WO2020070580A1 - 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

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insulator
conductor
transistor
film
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山崎舜平
奥野直樹
神保安弘
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    • H10W20/45—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes characterised by their insulating parts
    • H10W20/47—Interconnections external to wafers or substrates, e.g. back-end-of-line [BEOL] metallisations or vias connecting to gate electrodes characterised by their insulating parts comprising two or more dielectric layers having different properties, e.g. different dielectric constants

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 in this specification and the like refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • a semiconductor device such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, and a storage 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 storage device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like sometimes includes a semiconductor device. .
  • one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
  • One embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method.
  • one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacturer, or a composition (composition of matter).
  • the CPU is an aggregate of semiconductor elements including a semiconductor integrated circuit (at least a transistor and a memory) separated from a semiconductor wafer and having electrodes serving as connection terminals formed thereon.
  • IC chips Semiconductor circuits (IC chips) such as LSIs, CPUs, and memories are mounted on circuit boards, for example, printed wiring boards, and are used as one of components of various electronic devices.
  • a technique for forming a transistor using a semiconductor thin film formed over a substrate having an insulating surface has attracted attention.
  • the transistor is widely applied to electronic devices such as an integrated circuit (IC) and an image display device (also simply referred to as a display device).
  • IC integrated circuit
  • image display device also simply referred to as a display device.
  • a silicon-based semiconductor material is widely known as a semiconductor thin film applicable to a transistor, an oxide semiconductor has attracted attention as another material.
  • a transistor including an oxide semiconductor has extremely low leakage current in a non-conductive state.
  • a low-power-consumption CPU utilizing the characteristic of a transistor including an oxide semiconductor with low leakage current has been disclosed (see Patent Document 1).
  • a memory device or the like which can hold stored data for a long time by applying a characteristic of a transistor including an oxide semiconductor having low leakage current is disclosed (see Patent Document 2).
  • One object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having favorable electric characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having normally-off electric characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high reliability. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high on-state current. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device having high frequency characteristics. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high productivity.
  • One object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device which can hold data for a long time.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high data writing speed.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with high design flexibility.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device that can reduce power consumption.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device.
  • One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a first conductor, first and second insulators, and first and second oxides. Forming an object, forming a first insulator over the first oxide, forming an opening in the first insulator to reach the first oxide, and forming the first oxide and the opening at the opening. A first oxide film is formed so as to be in contact with the first insulator, a first insulating film is formed over the first oxide film, and microwave treatment is performed on the first insulating film. Heat treatment is performed on one or both of the first insulating film and the first oxide, a first conductive film is formed on the first insulating film, and a first oxide film is formed.
  • a part of the first insulating film, and a part of the first conductive film are removed until the upper surface of the first insulator is exposed, and the second oxide and the second insulator are removed.
  • Beauty forming a first conductor the microwave treatment under reduced pressure and carried out using a gas containing oxygen, heat treatment is carried out under reduced pressure, a method for manufacturing a semiconductor device.
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a first conductor, first and second insulators, and first and second oxides. Is formed, a first insulator is formed over the first oxide, and microwave treatment is performed on the first insulator, so that any one of the first insulator and the first oxide is formed. Heat treatment is performed on one or both of the first oxide and the first oxide so that an opening reaching the first oxide is formed in the first insulator and the opening is in contact with the first oxide and the first insulator in the opening.
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device including a first conductor, first to third insulators, and first and second oxides. Forming an oxide on the first oxide, forming a first insulator on the first oxide, forming an opening in the first insulator to reach the first oxide, and forming the first oxide in the opening. A first oxide film is formed so as to be in contact with the object and the first insulator, a first insulating film is formed on the first oxide film, and a first oxide film is formed on the first insulating film. A part of the first oxide film, a part of the first insulating film, and a part of the first conductive film are removed until the upper surface of the first insulator is exposed.
  • Process, and Heat treatment is performed on one or both of the body and the first oxide, microwave treatment is performed under reduced pressure and using a gas containing oxygen, and heat treatment is performed under reduced pressure. This is a method for manufacturing the device.
  • the microwave treatment pressure is 133 Pa or more.
  • the temperature of the heat treatment is preferably 350 ° C or more and 500 ° C or less.
  • the microwave treatment and the heat treatment are performed continuously.
  • the number of continuous processes is 2 or more and 10 or less.
  • a semiconductor device having favorable electric characteristics can be provided.
  • a semiconductor device having normally-off electric characteristics can be provided.
  • a highly reliable semiconductor device can be provided.
  • a semiconductor device with high on-state current can be provided.
  • a semiconductor device having high frequency 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 high design flexibility can be provided.
  • a semiconductor device that can reduce power consumption can be provided.
  • a novel semiconductor device can be provided.
  • FIG. 1A is a top view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 3B and 3C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1A is a top view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of a semiconductor
  • FIG. 4B and 4C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5B and 5C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B and 7C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 8B and 8C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9B and 9C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 10A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B and 10C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 11B and 11C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a top view illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 12B and 12C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a top view illustrating a microwave processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a microwave processing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a microwave processing device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a structure of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A is a block diagram illustrating a configuration example of a storage device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 18B is a perspective view of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 19A to 19H are circuit diagrams illustrating a structure example of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 20A is a block diagram of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 29B is a schematic view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 21A to 21E are schematic diagrams of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIGS. 22A to 22F illustrate electronic devices according to one embodiment of the present invention.
  • ⁇ ⁇ Particular components may be omitted in a top view (also referred to as a “plan view”), a perspective view, and the like to facilitate understanding of the invention.
  • a top view also referred to as a “plan view”
  • a perspective view and the like to facilitate understanding of the invention.
  • some hidden lines and the like may be omitted.
  • ordinal numbers given as first, second, and the like are used for convenience, and do not indicate the order of steps or the order of lamination. Therefore, for example, the description can be made by appropriately replacing “first” with “second” or “third”.
  • ordinal numbers described in this specification and the like do not always coincide with ordinal numbers used for specifying one embodiment of the present invention.
  • connection relation is not limited to the predetermined connection relation, for example, the connection relation shown in the figure or the text, and it is assumed that anything other than the connection relation shown in the figure or the text is disclosed in the figure or the text.
  • X and Y are objects (for example, an apparatus, an element, a circuit, a wiring, an electrode, a terminal, a conductive film, a layer, and the like).
  • the functions of the source and the drain may be switched when transistors having different polarities are used or when the direction of current changes in circuit operation. For this reason, in this specification and the like, the terms of source and drain may be used interchangeably.
  • a channel width in a region where a channel is actually formed may be different from a top view of the transistor.
  • the indicated channel width (hereinafter, also referred to as “apparent channel width”) may be different.
  • the effective channel width becomes larger than the apparent channel width, and the effect may not be negligible.
  • the proportion of a 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.
  • a simple term “channel width” may refer to an apparent channel width.
  • a simple term “channel width” may refer to an effective channel width. The values of the channel length, the channel width, the effective channel width, the apparent channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.
  • an impurity in a semiconductor refers to, for example, elements other than the main components of the semiconductor.
  • an element having a concentration of less than 0.1 atomic% can be regarded as an impurity.
  • DOS Density of State
  • 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 such as hydrogen, lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, and nitrogen.
  • water may function as an impurity in some cases.
  • oxygen vacancies may be formed by entry of impurities, for example.
  • the impurity that changes the characteristics of the semiconductor include a Group 1 element, a Group 2 element, a Group 13 element, and a Group 15 element other than oxygen and hydrogen.
  • silicon oxynitride has a higher oxygen content than nitrogen as its composition.
  • silicon nitride oxide has a higher nitrogen content than oxygen as its composition.
  • the term “insulator” can be replaced with an insulating film or an insulating layer.
  • the term “conductor” can be referred to as a conductive film or a conductive layer.
  • the term “semiconductor” can be referred to as a semiconductor film or a semiconductor layer.
  • parallel refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10 degrees or more and 10 degrees or less. Therefore, a case where the angle is ⁇ 5 degrees or more and 5 degrees or less is also included.
  • 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, a case where the angle is 85 degrees or more and 95 degrees or less is also included.
  • substantially perpendicular refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 degrees or more and 120 degrees or less.
  • a barrier film refers to a film having a function of suppressing transmission of impurities such as water and hydrogen and oxygen, and when the barrier film has conductivity, the barrier film is referred to as a conductive barrier film. May be called.
  • a metal oxide is a metal oxide in a broad sense.
  • the metal oxide is classified into an oxide insulator, an oxide conductor (including a transparent oxide conductor), an oxide semiconductor (also referred to as an oxide semiconductor or simply OS), or the like.
  • the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor in some cases.
  • a transistor including an oxide or an oxide semiconductor can be referred to as a transistor including an OS @ FET or an OS transistor.
  • normally-off means that when a potential is not applied to a gate or a ground potential is applied to a gate, a current per 1 ⁇ m of a channel width flowing through a transistor is 1 ⁇ 10 ⁇ 20 at room temperature. A or lower, 1 ⁇ 10 ⁇ 18 A or lower at 85 ° C., or 1 ⁇ 10 ⁇ 16 A or lower at 125 ° C.
  • ⁇ Configuration example of semiconductor device> 1A, 1B, and 1C are a top view and cross-sectional views of a transistor 200 according to one embodiment of the present invention and a periphery of the transistor 200.
  • 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 a dashed line A1-A2 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction.
  • 1C is a cross-sectional view of a portion indicated by a dashed-dotted line A3-A4 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel width direction. Note that some components are not illustrated in the top view in FIG. 1A for clarity.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention includes the insulator 212 over the substrate (not illustrated), the insulator 214 over the insulator 212, the transistor 200 over the insulator 214, and the insulator 280 over the transistor 200.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, the insulator 274, and the insulator 281 function as an interlayer film.
  • the semiconductor device includes a conductor 240 (a conductor 240a and a conductor 240b) which is electrically connected to the transistor 200 and functions as a plug.
  • the insulator 241 (the insulator 241a and the insulator 241b) is provided in contact with a side surface of the conductor 240 functioning as a plug.
  • a conductor 246 (a conductor 246a and a conductor 246b) which is electrically connected to the conductor 240 and functions as a wiring is provided over the insulator 281 and the conductor 240.
  • an insulator 241a is provided in contact with the insulator 272, the insulator 273, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, the insulator 274, and the inner wall of the opening of the insulator 281.
  • a first conductor of the body 240a is provided, and a second conductor of the conductor 240a is provided further inside.
  • An insulator 241b is provided in contact with the insulator 272, the insulator 273, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, the insulator 274, and the inner wall of the opening of the insulator 281.
  • a first conductor of the body 240b is provided, and a second conductor of the conductor 240b is further provided inside.
  • the height of the upper surface of the conductor 240 and the height of the upper surface of the insulator 281 can be approximately equal.
  • the transistor 200 has a structure in which the first conductor of the conductor 240 and the second conductor of the conductor 240 are stacked, the present invention is not limited to this.
  • a structure in which the conductor 240 is provided as a single layer or a stacked structure of three or more layers may be employed.
  • ordinal numbers may be given in the order of formation to distinguish them.
  • the transistor 200 includes an insulator 216 over an insulator 214, a conductor 205 (a conductor 205 a and a conductor 205 b) which is embedded in the insulator 216, An insulator 222 on the conductor 205, an insulator 224 on the insulator 222, an oxide 230a on the insulator 224, an oxide 230b on the oxide 230a, and an oxide on the oxide 230b 243a and an oxide 243b; a conductor 242a on the oxide 243a; a conductor 242b on the oxide 243b; an oxide 230c on the oxide 230b; an insulator 250 on the oxide 230c; A conductor 260 (the conductor 260a and the conductor 260b) which is located above and overlaps with the oxide 230c; a part of the top surface of the insulator 224; An insulator 272 in contact with the side surface, the side surface of the
  • the oxide 230c is in contact with the side surface of the oxide 243a, the side surface of the oxide 243b, the side surface of the conductor 242a, and the side surface of the conductor 242b.
  • the conductor 260 has a conductor 260a and a conductor 260b, and the conductor 260a is arranged so as to cover the bottom and side surfaces of the conductor 260b.
  • the upper surface of the conductor 260 is disposed so as to substantially coincide with the upper surface of the insulator 250 and the upper surface of the oxide 230c.
  • the insulator 282 is in contact with the top surfaces of the conductor 260, the oxide 230c, the insulator 250, and the insulator 280.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 222, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, and the insulator 283 suppress at least one diffusion of hydrogen (eg, a hydrogen atom or a hydrogen molecule). It is preferable to have a function of Further, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 222, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, and the insulator 283 suppress diffusion of oxygen (for example, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules).
  • each of the insulator 222, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, and the insulator 283 preferably has lower permeability to one or both of oxygen and hydrogen than the insulator 224.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 222, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, and the insulator 283 each have lower permeability to one or both of oxygen and hydrogen than the insulator 250. preferable.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 222, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, and the insulator 283 each have lower permeability to one or both of oxygen and hydrogen than the insulator 280. preferable.
  • the insulator 272 includes an upper surface and side surfaces of the conductor 242a, an upper surface and side surfaces of the conductor 242b, a side surface of the oxide 243a, a side surface of the oxide 243b, a side surface of the oxide 230a, and a side surface of the oxide 230b. It is preferable to be in contact with the side surface and the upper surface of the insulator 224. It is preferable that the insulator 273 be provided in contact with the insulator 272. Thus, the insulator 280 is separated from the insulator 224 and the oxide 230 by the insulator 272 and the insulator 273.
  • the oxide 230 includes an oxide 230a over the insulator 224, an oxide 230b over the oxide 230a, and an oxide 230c which is provided over the oxide 230b and at least part of which is in contact with the top surface of the oxide 230b. Is preferable.
  • 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 oxide 230c may have a two-layer structure to provide a four-layer structure.
  • the conductor 260 is illustrated as having a two-layer structure, but the present invention is not limited to this.
  • the conductor 260 may have a single-layer structure or a stacked structure of three or more layers.
  • the conductor 260 functions as a gate of the transistor, and the conductor 242a and the conductor 242b each function as a source electrode or a drain electrode.
  • the conductor 260 functioning as a gate is formed in a self-aligned manner so as to fill an opening formed by the insulator 280 and the like. By forming the conductor 260 in this manner, the conductor 260 can be reliably disposed in a region between the conductor 242a and the conductor 242b without alignment.
  • a metal oxide serving as an oxide semiconductor (hereinafter, also referred to as an oxide semiconductor) is used for the oxide 230 including the channel formation region (the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c).
  • a metal oxide which functions as an oxide semiconductor has an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more.
  • an In-M-Zn oxide (element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium , Neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium, or a plurality thereof).
  • element M aluminum, gallium, yttrium, or tin is preferably used.
  • an In-M oxide, an In-Zn oxide, or an M-Zn oxide may be used as the oxide 230.
  • the oxide 230 includes an oxide 230a, an oxide 230b over the oxide 230a, and an oxide 230c over the oxide 230b.
  • the oxide 230a is provided below the oxide 230b, diffusion of impurities from the structure formed below the oxide 230a to the oxide 230b can be suppressed.
  • the oxide 230c is provided over the oxide 230b, diffusion of impurities into the oxide 230b from a structure formed above the oxide 230c can be suppressed.
  • the oxide 230 preferably has a stacked structure of oxides having different atomic ratios of metal atoms. Specifically, in the metal oxide used for the oxide 230a, the atomic ratio of the element M in the constituent elements is larger than that in the metal oxide used for the oxide 230b. Is preferred. Further, in the metal oxide used for the oxide 230a, the atomic ratio of the element M to In is preferably larger than that in the metal oxide used for the oxide 230b. Further, in the metal oxide used for the oxide 230b, the atomic ratio of In to the element M is preferably larger than that in the metal oxide used for the oxide 230a. As the oxide 230c, a metal oxide that can be used for the oxide 230a or the oxide 230b can be used.
  • the oxide 230b preferably has crystallinity.
  • a CAAC-OS c-axis / aligned / crystalline / oxide / semiconductor
  • An oxide having crystallinity, such as a CAAC-OS has a high density of impurities and defects (such as oxygen vacancies), high crystallinity, and a dense structure.
  • the energy of the bottom of the conduction band of the oxide 230a and the oxide 230c be higher than the energy of the bottom of the conduction band of the oxide 230b.
  • the electron affinity of the oxide 230a and the oxide 230c be smaller than the electron affinity of the oxide 230b.
  • the electron affinity or the energy level Ec at the lower end of the conduction band can be determined from the ionization potential Ip, which is the difference between the vacuum level and the energy Ev at the upper end of the valence band, and the energy gap Eg.
  • the ionization potential Ip can be measured, for example, by using an ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) device (Ultraviolet @ Photoelectron @ Spectroscopy).
  • UPS ultraviolet photoelectron spectroscopy
  • the energy gap Eg can be measured using, for example, a spectroscopic ellipsometer.
  • the energy level at the bottom of the conduction band gradually changes.
  • the energy level at the bottom of the conduction band at the junction of the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c changes continuously or forms a continuous junction.
  • the defect state density of a mixed layer formed at the interface between the oxide 230a and the oxide 230b and the interface between the oxide 230b and the oxide 230c may be reduced.
  • the main path of carriers is the oxide 230b.
  • the density of defect states at the interface between the oxide 230a and the oxide 230b and the interface between the oxide 230b and the oxide 230c can be reduced. Therefore, the influence of carrier scattering due to interface scattering is small, and the transistor 200 can have high on-state current and high frequency characteristics.
  • Donor in the oxide semiconductor is mainly oxygen vacancies in the oxide semiconductor (V O: oxygenvacancy also called) hydrogen is formed by being trapped in. In the following, it may be referred to as V O H that of hydrogen trapped in the oxygen deficiency.
  • V OH which is a physical quantity related to the donor concentration in an oxide semiconductor.
  • an oxide semiconductor may be evaluated not by a donor concentration but by a carrier concentration. Therefore, in this specification and the like, a carrier concentration which assumes a state where an electric field is not applied is used instead of a donor concentration as a parameter of an oxide semiconductor in some cases. That is, the “carrier concentration” described in this specification and the like may be referred to as the “donor concentration” in some cases.
  • hydrogen in the oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, which may form oxygen vacancies.
  • oxygen deficiency in the oxide semiconductor is increased, there is a possibility that V O H increases accordingly.
  • hydrogen in an oxide semiconductor is easily moved by stress such as heat or an electric field; therefore, when a large amount of hydrogen is contained in the oxide semiconductor, reliability of the transistor might be deteriorated.
  • the transistor when the concentration of hydrogen in the oxide semiconductor is increased, the transistor is likely to have normally-on characteristics, so that a semiconductor device having favorable electric characteristics and reliability cannot be formed.
  • the hydrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry is less than 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 , preferably 1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3. It is less than 3 , more preferably less than 5 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 , further preferably less than 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • a metal oxide in which impurities such as hydrogen are sufficiently reduced is used for a channel formation region of a transistor, stable electric characteristics can be provided.
  • the carrier concentration of the metal oxide semiconductor functioning as a channel formation region is preferably lower than or equal to 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 and lower than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3. Is more preferably less than 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 , further preferably less than 1 ⁇ 10 13 cm ⁇ 3 , further preferably less than 1 ⁇ 10 12 cm ⁇ 3. preferable.
  • the lower limit of the carrier concentration of the metal oxide functioning as a channel formation region is not particularly limited, but can be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 9 cm ⁇ 3 .
  • hydrogen may diffuse into the metal oxide as the metal oxide undergoes a process after film formation.
  • a deposition gas containing hydrogen may be used. The probability that hydrogen contained in the deposition gas diffuses into the oxide 230 is high.
  • impurities such as hydrogen, nitrogen, and carbon exist.
  • an impurity bonded to a silicon atom is difficult to remove by a heat treatment because it is necessary to break the bond between the impurity atom and the silicon atom.
  • microwave treatment is preferably performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure.
  • an electric field generated by the microwave is applied to the insulator 250 and the oxide 230, so that VoH in the insulator 250 and in the oxide 230 can be separated into Vo and hydrogen.
  • Some of the hydrogen separated at this time may be combined with oxygen and removed as H 2 O from the insulator 250 and the oxide 230 in some cases. Further, part of hydrogen may be gettered by the conductor 242 in some cases.
  • the microwave treatment the hydrogen concentrations in the insulator 250 and the oxide 230 can be reduced. Further, Vo can be repaired or supplemented by supplying oxygen to Vo that may exist after dividing VoH in the oxide 230 into Vo and hydrogen.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment. For example, after the microwave treatment is performed for 10 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds or more and 60 seconds or less, the heat treatment is performed for 30 seconds or more and 3000 seconds or less, preferably 300 seconds or more while maintaining the reduced pressure state. May be performed two to ten times.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the film quality of the insulator 250 is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Accordingly, diffusion of hydrogen, water, or impurities to the oxide 230 through the insulator 250 is suppressed by a post-process such as formation of a conductive film to be the conductor 260 or a post-treatment such as heat treatment. be able to.
  • the bond energy between hydrogen and silicon atoms is 3.3 eV
  • the bond energy between carbon and silicon atoms is 3.4 eV
  • the bond energy between nitrogen and silicon atoms is 3.5 eV. Therefore, in order to remove a hydrogen atom bonded to a silicon atom, a radical or an ion having an energy of at least 3.3 eV is caused to collide with a bonding portion between the hydrogen atom and the silicon atom to remove the hydrogen atom and the silicon atom.
  • a bond with an atom can be broken.
  • the radicals and ions generated by the plasma excited by the microwave the ground state O ( 3 P) of the oxygen atom radical, the first excited state O ( 1 D) of the oxygen atom radical, and the monovalent oxygen molecule Cation O 2 + and the like.
  • the energy of O ( 3 P) is 2.42 eV
  • the energy of O ( 1 D) is 4.6 eV.
  • O 2 + has an electric charge and is accelerated by the potential distribution in the plasma and the bias, the energy is not uniquely determined. However, at least the internal energy alone gives energy higher than O ( 1 D). Have.
  • radicals and ions such as O ( 1 D) and O 2 + cut off bonds between hydrogen, nitrogen, and carbon atoms in the insulator 250 and silicon atoms, and hydrogen bonded to silicon atoms. Nitrogen and carbon can be removed. In addition, impurities such as hydrogen, nitrogen, and carbon can be reduced by heat energy or the like applied to the substrate when performing microwave excitation plasma treatment.
  • O ( 3 P) has low reactivity and does not react with the insulator 250 but diffuses deep into the film.
  • O ( 3 P) reaches the oxide 230 through the insulator 250 and diffuses into the oxide 230.
  • O ( 3 P) diffused into the oxide 230 approaches the oxygen vacancy containing hydrogen, the hydrogen in the oxygen vacancy is released from the oxygen vacancy, and O ( 3 P) enters the oxygen vacancy instead. Oxygen deficiency is compensated. Therefore, generation of electrons serving as carriers in the oxide 230 can be suppressed.
  • the microwave treatment is preferably performed at a pressure of 133 Pa or more, preferably 200 Pa or more, and more preferably 400 Pa or more.
  • the oxygen flow rate (O2 / O2 + Ar) is preferably 50% or less, more preferably 10% to 30%.
  • the carrier concentration of the metal oxide which functions as a channel formation region 1.0 ⁇ 10 18 / cm 3 or less, Preferably less than 1.0 ⁇ 10 17 / cm 3 , more preferably less than 1.0 ⁇ 10 16 / cm 3 , still more preferably less than 1.0 ⁇ 10 13 / cm 3 , still more preferably 1.0 ⁇ 10 12. / Cm 3 .
  • the lower limit of the carrier concentration of the metal oxide functioning as a channel formation region is not particularly limited, but can be, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 9 cm ⁇ 3 .
  • a transistor using such a metal oxide as a channel formation region can have normally-off characteristics, so that a semiconductor device having favorable electric characteristics and reliability can be formed.
  • hydrogen diffuses into the metal oxide as the metal oxide goes through a process after film formation.
  • a deposition gas containing hydrogen may be used. The probability that hydrogen contained in the deposition gas diffuses into the oxide 230 is high.
  • impurities such as hydrogen, nitrogen, and carbon exist.
  • an impurity bonded to a silicon atom is difficult to remove by a heat treatment because it is necessary to break the bond between the impurity atom and the silicon atom.
  • microwave treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure.
  • an electric field due to microwaves is applied to the insulator 280 and the oxide 230, and VoH in the insulator 280 and in the oxide 230 can be separated into Vo and hydrogen.
  • Part of the hydrogen separated at this time may be combined with oxygen included in the insulator 280 and removed as H 2 O in some cases. Further, part of hydrogen may be gettered to the conductor 242 through the insulator 272 and the insulator 273 in some cases.
  • the concentration of hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen concentration in the oxide 230 can be reduced. Further, Vo can be repaired or supplemented by supplying oxygen to Vo that may exist after dividing VoH in the oxide 230 into Vo and hydrogen.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be efficiently removed.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment. For example, after performing the microwave treatment for 10 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds or more and 60 seconds or less, while maintaining the reduced pressure state, 30 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 300 seconds or less.
  • the step of performing the heat treatment for seconds or a time close thereto may be performed twice to ten times.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be more efficiently removed.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the film quality of the insulator 280 is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Accordingly, diffusion of hydrogen, water, or impurities into the oxide 230 through the insulator 280 can be suppressed by a post-process after the formation of the insulator 283 or heat treatment or the like. Further, it is preferable that the insulator 282 and the insulator 283 functioning as barrier insulating films be provided over the insulator 280 because hydrogen, water, or impurities can be prevented from entering the transistor 200 from the outside.
  • the subsequent description is the same as the microwave treatment performed after the insulator 250 is formed, and the insulator 250 may be replaced with the insulator 280.
  • an insulating film to be the insulator 280 is formed, and the insulator 280 having a flat surface is formed by performing, for example, a CMP process (Chemical Mechanical Polishing), and then the insulating film 280 is placed under an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure. Then, microwave treatment may be performed. By performing the microwave treatment, an electric field generated by the microwave is applied to the insulator 280 and the oxide 230, and VoH in the insulator 280 and in the oxide 230 can be separated into Vo and hydrogen. Part of the hydrogen separated at this time may be combined with oxygen included in the insulator 280 and removed as H 2 O in some cases. Further, part of hydrogen may be gettered to the conductor 242 through the insulator 272 and the insulator 273 in some cases.
  • CMP process Chemical Mechanical Polishing
  • the insulator 280 contains oxygen by, for example, a sputtering method.
  • microwave treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure. By performing the microwave treatment, an electric field generated by the microwave is applied to the insulator 280 and the oxide 230, and VoH in the insulator 280 and in the oxide 230 can be separated into Vo and hydrogen.
  • Part of the hydrogen separated at this time is combined with oxygen injected into the insulator 280 during the formation of aluminum oxide to form H 2 O, and is accumulated at the interface between the insulator 280 and aluminum oxide and near the interface. There is.
  • H 2 O accumulated at the interface between the insulator 280 and the aluminum oxide and near the interface can be removed.
  • part of hydrogen may be gettered to the conductor 242 through the insulator 272 and the insulator 273 in some cases.
  • the microwave treatment By performing the microwave treatment in this manner, the concentration of hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen concentration in the oxide 230 can be reduced.
  • Vo can be repaired or supplemented by supplying oxygen to Vo that may exist after dividing VoH in the oxide 230 into Vo and hydrogen.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be efficiently removed.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment. For example, after performing the microwave treatment for 10 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds to 60 seconds, the heat treatment is performed for 30 seconds or more and 3000 seconds or less, preferably 300 seconds or more while maintaining the reduced pressure state.
  • the steps to be performed may be performed two to ten times.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be more efficiently removed.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the film quality of the insulator 280 is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Accordingly, diffusion of hydrogen, water, or impurities into the oxide 230 through the insulator 280 can be suppressed by a post-process after the formation of the insulator 280 or heat treatment or the like.
  • the subsequent description is the same as the microwave treatment performed after the insulator 250 is formed, and the insulator 250 may be replaced with the insulator 280.
  • an oxide 243 (the oxides 243a and 243b) is provided between the oxide 230b and the conductor 242 (a conductor 242a and a conductor 242b) functioning as a source or drain electrode. ) May be arranged. Since the conductor 242 is not in contact with the oxide 230, the conductor 242 can suppress absorption of oxygen of the oxide 230. That is, by preventing the conductor 242 from being oxidized, a decrease in the conductivity of the conductor 242 can be suppressed. Therefore, the oxide 243 preferably has a function of suppressing oxidation of the conductor 242.
  • the oxide 243 have a function of suppressing transmission of oxygen.
  • the oxide 243 having a function of suppressing oxygen permeation between the conductor 242 functioning as a source electrode and a drain electrode and the oxide 230b the electric potential between the conductor 242 and the oxide 230b can be increased. This is preferable because the resistance is reduced. With such a structure, electric characteristics of the transistor 200 and reliability of the transistor 200 can be improved.
  • a metal oxide containing the element M may be used.
  • the element M aluminum, gallium, yttrium, or tin is preferably used.
  • the oxide 243 preferably has a higher concentration of the element M than the oxide 230b.
  • Gallium oxide may be used as the oxide 243.
  • a metal oxide such as an In-M-Zn oxide may be used.
  • the atomic ratio of the element M to In is preferably larger than that in the metal oxide used for the oxide 230b.
  • the thickness of the oxide 243 is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less. Further, the oxide 243 preferably has crystallinity. When the oxide 243 has crystallinity, release of oxygen in the oxide 230 can be favorably suppressed. For example, in the case where the oxide 243 has a crystal structure such as a hexagonal structure, release of oxygen in the oxide 230 may be suppressed in some cases.
  • the oxide 243 is not necessarily provided. For example, even when the conductor 242 is in contact with the oxide 230b, oxidation of the conductor 242 is suppressed and the oxide 243 is not provided and the conductor 242a and the conductor 242a A body 242b may be provided.
  • the conductor 242 (the conductor 242a and the conductor 242b) is in contact with the oxide 230, or the conductor 242 (the conductor 242a and the conductor 242b) is in contact with the oxide 243 (the oxide 243a and the oxide 243b). ) May cause oxygen in the oxide 230 or the oxide 243 to diffuse into the conductor 242 and oxidize the conductor 242 in some cases. Oxidation of the conductor 242 is highly likely to cause a decrease in the conductivity of the conductor 242. Note that diffusion of oxygen in the oxide 230 or oxygen in the oxide 243 to the conductor 242 is determined by the fact that the conductor 242 absorbs oxygen in the oxide 230 or the conductor 242 is in the oxide 243. In other words, it absorbs oxygen.
  • the three-layer structure of the conductor 242, the different layer, and the oxide 230 (or the oxide 243) can be regarded as a three-layer structure including a metal-insulator-semiconductor, and the MIS (Metal- In some cases, the structure may be referred to as an insulator-semiconductor structure, or may be referred to as a diode junction structure having a MIS structure.
  • the transistor 200 of one embodiment of the present invention has a structure in which the insulator 282 and the insulator 250 are in direct contact with each other as illustrated in FIGS. 1B and 1C.
  • oxygen contained in the insulator 280 is less likely to be absorbed by the conductor 260. Accordingly, oxygen contained in the insulator 280 can be efficiently supplied to the oxide 230a and the oxide 230b through the oxide 230c; thus, oxygen vacancies in the oxide 230a and the oxide 230b can be reduced.
  • electric characteristics and reliability of the transistor 200 can be improved.
  • silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, or hafnium oxide can be used as the insulator 282.
  • the insulator 272 and the insulator 273 preferably have a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and water and oxygen.
  • FIG. 2A is an enlarged view of a cross section of a portion indicated by a dashed line A5-A6 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of a source region or a drain region of the transistor 200 in a channel width direction.
  • FIG. 2A a structure in which the top surface of the conductor 242b, the side surface of the conductor 242b, the side surface of the oxide 243b, the side surface of the oxide 230a, and the side surface of the oxide 230b are covered with an insulator 272 and an insulator 273 is shown.
  • the conductor 242a has a similar effect.
  • the insulator 272 for example, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, indium gallium zinc oxide, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film can be used.
  • the insulator 273 for example, aluminum oxide or hafnium oxide can be used.
  • FIG. 2B is an enlarged view of the right half of the transistor 200 of FIG. 1B.
  • An oxide 230c is in contact with the left side surface of the conductor 240b (a portion surrounded by a dotted line in FIG. 2B), which suppresses diffusion of impurities and oxygen such as hydrogen and water from the insulator 250 to the conductor 242b. can do.
  • the insulator 272 is in contact with the right side surface of the conductor 242b, so that diffusion of impurities such as hydrogen and water and oxygen from the insulator 280 to the conductor 242b can be suppressed. Note that the conductor 242a has a similar effect.
  • the periphery of the conductor 242 is surrounded by the insulator 272, the oxide 230c, and the oxide 243b each having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and water and oxygen, so that Oxidation can be suppressed, so that the electrical characteristics of the transistor 200 and the reliability of the transistor 200 can be improved.
  • the height of the bottom surface of the conductor 260 in a region where the oxide 230a and the oxide 230b do not overlap with the conductor 260 with respect to the bottom surface of the insulator 224 is the oxide 230b Is preferably located at a position lower than the height of the bottom surface of.
  • the difference between the height of the bottom surface of the conductor 260 and the height of the bottom surface of the oxide 230b in a region where the oxide 230b and the conductor 260 do not overlap with each other is 0 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm. Or less, more preferably 5 nm or more and 20 nm or less.
  • the conductor 260 functioning as a gate covers the side surface and the upper surface of the oxide 230b in the channel formation region with the oxide 230c and the insulator 250 interposed therebetween, so that the electric field of the conductor 260 It becomes easy to act on the whole oxide 230b in the region.
  • the on-state current of the transistor 200 can be increased and frequency characteristics can be improved.
  • a semiconductor device having normally-off electrical characteristics can be provided.
  • a semiconductor device including a transistor having high frequency characteristics can be provided.
  • a semiconductor device including a transistor with low off-state current can be provided.
  • the following describes a detailed structure of a semiconductor device including the transistor 200 according to one embodiment of the present invention.
  • the conductor 205 is arranged so as to overlap with the oxide 230 and the conductor 260. It is preferable that the conductor 205 be provided so as to be embedded in the insulator 214 and the insulator 216.
  • the conductor 260 may function as a first gate (also referred to as a top gate) electrode in some cases.
  • the conductor 205 functions as a second gate (also referred to as a bottom gate) electrode.
  • Vth of the transistor 200 can be controlled by changing the potential applied to the conductor 205 independently of the potential applied to the conductor 260 without changing the potential.
  • Vth of the transistor 200 can be made higher than 0 V and off-state 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 negative potential is applied.
  • the conductor 205 is preferably provided to be larger than a region of the oxide 230 which does not overlap with the conductors 242a and 242b as illustrated in FIG. 1A.
  • the conductor 205 preferably extends in a region outside an end portion of the oxide 230 intersecting with the channel width direction. That is, it is preferable that the conductor 205 and the conductor 260 overlap with each other with the insulator interposed outside the side surface of the oxide 230 in the channel width direction.
  • charge-up local charging
  • the conductor 205 may overlap with at least the oxide 230 located between the conductor 242a and the conductor 242b.
  • the channel formation region can be electrically surrounded by an electric field of the conductor 260 having a function as the first gate and an electric field of the conductor 205 having a function of the second gate.
  • a structure of a transistor that 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 S-channel structure has a feature that the side surface and the periphery of the oxide 243a in contact with the conductor 242a functioning as a source electrode and a drain electrode are I-shaped in the same manner as the channel formation region.
  • the oxide semiconductor 243b has a feature in which the side surface and the periphery of the oxide 243b in contact with the conductor 242b functioning as a source electrode and a drain electrode are I-type, similarly to the channel formation region. Further, the side surface and the periphery of the oxide 243a in contact with the conductor 242a are in contact with the insulator 272, so that the oxide 243a can be I-shaped in a manner similar to that of the channel formation region. In addition, since the side surface and the periphery of the oxide 243b in contact with the conductor 242b are in contact with the insulator 272, the oxide 243b can be I-shaped as in the channel formation region.
  • Form I can be treated as the same as high-purity intrinsic substance described later.
  • the S-channel structure disclosed in this specification and the like is different from the Fin structure and the planar structure.
  • the conductor 205a is preferably a conductor that suppresses transmission of impurities such as water or hydrogen and oxygen.
  • impurities such as water or hydrogen and oxygen.
  • titanium, titanium nitride, tantalum, or tantalum nitride can be used.
  • the conductor 205b be formed using a conductive material mainly containing tungsten, copper, or aluminum.
  • the conductor 205 is illustrated as having two layers, the conductor 205 may have a multilayer structure of three or more layers.
  • the oxide semiconductor, the insulator or the conductor located in the lower layer of the oxide semiconductor, and the insulator or the conductor located in the upper layer of the oxide semiconductor are formed in different films without opening to the air. It is preferable that the seeds be continuously formed because a substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor film in which the concentration of impurities (in particular, hydrogen and water) is reduced can be formed.
  • An oxide film to be the object 230b, an oxide film to be the oxide 243, and a conductive film to be the conductor 242 may be sequentially formed.
  • impurities such as water or hydrogen are mixed into the transistor 200 from the substrate side or from above. It is preferable to function as a barrier insulating film that suppresses the above.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, the insulator 283, and the insulator 281 each include a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, a nitrogen oxide molecule ( It is preferable to use an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities such as N 2 O, NO, and NO 2 , and copper atoms (the impurities are not easily transmitted). Alternatively, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing diffusion of oxygen (for example, at least one of an oxygen atom and an oxygen molecule) (the above-described oxygen is not easily transmitted).
  • silicon nitride or the like be used for the insulator 212, the insulator 283, and the insulator 281, and aluminum oxide or the like be used for the insulator 214, the insulator 272, the insulator 273, and the insulator 283.
  • impurities such as water or hydrogen from the substrate side to the transistor 200 side through the insulator 212 and the insulator 214
  • diffusion of oxygen contained in the insulator 224 or the like to the substrate via the insulator 212 and the insulator 214 can be suppressed.
  • the transistor 200 is formed using the insulator 212, the insulator 214, the insulator 272, the insulator 273, the insulator 282, and the insulator 283 each having a function of suppressing diffusion of impurities such as water or hydrogen and oxygen. It is preferable to have a surrounding structure.
  • the resistivity of the insulator 212, the insulator 283, and the insulator 281 is approximately 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm, so that the insulator 212, the insulator 283, In some cases, the insulator 281 can reduce charge-up of the conductor 205, the conductor 242, or the conductor 260.
  • Insulator 212, the resistivity of the insulator 283, and the insulator 281 is preferably a 1 ⁇ 10 15 ⁇ cm or less 1 ⁇ 10 10 ⁇ cm or more.
  • the insulator 216, the insulator 280, and the insulator 274 preferably have a lower dielectric constant than the insulator 214.
  • a material having a low dielectric constant as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, carbon, and nitrogen are added. Silicon oxide, silicon oxide having holes, or the like may be used as appropriate.
  • the insulator 222 and the insulator 224 have a function as a gate insulator.
  • the insulator 224 in contact with the oxide 230 release oxygen by heating.
  • oxygen released by heating may be referred to as excess oxygen.
  • the insulator 224 may be formed using silicon oxide or silicon oxynitride as appropriate.
  • an oxide material from which part of oxygen is released by heating as the insulator 224.
  • An oxide from which oxygen is released by heating means that the amount of released oxygen molecules is 1.0 ⁇ 10 18 molecules / cm 3 or more in thermal desorption spectroscopy (TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) analysis).
  • TDS Thermal Desorption Spectroscopy
  • the surface temperature of the film at the time of the TDS analysis is preferably in the range of 100 ° C to 700 ° C, or 100 ° C to 400 ° C.
  • the insulator 222 preferably functions as a barrier insulating film for preventing impurities such as water or hydrogen from entering the transistor 200 from the substrate side.
  • the insulator 222 preferably has lower hydrogen permeability than the insulator 224.
  • the insulator 222 have a function of suppressing diffusion of oxygen (for example, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules) (the above-described oxygen is hardly transmitted).
  • the insulator 222 preferably has lower oxygen permeability than the insulator 224. It is preferable that the insulator 222 have a function of suppressing diffusion of oxygen and impurities because diffusion of oxygen included in the oxide 230 to a lower side than the insulator 222 can be reduced.
  • the conductor 205 can be prevented from reacting with oxygen included in the insulator 224 and the oxide 230.
  • an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium which are insulating materials, may be used. It is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like as the insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium. In the case where the insulator 222 is formed using such a material, the insulator 222 suppresses release of oxygen from the oxide 230 and entry of impurities such as hydrogen from the periphery of the transistor 200 into the oxide 230. Functions 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 222 is formed of, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ), or (Ba, Sr) TiO 3 (BST).
  • An insulator including a so-called high-k material may be used in a single layer or a stacked layer. When a transistor is miniaturized and highly integrated, a problem such as a leak current may occur due to thinning of a gate insulator. With the use of a high-k material for an insulator functioning as a gate insulator, reduction in gate potential at the time of transistor operation can be performed while the physical thickness is maintained.
  • the insulator 222 and the insulator 224 may have a stacked structure of two or more layers.
  • the structure is not limited to a laminated structure made of the same material, and may be a laminated structure made of different materials.
  • An oxide 243 is provided over the oxide 230b, and a conductor 242 (a conductor 242a and a conductor 242b) functioning as a source electrode and a drain electrode is provided over the oxide 243.
  • the thickness of the conductor 242 may be, for example, from 1 nm to 50 nm, preferably from 2 nm to 25 nm.
  • the conductor 242 aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, strontium, It is preferable to use a metal element selected from lanthanum, an alloy containing the above-described metal element as a component, an alloy in which the above-described metal elements are combined, or the like.
  • tantalum nitride, titanium nitride, tungsten, a nitride containing titanium and aluminum, a nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, and the like are used. Is preferred.
  • tantalum nitride, titanium nitride, nitride containing titanium and aluminum, nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, oxide containing strontium and ruthenium, and oxide containing lanthanum and nickel are not easily oxidized.
  • a conductive material or a material that maintains conductivity even when oxygen is absorbed is preferable.
  • the insulator 250 functions as a gate insulator.
  • the insulator 250 is preferably provided in contact with the upper surface of the oxide 230c.
  • 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, or silicon oxide having holes is used. be able to.
  • silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable against heat.
  • the insulator 250 is preferably formed using an insulator from which oxygen is released by heating.
  • an insulator from which oxygen is released by heating is provided as the insulator 250 in contact with the upper surface of the oxide 230c, oxygen can be effectively supplied to a channel formation region of the oxide 230b.
  • the concentration of impurities such as water or hydrogen in the insulator 250 is preferably reduced.
  • the thickness of the insulator 250 is preferably greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 20 nm.
  • a metal oxide may be provided between the insulator 250 and the conductor 260. It is preferable that the metal oxide suppress oxygen diffusion from the insulator 250 to the conductor 260. By providing a metal oxide that suppresses diffusion of oxygen, diffusion of oxygen from the insulator 250 to the conductor 260 is suppressed. That is, a decrease in the amount of oxygen supplied to the oxide 230 can be suppressed. Further, oxidation of the conductor 260 due to oxygen of the insulator 250 can be suppressed.
  • the metal oxide has a function as part of a gate insulator. Therefore, in the case where silicon oxide, silicon oxynitride, or the like is used for the insulator 250, it is preferable that the metal oxide be a high-k material having a high relative dielectric constant.
  • the gate insulator has a stacked structure of the insulator 250 and the metal oxide, a stacked structure which is stable against heat and has a high relative dielectric constant can be obtained. Therefore, it is possible to reduce the gate potential applied during the operation of the transistor while maintaining the physical thickness of the gate insulator. Further, the equivalent oxide thickness (EOT) of the insulator functioning as a gate insulator can be reduced.
  • EOT equivalent oxide thickness
  • hafnium, aluminum, gallium, yttrium, zirconium, tungsten, titanium, tantalum, nickel, germanium, or magnesium, or a metal oxide containing two or more kinds may be used. it can.
  • the metal oxide may function as part of a gate in some cases.
  • a conductive material containing oxygen is preferably provided on the channel formation region side.
  • a conductive material containing oxygen and a metal element contained in a metal oxide in which a channel is formed is preferably used.
  • a conductive material containing the above-described metal element and nitrogen may be used.
  • indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon were added.
  • Indium tin oxide may be used.
  • indium gallium zinc oxide containing nitrogen may be used.
  • the conductor 260 is shown in FIG. 1 as a two-layer structure, it may have a single-layer structure or a stacked structure of three or more layers.
  • the conductor 260a has a function of suppressing diffusion of impurities such as a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, a nitrogen oxide molecule (eg, N 2 O, NO, and NO 2 ), and a copper atom. It is preferable to use a material. Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen (for example, at least one of an oxygen atom and an oxygen molecule).
  • the conductor 260a has a function of suppressing diffusion of oxygen, it is possible to prevent the conductor 260b from being oxidized by the oxygen contained in the insulator 250 and lowering the conductivity.
  • the conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen for example, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is preferably used.
  • the conductor 260b be formed using a conductive material mainly containing tungsten, copper, or aluminum. Further, since the conductor 260 also functions as a wiring, a conductor having high conductivity is preferably used. 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 stacked structure of titanium or titanium nitride and the above conductive material.
  • the insulator 280 includes, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, or silicon oxide having holes. It is preferred to have. In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are thermally stable. In particular, a material such as silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon oxide having a hole is preferable because a region containing oxygen which is released by heating can be easily formed.
  • the concentration of impurities such as water or hydrogen in the insulator 280 be reduced. Further, the upper surface of the insulator 280 may be planarized.
  • the insulator 282 or the insulator 283 preferably functions as a barrier insulating film for preventing impurities such as water or hydrogen from entering the insulator 280 from above. Further, the insulator 282 or the insulator 283 preferably functions as a barrier insulating film for suppressing transmission of oxygen.
  • an insulator such as aluminum oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide may be used, for example.
  • aluminum oxide having a high blocking property against oxygen may be used, and as the insulator 283, silicon nitride having a high blocking property against hydrogen may be used.
  • the insulator 274 function as an interlayer film be provided over the insulator 282. It is preferable that the insulator 274 have a reduced concentration of impurities such as water or hydrogen in the film, similarly to the insulator 224 and the like.
  • the conductor 240a and the conductor 240b be formed using a conductive material mainly containing tungsten, copper, or aluminum. Further, the conductor 240a and the conductor 240b may have a stacked structure.
  • the insulator 281, the insulator 274, the insulator 282, the insulator 280, the insulator 273, and the conductor which is in contact with the insulator 272 include impurities such as water or hydrogen. It is preferable to use a conductive material having a function of suppressing transmission. For example, it is preferable to use tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like. Further, a conductive material having a function of suppressing transmission of impurities such as water or hydrogen may be used in a single layer or a stacked layer.
  • oxygen added to the insulator 280 can be prevented from being absorbed by the conductor 240a and the conductor 240b. Further, entry of impurities such as water or hydrogen from above the insulator 281 into the oxide 230 through the conductor 240a and the conductor 240b can be suppressed.
  • an insulator such as silicon nitride, aluminum oxide, or silicon nitride oxide may be used, for example. Since the insulator 241a and the insulator 241b are provided in contact with the insulator 272 and the insulator 273, impurities such as water or hydrogen from the insulator 280 or the like are mixed into the oxide 230 through the conductors 240a and 240b. Can be suppressed.
  • silicon nitride is preferable because of its high blocking property against hydrogen.
  • oxygen contained in the insulator 280 can be prevented from being absorbed by the conductor 240a and the conductor 240b.
  • the conductor 246 (the conductor 246a and the conductor 246b) which functions as a wiring may be provided in contact with the upper surface of the conductor 240a and the upper surface of the conductor 240b.
  • the conductor 246 is preferably formed using a conductive material mainly containing tungsten, copper, or aluminum. Further, the conductor may have a stacked structure, for example, a stacked structure of titanium or titanium nitride and the above conductive material. Note that the conductor may be formed so as to be embedded in an opening provided in the insulator.
  • an insulator substrate As a substrate over which the transistor 200 is formed, an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used, for example.
  • 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 include a semiconductor substrate formed using silicon and germanium, and a compound semiconductor substrate formed using silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, and gallium oxide.
  • a semiconductor substrate having an insulator region inside the above-described semiconductor substrate for example, an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • the conductor substrate include a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, and a conductive resin substrate.
  • a substrate including a metal nitride, a substrate including a metal oxide, and the like are given.
  • 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 a conductor substrate, and the like.
  • a substrate in which an element is provided may be used.
  • Elements provided on the substrate include a capacitor, a resistor, a switch, a light-emitting element, a storage element, and the like.
  • insulator examples include oxides, nitrides, oxynitrides, nitrided oxides, metal oxides, metal oxynitrides, and metal nitrided oxides having insulating properties.
  • a high-k material is used for an insulator functioning as a gate insulator, a voltage can be reduced during operation of a transistor while a physical thickness is maintained.
  • a material having a low relative dielectric constant for an insulator functioning as an interlayer film parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. Therefore, a material may be selected according to the function of the insulator.
  • Examples of the insulator having a high relative dielectric constant include gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium, an oxynitride containing aluminum and hafnium, an oxide containing silicon and hafnium, and silicon and hafnium. Oxynitride or nitride containing silicon and hafnium.
  • the insulator having a low relative dielectric constant includes silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and holes. Silicon oxide, resin, or the like is given.
  • a transistor including an oxide semiconductor can have stable electrical characteristics by being surrounded by an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen.
  • the insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, and zirconium.
  • Lanthanum, neodymium, hafnium, or an insulator containing tantalum may be used as a single layer or a stacked layer.
  • an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen
  • a metal oxide such as tantalum oxide, or a metal nitride such as aluminum nitride, aluminum titanium nitride, titanium nitride, silicon nitride oxide, or silicon nitride can be used.
  • the insulator functioning as a gate insulator is preferably an insulator having a region containing oxygen which is released by heating.
  • the oxide 230 oxygen vacancies in the oxide 230 can be compensated.
  • ⁇ Conductor> Aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, strontium, lanthanum It is preferable to use a metal element selected from the above, an alloy containing the above-described metal element as a component, an alloy in which the above-described metal elements are combined, or the like.
  • tantalum nitride, titanium nitride, tungsten, a nitride containing titanium and aluminum, a nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, and the like are used. Is preferred.
  • tantalum nitride, titanium nitride, nitride containing titanium and aluminum, nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, oxide containing strontium and ruthenium, and oxide containing lanthanum and nickel are not easily oxidized.
  • a conductive material or a material that maintains conductivity even when oxygen is absorbed is preferable.
  • a semiconductor having high electric conductivity represented by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used.
  • a plurality of conductive layers formed using the above materials may be stacked.
  • a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined may be employed.
  • a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined may be employed.
  • a stacked structure of a combination of the above-described material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen may be used.
  • a stacked structure in which the above-described material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are used for a conductor functioning as a gate may be used.
  • a conductive material containing oxygen is preferably provided on the channel formation region side.
  • a conductive material containing oxygen and a metal element contained in a metal oxide in which a channel is formed is preferably used.
  • a conductive material containing the above-described metal element and nitrogen may be used.
  • a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride or tantalum nitride may be used.
  • indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon were added.
  • Indium tin oxide may be used.
  • indium gallium zinc oxide containing nitrogen may be used.
  • Metal oxide As the oxide 230, a metal oxide that functions as an oxide semiconductor is preferably used. Hereinafter, 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 preferably contains indium and zinc. In addition, it is preferable that aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like be contained in addition thereto. In addition, one or more kinds selected from boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, and the like may be included.
  • the metal oxide is an In-M-Zn oxide containing indium, the element M, and zinc is considered.
  • the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like.
  • Other elements applicable to the element M include boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium.
  • a combination of a plurality of the aforementioned elements may be used as the element M.
  • a metal oxide containing nitrogen may be collectively referred to as a metal oxide. Further, a metal oxide containing nitrogen may be referred to as metal oxynitride.
  • An oxide semiconductor (metal oxide) is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single-crystal oxide semiconductor.
  • the non-single-crystal oxide semiconductor include a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS, a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS), and an amorphous oxide semiconductor.
  • Semiconductors include a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS, a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS), and an amorphous oxide semiconductor.
  • the CAAC-OS has a c-axis orientation and a crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in an ab plane direction and has a strain.
  • the strain refers to a region where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is uniform and a region where another lattice arrangement is uniform in a region where a plurality of nanocrystals are connected.
  • Nanocrystals are basically hexagonal, but are not limited to regular hexagons, and may be non-regular hexagons.
  • distortion may have a lattice arrangement such as a pentagon and a heptagon.
  • a lattice arrangement such as a pentagon and a heptagon.
  • the CAAC-OS is a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter, an In layer) and a layer containing elements M, zinc, and oxygen (hereinafter, a (M, Zn) layer) are stacked. It tends to have a structure (also called a layered structure).
  • indium and the element M can be replaced with each other, and when the element M in the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can also be referred to as an (In, M, Zn) layer.
  • indium in the In layer is replaced with the element M, it can be referred to as an (In, M) layer.
  • CAAC-OS is a metal oxide with high crystallinity.
  • the CAAC-OS it is difficult to confirm a clear crystal grain boundary; thus, it can be said that electron mobility due to the crystal grain boundary is not easily reduced.
  • CAAC-OS impurities and defects oxygen deficiency (V O: also referred to as oxygen vacancy), etc.) with little metal oxide It can be called a thing. Therefore, a metal oxide having a CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the metal oxide including the CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
  • the nc-OS has a periodic atomic arrangement in a minute region (for example, a region from 1 nm to 10 nm inclusive, particularly a region from 1 nm to 3 nm inclusive).
  • a minute region for example, a region from 1 nm to 10 nm inclusive, particularly a region from 1 nm to 3 nm inclusive.
  • the nc-OS may not be distinguished from an a-like @ OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method.
  • indium-gallium-zinc oxide which is a kind of metal oxide including indium, gallium, and zinc
  • IGZO indium-gallium-zinc oxide
  • a smaller crystal for example, the above-described nanocrystal
  • a large crystal here, a crystal of several mm or a crystal of several cm.
  • it may be structurally stable.
  • ⁇ A-like ⁇ OS is a metal oxide having a structure between an nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
  • a-like @ OS has voids or low density regions. That is, a-like @ OS has lower crystallinity than the nc-OS and the CAAC-OS.
  • Oxide semiconductors have various structures, each having different characteristics.
  • the oxide semiconductor of one embodiment of the present invention may include two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-like @ OS, an nc-OS, and a CAAC-OS.
  • the structure of the oxide semiconductor is not particularly limited, but preferably has crystallinity.
  • the oxide 230 can have a CAAC-OS structure and the oxide 243 can have a hexagonal crystal structure.
  • the oxide 230 and the oxide 243 have the above crystal structure, a highly reliable semiconductor device can be obtained.
  • the oxide 230a, the oxide 230c, and the oxide 243 can have substantially the same composition.
  • the concentration of an alkali metal or an alkaline earth metal in a metal oxide is 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less. , Preferably 2 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less.
  • ⁇ ⁇ Hydrogen contained in a metal oxide reacts with oxygen bonded to a metal atom to form water, which may form an oxygen vacancy.
  • oxygen vacancy When hydrogen enters the oxygen vacancy, electrons serving as carriers are generated in some cases. Further, part of hydrogen may bond with oxygen which is bonded to a metal atom to generate an electron serving as a carrier. Therefore, a transistor including a metal oxide containing hydrogen is likely to have normally-on characteristics.
  • the hydrogen concentration obtained by SIMS is less than 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 , more preferably 5 ⁇ 10 18 atoms / cm 3. It is set to less than 3 , more preferably less than 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • a thin film with high crystallinity As a metal oxide used for a semiconductor of a transistor. With the use of the thin film, stability or reliability of the transistor can be improved.
  • the thin film include a single crystal metal oxide thin film and a polycrystalline metal oxide thin film.
  • forming a thin film of a single crystal metal oxide or a thin film of a polycrystalline metal oxide on a substrate requires a high-temperature or laser heating step. Therefore, the cost of the manufacturing process increases, and the throughput also decreases.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view corresponding to a portion indicated by a dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 1A, and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction.
  • (C) of each drawing is a cross-sectional view corresponding to a portion indicated by a dashed line A3-A4 in (A), and is also a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel width direction. Note that some components are not illustrated in the top view of FIG.
  • a substrate (not shown) is prepared, and an insulator 212 is formed over the substrate.
  • the insulator 212 is formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, a pulsed laser deposition (PLD: pulsed laser deposition method), or a molecular beam epitaxy (MBE) method. It can be performed using a method or the like.
  • the CVD method can be classified into a plasma CVD (Plasma Enhanced CVD) method using plasma, a thermal CVD (TCVD: Thermal CVD) method using heat, an optical CVD (Photo CVD) method using light, and the like. Further, the method can be classified into a metal CVD (MCVD: Metal CVD) method and an organic metal CVD (MOCVD: Metal Organic CVD) method depending on a used raw material gas.
  • a plasma CVD Pullasma Enhanced CVD
  • TCVD Thermal CVD
  • Photo CVD Photo CVD
  • MCVD Metal CVD
  • MOCVD Metal Organic CVD
  • 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 (eg, a transistor or a capacitor) included in a semiconductor device may be charged up by receiving charge from plasma. At this time, the accumulated charges may destroy wirings, electrodes, elements, and the like included in the semiconductor device.
  • a thermal CVD method that does not use plasma, such plasma damage does not occur, so that the yield of semiconductor devices can be increased.
  • a plasma film having few defects can be obtained because plasma damage does not occur during film formation.
  • the ALD method utilizes the self-controlling property of atoms and can deposit atoms one by one, so that an extremely thin film can be formed, a film can be formed on a structure having a high aspect ratio, There are effects such as film formation with few defects such as holes, film formation with excellent coverage, and film formation at a low temperature.
  • the ALD method includes a plasma-enhanced PEALD (Plasma Enhanced ALD) method using plasma. Utilization of plasma makes it possible to form a film at a lower temperature, which is preferable in some cases.
  • Some precursors used in the ALD method contain impurities such as carbon. Therefore, a film formed by an ALD method may contain more impurities such as carbon than a film formed by another film formation method.
  • the impurities can be quantified by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS: X-ray @ Photoelectron @ Spectroscopy).
  • the CVD method and the ALD method are different from the film formation method in which particles emitted from a target or the like are deposited, and are film formation methods in which a film is formed by a reaction on the surface of a processing object. Therefore, the film formation method is less affected by the shape of the object to be processed and has good step coverage.
  • the ALD method has excellent step coverage and excellent thickness uniformity, and thus is suitable for covering the surface of an opening having a high aspect ratio.
  • the ALD method since the ALD method has a relatively low film formation rate, it may be preferable to use the ALD method in combination with another film formation method such as a CVD method with a high film formation rate.
  • the composition of the obtained film can be controlled by the flow rate ratio of the source gas.
  • a film having an arbitrary composition can be formed depending on a flow rate ratio of a 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.
  • silicon nitride is formed as the insulator 212 by a CVD method.
  • an insulator such as silicon nitride which does not easily transmit copper as the insulator 212
  • a metal such as copper which is easily diffused
  • a layer (not illustrated) below the insulator 212 Diffusion of the metal into an upper layer through the insulator 212 can be suppressed.
  • an insulator which does not easily transmit impurities such as water or hydrogen, such as silicon nitride diffusion of impurities such as water or hydrogen from a layer below the insulator 212 can be suppressed.
  • an insulator 214 is formed over the insulator 212.
  • 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.
  • aluminum oxide is used for the insulator 214.
  • 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.
  • an opening reaching the insulator 214 is formed in the insulator 216.
  • the opening includes, for example, a groove and a slit. In some cases, a region where an opening is formed is referred to as an opening.
  • the opening may be formed by wet etching, but dry etching is more preferable for fine processing.
  • an insulator which functions as an etching stopper film when the insulator 216 is etched to form a groove is preferably selected.
  • the insulator 214 may be a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or a hafnium oxide film.
  • a conductive film to be the conductor 205a is formed.
  • the conductive film preferably includes a conductor having a function of suppressing transmission of oxygen.
  • 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.
  • the conductive film serving as the conductor 205a has a multilayer structure.
  • tantalum nitride is formed by a sputtering method, and titanium nitride is stacked on the tantalum nitride.
  • a conductive film to be the conductor 205b 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 the conductive film to be the conductor 205b.
  • part of the conductive film to be the conductor 205a and part of the conductive film to be the conductor 205b are removed, so that the insulator 216 is exposed.
  • the conductor 205a and the conductor 205b remain only in the opening.
  • the conductor 205 having a flat top surface can be formed.
  • part of the insulator 216 may be removed by the CMP treatment (see FIG. 3).
  • the conductor 205 is formed so as to be embedded in the opening of the insulator 216; however, the present embodiment is not limited to this.
  • the conductor 205 is formed over the insulator 214, the insulator 216 is formed over the conductor 205, and CMP is performed on the insulator 216, so that part of the insulator 216 is removed. 205 may be exposed.
  • an insulator 222 is formed over the insulator 216 and the conductor 205.
  • an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium may be formed. Note that it is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like as the insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium.
  • An insulator including an oxide of one or both of aluminum and hafnium has a barrier property to 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 around the transistor 200 through the insulator 222 to the inside of the transistor 200 is suppressed. In addition, generation 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 224A is formed over the insulator 222.
  • the insulating film 224A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • the heat treatment may be performed at a temperature of 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 an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more.
  • the heat treatment may be performed in a reduced pressure state.
  • heat treatment is performed in a nitrogen or inert gas atmosphere, and then heat treatment is performed in an atmosphere including an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more to supplement desorbed oxygen. Good.
  • the treatment is continuously performed at 400 ° C. for one hour in an oxygen atmosphere.
  • impurities such as water and hydrogen contained in the insulating film 224A can be removed.
  • the heat treatment may be performed after the insulator 222 is formed.
  • the above-described heat treatment conditions can be used.
  • plasma treatment including oxygen may be performed under reduced pressure.
  • an apparatus having a power supply for generating high-density plasma using microwaves for example.
  • a power supply for applying a high frequency such as RF may be provided on the substrate side.
  • high-density plasma high-density oxygen radicals can be generated.
  • oxygen radicals generated by high-density plasma can be efficiently guided into the insulating film 224A. it can.
  • plasma treatment including oxygen may be performed to supplement desorbed oxygen. Note that by appropriately selecting the conditions of the plasma treatment, impurities such as water and hydrogen contained in the insulating film 224A can be removed. In that case, the heat treatment may not be performed.
  • aluminum oxide may be formed over the insulating film 224A by, for example, a sputtering method, and CMP may be performed until the aluminum oxide reaches the insulating film 224A.
  • CMP planarization of the surface of the insulating film 224A and planarization of the surface of the insulating film 224A can be performed.
  • the insulating film 224A may be partially polished by CMP to reduce the thickness of the insulating film 224A; however, the thickness may be adjusted when the insulating film 224A is formed.
  • planarizing and smoothing the surface of the insulating film 224A By planarizing and smoothing the surface of the insulating film 224A, deterioration of the coverage of an oxide film to be formed later can be prevented, and reduction in the yield of a semiconductor device can be prevented in some cases. It is preferable that aluminum oxide be formed over the insulating film 224A by a sputtering method because oxygen can be added to the insulating film 224A.
  • an oxide film 230A and an oxide film 230B are sequentially formed on the insulating film 224A (see FIG. 3).
  • the oxide film is preferably formed continuously without exposure to the air environment.
  • impurities or moisture from the atmospheric environment can be prevented from being attached to the oxide films 230A and 230B, and the vicinity of the interface between the oxide films 230A and 230B can be reduced. Can be kept clean.
  • the oxide films 230A and 230B can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • the oxide films 230A and 230B are formed by a sputtering method
  • 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%.
  • the proportion of oxygen contained in a sputtering gas is greater than or equal to 1% and less than or equal to 30%, preferably greater than or equal to 5% and less than or equal to 20%. It is formed.
  • a transistor using an oxygen-deficient oxide semiconductor for a channel formation region can have relatively high field-effect mobility.
  • the crystallinity of the oxide film can be improved. Note that one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the proportion of oxygen contained in the sputtering gas is more than 30% and less than or equal to 100%, preferably greater than or equal to 70% and less than or equal to 100%. Is formed.
  • a transistor using an oxygen-excess oxide semiconductor for a channel formation region has relatively high reliability.
  • each oxide film may be formed in accordance with characteristics required for the oxide 230 by appropriately selecting a deposition condition and an atomic ratio.
  • heat treatment may be performed.
  • the above-described heat treatment conditions can be used.
  • impurities such as water and hydrogen in the oxide films 230A and 230B can be removed.
  • the treatment is continuously performed at 400 ° C. for one hour in an oxygen atmosphere.
  • an oxide film 243A is formed on the oxide film 230B (see FIG. 3).
  • the oxide film 243A can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • the atomic ratio of Ga to In is preferably larger than the atomic ratio of Ga to In in the oxide film 230B.
  • the conductive film 242A is formed on the oxide film 243A (see FIG. 3).
  • 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, the oxide film 230B, the oxide layer 243B, and the conductor layer are formed by processing the oxide film 230A, the oxide film 230B, the oxide film 243A, and the conductive film 242A into an island shape using a lithography method. 242B is formed (see FIG. 4).
  • the processing can use a dry etching method or a wet etching method. Processing by dry etching is suitable for fine processing.
  • the thickness of a region of the insulating film 224A which does not overlap with the oxide 230a may be reduced.
  • a resist mask is formed by removing or leaving the exposed region using a developing solution.
  • a conductor, a semiconductor, an insulator, or the like can be processed into a desired shape.
  • a 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 between the substrate and the projection lens to perform exposure.
  • an electron beam or an ion beam may be used instead of the above-described light.
  • the resist mask can be removed by dry etching such as ashing, wet etching, wet etching after dry etching, or dry etching after 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 242A, a resist mask is formed thereover, and the hard mask material is etched to form a hard mask having a desired shape. can do.
  • the etching of the conductive film 242A and the like 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 the etching.
  • the hard mask may be removed by etching.
  • the material of the hard mask does not affect the post-process or can be used in the post-process, it is not always necessary to remove the hard mask.
  • a capacitively coupled plasma (CCP) etching apparatus having parallel plate electrodes can be used.
  • the capacitively coupled plasma etching apparatus having the parallel plate type electrode may be configured to apply a high frequency power to one of the parallel plate type electrodes.
  • a configuration in which a plurality of different high-frequency power sources are applied to one of the parallel plate electrodes may be employed.
  • a configuration in which a high-frequency power source having the same frequency is applied to each of the parallel plate electrodes may be employed.
  • a configuration may be employed in which high-frequency power sources having different frequencies are applied to the respective parallel plate electrodes.
  • a dry etching apparatus having a high-density plasma source can be used.
  • an inductively coupled plasma (ICP) etching apparatus or the like can be used.
  • the oxide 230a, the oxide 230b, the oxide layer 243B, and the conductor layer 242B are formed so as to at least partially overlap the conductor 205.
  • the side surfaces of the oxide 230a, the oxide 230b, the oxide layer 243B, and the conductor layer 242B are preferably substantially perpendicular to the top surface of the insulator 222.
  • the area can be reduced when the plurality of transistors 200 is provided. Higher densities are possible.
  • the angle formed between the oxide 230a, the oxide 230b, the oxide layer 243B, and the top surface of the conductor layer 242B and the insulator 222 may be low.
  • the angle formed between the side surface of the oxide 230a, the oxide 230b, the oxide layer 243B, and the conductor layer 242B and the upper 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 layer 242B and the upper surface of the conductor layer 242B. That is, the end of the side surface and the end of the upper surface are preferably curved (hereinafter also referred to as a round shape).
  • the curved surface has, for example, a radius of curvature of 3 nm or more and 10 nm or less, preferably 5 nm or more and 6 nm or less at an end of the conductor layer 242B. By not having a corner at the end, coverage of the film in the subsequent film forming process is improved.
  • an insulating film 272A is formed over the insulating film 224A, the oxide 230a, the oxide 230b, the oxide layer 243B, and the conductor layer 242B (see FIG. 5).
  • the insulating film 272A 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 transmission of oxygen is preferably used.
  • aluminum oxide, silicon nitride, silicon oxide, or gallium oxide may be formed by a sputtering method or an ALD method.
  • an insulating film 273A is formed over the insulating film 272A (see FIG. 5).
  • the insulating film 273A 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 formed by an ALD method. Note that a structure in which the insulating film 273A is not formed may be employed.
  • an insulating film to be the insulator 280 is formed over the insulating film 273A.
  • 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.
  • a silicon oxide film may be formed using a sputtering method and a silicon oxide film may be formed thereover using a PEALD method or a thermal ALD method.
  • CMP treatment is performed on the insulating film to be the insulator 280 to form the insulator 280 having a flat top surface (see FIG. 6).
  • microwave processing may be performed.
  • the microwave treatment is preferably performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure.
  • an electric field generated by the microwave 290 is applied to the insulator 280, the oxide 230a, and the oxide 230b, and VoH of the insulator 280, the oxide 230a, and the oxide 230b is separated into Vo and hydrogen.
  • Part of the hydrogen separated at this time may be combined with oxygen included in the insulator 280 and removed as H 2 O in some cases. Further, part of hydrogen may be gettered to the conductor 242 through the insulator 272 and the insulator 273 in some cases.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • hydrogen in the insulator 280, the oxide 230a, and the oxide 230b can be efficiently removed.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • a step of performing a microwave treatment for 10 seconds to 300 seconds, preferably 30 seconds to 60 seconds, and then performing a heat treatment for 30 seconds to 3000 seconds, preferably 300 seconds or near the same while maintaining the reduced pressure state May be performed two to ten times.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the film quality of the insulator 280 is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Therefore, diffusion of hydrogen, water, or impurities into the oxide 230 through the insulator 280 can be suppressed by a post-process after the formation of the insulator 280 or heat treatment (see FIG. 6).
  • the configuration of the microwave processing device will be described later.
  • An insulating film to be the insulator 280 is formed, and the insulator 280 having a flat surface is formed by performing, for example, a CMP process, and the insulator 280 is formed over the insulator 280 in an atmosphere containing oxygen by, for example, a sputtering method.
  • microwave treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure. By performing the microwave treatment, an electric field generated by the microwave 290 is applied to the insulator 280 and the oxide 230, and VoH in the insulator 280 and in the oxide 230 can be separated into Vo and hydrogen.
  • Part of the hydrogen separated at this time is combined with oxygen injected into the insulator 280 during the formation of aluminum oxide to form H 2 O, and is accumulated at the interface between the insulator 280 and aluminum oxide and near the interface. There is.
  • H 2 O accumulated at the interface between the insulator 280 and aluminum oxide and near the interface can be removed.
  • part of hydrogen may be gettered to the conductor 242 through the insulator 272 and the insulator 273 in some cases.
  • the microwave treatment in this manner, the concentration of hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen concentration in the oxide 230 can be reduced.
  • Vo can be repaired or supplemented by supplying oxygen to Vo that may exist after dividing VoH in the oxide 230 into Vo and hydrogen.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be efficiently removed.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment. For example, after performing the microwave treatment for 10 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds to 60 seconds, the heat treatment is performed for 30 seconds or more and 3000 seconds or less, preferably 300 seconds or more while maintaining the reduced pressure state.
  • the steps to be performed may be performed two to ten times.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be more efficiently removed.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the film quality of the insulator 280 is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Accordingly, diffusion of hydrogen, water, or impurities into the oxide 230 through the insulator 280 can be suppressed by a post-process after the formation of the insulator 280 or heat treatment or the like.
  • the above is a different microwave processing method.
  • part of the insulator 280, part of the insulating film 273A, part of the insulating film 272A, part of the oxide layer 243B, and part of the conductor layer 242B are processed to reach the oxide 230b.
  • Form an opening The opening is preferably formed so as to overlap with the conductor 205.
  • the oxide 243a, the oxide 243b, the conductor 242a, the conductor 242b, the insulator 272, the insulator 273, and the insulator 224 are formed (see FIG. 7).
  • part of the insulator 280 is processed by dry etching
  • part of the insulating film 273A is processed by wet etching
  • part of the insulating film 272A, part of the oxide layer 243B, and the conductor layer 242B May be processed by a dry etching method.
  • impurities due to an etching gas or the like may be attached or diffused to the surface or the inside of the oxide 230a and the oxide 230b.
  • impurities include fluorine and chlorine.
  • ⁇ Cleaning is performed to remove the above impurities.
  • the cleaning method include wet cleaning using a cleaning liquid, plasma treatment using plasma, cleaning by heat treatment, and the like, and the above cleaning may be appropriately combined.
  • Wet cleaning may be performed using an aqueous solution obtained by diluting oxalic acid, phosphoric acid, ammonia water, hydrofluoric acid, or the like with carbonated water or pure water. Alternatively, ultrasonic cleaning using pure water or carbonated water may be performed.
  • Heat treatment may be performed after the etching or after the cleaning.
  • the heat treatment may be performed, for example, at 100 ° C or higher and 400 ° C or lower.
  • the heat treatment is performed in an atmosphere of a nitrogen gas or an inert gas, or an atmosphere containing an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more.
  • the heat treatment may be performed in an oxygen atmosphere. Thereby, oxygen is supplied to the oxide 230a and oxides 230b, it is possible to reduce the oxygen vacancies V O.
  • the heat treatment may be performed in a reduced pressure state.
  • the heat treatment may be performed in an atmosphere containing an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more in order to compensate desorbed oxygen after heat treatment in an atmosphere of nitrogen gas or an inert gas. Good.
  • heat treatment may be performed.
  • the heat treatment may be performed under reduced pressure, and the oxide film 230C may be formed continuously without exposure to the air (see FIG. 8). Further, the heat treatment is preferably performed in an atmosphere containing oxygen. By performing such a treatment, moisture and hydrogen adsorbed on the surface of the oxide 230b and the like can be removed, and the moisture concentration and the hydrogen concentration in the oxide 230a and the oxide 230b can be further reduced.
  • the temperature of the heat treatment is preferably from 100 ° C to 400 ° C, more preferably from 150 ° C to 350 ° C. In this embodiment, the temperature of the heat treatment is set to 200 ° C. and the heat treatment is performed under reduced pressure.
  • the side surface of the oxide 230a at least part of the side surface of the oxide 230a, part of the side surface and part of the top surface of the oxide 230b, part of the side surface of the oxide 243, part of the side surface of the conductor 242, It is preferable to be provided so as to be in contact with the side surface of the insulator 272, the side surface of the insulator 273, and the side surface of the insulator 280. Since the conductor 242 is surrounded by the oxide 243, the insulator 272, and the oxide film 230C, a decrease in conductivity due to oxidation of the conductor 242 in subsequent steps can be suppressed.
  • 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 the atomic ratio of Ga to In is preferably larger than the atomic ratio of Ga to In in the oxide film 230B.
  • the oxide film 230C may be a stacked layer.
  • part of oxygen contained in the sputtering gas may be supplied to the oxides 230a and 230b.
  • part of oxygen contained in a sputtering gas may be supplied to the insulator 280 when the oxide film 230C is formed. Therefore, 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%.
  • heat treatment may be performed.
  • the heat treatment may be performed under reduced pressure, and the insulating film 250A may be formed continuously without exposure to the air.
  • moisture and hydrogen adsorbed on the surface of the oxide film 230C and the like can be removed, and the moisture concentration and the hydrogen concentration in the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide film 230C can be further reduced. it can.
  • the temperature of the heat treatment is preferably from 100 ° C to 400 ° C. In this embodiment, the temperature of the heat treatment is set to 200 ° C.
  • microwave treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure.
  • an electric field generated by the microwave 291 is applied to the insulating film 250A, the oxide 230a, and the oxide 230b, and VoH in the insulating film 250A, the oxide 230a, and the oxide 230b is changed to Vo. It can be separated from hydrogen. Part of the hydrogen separated at this time may be combined with oxygen and removed as H 2 O from the insulating film 250A, the oxide 230a, and the oxide 230b in some cases. Further, part of hydrogen may be gettered by the conductor 242 in some cases.
  • the concentration of hydrogen in the insulating film 250A, the oxide 230a, and the oxide 230b can be reduced.
  • Vo can be repaired or supplemented by supplying oxygen to Vo which may exist after the VoH in the oxide 230a and the oxide 230b is divided into Vo and hydrogen.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment. For example, after the microwave treatment is performed for 10 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds or more and 60 seconds or less, the heat treatment is performed for 30 seconds or more and 3000 seconds or less, preferably 300 seconds or more while maintaining the reduced pressure state. May be performed two to ten times.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the quality of the insulating film 250A is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Accordingly, diffusion of hydrogen, water, or impurities to the oxide 230 through the insulator 250 is suppressed by a post-process such as formation of a conductive film to be the conductor 260 or a post-treatment such as heat treatment. (See FIG. 9). The configuration of the microwave processing device will be described later.
  • a conductive film 260Aa and a conductive film 260Ab are formed.
  • the conductive films 260Aa and 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 by an ALD method
  • the conductive film 260Ab is formed by a CVD method (see FIG. 10).
  • heat treatment may be performed.
  • treatment is performed at 400 ° C. for one hour in a nitrogen atmosphere.
  • the moisture concentration and the hydrogen concentration in the insulator 250 and the insulator 280 can be reduced.
  • the insulator 282 is formed over the conductor 260, the oxide 230c, the insulator 250, and the insulator 280.
  • 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 (see FIG. 12).
  • oxygen can be added to the insulator 280 while the film is formed. At this time, it is preferable to form the insulator 280 while heating the substrate.
  • oxygen in the insulator 280 can be prevented from being absorbed by the conductor 260 in a heat treatment performed later, which is preferable. .
  • an insulator 283 is formed over the insulator 282.
  • 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. 12).
  • a film of silicon nitride or silicon nitride oxide is preferably used.
  • heat treatment may be performed.
  • treatment is performed at 400 ° C. for one hour in a nitrogen atmosphere.
  • oxygen added by the formation of the insulator 282 can be diffused into the insulator 280 and further supplied to the oxide 230a and the oxide 230b through the oxide 230c.
  • the heat treatment is not limited to after the formation of the insulator 283 and may be performed after the formation of the insulator 282.
  • microwave treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen and under reduced pressure.
  • an electric field generated by the microwave 292 is applied to the insulator 280 and the oxide 230, and VoH in the insulator 280 and in the oxide 230 can be separated into Vo and hydrogen.
  • Part of the hydrogen separated at this time may be combined with oxygen included in the insulator 280 and removed as H 2 O in some cases.
  • part of hydrogen may be gettered to the conductor 242 through the insulator 272 and the insulator 273 in some cases.
  • the concentration of hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen concentration in the oxide 230 can be reduced.
  • Vo can be repaired or supplemented by supplying oxygen to Vo that may exist after dividing VoH in the oxide 230 into Vo and hydrogen.
  • the heat treatment may be performed while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be efficiently removed.
  • the step of performing the heat treatment may be performed a plurality of times while maintaining the reduced pressure state after the microwave treatment. For example, after performing the microwave treatment for 10 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds or more and 60 seconds or less, while maintaining the reduced pressure state, 30 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 30 seconds or more and 300 seconds or less, preferably 300 seconds or less.
  • the step of performing the heat treatment for seconds or a time close thereto may be performed twice to ten times.
  • hydrogen in the insulator 280 and the hydrogen in the oxide 230 can be more efficiently removed.
  • the heat treatment temperature is preferably higher than or equal to 300 ° C and lower than or equal to 500 ° C.
  • the film quality of the insulator 280 is modified, so that diffusion of hydrogen, water, impurities, or the like can be suppressed. Accordingly, diffusion of hydrogen, water, or impurities into the oxide 230 through the insulator 280 can be suppressed by a post-process after the formation of the insulator 283 or heat treatment or the like. Further, by disposing the insulator 282 and the insulator 283 functioning as a barrier insulating film over the insulator 280, entry of hydrogen, water, or impurities from the outside into the transistor 200 can be suppressed; See FIG. 12). The configuration of the microwave processing device will be described later.
  • the insulator 274 may be formed over the insulator 283.
  • 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.
  • the insulator 281 may be formed over the insulator 274.
  • the insulator 281 can be formed by a sputtering method, a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like.
  • a silicon nitride film is preferably formed by a sputtering method.
  • openings are formed in the insulator 272, the insulator 273, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, the insulator 274, and the insulator 281 to reach the conductor 242a and the conductor 242b.
  • the formation of the opening may be performed using a lithography method.
  • an insulating film to be the insulator 241 is formed, and the insulating film is anisotropically etched to form the insulator 241.
  • 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.
  • an insulating film having a function of suppressing transmission of oxygen is preferably used.
  • silicon nitride is preferably formed by a PEALD method. Silicon nitride is preferable because of its high blocking property against hydrogen.
  • a dry etching method or the like may be used as the anisotropic etching of the insulating film to be the insulator 241.
  • a dry etching method or the like may be used.
  • permeation of oxygen from the outside can be suppressed, and oxidation of the conductor 240a and the conductor 240b to be formed next can be prevented.
  • diffusion of impurities such as water and hydrogen from the conductor 240a and the conductor 240b to the outside can be prevented.
  • a conductive film to be the conductor 240a and the conductor 240b is formed. It is preferable that the conductive film to be the conductor 240a and the conductor 240b have a stacked structure including a conductor having a function of suppressing transmission of impurities such as water and hydrogen. For example, a stack of tantalum nitride, titanium nitride, or the like and 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.
  • part of the conductive film to be the conductor 240a and the conductor 240b is removed, so that the insulator 281 is exposed.
  • the conductive film remains only in the opening, so that the conductor 240a and the conductor 240b having a flat top surface can be formed (see FIG. 1).
  • part of the insulator 281 may be removed by the CMP treatment.
  • the conductive film to be the conductor 246 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 serving as the conductor 246 is processed by lithography to form the conductor 246a in contact with the upper surface of the conductor 240a and the conductor 246b in contact with the upper surface of the conductor 240b (see FIG. 1).
  • a semiconductor device including the transistor 200 illustrated in FIG. 1 can be manufactured. As illustrated in FIGS. 3 to 12, the transistor 200 can be manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device described in this embodiment.
  • a semiconductor device having favorable electric characteristics can be provided.
  • a semiconductor device having normally-off electric characteristics can be provided.
  • a highly reliable semiconductor device can be provided.
  • a semiconductor device with high on-state current can be provided.
  • a semiconductor device having high frequency characteristics can be provided.
  • a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided.
  • a semiconductor device with low off-state current can be provided.
  • a semiconductor device with reduced power consumption can be provided.
  • a semiconductor device with high productivity can be provided.
  • FIG. 13 schematically shows a top view of a single-wafer multi-chamber manufacturing apparatus 2700.
  • the manufacturing apparatus 2700 includes an atmosphere-side substrate supply chamber 2701 having a cassette port 2761 for accommodating a substrate, an alignment port 2762 for aligning the substrate, and an atmosphere-side substrate transport for transporting the substrate from the atmosphere-side substrate supply chamber 2701.
  • An unload lock chamber 2703b for switching from atmospheric pressure to reduced pressure, a transfer chamber 2704 for transferring a substrate in vacuum, a chamber 2706a, a chamber 2706b, a chamber 2706c, and a chamber 2706d are provided.
  • the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702 is connected to the load lock chamber 2703a and the unload lock chamber 2703b, the load lock chamber 2703a and the unload lock chamber 2703b are connected to the transfer chamber 2704, and the transfer chamber 2704 is connected to the chamber 2706a. , Chamber 2706b, chamber 2706c and chamber 2706d.
  • a gate valve GV is provided at a connection portion of each chamber, and each chamber can be independently maintained in a vacuum state except for the atmosphere-side substrate supply chamber 2701 and the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702.
  • a transfer robot 2763a is provided in the atmosphere-side substrate transfer chamber 2702, and a transfer robot 2763b is provided in the transfer chamber 2704.
  • a substrate can be transferred in the manufacturing apparatus 2700 by the transfer robot 2763a and the transfer robot 2763b.
  • the back pressure (total pressure) of the transfer chamber 2704 and each chamber is, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less, preferably 3 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less, and more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less.
  • the partial pressure of gas molecules (atoms) having a mass-to-charge ratio (m / z) of 18 in the transfer chamber 2704 and each chamber is, for example, 3 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less, and preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less. And more preferably 3 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa or less.
  • the partial pressure of gas molecules (atoms) whose m / z is 28 in the transfer chamber 2704 and each chamber is, for example, 3 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less, and more preferably 3 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less. ⁇ 10 ⁇ 6 Pa or less. Further, the partial pressure of gas molecules (atoms) whose m / z is 44 in the transfer chamber 2704 and each chamber is, for example, 3 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less, and more preferably 3 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less. ⁇ 10 ⁇ 6 Pa or less.
  • the total pressure and partial pressure in the transfer chamber 2704 and each chamber can be measured using a mass spectrometer.
  • a mass spectrometer manufactured by ULVAC, Inc. (also referred to as Q-mass) Jo @ CGM-051 may be used.
  • the transfer chamber 2704 and each chamber have a configuration in which external leakage or internal leakage is small.
  • the leak rate of the transfer chamber 2704 and each chamber is set to 3 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa ⁇ m 3 / s or less, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa ⁇ m 3 / s or less.
  • the leak rate of gas molecules (atoms) having m / z of 18 is set to 1 ⁇ 10 ⁇ 7 Pa ⁇ m 3 / s or less, preferably 3 ⁇ 10 ⁇ 8 Pa ⁇ m 3 / s or less.
  • the leak rate of gas molecules (atoms) having m / z of 28 is set to 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa ⁇ m 3 / s or less, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa ⁇ m 3 / s or less.
  • the leak rate of gas molecules (atoms) whose m / z is 44 is set to 3 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa ⁇ m 3 / s or less, preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa ⁇ m 3 / s or less.
  • leak rate may be derived from the total pressure and the partial pressure measured using the mass spectrometer described above.
  • Leak rate depends on external and internal leaks.
  • An external leak is a gas flowing from outside the vacuum system due to a minute hole or a poor seal.
  • the internal leak is caused by a leak from a partition such as a valve in a vacuum system or a gas released from an internal member. In order to make the leak rate equal to or less than the above value, it is necessary to take measures from both external leak and internal leak.
  • the transfer chamber 2704 and the open / close portions of each chamber may be sealed with a metal gasket.
  • a metal gasket it is preferable to use a metal covered with iron fluoride, aluminum oxide, or chromium oxide.
  • Metal gaskets have higher adhesion than O-rings and can reduce external leakage.
  • a gas containing impurities released from a metal gasket can be suppressed, and internal leakage can be reduced.
  • the above-described member may be used by coating it with an alloy containing iron, chromium, nickel and the like. Alloys containing iron, chromium, nickel and the like are rigid, resistant to heat and suitable for processing.
  • the surface irregularities of the member are reduced by polishing or the like in order to reduce the surface area, the released gas can be reduced.
  • the members of the above manufacturing apparatus 2700 may be covered with iron fluoride, aluminum oxide, chromium oxide, or the like.
  • the members of the manufacturing apparatus 2700 are preferably made of only metal as much as possible.
  • the surface is made of iron fluoride, aluminum oxide, oxide It is good to coat thinly with chrome or the like.
  • the adsorbate present in the transfer chamber 2704 and each chamber does not affect the pressure in the transfer chamber 2704 and each chamber because it is adsorbed on the inner wall or the like, but causes gas release when the transfer chamber 2704 and each chamber are exhausted. Becomes Therefore, although there is no correlation between the leak rate and the pumping speed, it is important to remove as much adsorbate as possible in the transfer chamber 2704 and each chamber using a pump having a high pumping capacity and exhaust the gas beforehand.
  • the transfer chamber 2704 and each chamber may be baked in order to promote the desorption of the adsorbate. The baking can increase the desorption speed of the adsorbate by about 10 times. Baking may be performed at 100 ° C. or higher and 450 ° C. or lower.
  • the desorption speed of water or the like that is difficult to desorb only by exhausting can be further increased.
  • the desorption speed of the adsorbed material can be further increased by heating the inert gas to be introduced to the same temperature as the baking temperature.
  • the pressure in the transfer chamber 2704 and each chamber is increased by introducing an inert gas such as a heated rare gas or oxygen, and to exhaust the transfer chamber 2704 and each chamber again after a certain period of time. .
  • the adsorbate in the transfer chamber 2704 and each chamber can be desorbed by introduction of the heated gas, and impurities present in the transfer chamber 2704 and each chamber can be reduced. Note that it is effective to repeat this process in a range of 2 to 30 times, preferably 5 to 15 times.
  • the pressure in the transfer chamber 2704 and each chamber is increased from 0.1 Pa to 10 kPa by introducing an inert gas or oxygen having a temperature of 40 to 400 ° C., preferably 50 to 200 ° C.
  • the pressure is preferably 1 Pa or more and 1 kPa or less, more preferably 5 Pa or more and 100 Pa or less, and the period for keeping the pressure is 1 minute or more and 300 minutes or less, preferably 5 minutes or more and 120 minutes or less.
  • the transfer chamber 2704 and each chamber are evacuated for a period of 5 minutes to 300 minutes, preferably, 10 minutes to 120 minutes.
  • the chambers 2706b and 2706c are, for example, chambers which can perform microwave processing on an object to be processed. Note that the chamber 2706b and the chamber 2706c are different only in the atmosphere at the time of performing the microwave treatment. Since other configurations are common, they will be described below collectively.
  • Each of the chambers 2706b and 2706c has a slot antenna plate 2808, a dielectric plate 2809, a substrate holder 2812, and an exhaust port 2819. Further, outside the chambers 2706b and 2706c, a gas supply source 2801, a valve 2802, a high-frequency generator 2803, a waveguide 2804, a mode converter 2805, a gas pipe 2806, and a waveguide 2807 , A matching box 2815, a high-frequency power supply 2816, a vacuum pump 2817, and a valve 2818.
  • the high frequency generator 2803 is connected to the mode converter 2805 via the waveguide 2804.
  • the mode converter 2805 is connected to the slot antenna plate 2808 via the waveguide 2807.
  • Slot antenna plate 2808 is arranged in contact with dielectric plate 2809.
  • the gas supply source 2801 is connected to the mode converter 2805 via the valve 2802.
  • gas is sent to the chambers 2706b and 2706c by the gas pipe 2806 passing through the mode converter 2805, the waveguide 2807, and the dielectric plate 2809.
  • the vacuum pump 2817 has a function of exhausting gas or the like from the chamber 2706b and the chamber 2706c through the valve 2818 and the exhaust port 2819.
  • the high frequency power supply 2816 is connected to the substrate holder 2812 via the matching box 2815.
  • the substrate holder 2812 has a function of holding the substrate 2811. For example, it has a function of electrostatically or mechanically chucking the substrate 2811. Further, it has a function as an electrode to which power is supplied from the high-frequency power supply 2816. In addition, a heating mechanism 2813 is provided inside and has a function of heating the substrate 2811.
  • the vacuum pump 2817 for example, a dry pump, a mechanical booster pump, an ion pump, a titanium sublimation pump, a cryopump, a turbo molecular pump, or the like can be used. Further, in addition to the vacuum pump 2817, a cryotrap may be used. It is particularly preferable to use a cryopump and a cryoprap because water can be efficiently exhausted.
  • a heating mechanism that heats using a resistance heating element or the like may be used.
  • a heating mechanism for heating by heat conduction or heat radiation from a medium such as a heated gas may be used.
  • RTA Rapid Thermal Annealing
  • GRTA Gas Rapid Thermal Annealing
  • LRTA Low Rapid Thermal Annealing
  • GRTA performs heat treatment using a high-temperature gas.
  • an inert gas is used as the gas.
  • the gas supply source 2801 may be connected to a purifier via a mass flow controller.
  • a gas having a dew point of ⁇ 80 ° C. or lower, preferably ⁇ 100 ° C. or lower is preferably used.
  • an oxygen gas, a nitrogen gas, and a rare gas may be used.
  • dielectric plate 2809 for example, silicon oxide (quartz), aluminum oxide (alumina), yttrium oxide (yttria), or the like may be used. Further, another protective layer may be formed on the surface of dielectric plate 2809. As the protective layer, magnesium oxide, titanium oxide, chromium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, silicon oxide, aluminum oxide, yttrium oxide, or the like may be used.
  • the dielectric plate 2809 is exposed to a particularly high-density region of the high-density plasma 2810 to be described later, and thus, by providing a protective layer, damage can be reduced. As a result, an increase in particles during processing can be suppressed.
  • the high-frequency generator 2803 has a function of generating a microwave of, for example, 0.3 GHz or more and 3.0 GHz or less, 0.7 GHz or more and 1.1 GHz or less, or 2.2 GHz or more and 2.8 GHz or less.
  • the microwave generated by the high frequency generator 2803 is transmitted to the mode converter 2805 via the waveguide 2804.
  • the microwave transmitted as the TE mode is converted to the TEM mode.
  • the microwave is transmitted to the slot antenna plate 2808 via the waveguide 2807.
  • the slot antenna plate 2808 is provided with a plurality of slot holes, and the microwave passes through the slot holes and the dielectric plate 2809.
  • high-density plasma 2810 can be generated.
  • ions and radicals corresponding to the type of gas supplied from the gas supply source 2801 exist.
  • oxygen radicals or nitrogen radicals are present.
  • a film or the like over the substrate 2811 can be modified by ions and radicals generated by the high-density plasma 2810.
  • a bias may be applied to the substrate 2811 using the high-frequency power supply 2816.
  • the high-frequency power supply 2816 for example, an RF (Radio Frequency) power supply having a frequency of 13.56 MHz, 27.12 MHz, or the like may be used.
  • oxygen radical treatment using high-density plasma 2810 is performed by introducing oxygen from a gas supply source 2801, and in the chamber 2706c, high-density plasma 2810 is introduced by introducing nitrogen from a gas supply source 2801.
  • the used nitrogen radical treatment can be performed.
  • the chambers 2706a and 2706d are chambers that can perform irradiation of an object with electromagnetic waves, for example.
  • the chamber 2706a and the chamber 2706d differ only in the type of electromagnetic wave. Since other configurations have many common parts, they will be described collectively below.
  • Each of the chambers 2706a and 2706d includes one or more lamps 2820, a substrate holder 2825, a gas inlet 2823, and an exhaust port 2830. Further, a gas supply source 2821, a valve 2822, a vacuum pump 2828, and a valve 2829 are provided outside the chamber 2706a and the chamber 2706d.
  • the gas supply source 2821 is connected to a gas inlet 2823 via a valve 2822.
  • the vacuum pump 2828 is connected to an exhaust port 2830 via a valve 2829.
  • the lamp 2820 is arranged to face the substrate holder 2825.
  • the substrate holder 2825 has a function of holding the substrate 2824. Further, the substrate holder 2825 has a heating mechanism 2826 therein, and has a function of heating the substrate 2824.
  • a light source having a function of emitting electromagnetic waves such as visible light or ultraviolet light
  • a light source having a function of emitting an electromagnetic wave having a peak at a wavelength of 10 nm to 2500 nm, 500 nm to 2000 nm, or 40 nm to 340 nm may be used.
  • a light source such as a halogen lamp, a metal halide lamp, a xenon arc lamp, a carbon arc lamp, a high-pressure sodium lamp, or a high-pressure mercury lamp may be used.
  • part or all of the electromagnetic waves emitted from the lamp 2820 can be absorbed by the substrate 2824 to modify a film or the like on the substrate 2824.
  • generation or reduction of defects, removal of impurities, and the like can be performed. Note that when heat treatment is performed on the substrate 2824, generation or reduction of defects, removal of impurities, or the like can be performed efficiently.
  • the substrate holder 2825 may be heated by electromagnetic waves radiated from the lamp 2820 to heat the substrate 2824.
  • the heating mechanism 2826 may not be provided inside the substrate holder 2825.
  • the description of the vacuum pump 2828 is referred to.
  • the description of the heating mechanism 2826 is referred to.
  • the description of the heating mechanism 2813 is referred to.
  • the description of the gas supply source 2821 is referred to.
  • FIG. 16 illustrates an example of a semiconductor device (memory device) using the capacitor which is one embodiment of the present invention.
  • the transistor 200 is provided above the transistor 300, and the capacitor 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200. Note that as the transistor 200, the transistor 200 described in the above embodiment can be used.
  • the transistor 200 is a transistor in which a channel is formed in a semiconductor layer including an oxide semiconductor. Since the off-state current of the transistor 200 is small, stored data can be held for a long time by using the transistor 200 in a memory device. That is, since the refresh operation is not required or the frequency of the refresh operation is extremely low, the power consumption of the storage 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. Further, 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. Further, 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. 16 can form a memory cell array by being arranged in a matrix.
  • the transistor 300 is provided over a substrate 311 and has a conductor 316 functioning as a gate, an insulator 315 functioning as a gate insulator, a semiconductor region 313 which is part of the substrate 311, and a low-voltage transistor functioning as a source or drain region. It has a resistance region 314a and a low resistance region 314b.
  • the transistor 300 may be either a p-channel transistor or an n-channel transistor.
  • a semiconductor region 313 (a part of the substrate 311) in which a channel is formed has a convex shape.
  • the conductor 316 is provided so as to cover the side surface and the top surface of the semiconductor region 313 with the insulator 315 interposed therebetween.
  • the conductor 316 may be formed using a material whose work function is adjusted.
  • Such a transistor 300 is also called a FIN transistor because it utilizes a projection of a semiconductor substrate.
  • an insulator may be provided in contact with an upper portion of the projection and functioning as a mask for forming the projection.
  • transistor 300 illustrated in FIG. 16 is an example, and there is no limitation on the structure, and an appropriate transistor may be used depending on a circuit configuration and a driving method.
  • the capacitor 100 is provided above the transistor 200.
  • the capacitor 100 includes a conductor 110 functioning as a first electrode, a conductor 120 functioning as a second electrode, and an 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 functions as a plug or a wiring which is electrically connected to the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300.
  • the conductor 112 and the conductor 110 have a single-layer structure; however, the structure is not limited to this, and a stacked structure of two or more layers may be used.
  • a conductor having a barrier property and a conductor having high adhesion to a conductor having a high conductivity may be formed between a conductor having a barrier property and a conductor having a high conductivity.
  • the insulator 130 is formed using, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, hafnium nitride oxide, or hafnium nitride. Or the like may be used, and they can be provided in a stacked or single layer.
  • the capacitor 100 has an insulator with a high dielectric constant (high-k), so that sufficient capacitance can be secured. Since the capacitor 100 has an insulator with a large dielectric strength, the dielectric strength is improved, and the capacitance is improved. Electrostatic breakdown of the element 100 can be suppressed.
  • Gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium, an oxynitride containing aluminum and hafnium are given as insulators of a high dielectric constant (high-k) material (a material having a high relative dielectric constant).
  • high-k high dielectric constant
  • materials having high dielectric strength include silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, carbon and nitrogen. 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 structures. Further, 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 given the same reference numeral by combining a plurality of structures.
  • a wiring and a plug that is electrically connected to the wiring may be integrated. That is, a part of the conductor functions as a wiring and a part of the conductor functions as a plug in some cases.
  • an insulator 320, an insulator 322, an insulator 324, and an insulator 326 are sequentially stacked as interlayer films.
  • a conductor 328 that is electrically connected to the capacitor 100 or the transistor 200, a conductor 330, or the like is embedded. Note that the conductor 328 and the conductor 330 function as plugs or wirings.
  • the insulator functioning as an interlayer film may also function as a flattening film that covers unevenness below the insulator.
  • the upper surface of the insulator 322 may be planarized by a planarization process using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like to improve 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.
  • a conductor 356 is formed over the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354.
  • the conductor 356 functions as a plug or a wiring.
  • the conductor 210, the conductor (the conductor 205) included in the transistor 200, and the like are embedded in the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216.
  • the conductor 218 functions as a plug or a wiring which is electrically connected to the capacitor 100 or the transistor 300.
  • an insulator 150 is provided over the conductor 120 and the insulator 130.
  • the insulator 217 is provided in contact with the side surface of the conductor 218 functioning as a plug.
  • the insulator 217 is provided in contact with the inner walls of the openings formed in the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216. That is, the insulator 217 is provided between the conductor 218 and the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216.
  • the conductor 205 can be formed in parallel with the conductor 218, the insulator 217 may be formed in contact with a side surface of the conductor 205 in some cases.
  • an insulator such as silicon nitride, aluminum oxide, or silicon nitride oxide may be used, for example. Since the insulator 217 is provided in contact with the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 222, impurities such as water or hydrogen from the insulator 210, the insulator 216, or the like are mixed into the oxide 230 through the conductor 218. Can be suppressed.
  • silicon nitride is preferable because of its high blocking property against hydrogen. Further, oxygen contained in the insulator 210 or the insulator 216 can be prevented from being absorbed by the conductor 218.
  • the insulator 217 can be formed by a method similar to that of the insulator 241.
  • a film of silicon nitride may be formed by a PEALD method, and an opening reaching the conductor 356 may be formed by anisotropic etching.
  • a material having a low relative dielectric constant for an insulator functioning as an interlayer film parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. Therefore, a material may be selected according to the function of the insulator.
  • the insulator 150, the insulator 210, the insulator 352, the insulator 354, and the like include an insulator having a low relative dielectric constant.
  • the insulator may include 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, silicon oxide or resin having holes, or the like.
  • the insulator is 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, or silicon oxide having holes.
  • a resin is 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, or silicon oxide having holes.
  • a resin is silicon oxide, silicon oxynitride,
  • silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, they can be combined with a resin to have a stacked structure that is thermally stable and has a low relative dielectric constant.
  • the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, and the like), polyimide, polycarbonate, and acryl.
  • a transistor including an oxide semiconductor can have stable electrical characteristics by being surrounded by an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen. Therefore, an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen can be used for the insulator 214, the insulator 212, the insulator 350, and the like.
  • Examples of the insulator having a function of suppressing the transmission of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, and zirconium. , Lanthanum, neodymium, hafnium, or an insulator containing tantalum may be used as a single layer or a stacked layer.
  • an insulator having a function of suppressing transmission of impurities such as hydrogen and oxygen
  • 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, and indium.
  • a material containing at least one metal element selected from ruthenium and the like can be used.
  • a semiconductor having high electric conductivity, represented by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used.
  • a metal material, an alloy material, a metal nitride material, a metal oxide material, or the like formed using the above materials. can be used as a single layer or a stacked layer. It is preferable to use a high melting point material such as tungsten or molybdenum, which has both heat resistance and conductivity, and it is preferable to use tungsten. Alternatively, it is preferable to use a low-resistance conductive material such as aluminum or copper. By using a low-resistance conductive material, wiring resistance can be reduced.
  • an insulator having an excess oxygen region may be provided in the vicinity of the oxide semiconductor in some cases.
  • an insulator having a barrier property is preferably provided between the insulator having the excess oxygen region and a conductor provided in the insulator having the excess oxygen region.
  • an insulator 241 may be provided between the conductor 240 and the insulators 224 and 280 having excess oxygen.
  • the insulator 241 is provided in contact with the insulator 222, the insulator 272, and the insulator 273, the insulator 224 and the transistor 200 have a structure in which the insulator 224 and the transistor 200 are sealed with an insulator having a barrier property. Can be.
  • the insulator 241 is preferably in contact with part of the insulator 280. Since the insulator 241 extends to the insulator 274, diffusion of oxygen and impurities can be further suppressed.
  • provision of the insulator 241 can prevent excess oxygen included in the insulator 224 and the insulator 280 from being absorbed by the conductor 240.
  • diffusion of hydrogen, which is an impurity, into the transistor 200 through the conductor 240 can be suppressed.
  • an insulating material having a function of suppressing diffusion of impurities such as water or hydrogen and oxygen is preferably used.
  • silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like is preferable because of its high blocking property against hydrogen.
  • a metal oxide such as magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, or tantalum oxide can be used.
  • FIG. 17 illustrates an example of a memory device using the semiconductor device of one embodiment of the present invention.
  • the memory device illustrated in FIG. 17 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 voltage between the first gate and the source and the voltage between the second gate and the source of the transistor 400 become 0 V.
  • the drain current when the second gate voltage and the first gate voltage are 0 V is extremely small; therefore, without supplying power to the transistor 200 and the transistor 400, the second gate of the transistor 200 A negative potential can be maintained for a long time.
  • 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; Is electrically connected to Here, the wiring 1006, the wiring 1007, the wiring 1008, and the wiring 1009 are electrically connected.
  • the memory device illustrated in FIG. 17 can form a memory cell array by being arranged in a matrix. Note that one transistor 400 can control the second gate voltage of the plurality of transistors 200. Therefore, the number of the transistors 400 is preferably smaller than that of the transistor 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 (a conductor 460a and a conductor 460b) functioning as a first gate, a conductor 405 functioning as a second gate, an insulator 222 functioning as a gate insulating layer, and an insulator Body 450, an oxide 430c having a channel formation region, a conductor 442a, an oxide 443a, an oxide 431a, and an oxide 431b functioning as a source, and a conductor 442b, an oxide 443b, and an oxide functioning as a drain 432a, an oxide 432b, a conductor 440 functioning as a plug (the conductor 440a and the conductor 440b), and an insulator 441 functioning as a barrier insulating film of the conductor 440 (the insulator 441a and the insulator 441b).
  • a conductor 460 a conductor 460a and a conduct
  • the conductor 405 is 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 443 is the same layer as the oxide 243.
  • 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 conductor 440 is the same layer as the conductor 240.
  • the insulator 441 is the same layer as the insulator 241.
  • the oxide 430c can be formed by processing an oxide film to be the oxide 230c.
  • the oxide 430c functioning as an active layer of the transistor 400 has reduced oxygen vacancies and reduced impurities such as hydrogen and water, similarly to the oxide 230 and the like. Accordingly, the threshold voltage of the transistor 400 is higher than 0 V, the off-state current is reduced, and the drain current when the second gate voltage and the first gate voltage are 0 V can be extremely low.
  • a dicing line (which may be referred to as a scribe line, a division line, or a cutting line) provided when a large-area substrate is divided into semiconductor elements to take out a plurality of semiconductor devices in a chip shape will be described.
  • a dividing method for example, there is a case where a groove (dicing line) for dividing a semiconductor element is first formed on a substrate, and then cut along the dicing line to be divided (divided) into a plurality of semiconductor devices.
  • a region where the insulator 272 and the insulator 222 are in contact with each other it is preferable to design a region where the insulator 272 and the insulator 222 are in contact with each other to be a dicing line. That is, an opening is provided in the insulator 224 in the vicinity of a memory cell including a plurality of transistors 200 and a region to be a dicing line provided at an outer edge of the transistor 400. Further, an insulator 272 is provided so as to cover a side surface of the insulator 224.
  • the insulator 222 and the insulator 272 are in contact with each other at the opening provided in the insulator 224.
  • the insulator 222 and the insulator 272 may be formed using the same material and the same method.
  • adhesion can be improved.
  • the insulator 224, the transistor 200, and the transistor 400 can be covered with the insulator 222 and the insulator 272. Since the insulator 222 and the insulator 272 have a function of suppressing diffusion of oxygen, hydrogen, and water, the substrate is divided for each circuit region where the semiconductor element described in this embodiment is formed. Accordingly, even when the chip is processed into a plurality of chips, impurities such as hydrogen or water can be prevented from entering the transistor 200 and the transistor 400 from the lateral direction of the separated substrate.
  • excess oxygen in the insulator 224 can be prevented from being diffused outside through the insulator 272 and the insulator 222. Accordingly, the excess oxygen in the insulator 224 is efficiently supplied to the oxide in which the channel in the transistor 200 or the transistor 400 is formed. With the use of the oxygen, oxygen vacancies in the oxide in which a channel in the transistor 200 or the transistor 400 is formed can be reduced. Accordingly, the oxide in which the channel is formed in the transistor 200 or the transistor 400 can be an oxide semiconductor having low density of defect states and stable characteristics. That is, change in electrical characteristics of the transistor 200 or the transistor 400 can be suppressed and reliability can be improved.
  • an OS transistor a transistor including an oxide as a semiconductor
  • a capacitor according to one embodiment of the present invention
  • a storage device (hereinafter, may be referred to as an OS memory device) that is located will be described.
  • An OS memory device is a storage device including at least a capacitor and an OS transistor that controls charging and discharging of the capacitor. Since the off-state current of the OS transistor is extremely small, the OS memory device has excellent holding characteristics and can function as a nonvolatile memory.
  • FIG. 18A illustrates an example of a configuration of an OS memory device.
  • the storage 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, a write circuit, and the like.
  • the precharge circuit has a function of precharging a wiring.
  • the sense amplifier has a function of amplifying a data signal read from a memory cell. Note that the above wiring is a wiring connected to a memory cell included in the memory cell array 1470, and will be described later in detail.
  • the amplified data signal is output to the outside of the storage device 1400 as a data signal RDATA via 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.
  • 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 are externally supplied to the storage device 1400. Further, a control signal (CE, WE, RE), an address signal ADDR, and a data signal WDATA are externally input to the storage device 1400.
  • the address signal ADDR is input to a row decoder and a column decoder, and WDATA is input to a write circuit.
  • the control logic circuit 1460 processes an external input signal (CE, WE, RE) to generate a control signal for a row decoder and a column decoder.
  • 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 needed.
  • the memory cell array 1470 has a plurality of memory cells MC and a plurality of wirings arranged in a matrix. Note that 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 in one column, and the like. Further, 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 included in one row, and the like.
  • FIG. 18A shows an example in which the peripheral circuit 1411 and the memory cell array 1470 are formed on the same plane; however, the present embodiment is not limited to this.
  • a memory cell array 1470 may be provided so as to overlap a part of the peripheral circuit 1411.
  • a structure in which a sense amplifier is provided so as to overlap below the memory cell array 1470 may be employed.
  • FIG. 19 illustrates a configuration example of a memory cell applicable to the above-described memory cell MC.
  • [DOSRAM] 19A to 19C show circuit configuration examples of a memory cell of a DRAM.
  • a DRAM including a memory cell of one OS transistor and one capacitor may be referred to as a DOSRAM (Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory).
  • the memory cell 1471 illustrated in FIG. 19A includes a transistor M1 and a capacitor CA. Note that the transistor M1 has a gate (sometimes called a front gate) and a back gate.
  • a first terminal of the transistor M1 is connected to a first terminal of the capacitor CA, a second terminal of the transistor M1 is connected to a wiring BIL, a gate of the transistor M1 is connected to a wiring WOL, and a back gate of the transistor M1. Are connected to the wiring BGL.
  • the second terminal of the capacitor 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 capacitor CA. It is preferable that a low-level potential be applied to the wiring CAL during data writing and data 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 the circuit configuration can be changed.
  • the memory cell MC may have a structure in which the back gate of the transistor M1 is connected to the wiring WOL instead of the wiring BGL as in the memory cell 1472 illustrated in FIG. 19B.
  • the memory cell MC may be a single-gate transistor, that is, a memory cell including a transistor M1 having no back gate, like the memory cell 1473 illustrated in FIG. 19C.
  • the transistor 200 can be used as the transistor M1 and the capacitor 100 can be used as the capacitor CA.
  • the leakage current of the transistor M1 can be extremely low. That is, the written data can be held for a long time by the transistor M1, so that the frequency of refreshing the memory cell can be reduced. Further, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary. Further, since the leak current is extremely low, multi-valued data or analog data can be held in the memory cell 1471, the memory cell 1472, and the memory cell 1473.
  • [NOSRAM] 19D to 19H show circuit configuration examples of a gain cell type memory cell having two transistors and one capacitor.
  • the memory cell 1474 illustrated in FIG. 19D includes a transistor M2, a transistor M3, and a capacitor CB.
  • the transistor M2 has a front gate (which may be simply referred to as a gate) and a back gate.
  • NOSRAM Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM
  • a first terminal of the transistor M2 is connected to a first terminal of the capacitor CB, a second terminal of the transistor M2 is connected to a wiring WBL, a gate of the transistor M2 is connected to a wiring WOL, and a back gate of the transistor M2.
  • the second terminal of the capacitor CB is connected to the wiring CAL.
  • a first terminal of the transistor M3 is connected to the wiring RBL, a second terminal of the transistor M3 is connected to the wiring SL, and a gate of the transistor M3 is connected to a first terminal of the capacitor 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 capacitor CB. It is preferable that a low-level potential be applied to the wiring CAL during data writing, data holding, and data reading.
  • 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 circuit configuration can be changed as appropriate.
  • the memory cell MC may have a structure in which the back gate of the transistor M2 is connected to the wiring WOL instead of the wiring BGL as in a memory cell 1475 illustrated in FIG. 19E.
  • the memory cell MC may be a single-gate transistor, that is, a memory cell including a transistor M2 without a back gate, like the memory cell 1476 illustrated in FIG. 19F.
  • the memory cell MC may have a configuration in which the wiring WBL and the wiring RBL are combined as one wiring BIL as in a memory cell 1477 illustrated in FIG. 19G.
  • 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 extremely low.
  • the written data can be held for a long time by the transistor M2, so that the frequency of refreshing the memory cell can be reduced. Further, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary. Further, since the leakage current is extremely low, multi-valued data or analog data can be held in the memory cell 1474. The same applies to memory cells 1475 to 1477.
  • the transistor M3 may be a transistor including silicon in a channel formation region (hereinafter, may be referred to as a Si transistor).
  • the conductivity type of the Si transistor may be an n-channel type or a p-channel type.
  • 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 reading transistor.
  • the transistor M2 can be provided over the transistor M3, so that the area occupied by the memory cell can be reduced and the memory device can be highly integrated.
  • the transistor M3 may be an OS transistor.
  • OS transistors are used for the transistors M2 and M3, a circuit can be formed using the memory cell array 1470 using only n-type transistors.
  • FIG. 19H shows an example of a gain cell type memory cell having three transistors and one capacitor.
  • the memory cell 1478 illustrated in FIG. 19H includes transistors M4 to M6 and a capacitor CC.
  • the capacitor CC is provided as appropriate.
  • the memory cell 1478 is electrically connected to the wirings BIL, RWL, WWL, BGL, and GNDL.
  • the wiring GNDL is a wiring that applies 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.
  • a circuit can be formed using the memory cell array 1470 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 capacitor 100 can be used as the capacitor CC.
  • the leakage current of the transistor M4 can be extremely low.
  • peripheral circuit 1411 the memory cell array 1470, and the like described in this embodiment are not limited to the above. Arrangement or function of these circuits and wirings, circuit elements, and the like connected to the circuits may be changed, deleted, or added as necessary.
  • FIGS. 4 An example of a chip 1200 in which the semiconductor device of the present invention is mounted is described with reference to FIGS.
  • a plurality of circuits (systems) are mounted on the chip 1200.
  • SoC system-on-chip
  • a chip 1200 includes a CPU (Central Processing Unit) 1211, a GPU (Graphics Processing Unit) 1212, one or more analog operation units 1213, one or more memory controllers 1214, one or more interfaces 1215. , One or more network circuits 1216 and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • GPU Graphics Processing Unit
  • the chip 1200 is provided with bumps (not shown), and is connected to the first surface of a printed circuit board (PCB) 1201 as shown in FIG. 20B.
  • 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.
  • the motherboard 1203 may be provided with a storage device such as a DRAM 1221, a flash memory 1222, or the like.
  • a storage device such as a DRAM 1221, a flash memory 1222, or the like.
  • the DOSRAM described in the above embodiment can be used as 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 above-described 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 GPU 1212 with an image processing circuit or a product-sum operation circuit using the oxide semiconductor of the present invention, image processing and product-sum operation can be performed with low power consumption.
  • the CPU 1211 and the GPU 1212 are provided on the same chip, wiring between the CPU 1211 and the GPU 1212 can be shortened, data transfer from the CPU 1211 to the GPU 1212, data transfer between the memories of the CPU 1211 and the GPU 1212, After the calculation by the GPU 1212, the calculation result can be transferred from the GPU 1212 to the CPU 1211 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 above-described product-sum operation circuit may be provided in the analog operation unit 1213.
  • the memory controller 1214 includes 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 has an interface circuit with an externally connected 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 as such an interface.
  • the network circuit 1216 has a network circuit such as a LAN (Local Area Network). Further, a circuit for network security may be provided.
  • LAN Local Area Network
  • the above-described circuit (system) can be formed on the chip 1200 by the same manufacturing process. Therefore, even if the number of circuits required for the chip 1200 increases, the number of manufacturing processes does not need to be increased, 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 Since the GPU module 1204 has the chip 1200 using the SoC technology, its size can be reduced. In addition, since it is excellent in image processing, it is preferably used for portable electronic devices such as smartphones, tablet terminals, laptop PCs, and portable (portable) game machines.
  • a product-sum operation circuit using the GPU 1212 allows a deep neural network (DNN), a convolutional neural network (CNN), a recursive neural network (RNN), a self-encoder, a deep Boltzmann machine (DBM), a deep belief network ( Since operations such as DBN) can be performed, the chip 1200 can be used as an AI chip or the GPU module 1204 can be used as an AI system module.
  • DNN deep neural network
  • CNN convolutional neural network
  • RNN recursive neural network
  • DBM deep Boltzmann machine
  • DBM deep Boltzmann machine
  • the semiconductor device described in any of the above embodiments 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 playback device, and a navigation system) Applicable to Here, 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 types of removable storage devices such as a memory card (for example, an SD card), a USB memory, and an SSD (solid state drive).
  • FIG. 21 schematically illustrates some configuration examples of the removable storage device.
  • the semiconductor device described in any of the above embodiments is processed into a packaged memory chip, and used for various storage devices and removable memories.
  • FIG. 21A 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 board 1104.
  • the substrate 1104 is housed in the housing 1101.
  • a memory chip 1105 and a 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. 21B is a schematic diagram of the external appearance of the SD card
  • FIG. 21C is a schematic diagram of the internal structure of the SD card.
  • the SD card 1110 has a housing 1111, a connector 1112, and a board 1113.
  • the substrate 1113 is housed in the housing 1111.
  • a memory chip 1114 and a controller chip 1115 are attached to the substrate 1113.
  • the capacity of the SD card 1110 can be increased.
  • a wireless chip having a wireless communication function may be provided over the substrate 1113.
  • data can be read from and written to 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. 21D is a schematic diagram of the appearance of the SSD
  • FIG. 21E is a schematic diagram of the internal structure of the SSD.
  • the SSD 1150 includes a housing 1151, a connector 1152, and a board 1153.
  • the substrate 1153 is housed in the housing 1151.
  • a memory chip 1154, a memory chip 1155, and a 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.
  • the semiconductor device can be used for a processor such as a CPU or a GPU or a chip.
  • FIG. 22 illustrates a specific example of an electronic device including a processor or a chip such as a CPU or a GPU according to one embodiment of the present invention.
  • the GPU or the chip according to one embodiment of the present invention can be mounted on various electronic devices.
  • the electronic device include a relatively large game machine such as a television device, a desktop or notebook personal computer, a monitor for a computer, a digital signage (digital signage), and a large game machine such as a pachinko machine.
  • a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone, a portable game machine, a portable information terminal, a sound reproducing device, and the like can be given.
  • artificial intelligence can be mounted on the electronic device.
  • the electronic device of one embodiment of the present invention may include an antenna. By receiving a signal with the antenna, an image, information, or the like can be displayed on the display portion.
  • the antenna may be used for wireless power transmission.
  • the electronic device of one embodiment of the present invention includes sensors (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, (Including a function of measuring voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared light).
  • the electronic device of one embodiment of the present invention can have various functions. For example, a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function of displaying a calendar, date or time, a function of executing various software (programs), a wireless communication It can have a function, a function of reading a program or data recorded on a recording medium, and the like.
  • FIG. 22 illustrates an example of an electronic device.
  • FIG. 22A illustrates a mobile phone (smartphone), which is a type of information terminal.
  • the information terminal 5500 includes a housing 5510 and a display portion 5511.
  • a touch panel is provided in the display portion 5511 as an input interface, and buttons are provided in the housing 5510.
  • the information terminal 5500 can execute an application using artificial intelligence by applying the chip of one embodiment of the present invention.
  • the application using artificial intelligence include an application that recognizes a conversation and displays the content of the conversation on a display portion 5511, and recognizes characters, graphics, and the like input by a user on a touch panel provided in the display portion 5511, An application displayed on the display portion 5511, an application for performing biometric authentication such as a fingerprint or a voiceprint, and the like can be given.
  • FIG. 22B illustrates a desktop information terminal 5300.
  • the desktop information terminal 5300 includes a main body 5301 of the information terminal, a display 5302, and a keyboard 5303.
  • the desktop information terminal 5300 can execute an application using artificial intelligence by applying the chip of one embodiment of the present invention.
  • applications using artificial intelligence include design support software, text correction software, menu automatic generation software, and the like.
  • a new artificial intelligence can be developed.
  • the smartphone and the desktop information terminal are shown as examples in the electronic devices in FIGS. 22A and 22B, respectively.
  • one embodiment of the present invention is also applied to the smartphone and the information terminal other than the desktop information terminal. can do.
  • Examples of the information terminal other than the smartphone and the desktop information terminal include a PDA (Personal Digital Assistant), a notebook information terminal, and a workstation.
  • FIG. 22C shows an electric refrigerator-freezer 5800 which is an example of the electric appliance.
  • the electric refrigerator-freezer 5800 includes a housing 5801, a refrigerator door 5802, a refrigerator door 5803, and the like.
  • the electric refrigerator-freezer 5800 having artificial intelligence can be realized.
  • the electric refrigerator-freezer 5800 has a function of automatically generating menus based on the ingredients stored in the electric refrigerator-freezer 5800, the expiration date of the ingredients, and the like, and is stored in the electric refrigerator-freezer 5800. It can have a function of automatically adjusting the temperature to the food material.
  • an electric refrigerator-freezer was described as an electric appliance, but other electric appliances include, for example, a vacuum cleaner, a microwave oven, an electric oven, a rice cooker, a water heater, an IH cooker, a water server, and an air conditioner including an air conditioner. Utensils, washing machines, dryers, audiovisual equipment and the like.
  • FIG. 22D illustrates a portable game machine 5200 which is an example of a game machine.
  • the portable game machine 5200 includes a housing 5201, a display portion 5202, a button 5203, and the like.
  • the portable game machine 5200 By applying the GPU or chip of one embodiment of the present invention to the portable game machine 5200, the portable game machine 5200 with low power consumption can be realized.
  • heat generation from a circuit can be reduced by low power consumption, so that influence of the heat generation on the circuit itself, peripheral circuits, and modules can be reduced.
  • the portable game machine 5200 having artificial intelligence can be realized.
  • the expression of the progress of the game, the behavior of the creature appearing in the game, the phenomenon occurring in the game, etc. is determined by the program of the game, but by applying artificial intelligence to the portable game machine 5200, Thus, expressions that are not limited to game programs are possible. For example, it is possible to express such a content that a player asks a question, a progress of a game, a time, a behavior of a person appearing in the game changes.
  • the game player can be configured as an anthropomorphic person by artificial intelligence. Can play games.
  • FIG. 22D illustrates a portable game machine as an example of the game machine; however, a game machine to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied is not limited thereto.
  • a game machine to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied for example, a stationary game machine for home use, an arcade game machine installed in an entertainment facility (a game center, an amusement park, or the like), or a sports facility Pitching machine for batting practice.
  • the GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be applied to an automobile which is a mobile object and a periphery of a driver's seat of the automobile.
  • FIG. 22E1 shows an automobile 5700 which is an example of a moving object
  • FIG. 22E2 shows the vicinity of a windshield in the interior of the automobile.
  • FIG. 22E2 illustrates a display panel 5701 attached to a pillar in addition to the display panel 5701, the display panel 5702, and the display panel 5703 attached to the dashboard.
  • the display panels 5701 to 5703 can provide various information by displaying a speedometer, a tachometer, a mileage, a fuel gauge, a gear state, an air-conditioning setting, and the like. Further, display items, layout, and the like displayed on the display panel can be appropriately changed according to the user's preference, so that design can be improved.
  • the display panels 5701 to 5703 can also be used as lighting devices.
  • the field of view (blind spot) blocked by the pillar can be complemented. That is, by displaying an image from an imaging device provided outside the automobile 5700, blind spots can be compensated for and safety can be improved. In addition, by displaying an image that complements the invisible part, it is possible to more naturally confirm safety without a sense of incongruity.
  • the display panel 5704 can be used as a lighting device.
  • the GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be used as a component of artificial intelligence
  • the chip or the chip can be used for an automatic driving system of an automobile 5700, for example. Further, the chip can be used in a system for performing road guidance, danger prediction, and the like.
  • the display panels 5701 to 5704 may be configured to display information such as road guidance and danger prediction.
  • a car is described as an example of a moving body, but the moving body is not limited to a car.
  • a moving object includes a train, a monorail, a ship, a flying object (a helicopter, an unmanned aerial vehicle (drone), an airplane, a rocket), and the like.
  • the chip of one embodiment of the present invention is applied to these moving objects.
  • a system using artificial intelligence can be provided.
  • the GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be applied to a broadcast system.
  • FIG. 22F schematically shows data transmission in a broadcast system. Specifically, FIG. 22F illustrates a path until a radio wave (broadcast signal) transmitted from the broadcast station 5680 reaches a television receiver (TV) 5600 in each home.
  • the TV 5600 includes a receiving device (not shown), and a broadcast signal received by the antenna 5650 is transmitted to the TV 5600 via the receiving device.
  • the antenna 5650 is a UHF (Ultra High Frequency) antenna, but a BS / 110 ° CS antenna, a CS antenna, or the like can be used as the antenna 5650.
  • UHF Ultra High Frequency
  • the radio waves 5675A and 5675B are broadcast signals for terrestrial broadcasting, and the radio tower 5670 amplifies the received radio wave 5675A and transmits the radio wave 5675B.
  • a terrestrial TV broadcast can be viewed on the TV 5600 by receiving the radio wave 5675B with the antenna 5650.
  • the broadcasting system is not limited to the terrestrial broadcasting shown in FIG. 22F, but may be a satellite broadcasting using an artificial satellite, a data broadcasting using an optical line, or the like.
  • the broadcast system described above may be a broadcast system using artificial intelligence by applying the chip of one embodiment of the present invention.
  • the broadcast data is transmitted from the broadcast station 5680 to the TV 5600 of each home, the broadcast data is compressed by the encoder.
  • the decoder of the receiving device included in the TV 5600 decodes the broadcast data. Restore is performed.
  • artificial intelligence for example, in a motion compensation prediction which is one of the compression methods of an encoder, a display pattern included in a display image can be recognized.
  • an image interpolation process such as up-conversion can be performed in the restoration of the broadcast data by the decoder.
  • the above-described broadcasting system using artificial intelligence is suitable for ultra-high definition television (UHDTV: 4K, 8K) broadcasting in which the amount of broadcast data increases.
  • a recording device having artificial intelligence may be provided in the TV 5600.
  • the recording apparatus can automatically record a program that meets the user's preference by causing the artificial intelligence to learn the user's preference.

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

要約書 良好な電気特性を有する半導体装置を提供する。 基板上に第１の酸化物を形成し、第１の酸化物上に、第１の絶縁体を形成し、第１の絶縁体に、第 １の酸化物に達する開口を形成し、開口において、第１の酸化物および第１の絶縁体に接するよう に、第１の酸化膜を成膜し、第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜上からマイ クロ波処理を行い、第１の絶縁膜及び第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理 を行い、第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、第１の酸化膜の一部、第１の絶縁膜の一部お よび第１の導電膜の一部を、第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、第２の酸化物、第２の 絶縁体および第１の導電体を形成し、マイクロ波処理は、減圧下かつ酸素を含むガスを用いて行い、 加熱処理は、減圧下で行う。

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得る装置全般を指す。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。
　近年、半導体装置の開発が進められ、ＬＳＩやＣＰＵやメモリが主に用いられている。ＣＰＵは、半導体ウエハから切り離された半導体集積回路（少なくともトランジスタ及びメモリ）を有し、接続端子である電極が形成された半導体素子の集合体である。
　ＬＳＩやＣＰＵやメモリなどの半導体回路（ＩＣチップ）は、回路基板、例えばプリント配線板に実装され、様々な電子機器の部品の一つとして用いられる。
　また、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（単に表示装置とも表記する）のような電子デバイスに広く応用されている。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。
　また、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ことが知られている。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応用した低消費電力のＣＰＵなどが開示されている（特許文献１参照。）。また、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応用して、長期にわたり記憶内容を保持することができる記憶装置などが、開示されている（特許文献２参照。）。
　また、近年では電子機器の小型化、軽量化に伴い、集積回路のさらなる高密度化への要求が高まっている。また、集積回路を含む半導体装置の生産性の向上が求められている。
特開２０１２−２５７１８７号公報 特開２０１１−１５１３８３号公報
　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、ノーマリーオフの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、信頼性が良好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、オン電流が大き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、高い周波数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、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。
　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。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。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。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。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の導電体と、第１および第２の絶縁体と、第１および第２の酸化物と、を有する半導体装置の作製方法において、基板上に第１の酸化物を形成し、第１の酸化物上に、第１の絶縁体を形成し、第１の絶縁体に、第１の酸化物に達する開口を形成し、開口において、第１の酸化物および第１の絶縁体に接するように、第１の酸化膜を成膜し、第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜上からマイクロ波処理を行い、第１の絶縁膜及び第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理を行い、第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、第１の酸化膜の一部、第１の絶縁膜の一部、および第１の導電膜の一部を、第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、第２の酸化物、第２の絶縁体、および第１の導電体を形成し、マイクロ波処理は、減圧下かつ、酸素を含むガスを用いて行い、加熱処理は、減圧下で行う、半導体装置の作製方法である。
　また、本発明の一態様は、第１の導電体と、第１および第２の絶縁体と、第１および第２の酸化物と、を有する半導体装置の作製方法において、基板上に第１の酸化物を形成し、第１の酸化物上に、第１の絶縁体を形成し、第１の絶縁体上からマイクロ波処理を行い、第１の絶縁体及び第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理を行い、第１の絶縁体に、第１の酸化物に達する開口を形成し、開口において、第１の酸化物および第１の絶縁体に接するように、第１の酸化膜を成膜し、第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、第１の酸化膜の一部、第１の絶縁膜の一部、および第１の導電膜の一部を、第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、第２の酸化物、第２の絶縁体、および第１の導電体を形成し、マイクロ波処理は、減圧下かつ、酸素を含むガスを用いて行い、加熱処理は、減圧下で行う、半導体装置の作製方法である。
　また、本発明の一態様は、第１の導電体と、第１乃至第３の絶縁体と、第１および第２の酸化物と、を有する半導体装置の作製方法において、基板上に第１の酸化物を形成し、第１の酸化物上に、第１の絶縁体を形成し、第１の絶縁体に、第１の酸化物に達する開口を形成し、開口において、第１の酸化物および第１の絶縁体に接するように、第１の酸化膜を成膜し、第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、第１の酸化膜の一部、第１の絶縁膜の一部、および第１の導電膜の一部を、第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、第２の酸化物、第２の絶縁体、および第１の導電体を形成し、第１の導電体上に、第３の絶縁体を形成し、第３の絶縁体上からマイクロ波処理を行い、第１の絶縁体及び第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理を行い、マイクロ波処理は、減圧下かつ、酸素を含むガスを用いて行い、加熱処理は、減圧下で行う、半導体装置の作製方法である。
　また、上記において、マイクロ波処理の圧力は、１３３Ｐａ以上である、ことが好ましい。
　また、上記において、加熱処理の温度は、３５０℃以上５００℃以下である、ことが好ましい。
　また、上記において、マイクロ波処理と、加熱処理は、連続して行う、ことが好ましい。
　また、上記において、連続して行う処理は、２回以上１０回以下である、ことが好ましい。
　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、ノーマリーオフの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、信頼性が良好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、オン電流が大きい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、高い周波数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。
図１（Ａ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の上面図である。図１（Ｂ）および図１（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の断面図である。 図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の断面図である。 図３（Ａ）は、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図である。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図４（Ａ）は、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図である。図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図５（Ａ）は、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図である。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図６（Ａ）は、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図である。図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図７（Ａ）は、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図である。図７（Ｂ）および図７（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図８（Ａ）は、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図である。図８（Ｂ）および図８（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図９（Ａ）は、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図である。図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図１０（Ａ）は、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図である。図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図１１（Ａ）は、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図である。図１１（Ｂ）および図１１（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図１２（Ａ）は、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図である。図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の作製方法を示す断面図である。 図１３は、本発明の一態様に係るマイクロ波処理装置を説明する上面図である。 図１４は、本発明の一態様に係るマイクロ波処理装置を説明する断面図である。 図１５は、本発明の一態様に係るマイクロ波処理装置を説明する断面図である。 図１６は、本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図である。 図１７は、本発明の一態様に係る記憶装置の構成を示す断面図である。 図１８（Ａ）は、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である。図１８（Ｂ）は、本発明の一態様に係る記憶装置の斜視図である。 図１９（Ａ）乃至図１９（Ｈ）は、本発明の一態様に係る記憶装置の構成例を示す回路図である。 図２０（Ａ）は、本発明の一態様に係る半導体装置のブロック図である。図２９（Ｂ）は、本発明の一態様に係る半導体装置の模式図である。 図２１（Ａ）乃至図２１（Ｅ）は、本発明の一態様に係る記憶装置の模式図である。 図２２（Ａ）乃至図２２（Ｆ）は、本発明の一態様に係る電子機器を示す図である。
　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、図または文章に開示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、本明細書等において、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（チャネル形成領域）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。
　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、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
　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、およびその作製方法について説明する。
＜半導体装置の構成例＞
　図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃ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１Ａ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１Ｂ、および図１Ｃは、当該半導体装置の断面図である。ここで、図１Ｂは、図１Ａ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１Ｃは、図１Ａ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１Ａ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、基板（図示せず）上の絶縁体２１２と、絶縁体２１２上の絶縁体２１４と、絶縁体２１４上のトランジスタ２００と、トランジスタ２００上の絶縁体２８０と、絶縁体２８０上の絶縁体２８２と、絶縁体２８２上の絶縁体２８３と、絶縁体２８３上の絶縁体２７４と、絶縁体２７４上の絶縁体２８１と、を有する。絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、絶縁体２７４、および絶縁体２８１は層間膜として機能する。また、トランジスタ２００と電気的に接続し、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、プラグとして機能する導電体２４０の側面に接して絶縁体２４１（絶縁体２４１ａ、および絶縁体２４１ｂ）が設けられる。また、絶縁体２８１上、および導電体２４０上には、導電体２４０と電気的に接続し、配線として機能する導電体２４６（導電体２４６ａ、および導電体２４６ｂ）が設けられる。
　また、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、絶縁体２７４、および絶縁体２８１の開口の内壁に接して絶縁体２４１ａが設けられ、その側面に接して導電体２４０ａの第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体２４０ａの第２の導電体が設けられている。また、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、絶縁体２７４、および絶縁体２８１の開口の内壁に接して絶縁体２４１ｂが設けられ、その側面に接して導電体２４０ｂの第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体２４０ｂの第２の導電体が設けられている。ここで、導電体２４０の上面の高さと、絶縁体２８１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の第１の導電体および導電体２４０の第２の導電体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２４０を単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。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。
［トランジスタ２００］
　図１に示すように、トランジスタ２００は、絶縁体２１４上の絶縁体２１６と、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上、および導電体２０５上の絶縁体２２２と、絶縁体２２２上の絶縁体２２４と、絶縁体２２４上の酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上の酸化物２４３ａおよび酸化物２４３ｂと、酸化物２４３ａ上の導電体２４２ａと、酸化物２４３ｂ上の導電体２４２ｂと、酸化物２３０ｂ上の酸化物２３０ｃと、酸化物２３０ｃ上の絶縁体２５０と、絶縁体２５０上に位置し、酸化物２３０ｃと重なる導電体２６０（導電体２６０ａ、および導電体２６０ｂ）と、絶縁体２２４の上面の一部、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、酸化物２４３ａの側面、酸化物２４３ｂの側面、導電体２４２ａの側面、導電体２４２ａの上面、導電体２４２ｂの側面、および導電体２４２ｂの上面と接する絶縁体２７２と、絶縁体２７２上の絶縁体２７３と、を有する。また、酸化物２３０ｃは、酸化物２４３ａの側面、酸化物２４３ｂの側面、導電体２４２ａの側面および導電体２４２ｂの側面とそれぞれ接する。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１Ｂに示すように、導電体２６０の上面は、絶縁体２５０の上面および酸化物２３０ｃの上面と略一致して配置される。また、絶縁体２８２は、導電体２６０、酸化物２３０ｃ、絶縁体２５０、および絶縁体２８０のそれぞれの上面と接する。
　また、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２２２、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、および絶縁体２８３は、水素（例えば、水素原子、水素分子など）の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２２２、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、および絶縁体２８３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ことが好ましい。例えば、絶縁体２２２、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、および絶縁体２８３は、それぞれ絶縁体２２４よりも酸素および水素の一方または双方の透過性が低いことが好ましい。絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２２２、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、および絶縁体２８３は、それぞれ絶縁体２５０よりも酸素および水素の一方または双方の透過性が低いことが好ましい。絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２２２、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、および絶縁体２８３は、それぞれ絶縁体２８０よりも酸素および水素の一方または双方の透過性が低いことが好ましい。
　図１Ｂに示すように、絶縁体２７２は、導電体２４２ａの上面と側面、導電体２４２ｂの上面と側面、酸化物２４３ａの側面、酸化物２４３ｂの側面、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、および絶縁体２２４の上面に接することが好ましい。また、絶縁体２７２上に絶縁体２７３が接して設けられていることが好ましい。これにより、絶縁体２８０は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３によって、絶縁体２２４および酸化物２３０と離隔される。
　また、酸化物２３０は、絶縁体２２４上の酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上に配置され、少なくとも一部が酸化物２３０ｂの上面に接する酸化物２３０ｃと、を有することが好ましい。
　なお、トランジスタ２００では、チャネル形成領域と、その近傍において、酸化物２３０ａ、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。例えば、酸化物２３０ｃを２層構造にして、４層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２６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
　ここで、導電体２６０は、トランジスタのゲートとして機能し、導電体２４２ａおよび導電体２４２ｂは、それぞれソース電極またはドレイン電極として機能する。トランジスタ２００は、ゲートとして機能する導電体２６０が、絶縁体２８０などによって形成される開口を埋めるように自己整合的に形成される。導電体２６０をこのように形成することにより、導電体２４２ａと導電体２４２ｂの間の領域に、導電体２６０を位置合わせすることなく確実に配置することができる。
　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。例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物は、エネルギーギャップが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、エネルギー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２００の非導通状態におけるリーク電流（オフ電流）を極めて小さくすることができる。このようなトランジスタを用いることで、低消費電力の半導体装置を提供できる。
　例えば、酸化物２３０として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫、銅、バナジウム、ベリリウム、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）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。また、酸化物２３０として、Ｉｎ−Ｍ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、またはＭ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
　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。
　なお、酸化物２３０は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２３０ｃは、酸化物２３０ａまたは酸化物２３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
　具体的には、酸化物２３０ａとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、または１：１：０．５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、または１：１：１［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｃを積層構造とする場合の具体例としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］との積層構造、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造、Ｇａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造、酸化ガリウムと、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造などが挙げられる。
　また、酸化物２３０ｂは、結晶性を有することが好ましい。例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。ＣＡＡＣ−ＯＳなどの結晶性を有する酸化物は、不純物や欠陥（酸素欠損など）が少なく、結晶性の高い、緻密な構造を有している。よって、ソース電極またはドレイン電極による、酸化物２３０ｂからの酸素の引き抜きを抑制することができる。これにより、熱処理を行っても、酸化物２３０ｂから酸素が引き抜かれることを低減できるので、トランジスタ２００は、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対して安定である。
　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。また、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、電子親和力または伝導帯下端のエネルギー準位Ｅｃは、真空準位と価電子帯上端のエネルギーＥｖとの差であるイオン化ポテンシャルＩｐと、エネルギーギャップＥｇから求めることができる。イオン化ポテンシャルＩｐは、例えば、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いて測定することができる。エネルギーギャップＥｇは、例えば、分光エリプソメータを用いて測定することができる。
　また、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。
　また、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、および高い周波数特性を得ることができる。
　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のドナー濃度が高くなると、ゲート電圧の増加に対してキャリア濃度が極端に大きくなり、ノーマリーオン特性になりやすくなる。酸化物半導体中のドナーは、主に、酸化物半導体中の酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎｖａｃａｎｃｙともいう）に水素が捕獲されることで形成される。以下において、酸素欠損に捕獲された水素のことをＶＯＨと呼ぶ場合がある。
　なお、酸化物半導体中のドナー濃度に係る物理量である、ＶＯＨを定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体は、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、酸化物半導体のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
　さらに、酸化物半導体中の水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水となり、酸素欠損を形成する場合がある。これにより、酸化物半導体中の酸素欠損量が増加し、それに伴ってＶＯＨが増加する恐れがある。また、酸化物半導体中の水素は、熱、電界などのストレスによって動きやすいため、酸化物半導体に多くの水素が含まれると、トランジスタの信頼性が悪化する恐れもある。
　このように、酸化物半導体中の水素濃度が高くなると、トランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすく、良好な電気特性および信頼性を有する半導体装置を構成することができなくなる。
　よって、金属酸化物を酸化物２３０に用いる場合、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
　また、酸化物２３０に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域として機能する金属酸化物半導体のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ−３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域として機能する金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。
　しかしながら、金属酸化物を成膜後の工程を経るに伴い、金属酸化物へ水素が拡散する場合がある。一例として、酸化物２３０に接して、ゲート絶縁体として機能する絶縁体２５０を成膜する場合、水素が含まれている成膜ガスを用いる場合がある。当該成膜ガスに含まれる水素が酸化物２３０へと拡散する蓋然性が高い。
　例えば、絶縁体２５０を成膜中の雰囲気、または成膜された絶縁体２５０中には、水素、窒素、炭素などといった不純物が存在する。特に、シリコン原子と結合した不純物は、不純物原子と、シリコン原子との結合を切断する必要があるため、加熱処理による除去は難しい。
　そこで、酸化物２３０上に、絶縁体２５０を成膜した後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行うとよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波による電界が絶縁体２５０、および酸化物２３０に与えられ、絶縁体２５０中、および酸化物２３０中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、酸素と結合してＨ２Ｏとして、絶縁体２５０および酸化物２３０から除去される場合がある。また、水素の一部は、導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。このように、マイクロ波処理を行うことで、絶縁体２５０中および酸化物２３０中の水素濃度を低減することができる。また、酸化物２３０中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断した後に存在しうるＶｏに酸素が供給されることでＶｏを修復または補填することができる。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁体２５０中、および酸化物２３０中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。例えば、マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒以上６０秒以下行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３０００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁体２５０中、および酸化物２３０中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁体２５０の膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、導電体２６０となる導電膜の成膜などの後工程、または熱処理などの後処理により、絶縁体２５０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる。
　例えば、固体の酸化シリコンにおける水素原子とシリコン原子の結合エネルギーは３．３ｅＶ、炭素原子とシリコン原子の結合エネルギーは３．４ｅＶ、窒素原子とシリコン原子の結合エネルギーは３．５ｅＶ、である。従って、シリコン原子と結合した水素原子を取り除くには、少なくとも、３．３ｅＶ以上のエネルギーを持つラジカル、またはイオンを、水素原子とシリコン原子との結合部に衝突させることで、水素原子と、シリコン原子との結合を切断することができる。
　なお、窒素、および炭素などの他の不純物についても、同様に、少なくとも、結合エネルギー以上のエネルギーを持つラジカル、またはイオンを、不純物原子とシリコン原子との結合部に衝突させることで、不純物原子とシリコン原子との結合を切断することができる。
　ここで、マイクロ波で励起したプラズマにより発生するラジカル、およびイオンとして、酸素原子ラジカルの基底状態Ｏ（３Ｐ）、酸素原子ラジカルの第一励起状態Ｏ（１Ｄ）、および酸素分子の一価のカチオンＯ２＋等がある。Ｏ（３Ｐ）のエネルギーは、２．４２ｅＶ、Ｏ（１Ｄ）のエネルギーは、４．６ｅＶ、である。また、Ｏ２＋は電荷をもつために、プラズマ中の電位分布、およびバイアスにより加速されるため、エネルギーは一意に定まらないが、少なくとも、内部エネルギーのみでも、Ｏ（１Ｄ）より高いエネルギーを持つ。
　つまり、Ｏ（１Ｄ）、およびＯ２＋等のラジカル、およびイオンは、絶縁体２５０中の水素、窒素、および炭素原子と、シリコン原子との結合を切断し、シリコン原子と結合した水素、窒素、および炭素を除去することができる。また、マイクロ波励起プラズマ処理を行う際に、基板に加わる熱エネルギー等によっても、水素、窒素、および炭素などの不純物を低減することができる。
　一方、Ｏ（３Ｐ）は、反応性が低いため、絶縁体２５０では反応せず、膜中深くまで拡散する。または、Ｏ（３Ｐ）は絶縁体２５０を介して、酸化物２３０へと到達し、酸化物２３０中に拡散する。酸化物２３０中に拡散したＯ（３Ｐ）が、水素が入った酸素欠損に近接すると、酸素欠損中の水素は酸素欠損から放出され、代わりにＯ（３Ｐ）が酸素欠損に入ることで、酸素欠損は補償される。従って、酸化物２３０中で、キャリアである電子の生成を抑制することができる。
　なお、全体のラジカル、およびイオン種に対するＯ（３Ｐ）の割合は、圧力が高い条件でマイクロ波処理を行うことにより、増加する。酸化物２３０中の酸素欠損を補償するためには、Ｏ（３Ｐ）の割合が多い方が好ましい。従って、マイクロ波処理は、圧力を１３３Ｐａ以上、好ましくは２００Ｐａ以上、さらに好ましくは４００Ｐａ以上で行うとよい。また、酸素流量比（Ｏ２／Ｏ２＋Ａｒ）が５０％以下、好ましくは１０％以上３０％以下で行うとよい。
　以上のようにして、金属酸化物中でドナーとして機能するＶＯＨを低減することができるので、チャネル形成領域として機能する金属酸化物のキャリア濃度を１．０×１０１８／ｃｍ３以下、好ましくは１．０×１０１７／ｃｍ３未満、より好ましくは１．０×１０１６／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１．０×１０１３／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１．０×１０１２／ｃｍ３未満、にすることができる。なお、チャネル形成領域として機能する金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。このような金属酸化物をチャネル形成領域として用いたトランジスタは、ノーマリーオフ特性にすることができ、良好な電気特性および信頼性を有する半導体装置を構成することができる。
　また、金属酸化物を成膜後の工程を経るに伴い、金属酸化物へ水素が拡散する場合がある。一例として、層間膜として機能する絶縁体２８０を成膜する場合、水素が含まれている成膜ガスを用いる場合がある。当該成膜ガスに含まれる水素が酸化物２３０へと拡散する蓋然性が高い。
　例えば、絶縁体２８０を成膜中の雰囲気、または成膜された絶縁体２８０中には、水素、窒素、および炭素などといった不純物が存在する。特に、シリコン原子と結合した不純物は、不純物原子と、シリコン原子との結合を切断する必要があるため、加熱処理による除去は難しい。
　そこで、絶縁体２８０上に、絶縁体２８２を成膜し、絶縁体２８２上に絶縁体２８３を成膜した後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波による電界が絶縁体２８０および酸化物２３０に与えられ、絶縁体２８０中および酸化物２３０のＶｏＨをＶｏと水素に分断することができる。この時分断された水素の一部は、絶縁体２８０が有する酸素と結合してＨ２Ｏとして除去される場合がある。また、水素の一部は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３を介して導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。このように、マイクロ波処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素濃度を低減することができる。また、酸化物２３０中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断した後に存在しうるＶｏに酸素が供給されることでＶｏを修復または補填することができる。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。例えば、マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒以上６０秒以下行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒以上３００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁体２８０の膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、絶縁体２８３成膜以降の後工程、または熱処理などにより、絶縁体２８０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる。また、絶縁体２８０上に、バリア絶縁膜として機能する絶縁体２８２および絶縁体２８３を配置することで、外方より水素、水、または不純物が、トランジスタ２００へ侵入することを抑制できるので好ましい。以降の説明は、絶縁体２５０成膜後に行うマイクロ波処理と同様であり、絶縁体２５０を絶縁体２８０に置き換えればよい。
　また、絶縁体２８０となる絶縁膜を成膜し、例えば、ＣＭＰ処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などを行うことで表面が平坦な絶縁体２８０を形成した後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波による電界が絶縁体２８０および酸化物２３０に与えられ、絶縁体２８０中および酸化物２３０のＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、絶縁体２８０が有する酸素と結合してＨ２Ｏとして除去される場合がある。また、水素の一部は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３を介して導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。
　または、絶縁体２８０となる絶縁膜を成膜し、例えば、ＣＭＰ処理などを行うことで表面が平坦な絶縁体２８０を形成した後に、絶縁体２８０上に、例えば、スパッタリング法を用い酸素を含む雰囲気下で、例えば、酸化アルミニウムを成膜した後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波による電界が絶縁体２８０および酸化物２３０に与えられ、絶縁体２８０中および酸化物２３０のＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、酸化アルミニウム成膜時に絶縁体２８０へ注入された酸素と結合してＨ２Ｏとなり、絶縁体２８０と酸化アルミニウムとの界面および界面近傍に蓄積される場合がある。次に、例えば、ＣＭＰ処理などを行い絶縁体２８０上の酸化アルミニウムを除去することで、絶縁体２８０と酸化アルミニウムとの界面および界面近傍に蓄積されたＨ２Ｏを除去することができる。また、水素の一部は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３を介して導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。このように、マイクロ波処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素濃度を低減することができる。また、酸化物２３０中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断した後に存在しうるＶｏに酸素が供給されることでＶｏを修復または補填することができる。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。例えば、マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒乃至６０秒行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３０００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁体２８０の膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、絶縁体２８０形成以降の後工程、または熱処理などにより、絶縁体２８０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる。以降の説明は、絶縁体２５０成膜後に行うマイクロ波処理と同様であり、絶縁体２５０を絶縁体２８０に置き換えればよい。
　また、図１Ｂに示すように、酸化物２３０ｂと、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電体２４２（導電体２４２ａよび導電体２４２ｂ）と、の間に酸化物２４３（酸化物２４３ａおよび酸化物２４３ｂ）を配置してもよい。導電体２４２と、酸化物２３０とが接しない構成となるので、導電体２４２が、酸化物２３０の酸素を吸収することを抑制できる。つまり、導電体２４２の酸化を防止することで、導電体２４２の導電率の低下を抑制することができる。従って、酸化物２４３は、導電体２４２の酸化を抑制する機能を有することが好ましい。
　従って、酸化物２４３は、酸素の透過を抑制する機能を有することが好ましい。ソース電極やドレイン電極として機能する導電体２４２と酸化物２３０ｂとの間に酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物２４３を配置することで、導電体２４２と、酸化物２３０ｂとの間の電気抵抗が低減されるので好ましい。このような構成とすることで、トランジスタ２００の電気特性およびトランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。
　酸化物２４３として、元素Ｍを有する金属酸化物を用いてもよい。特に、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。酸化物２４３は、酸化物２３０ｂよりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、酸化物２４３として、酸化ガリウムを用いてもよい。また、酸化物２４３として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物等の金属酸化物を用いてもよい。具体的には、酸化物２４３に用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２４３の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。また、酸化物２４３は、結晶性を有すると好ましい。酸化物２４３が結晶性を有する場合、酸化物２３０中の酸素の放出を好適に抑制することが出来る。例えば、酸化物２４３としては、六方晶などの結晶構造であれば、酸化物２３０中の酸素の放出を抑制できる場合がある。
　なお、酸化物２４３は必ずしも設けなくてもよい。例えば、酸化物２３０ｂに導電体２４２が接していても、導電体２４２の酸化が抑えられ、導電率が十分高い場合、酸化物２４３を設けず、酸化物２３０ｂ上に接して導電体２４２ａおよび導電体２４２ｂを設けてもよい。
　また、導電体２４２（導電体２４２ａ、および導電体２４２ｂ）と酸化物２３０とが接する、または導電体２４２（導電体２４２ａ、および導電体２４２ｂ）と酸化物２４３（酸化物２４３ａ、および酸化物２４３ｂ）とが接することで、酸化物２３０、または酸化物２４３中の酸素が導電体２４２へ拡散し、導電体２４２が酸化する場合がある。導電体２４２が酸化することで、導電体２４２の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物２３０中の酸素、または酸化物２４３中の酸素が導電体２４２へ拡散することを、導電体２４２が酸化物２３０中の酸素を吸収する、または導電体２４２が酸化物２４３中の酸素を吸収すると言い換えることができる。
　また、酸化物２３０または酸化物２４３中の酸素が導電体２４２へ拡散することで、導電体２４２と酸化物２３０との間、または導電体２４２と酸化物２４３との間に異層が形成される場合がある。当該異層は、導電体２４２よりも酸素を多く含むため、絶縁性を有すると推定される。このとき、導電体２４２と、当該異層と、酸化物２３０（または酸化物２４３）との３層構造は、金属−絶縁体−半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造と呼ぶ、またはＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造と呼ぶ場合がある。
　本発明の一態様であるトランジスタ２００は、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、絶縁体２８２と、絶縁体２５０とが、直接接する構造となっている。このような構造とすることで、絶縁体２８０に含まれる酸素が、導電体２６０に吸収され難くなる。従って、絶縁体２８０に含まれる酸素は、酸化物２３０ｃを介して、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂへ効率よく供給することができるので、酸化物２３０ａ中および酸化物２３０ｂ中の酸素欠損を低減し、トランジスタ２００の電気特性および信頼性を向上させることができる。また、絶縁体２８０に含まれる水素などの不純物が絶縁体２５０へ混入することを抑えることができるので、トランジスタ２００の電気特性および信頼性への悪影響を抑制することができる。絶縁体２８２としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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できる。
　絶縁体２７２、および絶縁体２７３は、水素や水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ことが好ましい。
　図２Ａは、図１ＡにＡ５−Ａ６の一点鎖線で示す部位の断面を拡大した図であり、トランジスタ２００のソース領域またはドレイン領域のチャネル幅方向の断面図でもある。図２Ａに示すように、導電体２４２ｂの上面、導電体２４２ｂの側面、酸化物２４３ｂの側面、酸化物２３０ａの側面、および酸化物２３０ｂの側面は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３で覆う構造となっているので、導電体２４２ｂの側面および導電体２４２ｂの上面方向から導電体２４２ｂへの水素や水などの不純物および酸素の拡散を抑制することができる。また、導電体２４２ｂの下面は酸化物２４３ｂと接する構造となっており、酸化物２３０ｂの酸素は、酸化物２４３ｂによってブロックされるので導電体２４２ｂへ拡散することを抑制する。従って、導電体２４２ｂの周囲からの導電体２４２ｂへの酸素の拡散を抑制することができるので、導電体２４２ｂの酸化を抑制することができる。なお、導電体２４２ａについても同様の効果を有する。また、酸化物２３０ａの側面、および酸化物２３０ｂの側面方向から酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂへの水素や水などの不純物の拡散を抑制することができる。絶縁体２７２としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を用いることができる。また、絶縁体２７３としては、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できる。
　図２Ｂは、図１Ｂのトランジスタ２００の右半分を拡大した図である。導電体２４０ｂの左側の側面（図２Ｂに点線で囲んだ箇所）は、酸化物２３０ｃが接しており、絶縁体２５０からの水素や水などの不純物および酸素が導電体２４２ｂへ拡散することを抑制することができる。また、導電体２４２ｂの右側の側面は、絶縁体２７２が接しており、絶縁体２８０からの水素や水などの不純物および酸素が導電体２４２ｂへ拡散することを抑制することができる。なお、導電体２４２ａについても、同様の効果を有する。
　以上のように導電体２４２の周囲を水素や水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２７２、酸化物２３０ｃ、および酸化物２４３ｂで囲む構成とすることで、導電体２４２の酸化を抑制し、トランジスタ２００の電気特性の向上およびトランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。
　また、図１Ｃに示すように、絶縁体２２４の底面を基準として、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂと、導電体２６０とが、重ならない領域における導電体２６０の底面の高さは、酸化物２３０ｂの底面の高さより低い位置に配置されていることが好ましい。また、酸化物２３０ｂと、導電体２６０とが、重ならない領域における導電体２６０の底面の高さと、酸化物２３０ｂの底面の高さと、の差は、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。
　このように、ゲートとして機能する導電体２６０が、チャネル形成領域の酸化物２３０ｂの側面および上面を酸化物２３０ｃおよび絶縁体２５０を介して覆う構成となっており、導電体２６０の電界をチャネル形成領域の酸化物２３０ｂ全体に作用させやすくなる。よって、トランジスタ２００のオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。
　以上より、ノーマリーオフの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、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有するとともに、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または、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、高い周波数特性を有する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。
　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、絶縁体２１４および絶縁体２１６に埋め込まれて設けることが好ましい。
　ここで、導電体２６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極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）電極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Ｖｔｈ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Ｖｔｈ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。
　なお、導電体２０５は、図１Ａに示すように、酸化物２３０の導電体２４２ａおよび導電体２４２ｂと重ならない領域の大きさよりも、大きく設けるとよい。特に、図１Ｃに示すように、導電体２０５は、酸化物２３０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。つまり、酸化物２３０のチャネル幅方向における側面の外側において、導電体２０５と、導電体２６０とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。または、導電体２０５を大きく設けることによって、導電体２０５形成以降の作製工程のプラズマを用いた処理において、局所的なチャージング（チャージアップと言う）の緩和ができる場合がある。ただし、本発明の一態様はこれに限定されない。導電体２０５は、少なくとも導電体２４２ａと、導電体２４２ｂとの間に位置する酸化物２３０と重畳すればよい。
　上記構成を有することで、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、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、本明細書等において、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電体２４２ａに接する酸化物２４３ａの側面及び周辺が、チャネル形成領域と同じくＩ型であるといった特徴を有する。また、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電体２４２ｂに接する酸化物２４３ｂの側面及び周辺が、チャネル形成領域と同じくＩ型であるといった特徴を有する。また、導電体２４２ａに接する酸化物２４３ａの側面及び周辺は、絶縁体２７２と接しているため、チャネル形成領域と同様にＩ型となりうる。また、導電体２４２ｂに接する酸化物２４３ｂの側面及び周辺は、絶縁体２７２と接しているため、チャネル形成領域と同様にＩ型となりうる。なお、本明細書等において、Ｉ型とは後述する、高純度真性と同様として扱うことができる。また、本明細書等で開示するＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、Ｆｉｎ型構造及びプレーナ型構造とは異なる。Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を採用することで、短チャネル効果に対する耐性を高める、別言すると短チャネル効果が発生し難いトランジスタとすることができる。
　また、導電体２０５ａは、水または水素などの不純物および酸素の透過を抑制する導電体が好ましい。例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、または窒化タンタルを用いることができる。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２０５を２層で図示したが、３層以上の多層構造としてもよい。
　ここで、酸化物半導体と、酸化物半導体の下層に位置する絶縁体、または導電体と、酸化物半導体の上層に位置する絶縁体、または導電体とを、大気開放を行わずに、異なる膜種を連続成膜することで、不純物（特に、水素、水）の濃度が低減された、実質的に高純度真性である酸化物半導体膜を成膜することができるので好ましい。
　例えば、６つの処理チャンバーを有する成膜装置を用いて、絶縁体２１６、および導電体２０５上に配置される、絶縁体２２２、絶縁体２２４となる絶縁膜、酸化物２３０ａとなる酸化膜、酸化物２３０ｂとなる酸化膜、酸化物２４３となる酸化膜、および導電体２４２となる導電膜を順に連続成膜すればよい。
　絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、絶縁体２８３および絶縁体２８１は、水または水素などの不純物が、基板側から、または、上方からトランジスタ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２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、絶縁体２８３および絶縁体２８１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２１２、絶縁体２８３、および絶縁体２８１として、窒化シリコンなどを用い、絶縁体２１４、絶縁体２７２、絶縁体２７３、および絶縁体２８３として、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、水または水素などの不純物が絶縁体２１２、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２１２、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、水または水素などの不純物が絶縁体２７３よりも上方に配置されている絶縁体２８０、および導電体２４６などから絶縁体２７３を介してトランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。この様に、トランジスタ２００を、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体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８２、および絶縁体２８３で取り囲む構造とすることが好ましい。
　また、絶縁体２１２、絶縁体２８３、および絶縁体２８１の抵抗率を低くすることが好ましい場合がある。例えば、絶縁体２１２、絶縁体２８３、および絶縁体２８１の抵抗率を概略１×１０１３Ωｃｍとすることで、半導体装置作製工程のプラズマ等を用いる処理において、絶縁体２１２、絶縁体２８３、および絶縁体２８１が、導電体２０５、導電体２４２または導電体２６０のチャージアップを緩和することができる場合がある。絶縁体２１２、絶縁体２８３、および絶縁体２８１の抵抗率は、好ましくは、１×１０１０Ωｃｍ以上１×１０１５Ωｃｍ以下とする。
　また、絶縁体２１６、絶縁体２８０、および絶縁体２７４は、絶縁体２１４よりも誘電率が低いことが好ましい。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２１６、絶縁体２８０、および絶縁体２７４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、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などを適宜用いればよい。
　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は、加熱により酸素を脱離することが好ましい。本明細書では、加熱により離脱する酸素を過剰酸素と呼ぶことがある。例えば、絶縁体２２４は、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンなどを適宜用いればよい。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。
　絶縁体２２４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。
　絶縁体２２２は、水または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。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４より水素透過性が低いことが好ましい。絶縁体２２２、および絶縁体２７２によって、絶縁体２２４および酸化物２３０などを囲むことにより、外方から水または水素などの不純物がトランジスタ２００に侵入することを抑制することができる。
　さらに、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。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４より酸素透過性が低いことが好ましい。絶縁体２２２が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物２３０が有する酸素が、絶縁体２２２より下側へ拡散することを低減できるので、好ましい。また、導電体２０５が、絶縁体２２４や、酸化物２３０が有する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、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てもよい。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。
　なお、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。
　酸化物２３０ｂ上には、酸化物２４３が設けられ、酸化物２４３上には、ソース電極、およびドレイン電極として機能する導電体２４２（導電体２４２ａ、および導電体２４２ｂ）が設けられる。導電体２４２の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上２５ｎｍ以下、とすればよい。
　導電体２４２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、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、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の上面に接して配置することが好ましい。絶縁体２５０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。
　絶縁体２２４と同様に、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。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の上面に接して設けることにより、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域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中の水または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。絶縁体２５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
　また、絶縁体２５０と導電体２６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体２５０から導電体２６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体２５０から導電体２６０への酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物２３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができる。また、絶縁体２５０の酸素による導電体２６０の酸化を抑制することができる。
　また、当該金属酸化物は、ゲート絶縁体の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁体２５０に酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどを用いる場合、当該金属酸化物は、比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材料である金属酸化物を用いることが好ましい。ゲート絶縁体を、絶縁体２５０と当該金属酸化物との積層構造とすることで、熱に対して安定、かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、ゲート絶縁体の物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減化が可能となる。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
　具体的には、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、または、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。特に、アルミニウム、またはハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体である、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。
　または、当該金属酸化物は、ゲートの一部としての機能を有する場合がある。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。
　特に、ゲートとして機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
　導電体２６０は、図１では２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
　導電体２６０ａ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。
　また、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、絶縁体２５０に含まれる酸素により、導電体２６０ｂ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。
　また、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、配線としても機能するため、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、チタンまたは窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
　絶縁体２８０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、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などを有することが好ましい。特に、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ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどの材料は、加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。
　絶縁体２８０中の水または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、絶縁体２８０の上面は、平坦化されていてもよい。
　絶縁体２８２または絶縁体２８３は、水または水素などの不純物が、上方から絶縁体２８０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。また、絶縁体２８２または絶縁体２８３は、酸素の透過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。絶縁体２８２および絶縁体２８３としては、例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどの絶縁体を用いればよい。例えば、絶縁体２８２として、酸素に対してブロッキング性が高い酸化アルミニウムを用い、絶縁体２８３として、水素に対してブロッキング性が高い窒化シリコンを用いればよい。
　また、絶縁体２８２の上に、層間膜として機能する絶縁体２７４を設けることが好ましい。絶縁体２７４は、絶縁体２２４などと同様に、膜中の水または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。
　導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂ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２４０ａおよび導電体２４０ｂは積層構造としてもよい。
　また、導電体２４０を積層構造とする場合、絶縁体２８１、絶縁体２７４、絶縁体２８２、絶縁体２８０、絶縁体２７３、および絶縁体２７２と接する導電体には、水または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、水または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２８０に添加された酸素が導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂに吸収されるのを防ぐことができる。また、絶縁体２８１より上層から水または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。
　絶縁体２４１ａおよび絶縁体２４１ｂとしては、例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウム、または窒化酸化シリコンなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２４１ａおよび絶縁体２４１ｂは、絶縁体２７２、および絶縁体２７３に接して設けられるので、絶縁体２８０などから水または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。特に、窒化シリコンは水素に対するブロッキング性が高いので好適である。また、絶縁体２８０に含まれる酸素が導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂに吸収されるのを防ぐことができる。
　また、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２４６（導電体２４６ａ、および導電体２４６ｂ）を配置してもよい。導電体２４６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、チタンまたは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、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。
＜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構成材料について説明する。
＜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、ゲルマニウムを材料とした半導体基板、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。
＜絶縁体＞
　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、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低電圧化が可能となる。一方、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。
　また、比誘電率の高い絶縁体としては、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。
　また、比誘電率が低い絶縁体としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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。
　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。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、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどの金属窒化物を用いることができる。
　また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体は、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する絶縁体であることが好ましい。例えば、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物２３０と接する構造とすることで、酸化物２３０が有する酸素欠損を補償することができる。
＜導電体＞
　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、イリジウム、ストロンチウム、ランタンなどから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。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。
　また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
　なお、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物を用いる場合において、ゲートとして機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。
　特に、ゲートとして機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
＜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錫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、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ、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。特に、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の結晶、または数ｃｍの結晶）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。
　なお、本発明の一態様の半導体装置においては、酸化物半導体（金属酸化物）の構造に特に限定はないが、好ましくは結晶性を有すると好ましい。例えば、酸化物２３０をＣＡＡＣ−ＯＳ構造とし、酸化物２４３を六方晶の結晶構造とすることが出来る。酸化物２３０、及び酸化物２４３を上記の結晶構造とすることで、高い信頼性を有する半導体装置とすることができる。また、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃ、および酸化物２４３を概略同じ組成とすることができる。
［不純物］
　ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
　また、金属酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。したがって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
　また、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。
　このため、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
　トランジスタの半導体に用いる金属酸化物として、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、単結晶金属酸化物の薄膜または多結晶金属酸化物の薄膜が挙げられる。しかしながら、単結晶金属酸化物の薄膜または多結晶金属酸化物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。
＜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３乃至図１２を用いて説明する。また、図３乃至図１２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２１２を成膜する。絶縁体２１２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法は、原子の性質である自己制御性を利用し、一層ずつ原子を堆積することができるので、極薄の成膜が可能、アスペクト比の高い構造への成膜が可能、ピンホールなどの欠陥の少ない成膜が可能、被覆性に優れた成膜が可能、および低温での成膜が可能、などの効果がある。また、ＡＬＤ法には、プラズマを利用した成膜方法ＰＥＡＬＤ（Ｐｌａｓｍａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＡＬＤ）法も含まれる。プラズマを利用することで、より低温での成膜が可能となり好ましい場合がある。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２１２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２１２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、絶縁体２１２より下層（図示せず）の導電体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２１２を介して上の層に拡散するのを抑制することができる。また、窒化シリコンのように水または水素などの不純物が透過しにくい絶縁体を用いることにより絶縁体２１２より下層から水または水素などの不純物の拡散を抑制することができる。
　次に、絶縁体２１２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、酸化アルミニウムを用いる。
　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。
　次に、絶縁体２１６に絶縁体２１４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２１４は、絶縁体２１６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２１６に酸化シリコン膜を用いた場合は、絶縁体２１４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２０５ａ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となる導電膜を多層構造とする。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２０５ｂの下層に用いることにより、後述する導電体２０５ｂとなる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２０５ａから外に拡散するのを防ぐことができる。
　次に、導電体２０５ｂとなる導電膜を成膜する。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２０５ｂとなる導電膜として、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及び導電体２０５ｂが残存する。これにより、上面が平坦な、導電体２０５を形成することができる。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（図３参照）。
　なお、上記においては、導電体２０５を絶縁体２１６の開口に埋め込むように形成したが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、絶縁体２１４上に導電体２０５を形成し、導電体２０５上に絶縁体２１６を成膜し、絶縁体２１６にＣＭＰ処理を行うことで、絶縁体２１６の一部を除去し、導電体２０５の表面を露出させればよい。
　次に、絶縁体２１６、および導電体２０５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上に絶縁膜２２４Ａを成膜する。絶縁膜２２４Ａ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、加熱処理を行うことが好ましい。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、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。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ができる。
　また、加熱処理は、絶縁体２２２の成膜後に行ってもよい。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。
　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などの高周波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。
　ここで、絶縁膜２２４Ａ上に、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、該酸化アルミニウムを絶縁膜２２４Ａに達するまで、ＣＭＰを行ってもよい。当該ＣＭＰを行うことで絶縁膜２２４Ａ表面の平坦化および絶縁膜２２４Ａ表面の平滑化を行うことができる。当該酸化アルミニウムを絶縁膜２２４Ａ上に配置してＣＭＰを行うことで、ＣＭＰの終点検出が容易となる。また、ＣＭＰによって、絶縁膜２２４Ａの一部が研磨されて、絶縁膜２２４Ａの膜厚が薄くなることがあるが、絶縁膜２２４Ａの成膜時に膜厚を調整すればよい。絶縁膜２２４Ａ表面の平坦化および平滑化を行うことで、後に成膜する酸化物の被覆率の悪化を防止し、半導体装置の歩留りの低下を防ぐことができる場合がある。また、絶縁膜２２４Ａ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ことにより、絶縁膜２２４Ａに酸素を添加することができるので好ましい。
　次に、絶縁膜２２４Ａ上に、酸化膜２３０Ａ、酸化膜２３０Ｂを順に成膜する（図３参照）。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および、酸化膜２３０Ｂ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膜２２４Ａ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。また、基板を加熱しながら成膜を行うことによって、当該酸化膜の結晶性を向上させることができる。ただし、本発明の一態様はこれに限定されない。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、３０％を超えて１００％以下、好ましくは７０％以上１００％以下として成膜すると、酸素過剰型の酸化物半導体が形成される。酸素過剰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、比較的高い信頼性が得られる。
　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］、あるいは１：１：１［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２３０Ｂ上に酸化膜２４３Ａを成膜する（図３参照）。酸化膜２４３Ａ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２４３Ａは、Ｉｎに対するＧａの原子数比が、酸化膜２３０ＢのＩｎに対するＧａの原子数比より大きいことが好ましい。本実施の形態では、酸化膜２４３Ａ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］のターゲットを用いて成膜する。
　次に、酸化膜２４３Ａ上に導電膜２４２Ａを成膜する（図３参照）。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。
　次に、リソグラフィー法を用いて、酸化膜２３０Ａ、酸化膜２３０Ｂ、酸化膜２４３Ａ、および導電膜２４２Ａを島状に加工して、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂを形成する（図４参照）。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。なお、図示しないが、当該工程において、絶縁膜２２４Ａ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。
　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、導電膜２４２Ａ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。導電膜２４２Ａなどのエッチングは、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。導電膜２４２Ａなど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。
　ここで、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂ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、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂ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、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂ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、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂと絶縁体２２２の上面のなす角が低い角度になる構成にしてもよい。その場合、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂ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２７２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、導電体層２４２Ｂの側面と導電体層２４２Ｂ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、ラウンド状ともいう）。湾曲面は、例えば、導電体層２４２Ｂ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。
　次に絶縁膜２２４Ａ、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物層２４３Ｂ、および導電体層２４２Ｂの上に、絶縁膜２７２Ａを成膜する（図５参照）。
　絶縁膜２７２Ａ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。絶縁膜２７２Ａ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、スパッタリング法またはＡＬＤ法によって、酸化アルミニウム、窒化シリコン、酸化シリコン、または、酸化ガリウムを成膜してもよい。
　次に、絶縁膜２７２Ａ上に、絶縁膜２７３Ａを成膜する（図５参照）。絶縁膜２７３Ａ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、ＡＬＤ法によって、酸化アルミニウムを成膜することが好ましい。本実施の形態では、ＡＬＤ法によって、酸化アルミニウムを成膜する。なお、絶縁膜２７３Ａを成膜しない構成とすることもできる。
　次に、絶縁膜２７３Ａ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。例えば、絶縁体２８０として、スパッタリング法を用いて酸化シリコン膜を成膜し、その上にＰＥＡＬＤ法またはサーマルＡＬＤ法を用いて酸化シリコン膜を成膜すればよい。
　次に、絶縁体２８０となる絶縁膜にＣＭＰ処理を行い、上面が平坦な絶縁体２８０を形成する（図６参照）。
　ここで、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理は、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて行うことが好ましい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波２９０による電界が絶縁体２８０、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂに与えられ、絶縁体２８０、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂのＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、絶縁体２８０が有する酸素と結合してＨ２Ｏとして除去される場合がある。また、水素の一部は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３を介して導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０ａ中、および酸化物２３０ｂ中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒乃至６０秒行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３０００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁体２８０の膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、絶縁体２８０形成以降の後工程、または熱処理などにより、絶縁体２８０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる（図６参照）。なお、マイクロ波処理装置の構成については後述する。
　また、上述とは異なるマイクロ波処理方法について以下に説明する。絶縁体２８０となる絶縁膜を成膜し、例えば、ＣＭＰ処理などを行うことで表面が平坦な絶縁体２８０を形成し、絶縁体２８０上に、例えば、スパッタリング法を用い酸素を含む雰囲気下で、例えば、酸化アルミニウムを成膜した後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波２９０による電界が絶縁体２８０および酸化物２３０に与えられ、絶縁体２８０中および酸化物２３０のＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、酸化アルミニウム成膜時に絶縁体２８０へ注入された酸素と結合してＨ２Ｏとなり、絶縁体２８０と酸化アルミニウムとの界面および界面近傍に蓄積される場合がある。次に、例えば、ＣＭＰ処理を行い絶縁体２８０上の酸化アルミニウムを除去することで、絶縁体２８０と酸化アルミニウムとの界面および界面近傍に蓄積されたＨ２Ｏを除去することができる。また、水素の一部は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３を介して導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。このように、マイクロ波処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素濃度を低減することができる。また、酸化物２３０中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断した後に存在しうるＶｏに酸素が供給されることでＶｏを修復または補填することができる。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。例えば、マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒乃至６０秒行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３０００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁体２８０の膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、絶縁体２８０形成以降の後工程、または熱処理などにより、絶縁体２８０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる。以上が異なるマイクロ波処理方法である。
　次に、絶縁体２８０の一部、絶縁膜２７３Ａの一部、絶縁膜２７２Ａの一部、酸化物層２４３Ｂの一部、および導電体層２４２Ｂの一部を加工して、酸化物２３０ｂに達する開口を形成する。該開口は、導電体２０５と重なるように形成することが好ましい。該開口の形成によって、酸化物２４３ａ、酸化物２４３ｂ、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、絶縁体２７２、絶縁体２７３、および絶縁体２２４を形成する（図７参照）。
　また、絶縁体２８０の一部、絶縁膜２７３Ａの一部、絶縁膜２７２Ａの一部、酸化物層２４３Ｂの一部、および導電体層２４２Ｂの一部の加工は、それぞれ異なる条件で加工してもよい。例えば、絶縁体２８０の一部をドライエッチング法で加工し、絶縁膜２７３Ａの一部をウェットエッチング法で加工し、絶縁膜２７２Ａの一部、酸化物層２４３Ｂの一部、および導電体層２４２Ｂの一部をドライエッチング法で加工してもよい。
　これまでの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、アンモニア水、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。
　上記エッチング後、または上記洗浄後に加熱処理を行ってもよい。加熱処理は、例えば、１００℃以上４００℃以下で行えばよい。なお、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気、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。例えば、加熱処理は酸素雰囲気で行ってもよい。これにより、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂに酸素を供給して、酸素欠損ＶＯの低減を図ることができる。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、窒素ガスもしくは不活性ガスの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％以上含む雰囲気で行ってもよい。
　次に、加熱処理を行っても良く、当該加熱処理は、減圧下で行い、大気に暴露することなく、連続して酸化膜２３０Ｃを成膜してもよい（図８参照）。また、当該加熱処理は、酸素を含む雰囲気で行うことが好ましい。このような処理を行うことによって、酸化物２３０ｂの表面などに吸着している水分および水素を除去し、さらに酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｂ中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。加熱処理の温度は、１００℃以上４００℃以下が好ましく、さらに好ましくは１５０℃以上３５０℃以下である。本実施の形態では、加熱処理の温度を２００℃とし、減圧下で行う。
　ここで、酸化膜２３０Ｃは、少なくとも酸化物２３０ａの側面の一部、酸化物２３０ｂの側面の一部および上面の一部、酸化物２４３の側面の一部、導電体２４２の側面の一部、絶縁体２７２の側面、絶縁体２７３の側面、および絶縁体２８０の側面と接するように設けられることが好ましい。導電体２４２は、酸化物２４３、絶縁体２７２、酸化膜２３０Ｃに囲まれることで、以降の工程において導電体２４２の酸化による導電率の低下を抑制することができる。
　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として、Ｉｎに対するＧａの原子数比が、酸化膜２３０ＢのＩｎに対するＧａの原子数比より大きいことが好ましい。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］のターゲットを用いて成膜する。
　なお、酸化膜２３０Ｃは、積層としてもよい。例えば、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して、連続してＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］のターゲットを用いて成膜してもよい。
　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。または、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絶縁体２８０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、加熱処理を行っても良い。また、当該加熱処理を減圧下で行い、大気に暴露することなく、連続して、絶縁膜２５０Ａの成膜を行ってもよい。当該加熱処理を行うことによって、酸化膜２３０Ｃの表面などに吸着している水分および水素を除去し、さらに酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂおよび酸化膜２３０Ｃ中の水分濃度および水素濃度を低減させることができる。加熱処理の温度は、１００℃以上４００℃以下が好ましい。本実施の形態では、加熱処理の温度を２００℃とする。
　ここで、絶縁膜２５０Ａを成膜後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波２９１による電界が絶縁膜２５０Ａ、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂに与えられ、絶縁膜２５０Ａ中、酸化物２３０ａ中、および酸化物２３０ｂ中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、酸素と結合してＨ２Ｏとして、絶縁膜２５０Ａ、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂから除去される場合がある。また、水素の一部は、導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。このように、マイクロ波処理を行うことで、絶縁膜２５０Ａ中、酸化物２３０ａ中、および酸化物２３０ｂ中の水素濃度を低減することができる。また、酸化物２３０ａ中、および酸化物２３０ｂ中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断した後に存在しうるＶｏに酸素が供給されることでＶｏを修復または補填することができる。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁膜２５０Ａ中、酸化物２３０ａ中、および酸化物２３０ｂ中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。例えば、マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒以上６０秒以下行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３０００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁膜２５０Ａ中、酸化物２３０ａ中、および酸化物２３０ｂ中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁膜２５０Ａの膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、導電体２６０となる導電膜の成膜などの後工程、または熱処理などの後処理により、絶縁体２５０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる（図９参照）。なお、マイクロ波処理装置の構成については後述する。
　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１０参照）。
　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１１参照）。
　次に、加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、窒素雰囲気にて４００℃の温度で１時間の処理を行う。該加熱処理によって、絶縁体２５０および絶縁体２８０中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、導電体２６０上、酸化物２３０ｃ上、絶縁体２５０上、および絶縁体２８０上に、絶縁体２８２を形成する。絶縁体２８２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１２参照）。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、酸化アルミニウムを成膜することが好ましい。スパッタリング法を用いて、酸素を含む雰囲気で絶縁体２８２の成膜を行うことで、成膜しながら、絶縁体２８０に酸素を添加することができる。このとき、基板加熱を行いながら、絶縁体２８０を成膜することが好ましい。また、導電体２６０の上面に接して、絶縁体２８２を形成することで、この後の加熱処理において、絶縁体２８０が有する酸素が導電体２６０へ吸収されることを抑制することができるので好ましい。
　次に、絶縁体２８２上に絶縁体２８３を成膜する。絶縁体２８３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１２参照）。絶縁体２８３として、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンを成膜することが好ましい。
　次に、加熱処理を行ってもよい。本実施の形態では、窒素雰囲気にて４００℃の温度で１時間の処理を行う。当該加熱処理によって、絶縁体２８２の成膜によって添加された酸素を絶縁体２８０へ拡散させ、さらに酸化物２３０ｃを介して、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂへ供給することができる。なお、当該加熱処理は、絶縁体２８３の成膜後に限らず、絶縁体２８２の成膜後に行ってもよい。
　また、絶縁体２８３を成膜した後に、酸素を含む雰囲気下、および減圧下にて、マイクロ波処理を行ってもよい。マイクロ波処理を行うことにより、マイクロ波２９２による電界が絶縁体２８０および酸化物２３０に与えられ、絶縁体２８０中および酸化物２３０のＶｏＨをＶｏと水素とに分断することができる。この時分断された水素の一部は、絶縁体２８０が有する酸素と結合してＨ２Ｏとして除去される場合がある。また、水素の一部は、絶縁体２７２、および絶縁体２７３を介して導電体２４２にゲッタリングされる場合がある。このように、マイクロ波処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素濃度を低減することができる。また、酸化物２３０中のＶｏＨをＶｏと水素とに分断した後に存在しうるＶｏに酸素が供給されることでＶｏを修復または補填することができる。
　また、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行ってもよい。このような処理を行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素を効率よく除去することができる。または、マイクロ波処理後に減圧状態を保ったままで、加熱処理を行うステップを複数回繰り返して行ってもよい。例えば、マイクロ波処理を１０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒以上６０秒以下行った後に、減圧状態を保ったまま３０秒以上３００秒以下、好ましくは３０秒以上３００秒以下、好ましくは３００秒またはその近傍の時間の加熱処理を行うステップを２回乃至１０回行ってもよい。加熱処理を繰り返し行うことで、絶縁体２８０中および酸化物２３０中の水素をさらに効率よく除去することができる。なお、加熱処理温度は、３００℃以上、５００℃以下とすることが好ましい。
　また、マイクロ波処理を行うことにより、絶縁体２８０の膜質を改質することで、水素、水、または不純物等の拡散を抑制することができる。従って、絶縁体２８３成膜以降の後工程、または熱処理などにより、絶縁体２８０を介して、水素、水、または不純物が、酸化物２３０へ拡散することを抑制することができる。また、絶縁体２８０上に、バリア絶縁膜として機能する絶縁体２８２および絶縁体２８３を配置することで、外方より水素、水、または不純物が、トランジスタ２００へ侵入することを抑制できるので好ましい（図１２参照）。なお、マイクロ波処理装置の構成については後述する。
　次に絶縁体２８３上に、絶縁体２７４を成膜してもよい。絶縁体２７４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２７４上に、絶縁体２８１を成膜してもよい。絶縁体２８１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２８１としては、例えば、スパッタリング法によって、窒化シリコンを成膜することが好ましい。
　次に、絶縁体２７２、絶縁体２７３、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、絶縁体２７４および絶縁体２８１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、絶縁体２４１となる絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜を異方性エッチングして絶縁体２４１を形成する。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。絶縁体２４１となる絶縁膜としては、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、上記の絶縁体２８３の成膜と同様に、ＰＥＡＬＤ法を用いて、窒化シリコンを成膜することが好ましい。窒化シリコンは水素に対するブロッキング性が高いので好ましい。
　また、絶縁体２４１となる絶縁膜の異方性エッチングとしては、例えばドライエッチング法などを用いればよい。開口の側壁部に絶縁体２４１を設けることで、外方からの酸素の透過を抑制し、次に形成する導電体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。
　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２８１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）。なお、当該ＣＭＰ処理により、絶縁体２８１の一部が除去される場合がある。
　次に、導電体２４６となる導電膜を成膜する。導電体２４６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、導電体２４６となる導電膜をリソグラフィー法によって加工し、導電体２４０ａの上面と接する導電体２４６ａおよび導電体２４０ｂの上面と接する導電体２４６ｂを形成する（図１参照）。
　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３乃至図１２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。
　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、ノーマリーオフの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、信頼性が良好な半導体装置を提供することができる。本発明の一態様により、オン電流の大きい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、高い周波数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、オフ電流の小さい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、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。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。
＜マイクロ波処理装置＞
以下では、本発明の一態様に係るマイクロ波処理装置について説明する。
まずは、半導体装置などの製造時に不純物の混入が少ない製造装置の構成について図１３、図１４および図１５を用いて説明する。
図１３は、枚葉式マルチチャンバーの製造装置２７００の上面図を模式的に示している。製造装置２７００は、基板を収容するカセットポート２７６１と、基板のアライメントを行うアライメントポート２７６２と、を備える大気側基板供給室２７０１と、大気側基板供給室２７０１から、基板を搬送する大気側基板搬送室２７０２と、基板の搬入を行い、かつ室内の圧力を大気圧から減圧、または減圧から大気圧へ切り替えるロードロック室２７０３ａと、基板の搬出を行い、かつ室内の圧力を減圧から大気圧、または大気圧から減圧へ切り替えるアンロードロック室２７０３ｂと、真空中の基板の搬送を行う搬送室２７０４と、チャンバー２７０６ａと、チャンバー２７０６ｂと、チャンバー２７０６ｃと、チャンバー２７０６ｄと、を有する。
また、大気側基板搬送室２７０２は、ロードロック室２７０３ａおよびアンロードロック室２７０３ｂと接続され、ロードロック室２７０３ａおよびアンロードロック室２７０３ｂは、搬送室２７０４と接続され、搬送室２７０４は、チャンバー２７０６ａ、チャンバー２７０６ｂ、チャンバー２７０６ｃおよびチャンバー２７０６ｄと接続する。
なお、各室の接続部にはゲートバルブＧＶが設けられており、大気側基板供給室２７０１と、大気側基板搬送室２７０２を除き、各室を独立して真空状態に保持することができる。また、大気側基板搬送室２７０２には搬送ロボット２７６３ａが設けられており、搬送室２７０４には搬送ロボット２７６３ｂが設けられている。搬送ロボット２７６３ａおよび搬送ロボット２７６３ｂによって、製造装置２７００内で基板を搬送することができる。
搬送室２７０４および各チャンバーの背圧（全圧）は、例えば、１×１０−４Ｐａ以下、好ましくは３×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは１×１０−５Ｐａ以下とする。また、搬送室２７０４および各チャンバーの質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子（原子）の分圧は、例えば、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下とする。また、搬送室２７０４および各チャンバーのｍ／ｚが２８である気体分子（原子）の分圧は、例えば、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下とする。また、搬送室２７０４および各チャンバーのｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の分圧は、例えば、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下とする。
なお、搬送室２７０４および各チャンバー内の全圧および分圧は、質量分析計を用いて測定することができる。例えば、株式会社アルバック製四重極形質量分析計（Ｑ−ｍａｓｓともいう。）Ｑｕｌｅｅ　ＣＧＭ−０５１を用いればよい。
また、搬送室２７０４および各チャンバーは、外部リークまたは内部リークが少ない構成とすることが望ましい。例えば、搬送室２７０４および各チャンバーのリークレートは、３×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下とする。また、例えば、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０−７Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは３×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ以下とする。また、例えば、ｍ／ｚが２８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下とする。また、例えば、ｍ／ｚが４４である気体分子（原子）のリークレートが３×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下とする。
なお、リークレートに関しては、前述の質量分析計を用いて測定した全圧および分圧から導出すればよい。リークレートは、外部リークおよび内部リークに依存する。外部リークは、微小な穴やシール不良などによって真空系外から気体が流入することである。内部リークは、真空系内のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレートを上述の数値以下とするために、外部リークおよび内部リークの両面から対策をとる必要がある。
例えば、搬送室２７０４および各チャンバーの開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガスケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属を用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどによって被覆された金属の不動態を用いることで、メタルガスケットから放出される不純物を含む放出ガスが抑制され、内部リークを低減することができる。
また、製造装置２７００を構成する部材として、不純物を含む放出ガスの少ないアルミニウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述の部材を鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金に被覆して用いてもよい。鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここで、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出ガスを低減できる。
または、前述の製造装置２７００の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどで被覆してもよい。
製造装置２７００の部材は、極力金属のみで構成することが好ましく、例えば石英などで構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどで薄く被覆するとよい。
搬送室２７０４および各チャンバーに存在する吸着物は、内壁などに吸着しているために搬送室２７０４および各チャンバーの圧力に影響しないが、搬送室２７０４および各チャンバーを排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相関はないものの、排気能力の高いポンプを用いて、搬送室２７０４および各チャンバーに存在する吸着物をできる限り脱離し、あらかじめ排気しておくことは重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、搬送室２７０４および各チャンバーをベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき、不活性ガスを搬送室２７０４および各チャンバーに導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しにくい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。なお、導入する不活性ガスをベーキングの温度と同程度に加熱することで、吸着物の脱離速度をさらに高めることができる。ここで不活性ガスとして希ガスを用いると好ましい。
または、加熱した希ガスなどの不活性ガスまたは酸素などを導入することで搬送室２７０４および各チャンバー内の圧力を高め、一定時間経過後に再び搬送室２７０４および各チャンバーを排気する処理を行うと好ましい。加熱したガスの導入により搬送室２７０４および各チャンバー内の吸着物を脱離させることができ、搬送室２７０４および各チャンバー内に存在する不純物を低減することができる。なお、この処理は２回以上３０回以下、好ましくは５回以上１５回以下の範囲で繰り返し行うと効果的である。具体的には、温度が４０℃以上４００℃以下、好ましくは５０℃以上２００℃以下である不活性ガスまたは酸素などを導入することで搬送室２７０４および各チャンバー内の圧力を０．１Ｐａ以上１０ｋＰａ以下、好ましくは１Ｐａ以上１ｋＰａ以下、さらに好ましくは５Ｐａ以上１００Ｐａ以下とし、圧力を保つ期間を１分以上３００分以下、好ましくは５分以上１２０分以下とすればよい。その後、搬送室２７０４および各チャンバーを５分以上３００分以下、好ましくは１０分以上１２０分以下の期間排気する。
次に、チャンバー２７０６ｂおよびチャンバー２７０６ｃについて図１４に示す断面模式図を用いて説明する。
チャンバー２７０６ｂおよびチャンバー２７０６ｃは、例えば、被処理物にマイクロ波処理を行うことが可能なチャンバーである。なお、チャンバー２７０６ｂと、チャンバー２７０６ｃと、はマイクロ波処理を行う際の雰囲気が異なるのみである。そのほかの構成については共通するため、以下ではまとめて説明を行う。
チャンバー２７０６ｂおよびチャンバー２７０６ｃは、スロットアンテナ板２８０８と、誘電体板２８０９と、基板ホルダ２８１２と、排気口２８１９と、を有する。また、チャンバー２７０６ｂおよびチャンバー２７０６ｃの外などには、ガス供給源２８０１と、バルブ２８０２と、高周波発生器２８０３と、導波管２８０４と、モード変換器２８０５と、ガス管２８０６と、導波管２８０７と、マッチングボックス２８１５と、高周波電源２８１６と、真空ポンプ２８１７と、バルブ２８１８と、が設けられる。
高周波発生器２８０３は、導波管２８０４を介してモード変換器２８０５と接続している。モード変換器２８０５は、導波管２８０７を介してスロットアンテナ板２８０８に接続している。スロットアンテナ板２８０８は、誘電体板２８０９と接して配置される。また、ガス供給源２８０１は、バルブ２８０２を介してモード変換器２８０５に接続している。そして、モード変換器２８０５、導波管２８０７および誘電体板２８０９を通るガス管２８０６によって、チャンバー２７０６ｂおよびチャンバー２７０６ｃにガスが送られる。また、真空ポンプ２８１７は、バルブ２８１８および排気口２８１９を介して、チャンバー２７０６ｂおよびチャンバー２７０６ｃからガスなどを排気する機能を有する。また、高周波電源２８１６は、マッチングボックス２８１５を介して基板ホルダ２８１２に接続している。
基板ホルダ２８１２は、基板２８１１を保持する機能を有する。例えば、基板２８１１を静電チャックまたは機械的にチャックする機能を有する。また、高周波電源２８１６から電力を供給される電極としての機能を有する。また、内部に加熱機構２８１３を有し、基板２８１１を加熱する機能を有する。
真空ポンプ２８１７としては、例えば、ドライポンプ、メカニカルブースターポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプ、クライオポンプまたはターボ分子ポンプなどを用いることができる。また、真空ポンプ２８１７に加えて、クライオトラップを用いてもよい。クライオポンプおよびクライオトラップを用いると、水を効率よく排気できて特に好ましい。
また、加熱機構２８１３としては、例えば、抵抗発熱体などを用いて加熱する加熱機構とすればよい。または、加熱されたガスなどの媒体からの熱伝導または熱輻射によって、加熱する加熱機構としてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）またはＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ　Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いることができる。ＧＲＴＡは、高温のガスを用いて熱処理を行う。ガスとしては、不活性ガスが用いられる。
また、ガス供給源２８０１は、マスフローコントローラを介して、精製機と接続されていてもよい。ガスは、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下であるガスを用いることが好ましい。例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス（アルゴンガスなど）を用いればよい。
誘電体板２８０９としては、例えば、酸化シリコン（石英）、酸化アルミニウム（アルミナ）または酸化イットリウム（イットリア）などを用いればよい。また、誘電体板２８０９の表面に、さらに別の保護層が形成されていてもよい。保護層としては、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化クロム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化シリコン、酸化アルミニウムまたは酸化イットリウムなどを用いればよい。誘電体板２８０９は、後述する高密度プラズマ２８１０の特に高密度領域に曝されることになるため、保護層を設けることで損傷を緩和することができる。その結果、処理時のパーティクルの増加などを抑制することができる。
高周波発生器２８０３では、例えば、０．３ＧＨｚ以上３．０ＧＨｚ以下、０．７ＧＨｚ以上１．１ＧＨｚ以下、または２．２ＧＨｚ以上２．８ＧＨｚ以下のマイクロ波を発生させる機能を有する。高周波発生器２８０３で発生させたマイクロ波は、導波管２８０４を介してモード変換器２８０５に伝わる。モード変換器２８０５では、ＴＥモードとして伝わったマイクロ波がＴＥＭモードに変換される。そして、マイクロ波は、導波管２８０７を介してスロットアンテナ板２８０８に伝わる。スロットアンテナ板２８０８は、複数のスロット孔が設けられており、マイクロ波は該スロット孔および誘電体板２８０９を通過する。そして、誘電体板２８０９の下方に電界を生じさせ、高密度プラズマ２８１０を生成することができる。高密度プラズマ２８１０には、ガス供給源２８０１から供給されたガス種に応じたイオンおよびラジカルが存在する。例えば、酸素ラジカルまたは窒素ラジカルなどが存在する。
このとき、高密度プラズマ２８１０で生成されたイオンおよびラジカルによって、基板２８１１上の膜などを改質することができる。なお、高周波電源２８１６を用いて、基板２８１１側にバイアスを印加すると好ましい場合がある。高周波電源２８１６には、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚなどの周波数のＲＦ（Ｒａｄｉｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源を用いればよい。基板側にバイアスを印加することで、高密度プラズマ２８１０中のイオンを基板２８１１上の膜などの開口部の奥まで効率よく到達させることができる。
例えば、チャンバー２７０６ｂでは、ガス供給源２８０１から酸素を導入することで高密度プラズマ２８１０を用いた酸素ラジカル処理を行い、チャンバー２７０６ｃでは、ガス供給源２８０１から窒素を導入することで高密度プラズマ２８１０を用いた窒素ラジカル処理を行うことができる。
次に、チャンバー２７０６ａおよびチャンバー２７０６ｄについて図１５に示す断面模式図を用いて説明する。
チャンバー２７０６ａおよびチャンバー２７０６ｄは、例えば、被処理物に電磁波の照射を行うことが可能なチャンバーである。なお、チャンバー２７０６ａと、チャンバー２７０６ｄと、は電磁波の種類が異なるのみである。そのほかの構成については共通する部分が多いため、以下ではまとめて説明を行う。
チャンバー２７０６ａおよびチャンバー２７０６ｄは、一または複数のランプ２８２０と、基板ホルダ２８２５と、ガス導入口２８２３と、排気口２８３０と、を有する。また、チャンバー２７０６ａおよびチャンバー２７０６ｄの外などには、ガス供給源２８２１と、バルブ２８２２と、真空ポンプ２８２８と、バルブ２８２９と、が設けられる。
ガス供給源２８２１は、バルブ２８２２を介してガス導入口２８２３に接続している。真空ポンプ２８２８は、バルブ２８２９を介して排気口２８３０に接続している。ランプ２８２０は、基板ホルダ２８２５と向かい合って配置されている。基板ホルダ２８２５は、基板２８２４を保持する機能を有する。また、基板ホルダ２８２５は、内部に加熱機構２８２６を有し、基板２８２４を加熱する機能を有する。
ランプ２８２０としては、例えば、可視光または紫外光などの電磁波を放射する機能を有する光源を用いればよい。例えば、波長１０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下、５００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下、または４０ｎｍ以上３４０ｎｍ以下にピークを有する電磁波を放射する機能を有する光源を用いればよい。
例えば、ランプ２８２０としては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプまたは高圧水銀ランプなどの光源を用いればよい。
例えば、ランプ２８２０から放射される電磁波は、その一部または全部が基板２８２４に吸収されることで基板２８２４上の膜などを改質することができる。例えば、欠陥の生成もしくは低減、または不純物の除去などができる。なお、基板２８２４を加熱しながら行うと、効率よく、欠陥の生成もしくは低減、または不純物の除去などができる。
または、例えば、ランプ２８２０から放射される電磁波によって、基板ホルダ２８２５を発熱させ、基板２８２４を加熱してもよい。その場合、基板ホルダ２８２５の内部に加熱機構２８２６を有さなくてもよい。
真空ポンプ２８２８は、真空ポンプ２８１７についての記載を参照する。また、加熱機構２８２６は、加熱機構２８１３についての記載を参照する。また、ガス供給源２８２１は、ガス供給源２８０１についての記載を参照する。
以上の製造装置を用いることで、被処理物への不純物の混入を抑制しつつ、膜の改質などが可能となる。
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法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１６および図１７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１６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１６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１６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１６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１６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１６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、高誘電率（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、高誘電率（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、高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料（高い比誘電率の材料）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１６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。
　ここで、上記実施の形態に示す絶縁体２４１と同様に、プラグとして機能する導電体２１８の側面に接して絶縁体２１７が設けられる。絶縁体２１７は、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６に形成された開口の内壁に接して設けられている。つまり、絶縁体２１７は、導電体２１８と、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６と、の間に設けられている。なお、導電体２０５は導電体２１８と並行して形成することができるので、導電体２０５の側面に接して絶縁体２１７が形成される場合もある。
　絶縁体２１７としては、例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウム、または窒化酸化シリコンなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２１７は、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２２２に接して設けられるので、絶縁体２１０または絶縁体２１６などから水または水素などの不純物が、導電体２１８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。特に、窒化シリコンは水素に対するブロッキング性が高いので好適である。また、絶縁体２１０または絶縁体２１６に含まれる酸素が導電体２１８に吸収されるのを防ぐことができる。
　絶縁体２１７は、絶縁体２４１と同様の方法で形成することができる。例えば、ＰＥＡＬＤ法を用いて、窒化シリコンを成膜し、異方性エッチングを用いて導電体３５６に達する開口を形成すればよい。
　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２１０、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、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２１４、絶縁体２１２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ればよい。
　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１６では、過剰酸素を有する絶縁体２２４および絶縁体２８０と、導電体２４０との間に、絶縁体２４１を設けるとよい。絶縁体２４１と、絶縁体２２２、絶縁体２７２、および絶縁体２７３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２４１は、絶縁体２８０の一部とも接することが好ましい。絶縁体２４１が、絶縁体２７４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２４１を設けることで、絶縁体２２４および絶縁体２８０が有する過剰酸素が、導電体２４０に吸収されることを抑制することができる。また、絶縁体２４１を有することで、不純物である水素が、導電体２４０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２４１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、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、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。特に、窒化シリコンは水素に対するブロッキング性が高いため好ましい。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１７に示す。図１７に示す記憶装置は、図１６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１７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１７に示す記憶装置は、図１６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２２２、および絶縁体４５０と、チャネル形成領域を有する酸化物４３０ｃと、ソースとして機能する導電体４４２ａ、酸化物４４３ａ、酸化物４３１ａ、および酸化物４３１ｂと、ドレインとして機能する導電体４４２ｂ、酸化物４４３ｂ、酸化物４３２ａ、および酸化物４３２ｂと、プラグとして機能する導電体４４０（導電体４４０ａ、および導電体４４０ｂ）、および導電体４４０のバリア絶縁膜として機能する絶縁体４４１（絶縁体４４１ａ、および絶縁体４４１ｂ）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は、酸化物２３０ａと、同じ層であり、酸化物４３１ｂ、および酸化物４３２ｂは、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４４３は、酸化物２４３と、同じ層である。酸化物４３０ｃは、酸化物２３０ｃと、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。導電体４４０は、導電体２４０と、同じ層である。絶縁体４４１は、絶縁体２４１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）する場合がある。
　ここで、例えば、図１７に示すように、絶縁体２７２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２７２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２７２とが接する。例えば、このとき、絶縁体２２２と、絶縁体２７２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２７２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２７２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２７２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２７２、および絶縁体２２２を介して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。
　本実施の形態に示す構成、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３）
　本実施の形態では、図１８および図１９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１８Ａ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１８Ａ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１８Ｂ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１９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１９Ａ乃至図１９Ｃ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１９Ａ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１９Ｂ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１９Ｃに示すメモリセル１４７３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１９Ｄ乃至図１９Ｈ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１９Ｄ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１９Ｅ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１９Ｆ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１９Ｇ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１９Ｈ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１９Ｈ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、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４）
　本実施の形態では、図２０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２０Ａ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２０Ｂ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、方法などは、他の実施の形態および他の実施例に示す構成、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２１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２１Ａ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２１ＢはＳＤカードの外観の模式図であり、図２１Ｃ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２１ＤはＳＳＤの外観の模式図であり、図２１Ｅ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。
　本実施の形態に示す構成、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６）
　本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用可能な電子機器の具体例について図２２を用いて説明する。
　より具体的には、本発明の一態様に係る半導体装置は、ＣＰＵやＧＰＵなどのプロセッサ、またはチップに用いることができる。図２２に、本発明の一態様に係るＣＰＵやＧＰＵなどのプロセッサ、またはチップを備えた電子機器の具体例を示す。
＜電子機器・システム＞
　本発明の一態様に係るＧＰＵ又はチップは、様々な電子機器に搭載することができる。電子機器の例としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。また、本発明の一態様に係る集積回路又はチップを電子機器に設けることにより、電子機器に人工知能を搭載することができる。
　本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
　本発明の一態様の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
　本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。図２２に、電子機器の例を示す。
［携帯電話］
　図２２Ａには、情報端末の一種である携帯電話（スマートフォン）が図示されている。情報端末５５００は、筐体５５１０と、表示部５５１１と、を有しており、入力用インターフェースとして、タッチパネルが表示部５５１１に備えられ、ボタンが筐体５５１０に備えられている。
　情報端末５５００は、本発明の一態様のチップを適用することで、人工知能を利用したアプリケーションを実行することができる。人工知能を利用したアプリケーションとしては、例えば、会話を認識してその会話内容を表示部５５１１に表示するアプリケーション、表示部５５１１に備えるタッチパネルに対してユーザが入力した文字、図形などを認識して、表示部５５１１に表示するアプリケーション、指紋や声紋などの生体認証を行うアプリケーションなどが挙げられる。
［情報端末１］
　図２２Ｂには、デスクトップ型情報端末５３００が図示されている。デスクトップ型情報端末５３００は、情報端末の本体５３０１と、ディスプレイ５３０２と、キーボード５３０３と、を有する。
　デスクトップ型情報端末５３００は、先述した情報端末５５００と同様に、本発明の一態様のチップを適用することで、人工知能を利用したアプリケーションを実行することができる。人工知能を利用したアプリケーションとしては、例えば、設計支援ソフトウェア、文章添削ソフトウェア、献立自動生成ソフトウェアなどが挙げられる。また、デスクトップ型情報端末５３００を用いることで、新規の人工知能の開発を行うことができる。
　なお、上述では、電子機器としてスマートフォン、及びデスクトップ用情報端末を例として、それぞれ図２２Ａ、図２２Ｂに図示したが、スマートフォン、及びデスクトップ用情報端末以外の情報端末にも本発明の一態様を適用することができる。スマートフォン、及びデスクトップ用情報端末以外の情報端末としては、例えば、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ノート型情報端末、ワークステーションなどが挙げられる。
［電化製品］
　図２２Ｃは、電化製品の一例である電気冷凍冷蔵庫５８００を示している。電気冷凍冷蔵庫５８００は、筐体５８０１、冷蔵室用扉５８０２、冷凍室用扉５８０３等を有する。
　電気冷凍冷蔵庫５８００に本発明の一態様のチップを適用することによって、人工知能を有する電気冷凍冷蔵庫５８００を実現することができる。人工知能を利用することによって電気冷凍冷蔵庫５８００は、電気冷凍冷蔵庫５８００に保存されている食材、その食材の消費期限などを基に献立を自動生成する機能や、電気冷凍冷蔵庫５８００に保存されている食材に合わせた温度に自動的に調節する機能などを有することができる。
　本一例では、電化製品として電気冷凍冷蔵庫について説明したが、その他の電化製品としては、例えば、掃除機、電子レンジ、電気オーブン、炊飯器、湯沸かし器、ＩＨ調理器、ウォーターサーバ、エアーコンディショナーを含む冷暖房器具、洗濯機、乾燥機、オーディオビジュアル機器などが挙げられる。
［ゲーム機］
　図２２Ｄは、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機５２００を示している。携帯ゲーム機５２００は、筐体５２０１、表示部５２０２、ボタン５２０３等を有する。
　携帯ゲーム機５２００に本発明の一態様のＧＰＵ又はチップを適用することによって、低消費電力の携帯ゲーム機５２００を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、及びモジュールへの影響を少なくすることができる。
　更に、携帯ゲーム機５２００に本発明の一態様のＧＰＵ又はチップを適用することによって、人工知能を有する携帯ゲーム機５２００を実現することができる。
　本来、ゲームの進行、ゲーム上に登場する生物の言動、ゲーム上で発生する現象などの表現は、そのゲームが有するプログラムによって定められているが、携帯ゲーム機５２００に人工知能を適用することにより、ゲームのプログラムに限定されない表現が可能になる。例えば、プレイヤーが問いかける内容、ゲームの進行状況、時刻、ゲーム上に登場する人物の言動が変化するといった表現が可能となる。
　また、携帯ゲーム機５２００で複数のプレイヤーが必要なゲームを行う場合、人工知能によって擬人的にゲームプレイヤーを構成することができるため、対戦相手を人工知能によるゲームプレイヤーとすることによって、１人でもゲームを行うことができる。
　図２２Ｄでは、ゲーム機の一例として携帯ゲーム機を図示しているが、本発明の一態様のＧＰＵ又はチップを適用するゲーム機はこれに限定されない。本発明の一態様のＧＰＵ又はチップを適用するゲーム機としては、例えば、家庭用の据え置き型ゲーム機、娯楽施設（ゲームセンター、遊園地など）に設置されるアーケードゲーム機、スポーツ施設に設置されるバッティング練習用の投球マシンなどが挙げられる。
［移動体］
　本発明の一態様のＧＰＵ又はチップは、移動体である自動車、及び自動車の運転席周辺に適用することができる。
　図２２Ｅ１は移動体の一例である自動車５７００を示し、図２２Ｅ２は、自動車の室内におけるフロントガラス周辺を示す図である。図２２Ｅ２では、ダッシュボードに取り付けられた表示パネル５７０１、表示パネル５７０２、表示パネル５７０３の他、ピラーに取り付けられた表示パネル５７０４を図示している。
　表示パネル５７０１乃至表示パネル５７０３は、スピードメーターやタコメーター、走行距離、燃料計、ギア状態、空調の設定などを表示することで、様々な情報を提供することができる。また、表示パネルに表示される表示項目やレイアウトなどは、ユーザの好みに合わせて適宜変更することができ、デザイン性を高めることが可能である。表示パネル５７０１乃至表示パネル５７０３は、照明装置として用いることも可能である。
　表示パネル５７０４には、自動車５７００に設けられた撮像装置（図示しない）からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界（死角）を補完することができる。すなわち、自動車５７００の外側に設けられた撮像装置からの画像を表示することによって、死角を補い、安全性を高めることができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。表示パネル５７０４は、照明装置として用いることもできる。
　本発明の一態様のＧＰＵ又はチップは人工知能の構成要素として適用できるため、例えば、当該チップを自動車５７００の自動運転システムに用いることができる。また、当該チップを道路案内、危険予測などを行うシステムに用いることができる。表示パネル５７０１乃至表示パネル５７０４には、道路案内、危険予測などの情報を表示する構成としてもよい。
　なお、上述では、移動体の一例として自動車について説明しているが、移動体は自動車に限定されない。例えば、移動体としては、電車、モノレール、船、飛行体（ヘリコプター、無人航空機（ドローン）、飛行機、ロケット）なども挙げることができ、これらの移動体に本発明の一態様のチップを適用して、人工知能を利用したシステムを付与することができる。
［放送システム］
　本発明の一態様のＧＰＵ又はチップは、放送システムに適用することができる。
　図２２Ｆは、放送システムにおけるデータ伝送を模式的に示している。具体的には、図２２Ｆは、放送局５６８０から送信された電波（放送信号）が、各家庭のテレビジョン受信装置（ＴＶ）５６００に届くまでの経路を示している。ＴＶ５６００は、受信装置を備え（図示しない）、アンテナ５６５０で受信された放送信号は、当該受信装置を介して、ＴＶ５６００に送信される。
　図２２Ｆでは、アンテナ５６５０は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アンテナを図示しているが、アンテナ５６５０としては、ＢＳ・１１０°ＣＳアンテナ、ＣＳアンテナなども適用できる。
　電波５６７５Ａ、電波５６７５Ｂは地上波放送用の放送信号であり、電波塔５６７０は受信した電波５６７５Ａを増幅して、電波５６７５Ｂの送信を行う。各家庭では、アンテナ５６５０で電波５６７５Ｂを受信することで、ＴＶ５６００で地上波ＴＶ放送を視聴することができる。なお、放送システムは、図２２Ｆに示す地上波放送に限定せず、人工衛星を用いた衛星放送、光回線によるデータ放送などとしてもよい。
　上述した放送システムは、本発明の一態様のチップを適用して、人工知能を利用した放送システムとしてもよい。放送局５６８０から各家庭のＴＶ５６００に放送データを送信するとき、エンコーダによって放送データの圧縮が行われ、アンテナ５６５０が当該放送データを受信したとき、ＴＶ５６００に含まれる受信装置のデコーダによって当該放送データの復元が行われる。人工知能を利用することによって、例えば、エンコーダの圧縮方法の一である動き補償予測において、表示画像に含まれる表示パターンの認識を行うことができる。また、人工知能を利用したフレーム内予測などを行うこともできる。また、例えば、解像度の低い放送データを受信して、解像度の高いＴＶ５６００で当該放送データの表示を行うとき、デコーダによる放送データの復元において、アップコンバートなどの画像の補間処理を行うことができる。
　上述した人工知能を利用した放送システムは、放送データの量が増大する超高精細度テレビジョン（ＵＨＤＴＶ：４Ｋ、８Ｋ）放送に対して好適である。
　また、ＴＶ５６００側における人工知能の応用として、例えば、ＴＶ５６００に人工知能を有する録画装置を設けてもよい。このような構成にすることによって、当該録画装置にユーザの好みを人工知能に学習させることで、ユーザの好みにあった番組を自動的に録画することができる。
　本実施の形態で説明した電子機器、その電子機器の機能、人工知能の応用例、その効果などは、他の電子機器の記載と適宜組み合わせることができる。
　本実施の形態に示す構成、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。
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、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、２１７：絶縁体、２１８：導電体、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、２４０：導電体、２４０ａ：導電体、２４０ｂ：導電体、２４１：絶縁体、２４１ａ：絶縁体、２４１ｂ：絶縁体、２４２：導電体、２４２ａ：導電体、２４２Ａ：導電膜、２４２ｂ：導電体、２４２Ｂ：導電体層、２４３：酸化物、２４３ａ：酸化物、２４３Ａ：酸化膜、２４３ｂ：酸化物、２４３Ｂ：酸化物層、２４６：導電体、２４６ａ：導電体、２４６ｂ：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、２７２：絶縁体、２７２Ａ：絶縁膜、２７３：絶縁体、２７３Ａ：絶縁膜、２７４：絶縁体、２８０：絶縁体、２８１：絶縁体、２８２：絶縁体、２８３：絶縁体、２９０：マイクロ波、２９１：マイクロ波、２９２：マイクロ波、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、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、４４１：絶縁体、４４１ａ：絶縁体、４４１ｂ：絶縁体、４４２：導電体、４４２ａ：導電体、４４２ｂ：導電体、４４３：酸化物、４４３ａ：酸化物、４４３ｂ：酸化物、４５０：絶縁体、４６０：導電体、４６０ａ：導電体、４６０ｂ：導電体、１００１：配線、１００２：配線、１００３：配線、１００４：配線、１００５：配線、１００６：配線、１００７：配線、１００８：配線、１００９：配線、１０１０：配線

Claims (7)

  1. 　第１の導電体と、第１の絶縁体および第２の絶縁体と、第１の酸化物および第２の酸化物と、を有する半導体装置の作製方法において、
    　基板上に前記第１の酸化物を形成し、
    　前記第１の酸化物上に、前記第１の絶縁体を形成し、
    　前記第１の絶縁体に、前記第１の酸化物に達する開口を形成し、
    　前記開口において、前記第１の酸化物および前記第１の絶縁体に接するように、第１の酸化膜を成膜し、
    　前記第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、
    　前記第１の絶縁膜上からマイクロ波処理を行い、
    　前記第１の絶縁膜及び前記第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理を行い、
    　前記第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、
    　前記第１の酸化膜の一部、前記第１の絶縁膜の一部、および前記第１の導電膜の一部を、前記第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、前記第２の酸化物、前記第２の絶縁体、および前記第１の導電体を形成し、
    　前記マイクロ波処理は、減圧下かつ、酸素を含むガスを用いて行い、
    　前記加熱処理は、減圧下で行う、
    　半導体装置の作製方法。
  2. 　第１の導電体と、第１の絶縁体および第２の絶縁体と、第１の酸化物および第２の酸化物と、を有する半導体装置の作製方法において、
    　基板上に前記第１の酸化物を形成し、
    　前記第１の酸化物上に、前記第１の絶縁体を形成し、
    　前記第１の絶縁体上からマイクロ波処理を行い、
    　前記第１の絶縁体及び前記第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理を行い、
    　前記第１の絶縁体に、前記第１の酸化物に達する開口を形成し、
    　前記開口において、前記第１の酸化物および前記第１の絶縁体に接するように、第１の酸化膜を成膜し、
    　前記第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、
    　前記第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、
    　前記第１の酸化膜の一部、前記第１の絶縁膜の一部、および前記第１の導電膜の一部を、前記第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、前記第２の酸化物、前記第２の絶縁体、および前記第１の導電体を形成し、
    　前記マイクロ波処理は、減圧下かつ、酸素を含むガスを用いて行い、
    　前記加熱処理は、減圧下で行う、
    　半導体装置の作製方法。
  3. 　第１の導電体と、第１の絶縁体乃至第３の絶縁体と、第１の酸化物および第２の酸化物と、を有する半導体装置の作製方法において、
    　基板上に前記第１の酸化物を形成し、
    　前記第１の酸化物上に、前記第１の絶縁体を形成し、
    　前記第１の絶縁体に、前記第１の酸化物に達する開口を形成し、
    　前記開口において、前記第１の酸化物および前記第１の絶縁体に接するように、第１の酸化膜を成膜し、
    　前記第１の酸化膜上に、第１の絶縁膜を成膜し、
    　前記第１の絶縁膜上に、第１の導電膜を成膜し、
    　前記第１の酸化膜の一部、前記第１の絶縁膜の一部、および前記第１の導電膜の一部を、前記第１の絶縁体の上面が露出するまで除去して、前記第２の酸化物、前記第２の絶縁体、および前記第１の導電体を形成し、
    　前記第１の導電体上に、前記第３の絶縁体を形成し、
    　前記第３の絶縁体上からマイクロ波処理を行い、
    　前記第１の絶縁体及び前記第１の酸化物のいずれか一方または双方に対して、加熱処理を行い、
    　前記マイクロ波処理は、減圧下かつ、酸素を含むガスを用いて行い、
    　前記加熱処理は、減圧下で行う、
    　半導体装置の作製方法。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
    　前記マイクロ波処理の圧力は、１３３Ｐａ以上である、
    　半導体装置の作製方法。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
    　前記加熱処理の温度は、３５０℃以上５００℃以下である、
    　半導体装置の作製方法。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    　前記マイクロ波処理と、前記加熱処理は、連続して行う、
    　半導体装置の作製方法。
  7. 　請求項６において、
    　前記連続して行う処理は、２回以上１０回以下である、
    　半導体装置の作製方法。
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