WO2021059079A1 - 半導体装置、記憶装置、及び電子機器 - Google Patents

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WO2021059079A1
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insulator
conductor
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semiconductor device
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山崎舜平
木村肇
國武寛司
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株式会社半導体エネルギー研究所
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Definitions

  • one aspect of the present invention is not limited to the above technical fields.
  • the technical field of the invention disclosed in the present specification and the like relates to a product, an operation method, or a manufacturing method.
  • one aspect of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition (composition of matter). Therefore, more specifically, the technical fields of one aspect of the present invention disclosed in the present specification include semiconductor devices, display devices, liquid crystal display devices, light emitting devices, power storage devices, image pickup devices, storage devices, signal processing devices, and processors. , Electronic devices, systems, their driving methods, their manufacturing methods, or their inspection methods.
  • CPUs central processing units
  • GPUs graphics processing units
  • storage devices and sensors
  • sensors have been used in various electronic devices such as personal computers, smartphones, and digital cameras. Improvements are progressing in various aspects such as conversion and low power consumption.
  • One aspect of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a semiconductor device having a large data capacity. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide a novel semiconductor device. Alternatively, one aspect of the present invention is to apply a storage device having a novel semiconductor device. Alternatively, one aspect of the present invention is to provide an electronic device having the storage device.
  • One aspect of the present invention includes a columnar first conductor, a second conductor, a third conductor, a first insulator, a second insulator, a third insulator, and a fourth insulator.
  • a semiconductor device having a fifth insulator, a sixth insulator, a first material layer, a second material layer, and a third material layer.
  • the first material layer has a first region and a second region.
  • the first insulator is located adjacent to the first conductor, and the first material layer is located adjacent to the first insulator.
  • the second material layer is located adjacent to the first region of the first material layer, the second conductor is located adjacent to the second material layer, and the second insulator is the second conductor.
  • the third insulator is located adjacent to the second insulator.
  • the third material layer is located so as to cover the second material layer, the second conductor, the second insulator, the third insulator, and the second region of the first material layer, and is positioned so as to cover the fourth insulation.
  • the body is located adjacent to the third material layer, the sixth insulator is located adjacent to the fourth insulator, and the fifth insulator is located adjacent to the sixth insulator.
  • the third conductor is located in a region adjacent to the fifth insulator and superposed on the first region of the first material layer.
  • the second insulator functions as a barrier insulating film that prevents oxygen from diffusing into the second conductor
  • the fourth insulator functions as a tunnel insulating film
  • the sixth insulator functions as a charge storage layer.
  • the fifth insulator functions as a gate insulating film.
  • the first material layer has an oxide containing indium, element M (M is aluminum, gallium, tin, or titanium) and zinc
  • the second material layer has an oxide containing indium, element M and zinc
  • the third material layer has an oxide containing indium, element M, and zinc.
  • One aspect of the present invention includes a columnar first conductor, a second conductor, a third conductor, a fourth conductor, a first insulator, a second insulator, and a third insulator.
  • a semiconductor device having a fourth insulator, a fifth insulator, a first material layer, a second material layer, and a third material layer.
  • the first material layer has a first region and a second region. The first insulator is located adjacent to the first conductor, the first material layer is located adjacent to the first insulator, and the second material layer is the first region of the first material layer.
  • the second conductor is located adjacent to the second material layer, the second insulator is located adjacent to the second conductor, and the third insulator is located adjacent to the second conductor. It is located adjacent to the second insulator.
  • the third material layer is located so as to cover the second material layer, the second conductor, the second insulator, the third insulator, and the second region of the first material layer, and is positioned so as to cover the fourth insulation.
  • the body is located adjacent to the third material layer, the fourth conductor is located in a region adjacent to the fourth insulator and superimposed on the first region of the first material layer, and the fifth insulator.
  • the first material layer may have a fourth material layer and a fifth material layer.
  • the fourth material layer is located adjacent to the first insulator
  • the fifth material layer is located adjacent to the fourth material layer
  • the first region of the first material layer is the fifth.
  • the second region of the first material layer is located in the material layer and is located in the fifth material layer.
  • the ratio of the number of atoms of the element M to indium contained in the second material layer is preferably larger than the ratio of the number of atoms of the element M to indium contained in the fifth material layer.
  • the ratio of the number of atoms of the element M to indium contained in the fourth material layer is preferably larger than the ratio of the number of atoms of the element M to indium contained in the fifth material layer.
  • the film thickness of the second region of the first material layer may be thinner than the film thickness of the first region of the first material layer.
  • one aspect of the present invention is a storage device including the semiconductor device according to any one of (1) to (5) above and peripheral circuits.
  • one aspect of the present invention is an electronic device having a storage device according to any one of (1) to (6) above and a housing.
  • the semiconductor device is a device that utilizes semiconductor characteristics, and refers to a circuit including a semiconductor element (transistor, diode, photodiode, etc.), a device having the same circuit, and the like. It also refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • a semiconductor element transistor, diode, photodiode, etc.
  • the storage device, the display device, the light emitting device, the lighting device, the electronic device, and the like may be a semiconductor device itself, and may have a semiconductor device.
  • a circuit that enables functional connection between X and Y for example, a logic circuit (inverter, NAND circuit, NOR circuit, etc.), signal conversion, etc.) Circuits (digital-to-analog conversion circuit, analog-to-digital conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (boost circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes the signal potential level, etc.), voltage source, current source , Switching circuit, amplification circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplification circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, storage circuit, control circuit, etc.) It is possible to connect one or more to and from. As an example, even if another circuit is sandwiched between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, it is assumed that X and Y are functionally connected. To do.
  • X and Y are electrically connected, it means that X and Y are electrically connected (that is, another element between X and Y). Or when they are connected with another circuit in between) and when X and Y are directly connected (that is, they are connected without sandwiching another element or another circuit between X and Y). If there is) and.
  • X and Y, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are electrically connected to each other, and the X, the source (or the second terminal, etc.) of the transistor are connected to each other. (1 terminal, etc.), the drain of the transistor (or the 2nd terminal, etc.), and Y are electrically connected in this order.
  • the source of the transistor (or the first terminal, etc.) is electrically connected to X
  • the drain of the transistor (or the second terminal, etc.) is electrically connected to Y
  • the X, the source of the transistor (such as the second terminal).
  • the first terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are electrically connected in this order.
  • X is electrically connected to Y via the source (or first terminal, etc.) and drain (or second terminal, etc.) of the transistor, and X, the source (or first terminal, etc.) of the transistor. (Terminals, etc.), transistor drains (or second terminals, etc.), and Y are provided in this connection order.
  • the source (or first terminal, etc.) and drain (or second terminal, etc.) of the transistor can be separated. Separately, the technical scope can be determined. Note that these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods.
  • X and Y are assumed to be objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).
  • circuit diagram shows that independent components are electrically connected to each other, one component has the functions of a plurality of components.
  • one component has the functions of a plurality of components.
  • the term "electrically connected” as used herein includes the case where one conductive film has the functions of a plurality of components in combination.
  • the “resistance element” can be, for example, a circuit element having a resistance value higher than 0 ⁇ , wiring, or the like. Therefore, in the present specification and the like, the “resistive element” includes wiring having a resistance value, a transistor in which a current flows between a source and a drain, a diode, a coil, and the like. Therefore, the term “resistor element” can be paraphrased into terms such as “resistance”, “load”, and “region having a resistance value”, and conversely, “resistance”, “load”, and “region having a resistance value”. Can be rephrased as a term such as “resistive element”.
  • the resistance value can be, for example, preferably 1 m ⁇ or more and 10 ⁇ or less, more preferably 5 m ⁇ or more and 5 ⁇ or less, and further preferably 10 m ⁇ or more and 1 ⁇ or less. Further, for example, it may be 1 ⁇ or more and 1 ⁇ 10 9 ⁇ or less.
  • the “capacitance element” means, for example, a circuit element having a capacitance value higher than 0F, a wiring region having a capacitance value, a parasitic capacitance, a transistor gate capacitance, and the like. Can be. Therefore, in the present specification and the like, the “capacitive element” includes a circuit element including a pair of electrodes and a dielectric contained between the electrodes. In addition, terms such as “capacitive element”, “parasitic capacitance”, and “gate capacitance” may be paraphrased into terms such as "capacity”.
  • the term “capacity” can be rephrased as terms such as “capacitive element”, “parasitic capacitance”, and “gate capacitance”.
  • the term “pair of electrodes” in “capacity” may be paraphrased as “pair of conductors", “pair of conductive regions", “pair of regions” and the like.
  • the value of the capacitance can be, for example, 0.05 fF or more and 10 pF or less. Further, for example, it may be 1 pF or more and 10 ⁇ F or less.
  • the transistor has three terminals called a gate, a source, and a drain.
  • the gate is a control terminal that controls the conduction state of the transistor.
  • the two terminals that function as sources or drains are the input and output terminals of the transistor.
  • One of the two input / output terminals becomes a source and the other becomes a drain depending on the high and low potentials given to the conductive type (n-channel type, p-channel type) of the transistor and the three terminals of the transistor. Therefore, in the present specification and the like, the terms of source and drain may be paraphrased.
  • the transistor when explaining the connection relationship of transistors, "one of the source or drain” (or the first electrode or the first terminal), “the other of the source or drain” (or the second electrode, or The notation (second terminal) is used.
  • it may have a back gate in addition to the above-mentioned three terminals.
  • one of the gate or the back gate of the transistor may be referred to as a first gate
  • the other of the gate or the back gate of the transistor may be referred to as a second gate.
  • the terms “gate” and “backgate” may be interchangeable.
  • the respective gates When the transistor has three or more gates, the respective gates may be referred to as a first gate, a second gate, a third gate, and the like in the present specification and the like.
  • a node can be paraphrased as a terminal, a wiring, an electrode, a conductive layer, a conductor, an impurity region, etc., depending on a circuit configuration, a device structure, and the like.
  • terminals, wiring, etc. can be paraphrased as nodes.
  • ground potential ground potential
  • the potentials are relative, and when the reference potential changes, the potential given to the wiring, the potential applied to the circuit or the like, the potential output from the circuit or the like also changes.
  • the terms “high level potential” and “low level potential” do not mean a specific potential.
  • both of the two wires “function as a wire that supplies a high level potential”
  • the high level potentials provided by both wires do not have to be equal to each other.
  • both of the two wires are described as “functioning as a wire that supplies a low level potential”
  • the low level potentials given by both wires do not have to be equal to each other. ..
  • the "current” is a charge transfer phenomenon (electrical conduction).
  • the description “electrical conduction of a positively charged body is occurring” means “electrical conduction of a negatively charged body in the opposite direction”. Is happening. " Therefore, in the present specification and the like, “current” refers to a charge transfer phenomenon (electrical conduction) accompanying the movement of carriers, unless otherwise specified.
  • the carrier here include electrons, holes, anions, cations, complex ions, and the like, and the carriers differ depending on the system in which the current flows (for example, semiconductor, metal, electrolytic solution, vacuum, etc.).
  • the "current direction” in the wiring or the like is the direction in which the positive carrier moves, and is described as a positive current amount.
  • the direction in which the negative carrier moves is opposite to the direction of the current, and is expressed by the amount of negative current. Therefore, in the present specification and the like, if there is no notice about the positive or negative of the current (or the direction of the current), the description such as “current flows from element A to element B” means “current flows from element B to element A” or the like. It can be paraphrased as. Further, the description such as “a current is input to the element A” can be rephrased as "a current is output from the element A” or the like.
  • the ordinal numbers “first”, “second”, and “third” are added to avoid confusion of the components. Therefore, the number of components is not limited. Moreover, the order of the components is not limited. For example, the component referred to in “first” in one of the embodiments of the present specification and the like may be a component referred to in “second” in another embodiment or in the claims. There can also be. Further, for example, the component mentioned in “first” in one of the embodiments of the present specification and the like may be omitted in another embodiment or in the claims.
  • the terms “above” and “below” do not limit the positional relationship of the components directly above or below and in direct contact with each other.
  • the expression “electrode B on the insulating layer A” it is not necessary that the electrode B is formed in direct contact with the insulating layer A, and another configuration is formed between the insulating layer A and the electrode B. Do not exclude those that contain elements.
  • membrane and layer can be interchanged with each other depending on the situation.
  • Electrode may be used as part of a “wiring” and vice versa.
  • the terms “electrode” and “wiring” include the case where a plurality of “electrodes” and “wiring” are integrally formed.
  • a “terminal” may be used as part of a “wiring” or “electrode” and vice versa.
  • the term “terminal” includes a case where a plurality of "electrodes", “wiring”, “terminals” and the like are integrally formed.
  • the "electrode” can be a part of the “wiring” or the “terminal”, and for example, the “terminal” can be a part of the “wiring” or the “electrode”.
  • terms such as “electrode”, “wiring”, and “terminal” may be replaced with terms such as "area” in some cases.
  • terms such as “wiring”, “signal line”, and “power line” can be interchanged with each other in some cases or depending on the situation.
  • the reverse is also true, and it may be possible to change terms such as “signal line” and “power line” to the term “wiring”.
  • a term such as “power line” may be changed to a term such as "signal line”.
  • terms such as “signal line” may be changed to terms such as "power line”.
  • the term “potential” applied to the wiring may be changed to a term such as “signal” in some cases or depending on the situation.
  • the reverse is also true, and terms such as “signal” may be changed to the term “potential”.
  • semiconductor impurities refer to, for example, other than the main components constituting the semiconductor layer.
  • an element having a concentration of less than 0.1 atomic% is an impurity.
  • the inclusion of impurities may cause, for example, the semiconductor to have a high defect level density, a decrease in carrier mobility, a decrease in crystallinity, and the like.
  • the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, group 1 element, group 2 element, group 13 element, group 14 element, group 15 element, and other than the main component.
  • transition metals and the like and in particular, hydrogen (also contained in water), lithium, sodium, silicon, boron, phosphorus, carbon, nitrogen and the like.
  • the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, Group 1 elements other than oxygen and hydrogen, Group 2 elements, Group 13 elements, Group 15 elements, and the like. There is.
  • the switch means a switch that is in a conductive state (on state) or a non-conducting state (off state) and has a function of controlling whether or not a current flows.
  • the switch means a switch having a function of selecting and switching a path through which a current flows.
  • an electric switch, a mechanical switch, or the like can be used. That is, the switch is not limited to a specific switch as long as it can control the current.
  • Examples of electrical switches include transistors (for example, bipolar transistors, MOS transistors, etc.), diodes (for example, PN diodes, PIN diodes, Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, and MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes. , Diode-connected transistors, etc.), or logic circuits that combine these.
  • transistors for example, bipolar transistors, MOS transistors, etc.
  • diodes for example, PN diodes, PIN diodes, Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, and MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes. , Diode-connected transistors, etc.
  • the "conducting state" of the transistor means a state in which the source electrode and the drain electrode of the transistor can be regarded as being electrically short-circuited.
  • the "non-conducting state" of the transistor means a state in which the source electrode and the drain electrode of the transistor can be regarded as being electrically cut off.
  • the polarity (conductive type) of the transistor is not particularly limited.
  • An example of a mechanical switch is a switch that uses MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology.
  • the switch has an electrode that can be moved mechanically, and by moving the electrode, it operates by controlling conduction and non-conduction.
  • parallel means a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10 ° or more and 10 ° or less. Therefore, the case of ⁇ 5 ° or more and 5 ° or less is also included.
  • substantially parallel or approximately 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 or “approximately vertical” means a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° or more and 120 ° or less.
  • a highly reliable semiconductor device can be provided.
  • a semiconductor device having a large data capacity can be provided.
  • a novel semiconductor device can be provided by one aspect of the present invention.
  • a storage device having a novel semiconductor device can be applied.
  • an electronic device having the storage device can be provided.
  • the effect of one aspect of the present invention is not limited to the effects listed above.
  • the effects listed above do not preclude the existence of other effects.
  • the other effects are the effects not mentioned in this item, which are described below. Effects not mentioned in this item can be derived from those described in the description, drawings, etc. by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions.
  • one aspect of the present invention has at least one of the above-listed effects and other effects. Therefore, one aspect of the present invention may not have the effects listed above in some cases.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of a semiconductor device.
  • 2A and 2B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 3A to 3C are cross-sectional views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 4A and 4B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 5A and 5B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 6A and 6B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • 7A and 7B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 8A and 8B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • FIG. 9A and 9B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device
  • FIG. 10B is a perspective view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 11A and 11B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • 12A and 12B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 13A and 13B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device
  • FIG. 14B is a cross-sectional view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • FIG. 15A and 15B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 17A and 17B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 19A and 19B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 21 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 23 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 25 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 27A and 27B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 28 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 29A and 29B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 30A to 30C are cross-sectional views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 31A and 31B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 32A and 32B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 33A and 33B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • 34A and 34B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 35A and 35B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • 36A and 36B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • FIG. 37A is a cross-sectional view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device
  • FIG. 37B is a perspective view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 38A and 38B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 39A and 39B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • FIG. 40A and 40B are cross-sectional views for explaining a manufacturing example of a semiconductor device.
  • FIG. 41 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • FIG. 42A is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device, and
  • FIG. 42B is a cross-sectional view for explaining a manufacturing example of the semiconductor device.
  • 43A and 43B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 44 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 45A and 45B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 46 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 47A and 47B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 48 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 49 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 50 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 51 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 52 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 53 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 54 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 55A and 55B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 56A and 56B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 57A and 57B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 58A and 58B are top views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 59A is a diagram for explaining the classification of the crystal structure of IGZO
  • FIG. 59B is a diagram for explaining the XRD spectrum of crystalline IGZO
  • FIG. 59C is a diagram for explaining the microelectron diffraction pattern of crystalline IGZO.
  • .. 60A and 60B are circuit diagrams showing a configuration example of a semiconductor device.
  • FIG. 61 is a circuit diagram showing a configuration example of a semiconductor device.
  • FIG. 61 is a circuit diagram showing a configuration example of a semiconductor device.
  • FIG. 62 is a circuit diagram showing a configuration example of a semiconductor device.
  • 63A and 63B are timing charts showing operation examples of the semiconductor device.
  • 64A and 64B are timing charts showing operation examples of the semiconductor device.
  • FIG. 65A is a perspective view for explaining a configuration example of a semiconductor device
  • FIG. 65B is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device
  • FIG. 65C is a cross section for explaining a configuration example of the semiconductor device. It is a figure.
  • FIG. 66A is a perspective view for explaining a configuration example of a semiconductor device
  • FIG. 66B is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device
  • FIG. 66C is a cross section for explaining a configuration example of the semiconductor device. It is a figure.
  • FIG. 67A and 67B are cross-sectional views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 68A and 68B are cross-sectional views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 69 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 70 is a cross-sectional view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 71A is a top view for explaining a configuration example of a semiconductor device
  • FIGS. 71B to 71D are cross-sectional views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • 72A to 72C are perspective views for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 73 is a top view for explaining a configuration example of the semiconductor device.
  • FIG. 74 is a block diagram for explaining an example of the storage device.
  • 75A is a perspective view showing an example of a semiconductor wafer
  • FIG. 75B is a perspective view showing an example of a chip
  • FIGS. 75C and 75D are perspective views showing an example of an electronic component.
  • FIG. 76 is a block diagram illustrating a CPU.
  • 77A to 77J are perspective views or schematic views illustrating an example of the product.
  • 78A to 78E are perspective views or camphor tree views illustrating an example of the product.
  • 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 (also referred to as Oxide Semiconductor or simply OS) and the like. For example, when a metal oxide is used in the active layer of a transistor, the metal oxide may be referred to as an oxide semiconductor. That is, when a metal oxide can form a channel forming region of a transistor having at least one of an amplification action, a rectifying action, and a switching action, the metal oxide is referred to as a metal oxide semiconductor. be able to. Further, when describing as an OS transistor, it can be paraphrased as a transistor having a metal oxide or an oxide semiconductor.
  • a metal oxide having nitrogen may also be collectively referred to as a metal oxide. Further, a metal oxide having nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.
  • the configuration shown in each embodiment can be appropriately combined with the configuration shown in other embodiments to form one aspect of the present invention. Further, when a plurality of configuration examples are shown in one embodiment, the configuration examples can be appropriately combined with each other.
  • the content (may be a part of the content) described in one embodiment is the other content (may be a part of the content) described in the embodiment and one or more other implementations. It is possible to apply, combine, or replace at least one content with the content described in the form of (may be a part of the content).
  • figure (which may be a part) described in one embodiment is different from another part of the figure, another figure (which may be a part) described in the embodiment, and one or more other figures.
  • the figure (which may be a part) described in the embodiment is different from another part of the figure, another figure (which may be a part) described in the embodiment, and one or more other figures.
  • more figures can be formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor device.
  • 2A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line M1-M2 shown in FIG. 1
  • FIG. 2B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line M3-M4 shown in FIG.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device includes an insulator 411A arranged above a substrate (not shown), an insulator 411B arranged above the insulator 411A, and an insulator arranged above the insulator 411B. It has 411C and.
  • an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used.
  • the insulator substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a stabilized zirconia substrate (yttria-stabilized zirconia substrate, etc.), a resin substrate, and the like.
  • the semiconductor substrate for example, a semiconductor substrate made of silicon, a semiconductor substrate made of germanium, silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, gallium oxide, or the like was used as a material. There are compound semiconductor substrates and the like.
  • the conductor substrate includes a graphite substrate, a metal substrate, an alloy substrate, and a conductive resin substrate.
  • a substrate having a metal nitride a substrate having a metal oxide, and the like.
  • a substrate in which a conductor or a semiconductor is provided in an insulator substrate a substrate in which a conductor or an insulator is provided in a semiconductor substrate, a substrate in which a semiconductor or an insulator is provided in a conductor substrate, and the like.
  • those on which an element is provided may be used.
  • Elements provided on the substrate include a capacitance element, a resistance element, a switch element, a light emitting element, a storage element, and the like.
  • a flexible substrate may be used as the substrate.
  • a method of providing the transistor on the flexible substrate there is also a method of forming the transistor on the non-flexible substrate, peeling off the transistor, and transposing it to the substrate which is a flexible substrate. In that case, it is advisable to provide a release layer between the non-flexible substrate and the transistor.
  • the substrate a sheet, film, foil, or the like in which fibers are woven may be used.
  • the substrate may have elasticity. Further, the substrate may have a property of returning to the original shape when bending or pulling is stopped. Alternatively, it may have a property of not returning to the original shape.
  • the substrate has, for example, a region having a thickness of 5 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less, preferably 10 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, and more preferably 15 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the weight of the semiconductor device having a transistor can be reduced.
  • the substrate thinner it may have elasticity even when glass or the like is used, or it may have a property of returning to the original shape when bending or pulling is stopped. Therefore, it is possible to alleviate the impact applied to the semiconductor device on the substrate due to dropping or the like. That is, it is possible to provide a durable semiconductor device.
  • the substrate which is a flexible substrate for example, metal, alloy, resin or glass, fibers thereof, or the like can be used.
  • a material having a linear expansion coefficient of 1 ⁇ 10 -3 / K or less, 5 ⁇ 10 -5 / K or less, or 1 ⁇ 10 -5 / K or less may be used.
  • the resin include polyester, polyolefin, polyamide (nylon, aramid, etc.), polyimide, polycarbonate, acrylic, and the like.
  • aramid is suitable as a substrate which is a flexible substrate because of its low coefficient of linear expansion.
  • the semiconductor device has a region 491.
  • the region 491 is a region in which an opening is formed in the middle of the manufacturing process of the semiconductor device, and an insulator, a conductor, a semiconductor, or the like is formed in the opening after the manufacturing process of the semiconductor device. It is formed.
  • the opening may be a cylindrical opening as shown in FIGS. 2A and 2B.
  • the region 491 includes an insulator 412a (insulator 412b, insulator 412c), a conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c), and a material layer in order from the side surface of the opening. 451a (material layer 451b, material layer 451c), material layer 452, insulator 413, and conductor 432 are arranged.
  • the semiconductor device has a region 492A and a region 492B.
  • the region 492A and the region 492B are regions in which an opening is formed in the middle of the manufacturing process of the semiconductor device, and the opening is an insulator and a conductor through the manufacturing process of the semiconductor device. Etc. are formed.
  • the opening may be a slit-shaped opening as shown in FIGS. 2A and 2B.
  • Region 492A includes a part of the material layer 453, a part of the insulator 414, a part of the insulator 421, a part of the insulator 415, a part of the conductor 434a, and one of the conductors 434b.
  • a portion and an insulator 416A are included.
  • a part of the material layer 453, a part of the insulator 414, a part of the insulator 421, a part of the insulator 415, a part of the conductor 434a, and a conductor 434b And the insulator 416B are included. Further, in FIG. 1, between the insulator 411A and the insulator 411B, a part of the conductor 434a, a part of the insulator 414, a part of the insulator 421, and a part of the insulator 415 are provided. , Are arranged.
  • a part of the conductor 434b, a part of the insulator 414, a part of the insulator 421, and a part of the insulator 415 are formed. Have been placed.
  • the material layer 452 has a region 471 and a region 472.
  • the region 471 is located adjacent to the material layer 453, and the region 472 is located adjacent to the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c).
  • the region 471 becomes a channel forming region of the cell transistor CTrA (cell transistor CTrB) by the manufacturing process of the semiconductor device, and the region 472 becomes a low resistance region in the manufacturing process of the semiconductor device.
  • the conductor 434b functions as a first gate electrode and a word line that gives an electric potential to the first gate electrode, and the insulator 415 surrounded by the conductor 434b in FIG. 2A serves as a gate insulating film.
  • the insulator 421 surrounded by the conductor 434b functions as a charge storage layer, and the insulator 414 surrounded by the conductor 434b functions as a tunnel insulating film.
  • the conductor 431b functions as one of the source electrode and the drain electrode, and the conductor 431c functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
  • the region of the material layer 453 in contact with the material layer 452 may also function as a channel forming region.
  • the insulator 413 functions as a gate insulating film, and the conductor 432 functions as a wiring for applying a potential to the second gate electrode and the second gate electrode.
  • FIG. 2A by replacing the conductor 434b with the conductor 434a, it can be regarded as a top view of the cell transistor CTrA.
  • the conductor 434a functions as a first gate electrode and a word line that gives an electric potential to the first gate electrode
  • the insulator 415 surrounded by the conductor 434a is the first gate. It functions as an insulating film
  • the insulator 421 surrounded by the conductor 434a in FIG. 2A functions as a charge storage layer
  • the insulator 414 surrounded by the conductor 434a in FIG. 2A functions as a tunnel insulating film.
  • the conductor 431a functions as one of the source electrode and the drain electrode
  • the conductor 431b functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
  • the region of the material layer 452 surrounded by the conductor 434a in FIG. 2A functions as a channel forming region.
  • the region of the material layer 453 in contact with the material layer 452 may also function as a channel forming region.
  • the insulator 413 functions as a second gate insulating film
  • the conductor 432 functions as a wiring for applying a potential to the second gate electrode and the second gate electrode.
  • Insulator 412a as an example, impurities from the insulator 411A (e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2 Etc.) have a function as a barrier insulating film that suppresses diffusion of the impurities into the conductor 431a. That is, the insulator 412a can suppress the influence of the impurities on the conductor 431a. Similarly, the insulator.
  • impurities from the insulator 411A e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2 Etc.
  • the 412b has a function as a barrier insulating film that suppresses the diffusion of impurities from the insulator 411B to the conductor 431b as an example
  • the insulator 412c has a function as an example in which impurities from the insulator 411C are a conductor. It has a function as a barrier insulating film that suppresses diffusion to 431c.
  • the barrier insulating film refers to an insulating film having a barrier property.
  • the barrier property is a function of suppressing the diffusion of the corresponding substance (also referred to as low permeability).
  • the corresponding substance has a function of capturing and fixing (also called gettering).
  • the material layer 451a material layer 451b, material layer 451c
  • the material layer 452 material layer 453 included in the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB will be described.
  • Material layer 451a is, for example, impurities in the material layer 452 (e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2
  • the material layer 452 and the conductor 431a are provided with a material layer 451a having a function of suppressing the permeation of impurities between the material layer 452 and the conductor 431a.
  • the material layer 451b has a function as a barrier film that suppresses the diffusion of impurities from the material layer 452 into the conductor 431b, as an example.
  • the material layer 451c has a function as a barrier film that suppresses the diffusion of impurities from the material layer 452 into the conductor 431c.
  • the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB of FIG. 1 are OS transistors, it is preferable to apply, for example, a metal oxide that functions as an oxide semiconductor as the material layer 452, and the material layer 451a (material layer).
  • a metal oxide that functions as an oxide semiconductor as the material layer 452
  • the material layer 451a material layer
  • the 451b and the material layer 451c for example, it is preferable to use a material containing a metal element and oxygen contained in the metal oxide.
  • the material layer 453 is preferably a material containing the metal element and oxygen contained in the metal oxide, similarly to the material layer 451.
  • the region 471 that functions as a channel forming region in the material layer 452 is oxygen-deficient (this) more than the region 472 that functions as a low resistance region.
  • the specification and the like, since there is.) is low is small, or impurity concentration, may be called the oxygen deficiency in the metal oxide and V O (oxygen vacancy), the carrier concentration becomes lower high-resistance region. Therefore, it can be said that the region 471 is i-type (intrinsic) or substantially i-type.
  • Transistors using metal oxides are likely to fluctuate in electrical characteristics and may be unreliable if impurities or oxygen deficiencies (VO ) are present in the region where channels are formed in the metal oxide.
  • the oxygen-deficient (V O) in the vicinity of hydrogen, oxygen vacancy (V O) containing hydrogen defects (hereinafter sometimes referred to as V O H.) Is formed, to generate electrons serving as carriers In some cases. Therefore, if oxygen deficiency is contained in the region where the channel is formed in the oxide semiconductor, the transistor has normal-on characteristics (the channel exists even if no voltage is applied to the gate electrode, and the current is applied to the transistor. Flowing characteristics). Therefore, in the region where a channel of the oxide semiconductor is formed, impurities, oxygen deficiency, and V O H it is preferred to be reduced as much as possible.
  • the material layer 452 may be a plurality of layers having a material layer 452A and a material layer 452B as shown in FIG. 3A. preferable. Note that FIG. 3A is an enlarged view of a region in which the cell transistor CTrA of FIG. 1 is formed.
  • the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c), material layer 452A, material layer 452B, and the material layer 453 formed in a later step include, for example, indium and element M (element M is, for example, aluminum).
  • element M is, for example, aluminum
  • metal oxides having indium, gallium, and zinc have a high bandgap and function as a semiconductor that is intrinsic (also referred to as type I) or substantially intrinsic.
  • the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB in which the metal oxide is contained in the channel forming region have a characteristic that the off-current is very low. That is, since the leakage current in the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB that are in the off state can be reduced, the power consumption of the semiconductor device may be reduced.
  • a metal oxide having an element M may be used as the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c).
  • the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c) preferably has a higher concentration of element M than the material layer 452B.
  • gallium oxide may be used as the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c).
  • a metal oxide such as In (indium) -M-Zn (zinc) oxide may be used as the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c).
  • the atomic number ratio of the element M to In is the atom of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 452B. It is preferably larger than the number ratio.
  • the film thickness of the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c) is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 2 nm or less. Further, the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c) is preferably crystalline.
  • the release of oxygen in the material layer 452A and the material layer 452B can be suitably suppressed.
  • the material layer 451a material layer 451b, material layer 451c
  • the material layer 451a has a crystal structure such as a hexagonal crystal
  • the release of oxygen in the material layer 452A and the material layer 452B may be suppressed.
  • each of the material layer 452A and the material layer 452B is an oxide having a different chemical composition.
  • the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 452B is the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 452A. It is preferably larger than the atomic number ratio.
  • the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 452B is preferably larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 452A.
  • the same composition as that of the material layer 451a may be used as the material layer 452B.
  • the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component is higher than the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component in the metal oxide used for the material layer 452A. It may be large. Further, the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 453 may be larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 452A. Further, as the material layer 453, the same composition as that of the material layer 452A may be used.
  • the material layer 453 may be a plurality of layers having a material layer 453A and a material layer 453B as shown in FIG. 3B. Note that FIG. 3B is an enlarged view of the region where the cell transistor CTrA of FIG. 1 is formed.
  • each of the material layer 453A and the material layer 453B is an oxide having a different chemical composition.
  • the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 453B is the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 453A. It is preferably larger than the atomic number ratio.
  • the same composition as that of the material layer 451a may be used as that of the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c) may be used.
  • the material layer 452 when the material layer 452 has the material layer 452A and the material layer 452B as shown in FIG. 3A, that is, as shown in the cell transistor CTrA shown in FIG. 3C, the material layer 452 is the material layer.
  • the atomic number ratio of the element M to the metal element which is the main component in the metal oxide used for the material layer 452B is , It is preferable that it is larger than the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component in each of the metal oxides used for the material layer 452A and the material layer 453A.
  • the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 453B is the ratio of the number of atoms of the element M to the main component metal element in each of the material layer 452A and the material layer 453A. It is preferably larger than the atomic number ratio of the element M.
  • the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component in the metal oxide used for the material layer 451a is the respective metal oxides used for the material layer 452A and the material layer 453A. It is preferable that it is larger than the atomic number ratio of the element M to the metal element which is the main component.
  • compositions of the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c), the material layer 452B, and the material layer 453B may be equal to each other. Further, as the material layer 453A, the same composition as that of the material layer 452A may be used.
  • the metal oxides contained in the material layer 452A, the material layer 452B, and the material layer 453 are referred to as In and gallium (hereinafter referred to as Ga).
  • the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the material layer 452B is smaller than the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the material layer 452A
  • In-Ga-Zn oxide having a composition of 3 or its vicinity can be used.
  • a metal oxide having a composition in the vicinity of any one can be used.
  • indium oxide can be used for the material layer 452A.
  • material layers 451a material layer 451b, material layer 451c
  • material layer 452A material layer 452B
  • material layer 453 material layer 453A, material layer 453B
  • Is preferably In: Ga: Zn 4: 2: z, and is a metal oxide having a composition in which z is 3 or more and 4.1 or less and a composition in the vicinity thereof.
  • the above composition indicates the atomic number ratio in the oxide formed on the substrate or the atomic number ratio in the sputtering target.
  • the composition of the material layer 452A by increasing the ratio of In, the on-current of the transistor, the mobility of the field effect, and the like can be increased, which is preferable.
  • the material layer 452A so as to be in contact with the material layer 452B, impurities and oxygen are diffused from the insulator 413 and / or the conductor 432 to the material layer 452A via the material layer 452B. Can be suppressed.
  • the material layer 453B so as to be in contact with the material layer 452B, the insulator 414, the insulator 421, the insulator 415, the conductor 434a (conductor 434b), and the insulator 416A are arranged via the material layer 453B. Therefore, it is possible to suppress the diffusion of impurities and oxygen into the material layer 453A and the material layer 452A.
  • the conductor 431a (material layer 451b, material layer 451c) is interposed through the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c).
  • the material layer 452 may be, for example, amorphous silicon (hereinafter referred to as Si transistor). It may be referred to as hydride amorphous silicon), microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, single crystal silicon, or the like.
  • the material layer 452 may be a plurality of layers or a single layer as shown in FIGS. 3A and 3C. In the production examples such as the present specification, the material layer 452 will be described as a single layer.
  • the material layer 453 may be a plurality of layers or a single layer.
  • the material layer 451 is, for example, an impurity (element) for diffusing into the interface of the material layer 452 on the formation surface of the material layer 451 and a region near the interface. , Or ions).
  • the conductor is selected from, for example, aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium and the like.
  • a material containing at least one of the above-mentioned metal elements can be used.
  • an n-type impurity (donor) is used as the impurity.
  • the n-type impurity for example, phosphorus, arsenic and the like can be used.
  • p-type impurities acceptors
  • the p-type impurity for example, boron, aluminum, gallium and the like can be used.
  • the material layer 451 may be a material capable of forming silicide at the interface of the material layer 452 on the forming surface of the material layer 451 and in a region near the interface.
  • a material capable of forming silicide for example, nickel, cobalt, molybdenum, tungsten, titanium or the like may be used.
  • FIGS. 1, 2A, and 2B show a configuration in which one region 491 is provided between the region 492A and the region 492B
  • one aspect of the present invention is not limited to this. ..
  • one aspect of the present invention may be a configuration in which a plurality of regions 491 are provided between the regions 492A and the regions 492B.
  • the position of the region 494 may be provided along a row in two or more different directions instead of being provided along a row in one direction as in the region 492 in FIG. 4A.
  • the position of the region 494 may be formed without depending on the regularity as described above.
  • the laminate 400 shown in FIG. 5A has, for example, an insulator 411A, a sacrificial layer 401A, an insulator 411B, a sacrificial layer 401B, and an insulator 411C.
  • the insulator 411A is placed above the substrate (not shown), the sacrificial layer 401A is placed on the insulator 411A, the insulator 411B is placed on the sacrificial layer 401A, and the sacrificial layer 401B is placed on the insulator 411B.
  • the insulator 411C is arranged on the sacrificial layer 401B.
  • the insulator 411A to 411C it is preferable that the insulator is a material in which the concentration of impurities such as water or hydrogen is reduced.
  • the amount of hydrogen desorbed from the insulator 411A to the insulator 411C was converted into hydrogen molecules in the range of 50 ° C. or higher and 500 ° C. or lower in the temperature desorption gas analysis method (TDS (Thermal Destruction Spectroscopy)).
  • the amount of desorption is 2 ⁇ 10 15 molecules / cm 2 or less, preferably 1 ⁇ 10 15 molecules / cm 2 or less, more preferably 5 in terms of the area of any one of the insulators 411A to 411C. ⁇ 10 14 molecules / cm 2 or less may be used.
  • the insulator 411A to the insulator 411C may be formed by using an insulator in which oxygen is released by heating.
  • the materials applicable to the insulators 411A to 411C are not limited to those described above.
  • Examples of the insulator 411A to the insulator 411C include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lantern, neodymium, hafnium, and tantalum. Insulators containing one or more materials selected from the above may be used in single layers or in layers. Further, for example, a material containing silicon oxide or silicon nitride nitride may be used. However, the materials applicable to the insulators 411A to 411C are not limited to those described above.
  • silicon oxide refers to a material having a higher oxygen content than nitrogen as its composition
  • silicon nitride as its composition means a material having a higher nitrogen content than oxygen as its composition. Is shown.
  • aluminum nitride refers to a material whose composition has a higher oxygen content than nitrogen
  • aluminum nitride refers to a material whose composition has a higher nitrogen content than oxygen. Is shown.
  • an opening is formed in the region 491 with respect to the laminate 400 shown in FIG. 5A by, for example, resist mask formation and etching treatment.
  • the resist mask can be formed by appropriately using, for example, a lithography method, a printing method, an inkjet method, or the like.
  • the photomask is not used, so that the manufacturing cost may be reduced.
  • the etching process may be a dry etching method or a wet etching method, or both may be used.
  • an insulator 412 is formed on the side surface of the opening of the region 491 so as to cover the insulators 411A to 411C, the sacrificial layer 401A, and the sacrificial layer 401B.
  • the insulator 412 functions as a film for forming the insulator 412a, the insulator 412b, and the insulator 412c in FIG. 1 in a later step. Therefore, in the present specification and the like, the description of the insulator 412 may be described by appropriately replacing the insulator 412a, the insulator 412b, and the insulator 412c.
  • the insulator 412 contains impurities (for example, water molecule, hydrogen atom, hydrogen molecule, oxygen atom, oxygen molecule, nitrogen atom, nitrogen molecule, nitrogen oxide) from the insulator 411A (insulator 411B, insulator 411C). It is preferable that the insulator functions as a barrier insulating film that suppresses the diffusion of molecules (N 2 O, NO, NO 2, etc.) into the material layer 452. In particular, the insulator 412 prevents the permeation of oxygen atoms or oxygen molecules. It is preferable to use a barrier insulating film.
  • the insulator 412 for example, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, indium gallium zinc oxide, silicon nitride, silicon nitride or the like can be used.
  • an oxide semiconductor described later is used as the material layer 452
  • impurities such as water and hydrogen pass through the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c) and the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c), and the insulator 411A (insulator 411B).
  • the insulator 412 is shown as a single layer, but one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the insulator 412 shown in FIGS. 1, 2B, and 6A may have, for example, a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • silicon oxide is used for the insulator 412 in contact with the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c), and the insulation in contact with the insulator 411A (insulator 411B, insulator 411C) is used.
  • Aluminum oxide, hafnium oxide, or the like may be used for the body 412.
  • the conductor 431 is formed on the forming surface of the insulator 412.
  • the conductor 431 functions as a film for forming the conductor 431a, the conductor 431b, and the conductor 431c in FIG. 1 in a later step. Therefore, in the present specification and the like, the description of the conductor 431 can be described by appropriately replacing the conductors 431a, the conductors 431b, and the conductors 431c.
  • the conductor 431 functions as a film for forming the conductors 431a, the conductors 431b, and the conductors 431c, the conductors 431 will be subjected to the cell transistor CTrA in FIG. 1 by a later step. , The source electrode and drain electrode of the cell transistor CTrB, respectively.
  • the conductor 431 is preferably a material having high conductivity.
  • the conductor 431 include, for example, a nitride containing tantalum, a nitride containing titanium, a nitride containing molybdenum, a nitride containing tungsten, a nitride containing tantalum and aluminum, a nitride containing titanium and aluminum, and the like. Is preferably used.
  • tantalum-containing nitrides are particularly preferred.
  • ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, and 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 oxygen is absorbed.
  • the material layer 452 when an oxide semiconductor described later is used as the material layer 452, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen as the conductor 431.
  • a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen it is preferable to use tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like as the conductor 431.
  • the conductor 431 is shown as a single layer, but one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the conductor 431 shown in FIGS. 1, 2B, and 6 may have, for example, a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • the conductor 431 uses a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen in the first layer, and a conductive material that is difficult to oxidize in the second layer, or A material that maintains conductivity even if it absorbs oxygen may be used.
  • the material layer 451 is formed on the forming surface of the conductor 431.
  • the material layer 451 functions as a film for forming the material layer 451a, the material layer 451b, and the material layer 451c in FIG. 1 in a later step. Therefore, in the present specification and the like, the description of the material layer 451 can be described by appropriately replacing the material layer 451a, the material layer 451b, and the material layer 451c.
  • a low resistance region may be formed in the vicinity of the interface of the material layer 451 with the conductor 431. Further, at this time, by applying the heat treatment, a compound may be formed by the component contained in the material layer 451 and the component contained in the conductor 431. In this production example, it is assumed that an appropriate material is selected for each of the conductor 431 and the material layer 451 so that the compound has a low resistance.
  • the description of the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c) of the configuration example 1 of the semiconductor device is taken into consideration.
  • the material layer 452 is formed on the forming surface of the material layer 451.
  • a part of the material layer 452 functions as a channel forming region of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB of FIG.
  • the insulator 413 is formed on the forming surface of the material layer 452.
  • the insulator 413 functions as the second gate insulating film of each of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB in FIG.
  • the insulator 413 for example, silicon oxide or silicon oxide nitride is preferably used. Further, as the insulator 413, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide having aluminum and hafnium can be used.
  • impurities e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO , NO 2, etc.
  • impurities e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO , NO 2, etc.
  • a barrier insulating film that suppresses permeation.
  • the insulator 413 can be used.
  • an insulating material having a function of suppressing the permeation of oxygen For example, it is preferable to use silicon nitride, silicon nitride oxide, silicon oxide nitride, aluminum nitride, aluminum nitride or the like as the insulator 413.
  • the insulator 412 for example, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • aluminum oxide or the like can be used as the insulator 412.
  • the material applicable to the insulator 412 is not limited to the above, and the insulator 412 can be applied to the above-mentioned insulators 411A to 411C as, for example, a film having a reduced concentration of impurities such as water and hydrogen. Materials can be used.
  • the insulator 413 is shown as a single layer, but one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the insulator 413 shown in FIGS. 1, 2B, and 8A may have, for example, a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • silicon oxide may be used for the insulator 412 in contact with the material layer 452
  • aluminum oxide, hafnium oxide, or the like may be used for the insulator 412 in contact with the conductor 432.
  • a metal oxide that functions as an oxide semiconductor is applied as the material layer 452.
  • a metal oxide that functions as an oxide semiconductor is applied as the material layer 452.
  • oxygen is supplied to the insulator 413, and the oxygen supplied to the insulator 413 is supplied to the material layer 452.
  • the amount of oxygen contained in the oxide semiconductor increases, so that it is possible to prevent the oxide semiconductor from being lowered in resistance.
  • the conductor 432 is formed on the forming surface of the insulator 413 so that the remaining opening of the region 491 is filled.
  • the conductor 432 functions as a wiring that gives an electric potential to the second gate electrode of each of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB in FIG. 1, and the second gate electrode.
  • the conductor 432 is selected from, for example, aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, berylium, indium, ruthenium and the like.
  • a material containing at least one of the above-mentioned metal elements can be used.
  • a semiconductor having high electrical conductivity represented by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, and a silicide such as nickel silicide can also be used.
  • a conductive material containing a metal element and oxygen contained in a metal oxide applicable to the material layer 451 or the material layer 452 may be used.
  • the above-mentioned conductive material containing a metal element and nitrogen may be used.
  • a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride and tantalum nitride can be used.
  • indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon were added.
  • Indium tin oxide can be used.
  • indium gallium zinc oxide containing nitrogen can be used. By using such a material, it may be possible to capture hydrogen mixed in from a surrounding insulator or the like.
  • the conductor 432 for example, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide and the like are preferably used, and a single layer or a laminated layer may be used.
  • the conductor 432 may have a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined.
  • a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined.
  • a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen are combined.
  • an insulator having an excess oxygen region as an insulator in contact with the periphery of the conductor, oxygen may be diffused in the region in contact with the insulator of the conductor.
  • an insulator having an excess nitrogen region as an insulator in contact with the periphery of the conductor, nitrogen may diffuse in the region in contact with the insulator of the conductor.
  • a material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined.
  • slit-shaped openings are formed in the regions 492A and 492B by performing, for example, resist mask formation and etching treatment on the laminated body 400.
  • the openings of the area 492A and the area 492B are described as slits, but as shown in FIG. 4B, the openings of the area 492A and the area 492B may be cylindrical.
  • the sacrificial layer 401A and the sacrificial layer 401B are removed from the side surfaces of the openings formed in the region 492A and the region 492B by etching or the like, and the sacrificial layer 401B is surrounded by the sacrificial layer 401A.
  • the region of the insulator 412, the conductor 431, and the material layer 451 and the region of the insulator 412, the conductor 431, and the material layer 451 surrounded by the sacrificial layer 401B are removed, and the laminate 400 is removed.
  • a recess 493A and a recess 493B are formed in the recess.
  • the insulator 412a (insulator 412b, insulator 412c), the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c), and the material layer 451a (material layer 451b). , Material layer 451c) is formed.
  • the recess 493A and the recess 493B may be formed together with the openings of the region 492A and the region 492B at the stage of the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 9A. Further, the steps of removing the sacrificial layer 401A and the sacrificial layer 401B, a part of the insulator 412, a part of the conductor 431, and a part of the material layer 451c are subject to conditions such as etching treatment. It may be different. Therefore, in the step shown in FIG. 9B, conditions such as etching treatment may be changed depending on the material to be removed.
  • FIG. 10A shows a state in which oxygen is supplied to the region 471 as the process 10.
  • Examples of the treatment for supplying oxygen include heat treatment in an oxygen atmosphere.
  • microwave treatment can be performed in an atmosphere containing oxygen.
  • the region 471 is irradiated with microwaves, high frequencies such as RF, oxygen plasma, oxygen radicals, and the like.
  • microwave processing for example, it is preferable to use a microwave processing apparatus having a power source for generating high-density plasma using microwaves.
  • the microwave processing apparatus may have a power source for applying RF to the substrate side.
  • high-density plasma high-density oxygen radicals can be generated.
  • oxygen ions generated by the high-density plasma can be efficiently guided to the material layer 452.
  • the microwave treatment is preferably performed under reduced pressure, and the pressure may be 60 Pa or more, preferably 133 Pa or more, more preferably 200 Pa or more, and further preferably 400 Pa or more.
  • the oxygen flow rate ratio (O 2 / O 2 + Ar) is 50% or less, preferably 10% or more and 30% or less.
  • the treatment temperature may be 750 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, for example, about 400 ° C.
  • the heat treatment may be continuously performed without exposing to the outside air.
  • microwave processing is performed in an atmosphere containing oxygen to turn oxygen gas into plasma using a high frequency such as microwave or RF, and the oxygen plasma is converted into a material layer 452 (cell transistor CTrA, And when the configuration of the cell transistor CTrB is FIG. 3A and FIG. 3C, it can act on the region 471 of the material layer 452A).
  • the region 471 can be irradiated with a high frequency such as a microwave or RF. That is, microwaves, high frequencies such as RF, oxygen plasma, and the like can be applied to the region 472 shown in FIG. 10A.
  • Plasma by the action such as a microwave, and divide the V O H region 471, the hydrogen H can be removed from the area 471.
  • the conductors 431a (conductors 431b and conductors 431c) are provided so as to overlap with each other. Since the conductor 431a (conductor 431b1 conductor 431c) shields the action of microwaves, high frequencies such as RF, oxygen plasma, etc., these actions do not reach the region 472. Thus, the microwave treatment, the region 472, the reduction of V O H, and excessive amount of oxygen supply does not occur, it is possible to prevent a decrease in carrier concentration.
  • oxygen deficiency in the region 471 of the material layer 452 and by removing the V O H, it is possible to make the region 471 i-type or substantially i-type. Further, it is possible to suppress the supply of excess oxygen to the region 472 that functions as the source region or the drain region, and to maintain the n-type. As a result, fluctuations in the electrical characteristics of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB can be suppressed, and fluctuations in the electrical characteristics of the cell transistor can be suppressed in the semiconductor device.
  • FIG. 9A shows that as the process 10, impurities are supplied to the recess 493A and the material layer 452 exposed in the recess 493B.
  • a p-type impurity (acceptor) is used as an impurity in order to make the region 471 a p-type channel forming region.
  • the p-type impurity for example, boron, aluminum, gallium and the like can be used.
  • an n-type impurity (donor) is used as an impurity in order to make the region 471 an n-type channel forming region.
  • the n-type impurity for example, phosphorus, arsenic and the like can be used.
  • the region not exposed to the recess 493A and the recess 493B, that is, the region 472 in contact with the material layer 451a, the material layer 451b, and the material layer 451c may have lower resistance than the region 471. is there. This is due to, for example, a low resistance due to a component contained in the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c) and a component of the material layer 452 near the interface between the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c). This is because various compounds may be produced.
  • the region 471 has a higher resistance than the region 472. Therefore, the region 472 functions as a low resistance region of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • FIG. 10B is a perspective view of the structure shown in FIG. 10A.
  • the side surfaces (each side surface of the insulator 411A to the insulator 411C), the recess 493A, and the recess 493B of the respective openings of the region 492A and the region 492B shown in FIG. 9B are formed.
  • the material layer 453 is formed.
  • the material that can be applied to the material layer 453 is the material layer 451.
  • the material layer 451 and the material layer 452 formed in the steps shown in FIGS. 7A and 7B will be taken into consideration.
  • the material layer 453 may be configured by laminating a plurality of metal oxides applicable to the material layer 451 and / or the material layer 452.
  • the material layer 452 is in contact with the material layer 453 and the material layer 453 by using microwave treatment or the like as the treatment 10 in the same manner as in the steps shown in FIGS. 10A and 10B.
  • Oxygen may be supplied to the region (not shown).
  • the material applicable to the material layer 453 is the material layer 451.
  • the material layer 452 is the material layer 451.
  • FIG. 11A is shown so that the film thicknesses of the material layer 453 and the material layer 451c are equal to each other, the semiconductor device according to one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the film thickness of the material layer 453 may be thicker or thinner than the film thickness of the material layer 451c.
  • the insulator 414 is formed on the side surface of each opening of the region 492A and the region 492B shown in FIG. 11A and the recess formed therein. That is, the insulator 414 is formed on the forming surface of the material layer 453.
  • the insulator 414 functions as a tunnel insulating film of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • the insulator 414 for example, silicon oxide or silicon oxide nitride is preferably used. Further, as the insulator 414, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide having aluminum and hafnium may be used. Further, the insulator 414 may be an insulator in which these are laminated.
  • the material layer 453 and the material are formed through the insulator 414 by using microwave treatment or the like as the treatment 10 in the same manner as in the steps shown in FIGS. 10A and 10B.
  • Oxygen may be supplied to the region of the material layer 452 in contact with the layer 453 (not shown).
  • the insulator 414 may be an insulator obtained by laminating a material applicable to the insulator 413 on the above-mentioned material. it can.
  • a material having a function of suppressing the permeation of impurities such as oxygen, water, and hydrogen as the insulator 414, water or hydrogen is diffused into the material layer 451 to the material layer 453, and the material layer 451 to the material. Desorption of oxygen from layer 453 may be prevented.
  • microwave treatment for example, silicon oxide or silicon nitride nitride is formed on the forming surface of the material layer 453, and then the microwave treatment is performed, followed by oxygen and water.
  • a material having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen may be formed to form an insulator 414.
  • the insulator 421 is formed on the side surface of each opening of the region 492A and the region 492B shown in FIG. 11B and the recess formed therein. That is, the insulator 421 is formed on the forming surface of the insulator 414.
  • the insulator 421 functions as a charge storage layer for the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • the insulator 421 for example, silicon nitride or silicon nitride oxide can be used.
  • the materials applicable to the insulator 421 are not limited to these.
  • a conductor, a semiconductor, or the like can be applied as an alternative to the insulator 421.
  • the thickness of the insulator 421 is, for example, the material layer 451a (material layer 451b, material layer 451c), the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c), and the insulator 412a (insulator 412b).
  • the thickness of the insulator 412c) is shown in substantially the same manner, but the semiconductor device according to one aspect of the present invention is not limited to this.
  • An insulator for filling a part of each of the recess 493A and the recess 493B as long as the insulator 415, the conductor 434a, and the conductor 434b are formed in the recess 493A and the recess 493B in a later step.
  • the film thickness of 421 may be increased. Further, the film thickness of the insulator 421 may be reduced as long as the insulator 421 functions as a charge storage layer.
  • the insulator 415 is formed on the side surface of each opening of the region 492A and the region 492B shown in FIG. 12A and the recess formed therein. That is, the insulator 415 is formed on the forming surface of the insulator 421.
  • the insulator 415 functions as a gate insulating film of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • the insulator 415 for example, silicon oxide or silicon oxide nitride is preferably used. Further, as the insulator 415, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide having aluminum and hafnium can be used. Further, the insulator 415 may be an insulator in which these are laminated. The insulator 415 is preferably thicker than the insulator 414. By making the insulator 415 thicker than the insulator 414, electric charges can be transferred from the material layer 453 to the insulator 421 via the insulator 414.
  • the conductor 434 is formed on the side surface of each opening of the region 492A and the region 492B shown in FIG. 12B and the recess formed therein. That is, the conductor 434 is formed on the forming surface of the insulator 415.
  • the conductor 434 for example, a material applicable to the conductor 432 described above can be used.
  • the conductor 434 contained in the region 492A and the region 492B is removed so that the conductor 434 remains only in the recesses described above by resist mask forming and etching treatment. As a result, the conductor 434a and the conductor 434b are formed. At this time, the exposed portion of the insulator 415 may be removed.
  • the conductor 434a functions as a gate electrode of the cell transistor CTrA and a word line that gives an electric potential to the gate electrode.
  • the conductor 434b functions as a gate electrode of the cell transistor CTrB and a word line that gives an electric potential to the gate electrode.
  • the insulator 416A is formed so as to fill the opening of the region 492A
  • the insulator 416B is formed so as to fill the opening of the region 492B.
  • insulator 416A and the insulator 416B for example, a material applicable to the above-mentioned insulator 413 can be used.
  • the semiconductor device shown in FIG. 1A can be manufactured.
  • the configuration example of the semiconductor device that functions as a storage device according to one aspect of the present invention is not limited to the configurations shown in FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • the configuration of the semiconductor device may be a circuit configuration in which FIGS. 1, 2A, and 2B are appropriately modified depending on the situation or as necessary.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • 15A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line N1-N2 shown in FIG. 14, and
  • FIG. 15B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line N3-N4 shown in FIG.
  • the top view of FIG. 15A, and the top view of FIG. 15B some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the step shown in FIG. 14B is performed instead of the step shown in FIG. 9B, and the insulator 413 is exposed in the recess 493A and the recess 493B by etching or the like. A part of the material layer 452 is removed to the extent that it does not occur.
  • the material layer 452 includes the region 471 of the material layer 452 in which the recess 493A and the recess 493B are formed, and the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c).
  • the film thickness may be different from that of the region 472 of the material layer 452 to be superimposed.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • 17A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line P1-P2 shown in FIG. 16
  • FIG. 17B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line P3-P4 shown in FIG.
  • the top view of FIG. 17A, and the top view of FIG. 17B some elements are omitted for the sake of clarity.
  • a resist mask is formed, an etching process, and the like are performed, and the material layer 453 and the insulator contained in the region 492A and the region 492B are formed.
  • the insulator 421, the insulator 421, the insulator 415, and the conductor 434 are removed to form an insulator 416A so as to fill the opening of the region 492A, and an insulator 416B is formed so as to fill the opening of the region 492B. It has a film structure.
  • the material layer 453a, the insulator 414a, the insulator 421a, the insulator 415a, and the conductor 434a are formed in the recess 493A, and the material layer 453b, the insulator 414b, the insulator 421b, and the insulator are formed in the recess 493B.
  • the configuration in which the body 415b and the conductor 434b are formed is shown.
  • a part of the insulator 415 is removed until the insulator 414 is exposed to the opening of the region 492A, or a part of the insulator 414 is exposed. Stopped until the material layer 453 is removed and exposed to the openings in region 492A, forming insulators 416A and 416B of FIG. 1 on the sides of the openings in regions 492A and 492B, respectively. It may be (not shown).
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • FIG. 19A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line Q1-Q2 shown in FIG. 18, and
  • FIG. 19B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line Q3-Q4 shown in FIG.
  • the top view of FIG. 19A, and the top view of FIG. 19B some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 18, 19A, and 19B has a configuration in which the steps after FIG. 11B are performed without performing the step of forming the material layer 453 of FIG. 11A in the step shown in FIG. 9B or FIG. 10A. It has become. If the insulator 414 functions sufficiently as a barrier insulating film to prevent the diffusion of impurities to the material layer 452, the material layer 453 may not be provided. In this case, since it is not necessary to provide the material layer 453, the step of manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • 21 is a top view of the portion of the alternate long and short dash line R3-R4 shown in FIG. 20.
  • the top view of the portion of the alternate long and short dash line R1-R2 shown in FIG. 20 may have substantially the same configuration as that of FIG. 2A.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 20 and 21 has a configuration in which the steps after FIG. 7B are performed without performing the step of forming the material layer 451 of FIG. 7A in the process shown in FIG. 6B.
  • the components, impurities, etc. contained in the material layer 452 may diffuse to the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c), and the conductivity of the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c) may decrease. If not, it is not necessary to provide the material layer 451 that functions as a barrier film for the component and the impurity. In this case, since it is not necessary to provide the material layer 451, the process for manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • FIG. 23 is a top view of the portion of the alternate long and short dash line S3-S4 shown in FIG. 22.
  • the top view of the portion of the alternate long and short dash line S1-S2 shown in FIG. 22 may have substantially the same configuration as that of FIG. 2A.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 22 and 23 has a configuration in which the steps after FIG. 6B are performed without performing the step of forming the insulator 412 of FIG. 6A in the process shown in FIG. 5B.
  • Components, impurities, etc. contained in the insulator 411A diffuse to the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c), and the conductor 431a (conductor 431b, conductor 431c) is diffused. If the conductivity of 431c) does not decrease, it is not necessary to provide an insulator 412 that functions as a barrier insulating film for the component, the impurity, and the like. In this case, since it is not necessary to provide the insulator 412, the process for manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • FIGS. 1, 2A, and 2B may be changed to the configuration of the semiconductor device shown in FIGS. 24 and 25.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • FIG. 25 is a top view of the portion of the alternate long and short dash line T3-T4 shown in FIG. 24.
  • the top view of the portion of the alternate long and short dash line T1-T2 shown in FIG. 24 may have substantially the same configuration as that of FIG. 2A.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • a conductor is formed on the side surface of the opening of the region 491, the steps 6A to 7A are not performed, and the steps after FIG. 7B are performed. It is a configuration that performed. A part of the region of the conductor is removed in the step of forming the recess 493A and the recess 493B in FIG. 9B. As a result, the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c shown in FIG. 24 are formed.
  • the conductors 461a, 461b, and 461c are preferably conductive materials such that a low resistance region is formed in the vicinity of the interface with the material layer 452.
  • the material layer 452 is a material containing a metal oxide, the conductor 461a, the conductor 461b, and as the conductor 461c, resistance, 2.4 ⁇ 10 3 [ ⁇ / sq] or less, preferably A metal having a thickness of 1.0 ⁇ 10 3 [ ⁇ / sq] or less, a nitride having a metal element, or an oxide having a metal element is used.
  • the conductive material include a metal film such as aluminum, ruthenium, titanium, tantalum, tungsten, and chromium, a nitride film having a metal element such as Al-Ti nitride and titanium nitride, or indium zinc oxide, In-Ga-.
  • An oxide film having a metal element such as Zn oxide can be used.
  • the conductors 461a, 461b, and 461c are not limited to the above-mentioned conductive materials as long as they are materials that play a role in lowering the resistance of the material layer 452.
  • an insulator such as silicon nitride may be used as an alternative to the conductors 461a, 461b, and 461c.
  • FIG. 9B after the steps of forming the recess 493A and the recess 493B and forming the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c, heat treatment is performed to form the conductor 461a in the material layer 452.
  • the material layer 452 and the conductor are formed by the components contained in the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c and the components contained in the material layer 452.
  • Compounds may be formed near the interface with the 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c. The compound reduces the resistance of the region 472 of the material layer 452 in contact with the conductors 461a, 461b, and conductors 461c.
  • the heat treatment may be performed in an atmosphere containing nitrogen.
  • the metal element which is a component of the conductor 461a (conductor 461b, conductor 461c) is transferred from the conductor 461a (conductor 461b and conductor 461c) to the material layer 452 or as a component of the material layer 452.
  • a certain metal element may diffuse into the conductor 461a (conductor 461b, conductor 461c), and the material layer 452 and the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c may form a metal compound.
  • the metal element of the material layer 452 and the metal elements of the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c may be alloyed.
  • the metal element of the material layer 452 With the metal element of the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c, the metal element becomes a relatively stable state, and thus a highly reliable semiconductor. Equipment can be provided.
  • the heat treatment hydrogen in the material layer 452 diffused into the region 472 of the material layer 452 in contact with the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c, and entered the oxygen deficiency existing in the region. In that case, it becomes a relatively stable state. Further, the hydrogen in the oxygen deficiency existing in the region 471 of the material layer 452 exposed in the recess 493A and the recess 493B escapes from the oxygen deficiency by the heat treatment at 250 ° C. or higher and diffuses into the region 472 to diffuse into the material layer 452. It enters the oxygen deficiency existing in the region 472 and becomes a relatively stable state. Therefore, the heat treatment lowers the resistance of the region 472 and makes the region 471 highly purified (reduces impurities such as water and hydrogen) to increase the resistance.
  • the material layer 452 when the material layer 452 is a material containing silicon, the material layer 452 comes into contact with the conductors 461a, 461b, and 461c to form the conductors 461a, 461b, and 461c. Impurities (elements, ions, etc.) contained may diffuse into the material layer 452. Further, at this time, depending on the situation or, in some cases, the recess 493A and the recess 493B are formed in FIG. 9B, and the heat treatment is performed after the step of forming the conductors 461a, 461b, and 461c. Is preferable. That is, an impurity region is formed on the surface of the material layer 452 in contact with the conductors 461a, 461b, and 461c, and near the interface.
  • n-type impurities donors
  • An n-type impurity region may be formed near the interface of the body 461c.
  • the impurities contained in the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c are p-type impurities (acceptors), the region 472 of the material layer 452, or the material layer 452 and the conductor 461a, the conductor 461b, In some cases, a p-type impurity region may be formed near the interface with the conductor 461c. That is, as a result, carriers are formed in the vicinity of the interface between the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c of the region 472 of the material layer 452 or the region 472 of the material layer 452, and the region 472 is lowered in resistance. May occur.
  • the conductive material contained in the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c and the components contained in the material layer 452 are used to cause the conductor 461a and the conductor 461b in the region 472 of the material layer 452.
  • a metal silicide may be formed in the vicinity of the interface with the conductor 461c.
  • the semiconductor device of FIGS. 24 and 25 it is before the step of forming the recess 493A and the recess 493B and forming the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c in FIG. 9B. It is preferable that no heat treatment is performed in the process. This is because, in the step shown in FIG. 5B, the conductors 461a, the conductors 461b, and the conductors for forming the conductors 461c are formed on the material layer 452, so that the heat treatment is performed at this stage. This is because the resistance may be lowered in the region of the material layer 452 in contact with the conductor. Therefore, when the semiconductor device of FIGS.
  • the heat treatment described above forms the recess 493A and the recess 493B in FIG. 9B, and also forms the conductor 461a, the conductor 461b, and the conductor 461c. It is preferable to do it later.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 1, 2A, and 2B.
  • 27A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line U1-U2 shown in FIG. 26, and
  • FIG. 27B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line U3-U4 shown in FIG. 26.
  • the top view of FIG. 27A, and the top view of FIG. 27B some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 26, 27A, and 27B has a configuration in which the steps of FIGS. 9A and subsequent steps are performed without performing the step of forming the conductor 432 of FIG. 8B in the step shown in FIG. 8A.
  • the semiconductor devices of FIGS. 26, 27A, and 27B are configured so that the second gate electrode and the wiring for giving an electric potential to the second gate electrode are not provided.
  • configuration example of the semiconductor device that functions as a storage device may be a combination of the above-described semiconductor device configuration examples 1 to 8 as appropriate.
  • the insulator, conductor, semiconductor, material layer and the like disclosed in the present specification and the like can be formed by a PVD (Physical Vapor Deposition) method and a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • the PVD method include a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, and a PLD (Pulsed Laser Deposition) method.
  • the CVD method include a plasma CVD method and a thermal CVD method.
  • examples of the thermal CVD method include a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method and an ALD (Atomic Layer Deposition) method.
  • the thermal CVD method is a film forming method that does not use plasma, it has an advantage that defects are not generated due to plasma damage.
  • the inside of the chamber may be under atmospheric pressure or reduced pressure
  • the raw material gas for the reaction is sequentially introduced into the chamber
  • the film formation may be performed by repeating the order of gas introduction.
  • each switching valve also called a high-speed valve
  • the first raw material gas is not mixed at the same time or after that so that the multiple kinds of raw materials gas are not mixed.
  • An active gas argon, nitrogen, etc. or the like is introduced, and a second raw material gas is introduced.
  • the inert gas becomes a carrier gas, and the inert gas may be introduced at the same time when the second raw material gas is introduced.
  • the first raw material gas may be discharged by vacuum exhaust, and then the second raw material gas may be introduced.
  • the first raw material gas is adsorbed on the surface of the substrate to form a first thin layer, and reacts with the second raw material gas introduced later, so that the second thin layer is on the first thin layer.
  • a thin film is formed by being laminated on.
  • Thermal CVD methods such as the MOCVD method and the ALD method can form various films such as the metal film, the semiconductor film, and the inorganic insulating film disclosed in the embodiments described so far, and for example, In-Ga-Zn.
  • trimethylindium (In (CH 3 ) 3 ), trimethylgallium (Ga (CH 3 ) 3 ), and dimethylzinc (Zn (CH 3 ) 2 ) are used.
  • the combination is not limited to these, and triethylgallium (Ga (C 2 H 5 ) 3 ) can be used instead of trimethylgallium, and diethylzinc (Zn (C 2 H 5 ) 2 ) can be used instead of dimethylzinc.
  • diethylzinc Zn (C 2 H 5 ) 2
  • dimethylzinc can also be used.
  • a liquid containing a solvent and a hafnium precursor compound hafnium alkoxide or tetrakisdimethylamide hafnium (TDHA, Hf [N (CH 3 )) 2 ] 4
  • source gas obtained by vaporizing the hafnium amide such as, using the two kinds of gases ozone (O 3) as an oxidizing agent.
  • hafnium precursor compound hafnium alkoxide or tetrakisdimethylamide hafnium (TDHA, Hf [N (CH 3 )) 2
  • source gas obtained by vaporizing the hafnium amide such as, using the two kinds of gases ozone (O 3) as an oxidizing agent.
  • other materials include tetrakis (ethylmethylamide) hafnium and the like.
  • an aluminum oxide film is formed by a film forming apparatus using the ALD method
  • a raw material obtained by vaporizing a liquid containing a solvent and an aluminum precursor compound (trimethylaluminum (TMA, Al (CH 3 ) 3), etc.).
  • TMA trimethylaluminum
  • Al (CH 3 ) 3 aluminum precursor compound
  • H 2 O gases
  • Other materials include tris (dimethylamide) aluminum, triisobutylaluminum, and aluminum tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptane dinate).
  • WF 6 gas and B 2 H 6 gas are sequentially and repeatedly introduced to form an initial tungsten film, and then WF 6 gas and H are formed. Two gases are introduced repeatedly in sequence to form a tungsten film.
  • SiH 4 gas may be used instead of B 2 H 6 gas.
  • an oxide semiconductor film for example, an In-Ga-Zn-O film is formed by a film forming apparatus using the ALD method
  • In (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced.
  • An In—O layer is formed, and then Ga (CH 3 ) 3 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced to form a GaO layer, and then Zn (CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced.
  • Zn (CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced.
  • Zn (CH 3 ) 2 gas and O 3 gas are sequentially and repeatedly introduced.
  • ZnO layer ZnO layer.
  • these gases may be used to form a mixed oxide layer such as an In—Ga—O layer, an In—Zn—O layer, and a Ga—Zn—O layer.
  • O 3 may be used of H 2 O gas obtained by bubbling water with an inert gas such as Ar in place of the gas, but better to use an O 3 gas containing no H are preferred.
  • In (C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of In (CH 3 ) 3 gas.
  • Ga (C 2 H 5 ) 3 gas may be used instead of Ga (CH 3 ) 3 gas.
  • Zn (CH 3 ) 2 gas may be used.
  • the semiconductor device includes an insulator 311A arranged above a substrate (not shown), an insulator 311B arranged above the insulator 311A, and an insulator arranged above the insulator 311B. It has 311C and.
  • the description of the substrate described in the first embodiment will be taken into consideration.
  • the semiconductor device has a region 391.
  • the region 391 is a region in which an opening is formed in the middle of the manufacturing process of the semiconductor device, and an insulator, a conductor, a semiconductor, or the like is formed in the opening after the manufacturing process of the semiconductor device. It is formed.
  • the opening may be a cylindrical opening as shown in FIGS. 29A and 29B.
  • the region 391 includes an insulator 312a (insulator 312b, insulator 312c), a conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c), and a material layer in order from the side surface of the opening.
  • a 351a material layer 351b, material layer 351c
  • a material layer 352, an insulator 313, and a conductor 332 are arranged.
  • the semiconductor device has a region 392A and a region 392B.
  • the region 392A and the region 392B are regions in which an opening is formed in the middle of the manufacturing process of the semiconductor device, and the opening is an insulator and a conductor through the manufacturing process of the semiconductor device. Etc. are formed.
  • the opening may be a slit-shaped opening as shown in FIGS. 29A and 29B.
  • a part of the material layer 353, a part of the insulator 314, a part of the insulator 315, a part of the conductor 334a, a part of the conductor 334b, and an insulator 316B And are included.
  • a conductor 333a, a part of the conductor 334a, a part of the insulator 314, and a part of the insulator 315 are arranged between the insulator 311A and the insulator 311B. Has been done.
  • a conductor 333b, a part of the region of the conductor 334b, a part of the insulator 314, and a part of the insulator 315 are arranged. There is.
  • the material layer 352 has a region 371 and a region 372.
  • the region 371 is located adjacent to the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c), and the region 372 is located adjacent to the material layer 353.
  • the region 371 becomes a channel forming region of the cell transistor CTrA (cell transistor CTrB) by the manufacturing process of the semiconductor device, and the region 372 becomes a low resistance region in the manufacturing process of the semiconductor device.
  • the conductor 334b functions as a first gate electrode and a word line that gives an electric potential to the first gate electrode, and the insulator 315 surrounded by the conductor 334b in FIG. 29A serves as a gate insulating film.
  • the conductor 333b functions as a floating gate electrode (sometimes referred to as a floating gate electrode), and the insulator 314 surrounded by the conductor 333b in FIG. 29A functions as a tunnel insulating film.
  • the conductor 331b functions as one of the source electrode and the drain electrode, and the conductor 331c functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
  • 29A functions as a channel forming region. Further, depending on the material contained in the material layer 353, the region of the material layer 353 in contact with the material layer 352 may also function as a channel forming region. Further, the insulator 313 functions as a gate insulating film, and the conductor 332 functions as a wiring for applying a potential to the second gate electrode and the second gate electrode.
  • FIG. 29A by replacing the conductor 333b with the conductor 333a and replacing the conductor 334b with the conductor 334a, it can be regarded as a top view of the cell transistor CTrA.
  • the conductor 334a functions as a first gate electrode and a word line that gives an electric potential to the first gate electrode
  • the insulator 315 surrounded by the conductor 334a is the first gate. It functions as an insulating film
  • the conductor 333a functions as a floating gate electrode
  • the insulator 314 surrounded by the conductor 333a in FIG. 29A functions as a tunnel insulating film.
  • the conductor 331a functions as one of the source electrode and the drain electrode
  • the conductor 331b functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
  • the region of the material layer 352 surrounded by the conductor 334a in FIG. 29A functions as a channel forming region.
  • the region of the material layer 353 in contact with the material layer 352 may also function as a channel forming region.
  • the insulator 313 functions as a second gate insulating film
  • the conductor 332 functions as a wiring for applying a potential to the second gate electrode and the second gate electrode.
  • Insulator 312a as an example, impurities from the insulator 311A (e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2 Etc.) have a function as a barrier insulating film that suppresses diffusion into the conductor 331a. That is, impurities in the conductor 331a can be suppressed by the insulator 312a.
  • the insulator 312b is an example.
  • the insulator 312c As a barrier insulating film that suppresses the diffusion of impurities from the insulator 311B to the conductor 331b, the insulator 312c, for example, diffuses the impurities from the insulator 311C to the conductor 331c. It has a function as a barrier insulating film that suppresses this.
  • the material layer 351a material layer 351b, material layer 351c
  • the material layer 352 material layer 353 included in the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB will be described.
  • Material layer 351a is, for example, impurities in the material layer 352 (e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, NO 2
  • the material layer 352 and the conductor 331a are provided with a material layer 351a having a function of suppressing the permeation of impurities between the material layer 352 and the conductor 331a.
  • the material layer 351b has a function as a barrier film that suppresses the diffusion of impurities from the material layer 352 to the conductor 331b, as an example.
  • the material layer 351c has a function as a barrier film that suppresses the diffusion of impurities from the material layer 352 into the conductor 331c.
  • the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB of FIG. 28 are OS transistors, it is preferable to apply, for example, a metal oxide that functions as an oxide semiconductor as the material layer 352, and the material layer 351a (material layer).
  • a metal oxide that functions as an oxide semiconductor as the material layer 352
  • the material layer 351a material layer
  • the material layer 353 is preferably a material containing the metal element and oxygen contained in the metal oxide, similarly to the material layer 351.
  • the region 371 that functions as a channel forming region in the material layer 352 is oxygen-deficient (V) more than the region 372 that functions as a low resistance region. Since O ) is low or the impurity concentration is low, the carrier concentration is low and the resistance region is high. Therefore, the region 371 can be said to be i-type (intrinsic) or substantially i-type.
  • the material layer 352 may be a plurality of layers having a material layer 352A and a material layer 352B as shown in FIG. 30A. preferable. Note that FIG. 30A is an enlarged view of the region where the cell transistor CTrA of FIG. 28 is formed.
  • the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c), the material layer 352A, the material layer 352B, and the material layer 353 formed in a later step include, for example, indium and element M (as element M, for example, aluminum).
  • element M for example, aluminum
  • metal oxides having indium, gallium, and zinc have a high bandgap and function as a semiconductor that is intrinsic (also referred to as type I) or substantially intrinsic.
  • the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB in which the metal oxide is contained in the channel forming region have a characteristic that the off-current is very low. That is, since the leakage current in the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB that are in the off state can be reduced, the power consumption of the semiconductor device may be reduced.
  • a metal oxide having an element M may be used as the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c).
  • the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c) preferably has a higher concentration of element M than the material layer 352B.
  • gallium oxide may be used as the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c).
  • a metal oxide such as In (indium) -M-Zn (zinc) oxide may be used as the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c).
  • the atomic number ratio of the element M to In is the atom of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 352B. It is preferably larger than the number ratio.
  • the film thickness of the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c) is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 2 nm or less. Further, the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c) preferably has crystallinity.
  • the release of oxygen in the material layer 352A and the material layer 352B can be suitably suppressed.
  • the material layer 351a material layer 351b, material layer 351c
  • the material layer 351a has a crystal structure such as a hexagonal crystal
  • the release of oxygen in the material layer 352A and the material layer 352B may be suppressed.
  • each of the material layer 352A and the material layer 352B is an oxide having a different chemical composition.
  • the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 352B is the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 352A. It is preferably larger than the atomic number ratio.
  • the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 352B is preferably larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 352A.
  • the same composition as that of the material layer 351a may be used as the material layer 352B.
  • the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component is higher than the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component in the metal oxide used for the material layer 352A. It may be large. Further, the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 353 may be larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the material layer 352A. Further, as the material layer 353, the same composition as that of the material layer 352A may be used.
  • the material layer 353 may be a plurality of layers having a material layer 353A and a material layer 353B as shown in FIG. 30B. Note that FIG. 30B is an enlarged view of the region where the cell transistor CTrA of FIG. 28 is formed.
  • each of the material layer 353A and the material layer 353B is an oxide having a different chemical composition.
  • the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 353B is the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 353A. It is preferably larger than the atomic number ratio.
  • the same composition as that of the material layer 351a may be used as that of the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c) may be used.
  • the material layer 352 when the material layer 352 has the material layer 352A and the material layer 352B as shown in FIG. 30A, that is, as shown in the cell transistor CTrA shown in FIG. 30C, the material layer 352 is the material layer.
  • the atomic number ratio of the element M to the metal element which is the main component in the metal oxide used for the material layer 352B is , It is preferable that it is larger than the atomic number ratio of the element M to the metal element which is the main component in each of the metal oxides used for the material layer 352A and the material layer 353A.
  • the atomic number ratio of the element M to the main component metal element in the metal oxide used for the material layer 353B is the ratio of the number of atoms of the element M to the main component metal element in each of the material layer 352A and the material layer 353A. It is preferably larger than the atomic number ratio of the element M.
  • the atomic number ratio of the element M to the metal element as the main component in the metal oxide used for the material layer 351a is the respective metal oxides used for the material layer 352A and the material layer 353A. It is preferable that it is larger than the atomic number ratio of the element M to the metal element which is the main component.
  • compositions of the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c), the material layer 352B, and the material layer 353B may be equal to each other. Further, as the material layer 353A, the same composition as that of the material layer 352A may be used.
  • the metal oxides contained in the material layer 352A, the material layer 352B, and the material layer 353 are referred to as In and gallium (hereinafter referred to as Ga).
  • the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the material layer 352B is smaller than the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the material layer 352A
  • In-Ga-Zn oxide having a composition of 3 or its vicinity can be used.
  • a metal oxide having a composition in the vicinity of any one can be used.
  • indium oxide can be used for the material layer 352A.
  • material layers 351a material layer 351b, material layer 351c
  • material layer 352A material layer 352B
  • material layer 353 material layer 353A, material layer 353B
  • the above composition indicates the atomic number ratio in the oxide formed on the substrate or the atomic number ratio in the sputtering target.
  • the composition of the material layer 352A it is preferable to increase the ratio of In because the on-current of the transistor, the mobility of the electric field effect, and the like can be increased.
  • the material layer 352A so as to be in contact with the material layer 352B, impurities and oxygen are diffused from the insulator 313 and / or the conductor 332 to the material layer 352A via the material layer 352B. Can be suppressed.
  • the material layer 353B so as to be in contact with the material layer 352B, the insulator 314, the conductor 333a (conductor 333b), the insulator 315, and the conductor 334a (conductor 334b) are arranged via the material layer 353B. ).
  • the insulator 316A and the like can suppress the diffusion of impurities and oxygen into the material layer 353A and the material layer 352A.
  • the conductor 331a (material layer 351b, material layer 351c) is interposed through the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c).
  • the material layer 352 may be, for example, amorphous silicon (hydrogenated amorphous silicon), microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, or single crystal silicon. It can be crystalline silicon or the like.
  • the material layer 352 may be a plurality of layers or a single layer as shown in FIGS. 30A and 30C. In the production examples such as the present specification, the material layer 352 will be described as a single layer.
  • the material layer 353 may be a plurality of layers or a single layer.
  • the material layer 351 is, for example, an impurity (element) for diffusing into the interface of the material layer 352 on the formation surface of the material layer 351 and a region near the interface. , Or ions).
  • the conductor is selected from, for example, aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium and the like.
  • a material containing at least one of the above-mentioned metal elements can be used.
  • an n-type impurity (donor) is used as the impurity.
  • the n-type impurity for example, phosphorus, arsenic and the like can be used.
  • p-type impurities acceptors
  • the p-type impurity for example, boron, aluminum, gallium and the like can be used.
  • the material layer 351 may be a material capable of forming silicide at the interface of the material layer 352 on the forming surface of the material layer 351 and in a region near the interface, for example.
  • a material capable of forming silicide for example, nickel, cobalt, molybdenum, tungsten, titanium or the like may be used.
  • FIG. 28, FIG. 29A, and FIG. 29B show a configuration in which one region 391 is provided between the region 392A and the region 392B
  • one aspect of the present invention is not limited to this. ..
  • one aspect of the present invention may be a configuration in which a plurality of regions 391 are provided between the regions 392A and the regions 392B.
  • FIG. 31A shows a top view of the semiconductor device when a plurality of regions 391 are provided.
  • the top view is a top view of the alternate long and short dash line A3-A4 of the semiconductor device shown in FIG. 28, and is a developed view when a plurality of regions 391 are provided.
  • the semiconductor device shown in FIG. 31A has a plurality of regions 392 in a slit shape, and a plurality of regions 391 are provided between adjacent regions 392.
  • the plurality of regions 391 may be provided in one row or as a plurality of rows in a direction having an angle with respect to the slit-shaped region 392.
  • a plurality of regions 391 may be arranged in a staggered pattern.
  • the region 392 is not slit-shaped, but may be cylindrical, for example.
  • FIG. 31B shows a configuration in which a cylindrical opening is provided in the region 394 instead of the slit-shaped opening formed in the region 392, and the material layer 353 and the insulator 314 to the insulator 316 are formed in the region 394. It has become.
  • the shape of the region 394 is not limited to a cylindrical shape, and may be a columnar shape having a figure represented in any two-dimensional shape such as an ellipse or a polygon as a bottom surface.
  • the position of the region 394 may be provided along a row in two or more different directions instead of being provided along a row in one direction as in the region 392 in FIG. 31A.
  • the position of the region 394 may be formed without depending on the regularity as described above.
  • the laminate 300 shown in FIG. 32A has, for example, an insulator 311A, a sacrificial layer 301A, an insulator 311B, a sacrificial layer 301B, and an insulator 311C.
  • the insulator 311A is placed above the substrate (not shown), the sacrificial layer 301A is placed on the insulator 311A, the insulator 311B is placed on the sacrificial layer 301A, and the sacrificial layer 301B is placed on the insulator 311B.
  • the insulator 311C is arranged on the sacrificial layer 301B.
  • Various materials can be applied to the sacrificial layer 301A and the sacrificial layer 301B.
  • silicon nitride, silicon oxide, aluminum oxide, or the like may be used as the insulator.
  • silicon, gallium, germanium or the like may be used as the semiconductor.
  • aluminum, copper, titanium, tungsten, tantalum or the like may be used as the conductor. That is, as the sacrificial layer 301A and the sacrificial layer 301B, a material that can obtain an etching selectivity with a material used in other parts may be used.
  • the insulator 311A to 311C it is preferable that the insulator is a material in which the concentration of impurities such as water or hydrogen is reduced.
  • the amount of hydrogen desorbed from the insulators 311A to 311C is the amount desorbed in terms of hydrogen molecules in the range of 50 ° C. or higher and 500 ° C. or lower in the heated desorption gas analysis method (TDS).
  • TDS heated desorption gas analysis method
  • 2 ⁇ 10 15 molecules / cm 2 or less preferably 1 ⁇ 10 15 molecules / cm 2 or less, more preferably 5 ⁇ 10 14 molecules / cm / It may be cm 2 or less.
  • the insulator 311A to the insulator 311C may be formed by using an insulator in which oxygen is released by heating.
  • the materials applicable to the insulators 311A to 311C are not limited to the above description.
  • Examples of the insulator 311A to the insulator 311C include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lantern, neodymium, hafnium, and tantalum. Insulators containing one or more materials selected from the above may be used in single layers or in layers. Further, for example, a material containing silicon oxide or silicon nitride nitride may be used. However, the materials applicable to the insulators 311A to 311C are not limited to the above description.
  • an opening is formed in the region 391 with respect to the laminate 300 shown in FIG. 32A by, for example, resist mask formation and etching treatment.
  • the resist mask can be formed by appropriately using, for example, a lithography method, a printing method, an inkjet method, or the like.
  • the photomask is not used, so that the manufacturing cost may be reduced.
  • the etching process may be a dry etching method or a wet etching method, or both may be used.
  • an insulator 312 is formed on the side surface of the opening of the region 391 so as to cover the insulators 311A to 311C, the sacrificial layer 301A, and the sacrificial layer 301B.
  • the insulator 312 functions as a film for forming the insulator 312a, the insulator 312b, and the insulator 312c in FIG. 28 in a later step. Therefore, in the present specification and the like, the description of the insulator 312 may be described by appropriately replacing the insulator 312a, the insulator 312b, and the insulator 312c.
  • the insulator 312 includes impurities (for example, water molecule, hydrogen atom, hydrogen molecule, oxygen atom, oxygen molecule, nitrogen atom, nitrogen molecule, nitrogen oxide) from the insulator 311A (insulator 311B, insulator 311C). It is preferable that the insulator functions as a barrier insulating film that suppresses the diffusion of molecules (N 2 O, NO, NO 2, etc.) into the material layer 352. In particular, the insulator 312 prevents the permeation of oxygen atoms or oxygen molecules. It is preferable to use a barrier insulating film.
  • the insulator 312 for example, aluminum oxide, hafnium oxide, gallium oxide, indium gallium zinc oxide, silicon nitride, silicon nitride or the like can be used.
  • an oxide semiconductor described later is used as the material layer 352
  • impurities such as water and hydrogen pass through the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c) and the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c), and the insulator 311A (insulator 311B).
  • the insulator 312 is shown as a single layer, but one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the insulator 312 shown in FIGS. 28, 29B, and 33A may have, for example, a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • silicon oxide is used for the insulator 312 in contact with the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c), and insulation in contact with the insulator 311A (insulator 311B, insulator 311C).
  • Aluminum oxide, hafnium oxide, or the like may be used for the body 312.
  • the conductor 331 is formed on the forming surface of the insulator 312.
  • the conductor 331 functions as a film for forming the conductor 331a, the conductor 331b, and the conductor 331c in FIG. 28 in a later step. Therefore, in the present specification and the like, the description of the conductor 331 can be described by appropriately replacing the conductors 331a, the conductors 331b, and the conductors 331c.
  • the conductor 331 functions as a film for forming the conductor 331a, the conductor 331b, and the conductor 331c
  • the conductor 331 is referred to as the cell transistor CTrA in FIG. 28 by a later step.
  • the conductor 331 is preferably a material having high conductivity.
  • the conductor 331 include, for example, a nitride containing tantalum, a nitride containing titanium, a nitride containing molybdenum, a nitride containing tungsten, a nitride containing tantalum and aluminum, a nitride containing titanium and aluminum, and the like. Is preferably used.
  • tantalum-containing nitrides are particularly preferred.
  • ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, and 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 oxygen is absorbed.
  • the material layer 352 when an oxide semiconductor described later is used as the material layer 352, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen as the conductor 331.
  • a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen it is preferable to use tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like as the conductor 331.
  • the conductor 331 is shown as a single layer, but one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the conductor 331 shown in FIGS. 28, 29B, and 33 may have, for example, a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • the conductor 331 uses a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water or hydrogen in the first layer, and a conductive material that is hard to oxidize in the second layer, or A material that maintains conductivity even if it absorbs oxygen may be used.
  • the material layer 351 is formed on the forming surface of the conductor 331.
  • the material layer 351 functions as a film for forming the material layer 351a, the material layer 351b, and the material layer 351c in FIG. 28 in a later step. Therefore, in the present specification and the like, the description of the material layer 351 can be described by appropriately replacing the material layer 351a, the material layer 351b, and the material layer 351c.
  • a low resistance region may be formed in the vicinity of the interface of the material layer 351 with the conductor 331. Further, at this time, by applying the heat treatment, a compound may be formed by the component contained in the material layer 351 and the component contained in the conductor 331. In this production example, it is assumed that an appropriate material is selected for each of the conductor 331 and the material layer 351 so that the compound has a low resistance.
  • the description of the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c) of the configuration example 9 of the semiconductor device is taken into consideration.
  • the material layer 352 is formed on the forming surface of the material layer 351.
  • a part of the material layer 352 functions as a channel forming region of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB of FIG. 28.
  • the insulator 313 is formed on the forming surface of the material layer 352.
  • the insulator 313 functions as the second gate insulating film of each of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB in FIG. 28.
  • the insulator 313 for example, it is preferable to use silicon oxide or silicon oxide nitride. Further, as the insulator 313, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide having aluminum and hafnium can be used.
  • the insulator 313 is, for example, similar to the insulator 312, impurities (e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO , NO 2, etc.), preferably functions as a barrier insulating film that suppresses permeation.
  • impurities e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO , NO 2, etc.
  • the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB of FIG. 28 are OS transistors, that is, when a metal oxide functioning as an oxide semiconductor is applied as the material layer 352, the insulator 313 is used.
  • an insulating material having a function of suppressing the permeation of oxygen For example, it is preferable to use silicon nitride, silicon nitride, silicon oxide, aluminum nitride, aluminum nitride or the like as the insulator 313.
  • silicon nitride, silicon nitride, silicon oxide, aluminum nitride, aluminum nitride or the like as the insulator 313.
  • the insulator 312 for example, it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • an insulating material having a function of suppressing permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • aluminum oxide or the like can be used as the insulator 312.
  • the material applicable to the insulator 312 is not limited to the above, and the insulator 312 can be applied to the above-mentioned insulators 311A to 311C as, for example, a film having a reduced concentration of impurities such as water and hydrogen. Materials can be used.
  • the insulator 313 is shown as a single layer, but one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the insulator 313 shown in FIGS. 28, 29B, and 35A may have, for example, a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • silicon oxide may be used for the insulator 312 in contact with the material layer 352
  • aluminum oxide, hafnium oxide, or the like may be used for the insulator 312 in contact with the conductor 332.
  • a metal oxide that functions as an oxide semiconductor is applied as the material layer 352, for example.
  • a metal oxide that functions as an oxide semiconductor is applied as the material layer 352, for example.
  • oxygen is supplied to the insulator 313, and the oxygen supplied to the insulator 313 is supplied to the material layer 352.
  • the oxygen contained in the oxide semiconductor increases, so that it is possible to prevent the oxide semiconductor from being lowered in resistance.
  • the conductor 332 is formed on the forming surface of the insulator 313 so as to fill the remaining opening of the region 391.
  • the conductor 332 functions as a wiring that gives an electric potential to the second gate electrode of each of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB in FIG. 28, and the second gate electrode.
  • the conductor 332 is selected from, for example, aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium and the like.
  • a material containing one or more of the above-mentioned metal elements can be used.
  • a semiconductor having high electrical conductivity typified by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus and silicide such as nickel silicide can also be used.
  • a conductive material containing a metal element and oxygen contained in a metal oxide applicable to the material layer 351 or the material layer 352 may be used.
  • the above-mentioned conductive material containing a metal element and nitrogen may be used.
  • a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride and tantalum nitride can be used.
  • indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, and silicon were added.
  • Indium tin oxide can be used.
  • indium gallium zinc oxide containing nitrogen can be used. By using such a material, it may be possible to capture hydrogen mixed in from a surrounding insulator or the like.
  • the conductor 332 for example, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen.
  • tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide and the like are preferably used, and a single layer or a laminated layer may be used.
  • the conductor 332 may have a configuration in which a plurality of the above-mentioned materials are laminated.
  • a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing oxygen are combined.
  • a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined.
  • a laminated structure may be formed in which the above-mentioned material containing a metal element, a conductive material containing oxygen, and a conductive material containing nitrogen are combined.
  • an insulator having an excess oxygen region as an insulator in contact with the periphery of the conductor, oxygen may be diffused in the region in contact with the insulator of the conductor.
  • an insulator having an excess nitrogen region as an insulator in contact with the periphery of the conductor, nitrogen may diffuse in the region in contact with the insulator of the conductor.
  • a material containing a metal element and a conductive material containing nitrogen are combined.
  • slit-shaped openings are formed in the regions 392A and 392B by performing, for example, resist mask formation and etching treatment on the laminated body 300.
  • the openings of the regions 392A and 392B are described as slits, but as shown in FIG. 31B, the openings of the regions 392A and 392B may be cylindrical.
  • the sacrificial layer 301A and the sacrificial layer 301B are removed from the side surfaces of the openings formed in the region 392A and the region 392B by etching or the like, and the sacrificial layer 301B is surrounded by the sacrificial layer 301A.
  • the region of the insulator 312, the conductor 331, and the material layer 351 and the region of the insulator 312, the conductor 331, and the material layer 351 surrounded by the sacrificial layer 301B are removed, and the laminate 300 is removed.
  • a recess 393A and a recess 393B are formed in the recess.
  • the insulator 312a (insulator 312b, insulator 312c), the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c), and the material layer 351a (material layer 351b). , Material layer 351c) is formed.
  • the recess 393A and the recess 393B may be formed together with the openings of the region 392A and the region 392B at the stage of the manufacturing process of the semiconductor device shown in FIG. 36A. Further, the steps of removing the sacrificial layer 301A and the sacrificial layer 301B, a part of the insulator 312, a part of the conductor 331, and a part of the material layer 351c are subject to conditions such as etching treatment. It may be different. Therefore, in the step shown in FIG. 36B, conditions such as etching treatment may be changed depending on the material to be removed.
  • FIG. 37A shows a state in which oxygen is supplied to the region 371 as the process 10.
  • Examples of the treatment for supplying oxygen include heat treatment in an oxygen atmosphere.
  • microwave treatment can be performed in an atmosphere containing oxygen.
  • the region 371 is irradiated with microwaves, high frequencies such as RF, oxygen plasma, oxygen radicals, and the like.
  • microwave processing for example, it is preferable to use a microwave processing apparatus having a power source for generating high-density plasma using microwaves.
  • the microwave processing apparatus may have a power source for applying RF to the substrate side.
  • high-density plasma high-density oxygen radicals can be generated.
  • oxygen ions generated by the high-density plasma can be efficiently guided to the material layer 352.
  • the microwave treatment is preferably performed under reduced pressure, and the pressure may be 60 Pa or more, preferably 133 Pa or more, more preferably 200 Pa or more, and further preferably 400 Pa or more.
  • the oxygen flow rate ratio (O 2 / O 2 + Ar) is 50% or less, preferably 10% or more and 30% or less.
  • the treatment temperature may be 750 ° C. or lower, preferably 500 ° C. or lower, for example, about 400 ° C.
  • the heat treatment may be continuously performed without exposing to the outside air.
  • the region 372 shown in FIG. 37A is provided so that the conductors 331a (conductors 331b and conductors 331c) are superimposed. Since the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c) shields the action of microwaves, high frequencies such as RF, oxygen plasma, etc., these actions do not reach the region 372. Thus, the microwave treatment, the region 372, the reduction of V O H, and excessive amount of oxygen supply does not occur, it is possible to prevent a decrease in carrier concentration.
  • oxygen deficiency in the region 371 of the material layer 352 and by removing the V O H, it is possible to make the region 371 i-type or substantially i-type. Further, it is possible to suppress the supply of excess oxygen to the region 372 that functions as a source region or a drain region, and maintain n-type formation. As a result, fluctuations in the electrical characteristics of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB can be suppressed, and fluctuations in the electrical characteristics of the cell transistor can be suppressed in the semiconductor device.
  • FIG. 36A shows that as the process 10, impurities are supplied to the recess 393A and the material layer 352 exposed in the recess 393B.
  • a p-type impurity is used as an impurity in order to make the region 371 a p-type channel forming region.
  • the p-type impurity for example, boron, aluminum, gallium and the like can be used.
  • an n-type impurity is used as an impurity in order to make the region 371 an n-type channel forming region.
  • the n-type impurity for example, phosphorus, arsenic and the like can be used.
  • the region not exposed to the recess 393A and the recess 393B, that is, the region 372 in contact with the material layer 351a, the material layer 351b, and the material layer 351c may have a lower resistance than the region 371. is there. This is due to, for example, a low resistance due to a component contained in the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c) and a component of the material layer 352 near the interface between the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c). This is because various compounds may be produced.
  • the treatment 10 makes the region 371 more resistant than the region 372. Therefore, the region 372 functions as a low resistance region of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • FIG. 37B is a perspective view of the structure shown in FIG. 37A.
  • materials are formed on the side surfaces (each side surface of the insulator 311A to the insulator 311C), the recess 393A, and the recess 393B of the respective openings of the region 392A and the region 392B shown in FIG. 36B.
  • Layer 353 is formed.
  • the material that can be applied to the material layer 353 is the material layer 351. And / or preferably a metal oxide applicable to the material layer 352.
  • the description of the material layer 351 and the material layer 352 formed in the steps shown in FIGS. 34A and 34B will be taken into consideration.
  • the material layer 353 may be configured by laminating a plurality of metal oxides applicable to the material layer 351 and / or the material layer 352.
  • the material layer 352 is in contact with the material layer 353 and the material layer 353 by using microwave treatment or the like as the treatment 10 in the same manner as in the steps shown in FIGS. 37A and 37B.
  • Oxygen may be supplied to the region (not shown).
  • the material applicable to the material layer 353 is the material layer 351. And / or a metal oxide applicable to the material layer 352, or a material applicable to the insulator 314 described below.
  • FIG. 38A is shown so that the film thicknesses of the material layer 353 and the material layer 351c are equal to each other, the semiconductor device according to one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the film thickness of the material layer 353 may be thicker or thinner than the film thickness of the material layer 351c.
  • the insulator 314 is formed on the side surface of each opening of the region 392A and the region 392B shown in FIG. 38A and the recess formed therein. That is, the insulator 314 is formed on the forming surface of the material layer 353.
  • the insulator 314 functions as a tunnel insulating film of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • the insulator 314 for example, silicon oxide or silicon oxide nitride is preferably used. Further, as the insulator 314, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide having aluminum and hafnium may be used. Further, the insulator 314 may be an insulator in which these are laminated.
  • the material layer 353 and the material are formed through the insulator 314 by using microwave treatment or the like as the treatment 10 in the same manner as in the steps shown in FIGS. 37A and 37B.
  • Oxygen may be supplied to the region of the material layer 352 in contact with the layer 353 (not shown).
  • the insulator 314 may be an insulator obtained by laminating a material applicable to the insulator 313 on the above-mentioned material. it can.
  • a material having a function of suppressing the permeation of impurities such as oxygen, water, and hydrogen as the insulator 314, water or hydrogen is diffused into the material layer 351 to the material layer 353, and the material layer 351 to the material is used. Desorption of oxygen from layer 353 may be prevented.
  • microwave treatment for example, silicon oxide or silicon nitride nitride is formed on the forming surface of the material layer 353, and then the microwave treatment is performed, followed by oxygen and water.
  • a material having a function of suppressing the permeation of impurities such as hydrogen may be formed to form an insulator 314.
  • the conductor 333 is formed on the side surface of each opening of the region 392A and the region 392B shown in FIG. 38B and the recess formed therein. That is, the conductor 333 is formed on the forming surface of the insulator 314.
  • the conductor 333 for example, a material applicable to the conductor 332 described above can be used.
  • the material applicable to the conductor 333 is not limited to this.
  • an insulator, a semiconductor, or the like can be applied as an alternative to the conductor 333.
  • the recess 393A and the remaining portion of the recess 393B are formed so that the conductor 333 remains in a part of the recess 393A and the recess 393B described above by resist mask formation and etching treatment. 333, and the conductor 333 contained in the region 392A and the region 392B are removed. As a result, the conductor 333a is formed in the recess 393A, and the conductor 333b is formed in the recess 393B.
  • the conductor 333a functions as a floating gate electrode of the cell transistor CTrA. Further, as described above, the conductor 333b functions as a floating gate electrode of the cell transistor CTrB.
  • the thicknesses of the conductor 333a and the conductor 333b are, for example, the material layer 351a (material layer 351b, material layer 351c) and the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c).
  • the thickness of the insulator 312a (insulator 312b, insulator 312c) is shown, but the semiconductor device according to one aspect of the present invention is not limited thereto.
  • the film thickness of the conductor 333a for filling a part of the recess 393A may be increased.
  • the film thickness of the conductor 333a may be reduced as long as the conductor 333a functions as a floating gate electrode.
  • the film thickness of the conductor 333b for filling a part of the recess 393B may be increased.
  • the film thickness of the conductor 333b may be reduced.
  • the insulator 315 is formed on the side surface of each opening of the region 392A and the region 392B shown in FIG. 39B and the recess formed therein. That is, the insulator 315 is formed on the forming surface of the conductor 333a, on the forming surface of the conductor 333b, and on the forming surface of the insulator 314.
  • the insulator 315 functions as a gate insulating film of the cell transistor CTrA and the cell transistor CTrB.
  • the insulator 315 for example, silicon oxide or silicon oxide nitride is preferably used. Further, as the insulator 315, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide having aluminum and hafnium can be used. Further, the insulator 315 may be an insulator in which these are laminated. The insulator 315 is preferably thicker than the insulator 314. By making the insulator 315 thicker than the insulator 314, it is possible to transfer charges from the material layer 353 to the conductors 333a and 333b via the insulator 314.
  • the conductor 334 is formed on the side surface of each opening of the region 392A and the region 392B shown in FIG. 39A and the recess formed therein. That is, the conductor 334 is formed on the forming surface of the insulator 315.
  • the conductor 334 for example, a material applicable to the conductor 332 described above can be used.
  • the conductors 334 contained in the regions 392A and 392B are removed so that the conductors 334 remain only in the recesses described above by resist mask forming and etching treatment. As a result, the conductor 334a and the conductor 334b are formed. At this time, the exposed portion of the insulator 315 may be removed.
  • the conductor 334a functions as a gate electrode of the cell transistor CTrA and a word line that gives an electric potential to the gate electrode.
  • the conductor 334b functions as a gate electrode of the cell transistor CTrB and a word line that gives an electric potential to the gate electrode.
  • the insulator 316A is formed so as to fill the opening of the region 392A, and the insulator 316B is formed so as to fill the opening of the region 392B.
  • insulator 316A and the insulator 316B for example, a material applicable to the above-mentioned insulator 313 can be used.
  • the semiconductor device shown in FIG. 28A can be manufactured.
  • the configuration example of the semiconductor device that functions as a storage device according to one aspect of the present invention is not limited to the configurations shown in FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • the configuration of the semiconductor device may be a circuit configuration in which FIGS. 28, 29A, and 29B are appropriately modified depending on the situation or as necessary.
  • FIGS. 28, 29A, and 29B may be changed to the configuration of the semiconductor device shown in FIGS. 42A, 43A, and 43B.
  • 42A is a cross-sectional view of a semiconductor device different from the configuration of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • FIG. 43A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line B1-B2 shown in FIG. 42
  • FIG. 43B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line B3-B4 shown in FIG. 42.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the step shown in FIG. 42B is performed instead of the step shown in FIG. 36B, and the insulator 313 is exposed in the recess 393A and the recess 393B by etching or the like. A part of the material layer 352 is removed to the extent that it does not occur.
  • the material layer 352 includes the recess 393A, the region 371 of the material layer 352 in which the recess 393B is formed, and the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c).
  • the film thickness may be different between the region 372 of the overlapping material layer 352 and the region 372.
  • FIG. 44 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • 45A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line C1-C2 shown in FIG. 44
  • FIG. 45B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line C3-C4 shown in FIG. 44.
  • FIG. 44 the top view of FIG. 45A, and the top view of FIG. 45B, some elements are omitted for the sake of clarity.
  • a resist mask is formed, an etching process, or the like is performed, and the material layer 353 and the insulator contained in the region 392A and the region 392B are formed. 314, the insulator 315, and the conductor 334 are removed, the insulator 316A is formed so as to fill the opening of the region 392A, and the insulator 316B is formed so as to fill the opening of the region 392B. It has become.
  • the insulator 314, the insulator 315, and the material layer 353 are provided to such an extent that the conductor 334a and the conductor 334b remain after the step shown in FIG. 40B. It has been removed. Further, at this time, a part of the insulator 311A to the insulator 311C may be removed.
  • the material layer 353a, the insulator 314a, the insulator 315a, and the conductor 334a are formed in the recess 393A
  • the material layer 353b, the insulator 314b, the insulator 315b, and the conductor 334b are formed in the recess 393B. The configuration is shown.
  • a part of the insulator 315 is removed until the insulator 314 is exposed to the opening of the region 392A, or a part of the insulator 314 is exposed. Stopped until the material layer 353 is removed and exposed to the openings in region 392A, forming insulators 316A and 316B in FIG. 28 on the sides of the openings in regions 392A and 392B, respectively. It may be (not shown).
  • FIG. 46 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • 47A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line D1-D2 shown in FIG. 46
  • FIG. 47B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line D3-D4 shown in FIG. 46.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 46, 47A, and 47B has a configuration in which the steps after FIG. 38B are performed without performing the step of forming the material layer 353 of FIG. 38A in the step shown in FIG. 36B or 37A. It has become. If the insulator 314 functions sufficiently as a barrier insulating film to prevent the diffusion of impurities to the material layer 352, the material layer 353 may not be provided. In this case, since it is not necessary to provide the material layer 353, the step of manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • FIG. 48 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • FIG. 49 is a top view of the portion of the alternate long and short dash line E3-E4 shown in FIG. 48.
  • the top view of the portion of the alternate long and short dash line E1-E2 shown in FIG. 48 may have substantially the same configuration as that of FIG. 29A.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 48 and 49 has a configuration in which the steps after FIG. 34B are performed without performing the step of forming the material layer 351 of FIG. 34A in the process shown in FIG. 33B.
  • the components, impurities, etc. contained in the material layer 352 may diffuse to the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c), and the conductivity of the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c) may decrease. If not, it is not necessary to provide the material layer 351 that functions as a barrier film for the component and the impurity. In this case, since it is not necessary to provide the material layer 351, the process for manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • FIG. 50 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • FIG. 51 is a top view of the portion of the alternate long and short dash line F3-F4 shown in FIG. 50.
  • the top view of the portion of the alternate long and short dash line F1-F2 shown in FIG. 50 may have substantially the same configuration as that of FIG. 29A.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 50 and 51 has a configuration in which the steps after FIG. 33B are performed without performing the step of forming the insulator 312 of FIG. 33A in the process shown in FIG. 32B.
  • Components, impurities, etc. contained in the insulator 311A diffuse into the conductor 331a (conductor 331b, conductor 331c), and the conductor 331a (conductor 331b, conductor) If the conductivity of 331c) does not decrease, it is not necessary to provide an insulator 312 that functions as a barrier insulating film for the component, the impurity, and the like. In this case, since it is not necessary to provide the insulator 312, the process for manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • FIG. 52 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • FIG. 53 is a top view of the portion of the alternate long and short dash line G3-G4 shown in FIG. 52.
  • the top view of the portion of the alternate long and short dash line G1-G2 shown in FIG. 52 may have substantially the same configuration as that of FIG. 29A.
  • some elements are omitted for the sake of clarity.
  • a conductor is formed on the side surface of the opening of the region 391, and the steps from FIGS. 33A to 34A are not performed, and the steps after FIG. 34B are performed. It is a configuration that performed. A part of the region of the conductor is removed in the step of forming the recess 393A and the recess 393B in FIG. 36B. As a result, the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c shown in FIG. 52 are formed.
  • the conductors 361a, 361b, and 361c are preferably conductive materials such that a low resistance region is formed in the vicinity of the interface with the material layer 352.
  • the conductors 361a, 361b, and 361c have a resistance value of 2.4 ⁇ 10 3 [ ⁇ / sq] or less, preferably.
  • a metal having a thickness of 1.0 ⁇ 10 3 [ ⁇ / sq] or less, a nitride having a metal element, or an oxide having a metal element is used.
  • the conductive material include a metal film such as aluminum, ruthenium, titanium, tantalum, tungsten, and chromium, a nitride film having a metal element such as Al-Ti nitride and titanium nitride, or indium zinc oxide, In-Ga-.
  • An oxide film having a metal element such as Zn oxide can be used.
  • the conductors 361a, 361b, and 361c are not limited to the above-mentioned conductive materials as long as they are materials that play a role in lowering the resistance of the material layer 352.
  • an insulator such as silicon nitride may be used as an alternative to the conductors 361a, 361b, and 361c.
  • the material layer 352 and the conductor are formed by the components contained in the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c and the components contained in the material layer 352.
  • Compounds may be formed near the interface with the 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c. The compound reduces the resistance of the region 372 of the material layer 352 in contact with the conductors 361a, 361b, and 361c.
  • the heat treatment may be performed in an atmosphere containing nitrogen.
  • the metal element which is a component of the conductor 361a (conductor 361b, conductor 361c) is transferred from the conductor 361a (conductor 361b and conductor 361c) to the material layer 352 or as a component of the material layer 352.
  • a certain metal element may diffuse into the conductor 361a (conductor 361b, conductor 361c), and the material layer 352 and the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c may form a metal compound.
  • the metal element of the material layer 352 and the metal elements of the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c may be alloyed.
  • the metal element of the material layer 352 With the metal element of the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c, the metal element becomes a relatively stable state, and thus a highly reliable semiconductor. Equipment can be provided.
  • the heat treatment hydrogen in the material layer 352 diffused into the region 372 of the material layer 352 in contact with the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c, and entered the oxygen deficiency existing in the region. In that case, it becomes a relatively stable state. Further, the hydrogen in the oxygen deficiency existing in the region 371 of the material layer 352 exposed in the recess 393A and the recess 393B escapes from the oxygen deficiency by the heat treatment at 250 ° C. or higher and diffuses into the region 372 to diffuse into the material layer 352. It enters the oxygen deficiency existing in the region 372 and becomes a relatively stable state. Therefore, the heat treatment lowers the resistance of the region 372 and purifies the region 371 (reduces impurities such as water and hydrogen) to increase the resistance.
  • the material layer 352 when the material layer 352 is a material containing silicon, the material layer 352 comes into contact with the conductors 361a, 361b, and 361c to form the conductors 361a, 361b, and 361c. Impurities (elements, ions, etc.) contained may diffuse into the material layer 352. Further, at this time, depending on the situation or, in some cases, heat treatment is performed after the steps of forming the recesses 393A and 393B in FIG. 36B and forming the conductors 361a, 361b, and 361c. Is preferable. That is, an impurity region is formed on the surface of the material layer 352 in contact with the conductors 361a, 361b, and 361c, and near the interface.
  • the impurities contained in the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c are n-type impurities (donors), the region 372 of the material layer 352, or the material layer 352 and the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor An n-type impurity region may be formed near the interface of the body 361c.
  • the impurities contained in the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c are p-type impurities (acceptors), the region 372 of the material layer 352, or the material layer 352 and the conductor 361a, the conductor 361b, In some cases, a p-type impurity region may be formed near the interface with the conductor 361c. That is, as a result, carriers are formed in the vicinity of the interface between the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c of the region 372 of the material layer 352 or the region 372 of the material layer 352, and the region 372 is lowered in resistance. May occur.
  • the conductive material contained in the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c and the components contained in the material layer 352 are used to obtain the conductor 361a and the conductor 361b in the region 372 of the material layer 352.
  • a metal silicide may be formed in the vicinity of the interface with the conductor 361c.
  • the semiconductor device of FIGS. 52 and 53 it is before the step of forming the recess 393A and the recess 393B and forming the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c in FIG. 36B. It is preferable that no heat treatment is performed in the process. This is because, in the step shown in FIG. 32B, the conductors 361a, the conductors 361b, and the conductors for forming the conductors 361c are formed on the material layer 352, so that the heat treatment is performed at this stage. This is because the resistance may be lowered in the region of the material layer 352 in contact with the conductor. Therefore, when the semiconductor device of FIGS.
  • the heat treatment described above forms the recess 393A and the recess 393B in FIG. 36B, and also forms the conductor 361a, the conductor 361b, and the conductor 361c. It is preferable to do it later.
  • FIG. 54 is a cross-sectional view of a semiconductor device having a configuration different from that of the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B.
  • FIG. 55A is a top view of the portion of the alternate long and short dash line H1-H2 shown in FIG. 54
  • FIG. 55B is a top view of the portion of the alternate long and short dash line H3-H4 shown in FIG. 54.
  • FIG. 54 the top view of FIG. 55A, and the top view of FIG. 55B, some elements are omitted for the sake of clarity.
  • the semiconductor device of FIGS. 54, 55A, and 55B has a configuration in which the steps of FIGS. 36A and subsequent steps are performed without performing the step of forming the conductor 332 of FIG. 35B in the step shown in FIG. 35A.
  • the semiconductor devices of FIGS. 54, 55A, and 55B are configured so that the second gate electrode and the wiring for giving an electric potential to the second gate electrode are not provided.
  • configuration example of the semiconductor device that functions as a storage device may be a combination of the above-described semiconductor device configuration examples 9 to 16 as appropriate.
  • the insulator, conductor, semiconductor, material layer, etc. disclosed in the present embodiment can be formed by the film forming method described in the first embodiment.
  • 56A and 56B are top views showing the configuration of a semiconductor device in which an insulator 319 is newly formed outside the regions 391 and 391 shown in FIGS. 29A and 29B, respectively.
  • an opening is first formed, and then an insulator 319 is formed so as to fill the opening.
  • the insulator 319 for example, a material applicable to the insulators 311A to 311C can be used.
  • a material applicable to the insulators 311A to 311C can be used.
  • the insulator 319 silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, aluminum nitride aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum nitride and the like can be used.
  • the insulator 319 may be a film having a plurality of layers instead of a single film.
  • the opening is formed so that the region 391 is divided and the conductor 332 is divided into the conductor 332_1 and the conductor 332_2. That is, by forming the opening in the region 391, each of the conductor 332, the insulator 313, the material layer 352, the material layer 353, the insulator 314, the conductor 333b, and the insulator 315 included in the region 391. Is divided into two.
  • the conductor 332 is divided into the conductor 332_1 and the conductor 332_2
  • the insulator 313 is divided into the insulator 313_1 and the insulator 313_2
  • the material layer 352 is the material layer 352_1 and the material layer.
  • the material layer 353 is divided into the material layer 353_1 and the material layer 353_2
  • the insulator 314 is divided into the insulator 314_1 and the insulator 314_2
  • the conductor 333b is the conductor. It is divided into two parts, 333b_1 and a conductor 333b_2, and shows a configuration in which the insulator 315 is divided into two parts, an insulator 315_1 and an insulator 315_2.
  • the outer periphery of the region 391 and the region 391 in FIG. 29B has the configuration shown in FIG. 56B.
  • the conductor 332 is divided into the conductor 332_1 and the conductor 332_2
  • the insulator 313 is divided into the insulator 313_1 and the insulator 313_2
  • the material layer 352 is a material.
  • the body 312a shows a configuration in which the insulator 312a_1 and the insulator 312a_2 are divided into two parts.
  • the number of cell transistors provided in the region 391 can be doubled by configuring the semiconductor device so as to divide the region 391 by the insulator 319. .. That is, since the number of strings provided in the region 391 can be doubled, the semiconductor device having the configuration shown in FIGS. 56A and 56B is the semiconductor device having the configuration shown in FIGS. 29A and 29B.
  • the storage capacity can be made larger than that.
  • the semiconductor device according to one aspect of the present invention is not limited to the configurations shown in FIGS. 56A and 56B.
  • the region 391 is divided into two, but for example, as shown in FIG. 57A, the region 391 may be divided into three. Alternatively, for example, as shown in FIG. 57B, the region 391 may be divided into four.
  • FIG. 57A shows an example of a configuration in which the area 391 of FIG. 29B is divided into three.
  • the conductor 332 is divided into the conductor 332_1, the conductor 332_2, and the conductor 332_3, and the insulator 313 is divided into the insulator 313_1, the insulator 313_2, and the insulator 313_3.
  • the material layer 352 is divided into three parts, a material layer 352_1, a material layer 352_2, and a material layer 352___, and the material layer 351a is divided into a material layer 351a_1, a material layer 351a_2, and a material layer 351a_3, and the conductor 331a.
  • FIG. 57B shows an example of a configuration in which the area 391 of FIG. 29B is divided into four.
  • the conductor 332 is divided into four, a conductor 332_1, a conductor 332_2, a conductor 332___, and a conductor 332_4, and the insulator 313 is an insulator 313_1, an insulator 313_2, and an insulator 313___.
  • the material layer 352 is divided into the material layer 352_1, the material layer 352_2, the material layer 352___, and the material layer 352_2, and the material layer 351a is divided into the material layer 351a_1, the material layer 351a_2, and the material.
  • the conductor 331a is divided into four conductors 331a_1, a conductor 331a_2, a conductor 331a_3 and a conductor 331a_4, and an insulator 312a is an insulator 312a_1 and an insulator 312a_2. It shows a configuration divided into four, an insulator 312a_3 and an insulator 312a_4.
  • the region 391 of the semiconductor device is divided into two, three, and four is shown, but in the semiconductor device of one aspect of the present invention, the region 391 is divided into five or more. It may be configured.
  • the semiconductor device does not have a configuration in which one opening is provided for each region 391 as shown in FIGS. 56A and 56B, but is opened so as to straddle two or more regions 391.
  • a portion may be provided and the insulator 319 may be embedded in the opening.
  • FIG. 58A in a configuration in which a plurality of regions 391 are provided between the two slit-shaped regions 392, the plurality of regions are substantially parallel to the slit-shaped regions 392 and a plurality of regions.
  • An opening may be provided so that the conductor 332 of 391 straddles the opening, and the insulator 319 may be embedded in the opening.
  • the word line electrically connected to the first gate of the cell transistor is between the insulator 311A and the insulator 311B, and the insulator 311B and the insulator 311C. It is provided between and. Therefore, when an opening is provided so as to span a plurality of regions 391 and an insulator 319 is provided in the opening, the first gate and the word line of the cell transistor are in a conductive state with an external circuit or the like. It is necessary to provide the opening.
  • the insulator 319 is provided so as to be substantially parallel to the slit-shaped region 392, so that the first gate and the word line of the cell transistor are conductive with an external circuit or the like. It is supposed to be in a state.
  • the positions and shapes of the opening and the insulator 319 are not particularly limited as long as the first gate and the word line of the cell transistor are in a conductive state with an external circuit or the like.
  • an opening may be provided in a direction having an angle with respect to the slit-shaped region 392, and an insulator 319 may be provided in the opening.
  • the first gate and the word line of the cell transistor can be connected to an external circuit or the like. It can be in a conductive state, and the semiconductor device having the configuration shown in FIG. 58B can be operated.
  • the opening is provided to the inside of the regions 392 on both sides, the first gate of the cell transistor becomes non-conducting with an external circuit or the like, so that the semiconductor device in this case is It does not work properly.
  • the metal oxide preferably contains at least indium or zinc. In particular, it preferably contains indium and zinc. In addition to them, it is preferable that aluminum, gallium, yttrium, tin and the like are contained. It may also contain one or more selected from boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, cobalt and the like. ..
  • FIG. 59A is a diagram illustrating classification of crystal structures of oxide semiconductors, typically IGZO (metal oxides containing In, Ga, and Zn).
  • IGZO metal oxides containing In, Ga, and Zn
  • oxide semiconductors are roughly classified into “Amorphous”, “Crystalline”, and “Crystal”.
  • Amorphous includes complete amorphous.
  • the “Crystalline” includes CAAC (c-axis-aligned crystalline), nc (nanocrystalline), and CAC (cloud-aligned crystal) (extracting single crystal crystal).
  • single crystal, poly crystal, and single crystal amorphous are excluded from the classification of "Crystalline”.
  • “Crystal” includes single crystal and poly crystal.
  • the structure in the thick frame shown in FIG. 59A is an intermediate state between "Amorphous” and “Crystal", and belongs to a new boundary region (New crystal line phase). .. That is, the structure can be rephrased as a structure completely different from the energetically unstable "Amorphous", "Crystal” and the like.
  • the crystal structure of the film or substrate can be evaluated using an X-ray diffraction (XRD) spectrum.
  • XRD X-ray diffraction
  • the XRD spectrum obtained by the GIXD (Glazing-Incidence XRD) measurement of the CAAC-IGZO film classified as "Crystalline" is shown in FIG. 59B (the vertical axis represents the intensity (Intensity) as an arbitrary unit (a.u.)). (Represented by).
  • the GIXD method is also referred to as a thin film method or a Seemann-Bohlin method.
  • the XRD spectrum obtained by the GIXD measurement shown in FIG. 59B will be simply referred to as an XRD spectrum.
  • the thickness of the CAAC-IGZO film shown in FIG. 59B is 500 nm.
  • a peak showing clear crystallinity is detected in the XRD spectrum of the CAAC-IGZO film.
  • the crystal structure of the film or substrate can be evaluated by a diffraction pattern (also referred to as a microelectron diffraction pattern) observed by a micro electron diffraction method (NBED: Nano Beam Electron Diffraction).
  • the diffraction pattern of the CAAC-IGZO film is shown in FIG. 59C.
  • FIG. 59C is a diffraction pattern observed by the NBED in which the electron beam is incident parallel to the substrate.
  • electron diffraction is performed with the probe diameter set to 1 nm.
  • oxide semiconductors may be classified differently from FIG. 59A.
  • oxide semiconductors are divided into single crystal oxide semiconductors and other non-single crystal oxide semiconductors.
  • the non-single crystal oxide semiconductor include the above-mentioned CAAC-OS and nc-OS.
  • the non-single crystal oxide semiconductor includes a polycrystalline oxide semiconductor, a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS: amorphous-like oxide semiconductor), an amorphous oxide semiconductor, and the like.
  • CAAC-OS CAAC-OS
  • nc-OS nc-OS
  • a-like OS the details of the above-mentioned CAAC-OS, nc-OS, and a-like OS will be described.
  • CAAC-OS is an oxide semiconductor having a plurality of crystal regions, and the plurality of crystal regions are oriented in a specific direction on the c-axis.
  • the specific direction is the thickness direction of the CAAC-OS film, the normal direction of the surface to be formed of the CAAC-OS film, or the normal direction of the surface of the CAAC-OS film.
  • the crystal region is a region having periodicity in the atomic arrangement. When the atomic arrangement is regarded as a lattice arrangement, the crystal region is also a region in which the lattice arrangement is aligned. Further, the CAAC-OS has a region in which a plurality of crystal regions are connected in the ab plane direction, and the region may have distortion.
  • the strain refers to a region in which a plurality of crystal regions are connected in which the orientation of the lattice arrangement changes between a region in which the lattice arrangement is aligned and a region in which another grid arrangement is aligned. That is, CAAC-OS is an oxide semiconductor that is c-axis oriented and not clearly oriented in the ab plane direction.
  • Each of the plurality of crystal regions is composed of one or a plurality of minute crystals (crystals having a maximum diameter of less than 10 nm).
  • the maximum diameter of the crystal region is less than 10 nm.
  • the size of the crystal region may be about several tens of nm.
  • the position of the peak indicating the c-axis orientation may vary depending on the type and composition of the metal elements constituting CAAC-OS.
  • a plurality of bright spots are observed in the electron diffraction pattern of the CAAC-OS film.
  • a certain spot and another spot are observed at point-symmetrical positions with the spot of the incident electron beam passing through the sample (also referred to as a direct spot) as the center of symmetry.
  • the lattice arrangement in the crystal region is based on a hexagonal lattice, but the unit lattice is not limited to a regular hexagon and may be a non-regular hexagon. Further, in the above strain, it may have a lattice arrangement such as a pentagon or a heptagon.
  • a clear grain boundary cannot be confirmed even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the formation of grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because CAAC-OS can tolerate distortion because the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction and the bond distance between atoms changes due to the replacement of metal atoms. It is thought that this is the reason.
  • CAAC-OS for which no clear crystal grain boundary is confirmed, is one of the crystalline oxides having a crystal structure suitable for the semiconductor layer of the transistor.
  • a configuration having Zn is preferable.
  • In-Zn oxide and In-Ga-Zn oxide are more suitable than In oxide because they can suppress the generation of grain boundaries.
  • CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity and no clear grain boundaries can be confirmed. Therefore, it can be said that CAAC-OS is unlikely to cause a decrease in electron mobility due to grain boundaries. Further, since the crystallinity of the oxide semiconductor may be lowered due to the mixing of impurities or the generation of defects, CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor having few impurities and defects (oxygen deficiency, etc.). Therefore, the oxide semiconductor having CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the oxide semiconductor having CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability. CAAC-OS is also stable against high temperatures in the manufacturing process (so-called thermal budget). Therefore, if CAAC-OS is used for the OS transistor, the degree of freedom in the manufacturing process can be expanded.
  • nc-OS has periodicity in the 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).
  • nc-OS has tiny crystals. Since the size of the minute crystal is, for example, 1 nm or more and 10 nm or less, particularly 1 nm or more and 3 nm or less, the minute crystal is also referred to as a nanocrystal.
  • nc-OS does not show regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film.
  • the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS and the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method. For example, when a structural analysis is performed on an nc-OS film using an XRD apparatus, a peak indicating crystallinity is not detected in the Out-of-plane XRD measurement using a ⁇ / 2 ⁇ scan. Further, when electron beam diffraction (also referred to as limited field electron diffraction) using an electron beam having a probe diameter larger than that of nanocrystals (for example, 50 nm or more) is performed on the nc-OS film, a diffraction pattern such as a halo pattern is performed. Is observed.
  • electron beam diffraction also referred to as limited field electron diffraction
  • nanocrystals for example, 50 nm or more
  • electron diffraction also referred to as nanobeam electron diffraction
  • an electron beam having a probe diameter for example, 1 nm or more and 30 nm or less
  • An electron diffraction pattern in which a plurality of spots are observed in a ring-shaped region centered on a direct spot may be acquired.
  • the a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
  • the a-like OS has a void or low density region. That is, the a-like OS has lower crystallinity than the nc-OS and CAAC-OS.
  • a-like OS has a higher hydrogen concentration in the membrane than nc-OS and CAAC-OS.
  • CAC-OS relates to the material composition.
  • CAC-OS is, for example, a composition of a material in which the elements constituting the metal oxide are unevenly distributed in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, or a size close thereto.
  • the metal oxide one or more metal elements are unevenly distributed, and the region having the metal element has a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, or a size close thereto.
  • the mixed state is also called a mosaic shape or a patch shape.
  • CAC-OS has a structure in which the material is separated into a first region and a second region to form a mosaic shape, and the first region is distributed in the membrane (hereinafter, also referred to as a cloud shape). It says.). That is, CAC-OS is a composite metal oxide having a structure in which the first region and the second region are mixed.
  • the atomic number ratios of In, Ga, and Zn with respect to the metal elements constituting CAC-OS in the In-Ga-Zn oxide are expressed as [In], [Ga], and [Zn], respectively.
  • the first region is a region in which [In] is larger than [In] in the composition of the CAC-OS film.
  • the second region is a region in which [Ga] is larger than [Ga] in the composition of the CAC-OS film.
  • the first region is a region in which [In] is larger than [In] in the second region and [Ga] is smaller than [Ga] in the second region.
  • the second region is a region in which [Ga] is larger than [Ga] in the first region and [In] is smaller than [In] in the first region.
  • the first region is a region in which indium oxide, indium zinc oxide, or the like is the main component.
  • the second region is a region in which gallium oxide, gallium zinc oxide, or the like is the main component. That is, the first region can be rephrased as a region containing In as a main component. Further, the second region can be rephrased as a region containing Ga as a main component.
  • a region containing In as a main component (No. 1) by EDX mapping acquired by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy). It can be confirmed that the region (1 region) and the region containing Ga as a main component (second region) have a structure in which they are unevenly distributed and mixed.
  • EDX Energy Dispersive X-ray spectroscopy
  • CAC-OS When CAC-OS is used for a transistor, the conductivity caused by the first region and the insulating property caused by the second region act in a complementary manner to switch the switching function (On / Off function). Can be added to the CAC-OS. That is, the CAC-OS has a conductive function in a part of the material and an insulating function in a part of the material, and has a function as a semiconductor in the whole material. By separating the conductive function and the insulating function, both functions can be maximized. Therefore, by using CAC-OS as a transistor, high on-current ( Ion ), high field-effect mobility ( ⁇ ), and good switching operation can be realized.
  • Ion on-current
  • ⁇ high field-effect mobility
  • Oxide semiconductors have various structures, and each has different characteristics.
  • the oxide semiconductor of one aspect of the present invention has two or more of amorphous oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, and CAAC-OS. You may.
  • the oxide semiconductor as a transistor, a transistor with high field effect mobility can be realized. Moreover, a highly reliable transistor can be realized.
  • the carrier concentration of the oxide semiconductor is 1 ⁇ 10 17 cm -3 or less, preferably 1 ⁇ 10 15 cm -3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 13 cm -3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 11 cm ⁇ . It is 3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 10 cm -3 , and more than 1 ⁇ 10 -9 cm -3.
  • the impurity concentration in the oxide semiconductor film may be lowered to lower the defect level density.
  • a low impurity concentration and a low defect level density is referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic.
  • An oxide semiconductor having a low carrier concentration may be referred to as a high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductor.
  • the trap level density may also be low.
  • the charge captured at the trap level of the oxide semiconductor takes a long time to disappear, and may behave as if it were a fixed charge. Therefore, a transistor in which a channel formation region is formed in an oxide semiconductor having a high trap level density may have unstable electrical characteristics.
  • Impurities include hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, silicon and the like.
  • the concentration of silicon and carbon in the oxide semiconductor and the concentration of silicon and carbon near the interface with the oxide semiconductor are 2 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 or less.
  • the oxide semiconductor contains an alkali metal or an alkaline earth metal
  • a defect level may be formed and carriers may be generated. Therefore, a transistor using an oxide semiconductor containing an alkali metal or an alkaline earth metal tends to have a normally-on characteristic. Therefore, the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the oxide semiconductor obtained by SIMS is set to 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less.
  • normally on means a state in which a channel exists even if a voltage is not applied to the gate and a current flows through the transistor.
  • normally off means that when a potential is not applied to the gate or a ground potential is applied to the gate, the current per 1 ⁇ m of the channel width flowing through the transistor is 1 ⁇ 10 -20 A or less at room temperature and 85 ° C. It means that it is 1 ⁇ 10 -18 A or less, or 1 ⁇ 10 -16 A or less at 125 ° C.
  • the nitrogen concentration in the oxide semiconductor obtained by SIMS is less than 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 , preferably 5 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less, and more preferably 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less. , More preferably 5 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 or less.
  • hydrogen contained in an oxide semiconductor reacts with oxygen bonded to a metal atom to become water, which may form an oxygen deficiency.
  • oxygen deficiency When hydrogen enters the oxygen deficiency, electrons that are carriers may be generated.
  • a part of hydrogen may be combined with oxygen that is bonded to a metal atom to generate an electron as a carrier. Therefore, a transistor using an oxide semiconductor containing hydrogen tends to have a normally-on characteristic. Therefore, it is preferable that hydrogen in the oxide semiconductor is reduced as much as possible.
  • the hydrogen concentration obtained by SIMS is less than 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 , preferably less than 1 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 , and more preferably 5 ⁇ 10 18 atoms / cm. Less than 3 , more preferably less than 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 .
  • FIG. 60A shows a circuit diagram of a NAND memory of one string.
  • the NAND memory of one string includes the memory cells of the memory cells MC [1] to the memory cells MC [n], the wiring WL [1] to the wiring WL [n] for controlling them, the wiring BL, and the wiring. It has an SL, a transistor STR and a transistor BTr for selecting the string thereof, a wiring SL for controlling the transistor STR, and a wiring BSL for controlling the transistor BTr.
  • the wiring WL functions as a wiring that gives a potential to the control gate of the cell transistor of the memory cell MC described later (in this specification and the like, it may be simply referred to as a gate), and the wiring SL and the wiring BL are the memories described later. It may function as a wiring that gives a potential to the first terminal and / or the second terminal of the cell transistor of the cell MC.
  • Each memory cell MC has a cell transistor CTr.
  • a cell transistor is a transistor that operates with a normally-on characteristic, and has a control gate and a charge storage layer.
  • the charge storage layer is provided in a region that overlaps with the channel forming region via the tunnel insulating film, and the control gate is provided in the region that overlaps with the charge storage layer via the blocking film.
  • a tunnel current is generated by applying a write potential to the control gate and applying a predetermined potential to either the first terminal or the second terminal of the cell transistor, and the cell transistor is generated from the channel formation region of the cell transistor. Electrons are injected into the charge storage layer.
  • the NAND memory is a semiconductor device that utilizes this principle, and the detailed operating principle will be described later.
  • a floating gate may be used instead of the charge storage layer, and in the second embodiment, the cell transistor included in the semiconductor device is described as a transistor having a floating gate.
  • the first terminal of the cell transistor CTr is electrically connected in series with the second terminal of the cell transistor CTr of the adjacent memory cell MC in terms of circuit configuration. That is, the circuit configuration shown in FIG. 1A is such that n cell transistors CTr are electrically connected in series.
  • the second terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [1] is electrically connected to the first terminal of the transistor STR
  • the first terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [n] is the transistor BTr. It is electrically connected to the first terminal of.
  • the control gates of the cell transistors CTr of the memory cells MC [1] to the memory cells MC [n] are electrically connected to each of the wiring WL [1] to the wiring WL [n].
  • the second terminal of the transistor STR is electrically connected to the wiring SL, and the gate of the transistor STR is electrically connected to the wiring SSL.
  • the second terminal of the transistor BTr is electrically connected to the wiring BL, and the gate of the transistor BTr is electrically connected to the wiring BSL.
  • the channel forming region of the cell transistor CTr may be any one of, for example, silicon, germanium, gallium arsenide, silicon carbide (SiC), the metal oxide described in the fourth embodiment, or a plurality of materials selected from the above. It is preferable to have.
  • the channel forming region contains one or more metal oxides selected from indium, element M (element M includes, for example, aluminum, gallium, yttrium, tin, etc.) and zinc, the metal oxidation
  • element M includes, for example, aluminum, gallium, yttrium, tin, etc.
  • the metal oxidation may function as a wide gap semiconductor, and the cell transistor in which the metal oxide is contained in the channel forming region has a characteristic that the off-current is very low.
  • each channel forming region of the transistor Str and the transistor BTr can also have the above-mentioned metal oxide.
  • the channel formation region of the transistor STR and / or the transistor BTr can be configured differently from the channel formation region of the cell transistor CTr.
  • a material containing the above-mentioned metal oxide can be applied to the channel forming region of the cell transistor CTr, and a material containing silicon can be applied to the channel forming region of the transistor STR and / or the transistor BTr.
  • one aspect of the present invention is not limited to the semiconductor device shown in FIG. 60A.
  • One aspect of the present invention may have a circuit configuration in which the semiconductor device shown in FIG. 60A is appropriately modified depending on the situation or as necessary.
  • one aspect of the present invention may be a semiconductor device in which a back gate is provided in the cell transistor CTr.
  • a back gate is provided in the cell transistor CTr of the memory cells MC [1] to the memory cells MC [n]. Therefore, the wiring BGL is electrically connected to each of the back gates.
  • 60B does not have a configuration in which the wiring BGL is electrically connected to each of the back gates of the cell transistors CTr of the memory cells MC [1] to the memory cells MC [n], but is connected to the back gates. On the other hand, they may be electrically connected independently to each other to supply different potentials. An operation example of the semiconductor device shown in FIG. 60B will be described later.
  • the semiconductor devices shown in FIGS. 60A and 60B may be arranged side by side in a matrix.
  • the circuit configuration thereof is the configuration shown in FIG. 61.
  • the NAND memory of a plurality of strings shown in FIG. 61 is described as one block of NAND memory.
  • the semiconductor device shown in FIG. 61 is arranged by arranging the semiconductor devices shown in FIG. 60A as one column in m columns (m is an integer of 1 or more), and shares the wiring WL with the memory cell MC in the same row. It is configured to be electrically connected as shown above. That is, the semiconductor device shown in FIG. 61 is a matrix-shaped semiconductor device having n rows and m columns, and has memory cells MC [1,1] to memory cells MC [n, m]. Therefore, the semiconductor device shown in FIG. 61 includes wiring WL [1] to wiring WL [n], wiring BL [1] to wiring BL [m], wiring BSL [1] to wiring BSL [m], and wiring.
  • the SL [1] to the wiring SL [m] and the wiring SL [1] to the wiring SL [m] are electrically connected to each other.
  • the control gate of the cell transistor CTr of the memory cell MC [j, i] (j is an integer of 1 or more and n or less and i is an integer of 1 or more and m or less) is wired WL [j]. ] Is electrically connected.
  • the wiring SL [i] is electrically connected to the second terminal of the transistor Str [i]
  • the wiring BL [i] is electrically connected to the second terminal of the transistor BTr.
  • FIG. 61 shows memory cell MC [1,1], memory cell MC [1, i], memory cell MC [1, m], memory cell MC [j, 1], and memory cell MC [j, i].
  • FIG. 62 shows the semiconductor devices shown in FIG. 60B arranged side by side in m rows (m is an integer of 1 or more) as one row.
  • the semiconductor device shown in FIG. 62 has a configuration in which a back gate is provided in each transistor of all the memory cell MCs. Therefore, the semiconductor device shown in FIG. 62 is electrically connected to each back gate. It has a wiring BGL [1] to a wiring BGL [m] for connecting.
  • the description of the semiconductor device shown in FIG. 61 is taken into consideration.
  • FIGS. 61 and 62 have a configuration in which FIGS. 60A and 60B are arranged side by side in a matrix, respectively, but one aspect of the present invention is not limited to this. In some cases, the circuit configuration can be changed according to the situation or as necessary.
  • wiring BSL [1] to wiring BSL [m] are shown as wiring for controlling the transistor BTr [1] to transistor BTr [m], respectively, but as one wiring. It may be configured to be electrically connected to each gate of the transistor BTr [1] to the transistor BTr [m].
  • the wiring for controlling the transistor STR [1] to the transistor STR [m] is not the wiring SL [1] to the wiring SL [m], but the transistor STR [1] to the transistor STR [m] as one wiring. It may be configured to be electrically connected to each gate of [m].
  • FIGS. 60A and 60B Next, an example of the operation method of the semiconductor device shown in FIGS. 60A and 60B will be described with reference to FIGS. 63A, 63B, 64A, and 64B.
  • the semiconductor device of one aspect of the present invention may be able to handle not only binary data but also multi-valued or analog-valued data. Therefore, in the description of this operation method, the data handled for writing and reading is not limited to binary.
  • Potential V PGM is a potential capable of injecting electrons charge accumulation layer of the cell transistor CTr in by applying to the control gate of the cell transistor CTr, the potential V PS is applying to the control gate of the cell transistor CTr Is the potential at which the cell transistor CTr can be turned on.
  • FIG. 63A is a timing chart showing an operation example of writing data to the semiconductor device.
  • the timing chart of FIG. 63A shows wiring WL [p] (p is an integer of 1 or more and n or less) and wiring WL [j] (where j is an integer of 1 or more and n or less and not p). ), Wiring BSL, Wiring SSL, and Wiring BL show changes in potential magnitude.
  • the timing chart of FIG. 63A shows an operation example of writing data to the memory cell MC [p].
  • a low level potential is always supplied to the wiring SSL.
  • a low level potential is applied to the gate of the transistor Str, so that the transistor Str is turned off.
  • a high level potential is supplied to the wiring BSL between the time T10 and the time T11. As a result, a high level potential is applied to the gate of the transistor BTr, so that the transistor BTr is turned on. Further, when the transistor BTr is turned on, the low level potential supplied from the wiring BL is applied to the first terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [n].
  • the potential VPS is supplied to the wiring WL [j].
  • the potential V PS to the control gate of the cell transistor CTr having memory cells MC [j] is applied.
  • the cell transistor CTr possessed by the memory cell MC [n] is turned on. It becomes.
  • the low level potential supplied from the wiring BL is applied to the first terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [n-1]. That is, the cell transistor CTr of the memory cell MC [j] is sequentially turned on.
  • the potential V PGM is supplied to the wiring WL [p]. As a result, the potential V PGM is applied to the control gate of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p]. Further, since the low level potential supplied from the wiring BL is applied to the first terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p] by the above-described operation, the cell transistor CTr of the memory cell MC [p] is applied. Electrons are injected into the charge storage layer from the channel formation region of. As a result, data is written to the memory cell MC [p]. The threshold voltage of the cell transistor CTr rises when electrons are injected into the charge storage layer from the channel formation region of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p].
  • a low level potential is supplied to the wiring BSL.
  • a low level potential is applied to the gate of the transistor BTr, so that the transistor BTr is turned off.
  • the transistor BTr is turned off by setting the potential of the wiring BL to the high level potential without supplying the low level potential to the wiring BSL. Can be done.
  • FIG. 63B is a timing chart showing an operation example of reading data from the semiconductor device.
  • the timing chart of FIG. 63A shows the wiring WL [p], the wiring WL [q] (q is an integer of 1 or more and n or less and not p), and the wiring WL [j] (where j is It is an integer that is 1 or more and n or less and is not p and q), indicates a change in the potential magnitude of the wiring BSL, the wiring SL, and the wiring SL, and the magnitude of I READ as the current flowing between the wiring SL and the wiring BL. It shows the change of the wiring.
  • 63B shows an operation example of reading data from the memory cell MC [p] and the memory cell MC [q]. Then, it is assumed that electrons are injected into the charge storage layer of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p], and no electrons are injected into the charge storage layer of the cell transistor CTr of the memory cell MC [q]. ..
  • a high level potential is supplied to the wiring BSL and the wiring SSL between the time T20 and the time T21.
  • a high level potential is applied to the gates of the transistor BTr and the transistor STR, so that the transistor BTr and the transistor STR are turned on.
  • the low level potential supplied from the wiring SL is applied to the second terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [1].
  • a low level potential is supplied to the wiring WL [p].
  • a low level potential is applied to the control gate of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p].
  • the threshold voltage of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p] is increased.
  • the cell transistor CTr of the memory cell MC [p] is turned off, and no current flows between the wiring SL and the wiring BL.
  • a low level potential is supplied to each of the wiring WL [p], the wiring WL [q], and the wiring WL [j] between the time T22 and the time T23. As a result, a low level potential is applied to the control gate of each cell transistor CTr of the memory cell MC [1] to the memory cell MC [n].
  • the potential VPS is supplied to the wiring WL [j].
  • the potential V PS to the control gate of the cell transistor CTr having memory cells MC [j] is applied.
  • the cell transistor CTr is turned on.
  • the potential VPS is supplied to the wiring WL [p].
  • the potential V PS to the control gate of the cell transistor CTr having memory cells MC [p] is is applied.
  • the threshold voltage of the cell transistor CTr of the memory cell MC [p] rises, but the cell transistor since the control gate of CTr potential V PS is applied, in this operation example, the cell transistor CTr shall become substantially oN state.
  • a low level potential is supplied to the wiring WL [q] between the time T23 and the time T24.
  • a low level potential is applied to the control gate of the cell transistor CTr of the memory cell MC [j]. Since the cell transistor CTr of the memory cell MC operates with normal-on characteristics, even if a low level potential supplied from the wiring SL is applied to the first terminal of the cell transistor CTr of the memory cell MC [j]. , The cell transistor CTr is turned on.
  • a low level potential is supplied to the wiring BSL and the wiring SSL.
  • a low level potential is applied to the respective gates of the transistor BTr and the transistor STR, so that the transistor BTr and the transistor STR are turned off.
  • FIG. 64A is a timing chart showing an operation example of erasing the data held in the semiconductor device.
  • the timing chart of FIG. 64A shows changes in the potential magnitudes of the wiring WL [j] (where j is an integer of 1 or more and n or less), the wiring BSL, the wiring SSL, the wiring BL, and the wiring SL. Shown.
  • the erasing operation for a general NAND memory is performed in units of one block, and this operation example also follows it.
  • one aspect of the present invention is not limited to this, and for example, an erasing operation may be performed for each string.
  • a low level potential is supplied to the wiring BL and the wiring SL between the time T32 and the time T33.
  • a low level potential is supplied to the wiring BSL and the wiring SSL.
  • a low level potential is applied to the respective gates of the transistor BTr and the transistor STR, so that the transistor BTr and the transistor STR are turned off.
  • a low level potential is supplied to the wiring BSL and the wiring SSL between the time T40 and the time T41.
  • a low level potential is applied to the respective gates of the transistor BTr and the transistor STR, so that the transistor BTr and the transistor STR are turned off. Therefore, the second terminal of the transistor Str and the first terminal of the transistor BTr are in a floating state.
  • the potential V BGER is supplied to the wiring BGL.
  • the potential V BGER has a very high potential.
  • the second terminal of the transistor Str and the first terminal of the transistor BTr are in a floating state, and the potential of the wiring BGL becomes VBGER , so that all of the memory cells MC [1] to the memory cells MC [n] have.
  • the potential of the channel formation region of the cell transistor CTr is boosted by capacitive coupling. Therefore, the electrons injected into the charge storage layer of each cell transistor CTr are extracted toward the channel formation region side.
  • a high level potential is supplied to the wiring BSL and the wiring SSL between the time T41 and the time T42. As a result, a high level potential is applied to the respective gates of the transistor BTr and the transistor STR, so that the transistor BTr and the transistor STR are turned on.
  • a high level potential is supplied to the wiring BL between the time T42 and the time T43.
  • the electrons extracted from the charge storage layer of the cell transistor CTr can flow through the wiring BL.
  • a low level potential is supplied to the wiring BL between the time T43 and the time T44. Subsequently, a low level potential is supplied to the wiring BSL and the wiring SSL between the time T44 and the time T45. As a result, a low level potential is applied to the respective gates of the transistor BTr and the transistor STR, so that the transistor BTr and the transistor STR are turned off. Finally, after time T45, the wiring BGL is supplied with a low level potential.
  • the data can be erased from the semiconductor device shown in FIG. 60B by using the wiring BGL.
  • FIG. 65A to 65C are examples of schematic views showing a part of the semiconductor device of FIG. 61 or 62.
  • FIG. 65A shows a perspective view of a part of the semiconductor device
  • FIG. 65B shows a top view of FIG. 65A.
  • FIG. 65C shows a cross-sectional view corresponding to the alternate long and short dash line Z1-Z2 of FIG. 65B.
  • the semiconductor device has a structure in which a wiring WL and an insulator (a region in which hatching is not shown in FIGS. 65A to 65C) are laminated.
  • An opening is formed in the structure so as to penetrate the insulator and the wiring WL at once. Then, in order to provide the memory cell MC in the region AR through which the wiring WL is penetrated, an insulator, a conductor, and a semiconductor are formed in the opening.
  • the conductor functions as a source electrode or a drain electrode of the cell transistor CTr of the memory cell MC, and the semiconductor functions as a channel forming region of the cell transistor CTr.
  • a channel forming region and a low resistance region may be formed in the semiconductor, and the low resistance region may be applied as a source electrode or a drain electrode of the cell transistor CTr.
  • a region in which an insulator, a conductor, and a semiconductor are formed in the opening is illustrated as a region HL.
  • the region HL contained inside the structure is shown by a broken line.
  • the conductor of the region HL may also function as a wiring BGL for electrically connecting to the back gate.
  • FIG. 65C it is shown that the semiconductor device shown in either FIG. 60A or FIG. 60B is formed in the region SD1 and the semiconductor device shown in FIG. 61 or FIG. 62 is formed in the region SD2. There is.
  • the region TM where the wiring WL is exposed functions as a connection terminal for giving an electric potential to the wiring WL. That is, the potential can be applied to the gate of the cell transistor CTr by electrically connecting the wiring to the region TM.
  • the wiring WL corresponds to the conductors 434a and 434b in the semiconductor devices of FIGS. 1, 2A, and 2B of the first embodiment. Further, in this case, although not shown, the charge storage layer of the semiconductor device is formed between the wiring WL and the region HL.
  • the wiring WL corresponds to the conductor 334a and the conductor 334b in the semiconductor device of FIGS. 28, 29A, and 29B of the second embodiment. Further, in this case, although not shown, the floating gate electrode of the semiconductor device is formed between the wiring WL and the region HL.
  • the shape of the region TM is not limited to the configuration examples shown in FIGS. 65A to 65C.
  • an insulator is formed on the region TM shown in FIGS. 65A to 65C, an opening is provided in the insulator, and the conductor fills the opening.
  • the configuration may be such that the PG is formed (FIGS. 66A to 66C).
  • a wiring ER is formed on the conductor PG, whereby the wiring ER and the wiring WL are electrically connected.
  • FIG. 66A the conductor PG provided inside the structure is shown by a broken line, and the broken line in the region HL is omitted.
  • the semiconductor device may form peripheral circuits of a memory cell array such as a read circuit and a precharge circuit in the lower layer thereof.
  • a Si transistor is formed on a silicon substrate or the like to form the peripheral circuit, and then the peripheral circuit according to the first aspect or the second embodiment of the present invention described above.
  • a semiconductor device may be formed.
  • 67A and 69A are cross-sectional views in which a peripheral circuit is composed of a planar type Si transistor, and a semiconductor device according to one aspect of the present invention is formed on an upper layer thereof.
  • FIGS. 68A and 70A are cross-sectional views in which the peripheral circuit is composed of a FIN type Si transistor, and the semiconductor device according to one aspect of the present invention is formed on the upper layer thereof.
  • the semiconductor device shown in FIGS. 67A and 68A applies the configuration of the semiconductor device shown in FIG. 1 as an example, and the semiconductor device shown in FIGS. 69 and 70 is an example of the semiconductor device shown in FIG. 28. The configuration of is applied
  • a conductor 1221 for electrically connecting to one of the source and drain of the cell transistor at one end of one string and the string The conductor 1222 and the conductor 1223 electrically connected to the back gate electrode of the cell transistor included in the above, the insulator 1202, and the insulator 1203 are illustrated.
  • the conductor 1221 is provided so as to be in contact with the insulator 412, the conductor 431, and the material layer 451 on the upper surface of the laminated body of the cell transistors.
  • the insulator 1202 is formed so as to cover the laminated body of the cell transistors and the conductor 1221. Further, the insulator 1202 is provided with an opening so that the back gate electrode (conductor 432) of the cell transistor is exposed, and the conductor 1222 is provided so as to fill the opening. Further, the conductor 1223 is provided so as to be in contact with the conductor 1222.
  • the insulator 1203 is formed so as to cover the conductor 1223, the insulator 1202, and the laminated body of the cell transistors.
  • the conductor 1221, the conductor 1222, and the conductor 1223 for example, it is preferable to use a material applicable to the conductor 432.
  • the insulator 1202 and the insulator 1203 for example, it is preferable to use a material applicable to the insulator 412.
  • the insulator 1202, and the insulator 1203, impurities from the outside world e.g., water molecules, hydrogen atoms, hydrogen molecules, oxygen atoms, oxygen molecules, nitrogen atom, a nitrogen molecule, nitric oxide molecule (N 2 O, NO, It is preferable to have a barrier insulating film that prevents (NO 2 and the like) from diffusing into the laminated body of cell transistors.
  • the transistor Str and the transistor corresponding to the transistor BTr are omitted, but these transistors are insulated from the laminate having the cell transistor. It may be provided between the body 1202 and between the laminate having the cell transistor and the insulator 1201.
  • the Si transistors constituting the peripheral circuits are formed on the substrate 1700.
  • the element separation layer 1701 is formed between a plurality of Si transistors.
  • a conductor 1712 is formed as a source and a drain of the Si transistor.
  • the conductor 1730 is formed so as to extend in the channel width direction, and is connected to another Si transistor or the conductor 1712 (not shown).
  • a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate made of silicon germanium, an SOI substrate, or the like can be used.
  • the substrate 1700 for example, a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a flexible substrate, a bonding film, paper containing a fibrous material, a base film, or the like may be used. Further, a semiconductor element may be formed using a certain substrate, and then the semiconductor element may be transposed to another substrate. 67A, 68A, 69, and 70 show an example in which a single crystal silicon wafer is used for the substrate 1700.
  • the planar type Si transistor shown in FIGS. 67A and 69 shows a cross-sectional view in the channel length direction
  • the planar type Si transistor shown in FIG. 67B shows a cross-sectional view in the channel width direction.
  • the Si transistor is provided in contact with a channel forming region 1793 provided in the well 1792, a low concentration impurity region 1794, a high concentration impurity region 1795 (collectively referred to as an impurity region), and the impurity region.
  • a metal silicide or the like may be used for the conductive region 1796.
  • the FIN type Si transistor shown in FIGS. 68A and 70 shows a cross-sectional view in the channel length direction
  • the FIN type Si transistor shown in FIG. 68B shows a cross-sectional view in the channel width direction.
  • the channel forming region 1793 has a convex shape
  • a gate insulating film 1797 and a gate electrode 1790 are provided along the side surfaces and the upper surface thereof.
  • the SOI substrate may be processed to form a semiconductor layer having a convex shape.
  • Insulator 1201 is formed on the upper layer of the circuit formed by the Si transistor, the conductor 1712, the conductor 1730, etc. on the substrate 1700. Further, the insulator 1201 is formed so as to embed a conductor 1211 for electrically connecting to the circuit.
  • a metal oxide is contained in the channel forming region of the cell transistor CTr, it is preferable to use an insulator having a barrier property against hydrogen or the like as the insulator 1201 and the conductor 1211. This is to suppress the diffusion of hydrogen from the Si transistor to the cell transistor CTr via the insulator 1201 and / or the conductor 1211.
  • insulator 1201 a material applicable to the above-mentioned insulators 411A to 411C can be used.
  • tantalum nitride or the like having a barrier property against hydrogen may be used as the conductor 1211. Further, by laminating tantalum nitride and tungsten having high conductivity, it is possible to suppress the diffusion of hydrogen from the Si transistor while maintaining the conductivity as wiring.
  • FIGS. 68A, 68B, 69, and 70 are the same as those shown in FIGS. 67A and 67B.
  • FIGS. 71A to 71D, 72A to 72C, and 73 are a top view of the memory cell array 700
  • FIG. 71B is a cross-sectional view of a portion shown by the alternate long and short dash line Y1-Y2 of FIG. 71A
  • FIG. 71C is a cross-sectional view of a portion shown by the alternate long and short dash line Y3-Y4 of FIG. 71A, and is a cross-sectional view for explaining the memory string.
  • 71D is an enlarged cross-sectional view of the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG.
  • FIGS. 72A and 72B are enlarged perspective views of the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 71B. It is a figure explaining the cell transistor 710 which functions as a memory cell respectively.
  • FIG. 72C is an enlarged perspective view of a portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 71C, and is a diagram for explaining a transistor that functions as a selection transistor.
  • an orthogonal coordinate system including an x-axis, a y-axis, and a z-axis will be set and described for convenience.
  • the x-axis and the y-axis are taken parallel to the upper surface of the base 720 on which the memory cell array 700 is provided
  • the z-axis is taken perpendicular to the upper surface of the base 720.
  • the memory cell array 700 has a laminate in which a conductor 701 (conductor 701_1 to conductor 701_m: m is a natural number of 2 or more) or a conductor 702 and an insulating film are alternately laminated on a substrate 720.
  • the conductor 703 (insulator 703_1 to insulator 703_4) is provided inside the opening formed so as to penetrate the laminate, and the oxide 704 (oxide 704_1 to oxide) is provided inside the insulator 703.
  • Each unit has a conductor 706 (conductor 706_1 to conductor 706_1) that is electrically connected to each other, and a conductor 707 (conductor 707_1 to conductor 706_1) that is electrically connected to each of the conductors 701_1 to 701_m.
  • the conductors 701 are displayed in four or more stages in order to represent the plurality of conductors 701.
  • the present embodiment is not limited to FIG. 71B, and at least the conductors 701 are displayed in two or more stages. You just have to have it.
  • the memory cell array 700 has a SOL-side laminate connected to the source line SOL and a BIL-side laminate electrically connected to the bit line BIL.
  • the source line SOL and the bit line BIL will be described later.
  • the conductor 701 is provided so as to extend in the x-axis direction.
  • the insulator 703 and the oxide 704 are provided so as to extend in the z-axis direction. That is, it is preferable that the conductor 701, the insulator 703, and the oxide 704 are provided so as to intersect each other perpendicularly.
  • the conductor 707 is provided so as to extend in the z-axis direction.
  • the conductor 708 may be provided by stretching in the y-axis direction.
  • a conductor that functions as a bit wire BIL connected to the conductor 705 may be extended in the y-axis direction. Further, a part of the conductor 705 may be made to function as a bit wire BIL, and the conductor 705 may be extended in the y-axis direction.
  • the oxide 704 is formed in a columnar shape and is provided by extending in the z-axis direction. Further, the insulator 703 is provided so as to surround the side periphery of the columnar oxide 704. Further, the conductor 707 is formed in a columnar shape and is provided so as to extend in the z-axis direction.
  • the columnar oxide 704 is electrically connected to the conductor 706 at the lower end in the z-axis direction, and is electrically connected to the conductor 705 at the upper end. Further, as shown in FIG. 71C, the conductor 706 is electrically connected to the lower ends of two adjacent columnar oxides 704, and the upper ends of the two columnar oxides 704 are electrically separated from each other. It is electrically connected to the conductor 705.
  • the vicinity of the region where the conductor 701, the insulator 703, and the oxide 704 intersect functions as a cell transistor. Further, the vicinity of the region where the conductor 702, the insulator 703, and the oxide 704 intersect each other functions as a selection transistor.
  • the channel length direction of these cell transistors and selection transistors is parallel to the z-axis. Cell transistors or selection transistors are electrically connected in series, which make up the memory string.
  • the configuration of the semiconductor device shown in the present embodiment is an example, and the present invention is not limited to the number and arrangement of circuit elements, wirings, etc. shown in the drawings and the like according to the present embodiment. ..
  • the number, arrangement, and the like of the circuit elements, wirings, and the like included in the semiconductor device according to the present embodiment can be appropriately designed and determined according to the circuit configuration and the driving method.
  • the substrate 720 on which the memory cell array 700 is provided preferably has an insulating surface.
  • a semiconductor substrate having an insulating film formed on the surface, an insulator substrate, a conductor substrate having an insulator formed on the surface, or the like may be used.
  • the semiconductor substrate, insulator substrate, and conductor substrate used as the substrate 720 can be, for example, a substrate that can be used in the semiconductor device described in the first embodiment.
  • the conductor 701 functions as a gate of the cell transistor and is electrically connected to the word line. That is, the conductor 701, the conductor 707, and the conductor 708 also function as part of the word line.
  • the conductor 701 is preferably provided in a stepped shape in which the lower conductor 701 is extended toward the Y2 side from the upper conductor 701. By providing the conductor 701 in this way, a part of the upper surface of the conductor 701 in the lower layer does not overlap with the conductor 701 in the upper layer. Can be connected.
  • a conductive material such as silicon or metal to which impurities have been added can be used.
  • silicon is used as the conductor 701
  • amorphous silicon or polysilicon can be used.
  • p-type impurities and n-type impurities may be added.
  • the conductive material containing silicon titanium, cobalt, or silicide containing nickel can be used as the conductor 701.
  • a metal material aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, etc.
  • a material containing at least one metal element selected from ruthenium and the like can be used.
  • the conductor 702 is provided on the conductor 701.
  • the conductor 702 functions as a gate of the selection transistor (bit line side selection transistor: SDT and source line side selection transistor: SST).
  • the same material as that of the conductor 701 can be used.
  • the conductor 702 may use the same material as the conductor 701, or may use a different material.
  • the materials used for the conductor 701 and the conductor 702 may be determined in consideration of the work function and the like.
  • an oxide, a nitride, an oxide nitride, a nitride oxide, a metal oxide, a metal oxide nitride, and a metal nitride having insulating properties are provided. Things can be used. Silicon oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, silicon oxide with fluorine added, silicon oxide with carbon added, silicon oxide with carbon and nitrogen added, silicon oxide with pores or resin have a specific dielectric constant. Is low, so it is suitable to use for the insulating film.
  • the oxide nitride refers to a material whose composition has a higher oxygen content than nitrogen
  • the nitride oxide refers to a material whose composition has a higher nitrogen content than oxygen
  • the metal oxide nitride refers to a material whose composition has a higher oxygen content than nitrogen
  • the metal nitride oxide refers to a material whose composition has a higher nitrogen content than oxygen.
  • the insulating film aluminum oxide, gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxide having aluminum and hafnium, nitride oxide having aluminum and hafnium, oxide having silicon and hafnium, oxidation having silicon and hafnium.
  • Nitridees or nitrides with silicon and hafnium can also be used, but due to their high relative dielectric constant, parasitic capacitance may occur between the conductors 701 or between the conductors 701 and 702. .
  • the material used for the insulating film can be determined according to the design and application of the device.
  • the insulator 703 has an insulator 703a, an insulator 703b, and an insulator 703c.
  • the insulator 703a is provided on the conductor 701 side
  • the insulator 703c is provided on the oxide 704 side
  • the insulator 703b is provided between the insulator 703a and the insulator 703c.
  • the insulator 703a functions as a gate insulating layer
  • the insulator 703b functions as a charge storage layer.
  • the insulator 703c functions as a tunnel insulating layer.
  • the selection transistor does not have to be provided with the charge storage layer and the tunnel insulating layer. Therefore, in the bit line side transistor: SDT and the source line side transistor: SST, the insulator 703b and the insulator 703c may not be provided as the insulator 703, and only the insulator 703a may be provided.
  • the oxide 704 has a two-layer structure of the oxide 704a and the oxide 704b, but the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 72B, the oxide 704 may have a three-layer structure of the oxide 704a, the oxide 704b, and the oxide 704c, or may have a laminated structure of four or more layers. Further, the insulator 711 may be provided inside the oxide 704b.
  • silicon oxide or silicon oxide nitride it is preferable to use silicon oxide or silicon oxide nitride as the insulator 703a. Further, aluminum oxide, hafnium oxide, or oxides having aluminum and hafnium may be used. Further, these may be laminated to form an insulator 703a.
  • the insulator 703b it is preferable to use a material that functions as a charge storage layer, and it is preferable to use silicon nitride or silicon nitride oxide. Further, aluminum oxide, hafnium oxide, or oxides having aluminum and hafnium may be used.
  • silicon oxide or silicon oxide nitride As the insulator 703c. Further, aluminum oxide, hafnium oxide, or oxides having aluminum and hafnium may be used. Further, these may be laminated to form an insulator 703c. Further, the insulator 703c is preferably thinner than the insulator 703a. As will be described in detail later, when writing or erasing data to the cell transistor, electric charges are transferred between the oxide 704 and the insulator 703b through the insulator 703c. That is, the insulator 703c functions as a tunnel insulating layer.
  • the insulator 703 formed at the bottom of the openings is different by using dry etching or the like. It needs to be removed by anisotropic etching. During anisotropic etching, the insulator 703c is also exposed to plasma, radicals, gas, chemicals, and the like on the side surfaces. If the side surface of the insulator 703c is damaged by these, a trap center is generated in the insulator 703c, which may affect the electrical characteristics of the transistor.
  • the side surface of the insulator 703c is required to have high resistance to damage due to etching.
  • the insulator 703a, the insulator 703b, and the insulator 703c can be formed by using an ALD method, a CVD method, or the like. Further, in order to prevent contamination of the interfaces of the insulator 703a, the insulator 703b, and the insulator 703c, it is exposed to the air atmosphere in the same chamber or by using a multi-chamber type film forming apparatus having a plurality of chambers. It is preferable to form a film continuously without forming a film.
  • the oxide 704 it is preferable to use a metal oxide that functions as an oxide semiconductor. More preferably, an oxide semiconductor having a high field effect mobility is used. Such an oxide semiconductor has better transistor-on characteristics than a semiconductor made of silicon or the like, and can obtain high mobility.
  • oxide 704 In-M-Zn oxide (element M is aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lantern, cerium, neodymium). , Hafnium, tantalum, tungsten, gallium, etc. (one or more) and the like may be used. In particular, it is preferable to use In-Ga-Zn oxide. Moreover, you may use In-Ga oxide and In-Zn oxide as oxide 704.
  • an oxide semiconductor having high field effect mobility By applying an oxide semiconductor having high field effect mobility to the semiconductor device, it may be possible to speed up the operation in writing, reading, or erasing.
  • the oxide 704 preferably has an oxide 704a provided on the insulator 703c side and an oxide 704b provided inside the oxide 704a, for example.
  • FIG. 71D is an enlarged view of the cell transistor 710 surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 71B.
  • the oxide 704a it is preferable to use an oxide having a relatively wide energy gap with respect to the oxide 704b.
  • an oxide having a wide energy gap may be referred to as a wide gap
  • an oxide having a narrow energy gap may be referred to as a narrow gap.
  • the oxide 704a has a wide gap and the oxide 704b has a narrow gap
  • the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 704a is higher than the energy at the lower end of the conduction band of the oxide 704b.
  • the electron affinity of the oxide 704a is smaller than the electron affinity of the oxide 704b.
  • the oxide 704a and the oxide 704b are combined in a combination in which the atomic number ratio of each metal atom is different.
  • the atomic number ratio of the element M in the constituent elements is larger than the atomic number ratio of the element M in the constituent elements in the metal oxide used in the oxide 704b.
  • the atomic number ratio of the element M to In is preferably larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the oxide 704b.
  • the atomic number ratio of In to the element M is preferably larger than the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the oxide 704a.
  • a metal oxide having a composition of 1 and a composition close thereto can be used.
  • a metal oxide having a composition of Ga: Zn 4.1 and a composition in the vicinity thereof.
  • the above composition indicates the atomic number ratio in the oxide formed on the substrate or the atomic number ratio in the sputtering target.
  • the oxides 704a and 704b may be formed by a sputtering method, or may be formed by a plasma CVD method, a thermal CVD method (ALD method, MOCVD method, etc.) or the like. Further, in order to prevent contamination of the interface between the oxide 704a and the oxide 704b, the film forming apparatus of the multi-chamber type having a plurality of chambers or in the same chamber is used continuously without being exposed to the air atmosphere. It is preferable to form a film. Therefore, it is more preferable to form the oxide 704a and the oxide 704b in succession with the insulator 703a, the insulator 703b, and the insulator 703c.
  • CAAC-OS described in the fourth embodiment it is preferable to use CAAC-OS described in the fourth embodiment as the oxide 704a and CAC-OS as the oxide 704b.
  • CAAC-OS it is preferable that the c-axis is oriented parallel to the xy plane shown in FIG. 71A or the like, that is, perpendicular to the z-axis and oriented from the side surface of the opening toward the center. ..
  • the lower end of the conduction band changes gently.
  • the lower end of the conduction band at the junction between the oxide 704a and the oxide 704b is continuously changed or continuously bonded.
  • the oxide 704a and the oxide 704b have a common element (main component) other than oxygen, a mixed layer having a low defect level density can be formed.
  • the oxide 704b is an In-Ga-Zn oxide
  • the defect level density at the interface between the oxide 704a and the oxide 704b can be lowered. Therefore, the influence of interfacial scattering on carrier conduction is reduced, and the cell transistor 710 can obtain a high on-current.
  • the oxide 704b is provided so as to be surrounded by the oxide 704a.
  • the carrier when the carrier is flowed through the oxide 704 in the direction from the conductor 705 to the conductor 706 or in the direction from the conductor 706 to the conductor 705, the carrier mainly in the component having a narrow gap. Flows. Therefore, when the above configuration is used, a high current driving force, that is, a large on-current and a high field effect mobility can be obtained in the on-state of the transistor.
  • the oxide 704a between the oxide 704b and the insulator 703c the oxide 704b serving as a carrier path and the insulator 703c do not come into direct contact with each other, and the formation of the trap center is suppressed. be able to.
  • the trap center formed at the interface between the semiconductor (oxide semiconductor) and the insulator captures electrons and fluctuates the threshold voltage of the transistor in the positive direction, so that the reliability of the transistor and the on / off characteristics of the transistor are changed. May have an adverse effect on. Therefore, since the transistor using the oxide is not affected by the electrical characteristics of the trap center, a higher current driving force, that is, a large on-current and a high field effect mobility can be obtained in the on state. Further, the transistor and the semiconductor device using the transistor can obtain high reliability.
  • FIG. 72B shows a different example of the cell transistor 710.
  • the cell transistor 710 is provided with an oxide 704a inside the insulator 703a, the insulator 703b, and the insulator 703c, an oxide 704b inside the oxide 704a, and inside the oxide 704b.
  • the insulator 711 may be provided so as to be embedded inside the oxide 704c.
  • the insulator 711 is not always provided, and the inside of the oxide 704c may be hollow.
  • the oxide 704b may be provided so as to be sandwiched between the oxide 704a and the oxide 704c.
  • the oxide 704c preferably has a wide gap like the oxide 704a.
  • the insulator 711 is preferably a material capable of supplying oxygen to the oxide 704 or a material capable of supplying impurities such as hydrogen and nitrogen.
  • oxygen may be supplied to the oxide 704.
  • impurities such as hydrogen and water contained in the oxide 704 can be removed, and the oxide 704 is highly purified.
  • a cell transistor and a semiconductor device using the transistor can obtain high reliability.
  • the opening formed in the laminated body to which the cell transistor 710 is provided has a circular upper surface in FIGS. 71A, 72A, 72B, etc., but is not limited to this, and for example, the upper surface has an elliptical shape. It may be a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle. Further, in the case of a polygonal shape, the shape may have rounded corners. Further, the upper surface shapes of the insulator 703 and the oxide 704 may also change according to the upper surface shape of the opening. Further, the opening may have a shape in which the cross-sectional area of the opening below (conductor 706 side) is narrower than the cross-sectional area of the opening above (conductor 705 side).
  • the cell transistor is composed of the oxide 704, the insulator 703, and the conductor 701 (any one of the conductor 701_1 to the conductor 701_m).
  • FIG. 71 shows an example in which cell transistors are stacked in m stages (m is a natural number of 4 or more).
  • the conductor 705 is electrically connected to the oxide 704 and functions as a part of the source wire SOL or the bit wire BIL.
  • the conductor 705 it is preferable to use a conductive material containing a metal element. Further, it is preferable that a metal compound layer containing the metal element contained in the conductor 705 and the component of the oxide 704 is formed at the interface between the conductor 705 and the oxide 704. The formation of the metal compound is preferable because the contact resistance between the conductor 705 and the oxide 704 is reduced.
  • the conductor 705 absorbs the oxygen contained in the oxide 704 and reduces the resistance of the oxide 704 near the interface between the conductor 705 and the oxide 704 to reduce the resistance of the oxide 704 to the conductor 705 and the oxide 704. Contact resistance can be reduced.
  • the same material as the conductor 705 can be used. Further, the conductor 706 may use the same material as the conductor 705, or may use a different material.
  • a metal compound layer containing the metal element of the conductor 706 and the component of the oxide 704 is formed at the interface between the conductor 706 and the oxide 704.
  • the formation of the metal compound is preferable because the contact resistance between the conductor 706 and the oxide 704 is reduced.
  • the conductor 706 absorbs the oxygen contained in the oxide 704 and reduces the resistance of the oxide 704 near the interface between the conductor 706 and the oxide 704 to reduce the resistance of the oxide 704 to the conductor 706 and the oxide 704. Contact resistance can be reduced.
  • FIG. 73 is a top view illustrating a memory cell array 700A in which a plurality of memory cell arrays 700 having six stages of cell transistors are combined.
  • some components are omitted for ease of explanation.
  • the selection transistor bit line side transistor: SDT and source line side transistor: SST
  • the conductor 705 that functions as a part of the bit line BIL and the source line SOL
  • the conductor 708 that functions as a part of the word line WOL are shown by solid lines. ..
  • each memory cell array 700 has four memory strings having six-stage cell transistors.
  • the end of the memory string on the bit line side is electrically connected to different bit line BILs (bit line BIL_1 to bit line BIL_1).
  • bit line BIL_1 bit line BIL_1 to bit line BIL_1.
  • the end of the memory string on the source line side is electrically connected to the source line SOL, and a common potential is given.
  • the source line SOL may be grounded or may be given a constant potential. Further, the potential may be changed according to the operation of the circuit.
  • Conductors 701_1 to 701_1 are electrically connected to different word lines WOL.
  • the conductors 701_1 to 701_1 are shown as reference numerals.
  • the conductor 701 on the bit line side is electrically connected to the word line WOLa_1 to the word line WOLa_6, respectively, and the conductor 701 on the source line side is electrically connected to the word line WOLb_1 to the word line WOLb_6, respectively.
  • FIG. 74 shows an example of the configuration of the storage device.
  • the storage device 2600 has a peripheral circuit 2601 and a memory cell array 2610.
  • the peripheral circuit 2601 has a low decoder 2621, a word line driver circuit 2622, a bit line driver circuit 2630, an output circuit 2640, and a control logic circuit 2660).
  • the semiconductor device described in the first embodiment can be applied to, for example, the memory cell array 2610.
  • the storage device 2600 is supplied with a low power supply voltage (VSS), a high power supply voltage (VDD) for the peripheral circuit 2601, and a high power supply voltage (VIL) for the memory cell array 2610 as power supply voltages from the outside.
  • VSS low power supply voltage
  • VDD high power supply voltage
  • VIL high power supply voltage
  • control signal (CE, WE, RE), the address signal ADDR, and the data signal WDATA are input to the storage device 2600 from the outside.
  • the address signal ADDR is input to the low decoder 2621 and the column decoder 2631, and the data signal WDATA is input to the write circuit 2634.
  • the control logic circuit 2660 processes control signals (CE, WE, RE) input from the outside to generate control signals to be input to the low decoder 2621 and the column decoder 2631.
  • 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 2660 is not limited to this, and other control signals may be input as needed.
  • circuits or signals can be appropriately discarded as needed.
  • the transistor can be applied to the storage device 2600.
  • a small storage device 2600 can be provided. Further, it is possible to provide a storage device 2600 capable of reducing power consumption. Further, it is possible to provide a storage device 2600 capable of improving the operating speed. In particular, by using only the p-channel type Si transistor, the manufacturing cost can be kept low.
  • the configuration example of this embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 74.
  • a part of the peripheral circuit 2601, for example, the precharge circuit 2632 and / and the sense amplifier 2633 may be provided in the lower layer of the memory cell array 2610, and the configuration may be appropriately changed.
  • This embodiment shows an example of a semiconductor wafer on which the semiconductor device and the like shown in the above embodiment are formed, and an electronic component in which the semiconductor device is incorporated.
  • the semiconductor wafer 4800 shown in FIG. 75A has a wafer 4801 and a plurality of circuit units 4802 provided on the upper surface of the wafer 4801.
  • the portion without the circuit portion 4802 is the spacing 4803, which is a dicing region.
  • a dicing process is performed. Dicing is performed along the scribing line SCL1 and the scribing line SCL2 (sometimes referred to as a dicing line or a cutting line) indicated by an alternate long and short dash line.
  • the spacing 4803 is provided so that a plurality of scribe lines SCL1 are parallel to each other and a plurality of scribe lines SCL2 are parallel to each other so that the dicing process can be easily performed. It is preferable to provide it so that it is vertical.
  • the chip 4800a as shown in FIG. 75B can be cut out from the semiconductor wafer 4800.
  • the chip 4800a has a wafer 4801a, a circuit unit 4802, and a spacing 4803a.
  • the spacing 4803a is preferably made as small as possible. In this case, the width of the spacing 4803 between the adjacent circuit units 4802 may be substantially the same as the cutting margin of the scribe line SCL1 or the cutting margin of the scribe line SCL2.
  • the shape of the element substrate of one aspect of the present invention is not limited to the shape of the semiconductor wafer 4800 shown in FIG. 75A.
  • the shape of the element substrate can be appropriately changed depending on the process of manufacturing the device and the device for manufacturing the device.
  • FIG. 75C shows a perspective view of a substrate (mounting substrate 4704) on which the electronic component 4700 and the electronic component 4700 are mounted.
  • the electronic component 4700 shown in FIG. 75C has a chip 4800a in the mold 4711.
  • the chip 4800a shown in FIG. 75C shows a configuration in which circuit units 4802 are laminated. That is, the semiconductor device described in the above embodiment can be applied as the circuit unit 4802. In FIG. 75C, a part is omitted in order to show the inside of the electronic component 4700.
  • the electronic component 4700 has a land 4712 on the outside of the mold 4711.
  • the land 4712 is electrically connected to the electrode pad 4713, and the electrode pad 4713 is electrically connected to the chip 4800a by a wire 4714.
  • the electronic component 4700 is mounted on, for example, a printed circuit board 4702. A plurality of such electronic components are combined and electrically connected to each other on the printed circuit board 4702 to complete the mounting board 4704.
  • FIG. 75D shows a perspective view of the electronic component 4730.
  • the electronic component 4730 is an example of SiP (System in package) or MCM (Multi Chip Module).
  • an interposer 4731 is provided on a package substrate 4732 (printed circuit board), and a semiconductor device 4735 and a plurality of semiconductor devices 4710 are provided on the interposer 4731.
  • the electronic component 4730 has a semiconductor device 4710.
  • the semiconductor device 4710 can be, for example, the semiconductor device described in the above embodiment, a wideband memory (HBM: High Bandwidth Memory), or the like.
  • HBM High Bandwidth Memory
  • an integrated circuit semiconductor device such as a CPU, GPU, FPGA, or storage device can be used.
  • the package substrate 4732 a ceramic substrate, a plastic substrate, a glass epoxy substrate, or the like can be used.
  • the interposer 4731 a silicon interposer, a resin interposer, or the like can be used.
  • the interposer 4731 has a plurality of wirings and has a function of electrically connecting a plurality of integrated circuits having different terminal pitches.
  • the plurality of wirings are provided in a single layer or multiple layers.
  • the interposer 4731 has a function of electrically connecting the integrated circuit provided on the interposer 4731 to the electrode provided on the package substrate 4732.
  • the interposer may be referred to as a "rewiring board” or an "intermediate board”.
  • a through electrode may be provided on the interposer 4731, and the integrated circuit and the package substrate 4732 may be electrically connected using the through electrode.
  • a TSV Through Silicon Via
  • interposer 4731 It is preferable to use a silicon interposer as the interposer 4731. Since it is not necessary to provide an active element in the silicon interposer, it can be manufactured at a lower cost than an integrated circuit. On the other hand, since the wiring of the silicon interposer can be formed by a semiconductor process, it is easy to form fine wiring, which is difficult with a resin interposer.
  • the interposer on which the HBM is mounted is required to form fine and high-density wiring. Therefore, it is preferable to use a silicon interposer as the interposer on which the HBM is mounted.
  • the reliability is unlikely to decrease due to the difference in the expansion coefficient between the integrated circuit and the interposer. Further, since the surface of the silicon interposer is high, poor connection between the integrated circuit provided on the silicon interposer and the silicon interposer is unlikely to occur. In particular, in a 2.5D package (2.5-dimensional mounting) in which a plurality of integrated circuits are arranged side by side on an interposer, it is preferable to use a silicon interposer.
  • a heat sink heat dissipation plate
  • the heights of the integrated circuits provided on the interposer 4731 are the same.
  • the heights of the semiconductor device 4710 and the semiconductor device 4735 are the same.
  • an electrode 4733 may be provided on the bottom of the package substrate 4732.
  • FIG. 75D shows an example in which the electrode 4733 is formed of solder balls. By providing solder balls in a matrix on the bottom of the package substrate 4732, BGA (Ball Grid Array) mounting can be realized. Further, the electrode 4733 may be formed of a conductive pin. By providing conductive pins in a matrix on the bottom of the package substrate 4732, PGA (Pin Grid Array) mounting can be realized.
  • the electronic component 4730 can be mounted on another substrate by using various mounting methods, not limited to BGA and PGA.
  • BGA Band-GPU
  • PGA Stimble Pin Grid Array
  • LGA Land Grid Array
  • QFP Quad Flat Package
  • QFJ Quad Flat J-leaded package
  • QFN QuadFNeged
  • FIG. 76 is a block diagram showing a configuration of an example of a CPU using the semiconductor device described in the above embodiment as a part.
  • the CPU shown in FIG. 76 has an ALU 1191 (ALU: Arithmetic logic unit, arithmetic unit), an ALU controller 1192, an instruction decoder 1193, an interrupt controller 1194, a timing controller 1195, a register 1196, a register controller 1197, and a bus interface 1198 on a substrate 1190. It has (Bus I / F), a rewritable ROM 1199, and a ROM interface 1189 (ROM I / F).
  • the substrate 1190 a semiconductor substrate, an SOI substrate, a glass substrate, or the like is used.
  • the ROM 1199 and the ROM interface 1189 may be provided on separate chips.
  • the configuration including the CPU or the arithmetic circuit shown in FIG. 76 may be one core, a plurality of the cores may be included, and each core may operate in parallel, that is, a configuration such as a GPU.
  • the number of bits that the CPU can handle in the internal arithmetic circuit or the data bus can be, for example, 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, or the like.
  • Instructions input to the CPU via the bus interface 1198 are input to the instruction decoder 1193, decoded, and then input to the ALU controller 1192, interrupt controller 1194, register controller 1197, and timing controller 1195.
  • the timing controller 1195 generates a signal for controlling the operation timing of the ALU 1191, the ALU controller 1192, the instruction decoder 1193, the interrupt controller 1194, and the register controller 1197.
  • the timing controller 1195 includes an internal clock generator that generates an internal clock signal based on the reference clock signal, and supplies the internal clock signal to the above-mentioned various circuits.
  • a memory cell is provided in the register 1196.
  • the memory cell of the register 1196 for example, the transistor shown in the previous embodiment can be used.
  • the register controller 1197 selects the holding operation in the register 1196 according to the instruction from the ALU 1191. That is, in the memory cell of the register 1196, it is selected whether to hold the data by the flip-flop or the data by the capacitive element. When data retention by flip-flop is selected, the power supply voltage is supplied to the memory cells in the register 1196. When the retention of data in the capacitive element is selected, the data is rewritten to the capacitive element, and the supply of the power supply voltage to the memory cell in the register 1196 can be stopped.
  • FIGS. 77A to 77 (J) and 78A to 78E show how the electronic component 4700 having the semiconductor device is included in each electronic device.
  • the information terminal 5500 shown in FIG. 77A is a mobile phone (smartphone) which is a kind of information terminal.
  • the information terminal 5500 has a housing 5510 and a display unit 5511, and as an input interface, a touch panel is provided in the display unit 5511 and buttons are provided in the housing 5510.
  • the information terminal 5500 can hold a temporary file (for example, a cache when using a web browser) generated when the application is executed.
  • a temporary file for example, a cache when using a web browser
  • FIG. 77B shows an information terminal 5900 which is an example of a wearable terminal.
  • the information terminal 5900 has a housing 5901, a display unit 5902, an operation button 5903, an operator 5904, a band 5905, and the like.
  • the wearable terminal can hold a temporary file generated when the application is executed by applying the semiconductor device described in the above embodiment.
  • FIG. 77C shows a desktop information terminal 5300.
  • the desktop type information terminal 5300 has a main body 5301 of the information terminal, a display 5302, and a keyboard 5303.
  • the desktop information terminal 5300 can hold a temporary file generated when the application is executed by applying the semiconductor device described in the above embodiment.
  • smartphones, wearable terminals, and desktop information terminals are taken as examples of electronic devices and are shown in FIGS. 77A to 77C, respectively.
  • information terminals other than smartphones, wearable terminals, and desktop information terminals can be applied. it can.
  • Examples of information terminals other than smartphones, wearable terminals, and desktop information terminals include PDAs (Personal Digital Assistants), notebook-type information terminals, and workstations.
  • FIG. 77D shows an electric refrigerator / freezer 5800 as an example of an electric appliance.
  • the electric refrigerator / freezer 5800 has a housing 5801, a refrigerator door 5802, a freezer door 5803, and the like.
  • the electric refrigerator / freezer 5800 can be used as, for example, IoT (Internet of Things).
  • IoT Internet of Things
  • the electric refrigerator-freezer 5800 can send and receive information such as foodstuffs stored in the electric refrigerator-freezer 5800 and the expiration date of the foodstuffs to the above-mentioned information terminal or the like via the Internet or the like. it can. Further, when the electric refrigerator / freezer 5800 transmits the information, the information can be held in the semiconductor device as a temporary file.
  • an electric refrigerator / freezer has been described as an electric appliance, but other electric appliances include, for example, a vacuum cleaner, a microwave oven, an electric oven, a rice cooker, a water heater, an IH cooker, a water server, and an air conditioner. Equipment, washing machines, dryers, audiovisual equipment, etc. can be mentioned.
  • FIG. 77E shows a portable game machine 5200, which is an example of a game machine.
  • the portable game machine 5200 has a housing 5201, a display unit 5202, a button 5203, and the like.
  • FIG. 77F shows a stationary game machine 7500, which is an example of a game machine.
  • the stationary game machine 7500 has a main body 7520 and a controller 7522.
  • the controller 7522 can be connected to the main body 7520 wirelessly or by wire.
  • the controller 7522 can be provided with a display unit for displaying a game image, a touch panel or stick as an input interface other than buttons, a rotary knob, a slide knob, and the like.
  • the controller 7522 is not limited to the shape shown in FIG. 77F, and the shape of the controller 7522 may be variously changed according to the genre of the game.
  • a controller shaped like a gun can be used by using a trigger as a button.
  • a controller having a shape imitating a musical instrument, a music device, or the like can be used.
  • the stationary game machine may be in a form in which a controller is not used, and instead, a camera, a depth sensor, a microphone and the like are provided and operated by the gesture and / or voice of the game player.
  • the above-mentioned video of the game machine can be output by a display device such as a television device, a personal computer display, a game display, or a head-mounted display.
  • a display device such as a television device, a personal computer display, a game display, or a head-mounted display.
  • the semiconductor device described in the above embodiment By applying the semiconductor device described in the above embodiment to the portable game machine 5200, it is possible to realize the portable game machine 5200 with low power consumption. Further, since the heat generation from the circuit can be reduced due to the low power consumption, the influence of the heat generation on the circuit itself, the peripheral circuit, and the module can be reduced.
  • FIGS. 77E and 77F a portable game machine and a stationary game machine for home use are illustrated as examples of the game machine, but the electronic device of one aspect of the present invention is not limited thereto.
  • Examples of the electronic device of one aspect of the present invention include an arcade game machine installed in an entertainment facility (game center, amusement park, etc.), a pitching machine for batting practice installed in a sports facility, and the like.
  • the semiconductor device described in the above embodiment can be applied to an automobile which is a moving body and around the driver's seat of the automobile.
  • FIG. 77G shows an automobile 5700 as an example of a moving body.
  • an instrument panel that provides various information by displaying speedometers, tachometers, mileage, fuel gauges, gear status, air conditioner settings, etc. Further, a display device for displaying such information may be provided around the driver's seat.
  • the computer may be used in an automatic driving system for an automobile 5700, a system for road guidance, a danger prediction, or the like. It can be used to retain necessary temporary information.
  • the display device may be configured to display temporary information such as road guidance and danger prediction. Further, the image of the driving recorder installed in the automobile 5700 may be held.
  • moving objects include trains, monorails, ships, and flying objects (helicopters, unmanned aerial vehicles (drones), airplanes, rockets), and the like.
  • Video camera The semiconductor device described in the above embodiment can be applied to a video camera.
  • FIG. 771 shows a video camera 6300, which is an example of an imaging device.
  • the video camera 6300 includes a first housing 6301, a second housing 6302, a display unit 6303, an operation key 6304, a lens 6305, a connection unit 6306, and the like.
  • the operation key 6304 and the lens 6305 are provided in the first housing 6301, and the display unit 6303 is provided in the second housing 6302.
  • the first housing 6301 and the second housing 6302 are connected by a connecting portion 6306, and the angle between the first housing 6301 and the second housing 6302 can be changed by the connecting portion 6306. is there.
  • the image on the display unit 6303 may be switched according to the angle between the first housing 6301 and the second housing 6302 on the connecting unit 6306.
  • the video camera 6300 When recording the video captured by the video camera 6300, it is necessary to encode according to the data recording format. By using the semiconductor device described above, the video camera 6300 can hold a temporary file generated during encoding.
  • ICD implantable cardioverter defibrillator
  • FIG. 77 (J) is a schematic cross-sectional view showing an example of ICD.
  • the ICD body 5400 has at least a battery 5401, an electronic component 4700, a regulator, a control circuit, an antenna 5404, a wire 5402 to the right atrium, and a wire 5403 to the right ventricle.
  • the ICD body 5400 is surgically placed in the body, and two wires are passed through the subclavian vein 5405 and the superior vena cava 5406 of the human body, and one wire tip is placed in the right ventricle and the other wire tip is placed in the right atrium. To be done.
  • the ICD main body 5400 has a function as a pacemaker and performs pacing to the heart when the heart rate deviates from the specified range. Also, if pacing does not improve heart rate (such as fast ventricular tachycardia or ventricular fibrillation), electric shock treatment is given.
  • the ICD body 5400 needs to constantly monitor the heart rate in order to properly perform pacing and electric shock. Therefore, the ICD main body 5400 has a sensor for detecting the heart rate. Further, the ICD main body 5400 can store the heart rate data acquired by the sensor or the like, the number of times of treatment by pacing, the time, etc. in the electronic component 4700.
  • the ICD main body 5400 has a plurality of batteries, so that the safety can be enhanced. Specifically, even if a part of the battery of the ICD main body 5400 becomes unusable, the remaining battery can function, so that it also functions as an auxiliary power source.
  • the antenna 5404 that can receive power it may have an antenna that can transmit physiological signals.
  • physiological signals such as pulse, respiratory rate, heart rate, and body temperature can be confirmed by an external monitoring device.
  • a system for monitoring various cardiac activities may be configured.
  • the semiconductor device described in the above embodiment can be applied to a computer such as a PC (Personal Computer) and an expansion device for an information terminal.
  • a computer such as a PC (Personal Computer) and an expansion device for an information terminal.
  • SD card The semiconductor device described in the above embodiment can be applied to an SD card that can be attached to an electronic device such as an information terminal or a digital camera.
  • FIG. 78B is a schematic view of the appearance of the SD card
  • FIG. 78C is a schematic view of the internal structure of the SD card.
  • the SD card 5110 has a housing 5111, a connector 5112, and a substrate 5113.
  • the connector 5112 functions as an interface for connecting to an external device.
  • the substrate 5113 is housed in the housing 5111.
  • the substrate 5113 is provided with a storage device and a circuit for driving the storage device.
  • an electronic component 4700 and a controller chip 5115 are attached to the substrate 5113.
  • the circuit configurations of the electronic component 4700 and the controller chip 5115 are not limited to the above description, and the circuit configurations may be appropriately changed depending on the situation.
  • the writing circuit, the low driver, the reading circuit, and the like provided in the electronic component may be incorporated in the controller chip 5115 instead of the electronic component 4700.
  • the capacity of the SD card 5110 can be increased.
  • a wireless chip having a wireless communication function may be provided on the substrate 5113. As a result, wireless communication can be performed between the external device and the SD card 5110, and the data of the electronic component 4700 can be read and written.
  • SSD Solid State Drive
  • electronic device such as an information terminal.
  • a DRAM chip may be used as the memory chip 5155.
  • a processor, an ECC circuit, and the like are incorporated in the controller chip 5156.
  • the circuit configurations of the electronic component 4700, the memory chip 5155, and the controller chip 5115 are not limited to the above description, and the circuit configurations may be appropriately changed depending on the situation.
  • the controller chip 5156 may also be provided with a memory that functions as a work memory.
  • MC memory cell
  • MC [1] memory cell
  • MC [2] memory cell
  • MC [n] memory cell
  • MC [1,1] memory cell
  • MC [j, 1] memory cell
  • MC [N, 1] memory cell
  • MC [1, i] memory cell
  • MC [j, i] memory cell
  • MC [n, i] memory cell
  • MC [1, m] memory cell
  • MC [J, m] memory cell
  • MC [n, m] memory cell
  • CTr cell transistor
  • CTrA cell transistor
  • CTrB cell transistor
  • STR transistor
  • STR [1] transistor
  • STR [i] memory cell

Abstract

記憶容量の大きい半導体装置を提供する。 第１乃至第６絶縁体と、第１乃至第３導電体と、第１乃至第３材料層と、を有する半導体装置である。第１導電体には、第１絶縁体と、第１材料層と、が重畳している。第１材料層の第１領域には、第２材料層と、第２導電体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、が重畳している。第３材料層は、第１材料層の第２領域と、第２材料層と第２導電体と第２絶縁体と第３絶縁体のそれぞれの上面と、を含む領域に位置し、第４絶縁体は、第３材料層上に位置し、第６絶縁体は、第４絶縁体上に位置し、第５絶縁体は、第６絶縁体上に位置する。第３導電体は、第１材料層の第２領域と重畳する第５絶縁体上に位置する。第１乃至第３材料層は、インジウム、元素Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、スズ、又はチタン）、亜鉛を含む酸化物を有する。

Description

半導体装置、記憶装置、及び電子機器
　本発明の一態様は、半導体装置、記憶装置、及び電子機器に関する。
　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技術分野は、物、動作方法、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、信号処理装置、プロセッサ、電子機器、システム、それらの駆動方法、それらの製造方法、又はそれらの検査方法を一例として挙げることができる。
　近年、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、デジタルカメラなどさまざまな電子機器に、セントラルプロセシングユニット（ＣＰＵ）、グラフィクスプロセシングユニット（ＧＰＵ）、記憶装置、センサなどの電子部品が用いられており、当該電子部品は、微細化、及び低消費電力など様々な面で改良が進んでいる。
　特に、上述した電子機器などにおいて扱われているデータ量は増加しており、記憶容量の大きい記憶装置が求められている。記憶容量を大きくする手段として、例えば、特許文献１では、チャネル形成領域として金属酸化物を用いた３次元構造のＮＡＮＤメモリ素子が開示されている。
米国特許出願公開第２０１６／１４９００４号明細書
　メモリ素子などを構成するトランジスタの半導体層は、チャネル形成領域と、低抵抗領域と、に分けられる。特に、３次元構造のＮＡＮＤメモリの半導体層として金属酸化物を用いる場合、当該金属酸化物の低抵抗領域を如何に形成するかが重要となっている。トランジスタの半導体層として用いる金属酸化物において、キャリア濃度の低い（又は、本明細書等では、真性、実質的に真性などと言い換えて記載する場合がある。）領域がチャネル形成領域として機能し、キャリア濃度の高い領域が低抵抗領域として機能する。そのため、半導体層として金属酸化物を用いた３次元構造のＮＡＮＤメモリの作製では、チャネル形成領域と低抵抗領域との作り分けが課題となる。また、チャネル形成領域と低抵抗領域とを作り分けた後は、チャネル形成領域におけるキャリア濃度が不純物などの拡散によって変化しないように、チャネル形成領域にバリア性の高い膜を成膜することが好ましい。また、ＮＡＮＤメモリのデータ容量の大きくするには、チャネル形成領域、及び低抵抗領域のそれぞれを小さく作り分けて、１個のストリングあたりのセルトランジスタ数を増やすことが好ましい。なお、セルトランジスタとは、メモリセルの一例であって、データの保存が可能な構造のトランジスタなどを含むものとする。
　本発明の一態様は、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、データ容量の大きい半導体装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置を有する記憶装置を適用することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、当該記憶装置を有する電子機器を提供することを課題の一とする。
　なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び他の課題の全てを解決する必要はない。
（１）
　本発明の一態様は、柱状の第１導電体と、第２導電体と、第３導電体と、第１絶縁体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、第４絶縁体と、第５絶縁体と、第６絶縁体と、第１材料層と、第２材料層と、第３材料層と、を有する半導体装置である。また、第１材料層は、第１領域と、第２領域と、を有する。第１絶縁体は、第１導電体に隣接するように位置し、第１材料層は、第１絶縁体に隣接するように位置している。第２材料層は、第１材料層の第１領域に隣接するように位置し、第２導電体は、第２材料層に隣接するように位置し、第２絶縁体は、第２導電体に隣接するように位置し、第３絶縁体は、第２絶縁体に隣接するように位置している。第３材料層は、第２材料層と、第２導電体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、第１材料層の第２領域と、を覆うように位置し、第４絶縁体は、第３材料層に隣接するように位置し、第６絶縁体は、第４絶縁体に隣接するように位置し、第５絶縁体は、第６絶縁体に隣接するように位置し、第３導電体は、第５絶縁体に隣接し、かつ第１材料層の第１領域に重畳する領域に位置している。また、第２絶縁体は、第２導電体への酸素の拡散を防ぐバリア絶縁膜として機能し、第４絶縁体は、トンネル絶縁膜として機能し、第６絶縁体は、電荷蓄積層として機能し、第５絶縁体は、ゲート絶縁膜として機能する。第１材料層は、インジウム、元素Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、スズ、又はチタン）、亜鉛を含む酸化物を有し、第２材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有し、第３材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有する。
（２）
　本発明の一態様は、柱状の第１導電体と、第２導電体と、第３導電体と、第４導電体と、第１絶縁体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、第４絶縁体と、第５絶縁体と、第１材料層と、第２材料層と、第３材料層と、を有する半導体装置である。また、第１材料層は、第１領域と、第２領域と、を有する。第１絶縁体は、第１導電体に隣接するように位置し、第１材料層は、第１絶縁体に隣接するように位置し、第２材料層は、第１材料層の第１領域に隣接するように位置し、第２導電体は、第２材料層に隣接するように位置し、第２絶縁体は、第２導電体に隣接するように位置し、第３絶縁体は、第２絶縁体に隣接するように位置している。第３材料層は、第２材料層と、第２導電体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、第１材料層の第２領域と、を覆うように位置し、第４絶縁体は、第３材料層に隣接するように位置し、第４導電体は、第４絶縁体に隣接し、かつ第１材料層の第１領域に重畳する領域に位置し、第５絶縁体は、第４導電体と、第４絶縁体を覆うように位置し、第３導電体は、第５絶縁体に隣接し、かつ第１材料層の第１領域に重畳する領域に位置している。また、第２絶縁体は、第２導電体への酸素の拡散を防ぐバリア絶縁膜として機能し、第４絶縁体は、トンネル絶縁膜として機能し、第４導電体は、フローティングゲート電極として機能し、第５絶縁体は、ゲート絶縁膜として機能する。第１材料層は、インジウム、元素Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、スズ、又はチタン）、亜鉛を含む酸化物を有し、第２材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有し、第３材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有する。
（３）
　また、上記（１）、又は（２）の構成において、第１材料層は、第４材料層と、第５材料層と、を有してもよい。特に、第４材料層は、第１絶縁体に隣接するように位置し、第５材料層は、第４材料層に隣接するように位置し、第１材料層の第１領域は、第５材料層に位置し、第１材料層の第２領域は、第５材料層に位置する構成とすることが好ましい。また、第２材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比は、第５材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比よりも大きいことが好ましい。また、第４材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比は、第５材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比よりも大きいことが好ましい。
（４）
　また、上記（１）乃至（３）のいずれか一の構成において、第１材料層の第２領域は、第１材料層の第１領域よりも酸素濃度が高くてもよい。
（５）
　また、上記（１）乃至（４）のいずれか一の構成において、第１材料層の第２領域の膜厚は、第１材料層の第１領域の膜厚よりも薄くてもよい。
（６）
　また、本発明の一態様は、上記（１）乃至（５）のいずれか一の半導体装置と、周辺回路と、を有する記憶装置である。
（７）
　また、本発明の一態様は、上記（１）乃至（６）のいずれか一の記憶装置と、筐体と、を有する電子機器である。
　なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等）を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップや、パッケージにチップを収納した電子部品は半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置及び電子機器等は、それ自体が半導体装置である場合があり、半導体装置を有している場合がある。
　また、本明細書等において、ＸとＹとが接続されていると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、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも、図又は文章に開示されているものとする。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。
　ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示デバイス、発光デバイス、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態（オン状態）、又は、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。
　ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変換回路（デジタルアナログ変換回路、アナログデジタル変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅又は電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成回路、記憶回路、制御回路など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。
　なお、ＸとＹとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合）とを含むものとする。
　また、例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。又は、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。又は、「Ｘは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。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。
　なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
　また、本明細書等において、「抵抗素子」とは、例えば、０Ωよりも高い抵抗値を有する回路素子、配線などとすることができる。そのため、本明細書等において、「抵抗素子」は、抵抗値を有する配線、ソース−ドレイン間に電流が流れるトランジスタ、ダイオード、コイルなどを含むものとする。そのため、「抵抗素子」という用語は、「抵抗」、「負荷」、「抵抗値を有する領域」などの用語に言い換えることができ、逆に「抵抗」、「負荷」、「抵抗値を有する領域」という用語は、「抵抗素子」などの用語に言い換えることができる。抵抗値としては、例えば、好ましくは１ｍΩ以上１０Ω以下、より好ましくは５ｍΩ以上５Ω以下、更に好ましくは１０ｍΩ以上１Ω以下とすることができる。また、例えば、１Ω以上１×１０９Ω以下としてもよい。
　また、本明細書等において、「容量素子」とは、例えば、０Ｆよりも高い静電容量の値を有する回路素子、静電容量の値を有する配線の領域、寄生容量、トランジスタのゲート容量などとすることができる。そのため、本明細書等において、「容量素子」は、一対の電極と、当該電極の間に含まれている誘電体と、を含む回路素子を含むものとする。また、「容量素子」、「寄生容量」、「ゲート容量」などという用語は、「容量」などの用語に言い換えることができる場合がある。逆に、「容量」という用語は、「容量素子」、「寄生容量」、「ゲート容量」などの用語に言い換えることができる。また、「容量」の「一対の電極」という用語は、「一対の導電体」、「一対の導電領域」、「一対の領域」などに言い換えることができる場合がある。なお、静電容量の値としては、例えば、０．０５ｆＦ以上１０ｐＦ以下とすることができる。また、例えば、１ｐＦ以上１０μＦ以下としてもよい。
　また、本明細書等において、トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインと呼ばれる３つの端子を有する。ゲートは、トランジスタの導通状態を制御する制御端子である。ソース又はドレインとして機能する２つの端子は、トランジスタの入出力端子である。２つの入出力端子は、トランジスタの導電型（ｎチャネル型、ｐチャネル型）及びトランジスタの３つの端子に与えられる電位の高低によって、一方がソースとなり他方がドレインとなる。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、言い換えることができる場合がある。また、本明細書等では、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）、「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）という表記を用いる。なお、トランジスタの構造によっては、上述した３つの端子に加えて、バックゲートを有する場合がある。この場合、本明細書等において、トランジスタのゲート又はバックゲートの一方を第１ゲートと呼称し、トランジスタのゲート又はバックゲートの他方を第２ゲートと呼称することがある。更に、同じトランジスタにおいて、「ゲート」と「バックゲート」の用語は互いに入れ換えることができる場合がある。また、トランジスタが、３以上のゲートを有する場合は、本明細書等においては、それぞれのゲートを第１ゲート、第２ゲート、第３ゲートなどと呼称することがある。
　また、本明細書等において、ノードは、回路構成やデバイス構造等に応じて、端子、配線、電極、導電層、導電体、不純物領域等と言い換えることが可能である。また、端子、配線等をノードと言い換えることが可能である。
　また、本明細書等において、「電圧」と「電位」は、適宜言い換えることができる。「電圧」は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位（接地電位）とすると、「電圧」を「電位」に言い換えることができる。なお、グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。また、電位は相対的なものであり、基準となる電位が変わることによって、配線に与えられる電位、回路などに印加される電位、回路などから出力される電位なども変化する。
　また、本明細書等において、「高レベル電位」、「低レベル電位」という用語は、特定の電位を意味するものではない。例えば、２本の配線において、両方とも「高レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの高レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。また、同様に、２本の配線において、両方とも「低レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの低レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。
「電流」とは、電荷の移動現象（電気伝導）のことであり、例えば、「正の荷電体の電気伝導が起きている」という記載は、「その逆向きに負の荷電体の電気伝導が起きている」と換言することができる。そのため、本明細書等において、「電流」とは、特に断らない限り、キャリアの移動に伴う電荷の移動現象（電気伝導）をいうものとする。ここでいうキャリアとは、電子、正孔、アニオン、カチオン、錯イオン等が挙げられ、電流の流れる系（例えば、半導体、金属、電解液、真空中など）によってキャリアが異なる。また、配線等における「電流の向き」は、正のキャリアが移動する方向とし、正の電流量で記載する。換言すると、負のキャリアが移動する方向は、電流の向きと逆の方向となり、負の電流量で表現される。そのため、本明細書等において、電流の正負（又は電流の向き）について断りがない場合、「素子Ａから素子Ｂに電流が流れる」等の記載は「素子Ｂから素子Ａに電流が流れる」等に言い換えることができるものとする。また、「素子Ａに電流が入力される」等の記載は「素子Ａから電流が出力される」等に言い換えることができるものとする。
　また、本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
　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、便宜上用いている場合がある。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。従って、明細書等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、「導電体の上面に位置する絶縁体」の表現では、示している図面の向きを１８０度回転することによって、「導電体の下面に位置する絶縁体」と言い換えることができる。
　また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上又は直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
　また、本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、場合によっては、又は、状況に応じて、「膜」、「層」などの語句を使わずに、別の用語に入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」又は「導電膜」という用語を、「導電体」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁層」又は「絶縁膜」という用語を、「絶縁体」という用語に変更することが可能な場合がある。
　また、本明細書等において「電極」、「配線」、「端子」などの用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。また、例えば、「端子」は「配線」や「電極」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。更に、「端子」の用語は、複数の「電極」、「配線」、「端子」などが一体となって形成されている場合なども含む。そのため、例えば、「電極」は「配線」又は「端子」の一部とすることができ、また、例えば、「端子」は「配線」又は「電極」の一部とすることができる。また、「電極」、「配線」、「端子」などの用語は、場合によって、「領域」などの用語に置き換える場合がある。
　また、本明細書等において、「配線」、「信号線」、「電源線」などの用語は、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「配線」という用語を、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、例えば、「配線」という用語を、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号線」、「電源線」などの用語を、「配線」という用語に変更することが可能な場合がある。「電源線」などの用語は、「信号線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で「信号線」などの用語は、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、配線に印加されている「電位」という用語を、場合によっては、又は、状況に応じて、「信号」などという用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号」などの用語は、「電位」という用語に変更することが可能な場合がある。
　本明細書等において、半導体の不純物とは、例えば、半導体層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である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体に欠陥準位密度が高くなること、キャリア移動度が低下すること、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、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、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。具体的には、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
　本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、又は、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。又は、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。一例としては、電気的なスイッチ、機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
　電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど）、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。
　機械的なスイッチの一例としては、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
　本明細書において、「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」又は「概略平行」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」又は「概略垂直」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。
　本発明の一態様によって、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、データ容量の大きい半導体装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規な半導体装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規な半導体装置を有する記憶装置を適用することができる。又は、本発明の一態様によって、当該記憶装置を有する電子機器を提供することができる。
　なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
図１は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図２Ａ、及び図２Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図３Ａ乃至図３Ｃは、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図４Ａ、及び図４Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５Ａ、及び図５Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図６Ａ、及び図６Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図７Ａ、及び図７Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図８Ａ、及び図８Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図９Ａ、及び図９Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図１０Ａは、半導体装置の作製例を説明するための断面図であり、図１０Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための斜視図である。
図１１Ａ、及び図１１Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図１２Ａ、及び図１２Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図１３Ａ、及び図１３Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図１４Ａは、半導体装置の構成例を説明するための断面図であり、図１４Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図１５Ａ、及び図１５Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図１６は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図１７Ａ、及び図１７Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図１８は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図１９Ａ、及び図１９Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図２０は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図２１は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図２２は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図２３は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図２４は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図２５は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図２６は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図２７Ａ、及び図２７Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図２８は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図２９Ａ、及び図２９Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図３０Ａ乃至図３０Ｃは、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図３１Ａ、及び図３１Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図３２Ａ、及び図３２Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図３３Ａ、及び図３３Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図３４Ａ、及び図３４Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図３５Ａ、及び図３５Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図３６Ａ、及び図３６Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図３７Ａは半導体装置の作製例を説明するための断面図であり、図３７Ｂは半導体装置の作製例を説明するための斜視図である。
図３８Ａ、及び図３８Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図３９Ａ、及び図３９Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図４０Ａ、及び図４０Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図４１は、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図４２Ａは、半導体装置の構成例を説明するための断面図であり、図４２Ｂは、半導体装置の作製例を説明するための断面図である。
図４３Ａ、及び図４３Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図４４は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図４５Ａ、及び図４５Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図４６は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図４７Ａ、及び図４７Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図４８は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図４９は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５０は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図５１は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５２は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図５３は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５４は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図５５Ａ、及び図５５Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５６Ａ、及び図５６Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５７Ａ、及び図５７Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５８Ａ、及び図５８Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図５９ＡはＩＧＺＯの結晶構造の分類を説明する図であり、図５９Ｂは結晶性ＩＧＺＯのＸＲＤスペクトルを説明する図であり、図５９Ｃは結晶性ＩＧＺＯの極微電子線回折パターンを説明する図である。
図６０Ａ、及び図６０Ｂは、半導体装置の構成例を示す回路図である。
図６１は、半導体装置の構成例を示す回路図である。
図６２は、半導体装置の構成例を示す回路図である。
図６３Ａ、及び図６３Ｂは、半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。
図６４Ａ、及び図６４Ｂは、半導体装置の動作例を示すタイミングチャートである。
図６５Ａは半導体装置の構成例を説明するための斜視図であり、図６５Ｂは半導体装置の構成例を説明するための上面図であり、図６５Ｃは半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図６６Ａは半導体装置の構成例を説明するための斜視図であり、図６６Ｂは半導体装置の構成例を説明するための上面図であり、図６６Ｃは半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図６７Ａ、及び図６７Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図６８Ａ、及び図６８Ｂは、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図６９は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図７０は、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図７１Ａは、半導体装置の構成例を説明するための上面図であり、図７１Ｂ乃至図７１Ｄは、半導体装置の構成例を説明するための断面図である。
図７２Ａ乃至図７２Ｃは、半導体装置の構成例を説明するための斜視図である。
図７３は、半導体装置の構成例を説明するための上面図である。
図７４は、記憶装置の一例を説明するためのブロック図である。
図７５Ａは半導体ウェハの一例を示す斜視図であり、図７５Ｂはチップの一例を示す斜視図であり、図７５Ｃ、及び図７５Ｄは電子部品の一例を示す斜視図である。
図７６は、ＣＰＵを説明するブロック図である。
図７７Ａ乃至図７７Ｊは、製品の一例を説明する斜視図、又は、模式図である。
図７８Ａ乃至図７８Ｅは、製品の一例を説明する斜視図、又は、樟式図である。
　本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ又は単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの活性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、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも１つを有するトランジスタのチャネル形成領域を構成し得る場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼称することができる。また、ＯＳトランジスタと記載する場合においては、金属酸化物又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、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。
　また、本明細書等において、各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
　なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）と、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）との少なくとも一つの内容に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことができる。
　なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
　なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）と、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）との少なくとも一つの図に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることができる。
　本明細書に記載の実施の形態については、図面を参照しながら説明する。但し、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、趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及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。従って、本発明は、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。なお、実施の形態の発明の構成において、同一部分又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、斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。
　本明細書等において、複数の要素に同じ符号を用いる場合、特に、それらを区別する必要があるときには、符号に“＿１”、“［ｎ］”、“［ｍ，ｎ］”等の識別用の符号を付記して記載する場合がある。
　また、本明細書の図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、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、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
（実施の形態１）
　本実施の形態では、本発明の一態様に係る、記憶装置として機能する半導体装置の構成の例と、当該半導体装置の作製方法の例と、について説明する。なお、本実施の形態では、電荷蓄積層を含むセルトランジスタを有する半導体装置について取り扱う。
＜半導体装置の構成例１＞
　図１、図２Ａ、及び図２Ｂを用いて、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢを有する半導体装置の構成を説明する。図１は、当該半導体装置の断面図である。また、図２Ａは、図１に示す一点鎖線Ｍ１−Ｍ２の部位の上面図であり、図２Ｂは、図１に示す一点鎖線Ｍ３−Ｍ４の部位の上面図である。なお、図１の断面図、図２Ａの上面図、図２Ｂ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１において、当該半導体装置は、基板（図示しない）の上方に配置された絶縁体４１１Ａと、絶縁体４１１Ａの上方に配置された絶縁体４１１Ｂと、絶縁体４１１Ｂの上方に配置された絶縁体４１１Ｃと、を有する。
　なお、当該基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコンを材料とした半導体基板、ゲルマニウムを材料とした半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、酸化ガリウムなどを材料とした化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
　また、基板として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタを剥離し、可とう性基板である基板に転置する方法もある。その場合には、非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板が伸縮性を有してもよい。また、基板は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板は、例えば、５μｍ以上７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３００μｍ以下の厚さとなる領域を有する。基板を薄くすると、トランジスタを有する半導体装置を軽量化することができる。また、基板を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。
　可とう性基板である基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板としては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板として好適である。
　本実施の形態で説明する作製例では、その工程中に加熱処理が含まれるため、基板としては、耐熱性の高い、且つ熱膨張率の低い材料を用いることが好ましい。
　また、図１、図２Ａ、及び図２Ｂにおいて、当該半導体装置には、領域４９１を有する。領域４９１は、当該半導体装置の作製工程の途中において、開口部が形成された領域であり、また、当該開口部には、当該半導体装置の作製工程を経て、絶縁体、導電体、半導体などが形成される。なお、当該開口部は、一例として、図２Ａ、及び図２Ｂに示す通り、円筒状の開口部とすることができる。図２Ｂにおいて、領域４９１には、一例として、当該開口部の側面から順に、絶縁体４１２ａ（絶縁体４１２ｂ、絶縁体４１２ｃ）と、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）と、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）と、材料層４５２と、絶縁体４１３と、導電体４３２と、が配置されている。
　また、当該半導体装置には、領域４９２Ａと、領域４９２Ｂと、を有する。領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂは、当該半導体装置の作製工程の途中において、開口部が形成された領域であり、また、当該開口部には、当該半導体装置の作製工程を経て、絶縁体、導電体などが形成される。なお、当該開口部は、一例として、図２Ａ、及び図２Ｂに示す通り、スリット状の開口部とすることができる。領域４９２Ａには、材料層４５３の一部と、絶縁体４１４の一部と、絶縁体４２１の一部と、絶縁体４１５の一部と、導電体４３４ａの一部と、導電体４３４ｂの一部と、絶縁体４１６Ａと、が含まれている。また、領域４９２Ｂには、材料層４５３の一部と、絶縁体４１４の一部と、絶縁体４２１の一部と、絶縁体４１５の一部と、導電体４３４ａの一部と、導電体４３４ｂの一部と、絶縁体４１６Ｂと、が含まれている。また、図１において、絶縁体４１１Ａと絶縁体４１１Ｂとの間には、導電体４３４ａの一部と、絶縁体４１４の一部と、絶縁体４２１の一部と、絶縁体４１５の一部と、が配置されている。また、絶縁体４１１Ｂと絶縁体４１１Ｃとの間には、導電体４３４ｂの一部の領域と、絶縁体４１４の一部と、絶縁体４２１の一部と、絶縁体４１５の一部と、が配置されている。
　また、材料層４５２は、領域４７１と、領域４７２と、を有する。領域４７１は、材料層４５３に隣接するように位置し、領域４７２は、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）に隣接するように位置している。なお、領域４７１は、当該半導体装置の作製工程によって、セルトランジスタＣＴｒＡ（セルトランジスタＣＴｒＢ）のチャネル形成領域となり、領域４７２は、当該半導体装置の作製工程において、低抵抗領域となる。
　セルトランジスタＣＴｒＢにおいて、導電体４３４ｂは第１のゲート電極、及び第１のゲート電極に電位を与えるワード線として機能し、図２Ａにおいて導電体４３４ｂに囲まれている絶縁体４１５はゲート絶縁膜として機能し、図２Ａにおいて導電体４３４ｂに囲まれている絶縁体４２１は電荷蓄積層として機能し、導電体４３４ｂに囲まれている絶縁体４１４はトンネル絶縁膜として機能する。また、導電体４３１ｂはソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電体４３１ｃはソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。また、図２Ａにおいて導電体４３４ｂに囲まれている材料層４５２の領域はチャネル形成領域として機能する。また、材料層４５３に含まれている材料によっては、材料層４５２と接している材料層４５３の領域もチャネル形成領域として機能する場合がある。また、絶縁体４１３は、ゲート絶縁膜として機能し、導電体４３２は第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線として機能する。
　また、図２Ａにおいて、導電体４３４ｂを導電体４３４ａに読み換えることで、セルトランジスタＣＴｒＡの上面図とみなすことができる。セルトランジスタＣＴｒＡにおいて、導電体４３４ａは第１のゲート電極、及び第１のゲート電極に電位を与えるワード線として機能し、図２Ａにおいて導電体４３４ａに囲まれている絶縁体４１５は第１のゲート絶縁膜として機能し、図２Ａにおいて導電体４３４ａに囲まれている絶縁体４２１は電荷蓄積層として機能し、図２Ａにおいて導電体４３４ａに囲まれている絶縁体４１４はトンネル絶縁膜として機能する。また、導電体４３１ａはソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電体４３１ｂはソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。また、図２Ａにおいて導電体４３４ａに囲まれている材料層４５２の領域はチャネル形成領域として機能する。また、材料層４５３に含まれている材料によっては、材料層４５２と接している材料層４５３の領域もチャネル形成領域として機能する場合がある。また、絶縁体４１３は、第２のゲート絶縁膜として機能し、導電体４３２は第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線として機能する。
　絶縁体４１２ａは、一例として、絶縁体４１１Ａからの不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）が導電体４３１ａに拡散することを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有する。つまり、絶縁体４１２ａによって、当該不純物によって導電体４３１ａに与える影響を抑制することができる。同様に、絶縁体４１２ｂは、一例として、絶縁体４１１Ｂからの不純物が導電体４３１ｂに拡散することを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有し、絶縁体４１２ｃは、一例として、絶縁体４１１Ｃからの不純物が導電体４３１ｃに拡散することを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有する。
　なお、本明細書等において、バリア絶縁膜とは、バリア性を有する絶縁膜のことを指す。本明細書において、バリア性とは、対応する物質の拡散を抑制する機能（透過性が低いともいう）とする。または、対応する物質を、捕獲、および固着する（ゲッタリングともいう）機能とする。
　次に、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢに含まれる材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）、材料層４５２、材料層４５３について説明する。
　材料層４５１ａは、一例として、材料層４５２への不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）の拡散を抑制するバリア膜としての機能を有する。材料層４５２と導電体４３１ａとの間に、不純物の透過を抑制する機能を有する材料層４５１ａを設けることによって、材料層４５２と導電体４３１ａとの間の電気抵抗を低減することができる。同様に、材料層４５１ｂは、一例として、材料層４５２からの不純物が導電体４３１ｂに拡散することを抑制するバリア膜としての機能を有し、材料層４５１ｃは、一例として、材料層４５２からの不純物が導電体４３１ｃに拡散することを抑制するバリア膜としての機能を有する。
　また、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層４５２としては、例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物を適用することが好ましく、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）としては、例えば、当該金属酸化物に含まれている金属元素及び酸素を含む材料とすることが好ましい。また、材料層４５３としては、材料層４５１と同様に、当該金属酸化物に含まれている金属元素及び酸素を含む材料とすることが好ましい。
　また、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層４５２において、チャネル形成領域として機能する領域４７１は、低抵抗領域として機能する領域４７２よりも、酸素欠損（本明細書等では、金属酸化物中の酸素欠損をＶＯ（ｏｘｙｇｅｎ　ｖａｃａｎｃｙ）と呼称する場合がある。）が少なく、または不純物濃度が低いため、キャリア濃度が低い高抵抗領域となる。したがって、領域４７１は、ｉ型（真性）または実質的にｉ型であるということができる。
　金属酸化物を用いたトランジスタは、金属酸化物中のチャネルが形成される領域に不純物または酸素欠損（ＶＯ）が存在すると、電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。また、酸素欠損（ＶＯ）近傍の水素が、酸素欠損（ＶＯ）に水素が入った欠陥（以下、ＶＯＨと呼称する場合がある。）を形成し、キャリアとなる電子を生成する場合がある。このため、酸化物半導体中のチャネルが形成される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（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）となりやすい。したがって、酸化物半導体中のチャネルが形成される領域では、不純物、酸素欠損、およびＶＯＨはできる限り低減されていることが好ましい。
　また、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層４５２は、図３Ａに示す通り、材料層４５２Ａと、材料層４５２Ｂと、を有する複数の層とすることが好ましい。なお、図３Ａは、図１のセルトランジスタＣＴｒＡが形成される領域を拡大した図である。
　材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂ、そして後の工程で形成される材料層４５３としては、例えば、インジウム、元素Ｍ（元素Ｍとしては、例えば、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、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、コバルトなど）、亜鉛から一、又は複数選ばれた材料とすることができる。特に、インジウム、ガリウム、亜鉛を有する金属酸化物は、バンドギャップが高く、真性（Ｉ型ともいう。）、又は実質的に真性である半導体として機能する。
　当該金属酸化物がチャネル形成領域に含まれているセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢは、オフ電流が非常に低い特性を有する。つまり、オフ状態となっているセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢにおけるリーク電流を低くすることができるため、半導体装置の消費電力を低減することができる場合がある。
　例えば、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）として、元素Ｍを有する金属酸化物を用いてもよい。材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）は、材料層４５２Ｂよりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）として、酸化ガリウムを用いてもよい。また、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）として、Ｉｎ（インジウム）−Ｍ−Ｚｎ（亜鉛）酸化物等の金属酸化物を用いてもよい。具体的には、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）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、材料層４５２Ｂ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、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）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、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。また、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）は、結晶性を有すると好ましい。材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）が結晶性を有する場合、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂ中の酸素の放出を好適に抑制することが出来る。例えば、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）としては、六方晶などの結晶構造であれば、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂ中の酸素の放出を抑制できる場合がある。
　また、例えば、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂのそれぞれは、化学組成が異なる酸化物とすることが好ましい。具体的には、材料層４５２Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層４５２Ａ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元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層４５２Ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比は、材料層４５２Ａ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、材料層４５２Ｂとしては、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）と同様の組成を用いてもよい。
　また、例えば、材料層４５３としては、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比が、材料層４５２Ａ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元素Ｍの原子数比より、大きくてもよい。また、材料層４５３に用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比は、材料層４５２Ａ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くてもよい。また、材料層４５３としては、材料層４５２Ａと同様の組成を用いてもよい。
　また、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層４５３は、図３Ｂに示す通り、材料層４５３Ａと、材料層４５３Ｂと、を有する複数の層としてもよい。なお、図３Ｂは、図１のセルトランジスタＣＴｒＡが形成される領域を拡大した図である。
　材料層４５３Ａ、材料層４５３Ｂのそれぞれは、化学組成が異なる酸化物とすることが好ましい。具体的には、材料層４５３Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層４５３Ａ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元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層４５３Ｂとしては、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）と同様の組成を用いてもよい。
　また、図３Ｂに示すセルトランジスタＣＴｒＡにおいて、材料層４５２が図３Ａのように材料層４５２Ａ、及び材料層４５２Ｂを有する場合、つまり、図３Ｃに示すセルトランジスタＣＴｒＡの通り、材料層４５２が材料層４５２Ａ、及び材料層４５２Ｂを有し、材料層４５３が材料層４５３Ａ、及び材料層４５３Ｂを有する場合、材料層４５２Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層４５２Ａ及び材料層４５３Ａに用いるそれぞれの金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層４５３Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層４５２Ａ及び材料層４５３Ａに用いるそれぞれの金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）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元素Ｍの原子数比は、材料層４５２Ａ及び材料層４５３Ａに用いるそれぞれの金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。
　また、このとき、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）、材料層４５２Ｂ、材料層４５３Ｂのそれぞれの組成は互いに等しくてもよい。また、材料層４５３Ａとしては、材料層４５２Ａと同様の組成を用いてもよい。
　ここで、図３Ａ、又は図３Ｃに示すセルトランジスタＣＴｒＡにおける、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂ、及び材料層４５３に含まれている金属酸化物を、Ｉｎとガリウム（以下、Ｇａと記載する）と亜鉛（以下、Ｚｎと記載する）とを含む金属酸化物として、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂ、及び材料層４５３のそれぞれに適用できる金属酸化物のＩｎとＧａとＺｎとの原子数比の具体例について説明する。
　材料層４５２Ｂとしては、一例として、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５の金属酸化物を用いればよい。また、材料層４５２Ａとしては、一例として、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の金属酸化物を用いればよい。また、材料層４５３としては、一例として、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４、またＧａとＺｎの原子数比がＧａ：Ｚｎ＝２：１、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５の金属酸化物を用いればよい。
　また、図３Ｃのように材料層４５３を積層構造とする場合の具体例としては、材料層４５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層４５３Ｂに、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４またはその近傍となる金属酸化物を用いればよい。又は、材料層４５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層４５３Ｂに、ＧａとＺｎの原子数比がＧａ：Ｚｎ＝２：１またはその近傍となる金属酸化物を用いればよい。又は、材料層４５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層４５３Ｂに、ＧａとＺｎの原子数比がＧａ：Ｚｎ＝２：５またはその近傍となる金属酸化物を用いればよい。又は、材料層４５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層４５３Ｂに酸化ガリウムを用いればよい。
　また、例えば、材料層４５２Ｂに用いる金属酸化物における元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、材料層４５２Ａに用いる金属酸化物における元素Ｍに対するＩｎの原子数比より小さい場合、材料層４５２Ａとして、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：３またはその近傍、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１０：１：３またはその近傍などの組成であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。
　また、上述した以外の組成としては、材料層４５２Ａには、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成、Ｉｎ：Ｚｎ＝５：１の組成、Ｉｎ：Ｚｎ＝１０：１の組成、これらのいずれか一の近傍の組成などを有する金属酸化物を用いることができる。又は、材料層４５２Ａには、例えば、酸化インジウムを用いることができる。
　これらの材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）、材料層４５２Ａ、材料層４５２Ｂ、及び材料層４５３（材料層４５３Ａ、材料層４５３Ｂ）を上記の原子数比の関係を満たして組み合わせることが好ましい。例えば、図３ＡのセルトランジスタＣＴｒＡの場合、材料層４５２Ｂ、および材料層４５３を、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、材料層４５２Ａを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３から４．１の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とすることが好ましい。また、例えば、図３ＣのセルトランジスタＣＴｒＡの場合、材料層４５２Ｂ、および材料層４５３Ｂを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、材料層４５２Ａを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：ｚとして、ｚが３以上４．１以下となる組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とすることが好ましい。なお、上記組成は、基体上に形成された酸化物中の原子数比、またはスパッタターゲットにおける原子数比を示す。また、材料層４５２Ａの組成として、Ｉｎの比率を高めることで、トランジスタのオン電流、または電界効果移動度などを高めることが出来るため好適である。
　ところで、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋（ｃ−Ｃ）２≦ｒ２を満たすことを言い、ｒは、例えば、０．２０、好ましくは０．１０、より好ましくは０．０５とすることができる。
　このような条件において、材料層４５２Ｂに接するように材料層４５２Ａを配置することで、材料層４５２Ｂを介して、絶縁体４１３及び／又は導電体４３２から、材料層４５２Ａに、不純物及び酸素が拡散することを抑制することができる。同様に、材料層４５２Ｂに接するように材料層４５３Ｂを配置することで、材料層４５３Ｂを介して、絶縁体４１４、絶縁体４２１、絶縁体４１５、導電体４３４ａ（導電体４３４ｂ）、絶縁体４１６Ａなどから、材料層４５３Ａ、材料層４５２Ａに、不純物および酸素が拡散することを抑制することができる。また、同様に、材料層４５２Ａに接するように材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）を配置することで、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）を介して、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）、絶縁体４１２ａ（絶縁体４１２ｂ、絶縁体４１２ｃ）、絶縁体４１１Ａ（絶縁体４１１Ｂ、絶縁体４１１Ｃ）などから、材料層４５２Ａに、不純物および酸素が拡散することを抑制することができる。
　また、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢとして、チャネル形成領域にシリコンを含むトランジスタ（以後、Ｓｉトランジスタと呼称する）を適用する場合、材料層４５２としては、例えば、非晶質シリコン（水素化アモルファスシリコンと呼称する場合がある）、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどとすることができる。
　また、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢにＳｉトランジスタを適用する場合、図３Ａ、及び図３Ｃに示すように、材料層４５２を複数の層としてもよいし、単層としてもよい。なお、本明細書などの作製例では、材料層４５２は単層として説明する。
　また、材料層４５３に適用できる材料については、材料層４５１及び／又は材料層４５２に適用できる金属酸化物、又はトンネル絶縁膜として機能する材料、例えば、後に詳述する絶縁体４１４に適用できる材料とすることができる。なお、材料層４５３は、図３Ｂ、及び図３Ｃに示すように、複数の層としてもよいし、単層としてもよい。
　セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＳｉトランジスタである場合、材料層４５１としては、例えば、材料層４５１の形成面上の材料層４５２の界面、及び界面近傍の領域に拡散させるための不純物（元素、又はイオン）を含む導電体とすることが好ましい。
　当該導電体には、例えば、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、セルトランジスタＣＴｒＡ及びセルトランジスタＣＴｒＢをｎ型トランジスタとして構成する場合、当該不純物にはｎ型不純物（ドナー）を用いる。ｎ型不純物としては、例えば、リン、ヒ素などを用いることができる。また、本作製方法例において、セルトランジスタＣＴｒＡ及びセルトランジスタＣＴｒＢをｐ型トランジスタとする場合、当該不純物にはｐ型不純物（アクセプタ）を用いる。ｐ型不純物としては、例えば、ボロン、アルミニウム、ガリウムなどを用いることができる。
　また、材料層４５１としては、又は、例えば、材料層４５１の形成面上の材料層４５２の界面、及び界面近傍の領域において、シリサイドを形成できるような材料でもよい。シリサイドを形成できるような材料としては、例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、チタンなどを用いればよい。
　なお、図１、図２Ａ、及び図２Ｂでは、領域４９２Ａと領域４９２Ｂとの間に、１個の領域４９１が設けられた構成を示しているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、本発明の一態様は、領域４９２Ａと領域４９２Ｂとの間に、複数個の領域４９１が設けられた構成としてもよい。
　その構成の具体例を図４Ａに示す。図４Ａには、複数の領域４９１を設けた場合の半導体装置の上面図を示している。なお、当該上面図は、図１に示す半導体装置の一点鎖線Ｍ３−Ｍ４における上面図で、領域４９１を複数設けた場合に展開した図となっている。図４Ａに示す半導体装置は、複数の領域４９２をスリット状として有し、隣り合う領域４９２の間に領域４９１が複数設けられている。複数の領域４９１の配置としては、例えば、スリット状の領域４９２に対して、角度を有するような方向に領域４９１を１列に設けてもよい。また、別の配置としては、複数の領域４９１を千鳥状に配置してもよい。なお、領域４９２はスリット状でなく、代わりに、例えば、円筒状としてもよい。図４Ｂは、領域４９２に形成されるスリット状の開口部の代わりに、領域４９４に円筒状の開口部を設けて、領域４９４に材料層４５３、絶縁体４１４乃至絶縁体４１６を形成した構成となっている。なお、領域４９４の形状は、円筒状に限定されず、楕円形、多角形などあらゆる２次元状で表現される図形を底面とする柱状としてもよい。また、領域４９４の位置は、図４Ａの領域４９２のように一方向の列に沿って設けるのでなく、異なる二方向以上の列に沿って設けてもよい。又は、領域４９４の位置は、上記のような規則性に依らずに形成してもよい。
＜＜半導体装置の作製例１＞＞
　次に、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示した半導体装置の作製方法の例について説明する。
　初めに、図５Ａに示す積層体４００を作製する。積層体４００は、一例として、絶縁体４１１Ａと、犠牲層４０１Ａと、絶縁体４１１Ｂと、犠牲層４０１Ｂと、絶縁体４１１Ｃと、を有する。絶縁体４１１Ａは基板（図示しない。）の上方に配置され、犠牲層４０１Ａは絶縁体４１１Ａ上に配置され、絶縁体４１１Ｂは犠牲層４０１Ａ上に配置され、犠牲層４０１Ｂは絶縁体４１１Ｂ上に配置され、絶縁体４１１Ｃは犠牲層４０１Ｂ上に配置されている。
　犠牲層４０１Ａ、及び犠牲層４０１Ｂとしては、様々な材料を適用することができる。例えば、絶縁体として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどを用いてもよい。または、半導体として、シリコン、ガリウム、ゲルマニウムなどを用いてもよい。または、導体として、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タンタルなどを用いてもよい。つまり、犠牲層４０１Ａ、及び犠牲層４０１Ｂとしては、他の部分で用いられる材料と、エッチング選択比が取れるような材料を用いればよい。
　絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃとして、水、又は水素などの不純物濃度が低減されている材料であることが好ましい。例えば、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃの水素の脱離量は、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））において、５０℃以上５００℃以下までの範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃのいずれか一の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。また、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃは、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成してもよい。但し、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃに適用できる材料は、上述した記載に限定されない。
　絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃ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、タンタルなどから一又は複数選ばれた材料を含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いることができる場合がある。また、例えば、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンを含む材料を用いることができる場合がある。但し、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃに適用できる材料は、上述した記載に限定されない。
　なお、本明細書中において、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材料を指し、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材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
　次の工程では、図５Ｂに示す通り、例えば、レジストマスク形成とエッチング処理などによって、図５Ａに示す積層体４００に対して、領域４９１に開口部が形成される。
　レジストマスクの形成は、例えば、リソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いて行うことができる。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる場合がある。また、エッチング処理については、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。
　次に、図６Ａに示す通り、領域４９１の開口部の側面に対して、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃ、犠牲層４０１Ａ、及び犠牲層４０１Ｂを覆うように絶縁体４１２が成膜される。
　絶縁体４１２は、後の工程で、図１における絶縁体４１２ａ、絶縁体４１２ｂ、及び絶縁体４１２ｃを形成するための膜として機能する。そのため、本明細書等では、絶縁体４１２の記載は、絶縁体４１２ａ、絶縁体４１２ｂ、及び絶縁体４１２ｃと適宜入れ替えて説明することができる場合がある。
　絶縁体４１２は、上述した通り、絶縁体４１１Ａ（絶縁体４１１Ｂ、絶縁体４１１Ｃ）からの不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）が材料層４５２に拡散することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。特に、絶縁体４１２は、酸素原子、又は酸素分子の透過を防ぐバリア絶縁膜とすることが好ましい。
　絶縁体４１２としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。特に、材料層４５２として、後述する酸化物半導体を用いる場合、例えば、絶縁体４１２として、水素を捕獲および水素を固着する機能が高い、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、図１において、水、水素などの不純物が導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）及び材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）を介して、絶縁体４１１Ａ（絶縁体４１１Ｂ、絶縁体４１１Ｃ）側から材料層４５２へ拡散することを抑制できる。
　また、図１、図２Ｂ、及び図６Ａでは、絶縁体４１２は単層として図示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。図１、図２Ｂ、及び図６Ａに示す絶縁体４１２は、例えば、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。例えば、図１、及び図２Ｂにおいて、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）と接する絶縁体４１２には、酸化シリコンを用い、絶縁体４１１Ａ（絶縁体４１１Ｂ、絶縁体４１１Ｃ）と接する絶縁体４１２には、酸化アルミニウムや、酸化ハフニウムなどを用いてもよい。
　続いて、図６Ｂに示す通り、絶縁体４１２の形成面上に導電体４３１が成膜される。
　導電体４３１は、後の工程で、図１における導電体４３１ａ、導電体４３１ｂ、及び導電体４３１ｃを形成するための膜として機能する。そのため、本明細書等では、導電体４３１の記載は、導電体４３１ａ、導電体４３１ｂ、及び導電体４３１ｃと適宜入れ替えて説明することができる。
　また、上記の通り、導電体４３１は、導電体４３１ａ、導電体４３１ｂ、及び導電体４３１ｃを形成するための膜として機能するため、導電体４３１は、後の工程によって、図１におけるセルトランジスタＣＴｒＡ、セルトランジスタＣＴｒＢのそれぞれのソース電極、ドレイン電極となる。
　導電体４３１は、導電率の高い材料であることが好ましい。導電体４３１としては、例えば、例えば、タンタルを含む窒化物、チタンを含む窒化物、モリブデンを含む窒化物、タングステンを含む窒化物、タンタルおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物などを用いることが好ましい。本発明の一態様においては、タンタルを含む窒化物が特に好ましい。また、例えば、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、特に、材料層４５２として後述する酸化物半導体を用いる場合、導電体４３１としては、例えば、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。この場合、導電体４３１としては、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
　また、図１、図２Ｂ、及び図６では、導電体４３１は単層として図示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。図１、図２Ｂ、及び図６に示す導電体４３１は、例えば、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。具体的には、例えば、導電体４３１は、１層目に水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いて、２層目に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を用いた構成としてもよい。
　そして、図７Ａに示す通り、導電体４３１の形成面上に材料層４５１が成膜される。
　材料層４５１は、後の工程で、図１における材料層４５１ａ、材料層４５１ｂ、及び材料層４５１ｃを形成するための膜として機能する。そのため、本明細書等では、材料層４５１の記載は、材料層４５１ａ、材料層４５１ｂ、及び材料層４５１ｃと適宜入れ替えて説明することができる。
　導電体４３１の形成面上に材料層４５１を接するように成膜することで、材料層４５１の、導電体４３１との界面近傍において、低抵抗領域が形成される場合がある。また、このとき、熱処理を加えることによって、材料層４５１に含まれる成分と導電体４３１に含まれる成分とによって化合物が形成される場合がある。なお、本作製例では、当該化合物は低抵抗となるように、導電体４３１と材料層４５１とのそれぞれに適切な材料が選択されているものとする。
　なお、材料層４５１に適用できる材料については、半導体装置の構成例１の材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）の説明を参酌する。
　続いて、図７Ｂに示す通り、材料層４５１の形成面上に材料層４５２が成膜される。
　材料層４５２の一部の領域は、上述した通り、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのチャネル形成領域として機能する。
　なお、材料層４５２に適用できる材料については、半導体装置の構成例１の説明を参酌する。
　次に、図８Ａに示す通り、材料層４５２の形成面上に絶縁体４１３が成膜される。
　絶縁体４１３は、上記の通り、図１におけるセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのそれぞれの第２のゲート絶縁膜として機能する。
　絶縁体４１３としては、例えば、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、絶縁体４１３としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物などを用いることができる。
　また、絶縁体４１３は、例えば、絶縁体４１２と同様に、不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）の透過を抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。
　そのため、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、つまり、材料層４５２として、例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物を適用している場合、絶縁体４１３としては、一例としては、酸素の透過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４１３として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体４１３を形成することで、材料層４５２から酸素が脱離して、当該酸素が絶縁体４１３に拡散するのを防ぐことができる。これにより、材料層４５２から酸素が脱離したことによる、材料層４５２の低抵抗化を防ぐことができる。
　また、絶縁体４１２としては、例えば、水、水素などの不純物などの透過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４１２として、酸化アルミニウムなどを用いることができる。ただし、絶縁体４１２に適用できる材料は上述に限定せず、絶縁体４１２としては、例えば、水、水素などの不純物濃度が低減された膜として、上述した絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃに適用できる材料を用いることができる。
　また、図１、図２Ｂ、及び図８Ａでは、絶縁体４１３は単層として図示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。図１、図２Ｂ、及び図８Ａに示す絶縁体４１３は、例えば、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。例えば、図１、及び図２Ｂにおいて、材料層４５２と接する絶縁体４１２には、酸化シリコンを用い、導電体４３２と接する絶縁体４１２には、酸化アルミニウムや、酸化ハフニウムなどを用いてもよい。
　特に、材料層４５２として、例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物を適用している場合を考える。例えば、酸化アルミニウムをスパッタ法により成膜することで、酸素が絶縁体４１３に供給され、絶縁体４１３に供給された酸素は、材料層４５２に供給される。材料層４５２に酸素が供給されることで、当該酸化物半導体に含まれる酸素が増えるため、当該酸化物半導体の低抵抗化を防ぐことができる。
　そして、図８Ｂに示す通り、領域４９１の残りの開口部が埋まるように、絶縁体４１３の形成面上に導電体４３２が成膜される。
　導電体４３２は、上記の通り、図１におけるセルトランジスタＣＴｒＡ、セルトランジスタＣＴｒＢのそれぞれの第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線として機能する。
　導電体４３２としては、例えば、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、導電体４３２としては、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も用いることができる。
　また、導電体４３２として、例えば、材料層４５１、又は材料層４５２に適用可能な金属酸化物に含まれる金属元素及び酸素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素及び窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いることができる。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いることができる。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いることができる。このような材料を用いることで、周辺の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
　また、導電体４３２としては、例えば、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましく、単層または積層とすればよい。
　また、導電体４３２としては、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、導電体の周辺に接する絶縁体として過剰酸素領域を有する絶縁体を適用することで、導電体の絶縁体と接する領域において、酸素が拡散する場合がある。これにより、金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を形成することができる場合がある。また、同様に、導電体の周辺に接する絶縁体として過剰窒素領域を有する絶縁体を適用することで、導電体の絶縁体と接する領域において、窒素が拡散する場合がある。これにより、金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を形成することができる場合がある。
　次の工程では、図９Ａに示す通り、積層体４００に対して、例えば、レジストマスク形成とエッチング処理などを行うことによって、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂに、スリット状の開口部が形成される。なお、本工程では、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂの開口部をスリット状として説明するが、図４Ｂに示す通り、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂの開口部は円筒状としてもよい。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図５Ｂの説明を参酌する。
　そして、図９Ｂに示す工程では、エッチング処理などを用いて、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂに形成された開口部の側面から犠牲層４０１Ａ、及び犠牲層４０１Ｂが除去され、かつ犠牲層４０１Ａに囲まれている絶縁体４１２と導電体４３１と材料層４５１との領域と、犠牲層４０１Ｂに囲まれている絶縁体４１２と導電体４３１と材料層４５１との領域と、が除去されて、積層体４００に凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂが形成される。また、これによって、材料層４５２の領域４７２と重畳する領域において、絶縁体４１２ａ（絶縁体４１２ｂ、絶縁体４１２ｃ）、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）が形成される。
　なお、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂは、図９Ａに示す半導体装置の作製工程の段階で、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂの開口部と一括で形成できる場合がある。また、犠牲層４０１Ａ及び犠牲層４０１Ｂ、絶縁体４１２の一部の領域、導電体４３１の一部の領域、材料層４５１ｃの一部の領域を除去する工程と、は互いにエッチング処理などの条件が異なっていてもよい。そのため、図９Ｂに示す工程では、除去する材料に応じて、エッチング処理などの条件を変えてもよい。
　ところで、材料層４５２として金属酸化物を有する材料を適用している場合、つまり、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＯＳトランジスタとする場合、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂのそれぞれの開口部、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂの形成後に、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに露出している材料層４５２の領域４７１に対して、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂのそれぞれの開口部から酸素を供給する処理を行ってもよい。この場合、図１０Ａには、処理１０として、領域４７１に対して、酸素を供給している様子を示している。酸素を供給する処理としては、例えば、酸素雰囲気下における熱処理などが挙げられる。
　また、酸素を供給する処理１０としては、例えば、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理とすることができる。この場合、領域４７１にマイクロ波、ＲＦなどの高周波、酸素プラズマ、酸素ラジカルなどが照射される。マイクロ波処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する、マイクロ波処理装置を用いることが好ましい。また、マイクロ波処理装置は基板側にＲＦを印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができる。また、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素イオンを、効率よく材料層４５２に導くことができる。また、上記マイクロ波処理は、減圧下で行うことが好ましく、圧力を６０Ｐａ以上、好ましくは１３３Ｐａ以上、より好ましくは２００Ｐａ以上、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、処理温度は、７５０℃以下、好ましくは５００℃以下、例えば４００℃程度で行えばよい。また、酸素プラズマ処理を行った後に、外気に曝すことなく、連続して熱処理を行ってもよい。
　酸素を供給する処理１０として、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理を行うことで、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波を用いて酸素ガスをプラズマ化し、当該酸素プラズマを材料層４５２（セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢの構成が図３Ａ、図３Ｃのときは材料層４５２Ａ）の領域４７１に作用させることができる。このとき、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波を領域４７１に照射することもできる。つまり、図１０Ａに示す領域４７２に、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波、酸素プラズマなどを作用させることができる。プラズマ、マイクロ波などの作用により、領域４７１のＶＯＨを分断し、水素Ｈを領域４７１から除去することができる。つまり、領域４７１において、「ＶＯＨ→Ｈ＋ＶＯ）」、さらに「ＶＯ＋Ｏ→ｎｕｌｌ」という反応が起きて、領域４７１の水素濃度を低減することができる。よって、領域４７１中の酸素欠損、およびＶＯＨを低減し、キャリア濃度を低下させることができる。
　一方、図１０Ａに示す領域４７２には、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）が重畳するように設けられている。導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ１導電体４３１ｃ）は、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波、酸素プラズマなどの作用を遮蔽するので、これらの作用は領域４７２には及ばない。これにより、マイクロ波処理によって、領域４７２で、ＶＯＨの低減、および過剰な量の酸素供給が発生しないので、キャリア濃度の低下を防ぐことができる。
　このようにして、選択的に、材料層４５２の領域４７１の酸素欠損、およびＶＯＨを除去することで、領域４７１をｉ型または実質的にｉ型とすることができる。さらに、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域４７２に過剰な酸素が供給されるのを抑制し、ｎ型化を維持することができる。これにより、セルトランジスタＣＴｒＡ、セルトランジスタＣＴｒＢの電気特性の変動を抑制し、半導体装置内でセルトランジスタの電気特性がばらつくのを抑制することができる。
　また、材料層４５２としてシリコンを有する材料を適用している場合、つまり、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＳｉトランジスタとする場合、領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂの形成後に、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに露出している材料層４５２の領域４７１に対して、領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部から不純物を供給する処理を行ってもよい。この場合、図９Ａには、処理１０として、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに露出している材料層４５２に対して、不純物を供給している様子を示している。なお、処理１０を行っている最中は、半導体装置に対して熱処理を行うのが好ましい。なお、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをｎ型トランジスタとする場合、領域４７１をｐ型のチャネル形成領域にするため、不純物としてｐ型不純物（アクセプタ）を用いる。ｐ型不純物としては、例えば、ボロン、アルミニウム、ガリウムなどを用いることができる。また、セルトランジスタＣＴｒをｐ型トランジスタとする場合、領域４７１をｎ型のチャネル形成領域にするため、不純物としてｎ型不純物（ドナー）を用いる。ｎ型不純物としては、例えば、リン、ヒ素などを用いることができる。
　なお、材料層４５２において、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに露出していない領域、つまり、材料層４５１ａ、材料層４５１ｂ、及び材料層４５１ｃに接する領域４７２は、領域４７１よりも抵抗が低くなる場合がある。これは、例えば、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）に含まれる成分と、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）との界面近傍の材料層４５２の成分と、によって低抵抗な化合物が生成されることがあるためである。又は、処理１０によって、領域４７１は領域４７２よりも抵抗が高くなるためである。このため、領域４７２は、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢの低抵抗領域として機能する。
　また、上述の通り、材料層４５２に酸素や不純物を供給する処理において、領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部から当該供給を行うのではなく、図１０Ｂに示すように、端子取り出し部から酸素供給を行ってもよい。また、材料層４５２に酸素を供給する処理は、図１０Ａの領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部からの酸素供給と、図１０Ｂの端子取り出し部からの酸素供給と、を組み合わせてもよい。なお、図１０Ｂは、図１０Ａに示す構造体の斜視図である。
　次の工程では、図１１Ａに示す通り、図９Ｂに示す領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面（絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃのそれぞれの側面）、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに、材料層４５３が成膜される。
　材料層４５２として金属酸化物を有する材料を適用している場合、つまり、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＯＳトランジスタとする場合、材料層４５３に適用できる材料については、材料層４５１及び／又は材料層４５２に適用できる金属酸化物とすることが好ましい。なお、当該金属酸化物については、図７Ａ、及び図７Ｂに示す工程で形成した材料層４５１、材料層４５２の説明を参酌する。
　また、材料層４５３は、材料層４５１及び／又は材料層４５２に適用できる金属酸化物を複数積層した構成としてもよい。
　また、材料層４５３を成膜した後に、図１０Ａ、及び図１０Ｂに示した工程と同様に、処理１０として、マイクロ波処理などを用いて、材料層４５３、及び材料層４５３に接する材料層４５２の領域に対して酸素の供給を行ってもよい（図示しない）。
　また、材料層４５２としてシリコンを有する材料を適用している場合、つまり、図１のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＳｉトランジスタとする場合、材料層４５３に適用できる材料については、材料層４５１及び／又は材料層４５２に適用できる金属酸化物、又は後述する絶縁体４１４に適用できる材料とすることができる。
　なお、図１１Ａでは、材料層４５３と材料層４５１ｃとのそれぞれの膜厚が等しいように図示しているが、本発明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。材料層４５３の膜厚は、材料層４５１ｃの膜厚よりも厚くしてもよいし、薄くしてもよい。
　次の工程では、図１１Ｂに示す通り、図１１Ａに示す領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、絶縁体４１４が成膜される。つまり、材料層４５３の形成面上に絶縁体４１４が形成される。
　絶縁体４１４は、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのトンネル絶縁膜として機能する。
　絶縁体４１４としては、例えば、酸化シリコン、又は酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、絶縁体４１４としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、又は、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化物などを用いてもよい。また、絶縁体４１４としては、これらを積層した絶縁体としてもよい。
　また、絶縁体４１４を成膜した後に、図１０Ａ、及び図１０Ｂに示した工程と同様に、処理１０として、マイクロ波処理などを用いて、絶縁体４１４を介して、材料層４５３、及び材料層４５３に接する材料層４５２の領域に対して酸素の供給を行ってもよい（図示しない）。
　また、材料層４５１乃至材料層４５３の少なくとも一が金属酸化物を含む材料である場合、絶縁体４１４としては、上述の材料に、絶縁体４１３に適用できる材料を積層した絶縁体とすることができる。特に、絶縁体４１４として、酸素、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する材料を用いることで、材料層４５１乃至材料層４５３への水、又は水素の拡散、材料層４５１乃至材料層４５３からの酸素の脱離を防ぐことができる場合がある。なお、処理１０として、マイクロ波処理を行う場合、例えば、酸化シリコン、又は酸化窒化シリコンを材料層４５３の形成面上に成膜した後に、当該マイクロ波処理を行って、その後に、酸素、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する材料を成膜して、絶縁体４１４を形成すればよい。
　次の工程では、図１２Ａに示す通り、図１１Ｂに示す領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、絶縁体４２１が成膜される。つまり、絶縁体４１４の形成面に絶縁体４２１が形成される。
　絶縁体４２１は、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢの電荷蓄積層として機能する。
　絶縁体４２１としては、例えば、窒化シリコンや、窒化酸化シリコンを用いることができる。ただし、絶縁体４２１に適用できる材料は、これらに限定されない。絶縁体４２１の代替として、導電体、半導体などを適用できる場合がある。
　なお、図１２Ａでは、絶縁体４２１の膜厚は、例えば、材料層４５１ａ（材料層４５１ｂ、材料層４５１ｃ）、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）、及び絶縁体４１２ａ（絶縁体４１２ｂ、絶縁体４１２ｃ）の膜厚とほぼ同様に図示しているが、本発明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。後の工程において絶縁体４１５と、導電体４３４ａ及び導電体４３４ｂと、が凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに形成される範囲であれば、凹部４９３Ａ及び凹部４９３Ｂのそれぞれの一部を埋めるための絶縁体４２１の膜厚は厚くしてもよい。また、絶縁体４２１が電荷蓄積層として機能する範囲であれば、絶縁体４２１の膜厚は薄くしてもよい。
　次の工程では、図１２Ｂに示す通り、図１２Ａに示す領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、絶縁体４１５が成膜される。つまり、絶縁体４２１の形成面上に絶縁体４１５が形成される。
　絶縁体４１５は、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのゲート絶縁膜として機能する。
　絶縁体４１５としては、例えば、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、絶縁体４１５としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物などを用いることができる。また、絶縁体４１５としては、これらを積層した絶縁体としてもよい。そして、絶縁体４１５は、絶縁体４１４よりも厚いことが好ましい。絶縁体４１５を絶縁体４１４よりも厚くすることで、材料層４５３から、絶縁体４１４を介して、絶縁体４２１に電荷の移動を行わせることができる。
　次の工程では、図１３Ａに示す通り、図１２Ｂに示す領域４９２Ａと領域４９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、導電体４３４が成膜される。つまり、絶縁体４１５の形成面に導電体４３４が形成される。
　導電体４３４としては、例えば、前述した導電体４３２に適用できる材料を用いることができる。
　次の工程では、図１３Ｂに示す通り、レジストマスク形成とエッチング処理などによって、前述した凹部のみに導電体４３４が残るように、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂに含まれる導電体４３４が除去される。これによって、導電体４３４ａ、及び導電体４３４ｂが形成される。なお、このとき、絶縁体４１５の露出している部分が除去されてもよい。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図５Ｂの説明を参酌する。
　導電体４３４ａは、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡのゲート電極、及び当該ゲート電極に電位を与えるワード線として機能する。また、導電体４３４ｂは、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＢのゲート電極、及び当該ゲート電極に電位を与えるワード線として機能する。
　次の工程では、図１Ａに示す通り、領域４９２Ａの開口部が埋まるように絶縁体４１６Ａが成膜され、かつ領域４９２Ｂの開口部が埋まるように絶縁体４１６Ｂが成膜される。
　絶縁体４１６Ａ、及び絶縁体４１６Ｂとしては、例えば、上述した絶縁体４１３に適用できる材料を用いることができる。
　上述した工程を行うことにより、図１Ａに示した半導体装置を作製することができる。
＜半導体装置の構成例２＞
　本発明の一態様に係る、記憶装置として機能する半導体装置の構成例は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂに示す構成に限定されない。半導体装置の構成は、場合によって、状況に応じて、又は、必要に応じて、図１、図２Ａ、及び図２Ｂを適宜変更した回路構成とすることができる。
　例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図１４Ａ、図１５Ａ、及び図１５Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図１４Ａは、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図１５Ａは、図１４に示す一点鎖線Ｎ１−Ｎ２の部位の上面図であり、図１５Ｂは、図１４に示す一点鎖線Ｎ３−Ｎ４の部位の上面図である。なお、図１４の断面図、図１５Ａの上面図、図１５Ｂ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１４Ａ、図１５Ａ、及び図１５Ｂの半導体装置では、図９Ｂに示す工程の代わりに、図１４Ｂに示す工程が行われて、エッチング処理などによって、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに絶縁体４１３が露出しない程度に、材料層４５２の一部が除去されている。このように、本発明の一態様の半導体装置において、材料層４５２は、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂが形成された材料層４５２の領域４７１と、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）と重畳する材料層４５２の領域４７２と、で膜厚が異なっていてもよい。
＜半導体装置の構成例３＞
　また、例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図１６、図１７Ａ、及び図１７Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図１６は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図１７Ａは、図１６に示す一点鎖線Ｐ１−Ｐ２の部位の上面図であり、図１７Ｂは、図１６に示す一点鎖線Ｐ３−Ｐ４の部位の上面図である。なお、図１６の断面図、図１７Ａの上面図、図１７Ｂ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１６、図１７Ａ、及び図１７Ｂの半導体装置は、図１３Ｂに示す工程の後に、レジストマスク形成とエッチング処理などを行って、領域４９２Ａ、及び領域４９２Ｂに含まれている材料層４５３、絶縁体４１４、絶縁体４２１、絶縁体４１５、導電体４３４を除去して、領域４９２Ａの開口部が埋まるように絶縁体４１６Ａを成膜し、かつ領域４９２Ｂの開口部が埋まるように絶縁体４１６Ｂを成膜した構成となっている。
　つまり、図１６、図１７Ａ、及び図１７Ｂの半導体装置は、図１３Ｂに示す工程の後で、導電体４３４ａ、及び導電体４３４ｂが残る程度に、絶縁体４１４、絶縁体４２１、絶縁体４１５、材料層４５３が除去された構成となっている。また、このとき、絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃの一部が除去されていてもよい。なお、図１６では、凹部４９３Ａにおいて、材料層４５３ａ、絶縁体４１４ａ、絶縁体４２１ａ、絶縁体４１５ａ、導電体４３４ａが形成され、凹部４９３Ｂにおいて、材料層４５３ｂ、絶縁体４１４ｂ、絶縁体４２１ｂ、絶縁体４１５ｂ、導電体４３４ｂが形成されている構成を示している。
　なお、図１３Ｂに示す工程の後のエッチング処理などは、絶縁体４１５の一部が除去されて、絶縁体４１４が領域４９２Ａの開口部に露出する段階まで、又は、絶縁体４１４の一部が除去されて、材料層４５３が領域４９２Ａの開口部に露出する段階までで止めて、図１の絶縁体４１６Ａ、及び絶縁体４１６Ｂのそれぞれを領域４９２Ａと領域４９２Ｂのそれぞれの開口部の側面に形成してもよい（図示しない）。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図５Ｂの説明を参酌する。
＜半導体装置の構成例４＞
　また、例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図１８、図１９Ａ、及び図１９Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図１８は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図１９Ａは、図１８に示す一点鎖線Ｑ１−Ｑ２の部位の上面図であり、図１９Ｂは、図１８に示す一点鎖線Ｑ３−Ｑ４の部位の上面図である。なお、図１８の断面図、図１９Ａの上面図、図１９Ｂ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１８、図１９Ａ、及び図１９Ｂの半導体装置は、図９Ｂ、又は図１０Ａに示す工程において、図１１Ａの材料層４５３を形成する工程を行わずに、図１１Ｂ以降の工程を行った構成となっている。絶縁体４１４が、バリア絶縁膜として、材料層４５２に対しての不純物の拡散を防ぐために十分に機能する場合、材料層４５３を設けなくてもよい。この場合、材料層４５３を設ける必要がなくなるため、半導体装置を作製する工程を短くすることができる。
＜半導体装置の構成例５＞
　また、例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図２０、及び図２１に示す半導体装置の構成に変更してもよい。図２０は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図２１は、図２０に示す一点鎖線Ｒ３−Ｒ４の部位の上面図である。なお、図２０に示す一点鎖線Ｒ１−Ｒ２の部位の上面図は、図２Ａとほぼ同様の構成となる場合がある。なお、図２０の断面図、図２１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２０、及び図２１の半導体装置は、図６Ｂに示す工程において、図７Ａの材料層４５１を形成する工程を行わずに、図７Ｂ以降の工程を行った構成となっている。材料層４５２に含まれている成分、不純物などが、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）に拡散して、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）の導電性が下がることがない場合、当該成分、当該不純物などのバリア膜として機能する材料層４５１を設けなくてもよい。この場合、材料層４５１を設ける必要がなくなるため、半導体装置を作製するための工程を短くすることができる。
＜半導体装置の構成例６＞
　また、例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図２２、及び図２３に示す半導体装置の構成に変更してもよい。図２２は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図２３は、図２２に示す一点鎖線Ｓ３−Ｓ４の部位の上面図である。なお、図２２に示す一点鎖線Ｓ１−Ｓ２の部位の上面図は、図２Ａとほぼ同様の構成となる場合がある。なお、図２２の断面図、図２３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２２、及び図２３の半導体装置は、図５Ｂに示す工程において、図６Ａの絶縁体４１２を形成する工程を行わずに、図６Ｂ以降の工程を行った構成となっている。絶縁体４１１Ａ（絶縁体４１１Ｂ、絶縁体４１１Ｃ）に含まれている成分、不純物などが、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）に拡散して、導電体４３１ａ（導電体４３１ｂ、導電体４３１ｃ）の導電性が下がることがない場合、当該成分、当該不純物などのバリア絶縁膜として機能する絶縁体４１２を設けなくてもよい。この場合、絶縁体４１２を設ける必要がなくなるため、半導体装置を作製するための工程を短くすることができる。
＜半導体装置の構成例７＞
　また、例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図２４、及び図２５に示す半導体装置の構成に変更してもよい。図２４は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図２５は、図２４に示す一点鎖線Ｔ３−Ｔ４の部位の上面図である。なお、図２４に示す一点鎖線Ｔ１−Ｔ２の部位の上面図は、図２Ａとほぼ同様の構成となる場合がある。なお、図２４の断面図、図２５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２４、及び図２５に示す半導体装置は、図５Ｂに示す工程において、領域４９１の開口部の側面に導電体を形成し、図６Ａから図７Ａまでの工程を行わず、図７Ｂ以降の工程を行った構成となっている。なお、当該導電体の一部の領域は、図９Ｂの凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂを形成する工程で除去される。これにより、図２４に示す導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃが形成される。
　導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとしては、材料層４５２との界面近傍において、低抵抗領域が形成されるような導電材料とすることが好ましい。
　例えば、材料層４５２が金属酸化物を含む材料である場合、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとしては、抵抗値が、２．４×１０３［Ω／ｓｑ］以下、好ましくは１．０×１０３［Ω／ｓｑ］以下である金属、金属元素を有する窒化物、または金属元素を有する酸化物を用いる。当該導電材料として、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの金属膜、Ａｌ−Ｔｉ窒化物、窒化チタンなどの金属元素を有する窒化膜、またはインジウム錫酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物などの金属元素を有する酸化膜を用いることができる。
　また、材料層４５２を低抵抗化させる役割を果たす材料であれば、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃは上述した導電材料に限定されない。例えば、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃの代替として、窒化シリコンなどの絶縁体を用いることができる場合がある。
　また、図９Ｂで、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂを形成するとともに、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃを形成する工程の後に、熱処理を行うことで、材料層４５２に、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃが接している領域において、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに含まれる成分と材料層４５２に含まれる成分とによって、材料層４５２と、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとの界面近傍において化合物が形成されることがある。当該化合物によって、材料層４５２の導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃと接する領域４７２が低抵抗化される。
　また、当該熱処理は、窒素を含む雰囲気下で行ってもよい。当該熱処理により、導電体４６１ａ（導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃ）から、導電体４６１ａ（導電体４６１ｂ、導電体４６１ｃ）の成分である金属元素が材料層４５２へ、または材料層４５２の成分である金属元素が導電体４６１ａ（導電体４６１ｂ、導電体４６１ｃ）へと、拡散し、材料層４５２と、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとが金属化合物を形成する場合がある。なお、その際、材料層４５２の金属元素と、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃの金属元素とが、合金化してもよい。材料層４５２の金属元素と、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃの金属元素とが、合金化することで、金属元素は、比較的安定な状態となるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
　また、当該熱処理によって、材料層４５２中の水素は、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに接する材料層４５２の領域４７２に拡散し、当該領域に存在する酸素欠損の中に入った場合、比較的安定な状態となる。また、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂに露出している材料層４５２の領域４７１に存在する酸素欠損中の水素は、２５０℃以上の熱処理によって、酸素欠損から抜け出し、領域４７２に拡散し、材料層４５２の領域４７２に存在する酸素欠損の中に入り、比較的安定な状態となる。従って、熱処理によって、領域４７２はより低抵抗化され、領域４７１は高純度化（水、水素などの不純物の低減）されて、より高抵抗化される。
　また、例えば、材料層４５２がシリコンを含む材料である場合、材料層４５２は導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに接することで、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに含まれる不純物（元素、イオンなど）が材料層４５２に拡散する場合がある。また、このとき、状況に応じて、又は、場合によっては、図９Ｂで凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂを形成するとともに、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃを形成する工程の後に、熱処理を行うことが好ましい。つまり、材料層４５２の、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに接する表面、及び界面近傍に不純物領域が形成される。
　導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに含まれている不純物がｎ型不純物（ドナー）の場合、材料層４５２の領域４７２、又は材料層４５２と導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃの界面近傍にｎ型の不純物領域が形成される場合がある。一方、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに含まれている不純物がｐ型不純物（アクセプタ）の場合、材料層４５２の領域４７２、又は材料層４５２と導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとの界面近傍にｐ型の不純物領域が形成される場合がある。つまり、これによって、材料層４５２の領域４７２、又は材料層４５２の領域４７２の導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとの界面近傍にキャリアが形成されて、領域４７２が低抵抗化される場合がある。
　また、熱処理を行うことで、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃに含まれる導電性材料と材料層４５２に含まれる成分によって、材料層４５２の領域４７２の導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとの界面近傍に金属シリサイドが形成される場合がある。材料層４５２の領域４７２の導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとの界面近傍に金属シリサイドが形成されることによって、材料層４５２の領域４７２の導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃとの界面近傍が低抵抗化される場合がある。
　なお、図２４、図２５の半導体装置を作製する場合、図９Ｂで、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂを形成するとともに、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃを形成する工程よりも前の工程で、熱処理を行わないことが好ましい。これは、図５Ｂに示す工程において、材料層４５２には、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃを形成するための導電体が成膜されているため、この段階で熱処理を行うと、当該導電体と接する材料層４５２の領域で低抵抗化されてしまう場合があるからである。そのため、図２４、図２５の半導体装置を作製する場合、上述した熱処理は、図９Ｂで、凹部４９３Ａ、及び凹部４９３Ｂを形成するとともに、導電体４６１ａ、導電体４６１ｂ、及び導電体４６１ｃを形成した後に行うことが好ましい。
＜半導体装置の構成例８＞
　また、例えば、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成は、図２６、図２７Ａ、及び図２７Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図２６は、図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図２７Ａは、図２６に示す一点鎖線Ｕ１−Ｕ２の部位の上面図であり、図２７Ｂは、図２６に示す一点鎖線Ｕ３−Ｕ４の部位の上面図である。なお、図２６の断面図、図２７Ａの上面図、図２７Ｂ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２６、図２７Ａ、及び図２７Ｂの半導体装置は、図８Ａに示す工程において、図８Ｂの導電体４３２を形成する工程を行わずに、図９Ａ以降の工程を行った構成となっている。
　つまり、図２６、図２７Ａ、及び図２７Ｂの半導体装置は、第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線が設けられていない構成となっている。
　なお、本発明の一態様に係る、記憶装置として機能する半導体装置の構成例は、上記に述べた半導体装置の構成例１乃至構成例８を適宜選択して組み合わせたものとしてもよい。
　なお、本明細書等で開示された、絶縁体、導電体、半導体、材料層などは、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。ＰＶＤ法としては、例えば、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが挙げられる。また、ＣＶＤ法として、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法などが挙げられる。特に、熱ＣＶＤ法としては、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖｅｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが挙げられる。
　熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
　熱ＣＶＤ法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
　また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の薄い層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の薄い層が第１の薄い層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。
　ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法は、これまでに記載した実施形態に開示された金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜を形成することができ、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、及びジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３）２）を用いる。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）を用いることもできる。
　例えば、ＡＬＤ法を利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体（ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルアミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ、Ｈｆ［Ｎ（ＣＨ３）２］４）などのハフニウムアミド）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン（Ｏ３）の２種類のガスを用いる。また、他の材料としては、テトラキス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがある。
　例えば、ＡＬＤ法を利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ、Ａｌ（ＣＨ３）３）など）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類のガスを用いる。また、他の材料としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。
　例えば、ＡＬＤ法を利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス（Ｏ２、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
　例えば、ＡＬＤ法を利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ６ガスとＢ２Ｈ６ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ６ガスとＨ２ガスを順次繰り返し導入してタングステン膜を形成する。なお、Ｂ２Ｈ６ガスに代えてＳｉＨ４ガスを用いてもよい。
　例えば、ＡＬＤ法を利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎ−Ｏ層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＺｎＯ層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてＩｎ−Ｇａ−Ｏ層やＩｎ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層などの混合酸化物層を形成しても良い。なお、Ｏ３ガスに替えてＡｒ等の不活性ガスで水をバブリングして得られたＨ２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスを用いても良い。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスを用いても良い。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
　本実施の形態では、実施の形態１とは異なる、本発明の一態様に係る、記憶装置として機能する半導体装置の構成の例と、当該半導体装置の作製方法の例と、について説明する。なお、本実施の形態では、フローティングゲート電極を含むセルトランジスタを有する半導体装置について取り扱う。
＜半導体装置の構成例９＞
　図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂを用いて、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢを有する半導体装置の構成を説明する。図２８は、当該半導体装置の断面図である。また、図２９Ａは、図２８に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２の部位の上面図であり、図２９Ｂは、図２８に示す一点鎖線Ａ３−Ａ４の部位の上面図である。なお、図２８の断面図、図２９Ａの上面図、図２９Ｂ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２８において、当該半導体装置は、基板（図示しない）の上方に配置された絶縁体３１１Ａと、絶縁体３１１Ａの上方に配置された絶縁体３１１Ｂと、絶縁体３１１Ｂの上方に配置された絶縁体３１１Ｃと、を有する。
　なお、当該基板としては、例えば、実施の形態１で述べた基板の説明を参酌する。
　また、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂにおいて、当該半導体装置には、領域３９１を有する。領域３９１は、当該半導体装置の作製工程の途中において、開口部が形成された領域であり、また、当該開口部には、当該半導体装置の作製工程を経て、絶縁体、導電体、半導体などが形成される。なお、当該開口部は、一例として、図２９Ａ、及び図２９Ｂに示す通り、円筒状の開口部とすることができる。図２９Ｂにおいて、領域３９１には、一例として、当該開口部の側面から順に、絶縁体３１２ａ（絶縁体３１２ｂ、絶縁体３１２ｃ）と、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）と、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）と、材料層３５２と、絶縁体３１３と、導電体３３２と、が配置されている。
　また、当該半導体装置には、領域３９２Ａと、領域３９２Ｂと、を有する。領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂは、当該半導体装置の作製工程の途中において、開口部が形成された領域であり、また、当該開口部には、当該半導体装置の作製工程を経て、絶縁体、導電体などが形成される。なお、当該開口部は、一例として、図２９Ａ、及び図２９Ｂに示す通り、スリット状の開口部とすることができる。領域３９２Ａには、材料層３５３の一部と、絶縁体３１４の一部と、絶縁体３１５の一部と、導電体３３４ａの一部と、導電体３３４ｂの一部と、絶縁体３１６Ａと、が含まれている。また、領域３９２Ｂには、材料層３５３の一部と、絶縁体３１４の一部と、絶縁体３１５の一部と、導電体３３４ａの一部と、導電体３３４ｂの一部と、絶縁体３１６Ｂと、が含まれている。また、図２８において、絶縁体３１１Ａと絶縁体３１１Ｂとの間には、導電体３３３ａと、導電体３３４ａの一部と、絶縁体３１４の一部と、絶縁体３１５の一部と、が配置されている。また、絶縁体３１１Ｂと絶縁体３１１Ｃとの間には、導電体３３３ｂと、導電体３３４ｂの一部の領域と、絶縁体３１４の一部と、絶縁体３１５の一部と、が配置されている。
　また、材料層３５２は、領域３７１と、領域３７２と、を有する。領域３７１は、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）に隣接するように位置し、領域３７２は、材料層３５３に隣接するように位置している。なお、領域３７１は、当該半導体装置の作製工程によって、セルトランジスタＣＴｒＡ（セルトランジスタＣＴｒＢ）のチャネル形成領域となり、領域３７２は、当該半導体装置の作製工程において、低抵抗領域となる。
　セルトランジスタＣＴｒＢにおいて、導電体３３４ｂは第１のゲート電極、及び第１のゲート電極に電位を与えるワード線として機能し、図２９Ａにおいて導電体３３４ｂに囲まれている絶縁体３１５はゲート絶縁膜として機能し、導電体３３３ｂはフローティングゲート電極（浮遊ゲート電極と呼称する場合がある。）として機能し、図２９Ａにおいて導電体３３３ｂに囲まれている絶縁体３１４はトンネル絶縁膜として機能する。また、導電体３３１ｂはソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電体３３１ｃはソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。また、図２９Ａにおいて導電体３３４ｂに囲まれている材料層３５２の領域はチャネル形成領域として機能する。また、材料層３５３に含まれている材料によっては、材料層３５２と接している材料層３５３の領域もチャネル形成領域として機能する場合がある。また、絶縁体３１３は、ゲート絶縁膜として機能し、導電体３３２は第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線として機能する。
　また、図２９Ａにおいて、導電体３３３ｂを導電体３３３ａに読み換え、導電体３３４ｂを導電体３３４ａに読み換えることで、セルトランジスタＣＴｒＡの上面図とみなすことができる。セルトランジスタＣＴｒＡにおいて、導電体３３４ａは第１のゲート電極、及び第１のゲート電極に電位を与えるワード線として機能し、図２９Ａにおいて導電体３３４ａに囲まれている絶縁体３１５は第１のゲート絶縁膜として機能し、導電体３３３ａはフローティングゲート電極として機能し、図２９Ａにおいて導電体３３３ａに囲まれている絶縁体３１４はトンネル絶縁膜として機能する。また、導電体３３１ａはソース電極又はドレイン電極の一方として機能し、導電体３３１ｂはソース電極又はドレイン電極の他方として機能する。また、図２９Ａにおいて導電体３３４ａに囲まれている材料層３５２の領域はチャネル形成領域として機能する。また、材料層３５３に含まれている材料によっては、材料層３５２と接している材料層３５３の領域もチャネル形成領域として機能する場合がある。また、絶縁体３１３は、第２のゲート絶縁膜として機能し、導電体３３２は第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線として機能する。
　絶縁体３１２ａは、一例として、絶縁体３１１Ａからの不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）が導電体３３１ａに拡散することを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有する。つまり、絶縁体３１２ａによって、導電体３３１ａの不純物を抑制することができる。同様に、絶縁体３１２ｂは、一例として、絶縁体３１１Ｂからの不純物が導電体３３１ｂに拡散することを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有し、絶縁体３１２ｃは、一例として、絶縁体３１１Ｃからの不純物が導電体３３１ｃに拡散することを抑制するバリア絶縁膜としての機能を有する。
　次に、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢに含まれる材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）、材料層３５２、材料層３５３について説明する。
　材料層３５１ａは、一例として、材料層３５２への不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）の拡散を抑制するバリア膜としての機能を有する。材料層３５２と導電体３３１ａとの間に、不純物の透過を抑制する機能を有する材料層３５１ａを設けることによって、材料層３５２と導電体３３１ａとの間の電気抵抗を低減することができる。同様に、材料層３５１ｂは、一例として、材料層３５２からの不純物が導電体３３１ｂに拡散することを抑制するバリア膜としての機能を有し、材料層３５１ｃは、一例として、材料層３５２からの不純物が導電体３３１ｃに拡散することを抑制するバリア膜としての機能を有する。
　また、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層３５２としては、例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物を適用することが好ましく、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）としては、例えば、当該金属酸化物に含まれている金属元素及び酸素を含む材料とすることが好ましい。また、材料層３５３としては、材料層３５１と同様に、当該金属酸化物に含まれている金属元素及び酸素を含む材料とすることが好ましい。
　また、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層３５２において、チャネル形成領域として機能する領域３７１は、低抵抗領域として機能する領域３７２よりも、酸素欠損（ＶＯ）が少なく、または不純物濃度が低いため、キャリア濃度が低い高抵抗領域となる。したがって、領域３７１は、ｉ型（真性）または実質的にｉ型であるということができる。
　また、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層３５２は、図３０Ａに示す通り、材料層３５２Ａと、材料層３５２Ｂと、を有する複数の層とすることが好ましい。なお、図３０Ａは、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡが形成される領域を拡大した図である。
材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂ、そして後の工程で形成される材料層３５３としては、例えば、インジウム、元素Ｍ（元素Ｍとしては、例えば、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、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、コバルトなど）、亜鉛から一、又は複数選ばれた材料とすることができる。特に、インジウム、ガリウム、亜鉛を有する金属酸化物は、バンドギャップが高く、真性（Ｉ型ともいう。）、又は実質的に真性である半導体として機能する。
　当該金属酸化物がチャネル形成領域に含まれているセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢは、オフ電流が非常に低い特性を有する。つまり、オフ状態となっているセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢにおけるリーク電流を低くすることができるため、半導体装置の消費電力を低減することができる場合がある。
　例えば、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）として、元素Ｍを有する金属酸化物を用いてもよい。材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）は、材料層３５２Ｂよりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）として、酸化ガリウムを用いてもよい。また、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）として、Ｉｎ（インジウム）−Ｍ−Ｚｎ（亜鉛）酸化物等の金属酸化物を用いてもよい。具体的には、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）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、材料層３５２Ｂ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、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）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、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。また、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）は、結晶性を有すると好ましい。材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）が結晶性を有する場合、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂ中の酸素の放出を好適に抑制することが出来る。例えば、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）としては、六方晶などの結晶構造であれば、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂ中の酸素の放出を抑制できる場合がある。
　また、例えば、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂのそれぞれは、化学組成が異なる酸化物とすることが好ましい。具体的には、材料層３５２Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層３５２Ａ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元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層３５２Ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比は、材料層３５２Ａ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、材料層３５２Ｂとしては、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）と同様の組成を用いてもよい。
　また、例えば、材料層３５３としては、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比が、材料層３５２Ａ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元素Ｍの原子数比より、大きくてもよい。また、材料層３５３に用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比は、材料層３５２Ａ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くてもよい。また、材料層３５３としては、材料層３５２Ａと同様の組成を用いてもよい。
　また、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、材料層３５３は、図３０Ｂに示す通り、材料層３５３Ａと、材料層３５３Ｂと、を有する複数の層としてもよい。なお、図３０Ｂは、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡが形成される領域を拡大した図である。
　材料層３５３Ａ、材料層３５３Ｂのそれぞれは、化学組成が異なる酸化物とすることが好ましい。具体的には、材料層３５３Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層３５３Ａ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元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層３５３Ｂとしては、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）と同様の組成を用いてもよい。
　また、図３０Ｂに示すセルトランジスタＣＴｒＡにおいて、材料層３５２が図３０Ａのように材料層３５２Ａ、及び材料層３５２Ｂを有する場合、つまり、図３０Ｃに示すセルトランジスタＣＴｒＡの通り、材料層３５２が材料層３５２Ａ、及び材料層３５２Ｂを有し、材料層３５３が材料層３５３Ａ、及び材料層３５３Ｂを有する場合、材料層３５２Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層３５２Ａ及び材料層３５３Ａに用いるそれぞれの金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層３５３Ｂ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元素Ｍの原子数比は、材料層３５２Ａ及び材料層３５３Ａに用いるそれぞれの金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）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元素Ｍの原子数比は、材料層３５２Ａ及び材料層３５３Ａに用いるそれぞれの金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。
　また、このとき、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）、材料層３５２Ｂ、材料層３５３Ｂのそれぞれの組成は互いに等しくてもよい。また、材料層３５３Ａとしては、材料層３５２Ａと同様の組成を用いてもよい。
　ここで、図３０Ａ、又は図３０Ｃに示すセルトランジスタＣＴｒＡにおける、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂ、及び材料層３５３に含まれている金属酸化物を、Ｉｎとガリウム（以下、Ｇａと記載する）と亜鉛（以下、Ｚｎと記載する）とを含む金属酸化物として、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂ、及び材料層３５３のそれぞれに適用できる金属酸化物のＩｎとＧａとＺｎとの原子数比の具体例について説明する。
　材料層３５２Ｂとしては、一例として、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５の金属酸化物を用いればよい。また、材料層３５２Ａとしては、一例として、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の金属酸化物を用いればよい。また、材料層３５３としては、一例として、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４、またＧａとＺｎの原子数比がＧａ：Ｚｎ＝２：１、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５の金属酸化物を用いればよい。
　また、図３０Ｃのように材料層３５３を積層構造とする場合の具体例としては、材料層３５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層３５３Ｂに、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４またはその近傍となる金属酸化物を用いればよい。又は、材料層３５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層３５３Ｂに、ＧａとＺｎの原子数比がＧａ：Ｚｎ＝２：１またはその近傍となる金属酸化物を用いればよい。又は、材料層３５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層３５３Ｂに、ＧａとＺｎの原子数比がＧａ：Ｚｎ＝２：５またはその近傍となる金属酸化物を用いればよい。又は、材料層３５３Ａに、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍となる金属酸化物を用いて、材料層３５３Ｂに酸化ガリウムを用いればよい。
　また、例えば、材料層３５２Ｂに用いる金属酸化物における元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、材料層３５２Ａに用いる金属酸化物における元素Ｍに対するＩｎの原子数比より小さい場合、材料層３５２Ａとして、ＩｎとＧａとＺｎとの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：３またはその近傍、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１０：１：３またはその近傍などの組成であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。
　また、上述した以外の組成としては、材料層３５２Ａには、例えば、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１の組成、Ｉｎ：Ｚｎ＝５：１の組成、Ｉｎ：Ｚｎ＝１０：１の組成、これらのいずれか一の近傍の組成などを有する金属酸化物を用いることができる。又は、材料層３５２Ａには、例えば、酸化インジウムを用いることができる。
　これらの材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）、材料層３５２Ａ、材料層３５２Ｂ、及び材料層３５３（材料層３５３Ａ、材料層３５３Ｂ）を上記の原子数比の関係を満たして組み合わせることが好ましい。例えば、図３０ＡのセルトランジスタＣＴｒＡの場合、材料層３５２Ｂ、および材料層３５３を、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、材料層３５２Ａを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３から４．１の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とすることが好ましい。また、例えば、図３０ＣのセルトランジスタＣＴｒＡの場合、材料層３５２Ｂ、および材料層３５３Ｂを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、材料層３５２Ａを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３からＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４．１の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とすることが好ましい。なお、上記組成は、基体上に形成された酸化物中の原子数比、またはスパッタターゲットにおける原子数比を示す。また、材料層３５２Ａの組成として、Ｉｎの比率を高めることで、トランジスタのオン電流、または電界効果移動度などを高めることが出来るため好適である。
　ところで、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）２＋（ｂ−Ｂ）２＋（ｃ−Ｃ）２≦ｒ２を満たすことを言い、ｒは、例えば、０．２０、好ましくは０．１０、より好ましくは０．０５とすることができる。
　このような条件において、材料層３５２Ｂに接するように材料層３５２Ａを配置することで、材料層３５２Ｂを介して、絶縁体３１３及び／又は導電体３３２から、材料層３５２Ａに、不純物及び酸素が拡散することを抑制することができる。同様に、材料層３５２Ｂに接するように材料層３５３Ｂを配置することで、材料層３５３Ｂを介して、絶縁体３１４、導電体３３３ａ（導電体３３３ｂ）、絶縁体３１５、導電体３３４ａ（導電体３３４ｂ）、絶縁体３１６Ａなどから、材料層３５３Ａ、材料層３５２Ａに、不純物および酸素が拡散することを抑制することができる。また、同様に、材料層３５２Ａに接するように材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）を配置することで、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）を介して、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）、絶縁体３１２ａ（絶縁体３１２ｂ、絶縁体３１２ｃ）、絶縁体３１１Ａ（絶縁体３１１Ｂ、絶縁体３１１Ｃ）などから、材料層３５２Ａに、不純物および酸素が拡散することを抑制することができる。
　また、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢとして、Ｓｉトランジスタを適用する場合、材料層３５２としては、例えば、非晶質シリコン（水素化アモルファスシリコン）、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどとすることができる。
　また、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢにＳｉトランジスタを適用する場合、図３０Ａ、及び図３０Ｃに示すように、材料層３５２を複数の層としてもよいし、単層としてもよい。なお、本明細書などの作製例では、材料層３５２は単層として説明する。
　また、材料層３５３に適用できる材料については、材料層３５１及び／又は材料層３５２に適用できる金属酸化物、又はトンネル絶縁膜として機能する材料、例えば、後に詳述する絶縁体３１４に適用できる材料とすることができる。なお、材料層３５３は、図３０Ｂ、及び図３０Ｃに示すように、複数の層としてもよいし、単層としてもよい。
　セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＳｉトランジスタである場合、材料層３５１としては、例えば、材料層３５１の形成面上の材料層３５２の界面、及び界面近傍の領域に拡散させるための不純物（元素、又はイオン）を含む導電体とすることが好ましい。
　当該導電体には、例えば、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、セルトランジスタＣＴｒＡ及びセルトランジスタＣＴｒＢをｎ型トランジスタとして構成する場合、当該不純物にはｎ型不純物（ドナー）を用いる。ｎ型不純物としては、例えば、リン、ヒ素などを用いることができる。また、本作製方法例において、セルトランジスタＣＴｒＡ及びセルトランジスタＣＴｒＢをｐ型トランジスタとする場合、当該不純物にはｐ型不純物（アクセプタ）を用いる。ｐ型不純物としては、例えば、ボロン、アルミニウム、ガリウムなどを用いることができる。
　また、材料層３５１としては、又は、例えば、材料層３５１の形成面上の材料層３５２の界面、及び界面近傍の領域において、シリサイドを形成できるような材料でもよい。シリサイドを形成できるような材料としては、例えば、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステン、チタンなどを用いればよい。
　なお、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂでは、領域３９２Ａと領域３９２Ｂとの間に、１個の領域３９１が設けられた構成を示しているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、本発明の一態様は、領域３９２Ａと領域３９２Ｂとの間に、複数個の領域３９１が設けられた構成としてもよい。
　その構成の具体例を図３１Ａに示す。図３１Ａには、複数の領域３９１を設けた場合の半導体装置の上面図を示している。なお、当該上面図は、図２８に示す半導体装置の一点鎖線Ａ３−Ａ４における上面図で、領域３９１を複数設けた場合に展開した図となっている。図３１Ａに示す半導体装置は、複数の領域３９２をスリット状として有し、隣り合う領域３９２の間に領域３９１が複数設けられている。複数の領域３９１の配置としては、例えば、スリット状の領域３９２に対して、角度を有するような方向に複数の領域３９１を１列に、又はそれを複数の列として設けてもよい。別の配置としては、例えば、複数の領域３９１を千鳥状に配置してもよい。なお、領域３９２はスリット状でなく、代わりに、例えば、円筒状としてもよい。図３１Ｂは、領域３９２に形成されるスリット状の開口部の代わりに、領域３９４に円筒状の開口部を設けて、領域３９４に材料層３５３、絶縁体３１４乃至絶縁体３１６を形成した構成となっている。なお、領域３９４の形状は、円筒状に限定されず、楕円形、多角形などあらゆる２次元状で表現される図形を底面とする柱状としてもよい。また、領域３９４の位置は、図３１Ａの領域３９２のように一方向の列に沿って設けるのでなく、異なる二方向以上の列に沿って設けてもよい。又は、領域３９４の位置は、上述のような規則性に依らずに形成してもよい。
＜＜半導体装置の作製例２＞＞
　次に、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂに示した半導体装置の作製方法の例について説明する。
　初めに、図３２Ａに示す積層体３００を作製する。積層体３００は、一例として、絶縁体３１１Ａと、犠牲層３０１Ａと、絶縁体３１１Ｂと、犠牲層３０１Ｂと、絶縁体３１１Ｃと、を有する。絶縁体３１１Ａは基板（図示しない。）の上方に配置され、犠牲層３０１Ａは絶縁体３１１Ａ上に配置され、絶縁体３１１Ｂは犠牲層３０１Ａ上に配置され、犠牲層３０１Ｂは絶縁体３１１Ｂ上に配置され、絶縁体３１１Ｃは犠牲層３０１Ｂ上に配置されている。
　犠牲層３０１Ａ、及び犠牲層３０１Ｂとしては、様々な材料を適用することができる。例えば、絶縁体として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどを用いてもよい。または、半導体として、シリコン、ガリウム、ゲルマニウムなどを用いてもよい。または、導体として、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、タンタルなどを用いてもよい。つまり、犠牲層３０１Ａ、及び犠牲層３０１Ｂとしては、他の部分で用いられる材料と、エッチング選択比が取れるような材料を用いればよい。
　絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃとして、水、又は水素などの不純物濃度が低減されている材料であることが好ましい。例えば、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃの水素の脱離量は、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）において、５０℃以上５００℃以下までの範囲において、水素分子に換算した脱離量が、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃのいずれか一の面積当たりに換算して、２×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０１５ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下、より好ましくは５×１０１４ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ２以下であればよい。また、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃは、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成してもよい。但し、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃに適用できる材料は、上述の記載に限定されない。
　絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃ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、タンタルなどから一又は複数選ばれた材料を含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いることができる場合がある。また、例えば、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンを含む材料を用いることができる場合がある。但し、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃに適用できる材料は、上述の記載に限定されない。
　次の工程では、図３２Ｂに示す通り、例えば、レジストマスク形成とエッチング処理などによって、図３２Ａに示す積層体３００に対して、領域３９１に開口部が形成される。
　レジストマスクの形成は、例えば、リソグラフィ法、印刷法、インクジェット法等を適宜用いて行うことができる。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる場合がある。また、エッチング処理については、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、両方を用いてもよい。
　次に、図３３Ａに示す通り、領域３９１の開口部の側面に対して、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃ、犠牲層３０１Ａ、及び犠牲層３０１Ｂを覆うように絶縁体３１２が成膜される。
　絶縁体３１２は、後の工程で、図２８における絶縁体３１２ａ、絶縁体３１２ｂ、及び絶縁体３１２ｃを形成するための膜として機能する。そのため、本明細書等では、絶縁体３１２の記載は、絶縁体３１２ａ、絶縁体３１２ｂ、及び絶縁体３１２ｃと適宜入れ替えて説明することができる場合がある。
　絶縁体３１２は、上述した通り、絶縁体３１１Ａ（絶縁体３１１Ｂ、絶縁体３１１Ｃ）からの不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）が材料層３５２に拡散することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。特に、絶縁体３１２は、酸素原子、又は酸素分子の透過を防ぐバリア絶縁膜とすることが好ましい。
　絶縁体３１２としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。特に、材料層３５２として、後述する酸化物半導体を用いる場合、例えば、絶縁体３１２として、水素を捕獲および水素を固着する機能が高い、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、図２８において、水、水素などの不純物が導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）及び材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）を介して、絶縁体３１１Ａ（絶縁体３１１Ｂ、絶縁体３１１Ｃ）側から材料層３５２へ拡散することを抑制できる。
　また、図２８、図２９Ｂ、及び図３３Ａでは、絶縁体３１２は単層として図示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。図２８、図２９Ｂ、及び図３３Ａに示す絶縁体３１２は、例えば、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。例えば、図２８、及び図２９Ｂにおいて、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）と接する絶縁体３１２には、酸化シリコンを用い、絶縁体３１１Ａ（絶縁体３１１Ｂ、絶縁体３１１Ｃ）と接する絶縁体３１２には、酸化アルミニウムや、酸化ハフニウムなどを用いてもよい。
　続いて、図３３Ｂに示す通り、絶縁体３１２の形成面上に導電体３３１が成膜される。
　導電体３３１は、後の工程で、図２８における導電体３３１ａ、導電体３３１ｂ、及び導電体３３１ｃを形成するための膜として機能する。そのため、本明細書等では、導電体３３１の記載は、導電体３３１ａ、導電体３３１ｂ、及び導電体３３１ｃと適宜入れ替えて説明することができる。
　また、上記の通り、導電体３３１は、導電体３３１ａ、導電体３３１ｂ、及び導電体３３１ｃを形成するための膜として機能するため、導電体３３１は、後の工程によって、図２８におけるセルトランジスタＣＴｒＡ、セルトランジスタＣＴｒＢのそれぞれのソース電極、ドレイン電極となる。
　導電体３３１は、導電率の高い材料であることが好ましい。導電体３３１としては、例えば、例えば、タンタルを含む窒化物、チタンを含む窒化物、モリブデンを含む窒化物、タングステンを含む窒化物、タンタルおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよびアルミニウムを含む窒化物などを用いることが好ましい。本発明の一態様においては、タンタルを含む窒化物が特に好ましい。また、例えば、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、特に、材料層３５２として後述する酸化物半導体を用いる場合、導電体３３１としては、例えば、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。この場合、導電体３３１としては、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
　また、図２８、図２９Ｂ、及び図３３では、導電体３３１は単層として図示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。図２８、図２９Ｂ、及び図３３に示す導電体３３１は、例えば、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。具体的には、例えば、導電体３３１は、１層目に水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いて、２層目に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を用いた構成としてもよい。
　そして、図３４Ａに示す通り、導電体３３１の形成面上に材料層３５１が成膜される。
　材料層３５１は、後の工程で、図２８における材料層３５１ａ、材料層３５１ｂ、及び材料層３５１ｃを形成するための膜として機能する。そのため、本明細書等では、材料層３５１の記載は、材料層３５１ａ、材料層３５１ｂ、及び材料層３５１ｃと適宜入れ替えて説明することができる。
　導電体３３１の形成面上に材料層３５１を接するように成膜することで、材料層３５１の、導電体３３１との界面近傍において、低抵抗領域が形成される場合がある。また、このとき、熱処理を加えることによって、材料層３５１に含まれる成分と導電体３３１に含まれる成分とによって化合物が形成される場合がある。なお、本作製例では、当該化合物は低抵抗となるように、導電体３３１と材料層３５１とのそれぞれに適切な材料が選択されているものとする。
　なお、材料層３５１に適用できる材料については、半導体装置の構成例９の材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）の説明を参酌する。
　続いて、図３４Ｂに示す通り、材料層３５１の形成面上に材料層３５２が成膜される。
　材料層３５２の一部の領域は、上述した通り、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのチャネル形成領域として機能する。
　なお、材料層３５２に適用できる材料については、半導体装置の構成例９の説明を参酌する。
　次に、図３５Ａに示す通り、材料層３５２の形成面上に絶縁体３１３が成膜される。
　絶縁体３１３は、上記の通り、図２８におけるセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのそれぞれの第２のゲート絶縁膜として機能する。
　絶縁体３１３としては、例えば、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、絶縁体３１３としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物などを用いることができる。
　また、絶縁体３１３は、例えば、絶縁体３１２と同様に、不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）の透過を抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。
　そのため、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢがＯＳトランジスタである場合、つまり、材料層３５２として、例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物を適用している場合、絶縁体３１３としては、一例としては、酸素の透過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３１３として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。このような絶縁体３１３を形成することで、材料層３５２から酸素が脱離して、当該酸素が絶縁体３１３に拡散するのを防ぐことができる。これにより、材料層３５２から酸素が脱離したことによる、材料層３５２の低抵抗化を防ぐことができる。
　また、絶縁体３１２としては、例えば、水、水素などの不純物などの透過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３１２として、酸化アルミニウムなどを用いることができる。ただし、絶縁体３１２に適用できる材料は上述に限定せず、絶縁体３１２としては、例えば、水、水素などの不純物濃度が低減された膜として、上述した絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃに適用できる材料を用いることができる。
　また、図２８、図２９Ｂ、及び図３５Ａでは、絶縁体３１３は単層として図示しているが、本発明の一態様はこれに限定されない。図２８、図２９Ｂ、及び図３５Ａに示す絶縁体３１３は、例えば、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。例えば、図２８、及び図２９Ｂにおいて、材料層３５２と接する絶縁体３１２には、酸化シリコンを用い、導電体３３２と接する絶縁体３１２には、酸化アルミニウムや、酸化ハフニウムなどを用いてもよい。
　特に、材料層３５２として、例えば、酸化物半導体として機能する金属酸化物を適用している場合を考える。例えば、酸化アルミニウムをスパッタ法により成膜することで、酸素が絶縁体３１３に供給され、絶縁体３１３に供給された酸素は、材料層３５２に供給される。材料層３５２に酸素が供給されることで、当該酸化物半導体に含まれる酸素が増えるため、当該酸化物半導体の低抵抗化を防ぐことができる。
　そして、図３５Ｂに示す通り、領域３９１の残りの開口部が埋まるように、絶縁体３１３の形成面上に導電体３３２が成膜される。
　導電体３３２は、上記の通り、図２８におけるセルトランジスタＣＴｒＡ、セルトランジスタＣＴｒＢのそれぞれの第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線として機能する。
　導電体３３２としては、例えば、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、導電体３３２としては、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も用いることができる。
　また、導電体３３２として、例えば、材料層３５１、又は材料層３５２に適用可能な金属酸化物に含まれる金属元素及び酸素を含む導電性材料を用いてもよい。また、前述した金属元素及び窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いることができる。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いることができる。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いることができる。このような材料を用いることで、周辺の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
　また、導電体３３２としては、例えば、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましく、単層または積層とすればよい。
　また、導電体３３２としては、上述した材料を複数積層した構成としてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、導電体の周辺に接する絶縁体として過剰酸素領域を有する絶縁体を適用することで、導電体の絶縁体と接する領域において、酸素が拡散する場合がある。これにより、金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を形成することができる場合がある。また、同様に、導電体の周辺に接する絶縁体として過剰窒素領域を有する絶縁体を適用することで、導電体の絶縁体と接する領域において、窒素が拡散する場合がある。これにより、金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を形成することができる場合がある。
　次の工程では、図３６Ａに示す通り、積層体３００に対して、例えば、レジストマスク形成とエッチング処理などを行うことによって、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂに、スリット状の開口部が形成される。なお、本工程では、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂの開口部をスリット状として説明するが、図３１Ｂに示す通り、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂの開口部は円筒状としてもよい。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図３２Ｂの説明を参酌する。
　そして、図３６Ｂに示す工程では、エッチング処理などを用いて、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂに形成された開口部の側面から犠牲層３０１Ａ、及び犠牲層３０１Ｂが除去され、かつ犠牲層３０１Ａに囲まれている絶縁体３１２と導電体３３１と材料層３５１との領域と、犠牲層３０１Ｂに囲まれている絶縁体３１２と導電体３３１と材料層３５１との領域と、が除去されて、積層体３００に凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂが形成される。また、これによって、材料層３５２の領域３７２と重畳する領域において、絶縁体３１２ａ（絶縁体３１２ｂ、絶縁体３１２ｃ）、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）が形成される。
　なお、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂは、図３６Ａに示す半導体装置の作製工程の段階で、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂの開口部と一括で形成できる場合がある。また、犠牲層３０１Ａ及び犠牲層３０１Ｂ、絶縁体３１２の一部の領域、導電体３３１の一部の領域、材料層３５１ｃの一部の領域を除去する工程と、は互いにエッチング処理などの条件が異なっていてもよい。そのため、図３６Ｂに示す工程では、除去する材料に応じて、エッチング処理などの条件を変えてもよい。
　ところで、材料層３５２として金属酸化物を有する材料を適用している場合、つまり、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＯＳトランジスタとする場合、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂのそれぞれの開口部、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂの形成後に、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂに露出している材料層３５２の領域３７１に対して、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂのそれぞれの開口部から酸素を供給する処理を行ってもよい。この場合、図３７Ａには、処理１０として、領域３７１に対して、酸素を供給している様子を示している。酸素を供給する処理としては、例えば、酸素雰囲気下における熱処理などが挙げられる。
　また、酸素を供給する処理１０としては、例えば、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理とすることができる。この場合、領域３７１にマイクロ波、ＲＦなどの高周波、酸素プラズマ、酸素ラジカルなどが照射される。マイクロ波処理は、例えばマイクロ波を用いた高密度プラズマを発生させる電源を有する、マイクロ波処理装置を用いることが好ましい。また、マイクロ波処理装置は基板側にＲＦを印加する電源を有してもよい。高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができる。また、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素イオンを、効率よく材料層３５２に導くことができる。また、上記マイクロ波処理は、減圧下で行うことが好ましく、圧力を６０Ｐａ以上、好ましくは１３３Ｐａ以上、より好ましくは２００Ｐａ以上、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、処理温度は、７５０℃以下、好ましくは５００℃以下、例えば４００℃程度で行えばよい。また、酸素プラズマ処理を行った後に、外気に曝すことなく、連続して熱処理を行ってもよい。
　酸素を供給する処理１０として、酸素を含む雰囲気でマイクロ波処理を行うことで、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波を用いて酸素ガスをプラズマ化し、当該酸素プラズマを材料層３５２（セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢの構成が図３０Ａ、図３０Ｃのときは材料層３５２Ａ）の領域３７１に作用させることができる。このとき、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波を領域３７１に照射することもできる。つまり、図３７Ａに示す領域３７２に、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波、酸素プラズマなどを作用させることができる。プラズマ、マイクロ波などの作用により、領域３７１のＶＯＨを分断し、水素Ｈを領域３７１から除去することができる。つまり、領域３７１において、「ＶＯＨ→Ｈ＋ＶＯ）」、さらに「ＶＯ＋Ｏ→ｎｕｌｌ」という反応が起きて、領域３７１の水素濃度を低減することができる。よって、領域３７１中の酸素欠損、およびＶＯＨを低減し、キャリア濃度を低下させることができる。
　一方、図３７Ａに示す領域３７２には、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）が重畳するように設けられている。導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）は、マイクロ波、またはＲＦ等の高周波、酸素プラズマなどの作用を遮蔽するので、これらの作用は領域３７２には及ばない。これにより、マイクロ波処理によって、領域３７２で、ＶＯＨの低減、および過剰な量の酸素供給が発生しないので、キャリア濃度の低下を防ぐことができる。
　このようにして、選択的に、材料層３５２の領域３７１の酸素欠損、およびＶＯＨを除去することで、領域３７１をｉ型または実質的にｉ型とすることができる。さらに、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域３７２に過剰な酸素が供給されるのを抑制し、ｎ型化を維持することができる。これにより、セルトランジスタＣＴｒＡ、セルトランジスタＣＴｒＢの電気特性の変動を抑制し、半導体装置内でセルトランジスタの電気特性がばらつくのを抑制することができる。
　また、材料層３５２としてシリコンを有する材料を適用している場合、つまり、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＳｉトランジスタとする場合、領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂの形成後に、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂに露出している材料層３５２の領域３７１に対して、領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部から不純物を供給する処理を行ってもよい。この場合、図３６Ａには、処理１０として、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂに露出している材料層３５２に対して、不純物を供給している様子を示している。なお、処理１０を行っている最中は、半導体装置に対して熱処理を行うのが好ましい。なお、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをｎ型トランジスタとする場合、領域３７１をｐ型のチャネル形成領域にするため、不純物としてｐ型不純物（アクセプタ）を用いる。ｐ型不純物としては、例えば、ボロン、アルミニウム、ガリウムなどを用いることができる。また、セルトランジスタＣＴｒをｐ型トランジスタとする場合、領域３７１をｎ型のチャネル形成領域にするため、不純物としてｎ型不純物（ドナー）を用いる。ｎ型不純物としては、例えば、リン、ヒ素などを用いることができる。
　なお、材料層３５２において、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂに露出していない領域、つまり、材料層３５１ａ、材料層３５１ｂ、及び材料層３５１ｃに接する領域３７２は、領域３７１よりも抵抗が低くなる場合がある。これは、例えば、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）に含まれる成分と、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）との界面近傍の材料層３５２の成分と、によって低抵抗な化合物が生成されることがあるためである。又は、処理１０によって、領域３７１は領域３７２よりも抵抗が高くなるためである。このため、領域３７２は、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢの低抵抗領域として機能する。
　また、上述の通り、材料層３５２に酸素や不純物を供給する処理において、領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部から当該供給を行うのではなく、図３７Ｂに示すように、端子取り出し部から酸素供給を行ってもよい。また、材料層３５２に酸素を供給する処理は、図３７Ａの領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部からの酸素供給と、図３７Ｂの端子取り出し部からの酸素供給と、を組み合わせてもよい。なお、図３７Ｂは、図３７Ａに示す構造体の斜視図である。
　次の工程では、図３８Ａに示す通り、図３６Ｂに示す領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面（絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃのそれぞれの側面）、凹部３９３Ａ、凹部３９３Ｂに、材料層３５３が成膜される。
　材料層３５２として金属酸化物を有する材料を適用している場合、つまり、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＯＳトランジスタとする場合、材料層３５３に適用できる材料については、材料層３５１及び／又は材料層３５２に適用できる金属酸化物とすることが好ましい。なお、当該金属酸化物については、図３４Ａ、及び図３４Ｂに示す工程で形成した材料層３５１、材料層３５２の説明を参酌する。
　また、材料層３５３は、材料層３５１及び／又は材料層３５２に適用できる金属酸化物を複数積層した構成としてもよい。
　また、材料層３５３を成膜した後に、図３７Ａ、及び図３７Ｂに示した工程と同様に、処理１０として、マイクロ波処理などを用いて、材料層３５３、及び材料層３５３に接する材料層３５２の領域に対して酸素の供給を行ってもよい（図示しない）。
　また、材料層３５２としてシリコンを有する材料を適用している場合、つまり、図２８のセルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢをＳｉトランジスタとする場合、材料層３５３に適用できる材料については、材料層３５１及び／又は材料層３５２に適用できる金属酸化物、又は後述する絶縁体３１４に適用できる材料とすることができる。
　なお、図３８Ａでは、材料層３５３と材料層３５１ｃとのそれぞれの膜厚が等しいように図示しているが、本発明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。材料層３５３の膜厚は、材料層３５１ｃの膜厚よりも厚くしてもよいし、薄くしてもよい。
　次の工程では、図３８Ｂに示す通り、図３８Ａに示す領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、絶縁体３１４が成膜される。つまり、材料層３５３の形成面上に絶縁体３１４が形成される。
　絶縁体３１４は、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのトンネル絶縁膜として機能する。
　絶縁体３１４としては、例えば、酸化シリコン、又は酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、絶縁体３１４としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、又は、アルミニウム及びハフニウムを有する酸化物などを用いてもよい。また、絶縁体３１４としては、これらを積層した絶縁体としてもよい。
　また、絶縁体３１４を成膜した後に、図３７Ａ、及び図３７Ｂに示した工程と同様に、処理１０として、マイクロ波処理などを用いて、絶縁体３１４を介して、材料層３５３、及び材料層３５３に接する材料層３５２の領域に対して酸素の供給を行ってもよい（図示しない）。
　また、材料層３５１乃至材料層３５３の少なくとも一が金属酸化物を含む材料である場合、絶縁体３１４としては、上述の材料に、絶縁体３１３に適用できる材料を積層した絶縁体とすることができる。特に、絶縁体３１４として、酸素、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する材料を用いることで、材料層３５１乃至材料層３５３への水、又は水素の拡散、材料層３５１乃至材料層３５３からの酸素の脱離を防ぐことができる場合がある。なお、処理１０として、マイクロ波処理を行う場合、例えば、酸化シリコン、又は酸化窒化シリコンを材料層３５３の形成面上に成膜した後に、当該マイクロ波処理を行って、その後に、酸素、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する材料を成膜して、絶縁体３１４を形成すればよい。
　次の工程では、図３９Ａに示す通り、図３８Ｂに示す領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、導電体３３３が成膜される。つまり、絶縁体３１４の形成面に導電体３３３が形成される。
　導電体３３３としては、例えば、前述した導電体３３２に適用できる材料を用いることができる。但し、導電体３３３に適用できる材料は、これに限定されない。導電体３３３の代替として、絶縁体、半導体などを適用できる場合がある。
　次の工程では、図３９Ｂに示す通り、レジストマスク形成とエッチング処理などによって、前述した凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂの一部に導電体３３３が残るように、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂの残りの部分の導電体３３３と、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂに含まれる導電体３３３と、が除去される。これによって、凹部３９３Ａに導電体３３３ａが形成され、凹部３９３Ｂに導電体３３３ｂが形成される。
　導電体３３３ａは、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡのフローティングゲート電極として機能する。また、導電体３３３ｂは、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＢのフローティングゲート電極として機能する。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図３２Ｂの説明を参酌する。
　なお、図３９Ｂでは、導電体３３３ａと、導電体３３３ｂと、のそれぞれの膜厚は、例えば、材料層３５１ａ（材料層３５１ｂ、材料層３５１ｃ）、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）、及び絶縁体３１２ａ（絶縁体３１２ｂ、絶縁体３１２ｃ）の膜厚よりも厚く図示しているが、本発明の一態様に係る半導体装置は、これに限定されない。後の工程において絶縁体３１５、及び導電体３３４ａが凹部３９３Ａに形成される範囲であれば、凹部３９３Ａの一部を埋めるための導電体３３３ａの膜厚は厚くしてもよい。また、導電体３３３ａがフローティングゲート電極として機能する範囲であれば、導電体３３３ａの膜厚は薄くしてもよい。また、同様に、後の工程において絶縁体３１５、及び導電体３３４ｂが凹部３９３Ｂに形成される範囲であれば、凹部３９３Ｂの一部を埋めるための導電体３３３ｂの膜厚は厚くしてもよく、導電体３３３ｂがフローティングゲート電極として機能する範囲であれば、導電体３３３ｂの膜厚は薄くしてもよい。
　次の工程では、図４０Ａに示す通り、図３９Ｂに示す領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、絶縁体３１５が成膜される。つまり、導電体３３３ａの形成面上と、導電体３３３ｂの形成面上と、絶縁体３１４の形成面上に絶縁体３１５が形成される。
　絶縁体３１５は、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡ、及びセルトランジスタＣＴｒＢのゲート絶縁膜として機能する。
　絶縁体３１５としては、例えば、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、絶縁体３１５としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物などを用いることができる。また、絶縁体３１５としては、これらを積層した絶縁体としてもよい。そして、絶縁体３１５は、絶縁体３１４よりも厚いことが好ましい。絶縁体３１５を絶縁体３１４よりも厚くすることで、材料層３５３から、絶縁体３１４を介して、導電体３３３ａ、導電体３３３ｂに電荷の移動を行わせることができる。
　次の工程では、図４０Ｂに示す通り、図３９Ａに示す領域３９２Ａと領域３９２Ｂとのそれぞれの開口部の側面、及び形成されている凹部に、導電体３３４が成膜される。つまり、絶縁体３１５の形成面に導電体３３４が形成される。
　導電体３３４としては、例えば、前述した導電体３３２に適用できる材料を用いることができる。
　次の工程では、図４１に示す通り、レジストマスク形成とエッチング処理などによって、前述した凹部のみに導電体３３４が残るように、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂに含まれる導電体３３４が除去される。これによって、導電体３３４ａ、及び導電体３３４ｂが形成される。なお、このとき、絶縁体３１５の露出している部分が除去されてもよい。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図３２Ｂの説明を参酌する。
　導電体３３４ａは、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＡのゲート電極、及び当該ゲート電極に電位を与えるワード線として機能する。また、導電体３３４ｂは、前述した通り、セルトランジスタＣＴｒＢのゲート電極、及び当該ゲート電極に電位を与えるワード線として機能する。
　次の工程では、図２８Ａに示す通り、領域３９２Ａの開口部が埋まるように絶縁体３１６Ａが成膜され、かつ領域３９２Ｂの開口部が埋まるように絶縁体３１６Ｂが成膜される。
　絶縁体３１６Ａ、及び絶縁体３１６Ｂとしては、例えば、上述した絶縁体３１３に適用できる材料を用いることができる。
　上述した工程を行うことにより、図２８Ａに示した半導体装置を作製することができる。
＜半導体装置の構成例１０＞
　本発明の一態様に係る、記憶装置として機能する半導体装置の構成例は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂに示す構成に限定されない。半導体装置の構成は、場合によって、状況に応じて、又は、必要に応じて、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂを適宜変更した回路構成とすることができる。
　例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図４２Ａ、図４３Ａ、及び図４３Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図４２Ａは、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図４３Ａは、図４２に示す一点鎖線Ｂ１−Ｂ２の部位の上面図であり、図４３Ｂは、図４２に示す一点鎖線Ｂ３−Ｂ４の部位の上面図である。なお、図４２の断面図、図４３Ａの上面図、図４３Ｂ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４２Ａ、図４３Ａ、及び図４３Ｂの半導体装置では、図３６Ｂに示す工程の代わりに、図４２Ｂに示す工程が行われて、エッチング処理などによって、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂに絶縁体３１３が露出しない程度に、材料層３５２の一部が除去されている。このように、本発明の一態様の半導体装置において、材料層３５２は、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂが形成された材料層３５２の領域３７１と、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）と重畳する材料層３５２の領域３７２と、で膜厚が異なっていてもよい。
＜半導体装置の構成例１１＞
　また、例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図４４、図４５Ａ、及び図４５Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図４４は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図４５Ａは、図４４に示す一点鎖線Ｃ１−Ｃ２の部位の上面図であり、図４５Ｂは、図４４に示す一点鎖線Ｃ３−Ｃ４の部位の上面図である。なお、図４４の断面図、図４５Ａの上面図、図４５Ｂ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４４、図４５Ａ、及び図４５Ｂの半導体装置は、図４０Ｂに示す工程の後に、レジストマスク形成とエッチング処理などを行って、領域３９２Ａ、及び領域３９２Ｂに含まれている材料層３５３、絶縁体３１４、絶縁体３１５、導電体３３４を除去して、領域３９２Ａの開口部が埋まるように絶縁体３１６Ａを成膜し、かつ領域３９２Ｂの開口部が埋まるように絶縁体３１６Ｂを成膜した構成となっている。
　つまり、図４４、図４５Ａ、及び図４５Ｂの半導体装置は、図４０Ｂに示す工程の後で、導電体３３４ａ、及び導電体３３４ｂが残る程度に、絶縁体３１４、絶縁体３１５、材料層３５３が除去された構成となっている。また、このとき、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃの一部が除去されていてもよい。なお、図４４では、凹部３９３Ａにおいて、材料層３５３ａ、絶縁体３１４ａ、絶縁体３１５ａ、導電体３３４ａが形成され、凹部３９３Ｂにおいて、材料層３５３ｂ、絶縁体３１４ｂ、絶縁体３１５ｂ、導電体３３４ｂが形成されている構成を示している。
　なお、図４０Ｂに示す工程の後のエッチング処理などは、絶縁体３１５の一部が除去されて、絶縁体３１４が領域３９２Ａの開口部に露出する段階まで、又は、絶縁体３１４の一部が除去されて、材料層３５３が領域３９２Ａの開口部に露出する段階までで止めて、図２８の絶縁体３１６Ａ、及び絶縁体３１６Ｂのそれぞれを領域３９２Ａと領域３９２Ｂのそれぞれの開口部の側面に形成してもよい（図示しない）。
　なお、レジストマスクの形成、エッチング処理などについては、図３２Ｂの説明を参酌する。
＜半導体装置の構成例１２＞
　また、例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図４６、図４７Ａ、及び図４７Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図４６は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図４７Ａは、図４６に示す一点鎖線Ｄ１−Ｄ２の部位の上面図であり、図４７Ｂは、図４６に示す一点鎖線Ｄ３−Ｄ４の部位の上面図である。なお、図４６の断面図、図４７Ａの上面図、図４７Ｂ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４６、図４７Ａ、及び図４７Ｂの半導体装置は、図３６Ｂ、又は図３７Ａに示す工程において、図３８Ａの材料層３５３を形成する工程を行わずに、図３８Ｂ以降の工程を行った構成となっている。絶縁体３１４が、バリア絶縁膜として、材料層３５２に対しての不純物の拡散を防ぐために十分に機能する場合、材料層３５３を設けなくてもよい。この場合、材料層３５３を設ける必要がなくなるため、半導体装置を作製する工程を短くすることができる。
＜半導体装置の構成例１３＞
　また、例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図４８、及び図４９に示す半導体装置の構成に変更してもよい。図４８は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図４９は、図４８に示す一点鎖線Ｅ３−Ｅ４の部位の上面図である。なお、図４８に示す一点鎖線Ｅ１−Ｅ２の部位の上面図は、図２９Ａとほぼ同様の構成となる場合がある。なお、図４８の断面図、図４９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４８、及び図４９の半導体装置は、図３３Ｂに示す工程において、図３４Ａの材料層３５１を形成する工程を行わずに、図３４Ｂ以降の工程を行った構成となっている。材料層３５２に含まれている成分、不純物などが、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）に拡散して、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）の導電性が下がることがない場合、当該成分、当該不純物などのバリア膜として機能する材料層３５１を設けなくてもよい。この場合、材料層３５１を設ける必要がなくなるため、半導体装置を作製するための工程を短くすることができる。
＜半導体装置の構成例１４＞
　また、例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図５０、及び図５１に示す半導体装置の構成に変更してもよい。図５０は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図５１は、図５０に示す一点鎖線Ｆ３−Ｆ４の部位の上面図である。なお、図５０に示す一点鎖線Ｆ１−Ｆ２の部位の上面図は、図２９Ａとほぼ同様の構成となる場合がある。なお、図５０の断面図、図５１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５０、及び図５１の半導体装置は、図３２Ｂに示す工程において、図３３Ａの絶縁体３１２を形成する工程を行わずに、図３３Ｂ以降の工程を行った構成となっている。絶縁体３１１Ａ（絶縁体３１１Ｂ、絶縁体３１１Ｃ）に含まれている成分、不純物などが、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）に拡散して、導電体３３１ａ（導電体３３１ｂ、導電体３３１ｃ）の導電性が下がることがない場合、当該成分、当該不純物などのバリア絶縁膜として機能する絶縁体３１２を設けなくてもよい。この場合、絶縁体３１２を設ける必要がなくなるため、半導体装置を作製するための工程を短くすることができる。
＜半導体装置の構成例１５＞
　また、例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図５２、及び図５３に示す半導体装置の構成に変更してもよい。図５２は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図５３は、図５２に示す一点鎖線Ｇ３−Ｇ４の部位の上面図である。なお、図５２に示す一点鎖線Ｇ１−Ｇ２の部位の上面図は、図２９Ａとほぼ同様の構成となる場合がある。なお、図５２の断面図、図５３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５２、及び図５３に示す半導体装置は、図３２Ｂに示す工程において、領域３９１の開口部の側面に導電体を形成し、図３３Ａから図３４Ａまでの工程を行わず、図３４Ｂ以降の工程を行った構成となっている。なお、当該導電体の一部の領域は、図３６Ｂの凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂを形成する工程で除去される。これにより、図５２に示す導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃが形成される。
　導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとしては、材料層３５２との界面近傍において、低抵抗領域が形成されるような導電材料とすることが好ましい。
　例えば、材料層３５２が金属酸化物を含む材料である場合、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとしては、抵抗値が、２．４×１０３［Ω／ｓｑ］以下、好ましくは１．０×１０３［Ω／ｓｑ］以下である金属、金属元素を有する窒化物、または金属元素を有する酸化物を用いる。当該導電材料として、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの金属膜、Ａｌ−Ｔｉ窒化物、窒化チタンなどの金属元素を有する窒化膜、またはインジウム錫酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物などの金属元素を有する酸化膜を用いることができる。
　また、材料層３５２を低抵抗化させる役割を果たす材料であれば、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃは上述した導電材料に限定されない。例えば、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃの代替として、窒化シリコンなどの絶縁体を用いることができる場合がある。
　また、図３６Ｂで、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂを形成するとともに、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃを形成する工程の後に、熱処理を行うことで、材料層３５２に、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃが接している領域において、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに含まれる成分と材料層３５２に含まれる成分とによって、材料層３５２と、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとの界面近傍において化合物が形成されることがある。当該化合物によって、材料層３５２の導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃと接する領域３７２が低抵抗化される。
　また、当該熱処理は、窒素を含む雰囲気下で行ってもよい。当該熱処理により、導電体３６１ａ（導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃ）から、導電体３６１ａ（導電体３６１ｂ、導電体３６１ｃ）の成分である金属元素が材料層３５２へ、または材料層３５２の成分である金属元素が導電体３６１ａ（導電体３６１ｂ、導電体３６１ｃ）へと、拡散し、材料層３５２と、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとが金属化合物を形成する場合がある。なお、その際、材料層３５２の金属元素と、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃの金属元素とが、合金化してもよい。材料層３５２の金属元素と、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃの金属元素とが、合金化することで、金属元素は、比較的安定な状態となるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
　また、当該熱処理によって、材料層３５２中の水素は、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに接する材料層３５２の領域３７２に拡散し、当該領域に存在する酸素欠損の中に入った場合、比較的安定な状態となる。また、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂに露出している材料層３５２の領域３７１に存在する酸素欠損中の水素は、２５０℃以上の熱処理によって、酸素欠損から抜け出し、領域３７２に拡散し、材料層３５２の領域３７２に存在する酸素欠損の中に入り、比較的安定な状態となる。従って、熱処理によって、領域３７２はより低抵抗化され、領域３７１は高純度化（水、水素などの不純物の低減）されて、より高抵抗化される。
　また、例えば、材料層３５２がシリコンを含む材料である場合、材料層３５２は導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに接することで、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに含まれる不純物（元素、イオンなど）が材料層３５２に拡散する場合がある。また、このとき、状況に応じて、又は、場合によっては、図３６Ｂで凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂを形成するとともに、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃを形成する工程の後に、熱処理を行うことが好ましい。つまり、材料層３５２の、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに接する表面、及び界面近傍に不純物領域が形成される。
　導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに含まれている不純物がｎ型不純物（ドナー）の場合、材料層３５２の領域３７２、又は材料層３５２と導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃの界面近傍にｎ型の不純物領域が形成される場合がある。一方、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに含まれている不純物がｐ型不純物（アクセプタ）の場合、材料層３５２の領域３７２、又は材料層３５２と導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとの界面近傍にｐ型の不純物領域が形成される場合がある。つまり、これによって、材料層３５２の領域３７２、又は材料層３５２の領域３７２の導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとの界面近傍にキャリアが形成されて、領域３７２が低抵抗化される場合がある。
　また、熱処理を行うことで、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃに含まれる導電性材料と材料層３５２に含まれる成分によって、材料層３５２の領域３７２の導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとの界面近傍に金属シリサイドが形成される場合がある。材料層３５２の領域３７２の導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとの界面近傍に金属シリサイドが形成されることによって、材料層３５２の領域３７２の導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃとの界面近傍が低抵抗化される場合がある。
　なお、図５２、図５３の半導体装置を作製する場合、図３６Ｂで、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂを形成するとともに、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃを形成する工程よりも前の工程で、熱処理を行わないことが好ましい。これは、図３２Ｂに示す工程において、材料層３５２には、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃを形成するための導電体が成膜されているため、この段階で熱処理を行うと、当該導電体と接する材料層３５２の領域で低抵抗化されてしまう場合があるからである。そのため、図５２、図５３の半導体装置を作製する場合、上述した熱処理は、図３６Ｂで、凹部３９３Ａ、及び凹部３９３Ｂを形成するとともに、導電体３６１ａ、導電体３６１ｂ、及び導電体３６１ｃを形成した後に行うことが好ましい。
＜半導体装置の構成例１６＞
　また、例えば、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成は、図５４、図５５Ａ、及び図５５Ｂに示す半導体装置の構成に変更してもよい。図５４は、図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置の構成とは異なる半導体装置の断面図である。また、図５５Ａは、図５４に示す一点鎖線Ｈ１−Ｈ２の部位の上面図であり、図５５Ｂは、図５４に示す一点鎖線Ｈ３−Ｈ４の部位の上面図である。なお、図５４の断面図、図５５Ａの上面図、図５５Ｂ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５４、図５５Ａ、及び図５５Ｂの半導体装置は、図３５Ａに示す工程において、図３５Ｂの導電体３３２を形成する工程を行わずに、図３６Ａ以降の工程を行った構成となっている。
　つまり、図５４、図５５Ａ、及び図５５Ｂの半導体装置は、第２のゲート電極、及び第２のゲート電極に電位を与える配線が設けられていない構成となっている。
　なお、本発明の一態様に係る、記憶装置として機能する半導体装置の構成例は、上記に述べた半導体装置の構成例９乃至構成例１６を適宜選択して組み合わせたものとしてもよい。
　なお、本実施の形態で開示された、絶縁体、導電体、半導体、材料層などは、実施の形態１で説明した成膜方法によって形成することができる。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
　本実施の形態では、実施の形態１、及び実施の形態２で説明した半導体装置において、記憶容量を大きくするための構成例について、説明する。なお、本実施の形態では、実施の形態２で説明した半導体装置を一例として説明を行うが、本実施の形態は実施の形態１で説明した半導体装置にも適用することができる。
　図５６Ａ、及び図５６Ｂのそれぞれは、図２９Ａ、及び図２９Ｂに示した領域３９１及び領域３９１の外部において、新たに絶縁体３１９が形成された半導体装置の構成を示した上面図である。
　具体的には、図２９Ａ、及び図２９Ｂの領域３９１及び領域３９１の外部において、初めに開口部が形成されて、次に当該開口部が埋められるように絶縁体３１９が形成されている。
　絶縁体３１９としては、例えば、絶縁体３１１Ａ乃至絶縁体３１１Ｃに適用できる材料を用いることができる。具体例としては、絶縁体３１９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、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウムなどを用いることができる。又は絶縁体３１９は、単膜でなく、複数層を有する膜としてもよい。
　図５６Ａでは、開口部は、一例として、領域３９１が分断するように、かつ導電体３３２が導電体３３２＿１と導電体３３２＿２の２つに分けられるように形成されている。つまり、領域３９１に開口部が形成されることによって、領域３９１に含まれている導電体３３２、絶縁体３１３、材料層３５２、材料層３５３、絶縁体３１４、導電体３３３ｂ、絶縁体３１５のそれぞれが２つに分断されている。図５６Ａでは、導電体３３２が導電体３３２＿１と導電体３３２＿２の２つに分けられ、絶縁体３１３が絶縁体３１３＿１と絶縁体３１３＿２の２つに分けられ、材料層３５２が材料層３５２＿１と材料層３５２＿２の２つに分けられ、材料層３５３が材料層３５３＿１と材料層３５３＿２の２つに分けられ、絶縁体３１４が絶縁体３１４＿１と絶縁体３１４＿２の２つに分けられ、導電体３３３ｂが導電体３３３ｂ＿１と導電体３３３ｂ＿２の２つに分けられ、絶縁体３１５が絶縁体３１５＿１と絶縁体３１５＿２の２つに分けられている構成を示している。
　また、図５６Ａに示すとおりに領域３９１とその周辺に開口部を形成することで、図２９Ｂの領域３９１と領域３９１の外部の周辺は、図５６Ｂに示す構成となる。具体的には、図５６Ｂでは、導電体３３２が導電体３３２＿１と導電体３３２＿２の２つに分けられ、絶縁体３１３が絶縁体３１３＿１と絶縁体３１３＿２の２つに分けられ、材料層３５２が材料層３５２＿１と材料層３５２＿２の２つに分けられ、材料層３５１が材料層３５１ａ＿１と材料層３５１ａ＿２の２つに分けられ、導電体３３１ａが導電体３３１ａ＿１と導電体３３１ａ＿２の２つに分けられ、絶縁体３１２ａが絶縁体３１２ａ＿１と絶縁体３１２ａ＿２の２つに分けられている構成を示している。
　図５６Ａ、及び図５６Ｂに示すとおり、絶縁体３１９によって、領域３９１を分断するように、半導体装置を構成することによって、領域３９１に設けられているセルトランジスタの数を２倍にすることができる。つまり、領域３９１に設けられているストリングの数を２倍にすることができるため、図５６Ａ、及び図５６Ｂに示す構成を有する半導体装置は、図２９Ａ、及び図２９Ｂに示す構成を有する半導体装置よりも記憶容量を大きくすることができる。
　また、本発明の一態様の半導体装置は、図５６Ａ、及び図５６Ｂに示す構成に限定されない。図５６Ａ、及び図５６Ｂでは、領域３９１を２つに分けた構成を示したが、例えば、図５７Ａに示す構成のとおり、領域３９１を３つに分けた構成としてもよい。又は、例えば、図５７Ｂに示す構成のとおり、領域３９１を４つに分けた構成としてもよい。
　図５７Ａは、図２９Ｂの領域３９１を３つに分けた構成の一例を示している。具体的には、図５７Ａでは、導電体３３２が導電体３３２＿１と導電体３３２＿２と導電体３３２＿３の３つに分けられ、絶縁体３１３が絶縁体３１３＿１と絶縁体３１３＿２と絶縁体３１３＿３の３つに分けられ、材料層３５２が材料層３５２＿１と材料層３５２＿２と材料層３５２＿３の３つに分けられ、材料層３５１ａが材料層３５１ａ＿１と材料層３５１ａ＿２と材料層３５１ａ＿３の３つに分けられ、導電体３３１ａが導電体３３１ａ＿１と導電体３３１ａ＿２と導電体３３１ａ＿３の３つに分けられ、絶縁体３１２ａが絶縁体３１２ａ＿１と絶縁体３１２ａ＿２と絶縁体３１２ａ＿３の３つに分けられている構成を示している。
　また、図５７Ｂは、図２９Ｂの領域３９１を４つに分けた構成の一例を示している。具体的には、図５７Ａでは、導電体３３２が導電体３３２＿１と導電体３３２＿２と導電体３３２＿３と導電体３３２＿４の４つに分けられ、絶縁体３１３が絶縁体３１３＿１と絶縁体３１３＿２と絶縁体３１３＿３と絶縁体３１３＿４の４つに分けられ、材料層３５２が材料層３５２＿１と材料層３５２＿２と材料層３５２＿３と材料層３５２＿４の４つに分けられ、材料層３５１ａが材料層３５１ａ＿１と材料層３５１ａ＿２と材料層３５１ａ＿３と材料層３５１ａ＿４の４つに分けられ、導電体３３１ａが導電体３３１ａ＿１と導電体３３１ａ＿２と導電体３３１ａ＿３と導電体３３１ａ＿４の４つに分けられ、絶縁体３１２ａが絶縁体３１２ａ＿１と絶縁体３１２ａ＿２と絶縁体３１２ａ＿３と絶縁体３１２ａ＿４の４つに分けられている構成を示している。
　また、上記では、半導体装置の領域３９１を２つ、３つ、及び４つに分けた構成の例を示したが、本発明の一態様の半導体装置は、領域３９１を５つ以上に分けた構成としてもよい。
　また、本発明の一態様の半導体装置は、図５６Ａ、及び図５６Ｂに示すような一つの領域３９１ごとに１個の開口部を設ける構成でなく、２つ以上の領域３９１をまたがるように開口部を設けて、当該開口部に絶縁体３１９を埋める構成としてもよい。具体的には、図５８Ａに示すとおり、２つのスリット状の領域３９２の間に複数の領域３９１が設けられている構成において、スリット状の領域３９２と概ね平行となるように、かつ複数の領域３９１の導電体３３２がまたがるように開口部を設けて、当該開口部に絶縁体３１９を埋める構成としてもよい。
　ところで、図５８Ａの構成において、セルトランジスタの第１のゲートに電気的に接続されるワード線は、図２８に示すとおり、絶縁体３１１Ａと絶縁体３１１Ｂとの間、絶縁体３１１Ｂと絶縁体３１１Ｃとの間に設けられている。そのため、複数の領域３９１にまたがるように開口部を設けて当該開口部に絶縁体３１９を設ける場合、セルトランジスタの第１のゲート及びワード線が、外部の回路などと導通状態となるように、当該開口部を設ける必要がある。具体的には、図５８Ａの構成では、絶縁体３１９を、スリット状の領域３９２と概ね平行となるように設けることで、セルトランジスタの第１のゲート及びワード線が、外部の回路などと導通状態となるようになっている。
　また、セルトランジスタの第１のゲート及びワード線が、外部の回路などと導通状態となる構成であれば、開口部及び絶縁体３１９の位置、形状については特に限定されない。例えば、図５８Ｂに示すとおり、スリット状の領域３９２に対して、角度を有するような方向に開口部を設けて、当該開口部に絶縁体３１９を設けてもよい。なお、このとき、図５８Ｂの上面において、当該開口部の一部が両側の領域３９２の内側に形成されないようにすることで、セルトランジスタの第１のゲート及びワード線は、外部の回路などと導通状態にすることができ、図５８Ｂの構成の半導体装置を動作させることができる。逆に、当該開口部が両側の領域３９２の内側にまで設けられている場合、セルトランジスタの第１のゲートが、外部の回路などと非導通状態になってしまうため、この場合の半導体装置は正常に動作しない。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
　本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）について説明する。
　金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、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、コバルト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。
＜結晶構造の分類＞
　まず、酸化物半導体における、結晶構造の分類について、図５９Ａを用いて説明を行う。図５９Ａは、酸化物半導体、代表的にはＩＧＺＯ（Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を含む金属酸化物）の結晶構造の分類を説明する図である。
　図５９Ａに示すように、酸化物半導体は、大きく分けて「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ（結晶性）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」と、に分類される。また、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ」の中には、ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓが含まれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の中には、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、及びＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が含まれる（ｅｘｃｌｕｄｉｎｇ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ａｎｄ　ｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌ）。なお、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の分類には、ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ、ｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌ、及びｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓは除かれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌ」の中には、ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ、及びｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌが含まれる。
　なお、図５９Ａに示す太枠内の構造は、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」との間の中間状態であり、新しい境界領域（Ｎｅｗ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｐｈａｓｅ）に属する構造である。すなわち、当該構造は、エネルギー的に不安定な「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」などとは全く異なる構造と言い換えることができる。
　なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。ここで、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」に分類されるＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ−Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを図５９Ｂに示す（縦軸は強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を任意単位（ａ．ｕ．）で表している）。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ−Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。以降、図５９Ｂに示すＧＩＸＤ測定で得られるＸＲＤスペクトルを、単にＸＲＤスペクトルと記す。なお、図５９Ｂに示すＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］近傍である。また、図５９Ｂに示すＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の厚さは、５００ｎｍである。
　図５９Ｂに示すように、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルでは、明確な結晶性を示すピークが検出される。具体的には、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルでは、２θ＝３１°近傍に、ｃ軸配向を示すピークが検出される。なお、図５９Ｂに示すように、２θ＝３１°近傍のピークは、ピーク強度が検出された角度を軸に左右非対称である。
　また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ　Ｂｅａｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電子線回折パターンともいう。）にて評価することができる。ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の回折パターンを、図５９Ｃに示す。図５９Ｃは、電子線を基板に対して平行に入射するＮＢＥＤによって観察される回折パターンである。なお、図５９Ｃに示すＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］近傍である。また、極微電子線回折法では、プローブ径を１ｎｍとして電子線回折が行われる。
　図５９Ｃに示すように、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ｃ軸配向を示す複数のスポットが観察される。
＜＜酸化物半導体の構造＞＞
　なお、酸化物半導体は、結晶構造に着目した場合、図５９Ａとは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、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、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、及びｎｃ−ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
　ここで、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、及びａ−ｌｉｋｅ　ＯＳの詳細について、説明を行う。
［ＣＡＡＣ−ＯＳ］
　ＣＡＡＣ−ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ−ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域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。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ−ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
　なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。
　また、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、スズ、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素を有する層（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る。よって、（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ像において、格子像として観察される。
　ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
　また、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう。）を対称中心として、点対称の位置に観測される。
　上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、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）を確認することはできない。即ち、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、金属原子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と考えられる。
　なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ−ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
　ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、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、酸化物半導体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）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。したがって、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ−ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
［ｎｃ−ＯＳ］
　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。別言すると、ｎｃ−ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。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。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
［ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ］
　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酸化物半導体である。ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、鬆又は低密度領域を有する。即ち、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
＜＜酸化物半導体の構成＞＞
　次に、上述のＣＡＣ−ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ−ＯＳは材料構成に関する。
［ＣＡＣ−ＯＳ］
　ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
　さらに、ＣＡＣ−ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
　ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、およびＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、および［Ｚｎ］と表記する。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳにおいて、第１の領域は、［Ｉｎ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大きく、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。
　具体的には、上記第１の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。また、上記第２の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えることができる。
　なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
　例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ−ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
　ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ−ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、および良好なスイッチング動作を実現することができる。
　酸化物半導体は、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、ＣＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
＜酸化物半導体を有するトランジスタ＞
　続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
　上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
　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。例えば、酸化物半導体のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０１１ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ−３未満であり、１×１０−９ｃｍ−３以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体膜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又は実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼称する場合がある。
　また、高純度真性又は実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、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、酸化物半導体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酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
　従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。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。
＜不純物＞
　ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
　酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
　また、酸化物半導体にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属が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。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
　なお、本明細書等において、ノーマリーオンとは、ゲートに電圧を印加しなくてもチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れてしまう状態のことをいう。また、ノーマリーオフとは、ゲートに電位を印加しない、またはゲートに接地電位を与えたときに、トランジスタに流れるチャネル幅１μｍあたりの電流が、室温において１×１０−２０Ａ以下、８５℃において１×１０−１８Ａ以下、または１２５℃において１×１０−１６Ａ以下であることをいう。
　また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中の窒素濃度を、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
　また、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、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている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。このため、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、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満にする。
　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。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態５）
　本実施の形態では、実施の形態１で説明した半導体装置の一例であるＮＡＮＤメモリについて、説明する。
＜半導体装置の回路構成例＞
　はじめに、半導体装置の一例であるＮＡＮＤメモリの回路構成について、図６０Ａを参照して、説明する。図６０Ａには、１個のストリングのＮＡＮＤメモリの回路図を示している。１個のストリングのＮＡＮＤメモリは、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］のメモリセルと、それらを制御するための配線ＷＬ［１］乃至配線ＷＬ［ｎ］と、配線ＢＬ及び配線ＳＬと、そのストリングを選択するためのトランジスタＳＴｒ及びトランジスタＢＴｒと、トランジスタＳＴｒを制御するための配線ＳＳＬと、トランジスタＢＴｒを制御するための配線ＢＳＬと、を有する。なお、配線ＷＬは後述するメモリセルＭＣのセルトランジスタの制御ゲート（本明細書等では、単にゲートと言い換える場合がある。）に電位を与える配線として機能し、配線ＳＬ及び配線ＢＬは後述するメモリセルＭＣのセルトランジスタの第１端子及び／又は第２端子に電位を与える配線として機能する場合がある。
　それぞれのメモリセルＭＣは、セルトランジスタＣＴｒを有する。一般的には、セルトランジスタは、ノーマリーオン特性で動作するトランジスタであり、制御ゲートと、電荷蓄積層と、を有する。電荷蓄積層は、トンネル絶縁膜を介して、チャネル形成領域と重畳する領域に設けられ、制御ゲートは、ブロッキング膜を介して、電荷蓄積層と重畳する領域に設けられる。セルトランジスタは、制御ゲートに書き込み電位を印加し、かつセルトランジスタの第１端子、又は第２端子の一方に所定の電位を与えることによってトンネル電流が発生して、当該セルトランジスタのチャネル形成領域から電荷蓄積層に電子が注入される。これにより、電荷蓄積層に電子が注入されたセルトランジスタでは、しきい値電圧が高くなる。ＮＡＮＤメモリはこの原理を利用した半導体装置であり、詳細な動作原理については後述する。なお、電荷蓄積層の代わりとしてフローティングゲートを用いてもよく、また、実施の形態２では、半導体装置に含まれるセルトランジスタを、フローティングゲートを有するトランジスタとして説明している。
　セルトランジスタＣＴｒの第１端子は、回路構成的には、隣接するメモリセルＭＣのセルトランジスタＣＴｒの第２端子と直列に、電気的に接続されている。つまり、図１Ａに示す回路構成は、セルトランジスタＣＴｒがｎ個、直列に電気的に接続された構成となっている。加えて、メモリセルＭＣ［１］のセルトランジスタＣＴｒの第２端子は、トランジスタＳＴｒの第１端子と電気的に接続され、メモリセルＭＣ［ｎ］のセルトランジスタＣＴｒの第１端子は、トランジスタＢＴｒの第１端子と電気的に接続されている。そして、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］のそれぞれのセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートは、配線ＷＬ［１］乃至配線ＷＬ［ｎ］の各々と電気的に接続されている。トランジスタＳＴｒの第２端子は、配線ＳＬと電気的に接続され、トランジスタＳＴｒのゲートは、配線ＳＳＬと電気的に接続されている。トランジスタＢＴｒの第２端子は、配線ＢＬと電気的に接続され、トランジスタＢＴｒのゲートは、配線ＢＳＬと電気的に接続されている。
　セルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、実施の形態４で説明する金属酸化物などのいずれか一、又は上記から選ばれた複数の材料を有することが好ましい。特に、当該チャネル形成領域において、インジウム、元素Ｍ（元素Ｍとしては、例えば、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫など）、亜鉛から一、又は複数選ばれた金属酸化物が含まれる場合、当該金属酸化物は、ワイドギャップ半導体として機能することがあり、当該金属酸化物がチャネル形成領域に含まれているセルトランジスタは、オフ電流が非常に低い特性を有する。つまり、オフ状態となっているセルトランジスタＣＴｒにおけるリーク電流を低くすることができるため、半導体装置の消費電力を低減することができる場合がある。また、トランジスタＳＴｒ、トランジスタＢＴｒのそれぞれのチャネル形成領域も、上述の金属酸化物を有することができる。
　また、トランジスタＳＴｒ及び／又はトランジスタＢＴｒのチャネル形成領域は、セルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域と異なる構成にすることができる。例えば、セルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域に前述した金属酸化物が含まれる材料を適用し、トランジスタＳＴｒ及び／又はトランジスタＢＴｒのチャネル形成領域にシリコンが含まれる材料を適用することができる。
　なお、本発明の一態様は、図６０Ａに示す半導体装置に限定されない。本発明の一態様は、場合によって、状況に応じて、又は、必要に応じて、図６０Ａに示す半導体装置を適宜変更した回路構成とすることができる。例えば、本発明の一態様は、図６０Ｂに示す通り、セルトランジスタＣＴｒにバックゲートを設けた半導体装置としてもよい。なお、図６０Ｂに図示している半導体装置は、図１Ａに図示している半導体装置の構成に加え、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有するセルトランジスタＣＴｒにバックゲートを設けて、当該バックゲートのそれぞれに配線ＢＧＬが電気的に接続された構成となっている。図６０Ｂに示す半導体装置は、配線ＢＧＬがメモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有するセルトランジスタＣＴｒのバックゲートのそれぞれと電気的に接続されている構成でなく、当該バックゲートに対してそれぞれ独立に電気的に接続して、それぞれ互いに異なった電位を供給する構成としてもよい。なお、図６０Ｂに示す半導体装置の動作例については、後述する。
　ところで、図６０Ａ、図６０Ｂに示す半導体装置の記憶容量を更に増やしたい場合、図６０Ａ、図６０Ｂに示す半導体装置をマトリクス状となるように並べて配置すればよい。例えば、図６０Ａに示す半導体装置をマトリクス状となるように並べて配置した場合、その回路構成は、図６１に示す構成となる。なお、本明細書等において、図６１に示す複数のストリングのＮＡＮＤメモリを１ブロックのＮＡＮＤメモリと記載する。
　図６１に示す半導体装置は、図６０Ａに示した半導体装置を１列としてｍ列（ｍは１以上の整数である。）並べて配置したもので、配線ＷＬを同じ行のメモリセルＭＣと共有するように電気的に接続した構成となっている。つまり、図６１に示す半導体装置は、ｎ行ｍ列のマトリクス状の半導体装置であり、メモリセルＭＣ［１，１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ，ｍ］を有する。そのため、図６１に示す半導体装置は、配線ＷＬ［１］乃至配線ＷＬ［ｎ］と、配線ＢＬ［１］乃至配線ＢＬ［ｍ］と、配線ＢＳＬ［１］乃至配線ＢＳＬ［ｍ］と、配線ＳＬ［１］乃至配線ＳＬ［ｍ］と、配線ＳＳＬ［１］乃至配線ＳＳＬ［ｍ］と、によって、電気的に接続されている。具体的には、メモリセルＭＣ［ｊ，ｉ］（ｊは１以上ｎ以下の整数であり、ｉは１以上ｍ以下の整数である。）のセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートは、配線ＷＬ［ｊ］と電気的に接続されている。配線ＳＬ［ｉ］はトランジスタＳＴｒ［ｉ］の第２端子と電気的に接続され、配線ＢＬ［ｉ］はトランジスタＢＴｒの第２端子と電気的に接続されている。
　なお、図６１は、メモリセルＭＣ［１，１］、メモリセルＭＣ［１，ｉ］、メモリセルＭＣ［１，ｍ］、メモリセルＭＣ［ｊ，１］、メモリセルＭＣ［ｊ，ｉ］、メモリセルＭＣ［ｊ，ｍ］、メモリセルＭＣ［ｎ，１］、メモリセルＭＣ［ｎ，ｉ］、メモリセルＭＣ［ｎ，ｍ］、配線ＷＬ［１］、配線ＷＬ［ｊ］、配線ＷＬ［ｎ］、配線ＢＬ［１］、配線ＢＬ［ｉ］、配線ＢＬ［ｍ］、配線ＢＳＬ［１］、配線ＢＳＬ［ｉ］、配線ＢＳＬ［ｍ］、配線ＳＬ［１］、配線ＳＬ［ｉ］、配線ＳＬ［ｍ］、配線ＳＳＬ［１］、配線ＳＳＬ［ｉ］、配線ＳＳＬ［ｍ］、セルトランジスタＣＴｒ、トランジスタＢＴｒ［１］、トランジスタＢＴｒ［ｉ］、トランジスタＢＴｒ［ｍ］、トランジスタＳＴｒ［１］、トランジスタＳＴｒ［ｉ］、トランジスタＳＴｒ［ｍ］のみ図示している。
　また、図６０Ｂに示した半導体装置を１列としてｍ列（ｍは１以上の整数である。）並べて配置したものを、図６２に示す。なお、図６２に示す半導体装置は、全てのメモリセルＭＣが有するそれぞれのトランジスタにバックゲートを設けた構成となっており、そのため、図６２に示す半導体装置は、それぞれのバックゲートと電気的に接続するための配線ＢＧＬ［１］乃至配線ＢＧＬ［ｍ］を有する。なお、図６２に示す半導体装置については、図６１に示す半導体装置の説明の記載を参酌する。
　図６１、図６２に示した半導体装置は、それぞれ図６０Ａ、図６０Ｂをマトリクス状に並べて配置した構成となっているが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によって、状況に応じて、又は必要に応じて、回路構成を変更することができる。例えば、図６１、図６２では、トランジスタＢＴｒ［１］乃至トランジスタＢＴｒ［ｍ］を制御するための配線として、それぞれ配線ＢＳＬ［１］乃至配線ＢＳＬ［ｍ］を図示したが、１本の配線としてトランジスタＢＴｒ［１］乃至トランジスタＢＴｒ［ｍ］のそれぞれのゲートと電気的に接続する構成としてもよい。同様に、トランジスタＳＴｒ［１］乃至トランジスタＳＴｒ［ｍ］を制御するための配線も、配線ＳＳＬ［１］乃至配線ＳＳＬ［ｍ］でなく、１本の配線としてトランジスタＳＴｒ［１］乃至トランジスタＳＴｒ［ｍ］のそれぞれのゲートと電気的に接続する構成としてもよい。
＜＜動作例＞＞
　次に、図６０Ａ、図６０Ｂに示した半導体装置の動作方法の一例について、図６３Ａ、図６３Ｂ、図６４Ａ、及び図６４Ｂを用いて、説明する。なお、本発明の一態様の半導体装置は、２値だけでなく、多値又はアナログ値のデータも扱うことができる場合がある。そのため、本動作方法の説明において、書き込み及び読み出しに扱うデータは、２値に限定されないものとする。
　また、以下の説明で用いられる低レベル電位、高レベル電位は、特定の電位を意味するものではなく、配線が異なれば、具体的な電位も異なる場合がある。例えば、配線ＢＳＬに印加される低レベル電位、高レベル電位のそれぞれは、配線ＢＬに印加される低レベル電位、高レベル電位と異なる電位であってもよい。
　電位ＶＰＧＭは、セルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに印加することでセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層に電子を注入することができる電位であり、電位ＶＰＳは、セルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに印加することでセルトランジスタＣＴｒをオン状態にすることができる電位である。
　また、本動作方法例において、図６０Ｂに示した配線ＢＧＬには、特に断らない限り、セルトランジスタＣＴｒが正常に動作する範囲内の電位があらかじめ印加されているものとする。そのため、図６０Ａ、図６０Ｂに示す半導体装置の動作は、互いに同様に考えることができる。
［書き込み動作］
　図６３Ａは、半導体装置にデータを書き込む動作例を示したタイミングチャートである。図６３Ａのタイミングチャートは、配線ＷＬ［ｐ］（ｐは１以上ｎ以下の整数である。）、配線ＷＬ［ｊ］（ここでのｊは、１以上ｎ以下であり、かつｐでない整数である。）、配線ＢＳＬ、配線ＳＳＬ、及び配線ＢＬの電位の大きさの変化を示している。なお、図６３Ａのタイミングチャートは、メモリセルＭＣ［ｐ］にデータを書き込む動作例を示している。
　時刻Ｔ１０以前において、配線ＢＬには、低レベル電位が供給されている。
　また、時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１３までの間において、配線ＳＳＬには、常に低レベル電位が供給されている。これにより、トランジスタＳＴｒのゲートに低レベル電位が印加されるため、トランジスタＳＴｒがオフ状態となる。
　時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの間において、配線ＢＳＬには高レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒのゲートに高レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒがオン状態となる。また、トランジスタＢＴｒがオン状態となることによって、メモリセルＭＣ［ｎ］のセルトランジスタＣＴｒの第１端子に、配線ＢＬから供給された低レベル電位が印加される。
　時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの間において、配線ＷＬ［ｊ］には電位ＶＰＳが供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｊ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに電位ＶＰＳが印加される。このとき、メモリセルＭＣ［ｎ］において、セルトランジスタＣＴｒの第１端子に、配線ＢＬから供給された低レベル電位が印加されているため、メモリセルＭＣ［ｎ］が有するセルトランジスタＣＴｒがオン状態となる。また、これにより、メモリセルＭＣ［ｎ−１］のセルトランジスタＣＴｒの第１端子に、配線ＢＬから供給された低レベル電位が印加されることになる。つまり、メモリセルＭＣ［ｊ］が有するセルトランジスタＣＴｒが順次オン状態となる。
　また、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの間において、配線ＷＬ［ｐ］には、電位ＶＰＧＭが供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｐ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに電位ＶＰＧＭが印加される。また、前述の動作により、メモリセルＭＣ［ｐ］が有するセルトランジスタＣＴｒの第１端子に配線ＢＬから供給された低レベル電位が印加されているため、メモリセルＭＣ［ｐ］が有するセルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域から電荷蓄積層に電子が注入される。これにより、メモリセルＭＣ［ｐ］へのデータの書き込みが行われる。なお、メモリセルＭＣ［ｐ］が有するセルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域から電荷蓄積層に電子が注入されることによって、セルトランジスタＣＴｒのしきい値電圧が上昇する。
　時刻Ｔ１２までにおいて、配線ＢＬから供給された低レベル電位が、トランジスタＳＴｒの第１端子にまでに印加されたものとする。時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの間では、配線ＷＬ［ｊ］、及び配線ＷＬ［ｐ］に低レベル電位が印加される。
　時刻Ｔ１３以降において、配線ＢＳＬに低レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒのゲートに低レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒがオフ状態となる。また、図６３Ａのタイミングチャートには図示していないが、このとき、配線ＢＳＬに低レベル電位を供給せず、配線ＢＬの電位を高レベル電位とすることによって、トランジスタＢＴｒをオフ状態にすることができる。
　以上の動作により、図６０Ａ、及び図６０Ｂに示した半導体装置に対して、データを書き込むことができる。
［読み出し動作］
　図６３Ｂは、半導体装置からデータを読み出す動作例を示したタイミングチャートである。図６３Ａのタイミングチャートは、配線ＷＬ［ｐ］、配線ＷＬ［ｑ］（ｑは、１以上ｎ以下であり、かつｐでない整数である。）、配線ＷＬ［ｊ］（ここでのｊは、１以上ｎ以下であり、かつｐ及びｑでない整数である。）、配線ＢＳＬ、配線ＳＳＬ、配線ＳＬの電位の大きさの変化を示し、配線ＳＬ−配線ＢＬ間に流れる電流としてＩＲＥＡＤの大きさの変化を示している。なお、図６３Ｂのタイミングチャートは、メモリセルＭＣ［ｐ］及びメモリセルＭＣ［ｑ］からデータを読み出す動作例を示している。そして、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層には電子が注入されており、メモリセルＭＣ［ｑ］のセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層には電子が注入されていないものとする。
　時刻Ｔ２０以前において、配線ＳＬには、低レベル電位が供給されている。
　時刻Ｔ２０から時刻Ｔ２１までの間において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬには高レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのゲートに高レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオン状態となる。また、トランジスタＳＴｒがオン状態となることによって、メモリセルＭＣ［１］のセルトランジスタＣＴｒの第２端子に配線ＳＬから供給された低レベル電位が印加される。
　時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの間において、配線ＷＬ［ｑ］及び配線ＷＬ［ｊ］には電位ＶＰＳが供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｑ］及びメモリセルＭＣ［ｊ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに電位ＶＰＳが印加される。このとき、メモリセルＭＣ［ｑ］及び／又はメモリセルＭＣ［ｊ］のセルトランジスタＣＴｒの第２端子に、配線ＳＬから供給された低レベル電位が印加されている場合、そのセルトランジスタＣＴｒはオン状態となる。
　一方、時刻Ｔ２１から時刻Ｔ２２までの間において、配線ＷＬ［ｐ］には、低レベル電位が供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｐ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに低レベル電位が印加される。また、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層には電子が注入されているため、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒのしきい値電圧が上昇している。以上の理由により、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒはオフ状態となり、配線ＳＬ−配線ＢＬ間に電流は流れない。このとき、配線ＢＬに流れる電流量を計測して、配線ＳＬ−配線ＢＬ間に電流が流れないことを示すことによって、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層には電子が注入されていることがいえる。
　時刻Ｔ２２から時刻Ｔ２３までの間において、配線ＷＬ［ｐ］、配線ＷＬ［ｑ］、配線ＷＬ［ｊ］のそれぞれに低レベル電位が供給される。これにより、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有するそれぞれのセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに低レベル電位が印加される。
　時刻Ｔ２３から時刻Ｔ２４までの間において、配線ＷＬ［ｊ］には電位ＶＰＳが供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｊ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに電位ＶＰＳが印加される。このとき、メモリセルＭＣ［ｊ］のセルトランジスタＣＴｒの第１端子に、配線ＳＬから供給された低レベル電位が印加されている場合、そのセルトランジスタＣＴｒはオン状態となる。
　また、時刻Ｔ２３から時刻Ｔ２４までの間において、配線ＷＬ［ｐ］には、電位ＶＰＳが供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｐ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに電位ＶＰＳが印加される。ところで、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層には電子が注入されているため、メモリセルＭＣ［ｐ］のセルトランジスタＣＴｒのしきい値電圧が上昇しているが、セルトランジスタＣＴｒの制御ゲートには電位ＶＰＳが印加されているため、本動作例では、セルトランジスタＣＴｒは実質的にオン状態となるものとする。
　そして、時刻Ｔ２３から時刻Ｔ２４までの間において、配線ＷＬ［ｑ］には低レベル電位が供給される。これにより、メモリセルＭＣ［ｊ］が有するセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに低レベル電位が印加される。メモリセルＭＣが有するセルトランジスタＣＴｒは、ノーマリーオン特性で動作するため、メモリセルＭＣ［ｊ］のセルトランジスタＣＴｒの第１端子に、配線ＳＬから供給された低レベル電位が印加されていても、そのセルトランジスタＣＴｒはオン状態となる。
　つまり、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有するそれぞれのセルトランジスタＣＴｒがオン状態となっているため、それぞれのソース−ドレイン間に電流が流れる。つまり、このとき、配線ＢＬに流れる電流量を計測して、配線ＳＬ−配線ＢＬ間に電流が流れていることを示すことによって、メモリセルＭＣ［ｑ］のセルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層には電子が注入されていないことがいえる。
　時刻Ｔ２４から時刻Ｔ２５までにおいて、配線ＷＬ［ｐ］、配線ＷＬ［ｑ］、配線ＷＬ［ｊ］のそれぞれに低レベル電位が供給される。これにより、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有するそれぞれのセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに低レベル電位が印加される。
　時刻Ｔ２５以降において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬに低レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのそれぞれのゲートに低レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオフ状態となる。
　つまり、メモリセルＭＣからデータを読み出す場合、当該のメモリセルＭＣのセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに低レベル電位を印加し、それ以外のメモリセルＭＣのセルトランジスタＣＴｒの制御ゲートに高レベル電位を印加して、配線ＳＬ−配線ＢＬ間に流れる電流量を計測することによって、メモリセルＭＣに保持されているデータを読み出すことができる。
　以上の動作により、図６０Ａ、図６０Ｂに示した半導体装置から、データの書き込み、及びデータの読み出しを行うことができる。
［消去動作］
　図６４Ａは、半導体装置に保持されたデータを消去する動作例を示したタイミングチャートである。図６４Ａのタイミングチャートは、配線ＷＬ［ｊ］（ここでのｊは、１以上ｎ以下の整数である。）、配線ＢＳＬ、配線ＳＳＬ、配線ＢＬ、及び配線ＳＬの電位の大きさの変化を示している。なお、一般的なＮＡＮＤメモリに対する消去動作は１ブロック単位で行われており、本動作例もそれに従うものとする。但し、本発明の一態様はこれに限定されず、例えば、１個のストリング毎に消去動作を行ってもよい。
　時刻Ｔ３０以前において、配線ＢＬ及び配線ＳＬには、低レベル電位が供給されている。
　また、時刻Ｔ３０から時刻Ｔ３３までの間において、配線ＷＬ［ｊ］には、常に低レベル電位が供給されている。
　時刻Ｔ３０から時刻Ｔ３１までの間において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬには高レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのそれぞれのゲートに高レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオン状態となる。また、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオン状態となることによって、メモリセルＭＣ［１］が有するセルトランジスタＣＴｒの第２端子に、配線ＳＬから供給された低レベル電位が印加され、メモリセルＭＣ［ｎ］が有するセルトランジスタＣＴｒの第１端子に、配線ＢＬから供給された低レベル電位が印加される。
　時刻Ｔ３１から時刻Ｔ３２までの間において、配線ＢＬ及び配線ＳＬには、電位ＶＥＲが供給される。なお、電位ＶＥＲは、配線ＢＬ及び配線ＳＬに流れる高レベル電位よりも高い電位としている。これによって、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有する全てのセルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域の電位が上昇するため、各セルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層に注入されている電子が、チャネル形成領域側に引き抜かれる。
　時刻Ｔ３２から時刻Ｔ３３までの間において、配線ＢＬ及び配線ＳＬには、低レベル電位が供給される。
　時刻Ｔ３３以降において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬには低レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのそれぞれのゲートに低レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオフ状態となる。
　以上の動作により、図６０Ａ、図６０Ｂに示した半導体装置から、データを消去することができる。
　また、図６０Ｂに示す半導体装置において、配線ＢＧＬを用いることによって、上述した消去動作とは別の消去動作を行うことができる。その動作例について図６４Ｂに示す。
　時刻Ｔ４０以前において、配線ＢＬ及び配線ＳＬには、低レベル電位が供給されている。
　また、時刻Ｔ４０から時刻Ｔ４５までの間において、配線ＷＬ［ｊ］には、常に低レベル電位が供給される。
　時刻Ｔ４０から時刻Ｔ４１までの間において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬには、低レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのそれぞれのゲートに低レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオフ状態となる。このため、トランジスタＳＴｒの第２端子とトランジスタＢＴｒの第１端子との間は、フローティング状態となる。
　また、時刻Ｔ４０から時刻Ｔ４１までの間において、配線ＢＧＬには、電位ＶＢＧＥＲが供給される。電位ＶＢＧＥＲは、非常に高い電位とする。トランジスタＳＴｒの第２端子とトランジスタＢＴｒの第１端子との間はフローティング状態であり、配線ＢＧＬの電位がＶＢＧＥＲとなることで、メモリセルＭＣ［１］乃至メモリセルＭＣ［ｎ］が有する全てのセルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域の電位が容量結合によって昇圧される。そのため、各セルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層に注入されている電子が、チャネル形成領域側に引き抜かれる。
　時刻Ｔ４１から時刻Ｔ４２までの間において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬには、高レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのそれぞれのゲートに高レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオン状態となる。
　時刻Ｔ４２から時刻Ｔ４３までの間において、配線ＢＬには、高レベル電位が供給される。これによって、セルトランジスタＣＴｒの電荷蓄積層から引き抜いた電子を、配線ＢＬに流すことができる。
　時刻Ｔ４３から時刻Ｔ４４までの間において、配線ＢＬには、低レベル電位が供給される。続いて、時刻Ｔ４４から時刻Ｔ４５までの間において、配線ＢＳＬ及び配線ＳＳＬには、低レベル電位が供給される。これにより、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒのそれぞれのゲートに低レベル電位が印加されるため、トランジスタＢＴｒ及びトランジスタＳＴｒがオフ状態となる。最後に、時刻Ｔ４５以降において、配線ＢＧＬには、低レベル電位が供給される。
　以上の動作の通り、配線ＢＧＬを用いることでも、図６０Ｂに示した半導体装置から、データを消去することができる。
＜半導体装置の構造例＞
　次に、図６１、又は図６２に示す半導体装置の構造例について説明する。
　図６５Ａ乃至図６５Ｃは、図６１又は図６２の半導体装置の一部を示した模式図の一例である。図６５Ａは当該半導体装置の一部の斜視図を示しており、図６５Ｂは、図６５Ａの上面図を示している。更に、図６５Ｃは、図６５Ｂの一点鎖線Ｚ１−Ｚ２に対応する断面図を示している。
　当該半導体装置は、配線ＷＬと、絶縁体（図６５Ａ乃至図６５Ｃではハッチングを図示していない領域）と、が積層された構造体を有する。
　当該構造体に対して、絶縁体と、配線ＷＬと、を一括で貫通するような開口部が形成されている。そして、配線ＷＬが貫通された領域ＡＲにメモリセルＭＣを設けるために、当該開口部に絶縁体と、導電体と、半導体と、が形成されている。なお、当該導電体は、メモリセルＭＣのセルトランジスタＣＴｒのソース電極、又はドレイン電極として機能し、当該半導体は、セルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域として機能する。また、当該導電体を形成せず、当該半導体においてチャネル形成領域と低抵抗領域を形成して、当該低抵抗領域をセルトランジスタＣＴｒのソース電極、又はドレイン電極として適用してもよい。図６５Ａ乃至図６５Ｃでは、該開口部に絶縁体と、導電体と、半導体と、が形成されている領域を、領域ＨＬとして図示している。特に、図６５Ａにおいて、構造体の内部に有する領域ＨＬを破線で図示している。なお、メモリセルＭＣが有するトランジスタにバックゲートが設けられている場合、領域ＨＬが有する当該導電体は、当該バックゲートと電気的に接続するための配線ＢＧＬとしても機能してよい。
　つまり、図６５Ｃにおいて、図６０Ａ、及び図６０Ｂのいずれかに示した半導体装置は領域ＳＤ１に形成され、図６１、又は図６２に示した半導体装置は領域ＳＤ２に形成されていることを示している。
　ところで、配線ＷＬが露出している領域ＴＭは、配線ＷＬに電位を与えるための接続端子として機能する。つまり、領域ＴＭに配線を電気的に接続することによって、セルトランジスタＣＴｒのゲートに電位を与えることができる。
　なお、配線ＷＬは、実施の形態１の図１、図２Ａ、及び図２Ｂの半導体装置における、導電体４３４ａ、導電体４３４ｂに相当する。また、この場合、当該半導体装置の電荷蓄積層としては、図示しないが、配線ＷＬと領域ＨＬとの間に形成される。
　また、配線ＷＬは、実施の形態２の図２８、図２９Ａ、及び図２９Ｂの半導体装置における、導電体３３４ａ、導電体３３４ｂに相当する。また、この場合、当該半導体装置のフローティングゲート電極としては、図示しないが、配線ＷＬと領域ＨＬとの間に形成される。
　なお、領域ＴＭの形状は、図６５Ａ乃至図６５Ｃに示した構成例に限定されない。本発明の一態様の半導体装置の構成は、例えば、図６５Ａ乃至図６５Ｃに示す領域ＴＭ上に絶縁体が形成され、当該絶縁体に開口部が設けられ、当該開口部を埋めるように導電体ＰＧが形成された構成としてもよい（図６６Ａ乃至図６６Ｃ）。なお、導電体ＰＧ上には、配線ＥＲが形成されており、これによって、配線ＥＲと、配線ＷＬと、が電気的に接続される。なお、図６６Ａにおいて、構造体の内部に設けられる導電体ＰＧを破線で図示しており、領域ＨＬの破線を省略している。
　また、半導体装置は、その下層に読み出し回路、プリチャージ回路などのメモリセルアレイの周辺回路を形成してもよい。この場合、シリコン基板などの上にＳｉトランジスタを形成して当該周辺回路を構成し、その後に当該周辺回路上に、実施の形態１、又は実施の形態２で説明した本発明の一態様に係る半導体装置を形成すればよい。図６７Ａ、図６９は、周辺回路をプレーナ型のＳｉトランジスタで構成して、その上層に本発明の一態様に係る半導体装置を形成した断面図である。また、図６８Ａ、図７０は、周辺回路をＦＩＮ型のＳｉトランジスタで構成して、その上層に本発明の一態様に係る半導体装置を形成した断面図である。なお、図６７Ａ、及び図６８Ａに示す半導体装置は、一例として、図１の半導体装置の構成を適用しており、図６９、及び図７０に示す半導体装置は、一例として、図２８の半導体装置の構成を適用している。
　なお、図６７Ａ、図６８Ａ、図６９、及び図７０の半導体装置には、１個のストリングの一端のセルトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続するための導電体１２２１と、当該ストリングに含まれているセルトランジスタのバックゲート電極に電気的に接続されている導電体１２２２及び導電体１２２３と、絶縁体１２０２と、絶縁体１２０３と、を図示している。
　導電体１２２１は、セルトランジスタの積層体の上面の絶縁体４１２、導電体４３１、材料層４５１に接するように設けられている。また、絶縁体１２０２は、セルトランジスタの積層体と導電体１２２１とを覆うように形成されている。また、絶縁体１２０２には、セルトランジスタのバックゲート電極（導電体４３２）が露出するように開口部が設けられ、当該開口部を埋めるように導電体１２２２が設けられている。また、導電体１２２３は、導電体１２２２に接するように設けられている。絶縁体１２０３は、導電体１２２３と、絶縁体１２０２と、セルトランジスタの積層体と、を覆うように形成されている。
　導電体１２２１、導電体１２２２、及び導電体１２２３としては、例えば、導電体４３２に適用できる材料を用いることが好ましい。
　絶縁体１２０２、及び絶縁体１２０３としては、例えば、絶縁体４１２に適用できる材料を用いることが好ましい。特に、絶縁体１２０２、及び絶縁体１２０３は、外界からの不純物（例えば、水分子、水素原子、水素分子、酸素原子、酸素分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）がセルトランジスタの積層体に拡散することを抑制するバリア絶縁膜を有することが好ましい。
　なお、図６７Ａ、図６８Ａ、図６９、及び図７０の半導体装置には、トランジスタＳＴｒ、及びトランジスタＢＴｒに対応するトランジスタを省略しているが、これらのトランジスタは、セルトランジスタを有する積層体と絶縁体１２０２との間、及びセルトランジスタを有する積層体と絶縁体１２０１との間に設けられていてもよい。
　図６７Ａ、図６８Ａ、図６９、及び図７０において、周辺回路を構成するＳｉトランジスタは、基板１７００上に形成される。素子分離層１７０１は、複数のＳｉトランジスタの間に形成される。Ｓｉトランジスタのソース及びドレインとして導電体１７１２が形成されている。導電体１７３０は、チャネル幅方向に延びて形成しており、他のＳｉトランジスタ、又は導電体１７１２に接続されている（図示しない）。
　基板１７００としては、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板や、ＳＯＩ基板などを用いることができる。
　また、基板１７００として、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルム、などを用いてもよい。また、ある基板を用いて半導体素子を形成し、その後、別の基板に半導体素子を転置してもよい。図６７Ａ、図６８Ａ、図６９、及び図７０では、一例として、基板１７００に単結晶シリコンウエハを用いた例を示している。
　ここで、Ｓｉトランジスタの詳細について説明を行う。図６７Ａ、図６９に示すプレーナ型のＳｉトランジスタは、チャネル長方向の断面図を示し、図６７Ｂに示すプレーナ型のＳｉトランジスタは、チャネル幅方向の断面図を示している。Ｓｉトランジスタは、ウェル１７９２に設けられたチャネル形成領域１７９３と、低濃度不純物領域１７９４及び高濃度不純物領域１７９５（これらを合わせて単に不純物領域とも呼ぶ）と、該不純物領域に接して設けられた導電性領域１７９６と、チャネル形成領域１７９３上に設けられたゲート絶縁膜１７９７と、ゲート絶縁膜１７９７上に設けられたゲート電極１７９０と、ゲート電極１７９０の側面に設けられた側壁絶縁層１７９８、側壁絶縁層１７９９とを有する。なお、導電性領域１７９６には、金属シリサイド等を用いてもよい。
　また、図６８Ａ、図７０に示すＦＩＮ型のＳｉトランジスタは、チャネル長方向の断面図を示し、図６８Ｂに示すＦＩＮ型のＳｉトランジスタは、チャネル幅方向の断面図を示している。図６８Ａ、図６８Ｂ、図７０に示すＳｉトランジスタは、チャネル形成領域１７９３が凸形状を有し、その側面及び上面に沿ってゲート絶縁膜１７９７及びゲート電極１７９０が設けられている。本実施の形態では、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層を形成してもよい。
　基板１７００上にＳｉトランジスタ、導電体１７１２、導電体１７３０などによって形成された回路の上層には絶縁体１２０１が形成されている。また、絶縁体１２０１には、当該回路と電気的に接続するための導電体１２１１が埋め込まれるように形成されている。ところで、セルトランジスタＣＴｒのチャネル形成領域に金属酸化物が含まれている場合、絶縁体１２０１と導電体１２１１としては、水素などに対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。これは、絶縁体１２０１、及び／又は導電体１２１１を介して、ＳｉトランジスタからセルトランジスタＣＴｒへの水素の拡散を抑制するためである。
　絶縁体１２０１としては、上述した絶縁体４１１Ａ乃至絶縁体４１１Ｃに適用できる材料を用いることができる。
　導電体１２１１としては、例えば、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、Ｓｉトランジスタからの水素の拡散を抑制することができる。
　なお、図６８Ａ、図６８Ｂ、図６９、及び図７０に示す符号は、図６７Ａ、及び図６７Ｂに示す符号と同一である。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態６）
　本実施の形態では、実施の形態１で説明した半導体装置とは別の構成である、半導体装置について説明する。
　一例として、半導体装置のセルトランジスタ、およびメモリセルアレイの構成について、図７１Ａ乃至図７１Ｄ、図７２Ａ乃至図７２Ｃ、図７３を参照して説明する。図７１Ａは、メモリセルアレイ７００の上面図であり、図７１Ｂは、図７１Ａの一点鎖線Ｙ１−Ｙ２で示す部位の断面図である。また、図７１Ｃは、図７１Ａの一点鎖線Ｙ３−Ｙ４で示す部位の断面図であり、メモリストリングを説明する断面図である。また、図７１Ｄは、図７１Ｂにおいて、一点鎖線で囲まれた部分を拡大した断面図であり、図７２Ａ、および図７２Ｂは、図７１Ｂにおいて、一点鎖線で囲まれた部分を拡大した斜視図であり、それぞれメモリセルとして機能するセルトランジスタ７１０を説明する図である。また、図７２Ｃは、図７１Ｃにおいて、一点鎖線で囲まれた部分を拡大した斜視図であり、選択トランジスタとして機能するトランジスタを説明する図である。なお、以下においては、図７１Ａ乃至図７１Ｃに示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系を便宜上設定して説明する。ここで、ｘ軸およびｙ軸は、メモリセルアレイ７００を設ける基体７２０の上面に平行にとり、ｚ軸は基体７２０の上面に垂直にとる。
　メモリセルアレイ７００は、基体７２０上に、導電体７０１（導電体７０１＿１乃至導電体７０１＿ｍ：ｍは、２以上の自然数）または導電体７０２と、絶縁膜と、が交互に積層された積層体を有し、該積層体を貫通するように形成された開口部の内側に、絶縁体７０３（絶縁体７０３＿１乃至絶縁体７０３＿４）を有し、絶縁体７０３の内側に酸化物７０４（酸化物７０４＿１乃至酸化物７０４＿４）を有し、酸化物７０４＿１乃至酸化物７０４＿４の上端部と、それぞれ電気的に接続する導電体７０５（導電体７０５＿１乃至導電体７０５＿４）を有し、酸化物７０４＿１乃至酸化物７０４＿４の下端部と、それぞれ電気的に接続する導電体７０６（導電体７０６＿１乃至導電体７０６＿４）を有し、導電体７０１＿１乃至導電体７０１＿ｍと、それぞれ電気的に接続する導電体７０７（導電体７０７＿１乃至導電体７０７＿ｍ）を有し、導電体７０７＿１乃至導電体７０７＿ｍと、それぞれ電気的に接続する導電体７０８（導電体７０８＿１乃至導電体７０８＿ｍ）を有する。なお、図７１Ｂでは、複数の導電体７０１を表すために、導電体７０１を４段以上表示しているが、本実施の形態は図７１Ｂに限られることなく、少なくとも導電体７０１を２段以上有していればよい。
　また、図７１Ａにおいて、メモリセルアレイ７００は、ソース線ＳＯＬに接続されるＳＯＬ側の積層体とビット線ＢＩＬに電気的に接続されるＢＩＬ側の積層体とを有する。なお、ソース線ＳＯＬ、及びビット線ＢＩＬについては後述する。
　ここで、図７１Ａおよび図７１Ｂに示すように、導電体７０１はｘ軸方向に延伸して設けられる。また、図７１Ｂおよび図７１Ｃに示すように、絶縁体７０３および酸化物７０４はｚ軸方向に延伸して設けられる。つまり、導電体７０１と、絶縁体７０３および酸化物７０４と、は互いに垂直に交差して設けられることが好ましい。また、図７１Ｂに示すように、導電体７０７はｚ軸方向に延伸して設けられる。また、導電体７０８をｙ軸方向に延伸して設けてもよい。また、導電体７０５に接続されるビット線ＢＩＬとして機能する導電体をｙ軸方向に延伸して設けてもよい。また、導電体７０５の一部をビット線ＢＩＬとして機能させ、導電体７０５をｙ軸方向に延伸して設けてもよい。
　酸化物７０４は、柱状に形成されており、ｚ軸方向に延伸して設けられる。また、絶縁体７０３は、柱状の酸化物７０４の側周辺を囲うように設けられている。また、導電体７０７は、柱状に形成されており、ｚ軸方向に延伸して設けられる。
　柱状の酸化物７０４は、ｚ軸方向の下端において、導電体７０６と電気的に接続し、上端において、導電体７０５と電気的に接続する。また、図７１Ｃに示すように、導電体７０６は、隣り合う２つの柱状の酸化物７０４の下端と電気に接続し、該２つの柱状の酸化物７０４の上端は、それぞれ、電気的に分離した導電体７０５と、電気的に接続する。
　ここで、導電体７０１と、絶縁体７０３および酸化物７０４と、が交差する領域近傍がセルトランジスタとして機能する。また、導電体７０２と、絶縁体７０３および酸化物７０４と、が交差する領域近傍が選択トランジスタとして機能する。これらのセルトランジスタおよび選択トランジスタのチャネル長方向はｚ軸に平行になる。セルトランジスタまたは選択トランジスタが電気的に直列に接続されており、これらがメモリストリングを構成している。
　なお、本実施の形態に示す半導体装置の構成は一例であり、本発明は、本実施の形態に係る図面等に示す、回路素子および配線等の、個数および配置等に限定されるものではない。本実施の形態に係る半導体装置が有する、回路素子および配線等の、個数および配置等は、回路構成や駆動方法に合わせて適宜設計して決めることができる。
　メモリセルアレイ７００を設ける基体７２０は絶縁表面を有していることが好ましい。絶縁表面を有する基板としては、表面に絶縁膜が形成された半導体基板、絶縁体基板、表面に絶縁体が形成された導電体基板などを用いればよい。なお、基体７２０として用いる、半導体基板、絶縁体基板、導電体基板としては、例えば、実施の形態１で説明した半導体装置に用いることができる基板とすることができる。
　導電体７０１は、セルトランジスタのゲートとして機能し、ワード線と電気的に接続する。すなわち、導電体７０１、導電体７０７、および導電体７０８は、ワード線の一部としても機能する。ここで、導電体７０１は、図７１Ｂに示すように、下層の導電体７０１が上層の導電体７０１よりＹ２側に延伸した、階段状に設けられることが好ましい。このように、導電体７０１を設けることにより、下層の導電体７０１の上面の一部の領域が、より上層の導電体７０１と重ならないので、導電体７０１各層の当該領域と各導電体７０７を接続させることができる。
　導電体７０１として、不純物が添加されたシリコンや、金属など、導電性を有する材料を用いることができる。導電体７０１として、シリコンを用いる場合、アモルファスシリコンや、ポリシリコンを用いることができる。また、シリコンに導電性を持たせるため、ｐ型不純物やｎ型不純物を添加してもよい。また、シリコンを含む導電性材料として、チタン、コバルト、またはニッケルを含むシリサイドを導電体７０１として用いることができる。また、金属材料を導電体７０１に用いる場合、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。
　導電体７０２は、導電体７０１の上に設けられる。導電体７０２は、選択トランジスタ（ビット線側選択トランジスタ：ＳＤＴ、およびソース線側選択トランジスタ：ＳＳＴ）のゲートとして機能する。また、導電体７０２は、導電体７０１と同様の材料を用いることができる。また、導電体７０２は、導電体７０１と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。導電体７０１、および導電体７０２の用途に応じて、仕事関数などを考慮し、導電体７０１、および導電体７０２に用いる材料を決定すればよい。
　導電体７０１、および導電体７０２の上層、および下層に設けられる絶縁膜として、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を用いることができる。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または樹脂は、比誘電率が低いため、該絶縁膜に用いることは好適である。なお、酸化窒化物とは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。また、金属酸化窒化物とは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、金属窒化酸化物は、その組成として酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。
　一方、該絶縁膜として、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などを用いることも可能だが、これらは比誘電率が高いため、導電体７０１間、または導電体７０１および導電体７０２の間に寄生容量が生じる場合がある。デバイスの設計、用途に応じて該絶縁膜に用いる材料を決めることができる。
　絶縁体７０３は、図７２Ａに示すように、絶縁体７０３ａ、絶縁体７０３ｂ、および絶縁体７０３ｃを有する。絶縁体７０３ａは、導電体７０１側に設けられ、絶縁体７０３ｃは、酸化物７０４側に設けられ、絶縁体７０３ｂは、絶縁体７０３ａと絶縁体７０３ｃの間に設けられる。特に、導電体７０１と、絶縁体７０３および酸化物７０４と、が交差する領域近傍のセルトランジスタにおいて、絶縁体７０３ａは、ゲート絶縁層として機能し、絶縁体７０３ｂは、電荷蓄積層として機能し、絶縁体７０３ｃは、トンネル絶縁層として機能する。
　なお、図７２Ｃに示すように、選択トランジスタには、電荷蓄積層およびトンネル絶縁層を設けなくてもよい。よって、ビット線側トランジスタ：ＳＤＴ、およびソース線側トランジスタ：ＳＳＴにおいて、絶縁体７０３として絶縁体７０３ｂおよび絶縁体７０３ｃを設けず、絶縁体７０３ａのみを設ける構成にしてもよい。また、図７２Ａ、及び図７２Ｃにおいて、酸化物７０４は、酸化物７０４ａ、および酸化物７０４ｂの２層構造としているが、これに限らない。図７２Ｂに示すように、酸化物７０４は、酸化物７０４ａ、酸化物７０４ｂ、および酸化物７０４ｃの３層構造を有していてもよいし、４層以上の積層構造でもよい。また、酸化物７０４ｂの内側に、絶縁体７１１が設けられていてもよい。
　絶縁体７０３ａとして、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物を用いてもよい。また、これらを積層して絶縁体７０３ａとしてもよい。
　絶縁体７０３ｂは、電荷蓄積層として機能する材料を用いることが好ましく、窒化シリコンや、窒化酸化シリコンを用いることが好ましい。また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物を用いてもよい。
　絶縁体７０３ｃとして、酸化シリコンや、酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。また、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、またはアルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物を用いてもよい。また、これらを積層して絶縁体７０３ｃとしてもよい。また、絶縁体７０３ｃは、絶縁体７０３ａより薄いことが好ましい。詳細は後述するが、セルトランジスタへのデータの書き込み、または消去において、絶縁体７０３ｃを通って、酸化物７０４と絶縁体７０３ｂの間で、電荷の移動が行われる。すなわち、絶縁体７０３ｃは、トンネル絶縁層として機能する。
　特に、導電体７０１、導電体７０２、および絶縁膜を有する積層体に設けられた開口に絶縁体７０３を形成する場合、開口の底部に形成された絶縁体７０３は、ドライエッチングなどを用いた異方性エッチングにより除去する必要がある。異方性エッチングの際、絶縁体７０３ｃは、側面においても、プラズマ、ラジカル、ガス、薬液などに曝される。これらによって絶縁体７０３ｃの側面がダメージを受けると、絶縁体７０３ｃにトラップセンターが生じ、トランジスタの電気特性に影響を与える場合がある。トラップセンターの生成を抑制するためには、絶縁体７０３ｃの側面は、エッチングによるダメージに対して高い耐性を有していることが求められる。この場合、絶縁体７０３ｃとして、酸化アルミニウム、酸化シリコンと酸化アルミニウムの積層、または酸化窒化シリコンと酸化アルミニウムの積層を用いることが好ましい。
　絶縁体７０３ａ、絶縁体７０３ｂ、および絶縁体７０３ｃは、ＡＬＤ法やＣＶＤ法などを用いて形成することができる。また、絶縁体７０３ａ、絶縁体７０３ｂ、および絶縁体７０３ｃの界面の汚染を防ぐためには、同一チャンバー内で、または複数のチャンバーを有するマルチチャンバ方式の成膜装置を用いて、大気雰囲気に曝すことなく、連続で成膜することが好ましい。
　酸化物７０４は、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。より好ましくは、電界効果移動度の高い酸化物半導体を用いることが好ましい。このような酸化物半導体は、シリコンなどからなる半導体と比較して、トランジスタのオン特性が良好で、高い移動度を得ることができる。
　例えば、酸化物７０４として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、好ましくは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いるとよい。また、酸化物７０４として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
　半導体装置に、電界効果移動度の高い酸化物半導体を適用することにより、書き込み、読み出し、又は消去における動作を速くすることができる場合がある。
　酸化物７０４は、例えば、図７１Ｄ、図７２Ａ、図７２Ｃに示すように、絶縁体７０３ｃ側に設けられる酸化物７０４ａと酸化物７０４ａの内側に設けられる酸化物７０４ｂを有することが好ましい。なお、図７１Ｄは、図７１Ｂにおいて一点鎖線で囲まれたセルトランジスタ７１０の拡大図である。このとき、酸化物７０４ａは、酸化物７０４ｂに対して、相対的にエネルギーギャップの広い酸化物を用いることが好ましい。ここで、エネルギーギャップの広い酸化物を、ワイドギャップ、エネルギーギャップの狭い酸化物をナローギャップと呼ぶことがある。
　酸化物７０４ａをワイドギャップとし、酸化物７０４ｂをナローギャップとする場合、酸化物７０４ａの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物７０４ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物７０４ａの電子親和力が、酸化物７０４ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
　また、酸化物７０４ａと酸化物７０４ｂは、各金属原子の原子数比が異なる組み合わせにすることが好ましい。具体的には、酸化物７０４ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物７０４ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物７０４ａ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７０４ｂ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７０４ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物７０４ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。
　酸化物７０４ａには、実施の形態１で説明した通り、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物を用いることができる。また、酸化物７０４ｂには、例えばＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３からＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４．１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：３、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１０：１：３の組成およびそれらの近傍の組成を有する金属酸化物を用いることができる。また、酸化物７０４ｂには、Ｉｎ：Ｚｎ＝５：１、またはＩｎ：Ｚｎ＝１０：１の組成およびそれらの近傍の組成を有する金属酸化物などを用いることができる。また、酸化物７０４ｂには、酸化インジウムを用いることができる。
　これらの酸化物７０４ａおよび酸化物７０４ｂを上記の原子数比の関係を満たして組み合わせることが好ましい。例えば、酸化物７０４ａを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物、酸化物７０４ｂを、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３からＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４．１の組成およびその近傍の組成を有する金属酸化物とするのが好ましい。なお、上記組成は、基体上に形成された酸化物中の原子数比、またはスパッタターゲットにおける原子数比を示す。
　また、酸化物７０４ａ、及び酸化物７０４ｂは、スパッタリング法を用いて形成してもよいし、プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法（ＡＬＤ法やＭＯＣＶＤ法など）などを用いて形成してもよい。また、酸化物７０４ａ、及び酸化物７０４ｂの界面の汚染を防ぐためには、同一チャンバー内で、または複数のチャンバーを有するマルチチャンバ方式の成膜装置を用いて、大気雰囲気に曝すことなく、連続で成膜することが好ましい。そのため、絶縁体７０３ａ、絶縁体７０３ｂ、及び絶縁体７０３ｃと連続で酸化物７０４ａ、及び酸化物７０４ｂを成膜することがより好ましい。
　また、酸化物７０４ａとして、実施の形態４で説明した、ＣＡＡＣ−ＯＳを用い、酸化物７０４ｂとして、ＣＡＣ−ＯＳを用いることが好ましい。酸化物７０４ａとして、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いる場合、ｃ軸は、図７１Ａなどに示すｘ−ｙ平面に平行、すなわちｚ軸に垂直で、かつ開口の側面から中心に向かうように配向することが好ましい。
　ここで、酸化物７０４ａと酸化物７０４ｂの接合部において、伝導帯下端はなだらかに変化する。換言すると、酸化物７０４ａと酸化物７０４ｂの接合部における伝導帯下端は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物７０４ａと酸化物７０４ｂとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
　具体的には、酸化物７０４ａと酸化物７０４ｂが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする。）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物７０４ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物７０４ａとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。これにより、酸化物７０４ａと酸化物７０４ｂとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、セルトランジスタ７１０は高いオン電流を得られる。
　なお、酸化物７０４として用いることができる金属酸化物のより詳細な説明については、後述する。
　図７１Ｄ、および図７２Ａに示すように、酸化物７０４ｂは、酸化物７０４ａに囲まれるように設けられている。このような構成の場合、酸化物７０４に、導電体７０５から導電体７０６への方向、あるいは導電体７０６から導電体７０５への方向にキャリアを流す際、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。このため、上記構成を用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
　また、酸化物７０４ｂと、絶縁体７０３ｃと、の間に酸化物７０４ａを設けることで、キャリアパスとなる酸化物７０４ｂと、絶縁体７０３ｃが直に接することがなく、トラップセンターの形成を抑制することができる。半導体（酸化物半導体）と、絶縁体との界面に形成されたトラップセンターは、電子を捕獲し、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させるため、トランジスタの信頼性や、オン、オフ特性に悪影響を及ぼす恐れがある。よって、当該酸化物を用いるトランジスタは、トラップセンターによる電気特性の影響を受けることがないため、オン状態においてより高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。また、当該トランジスタ、および当該トランジスタを用いた半導体装置は、高い信頼性を得ることができる。
　なお、図７１Ｄ、および図７２Ａに示す酸化物７０４は、酸化物７０４ａが酸化物７０４ｂを囲うように設けられているが、本実施の形態はこれに限らない。図７２Ｂに、セルトランジスタ７１０の異なる例を示す。図７２Ｂにおいて、セルトランジスタ７１０は、絶縁体７０３ａ、絶縁体７０３ｂ、および絶縁体７０３ｃの内側に、酸化物７０４ａが設けられ、酸化物７０４ａの内側に酸化物７０４ｂが設けられ、酸化物７０４ｂの内側に酸化物７０４ｃが設けられている。また、酸化物７０４ｃの内側には、絶縁体７１１が埋め込まれるように設けられていてもよい。なお、絶縁体７１１は、必ずしも設けなくてよく、酸化物７０４ｃの内側は、空洞でもよい。
　酸化物７０４ｂは、酸化物７０４ａ、および酸化物７０４ｃに挟まれるように設けられていてもよい。このとき、酸化物７０４ｃは、酸化物７０４ａと同様にワイドギャップであることが好ましい。ワイドギャップである酸化物７０４ｃを設けることで、酸化物７０４を流れるキャリアを酸化物７０４ｂに閉じ込めることができ、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
　また、酸化物７０４ｃの内側に絶縁体７１１を設ける場合、絶縁体７１１は、酸化物７０４に酸素を供給できる材料、または水素や窒素などの不純物を供給できる材料であることが好ましい。絶縁体７１１として、水素や窒素を極力含まない酸化物を用いることで、酸化物７０４に酸素を供給できる場合がある。酸化物７０４に酸素を供給することで、酸化物７０４中に含まれる水素や水などの不純物を除去することができ、酸化物７０４は高純度化する。不純物が極力低減された酸化物を酸化物７０４として用いることで、セルトランジスタ、および当該トランジスタを用いた半導体装置は、高い信頼性を得ることができる。
　また、絶縁体７１１として、水素や窒素を含む酸化物を用いることで、酸化物７０４に水素や窒素を供給できる場合がある。酸化物７０４に水素や窒素を供給することで、酸化物７０４の抵抗値が下がる場合がある。酸化物７０４の抵抗値を、回路動作の弊害にならない程度に下げることで、より低い駆動電圧で、セルトランジスタを動作させることができる。また、セルトランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
　なお、セルトランジスタ７１０が設けられる、積層体に形成された開口は、図７１Ａ、図７２Ａ、図７２Ｂ等において、上面を円形状としているがこれに限られるものではなく、例えば上面を楕円形状としてもよいし、三角形、四角形などの多角形状にしてもよい。また、多角形状とする場合、角部が丸みを帯びている形状としてもよい。また、当該開口の上面形状に合わせて、絶縁体７０３、および酸化物７０４の上面形状も変化することがある。また、当該開口は、上方（導電体７０５側）の開口の断面積に比較して下方（導電体７０６側）の開口の断面積が狭くなる形状としてもよい。
　酸化物７０４、絶縁体７０３、および導電体７０１（導電体７０１＿１乃至導電体７０１＿ｍのいずれか一）により、セルトランジスタが構成される。図７１には、セルトランジスタがｍ段（ｍは４以上の自然数）積層している例を示している。
　導電体７０５は、酸化物７０４と電気的に接続し、ソース線ＳＯＬ、またはビット線ＢＩＬの一部として機能する。導電体７０５として、金属元素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体７０５と酸化物７０４の界面には、導電体７０５が有する金属元素と、酸化物７０４の成分とを含む金属化合物層が形成されていることが好ましい。該金属化合物が形成されることで、導電体７０５と、酸化物７０４とのコンタクト抵抗が低減するため好ましい。または、酸化物７０４に含まれる酸素を、導電体７０５が吸収し、酸化物７０４の、導電体７０５と酸化物７０４の界面近傍の抵抗を低減することで、導電体７０５と、酸化物７０４とのコンタクト抵抗を低減することができる。
　導電体７０５として、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロム、タングステン、および銅から選ばれた一、または複数の金属元素を含む導電性材料を用いることが好ましい。
　導電体７０６は、図７１Ｃに示すように、ビット線ＢＩＬの一部として機能する導電体７０５と電気的に接続される酸化物７０４と、ソース線ＳＯＬの一部として機能する導電体７０５と電気的に接続される酸化物７０４と、のそれぞれと電気的に接続することで、メモリストリングを構成する。図７１Ａの点線で囲まれた領域は、メモリストリングを表している。すなわち、図７１Ａでは、４つのメモリストリングを有するメモリセルアレイ７００を示している。
　導電体７０６は、導電体７０５と同様の材料を用いることができる。また、導電体７０６は、導電体７０５と同じ材料を用いてもよいし、異なる材料を用いてもよい。
　また、導電体７０６と酸化物７０４の界面には、導電体７０６が有する金属元素と、酸化物７０４の成分とを含む金属化合物層が形成されていることが好ましい。該金属化合物が形成されることで、導電体７０６と、酸化物７０４とのコンタクト抵抗が低減するため好ましい。または、酸化物７０４に含まれる酸素を、導電体７０６が吸収し、酸化物７０４の、導電体７０６と酸化物７０４の界面近傍の抵抗を低減することで、導電体７０６と、酸化物７０４とのコンタクト抵抗を低減することができる。
＜メモリセルアレイ７００Ａ＞
　図７３は、セルトランジスタを６段有するメモリセルアレイ７００を複数組み合わせたメモリセルアレイ７００Ａを説明する上面図である。なお、図７３では、説明を容易にするため、一部の構成要素を省略している。例えば、導電体７０１上に設けられる選択トランジスタ（ビット線側トランジスタ：ＳＤＴ、およびソース線側トランジスタ：ＳＳＴ）や、それらの構成要件である導電体７０２は、省略している。また、ビット線ＢＩＬやソース線ＳＯＬの一部として機能する導電体７０５（図７１参照）、およびワード線ＷＯＬの一部として機能する導電体７０８（図７１参照）は、実線にて示している。
　メモリセルアレイ７００Ａにおいて、各メモリセルアレイ７００は、６段のセルトランジスタを有するメモリストリングを４つ有する。
　メモリストリングのビット線側の端は、それぞれ異なるビット線ＢＩＬ（ビット線ＢＩＬ＿１乃至ビット線ＢＩＬ＿４）と電気的に接続する。一方、メモリストリングのソース線側の端は、ソース線ＳＯＬと電気的に接続されており、共通の電位が与えられている。ソース線ＳＯＬは、接地されていてもよいし、一定の電位が与えられていてもよい。また、回路の動作に合わせて、電位を変動させてもよい。
　導電体７０１＿１乃至導電体７０１＿６は、それぞれ異なるワード線ＷＯＬと電気的に接続する。なお、図７３では、導電体７０１＿１乃至導電体７０１＿６のうち導電体７０１＿１、及び導電体７０１＿６を符号として示している。ビット線側の導電体７０１は、それぞれワード線ＷＯＬａ＿１乃至ワード線ＷＯＬａ＿６と電気的に接続され、ソース線側の導電体７０１は、それぞれワード線ＷＯＬｂ＿１乃至ワード線ＷＯＬｂ＿６と電気的に接続されている。
　ビット線ＢＩＬ（ビット線ＢＩＬ＿１乃至ビット線ＢＩＬ＿４）、およびワード線（ワード線ＷＯＬａ＿１乃至ワード線ＷＯＬａ＿６、およびワード線ＷＯＬｂ＿１乃至ワード線ＷＯＬｂ＿６）を適宜選択することで、メモリセルアレイ７００内の任意のセルトランジスタを選択することができる。また、選択されたセルトランジスタに対して、書き込み、読み出し、消去などを行うことができる。
　また、各メモリストリングには、選択トランジスタ（図示しない）が設けられているため、メモリセルアレイ７００Ａ内の任意のメモリセルアレイ７００を選択し、選択されたメモリセルアレイ７００内の任意のセルトランジスタに対して、書き込み、読み出し、消去などを行うことができる。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態７）
　本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置を有する記憶装置について説明する。
　図７４に記憶装置の構成の一例を示す。記憶装置２６００は、周辺回路２６０１、及びメモリセルアレイ２６１０を有する。周辺回路２６０１は、ローデコーダ２６２１、ワード線ドライバ回路２６２２、ビット線ドライバ回路２６３０、出力回路２６４０、コントロールロジック回路２６６０）を有する。
　実施の形態１で説明した半導体装置は、例えば、メモリセルアレイ２６１０に適用することができる。
　ビット線ドライバ回路２６３０は、カラムデコーダ２６３１、プリチャージ回路２６３２、センスアンプ２６３３、及び書き込み回路２６３４を有する。プリチャージ回路２６３２は、実施の形態５で説明した配線ＳＬ及び／又は配線ＢＬ（図７４に図示していない）を所定の電位にプリチャージする機能を有する。センスアンプ２６３３は、メモリセルＭＣから読み出された電位（又は電流）をデータ信号として取得して、当該データ信号を増幅する機能を有する。増幅されたデータ信号は、出力回路２６４０を介して、デジタルのデータ信号ＲＤＡＴＡとして記憶装置２６００の外部に出力される。
　また、記憶装置２６００には、外部から電源電圧として低電源電圧（ＶＳＳ）、周辺回路２６０１用の高電源電圧（ＶＤＤ）、メモリセルアレイ２６１０用の高電源電圧（ＶＩＬ）が供給される。
　また、記憶装置２６００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、ローデコーダ２６２１及びカラムデコーダ２６３１に入力され、データ信号ＷＤＡＴＡは書き込み回路２６３４に入力される。
　コントロールロジック回路２６６０は、外部から入力される制御信号（ＣＥ、ＷＥ、ＲＥ）を処理して、ローデコーダ２６２１、カラムデコーダ２６３１に入力するため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２６６０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。
　なお、上述の各回路あるいは各信号は、必要に応じて、適宜、取捨することができる。
　また、ｐチャネル型Ｓｉトランジスタと、後述する実施の形態の酸化物半導体（好ましくはＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物）をチャネル形成領域に含むトランジスタを用い、記憶装置２６００に適用することで、小型の記憶装置２６００を提供できる。また、消費電力低減することが可能な記憶装置２６００を提供できる。また、動作速度を向上することが可能な記憶装置２６００を提供できる。特に、Ｓｉトランジスタはｐチャネル型のみとすることで、製造コストを低く抑えることができる。
　なお、本実施の形態の構成例は、図７４の構成に限定されない。例えば、周辺回路２６０１の一部、例えばプリチャージ回路２６３２又は／及びセンスアンプ２６３３をメモリセルアレイ２６１０の下層に設ける、などのように適宜構成を変更してもよい。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態８）
　本実施の形態は、上記実施の形態に示す半導体装置などが形成された半導体ウェハ、及び当該半導体装置が組み込まれた電子部品の一例を示す。
＜半導体ウェハ＞
　初めに、半導体装置などが形成された半導体ウェハの例を、図７５Ａを用いて説明する。
　図７５Ａに示す半導体ウェハ４８００は、ウェハ４８０１と、ウェハ４８０１の上面に設けられた複数の回路部４８０２と、を有する。なお、ウェハ４８０１の上面において、回路部４８０２の無い部分は、スペーシング４８０３であり、ダイシング用の領域である。
　半導体ウェハ４８００は、ウェハ４８０１の表面に対して、前工程によって複数の回路部４８０２を形成することで作製することができる。また、その後に、ウェハ４８０１の複数の回路部４８０２が形成された反対側の面を研削して、ウェハ４８０１を薄膜化してもよい。この工程により、ウェハ４８０１の反りなどを低減し、部品としての小型化を図ることができる。
　次の工程としては、ダイシング工程が行われる。ダイシングは、一点鎖線で示したスクライブラインＳＣＬ１及びスクライブラインＳＣＬ２（ダイシングライン、又は切断ラインと呼ぶ場合がある）に沿って行われる。なお、スペーシング４８０３は、ダイシング工程を容易に行うために、複数のスクライブラインＳＣＬ１が平行になるように設け、複数のスクライブラインＳＣＬ２が平行になるように設け、スクライブラインＳＣＬ１とスクライブラインＳＣＬ２が垂直になるように設けるのが好ましい。
　ダイシング工程を行うことにより、図７５Ｂに示すようなチップ４８００ａを、半導体ウェハ４８００から切り出すことができる。チップ４８００ａは、ウェハ４８０１ａと、回路部４８０２と、スペーシング４８０３ａと、を有する。なお、スペーシング４８０３ａは、極力小さくなるようにするのが好ましい。この場合、隣り合う回路部４８０２の間のスペーシング４８０３の幅が、スクライブラインＳＣＬ１の切りしろと、又はスクライブラインＳＣＬ２の切りしろとほぼ同等の長さであればよい。
　なお、本発明の一態様の素子基板の形状は、図７５Ａに図示した半導体ウェハ４８００の形状に限定されない。例えば、矩形の形状の半導体ウェハあってもよい。素子基板の形状は、素子の作製工程、及び素子を作製するための装置に応じて、適宜変更することができる。
＜電子部品＞
　図７５Ｃに電子部品４７００および電子部品４７００が実装された基板（実装基板４７０４）の斜視図を示す。図７５Ｃに示す電子部品４７００は、モールド４７１１内にチップ４８００ａを有している。なお、図７５Ｃに示すチップ４８００ａには、回路部４８０２が積層された構成を示している。つまり、回路部４８０２として、上記の実施の形態で説明した半導体装置を適用することができる。図７５Ｃは、電子部品４７００の内部を示すために、一部を省略している。電子部品４７００は、モールド４７１１の外側にランド４７１２を有する。ランド４７１２は電極パッド４７１３と電気的に接続され、電極パッド４７１３はチップ４８００ａとワイヤ４７１４によって電気的に接続されている。電子部品４７００は、例えばプリント基板４７０２に実装される。このような電子部品が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板４７０２上で電気的に接続されることで実装基板４７０４が完成する。
　図７５Ｄに電子部品４７３０の斜視図を示す。電子部品４７３０は、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　ｐａｃｋａｇｅ）またはＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ　Ｃｈｉｐ　Ｍｏｄｕｌｅ）の一例である。電子部品４７３０は、パッケージ基板４７３２（プリント基板）上にインターポーザ４７３１が設けられ、インターポーザ４７３１上に半導体装置４７３５、および複数の半導体装置４７１０が設けられている。
　電子部品４７３０では、半導体装置４７１０を有する。半導体装置４７１０としては、例えば、上記実施の形態で説明した半導体装置、広帯域メモリ（ＨＢＭ：Ｈｉｇｈ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　Ｍｅｍｏｒｙ）などとすることができる。また、半導体装置４７３５は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＦＰＧＡ、記憶装置などの集積回路（半導体装置）を用いることができる。
　パッケージ基板４７３２は、セラミック基板、プラスチック基板、またはガラスエポキシ基板などを用いることができる。インターポーザ４７３１は、シリコンインターポーザ、樹脂インターポーザなどを用いることができる。
　インターポーザ４７３１は、複数の配線を有し、端子ピッチの異なる複数の集積回路を電気的に接続する機能を有する。複数の配線は、単層または多層で設けられる。また、インターポーザ４７３１は、インターポーザ４７３１上に設けられた集積回路をパッケージ基板４７３２に設けられた電極と電気的に接続する機能を有する。これらのことから、インターポーザを「再配線基板」または「中間基板」と呼ぶ場合がある。また、インターポーザ４７３１に貫通電極を設けて、当該貫通電極を用いて集積回路とパッケージ基板４７３２を電気的に接続する場合もある。また、シリコンインターポーザでは、貫通電極として、ＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｖｉａ）を用いることも出来る。
　インターポーザ４７３１としてシリコンインターポーザを用いることが好ましい。シリコンインターポーザでは能動素子を設ける必要が無いため、集積回路よりも低コストで作製することができる。一方で、シリコンインターポーザの配線形成は半導体プロセスで行なうことができるため、樹脂インターポーザでは難しい微細配線の形成が容易である。
　ＨＢＭでは、広いメモリバンド幅を実現するために多くの配線を接続する必要がある。このため、ＨＢＭを実装するインターポーザには、微細かつ高密度の配線形成が求められる。よって、ＨＢＭを実装するインターポーザには、シリコンインターポーザを用いることが好ましい。
　また、シリコンインターポーザを用いたＳｉＰやＭＣＭなどでは、集積回路とインターポーザ間の膨張係数の違いによる信頼性の低下が生じにくい。また、シリコンインターポーザは表面の平坦性が高いため、シリコンインターポーザ上に設ける集積回路とシリコンインターポーザ間の接続不良が生じにくい。特に、インターポーザ上に複数の集積回路を横に並べて配置する２．５Ｄパッケージ（２．５次元実装）では、シリコンインターポーザを用いることが好ましい。
　また、電子部品４７３０と重ねてヒートシンク（放熱板）を設けてもよい。ヒートシンクを設ける場合は、インターポーザ４７３１上に設ける集積回路の高さを揃えることが好ましい。例えば、本実施の形態に示す電子部品４７３０では、半導体装置４７１０と半導体装置４７３５の高さを揃えることが好ましい。
　電子部品４７３０を他の基板に実装するため、パッケージ基板４７３２の底部に電極４７３３を設けてもよい。図７５Ｄでは、電極４７３３を半田ボールで形成する例を示している。パッケージ基板４７３２の底部に半田ボールをマトリクス状に設けることで、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）実装を実現できる。また、電極４７３３を導電性のピンで形成してもよい。パッケージ基板４７３２の底部に導電性のピンをマトリクス状に設けることで、ＰＧＡ（Ｐｉｎ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）実装を実現できる。
　電子部品４７３０は、ＢＧＡおよびＰＧＡに限らず様々な実装方法を用いて他の基板に実装することができる。例えば、ＳＰＧＡ（Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ　Ｐｉｎ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）、ＬＧＡ（Ｌａｎｄ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｐａｃｋａｇｅ）、ＱＦＪ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｊ−ｌｅａｄｅｄ　ｐａｃｋａｇｅ）、またはＱＦＮ（Ｑｕａｄ　Ｆｌａｔ　Ｎｏｎ−ｌｅａｄｅｄ　ｐａｃｋａｇｅ）などの実装方法を用いることができる。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態９）
　本実施の形態では、上記の実施の形態の半導体装置を備えることができるＣＰＵについて説明する。
　図７６は、上記の実施の形態で説明した半導体装置を一部に用いたＣＰＵの一例の構成を示すブロック図である。
　図７６に示すＣＰＵは、基板１１９０上に、ＡＬＵ１１９１（ＡＬＵ：Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　ｌｏｇｉｃ　ｕｎｉｔ、演算回路）、ＡＬＵコントローラ１１９２、インストラクションデコーダ１１９３、インタラプトコントローラ１１９４、タイミングコントローラ１１９５、レジスタ１１９６、レジスタコントローラ１１９７、バスインターフェース１１９８（Ｂｕｓ　Ｉ／Ｆ）、書き換え可能なＲＯＭ１１９９、及びＲＯＭインターフェース１１８９（ＲＯＭ　Ｉ／Ｆ）を有している。基板１１９０は、半導体基板、ＳＯＩ基板、ガラス基板などを用いる。ＲＯＭ１１９９及びＲＯＭインターフェース１１８９は、別チップに設けてもよい。もちろん、図７６に示すＣＰＵは、その構成を簡略化して示した一例にすぎず、実際のＣＰＵはその用途によって多種多様な構成を有している。例えば、図７６に示すＣＰＵまたは演算回路を含む構成を一つのコアとし、当該コアを複数含み、それぞれのコアが並列で動作するような構成、つまりＧＰＵのような構成としてもよい。また、ＣＰＵが内部演算回路やデータバスで扱えるビット数は、例えば８ビット、１６ビット、３２ビット、６４ビットなどとすることができる。
　バスインターフェース１１９８を介してＣＰＵに入力された命令は、インストラクションデコーダ１１９３に入力され、デコードされた後、ＡＬＵコントローラ１１９２、インタラプトコントローラ１１９４、レジスタコントローラ１１９７、タイミングコントローラ１１９５に入力される。
　ＡＬＵコントローラ１１９２、インタラプトコントローラ１１９４、レジスタコントローラ１１９７、タイミングコントローラ１１９５は、デコードされた命令に基づき、各種制御を行なう。具体的にＡＬＵコントローラ１１９２は、ＡＬＵ１１９１の動作を制御するための信号を生成する。また、インタラプトコントローラ１１９４は、ＣＰＵのプログラム実行中に、外部の入出力装置や、周辺回路からの割り込み要求を、その優先度やマスク状態から判断し、処理する。レジスタコントローラ１１９７は、レジスタ１１９６のアドレスを生成し、ＣＰＵの状態に応じてレジスタ１１９６の読み出しや書き込みを行なう。
　また、タイミングコントローラ１１９５は、ＡＬＵ１１９１、ＡＬＵコントローラ１１９２、インストラクションデコーダ１１９３、インタラプトコントローラ１１９４、及びレジスタコントローラ１１９７の動作のタイミングを制御する信号を生成する。例えばタイミングコントローラ１１９５は、基準クロック信号を元に、内部クロック信号を生成する内部クロック生成部を備えており、内部クロック信号を上記各種回路に供給する。
　図７６に示すＣＰＵでは、レジスタ１１９６に、メモリセルが設けられている。レジスタ１１９６のメモリセルとして、例えば、先の実施の形態に示したトランジスタなどを用いることができる。
　図７６に示すＣＰＵにおいて、レジスタコントローラ１１９７は、ＡＬＵ１１９１からの指示に従い、レジスタ１１９６における保持動作の選択を行う。すなわち、レジスタ１１９６が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量素子によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が選択されている場合、レジスタ１１９６内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換えが行われ、レジスタ１１９６内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態１０）
　本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置を有する電子機器の一例について説明する。なお、図７７Ａ乃至図７７（Ｊ）、図７８Ａ乃至図７８Ｅには、当該半導体装置を有する電子部品４７００が各電子機器に含まれている様子を図示している。
［携帯電話］
　図７７Ａに示す情報端末５５００は、情報端末の一種である携帯電話（スマートフォン）である。情報端末５５００は、筐体５５１０と、表示部５５１１と、を有しており、入力用インターフェースとして、タッチパネルが表示部５５１１に備えられ、ボタンが筐体５５１０に備えられている。
　情報端末５５００は、上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することで、アプリケーションの実行時に生成される一時的なファイル（例えば、ウェブブラウザの使用時のキャッシュなど）を保持することができる。
［ウェアラブル端末］
　また、図７７Ｂには、ウェアラブル端末の一例である情報端末５９００が図示されている。情報端末５９００は、筐体５９０１、表示部５９０２、操作ボタン５９０３、操作子５９０４、バンド５９０５などを有する。
　ウェアラブル端末は、先述した情報端末５５００と同様に、上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することで、アプリケーションの実行時に生成される一時的なファイルを保持することができる。
［情報端末］
　また、図７７Ｃには、デスクトップ型情報端末５３００が図示されている。デスクトップ型情報端末５３００は、情報端末の本体５３０１と、ディスプレイ５３０２と、キーボード５３０３と、を有する。
　デスクトップ型情報端末５３００は、先述した情報端末５５００と同様に、上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することで、アプリケーションの実行時に生成される一時的なファイルを保持することができる。
　なお、上述では、電子機器としてスマートフォン、ウェアラブル端末、デスクトップ用情報端末を例として、それぞれ図７７Ａ乃至図７７Ｃに図示したが、スマートフォン、ウェアラブル端末、デスクトップ用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、ウェアラブル端末、デスクトップ用情報端末以外の情報端末としては、例えば、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ノート型情報端末、ワークステーションなどが挙げられる。
［電化製品］
　また、図７７Ｄには、電化製品の一例として電気冷凍冷蔵庫５８００が図示されている。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に上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することによって、電気冷凍冷蔵庫５８００を、例えば、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　ｏｆ　Ｔｈｉｎｇｓ）として利用することができる。ＩｏＴ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の情報を、インターネットなどを通じて、上述したような情報端末などに送受信することができる。また、電気冷凍冷蔵庫５８００は、当該情報を送信する際に、当該情報を一時ファイルとして、当該半導体装置に保持することができる。
　本一例では、電化製品として電気冷凍冷蔵庫について説明したが、その他の電化製品としては、例えば、掃除機、電子レンジ、電気オーブン、炊飯器、湯沸かし器、ＩＨ調理器、ウォーターサーバ、エアーコンディショナーを含む冷暖房器具、洗濯機、乾燥機、オーディオビジュアル機器などが挙げられる。
［ゲーム機］
　また、図７７Ｅには、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機５２００が図示されている。携帯ゲーム機５２００は、筐体５２０１、表示部５２０２、ボタン５２０３等を有する。
　更に、図７７Ｆには、ゲーム機の一例である据え置き型ゲーム機７５００が図示されている。据え置き型ゲーム機７５００は、本体７５２０と、コントローラ７５２２を有する。なお、本体７５２０には、無線または有線によってコントローラ７５２２を接続することができる。また、図７７Ｆには示していないが、コントローラ７５２２は、ゲームの画像を表示する表示部、ボタン以外の入力インターフェースとなるタッチパネルやスティック、回転式つまみ、スライド式つまみなどを備えることができる。また、コントローラ７５２２は、図７７Ｆに示す形状に限定されず、ゲームのジャンルに応じて、コントローラ７５２２の形状を様々に変更してもよい。例えば、ＦＰＳ（Ｆｉｒｓｔ　Ｐｅｒｓｏｎ　Ｓｈｏｏｔｅｒ）などのシューティングゲームでは、トリガーをボタンとし、銃を模した形状のコントローラを用いることができる。また、例えば、音楽ゲームなどでは、楽器、音楽機器などを模した形状のコントローラを用いることができる。更に、据え置き型ゲーム機は、コントローラを使わず、代わりにカメラ、深度センサ、マイクロフォンなどを備えて、ゲームプレイヤーのジェスチャー、及び／又は音声によって操作する形式としてもよい。
　また、上述したゲーム機の映像は、テレビジョン装置、パーソナルコンピュータ用ディスプレイ、ゲーム用ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイなどの表示装置によって、出力することができる。
　携帯ゲーム機５２００に上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することによって、低消費電力の携帯ゲーム機５２００を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、及びモジュールへの影響を少なくすることができる。
　更に、携帯ゲーム機５２００に上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することによって、ゲームの実行中に発生する演算に必要な一時ファイルなどの保持をおこなうことができる。
　図７７Ｅ、及び図７７Ｆのそれぞれでは、ゲーム機の一例として携帯ゲーム機、及び家庭用の据え置き型ゲーム機を図示しているが、本発明の一態様の電子機器はこれに限定されない。本発明の一態様の電子機器としては、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。
［移動体］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、移動体である自動車、及び自動車の運転席周辺に適用することができる。
　図７７Ｇには移動体の一例である自動車５７００が図示されている。
　自動車５７００の運転席周辺には、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、様々な情報を提供するインストゥルメントパネルが備えられている。また、運転席周辺には、それらの情報を示す表示装置が備えられていてもよい。
　特に当該表示装置には、自動車５７００に設けられた撮像装置（図示しない。）からの映像を映し出すことによって、ピラーなどで遮られた視界、運転席の死角などを補うことができ、安全性を高めることができる。
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、情報を一時的に保持することができるため、例えば、当該コンピュータを自動車５７００の自動運転システムや当該コンピュータを道路案内、危険予測などを行うシステムなどにおける、必要な一時的な情報の保持に用いることができる。当該表示装置には、道路案内、危険予測などの一時的な情報を表示する構成としてもよい。また、自動車５７００に備え付けられたドライビングレコーダの映像を保持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る。
［カメラ］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、カメラに適用することができる。
　図７７Ｈには、撮像装置の一例であるデジタルカメラ６２４０が図示されている。デジタルカメラ６２４０は、筐体６２４１、表示部６２４２、操作ボタン６２４３、シャッターボタン６２４４等を有し、また、デジタルカメラ６２４０には、着脱可能なレンズ６２４６が取り付けられている。なお、ここではデジタルカメラ６２４０を、レンズ６２４６を筐体６２４１から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ６２４６と筐体６２４１とが一体となっていてもよい。また、デジタルカメラ６２４０は、ストロボ装置や、ビューファインダー等を別途装着することができる構成としてもよい。
　デジタルカメラ６２４０に上記実施の形態で説明した半導体装置を適用することによって、低消費電力のデジタルカメラ６２４０を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、及びモジュールへの影響を少なくすることができる。
［ビデオカメラ］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、ビデオカメラに適用することができる。
　図７７１には、撮像装置の一例であるビデオカメラ６３００が図示されている。ビデオカメラ６３００は、第１筐体６３０１、第２筐体６３０２、表示部６３０３、操作キー６３０４、レンズ６３０５、接続部６３０６等を有する。操作キー６３０４及びレンズ６３０５は第１筐体６３０１に設けられており、表示部６３０３は第２筐体６３０２に設けられている。そして、第１筐体６３０１と第２筐体６３０２とは、接続部６３０６により接続されており、第１筐体６３０１と第２筐体６３０２の間の角度は、接続部６３０６により変更が可能である。表示部６３０３における映像を、接続部６３０６における第１筐体６３０１と第２筐体６３０２との間の角度に従って切り替える構成としてもよい。
　ビデオカメラ６３００で撮影した映像を記録する際、データの記録形式に応じたエンコードを行う必要がある。上述した半導体装置を利用することによって、ビデオカメラ６３００は、エンコードの際に発生する一時的なファイルの保持を行うことができる。
［ＩＣＤ］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、植え込み型除細動器（ＩＣＤ）に適用することができる。
　図７７（Ｊ）は、ＩＣＤの一例を示す断面模式図である。ＩＣＤ本体５４００は、バッテリー５４０１と、電子部品４７００と、レギュレータと、制御回路と、アンテナ５４０４と、右心房へのワイヤ５４０２、右心室へのワイヤ５４０３とを少なくとも有している。
　ＩＣＤ本体５４００は手術により体内に設置され、二本のワイヤは、人体の鎖骨下静脈５４０５及び上大静脈５４０６を通過させて一方のワイヤ先端が右心室、もう一方のワイヤ先端が右心房に設置されるようにする。
　ＩＣＤ本体５４００は、ペースメーカのとしての機能を有し、心拍数が規定の範囲から外れた場合に心臓に対してペーシングを行う。また、ペーシングによって心拍数が改善しない場合（速い心室頻拍や心室細動など）、電気ショックによる治療が行われる。
　ＩＣＤ本体５４００は、ペーシング及び電気ショックを適切に行うため、心拍数を常に監視する必要がある。そのため、ＩＣＤ本体５４００は、心拍数を検知するためのセンサを有する。また、ＩＣＤ本体５４００は、当該センサなどによって取得した心拍数のデータ、ペーシングによる治療を行った回数、時間などを電子部品４７００に記憶することができる。
　また、アンテナ５４０４で電力が受信でき、その電力はバッテリー５４０１に充電される。また、ＩＣＤ本体５４００は複数のバッテリーを有することにより、安全性を高くすることができる。具体的には、ＩＣＤ本体５４００の一部のバッテリーが使えなくなったとしても残りのバッテリーが機能させることができるため、補助電源としても機能する。
　また、電力を受信できるアンテナ５４０４とは別に、生理信号を送信できるアンテナを有していてもよく、例えば、脈拍、呼吸数、心拍数、体温などの生理信号を外部のモニタ装置で確認できるような心臓活動を監視するシステムを構成してもよい。
［ＰＣ用の拡張デバイス］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの計算機、情報端末用の拡張デバイスに適用することができる。
　図７８Ａは、当該拡張デバイスの一例として、持ち運びのできる、情報の記憶が可能なチップが搭載された、ＰＣに外付けする拡張デバイス６１００を示している。拡張デバイス６１００は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｂｕｓ）などでＰＣに接続することで、当該チップによる情報の記憶を行うことができる。なお、図７８Ａは、持ち運びが可能な形態の拡張デバイス６１００を図示しているが、本発明の一態様に係る拡張デバイスは、これに限定されず、例えば、冷却用ファンなどを搭載した比較的大きい形態の拡張デバイスとしてもよい。
　拡張デバイス６１００は、筐体６１０１、キャップ６１０２、ＵＳＢコネクタ６１０３及び基板６１０４を有する。基板６１０４は、筐体６１０１に収納されている。基板６１０４には、上記実施の形態で説明した半導体装置などを駆動する回路が設けられている。例えば、基板６１０４には、電子部品４７００、コントローラチップ６１０６が取り付けられている。ＵＳＢコネクタ６１０３は、外部装置と接続するためのインターフェースとして機能する。
［ＳＤカード］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、情報端末やデジタルカメラなどの電子機器に取り付けが可能なＳＤカードに適用することができる。
　図７８ＢはＳＤカードの外観の模式図であり、図７８Ｃは、ＳＤカードの内部構造の模式図である。ＳＤカード５１１０は、筐体５１１１、コネクタ５１１２及び基板５１１３を有する。コネクタ５１１２が外部装置と接続するためのインターフェースとして機能する。基板５１１３は筐体５１１１に収納されている。基板５１１３には、記憶装置及び記憶装置を駆動する回路が設けられている。例えば、基板５１１３には、電子部品４７００、コントローラチップ５１１５が取り付けられている。なお、電子部品４７００とコントローラチップ５１１５とのそれぞれの回路構成は、上述の記載に限定せず、状況に応じて、適宜回路構成を変更してもよい。例えば、電子部品に備えられている書き込み回路、ロードライバ、読み出し回路などは、電子部品４７００でなく、コントローラチップ５１１５に組み込んだ構成としてもよい。
　基板５１１３の裏面側にも電子部品４７００を設けることで、ＳＤカード５１１０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５１１３に設けてもよい。これによって、外部装置とＳＤカード５１１０との間で無線通信を行うことができ、電子部品４７００のデータの読み出し、書き込みが可能となる。
［ＳＳＤ］
　上記実施の形態で説明した半導体装置は、情報端末など電子機器に取り付けが可能なＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）に適用することができる。
　図７８ＤはＳＳＤの外観の模式図であり、図７８Ｅは、ＳＳＤの内部構造の模式図である。ＳＳＤ５１５０は、筐体５１５１、コネクタ５１５２及び基板５１５３を有する。コネクタ５１５２が外部装置と接続するためのインターフェースとして機能する。基板５１５３は筐体５１５１に収納されている。基板５１５３には、記憶装置及び記憶装置を駆動する回路が設けられている。例えば、基板５１５３には、電子部品４７００、メモリチップ５１５５、コントローラチップ５１５６が取り付けられている。基板５１５３の裏面側にも電子部品４７００を設けることで、ＳＳＤ５１５０の容量を増やすことができる。メモリチップ５１５５にはワークメモリが組み込まれている。例えば、メモリチップ５１５５には、ＤＲＡＭチップを用いればよい。コントローラチップ５１５６には、プロセッサ、ＥＣＣ回路などが組み込まれている。なお、電子部品４７００と、メモリチップ５１５５と、コントローラチップ５１１５と、のそれぞれの回路構成は、上述の記載に限定せず、状況に応じて、適宜回路構成を変更してもよい。例えば、コントローラチップ５１５６にも、ワークメモリとして機能するメモリを設けてもよい。
　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
ＭＣ：メモリセル、ＭＣ［１］：メモリセル、ＭＣ［２］：メモリセル、ＭＣ［ｎ］：メモリセル、ＭＣ［１，１］：メモリセル、ＭＣ［ｊ，１］：メモリセル、ＭＣ［ｎ，１］：メモリセル、ＭＣ［１，ｉ］：メモリセル、ＭＣ［ｊ，ｉ］：メモリセル、ＭＣ［ｎ，ｉ］：メモリセル、ＭＣ［１，ｍ］：メモリセル、ＭＣ［ｊ，ｍ］：メモリセル、ＭＣ［ｎ，ｍ］：メモリセル、ＣＴｒ：セルトランジスタ、ＣＴｒＡ：セルトランジスタ、ＣＴｒＢ：セルトランジスタ、ＳＴｒ：トランジスタ、ＳＴｒ［１］：トランジスタ、ＳＴｒ［ｉ］：トランジスタ、ＳＴｒ［ｍ］：トランジスタ、ＢＴｒ：トランジスタ、ＢＴｒ［１］：トランジスタ、ＢＴｒ［ｉ］：トランジスタ、ＢＴｒ［ｍ］：トランジスタ、ＳＬ：配線、ＳＬ［１］：配線、ＳＬ［ｉ］：配線、ＳＬ［ｍ］：配線、ＳＳＬ：配線、ＳＳＬ［１］：配線、ＳＳＬ［ｉ］：配線、ＳＳＬ［ｍ］：配線、ＢＬ：配線、ＢＬ［１］：配線、ＢＬ［ｉ］：配線、ＢＬ［ｍ］：配線、ＢＳＬ：配線、ＢＳＬ［１］：配線、ＢＳＬ［ｉ］：配線、ＢＳＬ［ｍ］：配線、ＷＬ［１］：配線、ＷＬ［２］：配線、ＷＬ［ｎ］：配線、ＢＧＬ：配線、ＢＧＬ［１］：配線、ＢＧＬ［ｉ］：配線、ＢＧＬ［ｍ］：配線、ＷＬ：配線、ＥＲ：配線、ＰＧ：導電体、ＨＬ：領域、ＴＭ：領域、ＡＲ：領域、ＳＤ１：領域、ＳＤ２：領域、ＳＯＬ：ソース線、ＷＯＬ：ワード線、ＷＯＬａ＿１：ワード線、ＷＯＬａ＿２：ワード線、ＷＯＬａ＿３：ワード線、ＷＯＬａ＿４：ワード線、ＷＯＬａ＿５：ワード線、ＷＯＬａ＿６：ワード線、ＷＯＬｂ＿１：ワード線、ＷＯＬｂ＿２：ワード線、ＷＯＬｂ＿３：ワード線、ＷＯＬｂ＿４：ワード線、ＷＯＬｂ＿５：ワード線、ＷＯＬｂ＿６：ワード線、ＢＩＬ：ビット線、ＢＩＬ＿１：ビット線、ＢＩＬ＿２：ビット線、ＢＩＬ＿３：ビット線、ＢＩＬ＿４：ビット線、１０：処理、３００：積層体、３０１Ａ：犠牲層、３０１Ｂ：犠牲層、３１１Ａ：絶縁体、３１１Ｂ：絶縁体、３１１Ｃ：絶縁体、３１２：絶縁体、３１２ａ：絶縁体、３１２ａ＿１：絶縁体、３１２ａ＿２：絶縁体、３１２ａ＿３：絶縁体、３１２ａ＿４：絶縁体、３１２ｂ：絶縁体、３１２ｃ：絶縁体、３１３：絶縁体、３１３＿１：絶縁体、３１３＿２：絶縁体、３１３＿３：絶縁体、３１３＿４：絶縁体、３１４：絶縁体、３１４＿１：絶縁体、３１４＿２：絶縁体、３１４ａ：絶縁体、３１４ｂ：絶縁体、３１５：絶縁体、３１５＿１：絶縁体、３１５＿２：絶縁体、３１５ａ：絶縁体、３１５ｂ：絶縁体、３１６：絶縁体、３１６Ａ：絶縁体、３１６Ｂ：絶縁体、３１９：絶縁体、３３１：導電体、３３１ａ：導電体、３３１ａ＿１：導電体、３３１ａ＿２：導電体、３３１ａ＿３：導電体、３３１ａ＿４：導電体、３３１ｂ：導電体、３３１ｃ：導電体、３３２：導電体、３３２＿１：導電体、３３２＿２：導電体、３３２＿３：導電体、３３２＿４：導電体、３３３：導電体、３３３ａ：導電体、３３３ｂ：導電体、３３３ｂ＿１：導電体、３３３ｂ＿２：導電体、３３４：導電体、３３４ａ：導電体、３３４ｂ：導電体、３５１：材料層、３５１ａ：材料層、３５１ａ＿１：材料層、３５１ａ＿２：材料層、３５１ａ＿３：材料層、３５１ａ＿４：材料層、３５１ｂ：材料層、３５１ｃ：材料層、３５２：材料層、３５２＿１：材料層、３５２＿２：材料層、３５２＿３：材料層、３５２＿４：材料層、３５２Ａ：材料層、３５２Ｂ：材料層、３５３：材料層、３５３＿１：材料層、３５３＿２：材料層、３５３ａ：材料層、３５３ｂ：材料層、３５３Ａ：材料層、３５３Ｂ：材料層、３６１ａ：導電体、３６１ｂ：導電体、３６１ｃ：導電体、３７１：領域、３７２：領域、３９１：領域、３９２：領域、３９２Ａ：領域、３９２Ｂ：領域、３９３Ａ：凹部、３９３Ｂ：凹部、３９４：領域、４００：積層体、４０１Ａ：犠牲層、４０１Ｂ：犠牲層、４１１Ａ：絶縁体、４１１Ｂ：絶縁体、４１１Ｃ：絶縁体、４１２：絶縁体、４１２ａ：絶縁体、４１２ｂ：絶縁体、４１２ｃ：絶縁体、４１３：絶縁体、４１４：絶縁体、４１４ａ：絶縁体、４１４ｂ：絶縁体、４１５：絶縁体、４１５ａ：絶縁体、４１５ｂ：絶縁体、４１６：絶縁体、４１６Ａ：絶縁体、４１６Ｂ：絶縁体、４２１：絶縁体、４２１ａ：絶縁体、４２１ｂ：絶縁体、４３１：導電体、４３１ａ：導電体、４３１ｂ：導電体、４３１ｃ：導電体、４３２：導電体、４３４：導電体、４３４ａ：導電体、４３４ｂ：導電体、４５１：材料層、４５１ａ：材料層、４５１ｂ：材料層、４５１ｃ：材料層、４５２：材料層、４５２Ａ：材料層、４５２Ｂ：材料層、４５３：材料層、４５３ａ：材料層、４５３ｂ：材料層、４５３Ａ：材料層、４５３Ｂ：材料層、４６１ａ：導電体、４６１ｂ：導電体、４６１ｃ：導電体、４７１：領域、４７２：領域、４９１：領域、４９２：領域、４９２Ａ：領域、４９２Ｂ：領域、４９３Ａ：凹部、４９３Ｂ：凹部、４９４：領域、７００：メモリセルアレイ、７００Ａ：メモリセルアレイ、７０１：導電体、７０１＿ｍ：導電体、７０１＿１：導電体、７０１＿６：導電体、７０２：導電体、７０３：絶縁体、７０３ａ：絶縁体、７０３ｂ：絶縁体、７０３ｃ：絶縁体、７０３＿１：絶縁体、７０３＿４：絶縁体、７０４：酸化物、７０４ａ：酸化物、７０４ｂ：酸化物、７０４ｃ：酸化物、７０４＿１：酸化物、７０４＿４：酸化物、７０５：導電体、７０５＿１：導電体、７０５＿４：導電体、７０６：導電体、７０６＿１：導電体、７０６＿４：導電体、７０７：導電体、７０７＿ｍ：導電体、７０７＿１：導電体、７０８：導電体、７０８＿ｍ：導電体、７０８＿１：導電体、７１０：セルトランジスタ、７１１：絶縁体、７２０：基体、１１８９：ＲＯＭインターフェース、１１９０：基板、１１９１：ＡＬＵ、１１９２：ＡＬＵコントローラ、１１９３：インストラクションデコーダ、１１９４：インタラプトコントローラ、１１９５：タイミングコントローラ、１１９６：レジスタ、１１９７：レジスタコントローラ、１１９８：バスインターフェース、１２０１：絶縁体、１２０２：絶縁体、１２０３：絶縁体、１２１１：導電体、１２２１：導電体、１２２２：導電体、１２２３：導電体、１７００：基板、１７０１：素子分離層、１７１２：導電体、１７３０：導電体、１７９０：ゲート電極、１７９３：チャネル形成領域、１７９４：低濃度不純物領域、１７９５：高濃度不純物領域、１７９６：導電性領域、１７９７：ゲート絶縁膜、１７９８：側壁絶縁層、１７９９：側壁絶縁層、２６００：記憶装置、２６０１：周辺回路、２６１０：メモリセルアレイ、２６２１：ローデコーダ、２６２２：ワード線ドライバ回路、２６３０：ビット線ドライバ回路、２６３１：カラムデコーダ、２６３２：プリチャージ回路、２６３３：センスアンプ、２６３４：書き込み回路、２６４０：出力回路、２６６０：コントロールロジック回路、４７００：電子部品、４７０２：プリント基板、４７０４：実装基板、４７１０：半導体装置、４７１４：ワイヤ、４７３０：電子部品、４７３１：インターポーザ、４７３２：パッケージ基板、４７３３：電極、４７３５：半導体装置、４８００：半導体ウェハ、４８００ａ：チップ、４８０１：ウェハ、４８０１ａ：ウェハ、４８０２：回路部、４８０３：スペーシング、４８０３ａ：スペーシング、５１１０：ＳＤカード、５１１１：筐体、５１１２：コネクタ、５１１３：基板、５１１５：コントローラチップ、５１５０：ＳＳＤ、５１５１：筐体、５１５２：コネクタ、５１５３：基板、５１５５：メモリチップ、５１５６：コントローラチップ、５２００：携帯ゲーム機、５２０１：筐体、５２０２：表示部、５２０３：ボタン、５３００：デスクトップ型情報端末、５３０１：本体、５３０２：ディスプレイ、５３０３：キーボード、５４００：ＩＣＤ本体、５４０１：バッテリー、５４０２：ワイヤ、５４０３：ワイヤ、５４０４：アンテナ、５４０５：鎖骨下静脈、５４０６：上大静脈、５５００：情報端末、５５１０：筐体、５５１１：表示部、５７００：自動車、５８００：電気冷凍冷蔵庫、５８０１：筐体、５８０２：冷蔵室用扉、５８０３：冷凍室用扉、５９００：情報端末、５９０１：筐体、５９０２：表示部、５９０３：操作ボタン、５９０４：操作子、５９０５：バンド、６１００：拡張デバイス、６１０１：筐体、６１０２：キャップ、６１０３：ＵＳＢコネクタ、６１０４：基板、６１０６：コントローラチップ、６２４０：デジタルカメラ、６２４１：筐体、６２４２：表示部、６２４３：操作ボタン、６２４４：シャッターボタン、６２４６：レンズ、６３００：ビデオカメラ、６３０１：第１筐体、６３０２：第２筐体、６３０３：表示部、６３０４：操作キー、６３０５：レンズ、６３０６：接続部、７５２０：本体、７５２２：コントローラ

Claims (7)

  1. 　柱状の第１導電体と、
    　第２導電体と、第３導電体と、
    　第１絶縁体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、第４絶縁体と、第５絶縁体と、第６絶縁体と、
    　第１材料層と、第２材料層と、第３材料層と、
    　を有し、
    　前記第１絶縁体は、前記第１導電体に隣接するように位置し、
    　前記第１材料層は、前記第１絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第１材料層は、第１領域と、第２領域と、を有し、
    　前記第２材料層は、前記第１材料層の前記第１領域に隣接するように位置し、
    　前記第２導電体は、前記第２材料層に隣接するように位置し、
    　前記第２絶縁体は、前記第２導電体に隣接するように位置し、
    　前記第３絶縁体は、前記第２絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第３材料層は、前記第２材料層と、前記第２導電体と、前記第２絶縁体と、前記第３絶縁体と、前記第１材料層の前記第２領域と、を覆うように位置し、
    　前記第４絶縁体は、前記第３材料層に隣接するように位置し、
    　前記第６絶縁体は、前記第４絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第５絶縁体は、前記第６絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第３導電体は、前記第５絶縁体に隣接し、かつ前記第１材料層の前記第１領域に重畳する領域に位置し、
    　前記第２絶縁体は、前記第２導電体への酸素の拡散を防ぐバリア絶縁膜として機能し、
    　前記第４絶縁体は、トンネル絶縁膜として機能し、
    　前記第６絶縁体は、電荷蓄積層として機能し、
    　前記第５絶縁体は、ゲート絶縁膜として機能し、
    　前記第１材料層は、インジウム、元素Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、スズ、又はチタン）、亜鉛を含む酸化物を有し、
    　前記第２材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有し、
    　前記第３材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有する、
    　半導体装置。
  2. 　柱状の第１導電体と、
    　第２導電体と、第３導電体と、第４導電体と、
    　第１絶縁体と、第２絶縁体と、第３絶縁体と、第４絶縁体と、第５絶縁体と、
    　第１材料層と、第２材料層と、第３材料層と、
    　を有し、
    　前記第１絶縁体は、前記第１導電体に隣接するように位置し、
    　前記第１材料層は、前記第１絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第１材料層は、第１領域と、第２領域と、を有し、
    　前記第２材料層は、前記第１材料層の前記第１領域に隣接するように位置し、
    　前記第２導電体は、前記第２材料層に隣接するように位置し、
    　前記第２絶縁体は、前記第２導電体に隣接するように位置し、
    　前記第３絶縁体は、前記第２絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第３材料層は、前記第２材料層と、前記第２導電体と、前記第２絶縁体と、前記第３絶縁体と、前記第１材料層の前記第２領域と、を覆うように位置し、
    　前記第４絶縁体は、前記第３材料層に隣接するように位置し、
    　前記第４導電体は、前記第４絶縁体に隣接し、かつ前記第１材料層の前記第１領域に重畳する領域に位置し、
    　前記第５絶縁体は、前記第４導電体と、前記第４絶縁体を覆うように位置し、
    　前記第３導電体は、前記第５絶縁体に隣接し、かつ前記第１材料層の前記第１領域に重畳する領域に位置し、
    　前記第２絶縁体は、前記第２導電体への酸素の拡散を防ぐバリア絶縁膜として機能し、
    　前記第４絶縁体は、トンネル絶縁膜として機能し、
    　前記第４導電体は、フローティングゲート電極として機能し、
    　前記第５絶縁体は、ゲート絶縁膜として機能し、
    　前記第１材料層は、インジウム、元素Ｍ（Ｍはアルミニウム、ガリウム、スズ、又はチタン）、亜鉛を含む酸化物を有し、
    　前記第２材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有し、
    　前記第３材料層は、インジウム、元素Ｍ、亜鉛を含む酸化物を有する、
    　半導体装置。
  3. 　請求項１、又は請求項２において、
    　前記第１材料層は、第４材料層と、第５材料層と、を有し、
    　前記第４材料層は、前記第１絶縁体に隣接するように位置し、
    　前記第５材料層は、前記第４材料層に隣接するように位置し、
    　前記第１材料層の前記第１領域は、前記第５材料層に位置し、
    　前記第１材料層の前記第２領域は、前記第５材料層に位置し、
    　前記第２材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比は、前記第５材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比よりも大きく、
    　前記第４材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比は、前記第５材料層に含まれている、インジウムに対する元素Ｍの原子数の比よりも大きい、
    　半導体装置。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    　前記第１材料層の前記第２領域は、前記第１材料層の前記第１領域よりも酸素濃度が高い、
    　半導体装置。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    　前記第１材料層の前記第２領域の膜厚は、前記第１材料層の前記第１領域の膜厚よりも薄い、半導体装置。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一の半導体装置と、周辺回路と、を有する記憶装置。
  7. 　請求項６に記載の記憶装置と、筐体と、を有する電子機器。
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