面、および前記第３の絶縁体の側面と接する、第４の絶縁体と、
    　前記第３の絶縁体および前記第３の導電体の上面と接する、第５の絶縁体と、を有し、
    　前記第４の絶縁体の上面は、前記第５の絶縁体と接する、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  2. 　第１の絶縁体と、
    　前記第１の絶縁体上の第２の絶縁体と、
    　前記第２の絶縁体上の酸化物と、
    　前記酸化物上の第１の導電体および第２の導電体と、
    　前記酸化物上の第３の絶縁体と、
    　前記第３の絶縁体上に位置し、前記酸化物と重なる第３の導電体と、
    　前記第２の絶縁体、前記酸化物の側面、前記第１の導電体の側面、前記第１の導電体の上面、前記第２の導電体の側面、前記第２の導電体の上面、および前記第３の絶縁体の側面と接する、第４の絶縁体と、
    　前記第３の絶縁体および前記第３の導電体の上面と接する、第５の絶縁体と、を有し、
    　前記第４の絶縁体の上面は、前記第５の絶縁体と接し、
    　前記第２の絶縁体は、前記第１の絶縁体を露出する開口を有し、
    　前記第４の絶縁体は、前記開口を介して前記第１の絶縁体と接する、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  3. 　請求項１または請求項２において、
    　前記第１の絶縁体、前記第４の絶縁体および第５の絶縁体は、前記第２の絶縁体、前記第３の絶縁体よりも酸素を透過し難い、ことを特徴とする半導体装置。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    　前記第１の絶縁体、前記第４の絶縁体および第５の絶縁体は、前記第２の絶縁体、前記第３の絶縁体よりも水素を透過し難い、ことを特徴とする半導体装置。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    　前記第１の絶縁体、前記第４の絶縁体および前記第５の絶縁体は、アルミニウム、およびハフニウムの一方または両方を含む酸化物であることを特徴とする半導体装置。
  6. 　基板上に第１の絶縁体を形成し、
    　前記第１の絶縁体の上に、酸化膜および第１の導電膜を順に成膜し、
    　前記酸化膜および前記第１の導電膜を加工して、酸化物および導電体層を形成し、
    　前記酸化物および前記導電体層を覆ってダミーゲート膜を成膜し、
    　前記ダミーゲート膜を加工して、ダミーゲート層を形成し、
    　前記第１の絶縁体、前記酸化物、前記導電体層を覆って、第１の絶縁膜を成膜し、
    　前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を成膜し、
    　第１のＣＭＰ処理を行うことによって、前記ダミーゲート層、前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜の一部を、前記ダミーゲート層の一部が露出するまで除去し、
    　前記導電体層の一部および前記ダミーゲート層をエッチングすることによって、第１の導電体と第２の導電体を形成し、前記酸化物を露出させ、
    　第３の絶縁膜、第２の導電膜を順に成膜し、
    　第２のＣＭＰ処理を行うことによって、前記の第３の絶縁膜および前記第２の導電膜を前記第２の絶縁膜の一部が露出するまで除去し、第３絶縁体および第３の導電体を形成し、
    　前記第２の絶縁膜、前記第３の絶縁体および前記第３の導電体を覆って、第４の絶縁膜を成膜すること、を特徴とする半導体装置の作製方法。
PCT/IB2018/057794 2017-10-20 2018-10-09 半導体装置、および半導体装置の作製方法 WO2019077438A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/649,890 US11177176B2 (en) 2017-10-20 2018-10-09 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
KR1020207009323A KR102669811B1 (ko) 2017-10-20 2018-10-09 반도체 장치, 및 반도체 장치의 제작 방법
JP2019548786A JP7198214B2 (ja) 2017-10-20 2018-10-09 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JP2022200810A JP2023026488A (ja) 2017-10-20 2022-12-16 半導体装置

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017203874 2017-10-20
JP2017-203874 2017-10-20
JP2017-238211 2017-12-13
JP2017238211 2017-12-13
JP2018-032994 2018-02-27
JP2018032994 2018-02-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019077438A1 true WO2019077438A1 (ja) 2019-04-25

Family

ID=66173573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2018/057794 WO2019077438A1 (ja) 2017-10-20 2018-10-09 半導体装置、および半導体装置の作製方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11177176B2 (ja)
JP (2) JP7198214B2 (ja)
WO (1) WO2019077438A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210151437A1 (en) * 2020-12-23 2021-05-20 Intel Corporation Two transistor gain cell memory with indium gallium zinc oxide

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015144251A (ja) * 2013-12-26 2015-08-06 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法
JP2016167584A (ja) * 2015-03-03 2016-09-15 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法
JP2016213468A (ja) * 2015-05-11 2016-12-15 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP2017034246A (ja) * 2015-07-30 2017-02-09 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、半導体装置の作製方法、モジュールおよび電子機器
JP2017045989A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法
JP2017050530A (ja) * 2015-07-08 2017-03-09 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5708910B2 (ja) 2010-03-30 2015-04-30 ソニー株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法、並びに表示装置
WO2012017843A1 (en) 2010-08-06 2012-02-09 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor integrated circuit
JP6005401B2 (ja) 2011-06-10 2016-10-12 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015144251A (ja) * 2013-12-26 2015-08-06 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法
JP2016167584A (ja) * 2015-03-03 2016-09-15 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法
JP2016213468A (ja) * 2015-05-11 2016-12-15 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP2017050530A (ja) * 2015-07-08 2017-03-09 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法
JP2017034246A (ja) * 2015-07-30 2017-02-09 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置、半導体装置の作製方法、モジュールおよび電子機器
JP2017045989A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその作製方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2019077438A1 (ja) 2020-11-05
JP7198214B2 (ja) 2022-12-28
JP2023026488A (ja) 2023-02-24
US11177176B2 (en) 2021-11-16
US20200266107A1 (en) 2020-08-20
KR20200069295A (ko) 2020-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPWO2020003047A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JP7229669B2 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JPWO2019111096A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JP2018133570A (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JPWO2020008296A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JPWO2019197946A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
WO2018197988A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
WO2020074999A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JPWO2019186331A1 (ja) 半導体装置
JP7391875B2 (ja) 半導体装置
CN111373515B (zh) 半导体材料及半导体装置
JP2023026488A (ja) 半導体装置
JPWO2020053697A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JPWO2020021383A1 (ja) 半導体装置
JPWO2019162807A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
WO2019038664A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
WO2019145807A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
KR102669811B1 (ko) 반도체 장치, 및 반도체 장치의 제작 방법
JP7493576B2 (ja) トランジスタ
JPWO2019166914A1 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JP2019091872A (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
WO2019111095A1 (ja) 半導体材料、および半導体装置
JP7046692B2 (ja) 半導体装置
JP2019087713A (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法
JP7287970B2 (ja) 半導体装置、および半導体装置の作製方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18868231

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019548786

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18868231

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1