WO2020109923A1 - 半導体装置、および半導体装置の作製方法 - Google Patents

半導体装置、および半導体装置の作製方法 Download PDF

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高橋絵里香
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Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. Further, one embodiment of the present invention relates to a semiconductor wafer, a module, and an electronic device.
  • a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • a semiconductor circuit such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, and a memory device are one mode of the 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 has 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. Further, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • IC integrated circuit
  • image display device also simply referred to as a display device.
  • Silicon-based semiconductor materials are widely known as semiconductor thin films applicable to transistors, but oxide semiconductors are attracting attention as other materials.
  • Non-Patent Document 1 a CAAC (c-axis aligned crystalline) structure and an nc (nanocrystalline) structure, which are neither single crystal nor amorphous, have been found (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose a technique for manufacturing a transistor using an oxide semiconductor having a CAAC structure.
  • One object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with favorable reliability. Another 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 with high on-state current. 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 low power consumption.
  • One embodiment of the present invention includes a first oxide, a second oxide, a first conductor, a second conductor, a third conductor, a first insulator, and a second insulator.
  • the first conductor and the second conductor are provided in contact with each other over the first oxide, and the first insulator is the first oxide, the first conductor, and The first insulator is provided so as to cover the second conductor, the first insulator has an opening, the first oxide is exposed on a bottom surface of the opening, and the first insulator is provided on a side surface of the opening.
  • the side surface of the conductor and the side surface of the second conductor are exposed, and the second oxide is in contact with the first oxide, the side surface of the first conductor, and the second conductor in the opening.
  • the second insulator is provided in the opening through the second oxide, and the third conductor is provided in the opening through the second insulator.
  • the side surface of the conductor and the lower end portion of the side surface of the second conductor are in contact with an ellipse or a circle having a center above the first oxide.
  • One embodiment of the present invention includes a first oxide, a second oxide, a first conductor, a second conductor, a third conductor, a first insulator, and a second insulator.
  • the first conductor and the second conductor are provided in contact with each other over the first oxide, and the first insulator is the first oxide, the first conductor, and The first insulator is provided so as to cover the second conductor, the first insulator has an opening, the first oxide is exposed on a bottom surface of the opening, and the first insulator is provided on a side surface of the opening.
  • the side surface of the conductor and the side surface of the second conductor are exposed, and the second oxide is in contact with the first oxide, the side surface of the first conductor, and the second conductor in the opening.
  • the second insulator is provided in the opening through the second oxide, and the third conductor is provided in the opening through the second insulator.
  • the conductor and the lower end of the side surface of the second conductor have arcuate side surfaces having a center of curvature above the first oxide, and are perpendicular to the first oxide from the center of curvature. Is approximately equal to the radius of curvature of the arc.
  • the dihedral angle formed by the tangent plane with the end of the arc-shaped side surface as the contact point and the upper surface of the first oxide is 0° ⁇ 90°.
  • the upper end of the side surface of the first conductor and the upper end of the side surface of the second conductor are substantially coincident with the tangent plane with the terminal end of the arc-shaped side contact.
  • the radius of curvature is equal to or larger than the total film thickness of the film thickness of the second oxide and the film thickness of the second insulator.
  • the horizontal distance L between the center of curvature and the side formed by the bottom surface of the third conductor and the side surface of the third conductor is 0 or less.
  • the second oxide has a higher barrier property against oxygen than the second insulator.
  • the first oxide is an In-Ga-Zn oxide.
  • the second oxide is an In-Ga-Zn oxide.
  • a semiconductor device with favorable reliability can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electric characteristics can be provided. According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with high on-state current can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with low power consumption can be provided.
  • FIG. 1A and 1B are cross-sectional views of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 2A, 2B, and 2C are cross-sectional views of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 3A, 3B, and 3C are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 4A, 4B, and 4C are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the structure of the memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the structure of the memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the structure of the memory device according to one embodiment of the present invention.
  • 8A and 8B are a block diagram and a perspective view illustrating a structural example of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, 9F, 9G, and 9H are circuit diagrams each illustrating a structural example of a memory device according to one embodiment of the present invention.
  • 10A and 10B are schematic views of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention.
  • 11A, 11B, 11C, 11D, and 11E are schematic views of the memory device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the oxide film thickness at the side end portion of the conductor according to the example.
  • the size, the layer thickness, or the region may be exaggerated for clarity. Therefore, it is not necessarily limited to that scale.
  • the drawings schematically show ideal examples and are not limited to the shapes or values shown in the drawings.
  • a layer, a resist mask, or the like may be unintentionally reduced due to a process such as etching, but this may not be reflected in the drawing for easy understanding.
  • the same reference numerals are commonly used in different drawings for the same portions or portions having similar functions, and repeated description thereof may be omitted.
  • the hatch pattern may be the same and may not be given a reference numeral.
  • top view also referred to as “plan view”
  • perspective view some of the components may be omitted to facilitate understanding of the invention.
  • description of some hidden lines may be omitted.
  • the ordinal numbers given as the first, second, etc. are used for convenience and do not indicate the order of steps or the order of stacking. Therefore, for example, “first” can be replaced with “second” or “third” as appropriate.
  • the ordinal numbers in this specification and the like and the ordinal numbers used to specify one embodiment of the present invention may not match.
  • X and Y are connected, a case where X and Y are electrically connected and a case where X and Y function And the case where X and Y are directly connected are disclosed in this specification and the like. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relation, for example, the connection relation shown in the drawing or the text, and other than the connection relation shown in the drawing or the text is also disclosed in the drawing or the text.
  • X and Y are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).
  • a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. And a region (hereinafter, also referred to as a channel formation region) in which a channel is formed between the drain (drain terminal, drain region or drain electrode) and the source (source terminal, source region or source electrode), A current can flow between the source and the drain via the channel formation region.
  • a channel formation region refers to a region in which a current mainly flows.
  • the functions of the source and drain may be switched when adopting transistors of different polarities or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms source and drain can be interchanged in some cases.
  • the channel length is, for example, in a top view of a transistor, a region where a semiconductor (or a portion in the semiconductor in which a current flows) and a gate electrode overlap each other in a top view of a transistor, or a source in a channel formation region.
  • the channel length does not necessarily have the same value in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be set to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the channel formation region.
  • the channel width is, for example, in a top view of a transistor, a region in which a semiconductor (or a portion in the semiconductor in which a current flows) and a gate electrode overlap with each other in a top view of a transistor, or a channel formation direction in a channel formation region. Is the length of the channel formation region in the vertical direction. Note that in one transistor, the channel width does not necessarily have the same value in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be set to one value. Therefore, in this specification, the channel width is any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the channel formation region.
  • a channel width in a region where a channel is actually formed (hereinafter also referred to as an “effective channel width”) and a channel width shown in a top view of the transistor. (Hereinafter, also referred to as “apparent channel width”).
  • the effective channel width becomes larger than the apparent channel width, and the effect thereof may not be negligible.
  • the proportion of the channel formation region formed in the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel width is larger than the apparent channel width.
  • channel width when simply described as channel width, it may indicate an apparent channel width.
  • channel width may refer to an effective channel width. Note that the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM image or the like.
  • the impurities of a semiconductor refer to, for example, components other than the main constituents of the semiconductor.
  • an element whose concentration is less than 0.1 atomic% can be said to be an impurity.
  • the inclusion of impurities may cause, for example, an increase in the defect level density of the semiconductor and a decrease in crystallinity.
  • examples of impurities that change 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 component such as hydrogen, lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, and nitrogen. Water may also function as an impurity.
  • oxygen vacancies may be formed in the oxide semiconductor due to the mixture of impurities, for example.
  • silicon oxynitride has a higher oxygen content than nitrogen as its composition. Further, silicon oxynitride has a composition containing more nitrogen than oxygen.
  • the term “insulator” can be restated as 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 restated as a semiconductor film or a semiconductor layer.
  • parallel means a state in which two straight lines are arranged at an angle of ⁇ 10° or more and 10° or less. Therefore, a case of -5° or more and 5° or less is also included.
  • substantially parallel means a state in which two straight lines are arranged at an angle of ⁇ 30° or more and 30° or less.
  • vertical means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, the case of 85° or more and 95° or less is also included.
  • substantially vertical means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60° or more and 120° or less.
  • a metal oxide is a metal oxide in a broad sense. Metal oxides are classified into oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (Oxide Semiconductor or simply OS), and the like. For example, when a metal oxide is used for a semiconductor layer of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, when the term “OS transistor” is used, it can be referred to as a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.
  • normally-off means that when a potential is not applied to the gate or a ground potential is applied to the gate, the drain current per channel width of 1 ⁇ m flowing in the transistor is 1 ⁇ 10 ⁇ at room temperature. It is 20 A or less, 1 ⁇ 10 ⁇ 18 A or less at 85° C., or 1 ⁇ 10 ⁇ 16 A or less at 125° C.
  • a semiconductor device including a transistor according to one embodiment of the present invention is a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region.
  • FIG. 3A and 3B are a top view and a cross-sectional view of a semiconductor device including the transistor 200 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a top view of the semiconductor device.
  • 3B and 3C are cross-sectional views of the semiconductor device.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a portion indicated by a chain line of A1-A2 in FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of a portion indicated by dashed-dotted line A3-A4 in FIG. 3A.
  • some elements are omitted for clarity of the drawing.
  • FIG. 3B An enlarged view of a region 239 surrounded by the alternate long and short dash line shown in FIG. 3B is shown in FIG.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention includes the transistor 200, the insulator 214 which functions as an interlayer film, the insulator 216, the insulator 280, the insulator 282, and the insulator 284. Note that the insulator 280 is provided at least in contact with the oxide 230.
  • the transistor 200 is disposed on a substrate (not shown) and is arranged so as to be embedded in an insulator 216, a conductor 205, an insulator 216, and an insulator 205.
  • a conductor 260 (a conductor 260a and a conductor 260b) arranged over the insulator 250, and a conductor which is in contact with part of an upper surface of the oxide 230b.
  • the conductor 260 and the conductor 205 function as gate electrodes.
  • the conductor 240a and the conductor 240b function as a source electrode or a drain electrode.
  • the oxide 230b is an oxide semiconductor and has a region where a channel is formed. Further, the insulator 222, the insulator 224, and the insulator 250 function as a gate insulator.
  • a metal oxide functioning as an oxide semiconductor for the oxide 230b including the channel formation region.
  • the transistor 200 including an oxide semiconductor in the channel formation region has an extremely small leak current in a non-conducting state, so that a semiconductor device with low power consumption can be provided. Further, the oxide semiconductor can be formed by a sputtering method or the like. Therefore, the transistor 200 can be stacked and formed over another structure, so that a highly integrated semiconductor device can be formed.
  • an oxide semiconductor functioning as a channel formation region with a bandgap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more.
  • the oxide 230c an oxide semiconductor can be used similarly to the oxide 230b. Therefore, a channel formation region may be formed in the oxide 230c in some cases.
  • a metal oxide having a bandgap larger than that of the oxide 230b may be used as the oxide 230c. Therefore, the oxide 230c may function as a gate insulator.
  • the oxide 230c may have a laminated structure of two or more layers as shown in FIG.
  • a first oxide of oxide 230c (oxide 230c_1) and a second oxide of oxide 230c (oxide 230c_2) overlying the first oxide of oxide 230c. ), and have.
  • At least the oxide 230c, the insulator 250, and the conductor 260 are provided in the opening of the insulator 280. Therefore, at least the oxide 230a and the oxide 230b are exposed on the bottom surface of the opening. At least the side surfaces of the conductor 240a and the conductor 240b are exposed on the side surfaces of the opening.
  • the width of the opening included in the insulator 280 is a distance that contributes to determination of the channel length of the transistor 200; thus, the width of the opening (in FIG. 3, the shortest distance between the conductor 240a and the conductor 240b). Is preferably the minimum processing size.
  • the oxide 230c has a function of suppressing diffusion of oxygen (hereinafter, also referred to as barrier property) than the insulator 250.
  • barrier property oxidation of the end portion of the conductor 240 due to oxygen diffusing from the structure above the oxide 230c can be suppressed.
  • the minute transistor when the end portion of the conductor 240 is oxidized, a high resistance region is formed between the channel formation region and the source or drain electrode. Therefore, the on-state current and frequency characteristics of the transistor 200 may be deteriorated. Further, there is a high probability that the channel length of the transistor 200 will vary due to the high resistance region.
  • the openings provided in the insulator 280 become finer, the difficulty of film formation and processing of the structure provided inside the openings increases. For example, a defect such as a void may occur in the corner formed by the bottom surface and the side surface inside the opening.
  • a defect such as a void may occur in the corner formed by the bottom surface and the side surface inside the opening.
  • the covering property of the upper layer is deteriorated, and the probability that a film formed inside the opening will be defective is increased.
  • the function of suppressing the diffusion of impurities or oxygen means the function of suppressing the diffusion of any one or all of the impurities or oxygen.
  • a film having a function of suppressing diffusion of hydrogen or oxygen may be a film that hardly permeates hydrogen or oxygen, a film that has low hydrogen or oxygen permeability, a film that has a barrier property against hydrogen or oxygen, or hydrogen or oxygen. May be called a barrier film or the like.
  • the barrier film may be referred to as a conductive barrier film.
  • the oxide 230b exposed on the bottom surface of the opening of the insulator 280 becomes a channel formation region. Therefore, when a defect occurs in the oxide 230c and the insulator 250, the insulator 250 which functions as a gate insulating film over the channel formation region becomes uneven, which leads to variation in electrical characteristics between transistors and deterioration in reliability. there is a possibility. Further, the conductor 260 functioning as a gate electrode and the oxide 230b functioning as a semiconductor are electrically connected to each other, so that the insulating state may not be maintained.
  • the film to be formed is formed when the film to be the oxide 230c or the film to be the insulator 250 is formed. It is possible to suppress the occurrence of defects in the film that serves as the oxide 230c or the film that serves as the insulator 250 due to the slope of the surface being changed gently. That is, the shape of the side surface of the conductor 240b is optimized so that the film provided in the opening has good coverage.
  • the oxide 230c is uniformly formed on the side surface of the conductor 240, it is possible to prevent the side surface of the conductor 240 from being oxidized.
  • the gate insulator can be uniformly formed over the channel formation region. Therefore, when the plurality of transistors 200 are provided, a semiconductor device with less variation among the transistors can be provided. In addition, a highly reliable semiconductor device can be provided.
  • the lower end has a curved shape.
  • the side surface of the lower end portion of the conductor 240 is preferably in contact with a circle or an ellipse whose center is above the oxide 230b.
  • the center of the ellipse is the intersection of the ellipse's short and long axes. Further, the center of the circle means an intersection point when at least three or more perpendicular lines to the tangent line of the circle are provided at different positions in the circle.
  • FIGS. 1A and 2A to 2C are enlarged views of a region 239 surrounded by a dashed line in FIG. 3B.
  • the lower end of the conductor 240b has a center C above the oxide 230b and a radius R. Touch the circle. That is, the lower end of the conductor 240b has an arc-shaped curve with a radius of curvature R.
  • the length H of the perpendicular line from the center C of the circle to the upper surface of the oxide 230b is preferably the radius R or less. That is, it is preferable that the radius R of the circle ⁇ the length H of the perpendicular line holds.
  • the radius R of the circle is less than the length H of the perpendicular, an inflection point is formed at the lower end of the conductor 240b, and the probability that the film formed above the conductor 240b is less likely to be coated increases. ..
  • the lower end of the conductor 240b has a center of curvature C above the oxide 230b and has an arc-shaped curve with a radius of curvature R.
  • the radius R of the circle is substantially equal to the length H of the perpendicular line from the center of curvature C to the oxide 230b.
  • a dihedral angle ⁇ (also referred to as a taper angle ⁇ ) formed by a tangent plane having the end portion of the arc-shaped curve as a contact point and an upper surface of the oxide 230b is represented by , 0° ⁇ 90°. That is, the side surface of the conductor 240b is set to a range that does not have an undercut shape.
  • the film forming property of the film formed over the channel formation region of the oxide 230b can be improved.
  • the upper end portion may be flat on the side surface of the conductor 240b exposed in the opening of the insulator 280.
  • the angle of the dihedral angle formed by the extended surface of the plane and the upper surface of the oxide 230b may be greater than or equal to 0° and less than or equal to the taper angle ⁇ . That is, the side surface of the conductor 240b is set to a range that does not have an undercut shape.
  • the angle of the dihedral angle formed by the surface of the conductor 240b extending from the plane of the upper end portion and the upper surface of the oxide 230b is equal to the taper angle ⁇ , In the cross-sectional view in the channel length direction, it overlaps with a tangent line having a contact point at the end of the arc-shaped curve. That is, when the tangential plane including the plane of the upper end portion on the side surface of the conductor 240b which is in contact with the end portion of the curve and the upper surface of the oxide 230b is ⁇ , the oxide 230c is particularly preferable. , And the insulator 250 can be uniformly formed not only on the channel formation region, which is preferable.
  • the radius of curvature R is equal to or larger than the total film thickness of the oxide 230c and the insulator 250 (the film thickness of the oxide 230c is t 230c , the film thickness of the insulator 250 is t 250, and the like). Then, when R ⁇ t 230c +t 250 holds), the horizontal distance L between the side formed by the bottom surface of the conductor 260 and the side surface of the conductor 260 and the lower end of the conductor 240b becomes 0 or less. Note that when the horizontal distance L is smaller than 0, that is, it becomes negative, there is a region where the bottom surface of the conductor 260 and the end portion of the conductor 240b overlap.
  • the film thickness (t) means the length of a perpendicular line drawn from the upper surface of the insulating film to the lower surface of the insulating film.
  • the extension surface of the bottom surface of the conductor 260 and the extension surface of the side surface of the conductor 260 intersect.
  • the horizontal distance L between the side and the lower end of the conductor 240b is preferably 0 or less.
  • the lower end of the conductor 240b has a center C above the oxide 230b and a long radius of R 1 Touches an ellipse that is. That is, the lower end of the conductor 240b has an elliptic arc-shaped curve.
  • the length H of the perpendicular line from the center C of the ellipse to the upper surface of the oxide 230b is preferably at least the major radius R 1 or less. That is, it is preferable that the major radius R 1 of the ellipse ⁇ the length H of the perpendicular line holds.
  • transistor 200 The detailed structure of the transistor 200 will be described below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • a metal oxide functioning as an oxide semiconductor (hereinafter also referred to as an oxide semiconductor) is preferably used for the oxide 230 (mainly the oxide 230b) including a region where a channel is formed.
  • the transistor 200 including an oxide semiconductor in the channel formation region has an extremely small leak current in a non-conducting state, so that a semiconductor device with low power consumption can be provided. Further, the oxide semiconductor can be formed by a sputtering method or the like. Therefore, the transistor 200 can be stacked and formed over another structure, so that a highly integrated semiconductor device can be formed.
  • an oxide semiconductor functioning as a channel formation region with a bandgap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more.
  • an oxide semiconductor for example, an In-M-Zn oxide (the element M is aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, It is preferable to use a metal oxide such as lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium).
  • a metal oxide such as lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium.
  • an In—Ga oxide or an In—Zn oxide may be used as the oxide semiconductor.
  • the oxide semiconductor used for the transistor a highly purified intrinsic oxide semiconductor without impurities, oxygen vacancies, and oxygen (hereinafter also referred to as excess oxygen) which is higher than oxygen which satisfies the stoichiometric composition is used.
  • excess oxygen oxygen which is higher than oxygen which satisfies the stoichiometric composition
  • the oxide 230 preferably has a laminated structure of a plurality of oxide layers having different chemical compositions. Specifically, in the metal oxide used for the oxide 230a, the atomic ratio of the element M to In is preferably higher than the atomic ratio of the element M to In in the metal oxide used for the oxide 230b.
  • oxide 230c a metal oxide that can be used for the oxide 230a or the oxide 230b can be used.
  • the oxide 230b is an In-Ga-Zn oxide, In-Ga-Zn oxide, Ga-Zn oxide, gallium oxide, or the like may be used as the oxide 230a and the oxide 230c.
  • the oxide 230b and the oxide 230c preferably have crystallinity.
  • a CAAC-OS c-axis aligned crystalline oxide semiconductor
  • An oxide having crystallinity such as CAAC-OS has few impurities and defects (such as oxygen vacancies), has high crystallinity, and has a dense structure. Therefore, extraction of oxygen from the oxide 230b by the source electrode or the drain electrode can be suppressed. Further, even if heat treatment is performed, oxygen extraction from the oxide 230b can be reduced, so that the transistor 200 is stable against a high temperature (so-called thermal budget) in a manufacturing process.
  • the oxide 230 has a structure in which three layers of the oxide 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c are stacked; however, the present invention is not limited to this.
  • a single layer of the oxide 230b, a two-layer structure of the oxide 230a and the oxide 230b, a two-layer structure of the oxide 230b and the oxide 230c, or a stacked structure of four or more layers may be provided, or oxidation may be performed.
  • Each of the object 230a, the oxide 230b, and the oxide 230c may have a laminated structure.
  • a first oxide of oxide 230c (oxide 230c_1) and a second oxide of oxide 230c (oxide 230c_2) overlying the first oxide of oxide 230c. ), and have.
  • the oxide 230c_1 preferably contains at least one of the metal elements forming the metal oxide used for the oxide 230b, and more preferably contains all the metal elements.
  • an In-Ga-Zn oxide is preferably used as the oxide 230c_1 and an In-Ga-Zn oxide, a Ga-Zn oxide, or gallium oxide is preferably used as the oxide 230c_2. With this structure, the density of defect states at the interface between the oxide 230b and the oxide 230c_1 can be reduced.
  • the oxide 230c_2 is preferably a metal oxide that suppresses oxygen diffusion or permeation, as compared with the oxide 230c_1.
  • oxygen contained in the insulator 280 can be prevented from diffusing into the insulator 250. Therefore, the oxygen is easily supplied to the oxide 230b through the oxide 230c_1.
  • the atomic ratio of In to the metal element serving as the main component is smaller than the atomic ratio of In to the metal element serving as the main component in the metal oxide used for the oxide 230c_1.
  • In can be suppressed from diffusing to the insulator 250 side.
  • the insulator 250 functions as a gate insulator; therefore, if In is mixed in the insulator 250 or the like, the characteristics of the transistor are deteriorated. Therefore, with the oxide 230c having a stacked-layer structure, a highly reliable semiconductor device can be provided.
  • the conductor 260 functions as a first gate (also referred to as a top gate) electrode.
  • the transistor 200 is provided by filling the conductor 260 in an opening formed in the insulator 280 or the like.
  • part of the conductive layer to be the conductor 240 is exposed at the bottom of the opening provided in the insulator 280.
  • the conductor 240a and the conductor 240b are formed by removing a region overlapping with the bottom portion of the opening provided in the insulator 280.
  • the end of the conductor 240a and the end of the conductor 240b are flush with the side surface of the opening.
  • the conductor 260 is self-aligned in a region between the conductor 240a and the conductor 240b without alignment. Can be arranged as desired.
  • the top surface of the conductor 260 is substantially aligned with the top surface of the insulator 250 and the top surface of the oxide 230c.
  • the shortest distance between the surface where the conductor 260 and the insulator 250 are in contact with the upper surface of the insulator 222 is the oxide 230b and the oxide. It is preferable that the distance is shorter than the shortest distance between the surface in contact with the object 230a and the upper surface of the insulator 222. That is, in the channel width direction of the transistor 200, the side surface of the oxide 230b is covered with the conductor 260 at least with the insulator 250 interposed therebetween.
  • the conductor 260 functioning as a gate electrode covers the side surface and the upper surface of the channel formation region of the oxide 230b with the insulator 250 or the like interposed therebetween, whereby the electric field of the conductor 260 is changed to the channel formation region of the oxide 230b. It works on the whole. Therefore, the on-state current of the transistor 200 can be increased and the frequency characteristics can be improved.
  • the conductor 260 preferably has a conductor 260a and a conductor 260b arranged over the conductor 260a.
  • the conductor 260a is preferably arranged so as to surround the bottom surface and the side surface of the conductor 260b.
  • a conductive material having a function of suppressing diffusion of impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitric oxide molecules, and copper atoms.
  • a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules is preferably used.
  • the conductor 260a has a function of suppressing diffusion of oxygen, it is possible to suppress the conductivity of the conductor 260b from being reduced due to the oxygen contained in the insulator 250 from oxidizing the conductor 260b.
  • a 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 260 also functions as a wiring, it is preferable to use a conductor having high conductivity.
  • the conductor 260b can be formed using a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as its main component.
  • the conductor 260b may have a stacked structure, for example, a stacked structure of titanium or titanium nitride and the above conductive material.
  • the conductor 260 is shown as a two-layer structure of a conductor 260a and a conductor 260b, but it may have a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers.
  • the conductor 205 functions as a second gate (also referred to as a bottom gate) electrode.
  • the threshold voltage of the transistor 200 is changed by changing the potential applied to the conductor 205 independently of the potential applied to the conductor 260. (Vth) can be controlled. In particular, by applying a negative potential to the conductor 205, Vth of the transistor 200 can be further increased and off-state current can be reduced. Therefore, applying a negative potential to the conductor 205 can reduce the drain current when the potential applied to the conductor 260 is 0 V, as compared to the case where no potential is applied.
  • the conductor 205 is arranged so as to overlap with the oxide 230 and the conductor 260.
  • the conductor 205 is preferably embedded in the insulator 214 or the insulator 216.
  • the conductor 205 is preferably provided larger than the channel formation region in the oxide 230 in the channel width direction.
  • the conductor 205 is preferably extended so as to intersect with the channel width direction of the oxide 230.
  • the conductor 205 and the conductor 260 are overlapped with each other with an insulator provided outside the side surface of the oxide 230 in the channel width direction.
  • the electric field of the conductor 260 which functions as the first gate electrode and the electric field of the conductor 205 which functions as the second gate electrode electrically surrounds the channel formation region of the oxide 230.
  • the conductor 205 is shown as a structure in which the first conductor and the second conductor are laminated, but the present invention is not limited to this.
  • the conductor 205 may have a single-layer structure or a stacked structure including three or more layers.
  • an ordinal number may be given in the order of formation to distinguish them.
  • the first conductor of the conductor 205 includes impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitric oxide molecules (N 2 O, NO, NO 2, etc.), and copper atoms. It is preferable to use a conductive material having a function of suppressing diffusion. Alternatively, a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules) is preferably used.
  • the first conductor of the conductor 205 may be a single layer or a stacked layer of the above conductive material.
  • the first conductor of the conductor 205 may be a stack of tantalum, tantalum nitride, ruthenium, or ruthenium oxide and titanium or titanium nitride.
  • the second conductor of the conductor 205 is illustrated as a single layer, it may have a stacked structure, for example, a stack of titanium or titanium nitride and the conductive material.
  • the conductor 205 is stretched to function as a wiring.
  • the invention is not limited to this, and a conductor functioning as a wiring may be provided below the conductor 205. Further, it is not always necessary to provide one conductor 205 for each transistor. For example, the conductor 205 may be shared by a plurality of transistors.
  • the conductor 240 (conductor 240a and conductor 240b) functions as a source electrode or a drain electrode.
  • TaNxOy is preferably used, for example.
  • TaNxOy may include aluminum.
  • titanium nitride, a nitride containing titanium and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, or the like may be used. These materials are preferable because they are conductive materials that are difficult to oxidize or materials that maintain conductivity even when absorbing oxygen.
  • an insulator 245 functioning as a barrier layer may be provided over the conductor 240.
  • the insulator 245 is preferably in contact with the top surface of the conductor 240 as shown in FIG. 3B. With such a structure, absorption of excess oxygen in the insulator 280 by the conductor 240 can be suppressed. Further, by suppressing the oxidation of the conductor 240, an increase in contact resistance between the transistor 200 and the wiring can be suppressed. Therefore, the transistor 200 can have favorable electrical characteristics and reliability.
  • the insulator 245 has a function of suppressing diffusion of oxygen.
  • the insulator 245 preferably has a function of suppressing diffusion of oxygen as compared with the insulator 280.
  • an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium may be formed.
  • an insulator containing aluminum nitride may be used.
  • the insulator 250 functions as a first gate insulator.
  • the insulator 250 is preferably placed in contact with the oxide 230c.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, fluorine-added silicon oxide, carbon-added silicon oxide, carbon-nitrogen-added silicon oxide, vacant silicon oxide, or the like is used.
  • silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable to heat.
  • microwave insulating plasma treatment may be performed in an atmosphere containing oxygen after the insulator 250 is formed.
  • hydrogen, water, or impurities in the insulator 250 can be removed.
  • the film quality of the insulator 250 is modified, whereby 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 250 is suppressed by a post-process such as formation of a conductive film to be the conductor 260 or a post-process such as heat treatment. be able to.
  • the binding energy between hydrogen atoms and silicon atoms in solid silicon oxide is 3.3 eV
  • the binding energy between carbon atoms and silicon atoms is 3.4 eV
  • the binding energy between nitrogen atoms and silicon atoms is 3.5 eV. Therefore, in order to remove the hydrogen atom bonded to the silicon atom, at least a radical or ion having an energy of 3.3 eV or more is made to collide with the bonding portion between the hydrogen atom and the silicon atom, whereby the hydrogen atom and the silicon atom are A bond with an atom can be broken.
  • radicals or ions having at least energy equal to or higher than the binding energy are made to collide with the bond portion between the impurity atom and the silicon atom, so that It is possible to break the bond with the silicon atom.
  • radicals and ions generated by plasma excited by microwaves a ground state O( 3 P) of an oxygen atom radical, a first excited state O( 1 D) of an oxygen atom radical, and a monovalent oxygen molecule Cation O 2 + and the like.
  • the energy of O( 3 P) is 2.42 eV and the energy of O( 1 D) is 4.6 eV.
  • O 2 + has an electric charge and is accelerated by the potential distribution and bias in the plasma, the energy is not uniquely determined, but at least the internal energy alone has a higher energy than O( 1 D). To have.
  • radicals such as O( 1 D) and O 2 + , and ions break the bonds between hydrogen, nitrogen, and carbon atoms in the insulator 250 and silicon atoms, and hydrogen bonded to the silicon atoms, Nitrogen and carbon can be removed. Further, impurities such as hydrogen, nitrogen, and carbon can be reduced also by heat energy applied to the substrate when performing microwave excitation plasma treatment.
  • O( 3 P) since O( 3 P) has low reactivity, it does not react with the insulator 250 and diffuses deep into the film. Alternatively, O( 3 P) reaches the oxide 230 through the insulator 250 and diffuses into the oxide 230.
  • O( 3 P) diffused in the oxide 230 approaches the oxygen deficiency containing hydrogen, hydrogen in the oxygen deficiency is released from the oxygen deficiency, and O( 3 P) enters the oxygen deficiency instead. , Oxygen deficiency is compensated. Therefore, generation of electrons that are carriers can be suppressed in the oxide 230.
  • the proportion of O( 3 P) with respect to all radicals and ionic species is increased by performing microwave-excited plasma treatment under high pressure conditions.
  • the pressure may be 133 Pa or higher, preferably 200 Pa, more preferably 400 Pa or higher.
  • the oxygen flow rate ratio (O 2 /O 2 +Ar) is 50% or less, preferably 10% or more and 30% or less.
  • an oxide material from which part of oxygen is released by heating is preferably used.
  • the oxide that desorbs oxygen by heating means that the amount of desorbed oxygen molecules is 1.0 ⁇ 10 18 molecules/cm 3 or more, preferably 1.0 ⁇ 10 19 molecules, in TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) analysis. /Cm 3 or more, more preferably 2.0 ⁇ 10 19 molecules/cm 3 or more, or 3.0 ⁇ 10 20 molecules/cm 3 or more.
  • the surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably 100° C. or higher and 700° C. or lower, or 100° C. or higher and 400° C. or lower.
  • An insulator from which oxygen is released by heating is provided as the insulator 250 in contact with the top surface of the oxide 230c, so that oxygen is effectively supplied to the channel formation region of the oxide 230b and the channel of the oxide 230b is formed. Oxygen deficiency in the region can be reduced. Therefore, it is possible to provide a transistor which suppresses variation in electric characteristics, has stable electric characteristics, and has improved reliability. In addition, the concentration of impurities such as water and hydrogen in the insulator 250 is preferably reduced.
  • a metal oxide may be provided between the insulator 250 and the conductor 260.
  • the metal oxide preferably suppresses diffusion of oxygen from the insulator 250 to the conductor 260.
  • 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.
  • oxidation of the conductor 260 due to oxygen in the insulator 250 can be suppressed.
  • the above metal oxide may have a function as a part of the gate insulator. Therefore, when silicon oxide, silicon oxynitride, or the like is used for the insulator 250, the metal oxide is preferably a high-k material having a high relative dielectric constant.
  • the gate insulator has a stacked structure of the insulator 250 and the above metal oxide, a stacked structure which is stable to 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 film thickness of the gate insulator. In addition, it is possible to reduce the equivalent oxide film thickness (EOT) of the insulator that functions as the gate insulator.
  • EOT equivalent oxide film thickness
  • a metal oxide containing one or more selected from hafnium, aluminum, gallium, yttrium, zirconium, tungsten, titanium, tantalum, nickel, germanium, magnesium and the like can be used.
  • an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium it is preferable to use an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium.
  • the metal oxide may have a function as a part of the first gate electrode.
  • an oxide semiconductor that can be used as the oxide 230 can be used as the metal oxide. In that case, by forming a film of the conductor 260 by a sputtering method, the electric resistance value of the metal oxide can be reduced to form a conductor.
  • the on-state current of the transistor 200 can be improved without weakening the influence of the electric field from the conductor 260.
  • the leakage current between the conductor 260 and the oxide 230 is maintained. Can be suppressed.
  • the physical distance between the conductor 260 and the oxide 230 and the electric field strength applied from the conductor 260 to the oxide 230 can be reduced. It can be easily adjusted appropriately.
  • the insulator 222 and the insulator 224 function as a second gate insulator.
  • the insulator 222 preferably has a function of suppressing diffusion of hydrogen (for example, at least one of hydrogen atoms and hydrogen molecules).
  • the insulator 222 preferably has a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules).
  • the insulator 222 preferably has a function of suppressing diffusion of one or both of hydrogen and oxygen as compared with the insulator 224.
  • an insulator containing an oxide of one or both of aluminum and hafnium, which are insulating materials, may be used.
  • aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like is preferably used.
  • the insulator 222 releases oxygen from the oxide 230 to the substrate side and diffuses impurities such as hydrogen from the peripheral portion of the transistor 200 to the oxide 230. Function as a layer that suppresses Therefore, by providing the insulator 222, diffusion of impurities such as hydrogen into the inside of the transistor 200 and generation of oxygen vacancies in the oxide 230 can be suppressed.
  • the conductor 205 can be prevented from reacting with the insulator 224 and oxygen contained in the oxide 230.
  • aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, or zirconium oxide may be added to the insulator.
  • these insulators may be nitrided.
  • the insulator 222 may be formed by stacking silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride on these insulators.
  • the insulator 222 is made of, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate (SrTiO 3 ), (Ba,Sr)TiO 3 (BST), or the like.
  • An insulator including a so-called high-k material may be used in a single layer or a stacked layer. As transistors become finer and more highly integrated, thinning of the gate insulator may cause problems such as leakage current. By using a high-k material for the insulator functioning as a gate insulator, it is possible to reduce the gate potential during transistor operation while maintaining the physical film thickness.
  • the insulator 224 which is in contact with the oxide 230 preferably releases oxygen by heating.
  • the insulator 224 may be formed using silicon oxide, silicon oxynitride, or the like as appropriate.
  • the insulator 222 and the insulator 224 may have a laminated structure of two or more layers.
  • the laminated structure is not limited to the same material, and may be a laminated structure made of different materials.
  • the insulator 214, the insulator 216, the insulator 280, the insulator 282, and the insulator 284 function as an interlayer film.
  • the insulator 214 preferably functions as an insulating barrier film which suppresses diffusion of impurities such as water and hydrogen from the substrate side into the transistor 200. Therefore, the insulator 214 has a function of suppressing diffusion of impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitric oxide molecules (N 2 O, NO, NO 2, etc.), and copper atoms. It is preferable to use an insulating material. Alternatively, an insulating material having a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules) is preferably used.
  • the insulator 214 it is preferable to use aluminum oxide, silicon nitride, or the like as the insulator 214. Accordingly, impurities such as water and hydrogen can be suppressed from diffusing from the substrate side to the transistor 200 side with respect to the insulator 214. Alternatively, oxygen contained in the insulator 224 and the like can be suppressed from diffusing toward the substrate side of the insulator 214.
  • the insulator 214 may have a stacked structure of two or more layers. In that case, the laminated structure is not limited to the same material, and may be a laminated structure made of different materials. For example, a stack of aluminum oxide and silicon nitride may be used.
  • the insulator 214 it is preferable to use silicon nitride formed by a sputtering method. Accordingly, the hydrogen concentration in the insulator 214 can be reduced, and impurities such as water and hydrogen can be further suppressed from diffusing from the substrate side of the insulator 214 to the transistor 200 side.
  • the insulator 216 functioning as an interlayer film preferably has a lower dielectric constant than the insulator 214.
  • a material having a low dielectric constant as the interlayer film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, silicon oxide having holes Etc. may be appropriately used.
  • the insulator 216 has a low hydrogen concentration and a region where oxygen is present in excess of the stoichiometric composition (hereinafter also referred to as an excess oxygen region) or oxygen released by heating (hereinafter also referred to as excess oxygen). ) Is preferred.
  • an oxide material in which part of oxygen is released by heating is preferably used.
  • An oxide that desorbs oxygen by heating refers to a desorption amount of oxygen molecules of 1.0 ⁇ 10 18 molecules in a TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) analysis. /Cm 3 or more, preferably 1.0 ⁇ 10 19 molecules/cm 3 or more, more preferably 2.0 ⁇ 10 19 molecules/cm 3 or more, or 3.0 ⁇ 10 20 molecules/cm 3 or more.
  • the surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably 100° C. or higher and 700° C. or lower, or 100° C. or higher and 400° C. or lower.
  • silicon oxide containing excess oxygen, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide containing fluorine, silicon oxide containing carbon, silicon oxide containing carbon and nitrogen, and vacancy Silicon oxide can be used.
  • silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are stable to heat.
  • silicon oxide formed by a sputtering method is preferably used as the insulator 216. Accordingly, hydrogen can be prevented from entering the oxide 230, or oxygen can be supplied to the oxide 230 and oxygen vacancies in the oxide 230 can be reduced. Therefore, it is possible to provide a transistor which suppresses variation in electric characteristics, has stable electric characteristics, and has improved reliability.
  • the insulator 216 may have a laminated structure.
  • an insulator similar to the insulator 214 may be provided at least in a portion in contact with the side surface of the conductor 205.
  • oxidation of the conductor 205 due to oxygen contained in the insulator 216 can be suppressed.
  • the conductor 205 can suppress a decrease in the amount of oxygen contained in the insulator 216.
  • the insulator 280 is provided on the insulator 224, the oxide 230, and the conductor 240. Further, the upper surface of the insulator 280 may be flattened.
  • oxygen in the oxide semiconductor is gradually absorbed by a conductor included in the transistor, a conductor used for a plug, a wiring connected to the transistor, or the like; For example, oxygen deficiency may occur.
  • the oxygen deficiency can be compensated by diffusing the excess oxygen of the structure having the excess oxygen region into the oxygen deficiency generated in the oxide semiconductor.
  • an insulator containing oxygen is used for the insulator 280 which functions as an interlayer film provided in the vicinity of the transistor 200.
  • the insulator 280 it is preferable to use an oxide containing more oxygen than the stoichiometric composition. That is, it is preferable that the insulator 280 be formed with an excess oxygen region.
  • oxygen including at least any of oxygen radicals, oxygen atoms, and oxygen ions
  • oxygen ions is introduced into the insulator 280 to form a region containing excess oxygen.
  • the oxygen introduction treatment there is a method of laminating a metal oxide on the insulator 280 using a sputtering device. For example, by forming a film of the insulator 282 using a sputtering apparatus in an oxygen gas atmosphere, oxygen can be introduced into the insulator 280 while the insulator 282 is formed. ..
  • the insulator 280 functioning as an interlayer film preferably has a low dielectric constant.
  • the insulator 280 is preferably provided using a material similar to that of the insulator 216, for example.
  • silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are thermally stable.
  • a material such as silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon oxide having pores is preferable because a region containing oxygen which is released by heating can be easily formed.
  • the concentration of impurities such as water and hydrogen in the insulator 280 is reduced.
  • the insulator 280 preferably has a low hydrogen concentration and has an excess oxygen region or excess oxygen; for example, the same material as the insulator 216 may be used.
  • the insulator 280 may have a stacked structure including two or more layers.
  • the insulator 282 preferably functions as an insulating barrier film which suppresses diffusion of impurities such as water and hydrogen from above into the insulator 280.
  • the insulator 282 preferably has a low hydrogen concentration and has a function of suppressing diffusion of hydrogen, like the insulator 214 and the like.
  • silicon oxynitride is used as the insulator 280
  • aluminum oxide is preferably used as the insulator 282.
  • an excess oxygen region can be formed in silicon oxide which is a deposition target.
  • aluminum oxide may have a function of suppressing diffusion of oxygen.
  • aluminum oxide when compared with silicon oxynitride, aluminum oxide has a function of suppressing diffusion of oxygen or impurities such as water and hydrogen.
  • impurities such as water and hydrogen can be suppressed from diffusing from above the insulator 282 to the transistor 200 side.
  • the insulator 282 is preferably in contact with the top surfaces of the conductor 260, the insulator 250, and the oxide 230c.
  • impurities such as hydrogen contained in the insulator 284 and the like can be prevented from entering the insulator 250. Therefore, adverse effects on the electrical characteristics of the transistor and the reliability of the transistor can be suppressed.
  • the insulator 284 preferably has a low dielectric constant similarly to the insulator 216 and the like.
  • the insulator 284 preferably has a reduced concentration of impurities such as water and hydrogen in the film, like the insulator 224 and the like.
  • ⁇ metal oxide As the oxide 230, a metal oxide which functions as an oxide semiconductor is preferably used. The metal oxide applicable to the oxide 230 according to the present invention will be described below.
  • the metal oxide preferably contains at least indium or zinc. In particular, it is preferable to contain indium and zinc. Further, in addition to them, gallium, yttrium, tin, etc. are preferably contained. Further, one or more selected from boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium and the like may be contained.
  • the metal oxide is an In-M-Zn oxide containing indium, the element M, and zinc.
  • the element M is aluminum, gallium, yttrium, or tin.
  • Other elements applicable to the element M include boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten and magnesium.
  • a combination of the above-mentioned elements may be used as the element M.
  • metal oxides having nitrogen may be collectively referred to as metal oxides. Further, the metal oxide containing nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.
  • the oxide semiconductor (metal oxide) is divided into a single crystal oxide semiconductor and a non-single crystal oxide semiconductor other than the single crystal oxide semiconductor.
  • a non-single-crystal oxide semiconductor for example, a CAAC-OS, a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (nanocrystal oxide semiconductor), a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS: amorphous-like oxide semiconductor), And amorphous oxide semiconductors.
  • CAAC-OS has a crystal structure having a c-axis orientation, and a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction to have a strain.
  • the strain refers to a portion in which the orientation of the lattice arrangement is changed between a region where the lattice arrangement is uniform and another region where the lattice arrangement is uniform in the region where a plurality of nanocrystals are connected.
  • Nanocrystals are basically hexagonal, but they are not limited to regular hexagons and may be non-regular hexagons.
  • the strain 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 it is difficult to confirm a clear crystal grain boundary (also referred to as a grain boundary) even in the vicinity of strain. That is, it is understood that the distortion of the lattice arrangement suppresses the formation of crystal grain boundaries. This is because the CAAC-OS can tolerate strain due to a non-dense arrangement of oxygen atoms in the ab plane direction, a change in bond distance between atoms due to substitution with a metal element, or the like. This is because.
  • 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 of the (M,Zn) layer is replaced with indium, it can be expressed as an (In,M,Zn) layer.
  • the indium of the In layer is replaced with the element M, it can be expressed as an (In,M) layer.
  • CAAC-OS is a metal oxide with high crystallinity.
  • the CAAC-OS since it is difficult to confirm a clear crystal grain boundary, it can be said that the decrease in electron mobility due to the crystal grain boundary is unlikely to occur.
  • the crystallinity of a metal oxide may be reduced due to entry of impurities, generation of defects, and the like; therefore, the CAAC-OS can be referred to as a metal oxide with few impurities and defects (such as oxygen vacancies). Therefore, the metal oxide having CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the metal oxide including the CAAC-OS is highly heat resistant and highly reliable.
  • Nc-OS has a periodic atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less). Moreover, in the nc-OS, no regularity is found in the crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is seen in the entire film. Therefore, the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS or the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.
  • In-Ga-Zn oxide which is a kind of metal oxide containing indium, gallium, and zinc, may have a stable structure by using the above-described nanocrystal. is there.
  • IGZO tends to have difficulty in crystal growth in the atmosphere, and thus a smaller crystal (for example, the above-mentioned nanocrystal) is used than a large crystal (here, a crystal of several mm or a crystal of several cm).
  • a large crystal here, a crystal of several mm or a crystal of several cm.
  • it may be structurally stable.
  • the a-like OS is a metal oxide having a structure between the nc-OS and the amorphous oxide semiconductor.
  • the a-like OS has a void or a low density region. That is, the crystallinity of the a-like OS is lower than that of the nc-OS and the CAAC-OS.
  • Oxide semiconductors have various structures, and each has 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 transistor When impurities are mixed in the oxide semiconductor, defect levels or oxygen vacancies may be formed. Therefore, when impurities are mixed in the channel formation region of the oxide semiconductor, the electrical characteristics of the transistor including the oxide semiconductor are likely to vary and reliability may be deteriorated. If the channel formation region contains oxygen vacancies, the transistor is likely to have normally-on characteristics.
  • the above-mentioned defect levels may include trap levels.
  • the charge trapped in the trap level of the metal oxide takes a long time to disappear and may behave like a fixed charge. Therefore, electric characteristics of a transistor including a metal oxide with a high trap level density in a channel formation region might be unstable.
  • the crystallinity of the channel formation region may be lowered, and the crystallinity of the oxide provided in contact with the channel formation region may be lowered.
  • the crystallinity of the channel formation region is low, stability or reliability of the transistor tends to be deteriorated.
  • the crystallinity of the oxide provided in contact with the channel formation region is low, an interface state is formed, which might deteriorate the stability or reliability of the transistor.
  • Impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, silicon and the like.
  • the concentration of the impurity obtained by SIMS is 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of the above impurity obtained by elemental analysis using EDX in the channel formation region of the oxide semiconductor and its vicinity is 1.0 atomic% or less.
  • the concentration ratio of the impurities to the element M in the channel formation region of the oxide semiconductor and the vicinity thereof is less than 0.10, preferably 0.05.
  • the concentration of the element M used when calculating the concentration ratio may be the concentration in the same region as the region in which the concentration of the impurities is calculated, or may be the concentration in the oxide semiconductor.
  • the trap level density may be low.
  • V O H acts as a donor, sometimes electrons serving as carriers are generated. Further, part of hydrogen may be bonded to oxygen which is bonded to a metal atom to generate an electron which is a carrier.
  • a transistor using an oxide semiconductor containing a large amount of hydrogen is likely to have normally-on characteristics. Further, hydrogen in an oxide semiconductor is likely to move due to stress such as heat and an electric field; therefore, when a large amount of hydrogen is contained in the oxide semiconductor, reliability of the transistor might be deteriorated.
  • the highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic it is preferable that the highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic.
  • the V O H to obtain a sufficiently reduced oxide semiconductor, the moisture in the oxide semiconductor, to remove impurities such as hydrogen (dehydration, may be described as dehydrogenation.)
  • the V O H oxide semiconductor impurity is sufficiently reduced such by using a channel formation region of the transistor, it is possible to have stable electrical characteristics.
  • an oxide semiconductor having a low carrier concentration for the transistor it is preferable to use an oxide semiconductor having a low carrier concentration for the transistor.
  • the concentration of impurities in the oxide semiconductor may be lowered and the density of defect states may be lowered.
  • low impurity concentration and low defect level density are referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic.
  • impurities in the oxide semiconductor include hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, silicon, and the like.
  • hydrogen contained in an oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to be water, which might cause oxygen deficiency in the oxide semiconductor.
  • the transistor When the channel formation region in the oxide semiconductor contains oxygen vacancies, the transistor might have normally-on characteristics. Further, a defect in which hydrogen is contained in an oxygen vacancy may function as a donor and an electron which is a carrier may be generated. Further, part of hydrogen may be bonded to oxygen which is bonded to a metal atom to generate an electron which is a carrier. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor which contains a large amount of hydrogen is likely to have normally-on characteristics.
  • Defects containing hydrogen to an oxygen vacancy can function as a donor of the oxide semiconductor.
  • the oxide semiconductor may be evaluated not by the donor concentration but by the carrier concentration. Therefore, in this specification and the like, a carrier concentration which is assumed to be a state where no electric field is applied may be used as a parameter of the oxide semiconductor, instead of the donor concentration. That is, the “carrier concentration” described in this specification and the like can be called the “donor concentration” in some cases.
  • 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 , and even more preferably less than 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 .
  • the carrier concentration of the oxide semiconductor in the channel formation region is preferably 1 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , and more preferably 1 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3. It is more preferably less than 1 ⁇ 10 13 cm ⁇ 3 , further preferably less than 1 ⁇ 10 12 cm ⁇ 3 .
  • the lower limit of the carrier concentration of the oxide semiconductor in the channel formation region is not particularly limited, but can be set to, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 9 cm ⁇ 3 .
  • a semiconductor device with favorable reliability can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device having favorable electric characteristics can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device with high on-state current can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a semiconductor device with low power consumption.
  • FIG. 4A shows a top view.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view corresponding to the portion indicated by the alternate long and short dash line A1-A2 in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view corresponding to the portion indicated by dashed-dotted line A3-A4 in FIG. 4A.
  • some elements are omitted for clarity.
  • the semiconductor device shown in FIG. 4 is different from the semiconductor device shown in FIG. 3 in that the oxide 230b has a laminated structure. Further, it is different that the oxide 230c has a single-layer structure. In addition, an insulator 273 and an insulator 274 are different.
  • the oxide 230b may have a laminated structure of two or more layers. For example, in FIG. 4, it has a first oxide of oxide 230b and a second oxide of oxide 230b overlying the first oxide of oxide 230b.
  • the second oxide of the oxide 230b includes the first oxide of the oxide 230b and the conductor 240 (the conductor 240a and the conductor 240b) functioning as a source electrode or a drain electrode. It is good to place it between them.
  • the second oxide of the oxide 230b preferably has a function of suppressing permeation of oxygen.
  • the second oxide of the oxide 230b having a function of suppressing permeation of oxygen between the conductor 240 functioning as a source electrode or a drain electrode and the first oxide of the oxide 230b.
  • the electrical resistance between the conductor 240 and the first oxide of the oxide 230b is reduced, which is preferable. With such a structure, electric characteristics of the transistor 200 and reliability of the transistor 200 can be improved.
  • the conductor 240 and the first oxide of the oxide 230b are not in contact with each other, it is possible to suppress the conductor 240 from absorbing oxygen of the first oxide of the oxide 230b. By preventing the conductor 240 from being oxidized, it is possible to suppress a decrease in the conductivity of the conductor 240.
  • a metal oxide containing the element M may be used as the second oxide of the oxide 230b.
  • the element M is preferably aluminum, gallium, yttrium, or tin.
  • the second oxide of the oxide 230b preferably has a higher concentration of the element M than the first oxide of the oxide 230b.
  • gallium oxide may be used as the second oxide of the oxide 230b.
  • a metal oxide such as an In-M-Zn oxide may be used as the second oxide of the oxide 230b.
  • the atomic ratio of the element M to In is the element for In in the metal oxide used for the first oxide of the oxide 230b. It is preferably larger than the atomic ratio of M.
  • the film thickness of the second oxide of the oxide 230b is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less.
  • the second oxide of the oxide 230b preferably has crystallinity. When the second oxide of the oxide 230b has crystallinity, release of oxygen in the first oxide of the oxide 230b can be reduced. For example, in the case where the second oxide of the oxide 230b has a crystal structure such as a hexagonal crystal, release of oxygen in the first oxide of the oxide 230b can be suppressed in some cases.
  • oxygen in the oxide 230 may diffuse into the conductor 240 and the conductor 240 may be oxidized. Oxidation of the conductor 240 is likely to reduce the conductivity of the conductor 240. Note that diffusion of oxygen in the oxide 230 to the conductor 240 can be restated as absorption of oxygen in the oxide 230 by the conductor 240.
  • the oxide 230 diffuses into the conductor 240, so that a different layer may be formed between the conductor 240 and the oxide 230. Since the different layer contains more oxygen than the conductor 240, it is presumed that the different layer has an insulating property.
  • the three-layer structure of the conductor 240, the different layer, and the oxide 230 can be regarded as a three-layer structure including a metal-insulator-semiconductor and a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure. In some cases, it may be referred to as a diode junction structure mainly including the MIS structure.
  • An insulator 273 having a barrier property may be provided so as to cover the top surface of the conductor 240, the oxide 230a, the oxide 230b, and the side surface of the conductor 240. Note that when the insulator 273 is provided, the insulator 245 does not necessarily have to be provided.
  • a metal element of the conductor 240 is added or oxygen is absorbed by the conductor 240, so that oxygen deficiency occurs. That is, in the vicinity of the surface of the oxide 230 which is in contact with the conductor 240, the resistance may be locally reduced. By reducing the resistance of the region where the oxide 230 and the conductor 240 overlap with each other, the on-state current of the transistor 200 can be improved.
  • excess oxygen included in the insulator 280 diffuses from the side surface of the oxide 230 in a region overlapping with the conductor 240 to the oxide 230, and thus local oxygen generated in the oxide 230 in a region overlapping with the conductor 240.
  • the region of low resistance is locally reduced and the on-state current of the transistor 200 is reduced in some cases.
  • the insulator 273 it is possible to suppress supply of excess oxygen included in the insulator 280 from a side surface of the oxide 230 in a region overlapping with the conductor 240.
  • excess oxygen contained in the insulator 280 can be supplied to the channel formation region of the oxide 230b through the oxide 230c. Therefore, the oxygen deficiency generated in the channel formation region of the oxide 230 can be efficiently compensated without reducing the resistance-lowering region generated in the vicinity of the surface of the oxide 230 which is in contact with the conductor 240.
  • excess oxygen included in the insulator 224 diffuses into the oxide 230b through the oxide 230a. That is, excess oxygen can be supplied from the oxide 230a side. Therefore, oxygen vacancies generated in the channel formation region of the oxide 230 can be compensated for while suppressing a decrease in the low resistance region generated in the vicinity of the surface of the oxide 230 in contact with the conductor 240.
  • an aluminum oxide film formed with a sputtering apparatus is preferably used as the insulator 273.
  • excess oxygen can be introduced into the insulator 224 while forming the insulator 273.
  • the insulator 274 may be provided on the insulator 273. Note that the insulator 274 preferably has a function of suppressing diffusion of oxygen, like the insulator 273.
  • the insulator 273 formed by the sputtering method has low film properties. Therefore, the insulator 274 is preferably formed by an ALD method. This is because the ALD method can form a film having excellent step coverage and thickness uniformity, is not easily affected by the shape of the object to be processed, and has good step coverage.
  • a semiconductor device having favorable electrical characteristics can be provided.
  • a semiconductor device which can be miniaturized or highly integrated can be provided.
  • a semiconductor device with low power consumption can be provided.
  • FIG. 5 illustrates an example of a semiconductor device (memory device) including 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 200. At least part of the capacitor 100 or the transistor 300 preferably overlaps with the transistor 200. Accordingly, the occupied area of the capacitor 100, the transistor 200, and the transistor 300 in a top view can be reduced, so that the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated.
  • the semiconductor device is, for example, a logic circuit typified by a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), or a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or an NVM (Non-Volume Memory). Can be applied to a memory circuit represented by.
  • a logic circuit typified by a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), or a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or an NVM (Non-Volume Memory).
  • the transistor 200 described in the above embodiment can be used as the transistor 200. Therefore, for the transistor 200 and the layer including the transistor 200, the description in the above embodiment can be referred to.
  • 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, the stored content can be held for a long time by using the transistor 200 in a memory device. That is, the refresh operation is not necessary or the frequency of the refresh operation is extremely low, so that the power consumption of the memory device can be sufficiently reduced.
  • the transistor 200 has favorable electric characteristics at high temperature as compared with a transistor including silicon for a semiconductor layer. For example, the transistor 200 exhibits favorable electric characteristics even in the temperature range of 125 °C to 150 °C. In the temperature range of 125° C. to 150° C., the transistor 200 has a transistor on/off ratio of 10 digits or more. In other words, as compared with a transistor using silicon for a semiconductor layer, the transistor 200 has better characteristics as the on-state current, frequency characteristics, and the like which are examples of transistor characteristics, become higher.
  • the wiring 1001 is electrically connected to the source of the transistor 300
  • the wiring 1002 is electrically connected to the drain of the transistor 300
  • the wiring 1007 is electrically connected to the gate of the transistor 300.
  • the wiring 1003 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 200
  • the wiring 1004 is electrically connected to a first gate of the transistor 200
  • the wiring 1006 is electrically connected to a second gate of the transistor 200. It is connected to the.
  • the other of the source and the drain of the transistor 200 is 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 semiconductor device illustrated in FIG. 5 can write, hold, and read data because the semiconductor device illustrated in FIG. 5 has the characteristic of being able to hold charge charged in one of the electrodes of the capacitor 100 by switching the transistor 200.
  • the transistor 200 is an element provided with a back gate in addition to a source, a gate (top gate), and a drain. That is, since it is a four-terminal element, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), ReRAM (Resistive Memory Random Memory) (phase change) such as ReRAM (Resistive Memory memory), which uses MTJ (Magnetic Tunnel Junction) characteristics.
  • MRAM Magneticoresistive Random Access Memory
  • ReRAM Resistive Memory Random Memory
  • MTJ Magnetic Tunnel Junction
  • the structure may change at the atomic level when information is rewritten.
  • the semiconductor device illustrated in FIG. 5 has characteristics that it is excellent in repeated rewriting resistance and has little structural change because it operates by charge or discharge of electrons using a transistor and a capacitor when rewriting information.
  • the semiconductor devices shown in FIG. 5 can be arranged in a matrix to form a memory cell array.
  • the transistor 300 can be used as a reading circuit connected to the memory cell array, a driver circuit, or the like.
  • the semiconductor device shown in FIG. 5 constitutes the memory cell array as described above.
  • an operating frequency of 200 MHz or higher can be realized in the range of a driving voltage of 2.5 V and an evaluation environment temperature of ⁇ 40° C. to 85° C.
  • the transistor 300 is provided over the substrate 311 and serves as a conductor 316 serving as a gate electrode, an insulator 315 serving as a gate insulator, a semiconductor region 313 formed by part of the substrate 311, and a source region or a drain region.
  • the low resistance region 314a and the low resistance region 314b are included.
  • the insulator 315 is arranged on the semiconductor region 313, and the conductor 316 is arranged on the insulator 315.
  • the transistors 300 formed in the same layer are electrically separated by an insulator 312 which functions as an element isolation insulating layer.
  • an insulator similar to the insulator 326 described later and the like can be used as the insulator 312, an insulator similar to the insulator 326 described later and the like can be used.
  • the transistor 300 may be either a p-channel type or an n-channel type.
  • the substrate 311 includes a semiconductor such as a silicon-based semiconductor in a region where a channel of the semiconductor region 313 is formed, a region in the vicinity thereof, a low resistance region 314a serving as a source region or a drain region, a low resistance region 314b, or the like.
  • a semiconductor such as a silicon-based semiconductor in a region where a channel of the semiconductor region 313 is formed, a region in the vicinity thereof, a low resistance region 314a serving as a source region or a drain region, a low resistance region 314b, or the like.
  • a material including Ge (germanium), SiGe (silicon germanium), GaAs (gallium arsenide), GaAlAs (gallium aluminum arsenide), or the like may be used.
  • a configuration may be used in which silicon is used, in which the effective mass is controlled by applying stress to the crystal lattice and changing the lattice spacing.
  • the transistor 300 may be a HEMT (High Electro
  • the low-resistance region 314a and the low-resistance region 314b impart an n-type conductivity imparting element such as arsenic or phosphorus, or a p-type conductivity imparting boron, in addition to the semiconductor material applied to the semiconductor region 313. Including the element to do.
  • the conductor 316 functioning as a gate electrode is a semiconductor material such as silicon, a metal material, or an alloy containing an element imparting n-type conductivity such as arsenic or phosphorus, or an element imparting p-type conductivity such as boron. Materials or conductive materials such as metal oxide materials can be used.
  • the work function is determined by the material of the conductor, so the threshold voltage can be adjusted by changing the material of the conductor. Specifically, it is preferable to use a material such as titanium nitride or tantalum nitride for the conductor. Further, in order to achieve both conductivity and embedding properties, it is preferable to use a metal material such as tungsten or aluminum as a laminate for the conductor, and it is particularly preferable to use tungsten in terms of heat resistance.
  • a semiconductor region 313 (a part of the substrate 311) in which a channel is formed has a convex shape. Further, the side surface and the upper surface of the semiconductor region 313 are provided so as to cover the conductor 316 with the insulator 315 interposed therebetween.
  • Such a transistor 300 is also called a FIN-type transistor because it uses a convex portion of a semiconductor substrate. Note that an insulator which functions as a mask for forming the protrusion may be provided in contact with the top of the protrusion. Further, although the case where a part of the semiconductor substrate is processed to form the convex portion is shown here, the SOI substrate may be processed to form a semiconductor film having a convex shape.
  • transistor 300 illustrated in FIG. 5 is an example, and the structure thereof is not limited, and an appropriate transistor may be used depending on a circuit configuration or a driving method.
  • the semiconductor device includes a transistor 300 and a transistor 200 which are stacked.
  • the transistor 300 can be formed using a silicon-based semiconductor material and the transistor 200 can be formed using an oxide semiconductor.
  • the semiconductor device illustrated in FIG. 5 can be formed by mixing the silicon-based semiconductor material and the oxide semiconductor in different layers. Further, the semiconductor device shown in FIG. 5 can be manufactured by a process similar to that of a manufacturing device used for a silicon-based semiconductor material, and high integration can be achieved.
  • the capacitive element 100 includes an insulator 114 on an insulator 160, an insulator 140 on the insulator 114, a conductor 110 arranged in the insulator 114 and an opening formed in the insulator 140, and a conductor.
  • An insulator 130 over the insulator 110 and the insulator 140, a conductor 120 over the insulator 130, and an insulator 150 over the conductor 120 and the insulator 130.
  • at least a part of the conductor 110, the insulator 130, and the conductor 120 is arranged in the openings formed in the insulator 114 and the insulator 140.
  • the conductor 110 functions as a lower electrode of the capacitor 100
  • the conductor 120 functions as an upper electrode of the capacitor 100
  • the insulator 130 functions as a dielectric of the capacitor 100.
  • the capacitive element 100 has a structure in which the upper electrode and the lower electrode face each other across the dielectric not only on the bottom surface but also on the side surfaces in the openings of the insulator 114 and the insulator 140, and electrostatic capacitance per unit area is increased.
  • the capacity can be increased. Therefore, the capacitance of the capacitor 100 can be increased as the depth of the opening is increased.
  • an insulator that can be used for the insulator 280 may be used.
  • the insulator 140 preferably functions as an etching stopper when forming the opening of the insulator 114, and an insulator that can be used for the insulator 214 may be used.
  • the shape of the openings formed in the insulator 114 and the insulator 140 as viewed from above may be a quadrangle, a polygonal shape other than the quadrangle, or a shape in which the corners of the polygonal shape are curved.
  • a circular shape including an ellipse may be used.
  • it is preferable that the area where the opening and the transistor 200 overlap with each other in the top view is large. With such a structure, the area occupied by the semiconductor device including the capacitor 100 and the transistor 200 can be reduced.
  • the conductor 110 is arranged in contact with the openings formed in the insulator 140 and the insulator 114. It is preferable that the top surface of the conductor 110 substantially coincides with the top surface of the insulator 140. Further, the conductor 152 provided over the insulator 160 is in contact with the lower surface of the conductor 110.
  • the conductor 110 is preferably formed by an ALD method, a CVD method, or the like. For example, a conductor that can be used as the conductor 205 may be used.
  • the insulator 130 is arranged so as to cover the conductor 110 and the insulator 140.
  • the insulator 130 is preferably formed by an ALD method, a CVD method, or the like.
  • the insulator 130 is, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, zirconium oxide, aluminum oxide, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, aluminum nitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, hafnium nitride oxide, or nitride.
  • Hafnium or the like may be used and can be provided as a stacked layer or a single layer.
  • an insulating film in which zirconium oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide are stacked in this order can be used.
  • a material having a large dielectric strength such as silicon oxynitride or a material having a high dielectric constant (high-k) for the insulator 130.
  • a stacked structure of a material having high dielectric strength and a high dielectric constant (high-k) material may be used.
  • an insulator of a high dielectric constant (high-k) material (a material having a high relative dielectric constant)
  • gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium, an oxynitride containing aluminum and hafnium is used.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, and holes are used as materials having high dielectric strength.
  • silicon oxide, resin, and the like are used as materials having high dielectric strength.
  • silicon oxide, resin, and the like laminated in the order of silicon nitride was deposited using ALD (SiN x), silicon oxide was deposited using PEALD method (SiO x), silicon nitride was deposited using ALD (SiN x)
  • the formed insulating film can be used. By using such an insulator having a large dielectric strength, the dielectric strength is improved and electrostatic breakdown of the capacitor 100 can be suppressed.
  • the conductor 120 is arranged so as to fill the openings formed in the insulator 140 and the insulator 114. Further, the conductor 120 is electrically connected to the wiring 1005 through the conductor 112 and the conductor 153.
  • the conductor 120 is preferably formed by an ALD method, a CVD method, or the like. For example, a conductor that can be used as the conductor 205 may be used.
  • the transistor 200 since the transistor 200 is configured to use an oxide semiconductor, it has excellent compatibility with the capacitor 100. Specifically, since the off-state current of the transistor 200 including an oxide semiconductor is small, the memory content can be held for a long time by using the transistor 200 in combination with the capacitor 100.
  • 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 according to the design.
  • the conductor functioning as a plug or a wiring may have a plurality of structures collectively given the same reference numeral. Further, in this specification and the like, the wiring and the plug electrically connected to the wiring may be integrated. That is, part of the conductor may function as a wiring, and part of the conductor may function as a plug.
  • an insulator 320, an insulator 322, an insulator 324, and an insulator 326 are sequentially stacked as an interlayer film over the transistor 300. Further, in the insulator 320, the insulator 322, the insulator 324, and the insulator 326, a conductor 328 electrically connected to the conductor 153 functioning as a terminal, a conductor 330, and the like are embedded. Note that the conductor 328 and the conductor 330 function as a plug or a wiring.
  • the insulator functioning as an interlayer film may function as a flattening film that covers the uneven shape below the insulator.
  • the upper surface of the insulator 322 may be flattened by a flattening treatment using a chemical mechanical polishing (CMP) method or the like in order to improve flatness.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • a wiring layer may be provided on the insulator 326 and the conductor 330.
  • an insulator 350, an insulator 352, and an insulator 354 are sequentially stacked and provided.
  • a conductor 356 is formed over the insulator 350, the insulator 352, and the insulator 354.
  • the conductor 356 functions as a plug or a wiring.
  • An insulator 210, an insulator 212, an insulator 214, and an insulator 216 are sequentially stacked on the insulator 354 and the conductor 356. Further, a conductor 218, a conductor (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. Note that the conductor 218 functions as a plug or a wiring which is electrically connected to the transistor 300.
  • the conductor 112 functions as a plug or a wiring which electrically connects the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300 to the conductor 153 functioning as a terminal.
  • the conductor 153 is provided on the insulator 154, and the conductor 153 is covered with the insulator 156.
  • the conductor 153 is in contact with the top surface of the conductor 112 and functions as a terminal of the capacitor 100, the transistor 200, or the transistor 300.
  • examples of insulators that can be used as the interlayer film include oxides, nitrides, oxynitrides, nitride oxides, metal oxides, metal oxynitrides, and metal nitride oxides having an insulating property.
  • oxides, nitrides, oxynitrides, nitride oxides, metal oxides, metal oxynitrides, and metal nitride oxides having an insulating property For example, by using a material having a low relative dielectric constant for the insulator functioning as an interlayer film, parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. Therefore, the material should be selected according to the function of the insulator.
  • the insulator 320, the insulator 322, the insulator 326, the insulator 352, the insulator 354, the insulator 212, the insulator 114, the insulator 150, the insulator 156, or the like has an insulator having a low relative dielectric constant.
  • the insulator is silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, silicon oxide added with carbon and nitrogen, silicon oxide having holes. , Resin or the like is preferable.
  • the insulator is silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide containing fluorine, silicon oxide containing carbon, silicon oxide containing carbon and nitrogen, or silicon oxide having holes. It is preferable to have a laminated structure of a resin. Since silicon oxide and silicon oxynitride are thermally stable, by combining with a resin, a laminated structure having thermal stability and a low relative dielectric constant can be obtained. Examples of the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic and the like.
  • the resistivity of the insulator provided over or below the conductor 152 or the conductor 153 is 1.0 ⁇ 10 12 ⁇ cm or more and 1.0 ⁇ 10 15 ⁇ cm or less, preferably 5.0 ⁇ 10 12 ⁇ cm or more 1. It is preferably 0.0 ⁇ 10 14 ⁇ cm or less, more preferably 1.0 ⁇ 10 13 ⁇ cm or more and 5.0 ⁇ 10 13 ⁇ cm or less.
  • the insulator maintains the insulating property and the transistor 200, the transistor 300, the capacitor 100, Further, charges accumulated between wirings such as the conductor 152 can be dispersed, which can suppress characteristic defects and electrostatic breakdown of a transistor and a semiconductor device including the transistor due to the charges, which is preferable.
  • silicon nitride or silicon nitride oxide can be used as such an insulator.
  • the resistivity of the insulator 160 or the insulator 154 may be set within the above range.
  • a transistor including an oxide semiconductor can have stable electrical characteristics by being surrounded by an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen. Therefore, as the insulator 324, the insulator 350, the insulator 210, and the like, an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen can be used.
  • the insulator having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen and oxygen for example, boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium.
  • the insulator containing lanthanum, neodymium, hafnium, or tantalum may be used in a single layer or a stacked layer.
  • an insulator having a function of suppressing permeation 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.
  • Examples of conductors that can be used for wiring and plugs include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium.
  • a material containing one or more metal elements selected from ruthenium, ruthenium, and the like can be used.
  • a semiconductor having high electric conductivity which is typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or silicide such as nickel silicide may be used.
  • a metal material, an alloy material, a metal nitride material formed of any of the above materials can be used as the conductor 328, the conductor 330, the conductor 356, the conductor 218, the conductor 112, the conductor 152, the conductor 153, or the like.
  • a conductive material such as a metal oxide material 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.
  • it is preferably formed of a low resistance conductive material such as aluminum or copper. Wiring resistance can be reduced by using a low-resistance conductive material.
  • an insulator having an excess oxygen region may be provided in the vicinity of the oxide semiconductor.
  • an insulator having a barrier property is preferably provided between the insulator having the excess oxygen region and the conductor provided in the insulator having the excess oxygen region.
  • the insulator 247 may be provided between the insulator 280 having excess oxygen and the conductor 248.
  • the conductor 248 and the transistor 200 can be sealed with an insulator having a barrier property.
  • the insulator 247 it is possible to prevent the excess oxygen of the insulator 280 from being absorbed by the conductor 248. Further, with the insulator 247, hydrogen which is an impurity can be suppressed from diffusing into the transistor 200 through the conductor 248.
  • the conductor 248 has a function as a plug or a wiring which is electrically connected to the transistor 200 or the transistor 300.
  • the insulator 247 is provided in contact with the sidewalls of the openings of the insulator 284, the insulator 282, and the insulator 280, and the conductor 248 is formed in contact with the side surface of the insulator 247.
  • the conductor 240 is positioned on at least part of the bottom of the opening, and the conductor 248 is in contact with the conductor 240.
  • the conductor 248 is preferably made of a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component. Further, the conductor 248 may have a stacked structure. Note that although the transistor 200 has a structure in which the conductor 248 is provided as a stacked structure of two layers, the present invention is not limited to this. For example, the conductor 248 may have a single-layer structure or a stacked structure including three or more layers.
  • the conductor 248 has a stacked-layer structure
  • water, hydrogen, and the like can be given to the conductor which is in contact with the conductor 240 and is in contact with the insulator 280, the insulator 282, and the insulator 284 through the insulator 247.
  • a conductive material having a function of suppressing permeation of impurities For example, it is preferable to use tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like.
  • the conductive material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen may be used as a single layer or a stacked layer.
  • oxygen added to the insulator 280 can be prevented from being absorbed by the conductor 248. Further, impurities such as water and hydrogen contained in a layer above the insulator 284 can be suppressed from diffusing into the oxide 230 through the conductor 248.
  • the insulator 247 for example, an insulator that can be used for the insulator 214 and the like may be used.
  • the insulator 247 can suppress impurities such as water and hydrogen contained in the insulator 280 and the like from diffusing into the oxide 230 through the conductor 248.
  • oxygen contained in the insulator 280 can be prevented from being absorbed by the conductor 248.
  • the conductor 152 that functions as a wiring may be arranged in contact with the top surface of the conductor 248.
  • a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as its main component is preferably used.
  • the conductor may have a laminated structure, for example, a laminate of titanium or titanium nitride and the above conductive material. Note that the conductor may be formed so as to be embedded in the opening provided in the insulator.
  • a semiconductor device including a transistor including an oxide semiconductor can be miniaturized or highly integrated.
  • variation in electric characteristics can be suppressed and reliability can be improved.
  • a transistor including an oxide semiconductor with high on-state current can be provided.
  • a transistor including an oxide semiconductor with low off-state current can be provided.
  • a semiconductor device with reduced power consumption can be provided.
  • FIG. 6 illustrates an example of a semiconductor device (memory device) including the semiconductor device of one embodiment of the present invention.
  • the semiconductor device illustrated in FIG. 6 includes the transistor 200, the transistor 300, and the capacitor 100 similarly to the semiconductor device illustrated in FIG.
  • the semiconductor device illustrated in FIG. 6 is different from the semiconductor device illustrated in FIG. 5 in that the capacitor 100 is a planar type and the transistors 200 and 300 are electrically connected.
  • the transistor 200 is provided above the transistor 300 and the capacitor 100 is provided above the transistor 300 and the transistor 200. At least part of the capacitor 100 or the transistor 300 preferably overlaps with the transistor 200. Accordingly, the occupied area of the capacitor 100, the transistor 200, and the transistor 300 in a top view can be reduced, so that the semiconductor device according to this embodiment can be miniaturized or highly integrated.
  • transistor 200 and the transistor 300 described above can be used as the transistor 200 and the transistor 300. Therefore, the above description can be referred to for the transistor 200, the transistor 300, and layers including these.
  • the wiring 2001 is electrically connected to the source of the transistor 300, and the wiring 2002 is electrically connected to the drain of the transistor 300.
  • the wiring 2003 is electrically connected to one of a source and a drain of the transistor 200, the wiring 2004 is electrically connected to a first gate of the transistor 200, and the wiring 2006 is electrically connected to a second gate of the transistor 200. It is connected to the.
  • the gate of the transistor 300 and the other of the source and the drain of the transistor 200 are electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 100 and the wiring 2005 is electrically connected to the other of the electrodes of the capacitor 100.
  • a node in which the gate of the transistor 300, the other of the source and the drain of the transistor 200, and one of the electrodes of the capacitor 100 are connected to each other may be referred to as a node FG.
  • the semiconductor device illustrated in FIG. 6 has the characteristic that the potential of the gate (node FG) of the transistor 300 can be held by switching the transistor 200, and thus data can be written, held, and read.
  • the semiconductor device shown in FIG. 6 can be arranged in a matrix to form a memory cell array.
  • the layer including the transistor 300 has a structure similar to that of the semiconductor device illustrated in FIG. 5, the above description can be referred to for the structure below the insulator 354.
  • the insulator 210, the insulator 212, the insulator 214, and the insulator 216 are arranged on the insulator 354.
  • an insulator having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen like the insulator 350, may be used.
  • a conductor 218 is 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, the transistor 200, or the transistor 300.
  • the conductor 218 is electrically connected to the conductor 316 which functions as a gate electrode of the transistor 300.
  • the conductor 248 also functions as a plug or a wiring which is electrically connected to the transistor 200 or the transistor 300.
  • the conductor 248 is formed by electrically connecting the conductor 240b functioning as the other of the source and the drain of the transistor 200 and the conductor 110 functioning as one of the electrodes of the capacitor 100 through the conductor 248. There is.
  • the capacitor 100 includes a conductor 110 that functions as a first electrode, a conductor 120 that functions as a second electrode, and an insulator 130 that functions as a dielectric. Note that as the conductor 110, the conductor 120, and the insulator 130, those described in the above memory device 1 can be used.
  • the conductor 153 and the conductor 110 are provided in contact with the upper surface of the conductor 248.
  • the conductor 153 is in contact with the top surface of the conductor 248 and functions as a terminal of the transistor 200 or the transistor 300.
  • the conductor 153 and the conductor 110 are covered with the insulator 130, and the conductor 120 is arranged so as to overlap the conductor 110 via the insulator 130. Further, the insulator 114 is provided over the conductor 120 and the insulator 130.
  • FIG. 6 shows an example in which a planar capacitor is used as the capacitor 100
  • the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this.
  • the capacitive element 100 a cylinder type capacitive element 100 as shown in FIG. 5 may be used.
  • FIG. 7 illustrates an example of a memory device including the semiconductor device which is one embodiment of the present invention.
  • the memory device illustrated in FIG. 7 includes a transistor 400 in addition to the semiconductor device including the transistor 200, the transistor 300, and the capacitor 100 illustrated in FIG.
  • the transistor 400 can control the second gate voltage of the transistor 200.
  • the first gate and the second gate of the transistor 400 are diode-connected to the source, and the source of the transistor 400 is connected to the second gate of the transistor 200.
  • the negative potential of the second gate of the transistor 200 is held in this structure, the first gate-source voltage and the second gate-source voltage of the transistor 400 are 0V.
  • the second gate voltage of the transistor 200 can be reduced even if power is not supplied to the transistor 200 and the transistor 400.
  • the negative potential can be maintained for a long time. Accordingly, the memory device including the transistor 200 and the transistor 400 can hold the memory content 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 a source and a drain of the transistor 200, the wiring 1004 is electrically connected to a gate of the transistor 200, and the wiring 1006 is electrically connected to a second gate (back gate) of the transistor 200. Connected to each other.
  • 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, and the wiring 1009 is electrically connected to the second gate (back gate) of the transistor 400.
  • 1010 is electrically connected to the drain of the transistor 400.
  • the wiring 1006, the wiring 1007, the wiring 1008, and the wiring 1009 are electrically connected.
  • the memory device shown in FIG. 7 can form a memory cell array by arranging the memory device shown in FIGS. 5 and 6 in a matrix, similarly to the memory devices shown in FIGS. Note that one transistor 400 can control the second gate voltage of the plurality of transistors 200. Therefore, the transistor 400 may be provided in a smaller number than 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) which functions as a first gate electrode, a conductor 405 which functions as a second gate electrode, and an insulator 222 which functions as a gate insulating layer.
  • the conductor 405 is in the same layer as the conductor 205.
  • the oxide 431a and the oxide 432a are the same layer as the oxide 230a, and the oxide 431b and the oxide 432b are the same layer as the oxide 230b.
  • the conductor 440 (the conductor 440a and the conductor 440b) is the same layer as the conductor 240.
  • the insulator 445 (the insulator 445a and the insulator 445b) is the same layer as the insulator 245.
  • the oxide 430c is the same layer as the oxide 230c.
  • the insulator 450 is the same layer as the insulator 250.
  • the conductor 460 is the same layer as the conductor 260.
  • the oxide 430c can be formed by processing an oxide film to be the oxide 230c.
  • the oxide 430c functioning as an active layer of the transistor 400 has reduced oxygen vacancies and reduced impurities such as hydrogen and water. Accordingly, the threshold voltage of the transistor 400 can be made higher than 0 V, the off-state current can be reduced, and the drain current when the second gate voltage and the first gate voltage are 0 V can be made extremely small.
  • a transistor including an oxide as a semiconductor (hereinafter also referred to as an OS transistor) and a capacitor according to one embodiment of the present invention are applied with reference to FIGS.
  • a storage device (hereinafter, also referred to as an OS memory device) that is installed will be described.
  • An OS memory device is a storage device including at least a capacitor and an OS transistor that controls charge and discharge of the capacitor. Since the off-state current of the OS transistor is extremely small, the OS memory device has excellent retention characteristics and can function as a nonvolatile memory.
  • FIG. 8A shows an example of the configuration of the OS memory device.
  • the memory device 1400 includes a peripheral circuit 1411 and a memory cell array 1470.
  • the peripheral circuit 1411 includes a row circuit 1420, a column circuit 1430, an output circuit 1440, and a control logic circuit 1460.
  • the column circuit 1430 has, 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 the wiring.
  • the sense amplifier has a function of amplifying the data signal read from the 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 the data signal RDATA via the output circuit 1440.
  • the row circuit 1420 has a row decoder, a word line driver circuit, and the like, for example, 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 memory device 1400 as power supply voltages. Further, a control signal (CE, WE, RE), an address signal ADDR, and a data signal WDATA are externally input to the memory device 1400.
  • the address signal ADDR is input to the row decoder and the column decoder, and the data signal WDATA is input to the write circuit.
  • the control logic circuit 1460 processes input signals (CE, WE, RE) from the outside and generates control signals for the row decoder and the 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 necessary.
  • 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 structure of the memory cell MC, the number of memory cells MC in one column, and the like. The number of wirings connecting the memory cell array 1470 and the column circuit 1430 is determined by the configuration of the memory cell MC, the number of memory cells MC in one row, and the like.
  • FIG. 8A shows an example in which the peripheral circuit 1411 and the memory cell array 1470 are formed on the same plane
  • the present embodiment is not limited to this.
  • a memory cell array 1470 may be provided so as to overlap a part of the peripheral circuit 1411.
  • a sense amplifier may be provided so as to overlap under the memory cell array 1470.
  • FIG. 9 illustrates a configuration example of a memory cell applicable to the above memory cell MC.
  • [DOSRAM] 9A to 9C show examples of circuit configurations of DRAM memory cells.
  • a DRAM including a 1-OS transistor 1-capacitive element memory cell is sometimes referred to as a DOSRAM (Dynamic Oxide Semiconductor Random Access Memory).
  • the memory cell 1471 illustrated in FIG. 9A includes the transistor M1 and the capacitor CA. Note that the transistor M1 has a gate (sometimes referred to as a top gate) and a back gate.
  • the first terminal of the transistor M1 is connected to the first terminal of the capacitor CA, the second terminal of the transistor M1 is connected to the wiring BIL, the gate of the transistor M1 is connected to the wiring WOL, and the back gate of the transistor M1 is connected.
  • 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 to apply a low-level potential to the wiring CAL at the time of writing and reading data.
  • 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 1471 shown in FIG. 9A corresponds to the storage device shown in FIG. That is, the transistor M1 corresponds to the transistor 200, the capacitor CA corresponds to the capacitor 100, the wiring BIL corresponds to the wiring 1003, the wiring WOL corresponds to the wiring 1004, the wiring BGL corresponds to the wiring 1006, and the wiring CAL corresponds to the wiring 1005.
  • the transistor 300 illustrated in FIG. 5 corresponds to the transistor provided in the peripheral circuit 1411 of the memory device 1400 illustrated in FIGS. 8A and 8B.
  • 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 like the memory cell 1472 illustrated in FIG. 9B.
  • the memory cell MC may be a memory cell including a transistor having a single gate structure, that is, a transistor M1 having no back gate, like the memory cell 1473 illustrated in FIG. 9C.
  • the transistor 200 can be used as the transistor M1 and the capacitor 100 can be used as the capacitor CA.
  • the leak current of the transistor M1 can be made extremely low. That is, since the written data can be held for a long time by the transistor M1, the frequency of refreshing the memory cell can be reduced. Alternatively, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary. Further, since the leak current is extremely low, multi-level data or analog data can be held in the memory cell 1471, the memory cell 1472, and the memory cell 1473.
  • the sense amplifier is provided so as to overlap under the memory cell array 1470 as described above, the bit line can be shortened. As a result, the bit line capacity is reduced and the storage capacity of the memory cell can be reduced.
  • [NOSRAM] 9D to 9G show circuit configuration examples of a gain cell type memory cell having two transistors and one capacitor.
  • the memory cell 1474 illustrated in FIG. 9D includes a transistor M2, a transistor M3, and a capacitor CB.
  • the transistor M2 has a top gate (may be simply referred to as a gate) and a back gate.
  • NOSRAM Nonvolatile Oxide Semiconductor RAM
  • the first terminal of the transistor M2 is connected to the first terminal of the capacitor CB, the second terminal of the transistor M2 is connected to the wiring WBL, the gate of the transistor M2 is connected to the wiring WOL, and the back gate of the transistor M2 is connected.
  • the second terminal of the capacitor CB is connected to the wiring CAL.
  • the first terminal of the transistor M3 is connected to the wiring RBL, the second terminal of the transistor M3 is connected to the wiring SL, and the gate of the transistor M3 is connected to the first terminal of the capacitive element CB.
  • the wiring WBL functions as a write bit line
  • the wiring RBL functions as a read bit line
  • the wiring WOL functions as a word line.
  • the wiring CAL functions as a wiring for applying a predetermined potential to the second terminal of the capacitor CB. It is preferable to apply a low-level potential to the wiring CAL during data writing, during data retention, and during 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 1474 shown in FIG. 9D corresponds to the storage device shown in FIG. That is, the transistor M2 is the transistor 200, the capacitor CB is the capacitor 100, the transistor M3 is the transistor 300, the wiring WBL is the wiring 2003, the wiring WOL is the wiring 2004, the wiring BGL is the wiring 2006, and the wiring CAL is the wiring. 2005, the wiring RBL corresponds to the wiring 2002, and the wiring SL corresponds to the wiring 2001.
  • 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 like the memory cell 1475 illustrated in FIG. 9E.
  • the memory cell MC may be a memory cell including a transistor having a single gate structure, that is, a transistor M2 having no back gate, like the memory cell 1476 illustrated in FIG. 9F.
  • the memory cell MC may have a configuration in which the wiring WBL and the wiring RBL are integrated into one wiring BIL like the memory cell 1477 illustrated in FIG. 9G.
  • 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 leak current of the transistor M2 can be made extremely low. Accordingly, 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. Alternatively, the refresh operation of the memory cell can be made unnecessary. Further, since the leak current is extremely low, multi-level data or analog data can be held in the memory cell 1474. The same applies to the memory cells 1475 to 1477.
  • the transistor M3 may be a transistor having silicon in the channel formation region (hereinafter, also referred to as 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 that functions as a read transistor. Further, by using a Si transistor for the transistor M3, the transistor M2 can be stacked over the transistor M3, so that the area occupied by the memory cell can be reduced and high integration of the memory device can be achieved.
  • the transistor M3 may be an OS transistor.
  • OS transistors are used for the transistors M2 and M3, the memory cell array 1470 can be formed using only n-type transistors.
  • FIG. 9H shows an example of a gain cell type memory cell having three transistors and one capacitor.
  • the memory cell 1478 illustrated in FIG. 9H includes transistors M4 to M6 and a capacitor CC.
  • the capacitive element CC is provided as appropriate.
  • the memory cell 1478 is electrically connected to the wiring BIL, the wiring RWL, the wiring WWL, the wiring BGL, and the wiring GNDL.
  • the wiring GNDL is a wiring which gives a low-level potential. Note that the memory cell 1478 may be electrically connected to the wiring RBL and the wiring WBL instead of the wiring BIL.
  • the transistor M4 is an OS transistor having a back gate, and the back gate is electrically connected to the wiring BGL. Note that the back gate and the gate of the transistor M4 may be electrically connected to each other. Alternatively, the transistor M4 may not have a back gate.
  • the transistors M5 and M6 may be n-channel Si transistors or p-channel Si transistors, respectively.
  • the transistors M4 to M6 may be OS transistors.
  • the memory cell array 1470 can be configured as a circuit 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 leak current of the transistor M4 can be made extremely low.
  • peripheral circuit 1411 the memory cell array 1470, and the like shown 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 a semiconductor device of the present invention is mounted is shown with reference to FIGS.
  • a plurality of circuits (systems) are mounted on the chip 1200.
  • the technique of integrating a plurality of circuits (systems) on a single chip in this way may be called a system on chip (SoC).
  • SoC system on chip
  • the chip 1200 includes a CPU 1211, a GPU 1212, one or more analog arithmetic units 1213, one or more memory controllers 1214, one or more interfaces 1215, one or more network circuits 1216, and the like.
  • a bump (not shown) is provided on the chip 1200, and is connected to a first surface of a printed circuit board (Printed Circuit Board: PCB) 1201 as shown in FIG. 10B. Further, a plurality of bumps 1202 are provided on the back surface of the first surface of the PCB 1201 and are connected to the mother board 1203.
  • PCB printed Circuit Board
  • the motherboard 1203 may be provided with a storage device such as a DRAM 1221 and a flash memory 1222.
  • a storage device such as a DRAM 1221 and a flash memory 1222.
  • the DOSRAM described in any of the above embodiments 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-mentioned 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 calculation. By providing the GPU 1212 with an image processing circuit using the oxide semiconductor of the present invention or a product-sum operation circuit, image processing and product-sum operation can be executed with low power consumption.
  • the CPU 1211 and the GPU 1212 are provided in 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 memory included in the CPU 1211 and the GPU 1212, Further, 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 calculation unit 1213 has one or both of an A/D (analog/digital) conversion circuit and a D/A (digital/analog) conversion circuit. Further, the analog-calculation unit 1213 may be provided with the product-sum calculation circuit.
  • the memory controller 1214 has a circuit that functions as a controller of the DRAM 1221 and a circuit that functions as an interface of the flash memory 1222.
  • the interface 1215 has an interface circuit with externally connected devices such as a display device, a speaker, a microphone, a camera, and a controller.
  • the controller includes a mouse, a keyboard, a game controller, and the like.
  • USB Universal Serial Bus
  • HDMI registered trademark
  • High-Definition Multimedia Interface or the like can be used.
  • the network circuit 1216 has a network circuit such as a LAN (Local Area Network).
  • a circuit for network security may be included.
  • the above 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, it is not necessary to increase the manufacturing process, 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 called 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. Further, since it is excellent in image processing, it is suitable for use in portable electronic devices such as smartphones, tablet terminals, laptop PCs, portable (carry-out) game machines, and the like.
  • a product-sum operation circuit using the GPU 1212 allows deep neural networks (DNN), convolutional neural networks (CNN), recurrent neural networks (RNN), self-encoders, deep Boltzmann machines (DBM), deep belief networks ( Since a technique such as DBN) can be executed, 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 networks
  • CNN convolutional neural networks
  • RNN recurrent neural networks
  • DBM deep Boltzmann machines
  • DBN deep belief networks
  • the semiconductor device described in any of the above embodiments is, for example, a storage device of various electronic devices (eg, information terminals, computers, smartphones, electronic book terminals, digital cameras (including video cameras), recording/playback devices, navigation systems, etc.).
  • the computer includes a tablet computer, a notebook computer, a desktop computer, and a large computer such as a server system.
  • the semiconductor device described in any of the above embodiments is applied to various removable storage devices such as a memory card (for example, an SD card), a USB memory, an SSD (solid state drive), or the like.
  • FIG. 11 schematically shows 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. 11A is a schematic diagram of a USB memory.
  • the USB memory 1100 has a housing 1101, a cap 1102, a USB connector 1103, and a substrate 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 any of the above embodiments can be incorporated in the memory chip 1105 of the substrate 1104 or the like.
  • FIG. 11B is a schematic diagram of the external appearance of the SD card
  • FIG. 11C 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.
  • the data in the memory chip 1114 can be read and written by wireless communication between the host device and the SD card 1110.
  • the semiconductor device described in any of the above embodiments can be incorporated in the memory chip 1114 of the substrate 1113 or the like.
  • FIG. 11D is a schematic diagram of the external appearance of the SSD
  • FIG. 11E is a schematic diagram of the internal structure of the SSD.
  • the SSD 1150 has a housing 1151, a connector 1152, and a board 1153.
  • the substrate 1153 is housed in the housing 1151.
  • the memory chip 1154, the memory chip 1155, and the controller chip 1156 are attached to the substrate 1153.
  • the memory chip 1155 is a work memory of the controller chip 1156, and for example, a DOSRAM chip may be used.
  • the capacity of the SSD 1150 can be increased.
  • the semiconductor device described in any of the above embodiments can be incorporated in the memory chip 1154 of the substrate 1153 or the like.
  • the semiconductor device can be used for a processor such as a CPU or a GPU, or a chip.
  • FIG. 12 illustrates a specific example of an electronic device including a processor such as a CPU or a GPU or a chip according to one embodiment of the present invention.
  • the GPU or the chip according to one embodiment of the present invention can be mounted in various electronic devices.
  • the electronic device include a relatively large screen such as a television device, a monitor for a desktop or notebook information terminal, a digital signage (digital signage), a large game machine such as a pachinko machine, and the like.
  • the electronic device including the digital camera, a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, an electronic book reader, 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 the signal with the antenna, images, information, and the like can be displayed on the display portion.
  • the antenna may be used for contactless power transmission.
  • the electronic device includes a sensor (force, displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, voice, time, hardness, electric field, current, It has a function of measuring voltage, electric 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), wireless communication It can have a function, a function of reading a program or data recorded in a recording medium, and the like.
  • FIG. 12 shows examples of electronic devices.
  • FIG. 12A illustrates a mobile phone (smartphone) that is a type of information terminal.
  • the information terminal 5100 includes a housing 5101 and a display portion 5102.
  • a touch panel is provided in the display portion 5102 and an button is provided in the housing 5101 as an input interface.
  • the information terminal 5100 can execute an application utilizing artificial intelligence.
  • an application using artificial intelligence for example, an application for recognizing a conversation and displaying the content of the conversation on the display unit 5102, a character input by a user on a touch panel included in the display unit 5102, a figure, etc. are recognized, An application displayed on the display portion 5102, an application for biometric authentication such as a fingerprint or a voiceprint, and the like can be given.
  • FIG. 12B shows a notebook information terminal 5200.
  • the laptop information terminal 5200 includes a main body 5201 of the information terminal, a display portion 5202, and a keyboard 5203.
  • the notebook information terminal 5200 can execute an application utilizing artificial intelligence by applying the chip of one embodiment of the present invention.
  • applications using artificial intelligence include design support software, text correction software, and menu automatic generation software. Further, by using the notebook information terminal 5200, new artificial intelligence can be developed.
  • the smartphone and the notebook information terminal are illustrated as the electronic devices in FIGS. 12A and 12B, respectively, information terminals other than the smartphone and the notebook information terminal can be applied.
  • information terminals other than smartphones and notebook information terminals include PDAs (Personal Digital Assistants), desktop information terminals, workstations, and the like.
  • FIG. 12C shows a portable game machine 5300 which is an example of a game machine.
  • the portable game machine 5300 includes a housing 5301, a housing 5302, a housing 5303, a display portion 5304, a connection portion 5305, operation keys 5306, and the like.
  • the housings 5302 and 5303 can be removed from the housing 5301. By attaching the connecting portion 5305 provided in the housing 5301 to another housing (not shown), an image output to the display portion 5304 can be output to another video device (not shown). it can.
  • the housings 5302 and 5303 can each function as an operation unit. This allows a plurality of players to play the game at the same time.
  • the chip described in any of the above embodiments can be incorporated in chips provided on the substrates of the housings 5301, 5302, and 5303.
  • FIG. 12D shows a stationary game machine 5400 which is an example of a game machine.
  • a controller 5402 is connected to the stationary game machine 5400 wirelessly or by wire.
  • a game machine with low power consumption can be realized.
  • low power consumption can reduce heat generation from a circuit, so that the influence of heat generation on the circuit itself, peripheral circuits, and modules can be reduced.
  • the mobile game machine 5300 having artificial intelligence can be realized.
  • expressions such as the progress of the game, the behaviors of creatures appearing in the game, and the phenomena occurring in the game are determined by the program included in the game.
  • artificial intelligence to the portable game machine 5300, It enables expressions that are not limited to game programs. For example, it is possible to express that the content that the player asks, the progress status of the game, the time, and the behavior of the person who appears in the game changes.
  • the artificial intelligence can configure the game player as an anthropomorphic person. You can play games.
  • FIG. 12C and 12D illustrate a portable game machine and a stationary game machine as examples of the game machine
  • the 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, an arcade game machine installed in an entertainment facility (game center, amusement park, etc.), a batting practice pitching machine installed in a sports facility, or the like. Is mentioned.
  • the GPU or chip of one embodiment of the present invention can be applied to a large computer.
  • FIG. 12E is a diagram showing a supercomputer 5500, which is an example of a large computer.
  • FIG. 12F is a diagram showing a rack mount computer 5502 included in the super computer 5500.
  • the super computer 5500 has a rack 5501 and a plurality of rack mount computers 5502.
  • the plurality of computers 5502 are stored in the rack 5501. Further, the computer 5502 is provided with a plurality of boards 5504, and the GPU or the chip described in any of the above embodiments can be mounted on the boards.
  • Super computer 5500 is a large computer mainly used for scientific and technological calculations. Scientific calculation requires high-speed processing of a huge amount of calculation, resulting in high power consumption and large chip heat generation.
  • the GPU or the chip of one embodiment of the present invention to the supercomputer 5500, a supercomputer with low power consumption can be realized.
  • low power consumption can reduce heat generation from a circuit, so that the influence of heat generation on the circuit itself, peripheral circuits, and modules can be reduced.
  • FIGS. 12E and 12F illustrate a super computer as an example of a large computer, but a large computer to which the GPU or the chip of one embodiment of the present invention is applied is not limited to this.
  • Examples of a large computer to which the GPU or chip of one embodiment of the present invention is applied include a computer (server) that provides a service, a large general-purpose computer (mainframe), and the like.
  • the GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be applied to an automobile that is a moving object and around the driver's seat of the automobile.
  • FIG. 12G is a diagram showing the vicinity of the windshield in the interior of an automobile, which is an example of a moving body.
  • FIG. 12G shows the display panel 5701, the display panel 5702, and the display panel 5703 attached to the dashboard, and the display panel 5704 attached to the pillar.
  • the display panels 5701 to 5703 can provide various other information by displaying speedometer, tachometer, mileage, fuel gauge, gear status, air conditioner settings, and the like. Further, the display items and layout displayed on the display panel can be appropriately changed according to the user's preference, and the design can be improved.
  • the display panels 5701 to 5703 can also be used as a lighting device.
  • the field of view (blind spot) blocked by the pillars can be complemented. That is, by displaying the image from the image pickup device provided outside the automobile, the blind spot can be compensated and the safety can be improved. In addition, by displaying an image that complements the invisible portion, it is possible to confirm the safety more naturally and comfortably.
  • the display panel 5704 can also be used as a lighting device.
  • the GPU or the chip of one embodiment of the present invention can be applied as a component of artificial intelligence
  • the chip can be used, for example, in an automatic driving system of an automobile.
  • the chip can be used in a system that performs road guidance, risk prediction, and the like. Information such as road guidance and risk prediction may be displayed on the display panels 5701 to 5704.
  • a car is described as an example of the moving body, but the moving body is not limited to a car.
  • the moving object a train, a monorail, a ship, a flying object (a helicopter, an unmanned aerial vehicle (drone), an airplane, a rocket), or the like can be given.
  • the chip of one embodiment of the present invention is applied to these moving objects.
  • a system using artificial intelligence can be added.
  • FIG. 12H shows an electric refrigerator-freezer 5800 which is an example of an electric appliance.
  • the electric refrigerator-freezer 5800 includes a housing 5801, a refrigerator compartment door 5802, a freezer compartment 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 a menu based on the food items stored in the electric refrigerator-freezer 5800, the expiration date of the foodstuff, and the electric refrigerator-freezer 5800. It can have a function of automatically adjusting the temperature according to the food.
  • an electric refrigerator-freezer is described as an example of the electric appliance
  • other electric appliances include, for example, a vacuum cleaner, a microwave oven, a microwave oven, a rice cooker, a water heater, an IH cooker, a water server, an air conditioner including an air conditioner, Examples include washing machines, dryers and audiovisual equipment.
  • the electronic device described in this embodiment the function of the electronic device, the application example of the artificial intelligence, the effect, and the like can be appropriately combined with the description of other electronic devices.
  • a semiconductor device including the transistor 200 including an oxide semiconductor was manufactured, and the film thickness of the oxide film corresponding to the oxide 230c and the oxide film thickness of the conductor corresponding to the conductor 240 were measured.
  • Example preparation method> A method for manufacturing a semiconductor device including the transistor 200 will be described below.
  • a tantalum nitride film was formed on the second oxide as a film to be a conductor corresponding to the conductor 240.
  • the tantalum nitride film, the second oxide, and the first oxide were processed to form the oxide 230a, the oxide 230b, and the tantalum nitride layer.
  • an insulator corresponding to the insulator 280 was formed into a film, CMP treatment was performed, the insulator was polished, and the surface of the insulator was flattened.
  • an opening was formed in an insulator corresponding to the insulator 280. Subsequently, part of the conductive layer exposed on the bottom surface of the opening was removed to form a conductor corresponding to the conductor 240a and the conductor 240b.
  • the film that becomes the third oxide corresponding to the oxide 230c was formed as a two-layer laminated structure.
  • the thickness of the first film of the film to be the third oxide is 8 nm with respect to the plane. Further, the film thickness of the second film of the film to be the third oxide is also aimed at 8 nm with respect to the plane. Therefore, the film thickness of the third oxide film was set to 16 nm.
  • a silicon oxynitride film was formed as a film to be an insulator corresponding to the insulator 250.
  • a film serving as a conductor corresponding to the conductor 260a and a film serving as a conductor corresponding to the conductor 260b were formed.
  • the oxide film was removed, and a conductor corresponding to the conductor 260, an insulator corresponding to the insulator 250, and an oxide corresponding to the oxide 230c were formed.
  • ⁇ Oxide film thickness at the side end of the conductor 240> With respect to the manufactured semiconductor device, a film thickness of a region in which an oxide corresponding to the oxide 230c is in contact with a side surface of a conductor corresponding to the conductor 240b and a film thickness of the conductor 240b oxidized in the region are described. It was measured.
  • the measurement was performed with a scanning transmission electron microscope (STEM: Scanning Transmission Electron Microscope).
  • STEM Scanning Transmission Electron Microscope
  • HD-2700 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation was used.
  • the actual thickness of the oxide film corresponding to the oxide 230c (the film thickness of the oxide film corresponding to the oxide 230c) and the side end portion of the conductor corresponding to the conductor 240b are shown.
  • the relationship with the oxidized thickness (oxide film thickness at the side end portion of the conductor corresponding to the conductor 240b) is shown.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least a part thereof with other embodiments described in this specification.

Landscapes

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

Abstract

信頼性が良好な半導体装置を提供する。 第１の導電体、および第２の導電体は第１の酸化物上に接して設けられ、第１の絶縁体は、第１の 酸化物、第１の導電体、および第２の導電体を覆って設けられ、第１の絶縁体は、開口部を有し、 開口部の底面には、第１の酸化物が露出し、開口部の側面には、第１の導電体の側面、および第２ の導電体の側面が露出し、開口部内に、第２の酸化物は、第１の酸化物、第１の導電体の側面、お よび第２の導電体に接して設けられ、開口部内に、第２の絶縁体は、第２の酸化物を介して設けら れ、開口部内に、第３の導電体は、第２の絶縁体を介して設けられ、第１の導電体の側面、および 第２の導電体の側面の下端部は、第１の酸化物よりも上方に中心を有する楕円または円に接する。

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、および半導体装置の作製方法に関する。また、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、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、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。
　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。当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。
　酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもない、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出されている（非特許文献１及び非特許文献２参照）。
　非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術が開示されている。
Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．，"ＳＩＤ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｄｉｇｅｓｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒｓ"，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ　４３，ｉｓｓｕｅ　１，ｐ．１８３−１８６ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ　ｅｔ　ａｌ．，"Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ　５３，Ｎｕｍｂｅｒ　４Ｓ，ｐ．０４ＥＤ１８−１−０４ＥＤ１８−１０
　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、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、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、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、本発明の一態様は、低消費電力の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の酸化物、第２の酸化物、第１の導電体、第２の導電体、第３の導電体、第１の絶縁体、第２の絶縁体、を有する半導体装置において、第１の導電体、および第２の導電体は第１の酸化物上に接して設けられ、第１の絶縁体は、第１の酸化物、第１の導電体、および第２の導電体を覆って設けられ、第１の絶縁体は、開口部を有し、開口部の底面には、第１の酸化物が露出し、開口部の側面には、第１の導電体の側面、および第２の導電体の側面が露出し、開口部内に、第２の酸化物は、第１の酸化物、第１の導電体の側面、および第２の導電体に接して設けられ、開口部内に、第２の絶縁体は、第２の酸化物を介して設けられ、開口部内に、第３の導電体は、第２の絶縁体を介して設けられ、第１の導電体の側面、および第２の導電体の側面の下端部は、第１の酸化物よりも上方に中心を有する楕円または円に接する。
　本発明の一態様は、第１の酸化物、第２の酸化物、第１の導電体、第２の導電体、第３の導電体、第１の絶縁体、第２の絶縁体、を有する半導体装置において、第１の導電体、および第２の導電体は第１の酸化物上に接して設けられ、第１の絶縁体は、第１の酸化物、第１の導電体、および第２の導電体を覆って設けられ、第１の絶縁体は、開口部を有し、開口部の底面には、第１の酸化物が露出し、開口部の側面には、第１の導電体の側面、および第２の導電体の側面が露出し、開口部内に、第２の酸化物は、第１の酸化物、第１の導電体の側面、および第２の導電体に接して設けられ、開口部内に、第２の絶縁体は、第２の酸化物を介して設けられ、開口部内に、第３の導電体は、第２の絶縁体を介して設けられ、第１の導電体の側面、および第２の導電体の側面の下端部は、第１の酸化物よりも上方に曲率中心を有する円弧状の側面を有し、曲率中心から第１の酸化物に対する垂線の長さは、円弧の曲率半径と概略等しい。
　上記において、円弧状の側面の終端部を接点とした接平面と、第１の酸化物の上面と、がなす２面角は、０°＜θ≦９０°である。
　上記において、第１の導電体の側面の上端部、および第２の導電体の側面の上端部は、円弧状の側面の終端部を接点とした接平面と、概略一致する。
　上記において、曲率半径は、第２の酸化物の膜厚と、第第２の絶縁体の膜厚との合計膜厚以上である。
　上記において、第３の導電体の底面と第３の導電体の側面とがなす辺と、曲率中心との水平距離Ｌが０以下である。
　上記において、第２の酸化物は、第２の絶縁体よりも、酸素に対するバリア性が高い。
　上記において、第１の酸化物は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
　上記において、第２の酸化物は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
　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、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、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、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、本発明の一態様により、低消費電力の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１Ａ、図１Ｂは本発明の一態様に係る半導体装置の断面図である。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは本発明の一態様に係る半導体装置の断面図である。
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図である。
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは本発明の一態様に係る半導体装置の上面図および断面図である。
図５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６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７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８Ａ、図８Ｂ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および斜視図である。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図９Ｄ、図９Ｅ、図９Ｆ、図９Ｇ、図９Ｈ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１０Ａ、図１０Ｂは本発明の一態様に係る半導体装置の模式図である。
図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃ、図１１Ｄ、図１１Ｅは本発明の一態様に係る記憶装置の模式図である。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃ、図１２Ｄ、図１２Ｅ、図１２Ｆ、図１２Ｇ、図１２Ｈは本発明の一態様に係る電子機器を示す図である。
図１３は実施例に係る導電体の側端部の酸化膜厚を説明する図である。
　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、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、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
　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、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
　チャネル幅とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、チャネル長方向を基準として垂直方向のチャネル形成領域の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
　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、ゲート電極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、微細かつゲート電極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、半導体の欠陥準位密度が高くなることや、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、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。なお、水も不純物として機能する場合がある。また、例えば不純物の混入によって、酸化物半導体に酸素欠損が形成される場合がある。
　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°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°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°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
　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トランジスタと記載する場合においては、金属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あたりのドレイン電流が、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）
　本実施の形態では、本発明の一態様に係るトランジスタを有する半導体装置の一例について説明する。本発明の一態様に係るトランジスタを有する半導体装置は、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタである。
＜半導体装置の構成例＞
　図３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上面図および断面図である。図３Ａは、当該半導体装置の上面図である。また、図３Ｂ、および図３Ｃは、当該半導体装置の断面図である。ここで、図３Ｂは、図３ＡにＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。また、図３Ｃは、図３ＡにＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位の断面図である。なお、図３Ａ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。
　また、図３Ｂに示す、一点鎖線で囲む領域２３９の拡大図を、図２に示す。
　本発明の一態様の半導体装置は、トランジスタ２００と、層間膜として機能する絶縁体２１４、絶縁体２１６、絶縁体２８０、絶縁体２８２、および絶縁体２８４と、を有する。なお、絶縁体２８０は、少なくとも、酸化物２３０と接して設けられる。
［トランジスタ２００］
　図３に示すように、トランジスタ２００は、基板（図示せず）の上に配置され、絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５と、絶縁体２１６の上および導電体２０５の上に配置された絶縁体２２２と、絶縁体２２２の上に配置された絶縁体２２４と、絶縁体２２４の上に配置された酸化物２３０（酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃ）と、酸化物２３０の上に配置された絶縁体２５０と、絶縁体２５０上に配置された導電体２６０（導電体２６０ａ、および導電体２６０ｂ）と、酸化物２３０ｂの上面の一部と接する導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂと、導電体２４０ａ上の絶縁体２４５ａと、導電体２４０ｂ上の絶縁体２４５ｂと、を有する。
　なお、導電体２６０、および導電体２０５はゲート電極として機能する。導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂは、ソース電極またはドレイン電極として機能する。酸化物２３０ｂは、酸化物半導体であり、チャネルが形成される領域を有する。また、絶縁体２２２、絶縁体２２４、および絶縁体２５０はゲート絶縁体として機能する。
　従って、チャネル形成領域を含む酸化物２３０ｂ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。
　チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタ２００は、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の半導体装置を提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できる。従って、トランジスタ２００を、他の構造体上に、積層して形成することが可能となり、高集積型の半導体装置を構成することができる。
　なお、チャネル形成領域として機能する酸化物半導体は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
　酸化物２３０ｃは、酸化物２３０ｂと同様に、酸化物半導体を用いることができる。従って、酸化物２３０ｃにもチャネル形成領域が形成される場合がある。一方、酸化物２３０ｃに、酸化物２３０ｂよりも、バンドギャップが大きい金属酸化物を用いてもよい。従って、酸化物２３０ｃは、ゲート絶縁体として機能する場合がある。
　また、酸化物２３０ｃは、図２に示すように、２層以上の積層構造を有していてもよい。例えば、図２では、酸化物２３０ｃの第１の酸化物（酸化物２３０ｃ＿１）と、酸化物２３０ｃの第１の酸化物の上に配置された酸化物２３０ｃの第２の酸化物（酸化物２３０ｃ＿２）と、を有する。
　図３に示すトランジスタ２００において、少なくとも、酸化物２３０ｃ、絶縁体２５０、および導電体２６０は、絶縁体２８０が有する開口部内に設ける。従って、当該開口部の底面には、少なくとも酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｂが露出する。また、当該開口部の側面には、少なくとも導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂの側面が露出する。
　つまり、絶縁体２８０が有する開口部の幅が、トランジスタ２００のチャネル長の決定に寄与する距離となるため、当該開口部の幅（図３では、導電体２４０ａと導電体２４０ｂとの最短距離となる）を、最小加工寸法とすることが好ましい。
　また、本発明において、酸化物２３０ｃに、絶縁体２５０よりも、酸素の拡散を抑制する機能（以下、バリア性ともいう）を用いることが好ましい。酸化物２３０ｃに酸素に対するバリア性を有することで、酸化物２３０ｃよりも上方の構造体から拡散する酸素による導電体２４０の端部の酸化を抑制できる。または、後工程の処理に伴う導電体２４０の端部の酸化を抑制できる。
　一方、微細なトランジスタにおいて、導電体２４０の端部が酸化した場合、チャネル形成領域と、ソース電極またはドレイン電極との間に、高抵抗領域が形成される。従って、トランジスタ２００のオン電流、および周波数特性が低下してしまう可能性がある。また、当該高抵抗領域により、トランジスタ２００のチャネル長にばらつきが生じる蓋然性が高い。
　また、絶縁体２８０に設ける開口部の微細化が進むに伴い、当該開口部の内部に設ける構造体の成膜および加工の難易度が高くなる。例えば、開口部内に、底面と側面とが形成する角部には、ボイドなどの欠陥が生じる場合がある。特に、薄膜の積層構造を設ける場合、上層の被覆性が悪くなり、開口部の内部に形成される膜に欠陥が生じる蓋然性が高くなる。
　なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、当該不純物、または当該酸素のいずれか一またはすべての拡散を抑制する機能とする。また、水素または酸素の拡散を抑制する機能を有する膜を、水素または酸素が透過しにくい膜、水素または酸素の透過性が低い膜、水素または酸素に対してバリア性を有する膜、水素または酸素に対するバリア膜などと呼ぶ場合がある。また、バリア膜に導電性を有する場合、当該バリア膜を導電性バリア膜と呼ぶことがある。
　さらに、絶縁体２８０が有する開口部の底面に露出した酸化物２３０ｂは、チャネル形成領域となる。従って、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０に、欠陥が生じると、チャネル形成領域上のゲート絶縁膜として機能する絶縁体２５０が不均一となり、トランジスタ間の電気特性のバラつき、信頼性の低下が生じる可能性がある。さらには、ゲート電極として機能する導電体２６０と半導体として機能する酸化物２３０ｂとが導通し、絶縁状態が保てなくなる可能性がある。
　そこで、絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０の側面の形状を最適化することで、酸化物２３０ｃとなる膜、または絶縁体２５０となる膜を成膜する場合に、被成膜面の傾きがなだらかに変化し、酸化物２３０ｃとなる膜、または絶縁体２５０となる膜に欠陥が生じることを抑制する。つまり、開口部内に設ける膜の被覆性が良好となるように、導電体２４０ｂの側面の形状を最適化する。
　酸化物２３０ｃが、導電体２４０の側面に均一に形成されることで、導電体２４０の側面の酸化を防止することができる。また、チャネル形成領域上のゲート絶縁体を均一に成膜することができる。従って、複数のトランジスタ２００を設ける場合、トランジスタ間のバラつきが少ない半導体装置を提供することができる。また、信頼性が高い半導体装置を提供することができる。
　具体的には、絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０の側面において、下端部は曲面形状を有する。例えば、導電体２４０の下端部の側面は、酸化物２３０ｂの上方に中心を有する円、または楕円に接することが好ましい。
　なお、楕円の中心とは、楕円の短軸と長軸の交点とする。また、円の中心とは、円の接線に対する垂線を、円における位置を変えて少なくとも三本以上設けたときの交点をいう。
　例えば、導電体２４０ｂの側面の下端部が、酸化物２３０ｂの上方に中心を有する円と接する場合について、図１Ａ、および図２Ａ乃至図２Ｃを用いて、説明する。なお、図１Ａ、および図２Ａ乃至図２Ｃは、図３Ｂに、一点鎖線で囲む領域２３９の拡大図である。
　図１Ａに示すように、絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０ｂの側面において、導電体２４０ｂの下端部は、酸化物２３０ｂよりも上方に中心Ｃを有し、半径がＲである円と接する。つまり、導電体２４０ｂの下端部は、曲率半径Ｒの円弧状の曲線を有する。
　また、上記構成において、上記円の中心Ｃから、酸化物２３０ｂの上面に対する垂線の長さＨは、半径Ｒ以下であることが好ましい。つまり、円の半径Ｒ≧垂線の長さＨが成り立つことが好ましい。なお、円の半径Ｒ＜垂線の長さＨとなる場合、導電体２４０ｂの下端部に変曲点が形成され、導電体２４０ｂよりも上方に形成する膜の被膜性が低下する蓋然性が高くなる。
　ここで、円の半径Ｒが、円の中心Ｃから酸化物２３０ｂに対する垂線の長さＨと近似した値（円の半径Ｒ≒垂線の長さＨ）となる場合を、図２Ａ乃至図２Ｃを用いて説明する。
　例えば、図２Ａ乃至図２Ｃにおいて、導電体２４０ｂの下端部は、酸化物２３０ｂよりも上方に曲率中心Ｃを有し、曲率半径Ｒである円弧状の曲線を有することが好ましい。また、円の半径Ｒは、曲率中心Ｃから酸化物２３０ｂに対する垂線の長さＨとほぼ等しい。
　また、図２Ａ乃至図２Ｃにおいて、上記円弧状の曲線の終端部を接点とした接平面と、酸化物２３０ｂの上面と、がなす２面角の角度θ（テーパー角の角度θともいう）は、０°＜θ≦９０°とする。つまり、導電体２４０ｂの側面が、アンダーカット形状とならない範囲とする。
　絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０ｂの側面において、下端部が曲面形状を有することで、酸化物２３０ｂが有するチャネル形成領域上に形成する膜の被膜性を向上することができる。
　また、図２Ａ、および図２Ｂに示すように、絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０ｂの側面において、上端部は平面でもよい。なお、当該平面の延長した面と、酸化物２３０ｂの上面と、がなす２面角の角度は、０°以上、テーパー角の角度θ以下であればよい。つまり、導電体２４０ｂの側面が、アンダーカット形状とならない範囲とする。
　なお、図２に示すように、導電体２４０ｂの側面における上端部の平面を延長した面と、酸化物２３０ｂの上面と、がなす２面角の角度が、テーパー角の角度θと等しい場合、チャネル長方向の断面図において、上記円弧状の曲線の終端部を接点とした接線と重なる。つまり、曲線の終端部に接する、導電体２４０ｂの側面における上端部の平面を含む接平面と、酸化物２３０ｂの上面とがなす２面角の角度がθとである場合、特に、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０を、チャネル形成領域上だけでなく、均一に成膜することができるため、好ましい。
　また、図２Ｂに示すように、曲率半径Ｒが、酸化物２３０ｃと絶縁体２５０との合計膜厚以上の場合（酸化物２３０ｃの膜厚をｔ２３０ｃ、絶縁体２５０の膜厚をｔ２５０とすると、Ｒ≧ｔ２３０ｃ＋ｔ２５０が成り立つ場合）、導電体２６０の底面と導電体２６０の側面とがなす辺と、導電体２４０ｂの下端部との水平距離Ｌは０以下となる。なお、水平距離Ｌが０よりも小さい、つまりマイナスとなる場合、導電体２６０の底面と導電体２４０ｂの終端部とが重畳する領域を有する。
　なお、膜の厚さ（ｔ）とは、絶縁膜の上面から絶縁膜の下面まで下ろした垂線の長さをいう。
　従って、Ｒ≧ｔ２３０ｃ＋ｔ２５０が成り立つ場合、酸化物２３０ｂに生じるチャネル形成領域と、ソース領域またはドレイン領域との間に、高抵抗領域が形成されないため、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。
　なお、図２Ｃに示すように、導電体２６０の底面と導電体２６０の側面との接合面が曲面の場合は、導電体２６０の底面の延長面と、導電体２６０の側面の延長面が交わる辺と、導電体２４０ｂの下端部との水平距離Ｌが０以下となることが好ましい。
　以上、曲率半径Ｒが、曲率中心Ｃから酸化物２３０ｂに対する垂線の長さＨと近似した値（円の半径Ｒ≒垂線の長さＨ）となる場合を説明した。続いて、導電体２４０ｂの側面の下端部が、酸化物２３０ｂよりも上方に中心を有する楕円と接する場合について、図１Ｂを用いて、説明する。
　図１Ｂに示すように、絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０ｂの側面において、導電体２４０ｂの下端部は、酸化物２３０ｂよりも上方に中心Ｃを有し、長半径がＲ１である楕円と接する。つまり、導電体２４０ｂの下端部は、楕円弧状の曲線を有する。
　また、上記構成において、導電体２４０ｂの下端部に、変曲点が形成されないことが好ましい。また、導電体２４０ｂの側面において、いわゆるアンダーカット形状が形成されないことが好ましい。従って、上記楕円の中心Ｃから、酸化物２３０ｂの上面に対する垂線の長さＨは、少なくとも長半径Ｒ１以下であることが好ましい。つまり、楕円の長半径Ｒ１≧垂線の長さＨが成り立つことが好ましい。
　以上、導電体２４０ｂの側面の下端部が、酸化物２３０ｂよりも上方に中心を有する楕円と接する場合について説明した。
　以上より、絶縁体２８０が有する開口部内に露出する導電体２４０の側面の形状を最適化することで、酸化物２３０ｃとなる膜、または絶縁体２５０となる膜を成膜する場合に、被成膜面の傾きがなだらかに変化し、酸化物２３０ｃとなる膜、または絶縁体２５０となる膜に欠陥が生じることを抑制する。
　以下では、図３、および図４を用いて、トランジスタ２００の詳細な構造について説明する。
　トランジスタ２００は、チャネルが形成される領域を含む酸化物２３０（主に酸化物２３０ｂ）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。
　チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタ２００は、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の半導体装置を提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できる。従って、トランジスタ２００を、他の構造体上に、積層して形成することが可能となり、高集積型の半導体装置を構成することができる。
　なお、チャネル形成領域として機能する酸化物半導体は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
　具体的には、酸化物半導体として、例えば、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、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。また、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
　なお、酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中の不純物及び酸素欠損によって、その電気特性が変動し、ノーマリーオン特性（ゲート電極に電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れる特性）となる場合がある。また、酸化物半導体中に、適量値を超えた過剰な酸素を有した状態で、該トランジスタを駆動した場合、過剰な酸素原子の価数が変化し、該トランジスタの電気特性が変動することで、信頼性が悪くなる場合がある。
　従って、トランジスタに用いる酸化物半導体は、不純物、酸素欠損、および、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素（以下、過剰酸素ともいう）がない、高純度真性な酸化物半導体を用いることが好ましい。
　また、酸化物２３０は、化学組成が異なる複数の酸化物層の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、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。
　例えば、酸化物２３０ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いてもよい。
　また、酸化物２３０ｂおよび酸化物２３０ｃ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。従って、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。また、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ため、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）に対して安定する。
　なお、トランジスタ２００では、酸化物２３０が、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２３０ａと酸化物２３０ｂ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し、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｃのそれぞれが積層構造を有していてもよい。
　例えば、図１では、酸化物２３０ｃの第１の酸化物（酸化物２３０ｃ＿１）と、酸化物２３０ｃの第１の酸化物の上に配置された酸化物２３０ｃの第２の酸化物（酸化物２３０ｃ＿２）と、を有する。
　例えば、酸化物２３０ｃ＿１は、酸化物２３０ｂに用いられる金属酸化物を構成する金属元素の少なくとも一つを含むことが好ましく、当該金属元素を全て含むことがより好ましい。例えば、酸化物２３０ｃ＿１として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用い、酸化物２３０ｃ＿２として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、または酸化ガリウムを用いるとよい。当該構造により、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃ＿１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。
　また、酸化物２３０ｃ＿２は、酸化物２３０ｃ＿１より、酸素の拡散または透過を抑制する金属酸化物であることが好ましい。絶縁体２５０と酸化物２３０ｃ＿１との間に酸化物２３０ｃ＿２を設けることで、絶縁体２８０に含まれる酸素が、絶縁体２５０に拡散するのを抑制することができる。したがって、当該酸素は、酸化物２３０ｃ＿１を介して、酸化物２３０ｂに供給されやすくなる。
　また、酸化物２３０ｃ＿２に用いる金属酸化物において、主成分である金属元素に対するＩｎの原子数比が、酸化物２３０ｃ＿１に用いる金属酸化物における、主成分である金属元素に対するＩｎの原子数比より小さくすることで、Ｉｎが絶縁体２５０側に拡散するのを抑制することができる。絶縁体２５０は、ゲート絶縁体として機能するため、Ｉｎが絶縁体２５０などに混入した場合、トランジスタの特性不良となる。したがって、酸化物２３０ｃを積層構造とすることで、信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
　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。
　ここで、トランジスタ２００は、導電体２６０を、絶縁体２８０などに形成されている開口に埋めることで設ける。また、当該開口を設ける工程において、絶縁体２８０に設ける開口の底部に、導電体２４０となる導電層の一部が露出する。導電体２４０となる導電層において、絶縁体２８０に設けた開口の底部と重畳する領域を除去することで、導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂが形成される。
　従って、導電体２４０ａの端部と、導電体２４０ｂの端部は、開口部の側面と同一面上となる。導電体２６０を、絶縁体２８０に設けた開口に、絶縁体２５０などを介して埋め込むことで、導電体２４０ａと導電体２４０ｂとの間の領域に、導電体２６０を位置合わせすることなく自己整合的に配置することができる。
　また、図３Ｂ、または図３Ｃ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いる。
　また、図３Ｃに示すように、導電体２６０と酸化物２３０とが重畳しない領域において、導電体２６０と絶縁体２５０とが接する面と絶縁体２２２の上面に対する最短距離は、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ａとが接する面と絶縁体２２２の上面に対する最短距離よりも、短いことが好ましい。つまり、トランジスタ２００のチャネル幅方向において、酸化物２３０ｂの側面が、少なくとも絶縁体２５０を介して、導電体２６０により、覆われている構造を有する。
　ゲート電極として機能する導電体２６０が、絶縁体２５０などを介して、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域の側面および上面を覆う構成とすることで、導電体２６０の電界が酸化物２３０ｂのチャネル形成領域全体に作用する。従って、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。
　なお、導電体２６０は、導電体２６０ａと、導電体２６０ａの上に配置された導電体２６０ｂと、を有することが好ましい。例えば、導電体２６０ａは、導電体２６０ｂの底面および側面を包むように配置されることが好ましい。
　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、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、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、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、チタン又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。
　図３では、導電体２６０は、導電体２６０ａと導電体２６０ｂの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。
　また、導電体２０５がゲート電極として機能する場合、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のしきい値電圧（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。
　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または絶縁体２１６に埋め込まれて設けることが好ましい。
　なお、チャネル幅方向において、導電体２０５は、酸化物２３０におけるチャネル形成領域よりも、大きく設けるとよい。特に、図３Ｃ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差して、延伸していることが好ましい。
　ここで、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。当該構成を有することで、第１のゲート電極として機能する導電体２６０の電界と、第２のゲート電極として機能する導電体２０５の電界によって、酸化物２３０のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
　また、図３では、導電体２０５を第１の導電体と第２の導電体とを積層する構成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２０５は、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。
　ここで、導電体２０５の第１の導電体は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
　導電体２０５の第１の導電体に、酸素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により、導電体２０５の第２の導電体が酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。したがって、導電体２０５の第１の導電体としては、上記導電性材料を単層または積層とすればよい。例えば、導電体２０５の第１の導電体は、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と、チタンまたは窒化チタンとの積層としてもよい。
　また、導電体２０５の第２の導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電体２０５の第２の導電体を単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと、当該導電性材料との積層としてもよい。
　また、図３Ｃに示すように、導電体２０５は延伸させて、配線としても機能させている。ただし、これに限られることなく、導電体２０５の下に、配線として機能する導電体を設ける構成にしてもよい。また、導電体２０５は、必ずしも各トランジスタに一個ずつ設ける必要はない。例えば、導電体２０５を複数のトランジスタで共有する構成にしてもよい。
　導電体２４０（導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂ）は、ソース電極またはドレイン電極として機能する。
　導電体２４０としては、例えば、ＴａＮｘＯｙを用いることが好ましい。なお、ＴａＮｘＯｙはアルミニウムを含んでもよい。また、例えば、窒化チタン、チタン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てもよい。これらの材料は、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、導電体２４０上に、バリア層として機能する絶縁体２４５を設けるとよい。
　絶縁体２４５は、図３Ｂに示すように、導電体２４０の上面に接することが好ましい。当該構成にすることで、導電体２４０による、絶縁体２８０が有する過剰酸素の吸収を抑制することができる。また、導電体２４０の酸化を抑制することで、トランジスタ２００と配線とのコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。よって、トランジスタ２００に良好な電気特性および信頼性を与えることができる。
　従って、絶縁体２４５は、酸素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２４５は、絶縁体２８０よりも酸素の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
　絶縁体２４５としては、例えば、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。また、絶縁体２４５としては、例えば、窒化アルミニウムを含む絶縁体を用いればよい。
　絶縁体２５０は、第１のゲート絶縁体として機能する。
　絶縁体２５０は、酸化物２３０ｃに接して配置することが好ましい。絶縁体２５０は、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など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。
　なお、絶縁体２５０を成膜した後に、酸素を含む雰囲気下にて、マイクロ波励起プラズマ処理を行ってもよい。マイクロ波励起プラズマ処理を行うことにより、絶縁体２５０中の、水素、水、または不純物を除去することができる。さらに、マイクロ波励起プラズマ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、マイクロ波励起プラズマ処理を、圧力が高い条件で行うことにより、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、マイクロ波励起プラズマ処理は、圧力を１３３Ｐａ以上、好ましくは２００Ｐａ、さらに好ましくは４００Ｐａ以上とすればよい。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。
　また、絶縁体２５０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、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。
　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し、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域の酸素欠損を低減することができる。したがって、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トランジスタを提供することができる。また、絶縁体２５０中の水、水素などの不純物濃度は、低減されていることが好ましい。
　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への酸素の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。
　なお、上記金属酸化物は、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、上記金属酸化物は、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と上記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、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ことが好ましい。
　また、上記金属酸化物は、第１のゲート電極の一部としての機能を有してもよい。例えば、酸化物２３０として用いることができる酸化物半導体を、上記金属酸化物として用いることができる。その場合、導電体２６０をスパッタリング法で成膜することで、上記金属酸化物の電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。
　上記金属酸化物を有することで、導電体２６０からの電界の影響を弱めることなく、トランジスタ２００のオン電流の向上を図ることができる。また、絶縁体２５０と、上記金属酸化物との物理的な厚みにより、導電体２６０と、酸化物２３０との間の距離を保つことで、導電体２６０と酸化物２３０との間のリーク電流を抑制することができる。また、絶縁体２５０、および上記金属酸化物との積層構造を設けることで、導電体２６０と酸化物２３０との間の物理的な距離、および導電体２６０から酸化物２３０へかかる電界強度を、容易に適宜調整することができる。
　絶縁体２２２、および絶縁体２２４は、第２のゲート絶縁体として機能する。
　絶縁体２２２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ことが好ましい。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４よりも水素および酸素の一方または双方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
　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。当該絶縁体として、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から基板側への酸素の放出や、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拡散を抑制する層として機能する。よって、絶縁体２２２を設けることで、水素等の不純物が、トランジスタ２００の内側へ拡散することを抑制し、酸化物２３０中の酸素欠損の生成を抑制することができる。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。
　または、上記絶縁体に、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。また、絶縁体２２２は、これら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）、（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。
　酸化物２３０と接する絶縁体２２４は、絶縁体２５０と同様に、加熱により酸素を脱離することが好ましい。例えば、絶縁体２２４は、酸化シリコン、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。
　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。
　絶縁体２１４、絶縁体２１６、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８４は層間膜として機能する。
　絶縁体２１４は、水、水素などの不純物が、基板側からトランジスタ２００に拡散するのを抑制する絶縁性バリア膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体２１４は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する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絶縁性材料を用いることが好ましい。
　例えば、絶縁体２１４として、酸化アルミニウム、窒化シリコンなどを用いることが好ましい。これにより、水、水素などの不純物が、絶縁体２１４よりも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２１４よりも基板側に、拡散するのを抑制することができる。なお、絶縁体２１４は、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。例えば、酸化アルミニウムと窒化シリコンとの積層としてもよい。
　また、例えば、絶縁体２１４として、スパッタリング法を用いて成膜した、窒化シリコンを用いることが好ましい。これにより、絶縁体２１４中の水素濃度を低くことができ、水、水素などの不純物が、絶縁体２１４よりも基板側からトランジスタ２００側に拡散するのをより抑制することができる。
　層間膜として機能する絶縁体２１６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、空孔を有する酸化シリコンなどを適宜用いればよい。
　また、絶縁体２１６は、水素濃度が低く、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域（以下、過剰酸素領域ともいう。）または加熱により離脱する酸素（以下、過剰酸素ともいう。）を有することが好ましい。
　過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物（以下、過剰酸素領域を有する絶縁体材料ともいう）とは、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。
　具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
　例えば、絶縁体２１６として、スパッタリング法を用いて成膜した酸化シリコンを用いることが好ましい。これにより、酸化物２３０への水素の混入を抑制することができる、または、酸化物２３０に酸素を供給し、酸化物２３０中の酸素欠損を低減することができる。したがって、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トランジスタを提供することができる。
　なお、絶縁体２１６を積層構造にしてもよい。例えば、絶縁体２１６において、少なくとも導電体２０５の側面と接する部分に、絶縁体２１４と同様の絶縁体を設ける構成にしてもよい。このような構成にすることで、絶縁体２１６に含まれる酸素によって、導電体２０５が酸化するのを抑制することができる。または、導電体２０５により、絶縁体２１６に含まれる酸素量が減少するのを抑制することができる。
　絶縁体２８０は、絶縁体２２４、酸化物２３０、および導電体２４０上に設けられる。また、絶縁体２８０の上面は、平坦化されていてもよい。
　なお、酸化物半導体を用いたトランジスタにおいて、トランジスタを構成する導電体、またはトランジスタと接続するプラグや配線に用いられる導電体に、酸化物半導体の酸素が徐々に吸収され、継時的変化の一つとして、酸素欠損を生じる場合がある。
　そこで、該トランジスタの酸化物半導体の近傍に、過剰酸素領域を有する構造体を設けることが好ましい。酸化物半導体に生じた酸素欠損に、該過剰酸素領域を有する構造体の過剰酸素を拡散することで、該酸素欠損を補償することができる。
　具体的には、トランジスタ２００の近傍に設けられる層間膜として機能する絶縁体２８０に、酸素を含む絶縁体を用いる。特に、絶縁体２８０には、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物を用いることが好ましい。つまり、絶縁体２８０には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。
　絶縁体２８０に過剰酸素領域を設けるには、絶縁体２８０に、酸素（少なくとも酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオンのいずれかを含む）を導入し、酸素を過剰に含有する領域を形成する。
　具体的に、酸素導入処理の一例として、絶縁体２８０上に、スパッタリング装置を用いて、金属酸化物を積層する方法がある。例えば、絶縁体２８２を成膜する手段として、スパッタリング装置を用いて、酸素ガス雰囲気下で成膜を行うことで、絶縁体２８２を成膜しながら、絶縁体２８０に酸素を導入することができる。
　層間膜として機能する絶縁体２８０は、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。絶縁体２８０は、例えば、絶縁体２１６と同様の材料を用いて設けることが好ましい。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、水素などの不純物濃度は低減されていることが好ましい。また、絶縁体２８０は、水素濃度が低く、過剰酸素領域または過剰酸素を有することが好ましく、例えば、絶縁体２１６と同様の材料を用いて設けてもよい。なお、絶縁体２８０は、２層以上の積層構造を有していてもよい。
　絶縁体２８２は、絶縁体２１４などと同様に、水、水素などの不純物が、上方から絶縁体２８０に拡散するのを抑制する絶縁性バリア膜として機能することが好ましい。また、絶縁体２８２は、絶縁体２１４などと同様に、水素濃度が低く、水素の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
　特に、絶縁体２８０として、酸化窒化シリコンを用いた場合、絶縁体２８２として、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。酸化窒化シリコン膜上に、スパッタリング法により酸化アルミニウム膜を成膜することで、被成膜物である酸化シリコンに過剰酸素領域を形成することができる。
　また、酸化アルミニウムは、酸素の拡散を抑制する機能を有する場合がある。特に、酸化窒化シリコンと比較した場合、酸化アルミニウムは、酸素、または、水、水素などの不純物の拡散を抑制する機能を有する。
　従って、絶縁体２８２に、酸化アルミニウムを用いることで、水、水素などの不純物が、絶縁体２８２よりも上方からトランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。
　また、図３Ｂに示すように、絶縁体２８２は、導電体２６０、絶縁体２５０、および酸化物２３０ｃのそれぞれの上面と接することが好ましい。これにより、絶縁体２８４など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。したがって、トランジスタの電気特性およびトランジスタの信頼性への悪影響を抑制することができる。
　絶縁体２８２の上に、層間膜として機能する絶縁体２８４を設けることが好ましい。絶縁体２８４は、絶縁体２１６などと同様に、誘電率が低いことが好ましい。また、絶縁体２８４は、絶縁体２２４などと同様に、膜中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
＜＜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、ガリウム、イットリウム、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、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（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、および非晶質酸化物半導体などがある。
　ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
　ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
　また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
　ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）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、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ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。
［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。
　酸化物半導体に不純物が混入すると、欠陥準位または酸素欠損が形成される場合がある。よって、酸化物半導体のチャネル形成領域に不純物が混入することで、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。また、チャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。
　また、上記欠陥準位には、トラップ準位が含まれる場合がある。金属酸化物のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い金属酸化物をチャネル形成領域に有するトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
　また、酸化物半導体のチャネル形成領域に不純物が存在すると、チャネル形成領域の結晶性が低くなる場合がある、また、チャネル形成領域に接して設けられる酸化物の結晶性が低くなる場合がある。チャネル形成領域の結晶性が低いと、トランジスタの安定性または信頼性が悪化する傾向がある。また、チャネル形成領域に接して設けられる酸化物の結晶性が低いと、界面準位が形成され、トランジスタの安定性または信頼性が悪化する場合がある。
　したがって、トランジスタの安定性または信頼性を向上させるには、酸化物半導体のチャネル形成領域およびその近傍の不純物濃度を低減することが有効である。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
　具体的には、当該酸化物半導体のチャネル形成領域およびその近傍において、ＳＩＭＳにより得られる上記不純物の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。または、当該酸化物半導体のチャネル形成領域およびその近傍において、ＥＤＸを用いた元素分析により得られる上記不純物の濃度を、１．０ａｔｏｍｉｃ％以下にする。なお、当該酸化物半導体として元素Ｍを含む酸化物を用いる場合、当該酸化物半導体のチャネル形成領域およびその近傍において、元素Ｍに対する上記不純物の濃度比を、０．１０未満、好ましくは０．０５未満にする。ここで、上記濃度比を算出する際に用いる元素Ｍの濃度は、上記不純物の濃度を算出した領域と同じ領域の濃度でもよいし、当該酸化物半導体中の濃度でもよい。
　また、不純物濃度を低減した金属酸化物は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
　また、金属酸化物中の酸素欠損に水素が入った場合、酸素欠損と水素とが結合しＶＯＨを形成する場合がある。ＶＯＨはドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。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場合がある。
　従って、水素が多く含まれている酸化物半導体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。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。
　つまり、金属酸化物中のＶＯＨをできる限り低減し、高純度真性または実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、ＶＯＨが十分低減された酸化物半導体を得るには、酸化物半導体中の水分、水素などの不純物を除去すること（脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。）と、酸化物半導体に酸素を供給して酸素欠損を補填すること（加酸素化処理と記載する場合がある。）が重要である。ＶＯＨなどの不純物が十分に低減された酸化物半導体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、トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、酸化物半導体中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
　特に、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸化物半導体中に酸素欠損を形成する場合がある。酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。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場合がある。従って、水素が多く含まれている酸化物半導体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。
　酸素欠損に水素が入った欠陥（ＶＯＨ）は、酸化物半導体のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体においては、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。
　よって、酸化物半導体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、酸化物半導体において、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酸化物半導体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、チャネル形成領域の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、チャネル形成領域の酸化物半導体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。
　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、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、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、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、本発明の一態様は、低消費電力の半導体装置を提供することを課題の一つとする。
＜半導体装置の変形例＞
　以下では、図４を用いて、本発明の一態様に係るトランジスタ２００を有する半導体装置の一例について説明する。
　ここで、図４の（Ａ）は上面図を示す。また、図４Ｂは図４Ａ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る。また、図４Ｃは、図４ＡにＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位に対応する断面図である。図４Ａの上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
　図４に示す半導体装置は、図３に示した半導体装置とは、酸化物２３０ｂが積層構造であることが異なる。また、酸化物２３０ｃが単層構造であることが異なる。また、絶縁体２７３、および絶縁体２７４を有することが異なる。
　酸化物２３０ｂは、２層以上の積層構造を有していてもよい。例えば、図４では、酸化物２３０ｂの第１の酸化物と、酸化物２３０ｂの第１の酸化物の上に配置された酸化物２３０ｂの第２の酸化物と、を有する。
　具体的には、酸化物２３０ｂの第２の酸化物は、酸化物２３０ｂの第１の酸化物と、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電体２４０（導電体２４０ａよび導電体２４０ｂ）と、の間に設けるとよい。当該構造において、酸化物２３０ｂの第２の酸化物は、酸素の透過を抑制する機能を有することが好ましい。
　従って、ソース電極やドレイン電極として機能する導電体２４０と酸化物２３０ｂの第１の酸化物との間に酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物２３０ｂの第２の酸化物を配置することで、導電体２４０と、酸化物２３０ｂの第１の酸化物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。
　つまり、導電体２４０と、酸化物２３０ｂの第１の酸化物とが接しない構成となるので、導電体２４０が、酸化物２３０ｂの第１の酸化物の酸素を吸収することを抑制できる。導電体２４０の酸化を防止することで、導電体２４０の導電率の低下を抑制することができる。
　酸化物２３０ｂの第２の酸化物として、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２３０ｂの第２の酸化物は、酸化物２３０ｂの第１の酸化物よりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、酸化物２３０ｂの第２の酸化物として、酸化ガリウムを用いてもよい。また、酸化物２３０ｂの第２の酸化物として、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２３０ｂの第２の酸化物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の第１の酸化物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の第２の酸化物の膜厚は、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２３０ｂの第２の酸化物は、結晶性を有すると好ましい。酸化物２３０ｂの第２の酸化物が、結晶性を有する場合、酸化物２３０ｂの第１の酸化物中の酸素の放出を低減することが出来る。例えば、酸化物２３０ｂの第２の酸化物としては、六方晶などの結晶構造であれば、酸化物２３０ｂの第１の酸化物中の酸素の放出を抑制できる場合がある。
　また、導電体２４０（導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂ）と酸化物２３０とが接することで、酸化物２３０中の酸素が導電体２４０へ拡散し、導電体２４０が酸化する場合がある。導電体２４０が酸化することで、導電体２４０の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物２３０中の酸素が導電体２４０へ拡散することを、導電体２４０が酸化物２３０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（代表的には酸化物２３０ｂ）中の酸素が導電体２４０へ拡散することで、導電体２４０と酸化物２３０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２４０よりも酸素を多く含むため、当該異層は絶縁性を有すると推定される。このとき、導電体２４０と、当該異層と、酸化物２３０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。
　また、導電体２４０の上面と、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および導電体２４０の側面とを覆うように、バリア性を有する絶縁体２７３を設けてもよい。なお、絶縁体２７３を設ける場合、絶縁体２４５は必ずしも設けなくともよい。
　例えば、酸化物２３０の導電体２４０と重畳する領域は、導電体２４０の金属元素が添加、または導電体２４０に酸素が吸収され酸素欠損が生じる。つまり、酸化物２３０の導電体２４０と接する面近傍は、局地的に低抵抗化する場合がある。酸化物２３０と導電体２４０とが重畳する領域が低抵抗化することで、トランジスタ２００のオン電流を向上させることができる。
　一方、絶縁体２８０が有する過剰酸素は、導電体２４０と重畳する領域の酸化物２３０における側面から、酸化物２３０へと拡散するため、導電体２４０と重畳する領域の酸化物２３０に生じた局地的な低抵抗化領域が減少し、トランジスタ２００のオン電流が低下する場合がある。
　そこで、絶縁体２７３を設けることで、導電体２４０と重畳する領域の酸化物２３０における側面から、絶縁体２８０が有する過剰酸素が供給されることを抑制することができる。一方で、絶縁体２８０が有する過剰酸素は、酸化物２３０ｃを介して、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域へと供給することができる。従って、酸化物２３０の導電体２４０と接する面近傍に生じた低抵抗化領域が減少することなく、酸化物２３０のチャネル形成領域に生じた酸素欠損を、効率よく補償することができる。
　また、絶縁体２２４が過剰酸素領域を有している場合、酸化物２３０において、酸化物２３０ａを介して、絶縁体２２４が有する過剰酸素が酸化物２３０ｂへと拡散する。つまり、酸化物２３０ａ側から、過剰酸素を供給することができる。従って、酸化物２３０の導電体２４０と接する面近傍に生じた低抵抗化領域の減少を抑制しながら、酸化物２３０のチャネル形成領域に生じた酸素欠損を、補償することができる。
　なお、絶縁体２７３は、スパッタリング装置を用いて成膜した酸化アルミニウム膜を用いるとよい。絶縁体２７３として、酸化アルミニウム膜を、酸素ガス雰囲気下で成膜を行うことで、絶縁体２７３を成膜しながら、絶縁体２２４に過剰酸素を導入することができる。
　また、絶縁体２７３上に絶縁体２７４を設けてもよい。なお、絶縁体２７４は、絶縁体２７３と同様に、酸素の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
　具体的には、スパッタリング法で成膜した絶縁体２７３は、被膜性が低い。従って、絶縁体２７４は、ＡＬＤ法を用いて、成膜することが好ましい。ＡＬＤ法は、段差被覆性と、厚さの均一性に優れた膜を成膜できるため、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ためである。
　なお、＜半導体装置の変形例＞において、＜半導体装置の構成例＞に示した半導体装置を構成する構造と同機能を有する構造には、同符号を付記する。なお、当該項目においても、半導体装置の構成材料については＜半導体装置の構成例＞で詳細に説明した材料を用いることができる。
　以上より、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、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、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、低消費電力の半導体装置を提供することができる。
　以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態や実施例に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
　本実施の形態では、半導体装置の一形態を、図５および図６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５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２００の上方に設けられている。容量素子１００、またはトランジスタ３００は、少なくとも一部がトランジスタ２００と重畳することが好ましい。これにより、容量素子１００、トランジスタ２００、およびトランジスタ３００の上面視における占有面積を低減することができるので、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。なお、本実施の形態に係る半導体装置は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）に代表されるロジック回路、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）またはＮＶＭ（Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ　Ｍｅｍｏｒｙ）に代表されるメモリ回路に適用することができる。
　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。よって、トランジスタ２００、およびトランジスタ２００を含む層については、先の実施の形態の記載を参酌することができる。
　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。また、半導体層にシリコンを用いるトランジスタと比較して、トランジスタ２００は、高温における電気特性が良好である。例えば、トランジスタ２００は、１２５℃乃至１５０℃の温度範囲においても良好な電気特性を示す。また、１２５℃乃至１５０℃の温度範囲において、トランジスタ２００は、トランジスタのオン／オフ比が１０桁以上を有する。別言すると、半導体層にシリコンを用いるトランジスタと比較して、トランジスタ２００は、トランジスタ特性の一例であるオン電流、周波数特性などが高温になるほど優れた特性を有する。
　図５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、配線１００７はトランジスタ３００のゲート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。
　図５に示す半導体装置は、トランジスタ２００のスイッチングによって、容量素子１００の電極の一方に充電された電荷が保持可能という特性を有することで、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。また、トランジスタ２００は、ソース、ゲート（トップゲート）、ドレインに加え、バックゲートが設けられた素子である。すなわち、４端子素子であるため、ＭＴＪ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ）特性を利用したＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、相変化メモリ（Ｐｈａｓｅ−ｃｈａｎｇｅ　ｍｅｍｏｒｙ）などに代表される２端子素子と比較して、入出力の独立制御が簡便に行うことができるといった特徴を有する。また、ＭＲＡＭ、ＲｅＲＡＭ、相変化メモリは、情報の書き換えの際に、原子レベルで構造変化が生じる場合がある。一方で図５に示す半導体装置は、情報の書き換えの際にトランジスタ及び容量素子を利用した電子のチャージ、またはディスチャージにより動作するため、繰り返し書き換え耐性に優れ、構造変化も少ないといった特徴を有する。
　また、図５に示す半導体装置は、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。この場合、トランジスタ３００は、当該メモリセルアレイに接続される読み出し回路、または駆動回路などとして用いることができる。また、図５に示す半導体装置は、上述のようにメモリセルアレイを構成している。図５に示す半導体装置をメモリ素子として用いた場合、例えば、駆動電圧が２．５Ｖ、評価環境温度が−４０℃乃至８５℃の範囲において、２００ＭＨｚ以上の動作周波数を実現することができる。
＜トランジスタ３００＞
　トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、ゲート電極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、ならびに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。
　ここで、半導体領域３１３の上に絶縁体３１５が配置され、絶縁体３１５の上に導電体３１６が配置される。また、同じ層に形成されるトランジスタ３００は、素子分離絶縁層として機能する絶縁体３１２によって、電気的に分離されている。絶縁体３１２は、後述する絶縁体３２６などと同様の絶縁体を用いることができる。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。
　基板３１１は、半導体領域３１３のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ３００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。
　低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂは、半導体領域３１３に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
　ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
　なお、導電体の材料により、仕事関数が定まるため、導電体の材料を変更することで、しきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
　ここで、図５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。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５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。
　また、図５に示すように半導体装置は、トランジスタ３００と、トランジスタ２００とを、積層して設けている。例えば、トランジスタ３００をシリコン系半導体材料で形成し、トランジスタ２００を酸化物半導体で形成することができる。このように、図５に示す半導体装置は、シリコン系半導体材料と、酸化物半導体とを、異なるレイヤーに混載して形成することが可能である。また、図５に示す半導体装置は、シリコン系半導体材料で用いる製造装置と同様のプロセスで作製することが可能であり、高集積化することも可能である。
＜容量素子＞
　容量素子１００は、絶縁体１６０上の絶縁体１１４と、絶縁体１１４上の絶縁体１４０と、絶縁体１１４および絶縁体１４０に形成された開口の中に配置された導電体１１０と、導電体１１０および絶縁体１４０上の絶縁体１３０と、絶縁体１３０上の導電体１２０と、導電体１２０および絶縁体１３０上の絶縁体１５０と、を有する。ここで、絶縁体１１４および絶縁体１４０に形成された開口の中に導電体１１０、絶縁体１３０、および導電体１２０の少なくとも一部が配置される。
　導電体１１０は容量素子１００の下部電極として機能し、導電体１２０は容量素子１００の上部電極として機能し、絶縁体１３０は、容量素子１００の誘電体として機能する。容量素子１００は、絶縁体１１４および絶縁体１４０の開口において、底面だけでなく、側面においても上部電極と下部電極とが誘電体を挟んで対向する構成となっており、単位面積当たりの静電容量を大きくすることができる。よって、当該開口の深さを深くするほど、容量素子１００の静電容量を大きくすることができる。このように容量素子１００の単位面積当たりの静電容量を大きくすることにより、半導体装置の微細化または高集積化を推し進めることができる。
　絶縁体１１４、および絶縁体１５０は、絶縁体２８０に用いることができる絶縁体を用いればよい。また、絶縁体１４０は、絶縁体１１４の開口を形成するときのエッチングストッパとして機能することが好ましく、絶縁体２１４に用いることができる絶縁体を用いればよい。
　絶縁体１１４および絶縁体１４０に形成された開口を上面から見た形状は、四角形としてもよいし、四角形以外の多角形状としてもよいし、多角形状において角部を湾曲させた形状としてもよいし、楕円を含む円形状としてもよい。ここで、上面視において、当該開口とトランジスタ２００の重なる面積が多い方が好ましい。このような構成にすることにより、容量素子１００とトランジスタ２００を有する半導体装置の占有面積を低減することができる。
　導電体１１０は、絶縁体１４０、および絶縁体１１４に形成された開口に接して配置される。導電体１１０の上面は、絶縁体１４０の上面と略一致することが好ましい。また、導電体１１０の下面には、絶縁体１６０上に設けられた導電体１５２が接する。導電体１１０は、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法などを用いて成膜することが好ましく、例えば、導電体２０５に用いることができる導電体を用いればよい。
　絶縁体１３０は、導電体１１０および絶縁体１４０を覆うように配置される。例えば、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法などを用いて絶縁体１３０を成膜することが好ましい。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、酸化ジルコニウム、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として、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムの順番で積層された絶縁膜を用いることができる。
　また、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、または高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料を用いることが好ましい。または、絶縁耐力が大きい材料と高誘電率（ｈｉｇｈ−ｋ）材料の積層構造を用いてもよい。
　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、シリコンおよびハフニウムを有する窒化物などがある。このようなｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、絶縁体１３０を厚くしても容量素子１００の静電容量を十分確保することができる。絶縁体１３０を厚くすることにより、導電体１１０と導電体１２０の間に生じるリーク電流を抑制することができる。
　一方、絶縁耐力が大きい材料としては、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、樹脂などがある。例えば、ＡＬＤ法を用いて成膜した窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、ＰＥＡＬＤ法を用いて成膜した酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、ＡＬＤ法を用いて成膜した窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の順番で積層された絶縁膜を用いることができる。このような、絶縁耐力が大きい絶縁体を用いることで、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。
　導電体１２０は、絶縁体１４０および絶縁体１１４に形成された開口を埋めるように配置される。また、導電体１２０は、導電体１１２、および導電体１５３を介して配線１００５と電気的に接続している。導電体１２０は、ＡＬＤ法またはＣＶＤ法などを用いて成膜することが好ましく、例えば、導電体２０５に用いることができる導電体を用いればよい。
　また、トランジスタ２００は、酸化物半導体を用いる構成であるため、容量素子１００との相性が優れている。具体的には、酸化物半導体を用いるトランジスタ２００は、オフ電流が小さいため、容量素子１００と組み合わせて用いることで長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。
＜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機能する導電体は、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、端子として機能する導電体１５３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５において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、および絶縁体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、および絶縁体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。
　絶縁体３５４、および導電体３５６上には、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６が順に積層して設けられている。また、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、トランジスタ３００と電気的に接続するプラグ、または配線として機能する。
　また、絶縁体１１４、絶縁体１４０、絶縁体１３０、絶縁体１５０、および絶縁体１５４には、導電体１１２、および容量素子１００を構成する導電体（導電体１２０、導電体１１０）等が埋め込まれている。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、端子として機能する導電体１５３と、を電気的に接続するプラグ、または配線として機能する。
　また、絶縁体１５４上に導電体１５３が設けられ、導電体１５３は、絶縁体１５６に覆われている。ここで、導電体１５３は導電体１１２の上面に接しており、容量素子１００、トランジスタ２００、またはトランジスタ３００の端子として機能する。
　なお、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３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２６、絶縁体３５２、絶縁体３５４、絶縁体２１２、絶縁体１１４、絶縁体１５０、絶縁体１５６等は、比誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、当該絶縁体は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、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、アクリルなどがある。
　また、導電体１５２または導電体１５３の上または下に設けられる絶縁体の抵抗率が１．０×１０１２Ωｃｍ以上１．０×１０１５Ωｃｍ以下、好ましくは５．０×１０１２Ωｃｍ以上１．０×１０１４Ωｃｍ以下、より好ましくは１．０×１０１３Ωｃｍ以上５．０×１０１３Ωｃｍ以下であることが好ましい。導電体１５２または導電体１５３の上または下に設けられる絶縁体の抵抗率を上記の範囲にすることで、当該絶縁体は、絶縁性を維持しつつ、トランジスタ２００、トランジスタ３００、容量素子１００、および導電体１５２等の配線間に蓄積される電荷を分散し、該電荷によるトランジスタ、該トランジスタを有する半導体装置の特性不良や静電破壊を抑制することができ、好ましい。このような絶縁体として、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンを用いることができる。例えば、絶縁体１６０または絶縁体１５４の抵抗率を上記の範囲にすればよい。
　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３２４、絶縁体３５０、絶縁体２１０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、導電体１１２、導電体１５２、導電体１５３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５では、過剰酸素を有する絶縁体２８０と、導電体２４８との間に、絶縁体２４７を設けるとよい。絶縁体２４７と、絶縁体２８２とが接して設けられることで、導電体２４８、およびトランジスタ２００が、バリア性を有する絶縁体によって、封止される構造とすることができる。
　つまり、絶縁体２４７を設けることで、絶縁体２８０が有する過剰酸素が、導電体２４８に吸収されることを抑制することができる。また、絶縁体２４７を有することで、不純物である水素が、導電体２４８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。
　ここで、導電体２４８は、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。
　具体的には、絶縁体２８４、絶縁体２８２、および絶縁体２８０の開口の側壁に接して、絶縁体２４７が設けられ、その側面に接して導電体２４８が形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には導電体２４０が位置しており、導電体２４８が導電体２４０と接する。
　導電体２４８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２４８は積層構造としてもよい。なお、トランジスタ２００では、導電体２４８を、２層の積層構造として設け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２４８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。
　また、導電体２４８を積層構造とする場合、導電体２４０と接し、かつ、絶縁体２８０、絶縁体２８２、および絶縁体２８４と、絶縁体２４７を介して接する導電体には、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料は、単層または積層で用いてもよい。当該導電性材料を用いることで、絶縁体２８０に添加された酸素が導電体２４８に吸収されるのを防ぐことができる。また、絶縁体２８４より上層に含まれる、水、水素などの不純物が、導電体２４８を通じて酸化物２３０に拡散するのを抑制することができる。
　絶縁体２４７としては、例えば、絶縁体２１４等に用いることができる絶縁体を用いればよい。絶縁体２４７は、絶縁体２８０などに含まれる水、水素などの不純物が、導電体２４８を通じて酸化物２３０に拡散するのを抑制することができる。また、絶縁体２８０に含まれる酸素が導電体２４８に吸収されるのを防ぐことができる。
　また、図示しないが、導電体２４８の上面に接して配線として機能する導電体１５２を配置してもよい。配線として機能する導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタン又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。
　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を微細化または高集積化させることができる。また、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、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、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、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、半導体装置（記憶装置）の一例を図６に示す。図６に示す半導体装置は、図５で示した半導体装置と同様に、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。ただし、図６に示す半導体装置は、容量素子１００がプレーナ型である点、およびトランジスタ２００とトランジスタ３００が電気的に接続されている点において、図５に示す半導体装置と異なる。
　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。容量素子１００、またはトランジスタ３００は、少なくとも一部がトランジスタ２００と重畳することが好ましい。これにより、容量素子１００、トランジスタ２００、およびトランジスタ３００の上面視における占有面積を低減することができるので、本実施の形態に係る半導体装置を微細化または高集積化させることができる。
　なお、トランジスタ２００およびトランジスタ３００として、上記のトランジスタ２００およびトランジスタ３００を用いることができる。よって、トランジスタ２００、トランジスタ３００、およびこれらを含む層については、上記の記載を参酌することができる。
　図６に示す半導体装置において、配線２００１はトランジスタ３００のソースと電気的に接続され、配線２００２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２００３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２００４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２００６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２００５は容量素子１００の電極の他方と電気的に接続されている。なお、以下において、トランジスタ３００のゲートと、トランジスタ２００のソースおよびドレインの他方と、容量素子１００の電極の一方と、が接続されたノードをノードＦＧと呼ぶ場合がある。
　図６に示す半導体装置は、トランジスタ２００のスイッチングによって、トランジスタ３００のゲート（ノードＦＧ）の電位が保持可能という特性を有することで、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
　また、図６に示す半導体装置は、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を含む層は、図５に示す半導体装置と同様の構造を有するので、絶縁体３５４より下の構造は、上記の記載を参酌することができる。
　絶縁体３５４の上に、絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２１４、および絶縁体２１６が配置される。ここで、絶縁体２１０は、絶縁体３５０などと同様に、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。
　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が埋め込まれている。導電体２１８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、または配線として機能する。例えば、導電体２１８は、トランジスタ３００のゲート電極として機能する導電体３１６と電気的に接続されている。
　また、導電体２４８は、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、または配線として機能する。例えば、導電体２４８は、トランジスタ２００のソースおよびドレインの他方として機能する導電体２４０ｂと、容量素子１００の電極の一方として機能する導電体１１０を、導電体２４８を介して電気的に接続している。
　また、プレーナ型の容量素子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、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を有する。なお、導電体１１０、導電体１２０、および絶縁体１３０は、上述の記憶装置１で記載したものを用いることができる。
　導電体２４８の上面に接して導電体１５３および導電体１１０が設けられる。導電体１５３は、導電体２４８の上面に接しており、トランジスタ２００またはトランジスタ３００の端子として機能する。
　導電体１５３および導電体１１０は絶縁体１３０に覆われており、絶縁体１３０を介して導電体１１０と重なるように導電体１２０が配置される。さらに、導電体１２０、および絶縁体１３０上には、絶縁体１１４が配置されている。
　また、図６において、容量素子１００として、プレーナ型の容量素子を用いる例について示したが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、容量素子１００として、図５に示すようなシリンダ型の容量素子１００を用いてもよい。
［記憶装置３］
　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７に示す。図７に示す記憶装置は、図６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７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の第２のゲート（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の第２のゲート（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７に示す記憶装置は、図５及び図６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のゲート電極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のゲート電極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、絶縁体２２４、および絶縁体４５０と、チャネルが形成される領域を有する酸化物４３０ｃと、ソースまたはドレインの一方として機能する導電体４４０ａ、酸化物４３１ａ、および酸化物４３１ｂと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電体４４０ｂ、酸化物４３２ａ、および酸化物４３２ｂと、バリア層として機能する絶縁体４４５ａ、および４４５ｂと、を有する。
　トランジスタ４００において、導電体４０５は、導電体２０５と、同じ層である。酸化物４３１ａ、および酸化物４３２ａと、酸化物２３０ａと、同じ層であり、酸化物４３１ｂ、および酸化物４３２ｂと、酸化物２３０ｂと、同じ層である。導電体４４０（導電体４４０ａ、および導電体４４０ｂ）は、導電体２４０と、同じ層である。絶縁体４４５（絶縁体４４５ａ、および絶縁体４４５ｂ）は、絶縁体２４５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。
　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。
　本実施の形態は、他の実施の形態および実施例などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態３）
　本実施の形態では、図８および図９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８Ａ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、および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、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、データ信号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８Ａ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８Ｂ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９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９Ａ乃至図９Ｃ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９Ａ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（トップ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。
　ここで、図９Ａに示すメモリセル１４７１は、図５に示す記憶装置に対応している。つまり、トランジスタＭ１はトランジスタ２００に、容量素子ＣＡは容量素子１００に、配線ＢＩＬは配線１００３に、配線ＷＯＬは配線１００４に、配線ＢＧＬは配線１００６に、配線ＣＡＬは配線１００５に対応している。なお、図５に記載のトランジスタ３００は、図８Ａ、および図８Ｂに示す記憶装置１４００の周辺回路１４１１に設けられるトランジスタに対応する。
　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９Ｂ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９Ｃ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。または、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９Ｄ乃至図９Ｇ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９Ｄ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、トップゲート（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。
　ここで、図９Ｄに示すメモリセル１４７４は、図６に示す記憶装置に対応している。つまり、トランジスタＭ２はトランジスタ２００に、容量素子ＣＢは容量素子１００に、トランジスタＭ３はトランジスタ３００に、配線ＷＢＬは配線２００３に、配線ＷＯＬは配線２００４に、配線ＢＧＬは配線２００６に、配線ＣＡＬは配線２００５に、配線ＲＢＬは配線２００２に、配線ＳＬは配線２００１に対応している。
　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９Ｅ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９Ｆ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９Ｇ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。または、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乃至メモリセル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およびトランジスタ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９Ｈ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９Ｈに示すメモリセル１４７８は、トランジスタＭ４乃至トランジスタ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、配線ＲＷＬ、配線ＷＷＬ、配線ＢＧＬ、および配線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、配線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、トランジスタ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乃至トランジスタ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、トランジスタ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、メモリセルアレイ１４７０等の構成は、上記に限定されるものではない。これらの回路、および当該回路に接続される配線、回路素子等の、配置または機能は、必要に応じて、変更、削除、または追加してもよい。
　本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態、実施例などに示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態４）
　本実施の形態では、図１０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１０Ａに示すように、チップ１２００は、ＣＰＵ１２１１、ＧＰＵ１２１２、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１０Ｂ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用の回路を有する。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）などの手法を実行することができるため、チップ１２００をＡＩチップ、またはＧＰＵモジュール１２０４をＡＩシステムモジュールとして用いることができる。
　本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態、実施例などに示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態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、ノート型のコンピュータ、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１１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１１Ａ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１１ＢはＳＤカードの外観の模式図であり、図１１Ｃ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１１ＤはＳＳＤの外観の模式図であり、図１１Ｅは、ＳＳＤの内部構造の模式図である。ＳＳＤ１１５０は、筐体１１５１、コネクタ１１５２および基板１１５３を有する。基板１１５３は筐体１１５１に収納されている。例えば、基板１１５３には、メモリチップ１１５４、メモリチップ１１５５、コントローラチップ１１５６が取り付けられている。メモリチップ１１５５はコントローラチップ１１５６のワークメモリであり、例えばＤＯＳＲＡＭチップを用いればよい。基板１１５３の裏面側にもメモリチップ１１５４を設けることで、ＳＳＤ１１５０の容量を増やすことができる。基板１１５３のメモリチップ１１５４などに先の実施の形態に示す半導体装置を組み込むことができる。
　本実施の形態は、他の実施の形態、実施例などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態６）
　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１２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またはチップは、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、デスクトップ型またはノート型の情報端末用などのモニタ、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、電子ブックリーダー、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ＧＰＵまた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１２に、電子機器の例を示す。
［情報端末］
　図１２Ａ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５１００は、筐体５１０１と、表示部５１０２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５１０２に備えられ、ボタンが筐体５１０１に備えられている。
　情報端末５１００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５１０２に表示するアプリケーション、表示部５１０２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５１０２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。
　図１２Ｂには、ノート型情報端末５２００が図示されている。ノート型情報端末５２００は、情報端末の本体５２０１と、表示部５２０２と、キーボード５２０３と、を有する。
　ノート型情報端末５２００は、先述した情報端末５１００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、ノート型情報端末５２００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、およびノート型情報端末を例として、それぞれ図１２Ａ、図１２Ｂに図示したが、スマートフォン、およびノート型情報端末以外の情報端末を適用することができる。スマートフォン、およびノート型情報端末以外の情報端末としては、例えば、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、デスクトップ型情報端末、ワークステーションなどが挙げられる。
［ゲーム機］
　図１２Ｃは、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機５３００を示している。携帯ゲーム機５３００は、筐体５３０１、筐体５３０２、筐体５３０３、表示部５３０４、接続部５３０５、操作キー５３０６等を有する。筐体５３０２、および筐体５３０３は、筐体５３０１から取り外すことが可能である。筐体５３０１に設けられている接続部５３０５を別の筐体（図示せず）に取り付けることで、表示部５３０４に出力される映像を、別の映像機器（図示せず）に出力することができる。このとき、筐体５３０２、および筐体５３０３は、それぞれ操作部として機能することができる。これにより、複数のプレイヤーが同時にゲームを行うことができる。筐体５３０１、筐体５３０２、および筐体５３０３の基板に設けられているチップなどに先の実施の形態に示すチップを組み込むことができる。
　また、図１２Ｄは、ゲーム機の一例である据え置き型ゲーム機５４００を示している。据え置き型ゲーム機５４００には、無線または有線でコントローラ５４０２が接続されている。
　携帯ゲーム機５３００、据え置き型ゲーム機５４００などのゲーム機に本発明の一態様のＧＰＵまたはチップを適用することによって、低消費電力のゲーム機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、およ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５３００に本発明の一態様のＧＰＵまた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５３００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５３００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５３００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１２Ｃ、図１２Ｄでは、ゲーム機の一例として携帯ゲーム機、および据え置き型ゲーム機を図示しているが、本発明の一態様のＧＰＵまた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またはチップを適用するゲーム機としては、例えば、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。
［大型コンピュータ］
　本発明の一態様のＧＰＵまたはチップは、大型コンピュータに適用することができる。
　図１２Ｅは、大型コンピュータの一例である、スーパーコンピュータ５５００を示す図である。図１２Ｆは、スーパーコンピュータ５５００が有するラックマウント型の計算機５５０２を示す図である。
　スーパーコンピュータ５５００は、ラック５５０１と、複数のラックマウント型の計算機５５０２と、を有する。なお、複数の計算機５５０２は、ラック５５０１に格納されている。また、計算機５５０２には、複数の基板５５０４が設けられ、当該基板上に上記実施の形態で説明したＧＰＵまたはチップを搭載することができる。
　スーパーコンピュータ５５００は、主に科学技術計算に利用される大型コンピュータである。科学技術計算では、膨大な演算を高速に処理する必要があるため、消費電力が高く、チップの発熱が大きい。スーパーコンピュータ５５００に本発明の一態様のＧＰＵまたはチップを適用することによって、低消費電力のスーパーコンピュータ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、およびモジュールへの影響を少なくすることができる。
　図１２Ｅ、図１２Ｆでは、大型コンピュータの一例としてスーパーコンピュータを図示しているが、本発明の一態様のＧＰＵまたはチップを適用する大型コンピュータはこれに限定されない。本発明の一態様のＧＰＵまたはチップを適用する大型コンピュータとしては、例えば、サービスを提供するコンピュータ（サーバー）、大型汎用コンピュータ（メインフレーム）などが挙げられる。
［移動体］
　本発明の一態様のＧＰＵまたはチップは、移動体である自動車、および自動車の運転席周辺に適用することができる。
　図１２Ｇは、移動体の一例である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１２Ｇ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、エアコンの設定などを表示することで、その他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また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。
［電化製品］
　図１２Ｈ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。
　電化製品の一例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、電子オーブン、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。
　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。
　本実施の形態は、他の実施の形態、実施例などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
　本実施例では、酸化物半導体を含むトランジスタ２００を有する半導体装置を作製し、酸化物２３０ｃに相当する酸化物膜の膜厚、および導電体２４０に相当する導電体の酸化膜厚を測定した。
　また、上記半導体装置は、導電体２４０に相当する導電体において、チャネル形成領域側の側端部の形状が異なる３種を作製した。
＜試料の作製方法＞
　以下に、トランジスタ２００を有する半導体装置の作製方法を説明する。
　まず、酸化物２３０ａに相当する第１の酸化物として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法により、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］のターゲットを用いて成膜した。続いて、第１の酸化物上に、酸化物２３０ｂに相当する第２の酸化物として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法により、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］のターゲットを用いて成膜した後、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法により、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］のターゲットを用いて成膜することで、２層の積層構造として形成した。なお、第１の酸化物と第２の酸化物とは、連続成膜した。
　続いて、第２の酸化物上に、導電体２４０に相当する導電体となる膜として、窒化タンタル膜を成膜した。
　その後、窒化タンタル膜、第２の酸化物、および第１の酸化物を加工し、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および窒化タンタル層を形成した。
　次に、絶縁体２８０に相当する絶縁体を成膜し、ＣＭＰ処理を行ない、当該絶縁体を研磨し、当該絶縁体の表面を平坦化した。
　ここで、絶縁体２８０に相当する絶縁体に開口部を形成した。続いて、当該開口部の底面に露出した導電層の一部を除去し、導電体２４０ａ、および導電体２４０ｂに相当する導電体を形成した。
　次に、酸化物２３０ｃに相当する第３の酸化物となる膜は、２層の積層構造として成膜した。当該第３の酸化物となる膜の第１膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法により、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］のターゲットを用いて成膜した後、当該第３の酸化物となる膜の第２膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法により、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］のターゲットを用いて成膜した。
　なお、当該第３の酸化物となる膜の第１膜の膜厚は、平面に対し、８ｎｍ狙いとした。また、当該第３の酸化物となる膜の第２膜の膜厚も、平面に対し、８ｎｍ狙いとした。従って、第３の酸化物となる膜の膜厚が、１６ｎｍとなるように設定した。
　次に、絶縁体２５０に相当する絶縁体となる膜として、酸化窒化シリコン膜を成膜した。
　次に、絶縁体２５０となる酸化窒化シリコン膜上に、導電体２６０ａに相当する導電体となる膜、および導電体２６０ｂに相当する導電体となる膜を成膜した。
　続いて、導電体２６０ａに相当する導電体となる膜、および導電体２６０ｂに相当する導電体となる膜、絶縁体２５０に相当する絶縁体となる膜、および酸化物２３０ｃに相当する第３の酸化物となる膜を除去し、導電体２６０に相当する導電体、絶縁体２５０に相当する絶縁体、および酸化物２３０ｃに相当する酸化物を形成した。
　以上の工程より、酸化物半導体を含むトランジスタ２００を有する半導体装置を作製した。
＜導電体２４０の側端部の酸化膜厚＞
　作製した半導体装置に対し、酸化物２３０ｃに相当する酸化物が、導電体２４０ｂに相当する導電体の側面と接する領域の膜厚、および、同領域において導電体２４０ｂが酸化した膜厚と、を測定した。
　なお、測定は、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により行った。観察用の装置は日立ハイテクノロジーズ社製ＨＤ−２７００を用いた。
　図１３に、実際に酸化物２３０ｃに相当する酸化物が成膜された厚み（酸化物２３０ｃに相当する酸化物の成膜膜厚）と、導電体２４０ｂに相当する導電体の側端部が酸化した厚み（導電体２４０ｂに相当する導電体の側端部の酸化膜厚）との関係を示した。
　図１３に示すように、同じ条件により、酸化物２３０ｃに相当する膜を成膜した場合でも、被成膜物の形状により、被膜性が異なることがわかった。また、酸化物２３０ｃの被膜性が悪いほど、導電体２４０ｂに相当する膜の酸化量が増加することがわかった。
　本実施例は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
１００：容量素子、１１０：導電体、１１２：導電体、１１４：絶縁体、１２０：導電体、１３０：絶縁体、１４０：絶縁体、１５０：絶縁体、１５２：導電体、１５３：導電体、１５４、絶縁体、１５６：絶縁体、１６０：絶縁体、２００：トランジスタ、２０５：導電体、２１０：絶縁体、２１２：絶縁体、２１４：絶縁体、２１６：絶縁体、２１８：導電体、２２２：絶縁体、２２４：絶縁体、２３０：酸化物、２３０ａ：酸化物、２３０ｂ：酸化物、２３０ｃ：酸化物、２３０ｃ＿１：酸化物、２３０ｃ＿２：酸化物、２３９：領域、２４０：導電体、２４０ａ：導電体、２４０ｂ：導電体、２４５：絶縁体、２４５ａ：絶縁体、２４５ｂ：絶縁体、２４７：絶縁体、２４８：導電体、２５０：絶縁体、２６０：導電体、２６０ａ：導電体、２６０ｂ：導電体、２７３：絶縁体、２７４：絶縁体、２８０：絶縁体、２８２：絶縁体、２８４：絶縁体、３００：トランジスタ、３１１：基板、３１２：絶縁体、３１３：半導体領域、３１４ａ：低抵抗領域、３１４ｂ：低抵抗領域、３１５：絶縁体、３１６：導電体、３２０：絶縁体、３２２：絶縁体、３２４：絶縁体、３２６：絶縁体、３２８：導電体、３３０：導電体、３５０：絶縁体、３５２：絶縁体、３５４：絶縁体、３５６：導電体、４００：トランジスタ、４０５：導電体、４０５ａ：導電体、４０５ｂ：導電体、４３０ｃ：酸化物、４３１ａ：酸化物、４３１ｂ：酸化物、４３２ａ：酸化物、４３２ｂ：酸化物、４４０：導電体、４４０ａ：導電体、４４０ｂ：導電体、４４５：絶縁体、４４５ａ：絶縁体、４４５ｂ：絶縁体、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、１１００：ＵＳＢメモリ、１１０１：筐体、１１０２：キャップ、１１０３：ＵＳＢコネクタ、１１０４：基板、１１０５：メモリチップ、１１０６：コントローラチップ、１１１０：ＳＤカード、１１１１：筐体、１１１２：コネクタ、１１１３：基板、１１１４：メモリチップ、１１１５：コントローラチップ、１１５０：ＳＳＤ、１１５１：筐体、１１５２：コネクタ、１１５３：基板、１１５４：メモリチップ、１１５５：メモリチップ、１１５６：コントローラチップ、１２００：チップ、１２０１：ＰＣＢ、１２０２：バンプ、１２０３：マザーボード、１２０４：ＧＰＵモジュール、１２１１：ＣＰＵ、１２１２：ＧＰＵ、１２１３：アナログ演算部、１２１４：メモリコントローラ、１２１５：インターフェース、１２１６：ネットワーク回路、１２２１：ＤＲＡＭ、１２２２：フラッシュメモリ、１４００：記憶装置、１４１１：周辺回路、１４２０：行回路、１４３０：列回路、１４４０：出力回路、１４６０：コントロールロジック回路、１４７０：メモリセルアレイ、１４７１：メモリセル、１４７２：メモリセル、１４７３：メモリセル、１４７４：メモリセル、１４７５：メモリセル、１４７６：メモリセル、１４７７：メモリセル、１４７８：メモリセル、２００１：配線、２００２：配線、２００３：配線、２００４：配線、２００５：配線、２００６：配線、５１００：情報端末、５１０１：筐体、５１０２：表示部、５２００：ノート型情報端末、５２０１：本体、５２０２：表示部、５２０３：キーボード、５３００：携帯ゲーム機、５３０１：筐体、５３０２：筐体、５３０３：筐体、５３０４：表示部、５３０５：接続部、５３０６：操作キー、５４００：型ゲーム機、５４０２：コントローラ、５５００：スーパーコンピュータ、５５０１：ラック、５５０２：計算機、５５０４：基板、５７０１：表示パネル、５７０２：表示パネル、５７０３：表示パネル、５７０４：表示パネル、５８００：電気冷凍冷蔵庫、５８０１：筐体、５８０２：冷蔵室用扉、５８０３：冷凍室用扉

Claims (9)

  1. 　第１の酸化物、第２の酸化物、第１の導電体、第２の導電体、第３の導電体、第１の絶縁体、第２の絶縁体、を有する半導体装置において、
    　前記第１の導電体、および前記第２の導電体は前記第１の酸化物上に接して設けられ、
    　前記第１の絶縁体は、前記第１の酸化物、前記第１の導電体、および前記第２の導電体を覆って設けられ、
    　前記第１の絶縁体は、開口部を有し、
    　前記開口部の底面には、前記第１の酸化物が露出し、
    　前記開口部の側面には、前記第１の導電体の側面、および前記第２の導電体の側面が露出し、
    　前記開口部内に、前記第２の酸化物は、前記第１の酸化物、前記第１の導電体の側面、および前記第２の導電体に接して設けられ、
    　前記開口部内に、前記第２の絶縁体は、前記第２の酸化物を介して設けられ、
    　前記開口部内に、前記第３の導電体は、前記第２の絶縁体を介して設けられ、
    　前記第１の導電体の側面、および前記第２の導電体の側面の下端部は、前記第１の酸化物よりも上方に中心を有する楕円または円に接する半導体装置。
  2. 　第１の酸化物、第２の酸化物、第１の導電体、第２の導電体、第３の導電体、第１の絶縁体、第２の絶縁体、を有する半導体装置において、
    　前記第１の導電体、および前記第２の導電体は前記第１の酸化物上に接して設けられ、
    　前記第１の絶縁体は、前記第１の酸化物、前記第１の導電体、および前記第２の導電体を覆って設けられ、
    　前記第１の絶縁体は、開口部を有し、
    　前記開口部の底面には、前記第１の酸化物が露出し、
    　前記開口部の側面には、前記第１の導電体の側面、および前記第２の導電体の側面が露出し、
    　前記開口部内に、前記第２の酸化物は、前記第１の酸化物、前記第１の導電体の側面、および前記第２の導電体に接して設けられ、
    　前記開口部内に、前記第２の絶縁体は、前記第２の酸化物を介して設けられ、
    　前記開口部内に、前記第３の導電体は、前記第２の絶縁体を介して設けられ、
    　前記第１の導電体の側面、および前記第２の導電体の側面の下端部は、前記第１の酸化物よりも上方に曲率中心を有する円弧状の側面を有し、
    　前記曲率中心から前記第１の酸化物に対する垂線の長さは、前記円弧の曲率半径と概略等しい半導体装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記円弧状の側面の終端部を接点とした接平面と、第１の酸化物の上面と、がなす２面角は、０°＜θ≦９０°である半導体装置。
  4. 　請求項２または請求項３において、
    　前記第１の導電体の側面の上端部、および前記第２の導電体の側面の上端部は、前記円弧状の側面の終端部を接点とした接平面と、概略一致する半導体装置。
  5. 　請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
    　前記曲率半径は、前記第２の酸化物の膜厚と、前記第第２の絶縁体の膜厚との合計膜厚以上である半導体装置。
  6. 　請求項２乃至請求項５のいずれか一において、
    　前記第３の導電体の底面と前記第３の導電体の側面とがなす辺と、前記曲率中心との水平距離Ｌが０以下である半導体装置。
  7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
    　前記第２の酸化物は、前記第２の絶縁体よりも、酸素に対するバリア性が高い半導体装置。
  8. 　請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
    　前記第１の酸化物は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である半導体装置。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
    　前記第２の酸化物は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である半導体装置。
PCT/IB2019/059911 2018-11-30 2019-11-19 半導体装置、および半導体装置の作製方法 Ceased WO2020109923A1 (ja)

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