(57)【要約】      （修正有）【課題】電気特性の良好なトランジスタ、電気特性の安定したトランジスタ又は集積度の高い半導体装置を提供する。【解決手段】トランジスタ１００において、チャネルが形成される領域１２１を含む酸化物半導体層１０４の側面を酸化物半導体層１０６で覆うことにより、酸化物半導体層の側面から内部への不純物の拡散を防ぐ。ゲート電極１０９の形成をダマシンプロセスで行なうことにより、トランジスタの微細化、高密度化を実現する。【選択図】図１
2020113775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の酸化物半導体層と、
前記第１の酸化物半導体層上の、第１の電極と、
前記第１の酸化物半導体層上の、第２の電極と、
前記第１の電極の上面及び側面を覆い、前記第２の電極の上面及び側面を覆い、前記第１の酸化物半導体層の側面を覆う、第２の酸化物半導体層と、
前記第２の酸化物半導体層上の、第１の絶縁層と、
前記第１の電極及び前記第２の電極との間に設けられた前記第１の絶縁層の開口部と重なる、第１の凹部の形状を有する第３の酸化物半導体層と、
前記第１の凹部と重なる、第２の凹部の形状を有するゲート絶縁層と、
前記第２の凹部と重なる、ゲート電極と、
前記第３の酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層、及び前記ゲート電極上の、第２の絶縁層と、
前記第２の酸化物半導体層、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層に設けられた第１の開口部において、前記第１の電極と電気的に接続された第１の導電層と、
前記第２の酸化物半導体層、前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層に設けられた第２の開口部において、前記第２の電極と電気的に接続された第２の導電層と、を有する、半導体装置。
【請求項２】
第１の酸化物半導体層と、
前記第１の酸化物半導体層上の、第１の電極と、
前記第１の酸化物半導体層上の、第２の電極と、
前記第１の電極の上面及び側面を覆い、前記第２の電極の上面及び側面を覆い、前記第１の酸化物半導体層の側面を覆う、第２の酸化物半導体層と、
前記第２の酸化物半導体層上の、第１の絶縁層と、
前記第１の電極及び前記第２の電極との間に設けられた前記第１の絶縁層の開口部と重なる、第１の凹部の形状を有する第３の酸化物半導体層と、
前記第１の凹部と重なる、第２の凹部の形状を有するゲート絶縁層と、
前記第２の凹部と重なる、ゲート電極と、
前記第３の酸化物半導体層、前記ゲート絶縁層、及び前記ゲート電極上の、第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層上の、第３の絶縁層と、
前記第２の酸化物半導体層、前記第１の絶縁層、前記第２の絶縁層及び前記第３の絶縁層に設けられた第１の開口部において、前記第１の電極と電気的に接続された第１の導電層と、
前記第２の酸化物半導体層、前記第１の絶縁層、前記第２の絶縁層及び前記第３の絶縁層に設けられた第２の開口部において、前記第２の電極と電気的に接続された第２の導電層と、を有する、半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記第１の酸化物半導体層は、前記ゲート電極と重なる領域にチャネル形成領域を有する、半導体装置。
【請求項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の酸化物半導体層は、ＩｎまたはＺｎの一方、もしくは両方を含む、半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第２の酸化物半導体層は、前記第１の酸化物半導体層に含まれる金属元素のうち、少なくとも一種類の元素を含む、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの製造方法に関する
。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・
オブ・マター）に関するものである。
【０００３】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指す。表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、
記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有する場合がある
。
【背景技術】
【０００４】
近年は、酸化物半導体を用いたトランジスタが注目されている。酸化物半導体は、スパッ
タリング法などを用いて成膜できるため、大型の表示装置を構成するトランジスタの半導
体に用いることができる。また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非晶質シリコン
を用いたトランジスタの生産設備の一部を改良して利用することが可能であるため、設備
投資を抑えられるメリットもある。
【０００５】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小
さいことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタの極めてリーク電
流が少ないという特性を応用した低消費電力のＣＰＵなどが開示されている（特許文献１
参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２５７１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気特性の良好なトランジスタを提供することを課題の一とする。または、電気特性の安
定したトランジスタを提供することを課題の一とする。または、消費電力の少ないトラン
ジスタを提供することを課題の一とする。または、信頼性の良好なトランジスタを提供す
ることを課題の一とする。または、新規なトランジスタを提供することを課題の一とする
。または、これらのトランジスタの少なくとも一つを有する半導体装置を提供することを
課題の一とする。
【０００８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、第１乃至第３の酸化物半導体層と、第１乃至第３の電極と、第１およ
び第２の絶縁層と、を有し、第１の酸化物半導体層は島状であり、かつ、第１の領域と、
第２の領域と、第３の領域と、を有し、第３の領域は、第１の領域と第２の領域に挟まれ
、第１の領域上に第１の電極を有し、第２の領域上に第２の電極を有し、第１の電極と第
２の電極上に、第２の酸化物半導体層を介して第１の絶縁層を有し、第２の酸化物半導体
層は第１の開口を有し、第１の絶縁層は第２の開口を有し、第１の開口と第２の開口は、
第３の領域と互いに重なり、第３の領域上に、第３の酸化物半導体層および第２の絶縁層
を介して第３の電極を有し、第１および第２の領域において、第２の酸化物半導体層は、
第１の酸化物半導体層の側面を覆い、第３の領域において、第３の酸化物半導体層は、第
１の酸化物半導体層の側面を覆うトランジスタである。なお、第３の領域は、平面におい
て、第１の領域と第２の領域に挟まれる。また、第２の酸化物半導体層は、第１の領域に
含まれる第１の側面と第２の領域に含まれる第２の側面を覆い、第３の酸化物半導体層は
、第３の領域に含まれる第３の側面を覆う。
【００１０】
また、第３の電極の側面は第１の絶縁層に囲まれていることが好ましい。第２の酸化物半
導体層は、第１の酸化物半導体層の側面に接していることが好ましい。第３の酸化物半導
体層は、第１の酸化物半導体層の側面に接していることが好ましい。また、第１の酸化物
半導体層は、ＩｎまたはＺｎの一方、もしくは両方を含むことが好ましい。また、第２の
酸化物半導体層と第３の酸化物半導体層は、第１の酸化物半導体層に含まれる金属元素の
うち、少なくとも一種類の元素を含むことが好ましい。
【００１１】
または、本発明の一態様は、上記トランジスタと、容量素子、または抵抗素子と、を有す
る半導体装置である。または、本発明の一態様は、該半導体装置と、アンテナ、バッテリ
、操作スイッチ、マイク、または、スピーカと、を有する電子機器である。または、本発
明の一態様は、上記トランジスタと、アンテナ、バッテリ、操作スイッチ、マイク、また
は、スピーカと、を有する電子機器である。
【発明の効果】
【００１２】
電気特性の良好なトランジスタを提供することができる。または、電気特性の安定したト
ランジスタを提供することができる。または、消費電力の少ないトランジスタを提供する
ことができる。または、信頼性の良好なトランジスタを提供することができる。または、
新規なトランジスタを提供することができる。または、これらのトランジスタの少なくと
も一つを有する半導体装置を提供することができる。
【００１３】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、
図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項な
どの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。
【図２】本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。
【図３】エネルギーバンド構造を説明する図。
【図４】本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。
【図５】本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。
【図６】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。
【図７】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。
【図８】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。
【図９】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。
【図１０】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。
【図１１】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法例を示す図。
【図１２】本発明の一態様に係るトランジスタを示す上面図および断面図。
【図１３】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。
【図１４】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。
【図１５】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。
【図１６】本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。
【図１７】本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。
【図１８】ＣＰＵの構成例を示すブロック図。
【図１９】記憶素子の一例を示す回路図。
【図２０】撮像装置の一例を示す回路図。
【図２１】撮像装置の構成例を示す断面図。
【図２２】撮像装置の構成例を示す断面図。
【図２３】表示装置の一形態を説明するブロック図及び回路図。
【図２４】表示装置の一形態を説明するブロック図。
【図２５】本発明の一態様に係るＲＦタグのブロック図。
【図２６】本発明の一態様に係るＲＦタグの使用例を説明する図。
【図２７】本発明の一態様に係る電子機器を説明する図。
【図２８】ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。
【図２９】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図３０】ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。
【図３１】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図３２】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。
【図３３】成膜装置の一例を示す上面図。
【図３４】成膜装置の一例を示す断面図。
【図３５】実施例に係る試料の構造を示す断面図。
【図３６】実施例に係る試料の分析結果を示す図。
【図３７】実施例に係る試料の分析結果を示す図。
【図３８】実施例に係る試料の分析結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の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、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する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。
【００１６】
また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易と
するため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示す
る発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例
えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが
意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために省略して示すことがある。
【００１７】
また、特に上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易と
するため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載
を省略する場合がある。
【００１８】
本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために
付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。
また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避
けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等にお
いて序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付さ
れる場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許
請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
【００１９】
また、本明細書等において「電極」や「配線」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。
【００２０】
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直
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。
【００２１】
また、ソースおよびドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回
路動作において電流の方向が変化する場合など、動作条件などによって互いに入れ替わる
ため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、
本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるも
のとする。
【００２２】
また、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合
は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合
と、ＸとＹとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。
したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、
図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとす
る。
【００２３】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの
」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの
」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。
よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物
理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
【００２４】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトラン
ジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重な
る領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電
極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つの
トランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
【００２５】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で
電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領
域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのト
ランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一
つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細
書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、
最小値または平均値とする。
【００２６】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネ
ル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示
されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合があ
る。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上
のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細
かつゲート電極が半導体層の側面を覆うトランジスタでは、半導体層の側面に形成される
チャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも
、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００２７】
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。
例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という
仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチ
ャネル幅を正確に測定することは困難である。
【００２８】
そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕ
ｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書
では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネ
ル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実
効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル
幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを解析するこ
となどによって、値を決定することができる。
【００２９】
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求め
る場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャ
ネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
【００３０】
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度
が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半
導体のＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅ）が高くなることや、キャリア移動度
が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導
体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族
元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、および酸化物半導体の主成分以外の
遷移金属などがあり、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。酸化物半導体の場合、例えば水素など
の不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである
場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素
、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【００３１】
また、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。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略
平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、「垂直」および「直交」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。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂
直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００３２】
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい
」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除
き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【００３３】
また、本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場
合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストマスクは、エ
ッチング工程終了後に除去するものとする。
【００３４】
また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」
ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位
ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう）とは、高電源電位ＶＤＤより
も低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることも
できる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、Ｖ
ＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
【００３５】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、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。または、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。
【００３６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様のトランジスタ１００の構造および作製方法の一例に
ついて、図面を参照して説明する。
【００３７】
≪トランジスタ１００の構造≫
トランジスタ１００の構造例について図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、トランジス
タ１００の平面図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）にＬ１−Ｌ２の一点鎖線で示
す部位と、Ｗ１−Ｗ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。図１（Ｂ）において、Ｌ１
−Ｌ２はトランジスタ１００のチャネル長方向の断面図であり、Ｗ１−Ｗ２はトランジス
タ１００のチャネル幅方向の断面図である。
【００３８】
トランジスタ１００は酸化物半導体層１０４、絶縁層１０８、電極１０９、電極１０５ａ
、および電極１０５ｂを有する。電極１０９はゲート電極として機能できる。絶縁層１０
８はゲート絶縁層として機能できる。電極１０５ａは、ソース電極またはドレイン電極の
一方として機能できる。電極１０５ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機
能できる。また、トランジスタ１００は、基板１０１上に、絶縁層１０２および絶縁層１
０３を介して設けられている。
【００３９】
図１（Ｂ）において、基板１０１上に絶縁層１０２が設けられ、絶縁層１０２上に絶縁層
１０３が設けられている。絶縁層１０３は凸部を有し、該凸部上に島状の酸化物半導体層
１０４ａと島状の酸化物半導体層１０４ｂが設けられている。また、酸化物半導体層１０
４ｂ上に電極１０５ａ、および電極１０５ｂが設けられている。酸化物半導体層１０４ｂ
の電極１０５ａと重なる領域が、トランジスタ１００のソースまたはドレインの一方とし
て機能できる。酸化物半導体層１０４ｂの電極１０５ｂと重なる領域が、トランジスタ１
００のソースまたはドレインの他方として機能できる。よって、酸化物半導体層１０４ｂ
の、電極１０５ａと電極１０５ｂに挟まれた領域１２１が、チャネル形成領域として機能
できる。
【００４０】
また、電極１０５ａ、および電極１０５ｂ上に酸化物半導体層１０６が設けられ、酸化物
半導体層１０６上に絶縁層１０７が設けられている。また、酸化物半導体層１０６と絶縁
層１０７の領域１２１と重なる領域に開口が設けられ、該開口の側面および底面に沿って
酸化物半導体層１０４ｃが設けられている。また、該開口内に、酸化物半導体層１０４ｃ
を介して、かつ、該開口の側面および底面に沿って、絶縁層１０８が設けられている。ま
た、該開口内に、酸化物半導体層１０４ｃおよび絶縁層１０８を介して、かつ、該開口の
側面および底面に沿って、電極１０９が設けられている。
【００４１】
なお、該開口は、チャネル幅方向の断面において、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物
半導体層１０４ｂよりも大きく設けられている。よって、領域１２１において、酸化物半
導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面は、酸化物半導体層１０４ｃに覆わ
れている。言い替えると、トランジスタのチャネル幅方向と交差する酸化物半導体層１０
４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面は、酸化物半導体層１０４ｃに覆われている。
領域１２１以外の酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面は、酸化
物半導体層１０６に覆われている。言い替えると、トランジスタのチャネル長方向と交差
する酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面は、酸化物半導体層１
０６に覆われている。
【００４２】
また、絶縁層１０７上に絶縁層１１０が設けられ、絶縁層１１０上に絶縁層１１１が設け
られている。また、絶縁層１１１上に電極１１３ａ、電極１１３ｂ、および電極１１３ｃ
が設けられている。電極１１３ａは、絶縁層１１１、絶縁層１１０、絶縁層１０７、およ
び酸化物半導体層１０６の一部を除去して形成した開口において、コンタクトプラグ１１
２ａを介して電極１０５ａと電気的に接続されている。また、電極１１３ｂは、絶縁層１
１１、絶縁層１１０、絶縁層１０７、および酸化物半導体層１０６の一部を除去して形成
した開口において、コンタクトプラグ１１２ｂを介して電極１０５ｂと電気的に接続され
ている。また、電極１１３ｃは、絶縁層１１１および絶縁層１１０の一部を除去して形成
した開口において、コンタクトプラグ１１２ｃを介して電極１０９と電気的に接続されて
いる。
【００４３】
また、図１（Ｂ）に示すように、トランジスタ１００は、チャネル幅方向において、電極
１０９が酸化物半導体層１０４ｂを覆っている。また、絶縁層１０３が凸部を有すること
によって、酸化物半導体層１０４ｂの側面も電極１０９で覆うことができる。すなわち、
電極１０９の電界によって、酸化物半導体層１０４ｂを電気的に取り囲むことができる構
造を有している（導電膜の電界によって、半導体を電気的に取り囲むトランジスタの構造
を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。）。そ
のため、酸化物半導体層１０４ｂの全体（バルク）にチャネルを形成することもできる。
ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのドレイン電流を大きくすることができ、さ
らに大きいオン電流（トランジスタがオン状態のときにソースとドレインの間に流れる電
流）を得ることができる。また、電極１０９の電界によって、酸化物半導体層１０４ｂに
形成されるチャネル形成領域の全領域を空乏化することができる。したがって、ｓ−ｃｈ
ａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのオフ電流（トランジスタがオフ状態のときにソース
とドレインの間に流れる電流）をさらに小さくすることができる。なお、チャネル幅を小
さくすることで、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造によるオン電流の増大効果、オフ電流の低減効
果などを高めることができる。
【００４４】
〔酸化物半導体層１０４、酸化物半導体層１０６〕
酸化物半導体層１０４は、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂ、酸化物半
導体層１０４ｃを積層した構成を有する。
【００４５】
酸化物半導体層１０４ｂは、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物である。酸化物半
導体層１０４ｂは、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度（電子移動度）が高く
なる。また、酸化物半導体層１０４ｂは、元素Ｍを含むと好ましい。
【００４６】
元素Ｍは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどである。
そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、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、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の
元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネル
ギーが高い元素である。元素Ｍは、例えば、酸化物のエネルギーギャップを大きくする機
能を有する元素である。また、酸化物半導体は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物半導体は
亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。
【００４７】
ただし、酸化物半導体層１０４ｂは、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半
導体層１０４ｂは、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、酸化ガリウムなどの
、インジウムを含まず、亜鉛を含む酸化物、ガリウムを含む酸化物、スズを含む酸化物な
どであっても構わない。
【００４８】
酸化物半導体層１０４ｂは、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。酸化
物半導体層１０４ｂのエネルギーギャップは、例えば、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、
好ましくは２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下
とする。
【００４９】
酸化物半導体層１０４は、スパッタリング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、熱ＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を含むがこれに限定されな
い）、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法またはＰＬＤ（Ｐｕ
ｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜するとよい。プラズマＣ
ＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。ＭＯＣＶＤ法、ＡＬＤ法、または熱ＣＶ
Ｄ法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生
じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。
【００５０】
例えば、酸化物半導体層１０４として、熱ＣＶＤ法でＩｎＧａＺｎＯＸ（Ｘ＞０）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（Ｇ
ａ（ＣＨ３）３）、およびジメチル亜鉛（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（Ｃ２
Ｈ５）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。
【００５１】
例えば、酸化物半導体層１０４として、ＡＬＤ法で、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層などの混合化合物層を形成しても良い。な
お、Ｏ３ガスに変えて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ガスやトリス（アセチルアセトナト）インジウムを用い
ても良い。なお、トリス（アセチルアセトナト）インジウムは、Ｉｎ（ａｃａｃ）３とも
呼ぶ。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスやトリス（アセチ
ルアセトナト）ガリウムを用いても良い。なお、トリス（アセチルアセトナト）ガリウム
は、Ｇａ（ａｃａｃ）３とも呼ぶ。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスや、酢酸亜鉛を用いても
良い。これらのガス種には限定されない。
【００５２】
酸化物半導体層１０４をスパッタリング法で成膜する場合、パーティクル数低減のため、
インジウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Ｍの原子数比が高い酸化物
ターゲットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムを含む
ターゲットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、ＤＣ放電、ＡＣ放電
が容易となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、半導体装置の生産性
を高めることができる。
【００５３】
酸化物半導体層１０４をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、Ｉ
ｎ：Ｍ：Ｚｎが３：１：１、３：１：２、３：１：４、１：１：０．５、１：１：１、１
：１：２、１：４：４、４：２：４．１などとすればよい。
【００５４】
酸化物半導体層１０４をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比からず
れた原子数比の膜が形成される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも
膜の原子数比が小さくなる場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数
比の４０ａｔｏｍｉｃ％以上９０ａｔｏｍｉｃ％程度以下となる場合がある。
【００５５】
酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃは、酸化物半導体層１０４ｂを構
成する酸素以外の元素のうち、１種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されるこ
とが好ましい。このような材料を用いると、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体
層１０４ｂとの界面、ならびに酸化物半導体層１０４ｃおよび酸化物半導体層１０４ｂと
の界面に界面準位を生じにくくすることができる。よって、界面におけるキャリアの散乱
や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。ま
た、トランジスタのしきい値電圧（以下、「Ｖｔｈ」ともいう。）のばらつきを低減する
ことが可能となる。よって、良好な電気特性を有する半導体装置を実現することが可能と
なる。
【００５６】
酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃの厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ
以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、酸化物半導体層１０４ｂの厚さ
は、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましく
は３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【００５７】
また、酸化物半導体層１０４ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎと元素ＭとＺｎを含む酸化
物）であり、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃもＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸
化物であるとき、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃをＩｎ：Ｍ：Ｚ
ｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、酸化物半導体層１０４ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：
ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも大きくなる酸化物半導
体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｃ、および酸化物半導体層１０４ｂを選択する。好
ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上大きくなる酸化物半導体層１０４
ａ、酸化物半導体層１０４ｃ、および酸化物半導体層１０４ｂを選択する。さらに好まし
くは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きくなる酸化物半導体層１０４ａ、酸化
物半導体層１０４ｃ、および酸化物半導体層１０４ｂを選択する。より好ましくは、ｙ１
／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きくなる酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層
１０４ｃおよび酸化物半導体層１０４ｂを選択する。このとき、酸化物半導体層１０４ｂ
において、ｙ１がｘ１以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好
ましい。ただし、ｙ１がｘ１の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下
してしまうため、ｙ１はｘ１の３倍未満であると好ましい。酸化物半導体層１０４ａおよ
び酸化物半導体層１０４ｃを上記構成とすることにより、酸化物半導体層１０４ａおよび
酸化物半導体層１０４ｃを、酸化物半導体層１０４ｂよりも酸素欠損が生じにくい層とす
ることができる。
【００５８】
なお、酸化物半導体層１０４ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎおよびＭの和を１０
０ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔ
ｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉ
ｃ％以上とする。また、酸化物半導体層１０４ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、Ｉｎお
よびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以
上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍ
が６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。また、酸化物半導体層１０４ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化
物のとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０
ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏ
ｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。なお、酸化物半導体層１０４ｃは、
酸化物半導体層１０４ａと同種の酸化物を用いても構わない。
【００５９】
例えば、ＩｎまたはＧａを含む酸化物半導体層１０４ａ、およびＩｎまたはＧａを含む酸
化物半導体層１０４ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：４、１：３：６
、１：６：４、または１：９：６などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ酸化物や、Ｉｎ：Ｇａ＝１：９、または７：９３などの原子数比のターゲットを
用いて形成したＩｎ−Ｇａ酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体層１０４ｂ
として、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１または３：１：２などの原子数比のター
ゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、酸化物半
導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂ、および酸化物半導体層１０４ｃの原子数比は
それぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス２０％の変動を含む。
【００６０】
酸化物半導体層１０４ｂは、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃより
も電子親和力の大きい酸化物を用いる。例えば、酸化物半導体層１０４ｂとして、酸化物
半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃよりも電子親和力が０．０７ｅＶ以上１
．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅ
Ｖ以上０．４ｅＶ以下大きい酸化物を用いる。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下
端のエネルギーとの差である。
【００６１】
なお、インジウムガリウム酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する
。そのため、酸化物半導体層１０４ｃがインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガ
リウム原子割合［Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）］は、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以
上、さらに好ましくは９０％以上とする。
【００６２】
ただし、酸化物半導体層１０４ａまたは／および酸化物半導体層１０４ｃが、酸化ガリウ
ムであっても構わない。例えば、酸化物半導体層１０４ｃとして、酸化ガリウムを用いる
と電極１０５ａまたは電極１０５ｂと電極１０９との間に生じるリーク電流を低減するこ
とができる。即ち、トランジスタ１００のオフ電流を小さくすることができる。
【００６３】
このとき、ゲート電圧を印加すると、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂ
、酸化物半導体層１０４ｃのうち、電子親和力の大きい酸化物半導体層１０４ｂにチャネ
ルが形成される。
【００６４】
酸化物半導体層を用いたトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半
導体層中の不純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、少なくとも酸化物半導体層１
０４ｂを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また
、少なくとも酸化物半導体層１０４ｂ中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と
見なせる半導体層とすることが好ましい。
【００６５】
［酸化物半導体層のエネルギーバンド構造］
ここで、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂ、および酸化物半導体層１０
４ｃの積層により構成される酸化物半導体層１０４の機能およびその効果について、図３
に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図３（Ａ）は、図１（Ｂ）にＡ１−Ａ
２の一点鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。すなわち、図３（Ａ）
は、トランジスタ１００のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
【００６６】
図３中、Ｅｃ３８２、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、Ｅｃ３８３ｃ、Ｅｃ３８６は、それ
ぞれ、絶縁層１０３、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂ、酸化物半導体
層１０４ｃ、絶縁層１０８の伝導帯下端のエネルギーを示している。
【００６７】
ここで、電子親和力は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（「イオン化ポテン
シャル」ともいう。）からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャ
ップは、分光エリプソメータ（ＨＯＲＩＢＡ  ＪＯＢＩＮ  ＹＶＯＮ社  ＵＴ−３００）
を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分
光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒ
ｏｓｃｏｐｙ）装置（ＰＨＩ社  ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ）を用いて測定できる。
【００６８】
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである
。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４のターゲットを用いて形成したＩｎ−
Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．４ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶであ
る。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６のターゲットを用いて形成したＩｎ
−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．３ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶで
ある。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：２のターゲットを用いて形成したＩ
ｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．９ｅＶ、電子親和力は約４．３ｅＶ
である。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：８のターゲットを用いて形成した
Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．４ｅ
Ｖである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：１０のターゲットを用いて形成
したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．
５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のターゲットを用いて形
成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約３．２ｅＶ、電子親和力は約４
．７ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２のターゲットを用いて
形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のエネルギーギャップは約２．８ｅＶ、電子親和力は約
５．０ｅＶである。
【００６９】
絶縁層１０３と絶縁層１０８は絶縁物であるため、Ｅｃ３８２とＥｃ３８６は、Ｅｃ３８
３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、およびＥｃ３８３ｃよりも真空準位に近い（電子親和力が小さい）
。
【００７０】
また、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ａ
は、Ｅｃ３８３ｂよりも０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０
．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下真空準位に近いことが
好ましい。
【００７１】
また、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ｃ
は、Ｅｃ３８３ｂよりも０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０
．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下真空準位に近いことが
好ましい。
【００７２】
ここで、酸化物半導体層１０４ａと酸化物半導体層１０４ｂとの間には、酸化物半導体層
１０４ａと酸化物半導体層１０４ｂとの混合領域を有する場合がある。また、酸化物半導
体層１０４ｂと酸化物半導体層１０４ｃとの間には、酸化物半導体層１０４ｂと酸化物半
導体層１０４ｃとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなる
。そのため、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂおよび酸化物半導体層１
０４ｃの積層体は、それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する（連続
接合ともいう。）バンド構造となる。
【００７３】
このとき、電子は、酸化物半導体層１０４ａ中および酸化物半導体層１０４ｃ中ではなく
、酸化物半導体層１０４ｂ中を主として移動する。したがって、酸化物半導体層１０４ａ
および酸化物半導体層１０４ｂの界面における界面準位密度、酸化物半導体層１０４ｂと
酸化物半導体層１０４ｃとの界面における界面準位密度を低くすることによって、酸化物
半導体層１０４ｂ中で電子の移動が阻害されることが少なく、トランジスタ１００のオン
電流を高くすることができる。
【００７４】
また、酸化物半導体層１０４ａと絶縁層１０３の界面または界面近傍、および酸化物半導
体層１０４ｃと絶縁層１０８の界面または界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラッ
プ準位３９０が形成され得るものの、酸化物半導体層１０４ａ、および酸化物半導体層１
０４ｃがあることにより、酸化物半導体層１０４ｂと当該トラップ準位とを遠ざけること
ができる。
【００７５】
なお、トランジスタ１００がｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する場合、酸化物半導体層１０
４ｂの全体にチャネルが形成される。したがって、酸化物半導体層１０４ｂが厚いほどチ
ャネル領域は大きくなる。即ち、酸化物半導体層１０４ｂが厚いほど、トランジスタ１０
０のオン電流を高くすることができる。例えば、２０ｎｍ以上、好ましくは４０ｎｍ以上
、さらに好ましくは６０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上の厚さの領域を有する
酸化物半導体層１０４ｂとすればよい。ただし、トランジスタ１００を有する半導体装置
の生産性が低下する場合があるため、例えば、３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以
下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下の厚さの領域を有する酸化物半導体層１０４ｂとす
ればよい。
【００７６】
また、トランジスタ１００のオン電流を高くするためには、酸化物半導体層１０４ｃの厚
さは小さいほど好ましい。例えば、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好まし
くは３ｎｍ以下の領域を有する酸化物半導体層１０４ｃとすればよい。一方、酸化物半導
体層１０４ｃは、チャネルの形成される酸化物半導体層１０４ｂへ、隣接する絶縁体を構
成する酸素以外の元素（水素、シリコンなど）が入り込まないようブロックする機能を有
する。そのため、酸化物半導体層１０４ｃは、ある程度の厚さを有することが好ましい。
例えば、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは２ｎｍ以上の厚さの
領域を有する酸化物半導体層１０４ｃとすればよい。また、酸化物半導体層１０４ｃは、
絶縁層１０３などから放出される酸素の外方拡散を抑制するために、酸素をブロックする
性質を有すると好ましい。
【００７７】
また、信頼性を高くするためには、酸化物半導体層１０４ａは厚く、酸化物半導体層１０
４ｃは薄いことが好ましい。例えば、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好
ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上の厚さの領域を有する酸化物半導体
層１０４ａとすればよい。酸化物半導体層１０４ａの厚さを、厚くすることで、隣接する
絶縁体と酸化物半導体層１０４ａとの界面からチャネルの形成される酸化物半導体層１０
４ｂまでの距離を離すことができる。ただし、トランジスタ１００を有する半導体装置の
生産性が低下する場合があるため、例えば、２００ｎｍ以下、好ましくは１２０ｎｍ以下
、さらに好ましくは８０ｎｍ以下の厚さの領域を有する酸化物半導体層１０４ａとすれば
よい。
【００７８】
なお、酸化物半導体中のシリコンは、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合があ
る。したがって、酸化物半導体層１０４ｂのシリコン濃度は低いほど好ましい。例えば、
酸化物半導体層１０４ｂと酸化物半導体層１０４ａとの間に、例えば、二次イオン質量分
析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）
において、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のシリコン濃度とな
る領域を有する。また、酸化物半導体層１０４ｂと酸化物半導体層１０４ｃとの間に、Ｓ
ＩＭＳにおいて、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のシリコン濃
度となる領域を有する。
【００７９】
また、酸化物半導体層１０４ｂの水素濃度を低減するために、酸化物半導体層１０４ａお
よび酸化物半導体層１０４ｃの水素濃度を低減すると好ましい。酸化物半導体層１０４ａ
および酸化物半導体層１０４ｃは、ＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の水素濃
度となる領域を有する。また、酸化物半導体層１０４ｂの窒素濃度を低減するために、酸
化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃの窒素濃度を低減すると好ましい。
酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｃは、ＳＩＭＳにおいて、５×１０
１９ａｔｏｍｓ／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５×１０１７ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下の窒素濃度となる領域を有する。
【００８０】
なお、酸化物半導体に銅が混入すると、電子トラップを生成する場合がある。電子トラッ
プは、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向へ変動させる場合がある。したがって、
酸化物半導体層１０４ｂの表面または内部における銅濃度は低いほど好ましい。例えば、
酸化物半導体層１０４ｂは、銅濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１
８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる領域を有
すると好ましい。
【００８１】
上述の３層構造は一例である。例えば、酸化物半導体層１０４ａまたは酸化物半導体層１
０４ｃのない２層構造としても構わない。または、酸化物半導体層１０４ａの上もしくは
下、または酸化物半導体層１０４ｃ上もしくは下に、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半
導体層１０４ｂおよび酸化物半導体層１０４ｃとして例示した半導体のいずれか一を有す
る４層構造としても構わない。または、酸化物半導体層１０４ａの上、酸化物半導体層１
０４ａの下、酸化物半導体層１０４ｃの上、酸化物半導体層１０４ｃの下のいずれか二箇
所以上に、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂおよび酸化物半導体層１０
４ｃとして例示した半導体のいずれか一を有するｎ層構造（ｎは５以上の整数）としても
構わない。
【００８２】
特に、本実施の形態に例示するトランジスタ１００は、チャネル幅方向において、酸化物
半導体層１０４ｂの上面と側面が酸化物半導体層１０４ｃと接し、酸化物半導体層１０４
ｂの下面が酸化物半導体層１０４ａと接して形成されている（図１（Ｂ）参照。）。この
ように、酸化物半導体層１０４ｂを酸化物半導体層１０４ａと酸化物半導体層１０４ｃで
覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することができる。
【００８３】
また、酸化物半導体層１０４ａ、および酸化物半導体層１０４ｃのバンドギャップは、酸
化物半導体層１０４ｂのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。
【００８４】
本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することがで
きる。よって、電気特性のばらつきが少ない半導体装置を実現することができる。本発明
の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼
性の良好な半導体装置を実現することができる。
【００８５】
また、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、チャネルが形成される半導
体層に酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を極めて小さくすることができる
。具体的には、ソースとドレイン間の電圧が３．５Ｖ、室温（２５℃）下において、チャ
ネル幅１μｍ当たりのオフ電流を１×１０−２０Ａ未満、１×１０−２２Ａ未満、あるい
は１×１０−２４Ａ未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を２０桁以上１５０
桁以下とすることができる。
【００８６】
本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よっ
て、消費電力が少ない半導体装置を実現することができる。
【００８７】
なお、上述の３層構造は一例である。場合によっては、酸化物半導体層１０４ａまたは酸
化物半導体層１０４ｃの一方を形成しない２層構造としても構わない。また、４層構造と
しても構わない。
【００８８】
酸化物半導体層１０６は、酸化物半導体層１０４ａまたは酸化物半導体層１０４ｃと同様
の材料を用いることができる。よって、酸化物半導体層１０４ｂと酸化物半導体層１０６
の間に混合領域を有する場合がある。また、酸化物半導体層１０６と絶縁層１０７の界面
または界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位が形成され得るものの、酸化
物半導体層１０６があることにより、酸化物半導体層１０４ｂと当該トラップ準位とを遠
ざけることができる。また、酸化物半導体層１０６として、Ｇａ酸化物またはＧａ−Ｚｎ
酸化物（ＧａとＺｎを含む酸化物）を用いてもよい。
【００８９】
［酸化物半導体の構造］
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、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  
Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半
導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕ
ｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉ
ｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
【００９０】
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半
導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳなどがある。
【００９１】
非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であっ
て不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離
秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
【００９２】
逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔ
ｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない
（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物
半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、微小な領域において周期
構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため、
物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
【００９３】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【００９４】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半
導体の一つである。
【００９５】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分
解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方
、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーとも
いう。）を明確に確認することができない。そのため、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。
【００９６】
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図２８（Ａ）に、
試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高
分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、
特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日
本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うこ
とができる。
【００９７】
図２８（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図２８（Ｂ）に示す。
図２８（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる
。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）ま
たは上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
【００９８】
図２８（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図２８（Ｃ）
は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図２８（Ｂ）および図２８（Ｃ）
より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、ペレット
とペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。し
たがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる
。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙ
ｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【００９９】
ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレッ
ト５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造と
なる（図２８（Ｄ）参照。）。図２８（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で傾
きが生じている箇所は、図２８（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【０１００】
また、図２９（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ
補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図２９（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３）
を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図２９（Ｂ）、図２９（Ｃ）および図
２９（Ｄ）に示す。図２９（Ｂ）、図２９（Ｃ）および図２９（Ｄ）より、ペレットは、
金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかし
ながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０１０１】
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡ
ＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ
に対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図３０（Ａ）に示すよう
に回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺ
ｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶がｃ軸配向性
を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０１０２】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１°
近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近
傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを
示している。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解
析では、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない。
【０１０３】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎ
ｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、Ｉｎ
ＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５６
°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（
φスキャン）を行っても、図３０（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対
し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφス
キャンした場合、図３０（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピ
ークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、
ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０１０４】
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺ
ｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍの
電子線を入射させると、図３１（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回折
パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の
結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、
ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略
垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ
径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図３１（Ｂ）に示す。図３１
（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、
ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。
なお、図３１（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面およ
び（１００）面などに起因すると考えられる。また、図３１（Ｂ）における第２リングは
（１１０）面などに起因すると考えられる。
【０１０５】
上述したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。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、逆の見方をする
と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。
【０１０６】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属
元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素
との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二
酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を
乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０１０７】
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合があ
る。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリ
ア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとな
る場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
【０１０８】
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体であ
る。具体的には、８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さ
らに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア
密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または
実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥
準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０１０９】
＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０１１０】
ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確
な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、
１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。なお
、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化
物半導体と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を
明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと
起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼
ぶ場合がある。
【０１１１】
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３
ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレ
ット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に対し、ペレットよりも大きい径のＸ
線を用いた場合、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークは検
出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きいプローブ径（例えば５０ｎ
ｍ以上）の電子線を用いる電子回折を行うと、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に対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプロ
ーブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎ
ｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い
領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域内に複数のスポットが観測される
場合がある。
【０１１２】
このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−
ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有す
る酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ
）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０１１３】
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、
ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる
。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため
、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０１１４】
＜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。
【０１１５】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆が観察される場合がある。また、高
分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認す
ることのできない領域と、を有する。
【０１１６】
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ
ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため
、電子照射による構造の変化を示す。
【０１１７】
電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ（
試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いずれ
の試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０１１８】
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料
は、いずれも結晶部を有することがわかる。
【０１１９】
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、
ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を
６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これ
らの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度で
あり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞の
間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見
なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０１２０】
図３２は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさを調査した例である
。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図３２より、ａ−ｌｉｋ
ｅ  ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的
には、図３２中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度
の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、単位面積当たりの電子の累積照射量が４
．２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわ
かる。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から４．２×１０８ｅ
−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には
、図３２中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳ
およびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程
度であることがわかる。
【０１２１】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合があ
る。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど
見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０１２２】
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べ
て密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶
の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ
−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶
の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０１２３】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱
面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よっ
て、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において
、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また
、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、
ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３
未満となる。
【０１２４】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる
単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もる
ことができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせ
る割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない
種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
【０１２５】
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。な
お、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、
ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０１２６】
〔基板１０１〕
基板１０１として用いる材料に大きな制限はないが、少なくとも後の加熱処理に耐えうる
程度の耐熱性を有していることが必要となる。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミ
ノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板など
を用いることができる。
【０１２７】
また、基板１０１としてシリコンや炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多
結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどを材料とした化合物半導体基板等を用いても
よい。また、ＳＯＩ基板や、半導体基板上に歪トランジスタやＦＩＮ型トランジスタなど
の半導体素子が設けられたものなどを用いることもできる。または、高電子移動度トラン
ジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）に適用可能なヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、ヒ化インジウムガリウム
、窒化ガリウム、リン化インジウム、シリコンゲルマニウムなどを用いてもよい。すなわ
ち、基板１０１は、単なる支持基板に限らず、他のトランジスタなどのデバイスが形成さ
れた基板であってもよい。この場合、トランジスタ１００のゲート、ソース、またはドレ
インの少なくとも一つは、上記他のデバイスと電気的に接続されていてもよい。
【０１２８】
なお、基板１０１として、可撓性基板（フレキシブル基板）を用いてもよい。可撓性基板
を用いる場合、可撓性基板上に、トランジスタや容量素子などを直接作製してもよいし、
他の作製基板上にトランジスタや容量素子などを作製し、その後可撓性基板に剥離、転置
してもよい。なお、作製基板から可撓性基板に剥離、転置するために、作製基板とトラン
ジスタや容量素子などとの間に剥離層を設けるとよい。
【０１２９】
可撓性基板としては、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。基板１０１に用いる可撓性基板は、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。基板１０１に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が
１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質
を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（
ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に
、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
【０１３０】
〔絶縁層１０２、絶縁層１１０〕
絶縁層１０２および絶縁層１１０は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化ア
ルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、
窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリ
ウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル
、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また
、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合
した材料を用いてもよい。
【０１３１】
なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をい
う。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素
の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃ
ｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる
。
【０１３２】
特に絶縁層１０２および絶縁層１１０は、不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成
することが好ましい。例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アル
ミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、
ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層
で、または積層で用いればよい。例えば、不純物が透過しにくい絶縁性材料として、酸化
アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化
ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸
化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。
【０１３３】
絶縁層１０２に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板１０１側からの不
純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁層１１０に不純
物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁層１１１側からの不純物の拡散を抑制
し、トランジスタの信頼性を高めることができる。
【０１３４】
なお、絶縁層１０２および絶縁層１１０として、これらの材料で形成される絶縁層を複数
積層して用いてもよい。絶縁層１０２および絶縁層１１０の形成方法は特に限定されず、
蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法などの各種形成方法を用いること
ができる。
【０１３５】
絶縁層１０２および絶縁層１１０の厚さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５
０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすればよい。
【０１３６】
〔絶縁層１０３、絶縁層１０７、絶縁層１０８〕
絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８としては、絶縁層１０２と同様の材料
を用いることができる。また、酸化物半導体層１０４中の水素濃度の増加を防ぐために、
絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８の水素濃度を低減することが好ましい
。具体的には、絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８中の水素濃度を、ＳＩ
ＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましく
は５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体中の窒素濃度の増加
を防ぐために、絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８中の窒素濃度を低減す
ることが好ましい。具体的には、絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８中の
窒素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、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以下とする。
【０１３７】
また、絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８は、加熱により酸素が放出され
る絶縁層（以下、「過剰酸素を含む絶縁層」ともいう。）を用いて形成することが好まし
い。具体的には、ＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０１８
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶
縁層を用いることが好ましい。
【０１３８】
また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもで
きる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオンド
ーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するための
ガスとしては、１６Ｏ２もしくは１８Ｏ２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾン
ガスなどを用いることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ
処理」ともいう。
【０１３９】
絶縁層１０３、絶縁層１０７、および絶縁層１０８の厚さは、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以
下、好ましくは５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下とすればよい。
【０１４０】
〔電極１０５ａ、電極１０５ｂ、電極１０９、電極１１３ａ、電極１１３ｂ〕
電極１０５ａ、電極１０５ｂ、電極１０９、電極１１３ａ、および電極１１３ｂを形成す
るための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニ
ッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガ
ン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む
材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代
表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよ
い。電極１０５ａ、電極１０５ｂ、電極１０９、電極１１３ａ、および電極１１３ｂとし
て、これらの材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。
【０１４１】
また、電極１０５ａ、電極１０５ｂ、電極１０９、電極１１３ａ、および電極１１３ｂに
、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、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などの酸素を含む導電性材料、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適用することもできる。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を組み合わせた積層構造とすることもできる。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を組み合わせた積層構造とす
ることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒
素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。
【０１４２】
導電層の形成方法は特に限定されず、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコー
ト法などの各種形成方法を用いることができる。
【０１４３】
〔絶縁層１１１〕
絶縁層１１１は、絶縁層１０３と同様の材料および方法を用いて形成することができる。
また、絶縁層１１１として、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、
エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に
、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳ
Ｇ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁
層を複数積層させることで、絶縁層１１１を形成してもよい。
【０１４４】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキ
ル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。
【０１４５】
絶縁層１１１の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷
法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）などを用いればよい。絶縁層１１１の焼成工
程と他の熱処理工程を兼ねることで、効率よくトランジスタを作製することが可能となる
。
【０１４６】
〔コンタクトプラグ１１２ａ、コンタクトプラグ１１２ｂ〕
コンタクトプラグ１１２ａ、およびコンタクトプラグ１１２ｂとしては、例えば、タング
ステン、ポリシリコン等の埋め込み性の高い導電性材料を用いることができる。また、図
示しないが、当該材料の側面および底面を、チタン層、窒化チタン層またはこれらの積層
からなるバリア層（拡散防止層）で覆ってもよい。この場合、バリア層も含めてコンタク
トプラグという場合がある。
【０１４７】
＜変形例１＞
図２に、酸化物半導体層１０４ａを設けずに、酸化物半導体層１０４を酸化物半導体層１
０４ｂと酸化物半導体層１０４ｃで構成したトランジスタ１５０を示す。図２（Ａ）は、
トランジスタ１５０の平面図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）にＬ１−Ｌ２の一
点鎖線で示す部位と、Ｗ１−Ｗ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。トランジスタ１
５０は、酸化物半導体層１０４の構成以外はトランジスタ１００と同じ構造を有する。
【０１４８】
図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）にＢ１−Ｂ２の一点鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造
を示している。すなわち、図３（Ｂ）は、トランジスタ１５０のチャネル形成領域のエネ
ルギーバンド構造を示している。トランジスタ１５０では、酸化物半導体層１０４ａを設
けない分、トラップ準位３９０の影響を受けやすくなるが、酸化物半導体層１０４ｃを設
けずに酸化物半導体層１０４ｂの単層構造とした場合よりも高い電界効果移動度を実現す
ることができる。
【０１４９】
＜変形例２＞
図４にトランジスタ１６０を示す。トランジスタ１６０は、絶縁層１０２と絶縁層１０３
の間にバックゲート電極として機能する電極１１９を設けた点がトランジスタ１００と異
なる。図４（Ａ）は、トランジスタ１６０の平面図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に
Ｌ１−Ｌ２の一点鎖線で示す部位と、Ｗ１−Ｗ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。
なお、電極１１９は、基板１０１と絶縁層１０２の間に設けても構わない。電極１１９は
、電極１０５ａと同様の材料および方法で形成することができる。
【０１５０】
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体
層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極はゲート電極
と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位とし
てもよいし、接地電位（ＧＮＤ電位）や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート
電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい
値電圧を変化させることができる。
【０１５１】
電極１０９および電極１１９は、どちらもゲート電極として機能することができる。よっ
て、絶縁層１０２、絶縁層１０３、および絶縁層１０８は、それぞれがゲート絶縁層とし
て機能することができる。
【０１５２】
なお、電極１０９または電極１１９の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バッ
クゲート電極」という。例えば、トランジスタ１６０において、電極１０９を「ゲート電
極」と言う場合、電極１１９を「バックゲート電極」と言う。また、電極１１９を「ゲー
ト電極」として用いる場合は、トランジスタ１６０をボトムゲート型のトランジスタの一
種と考えることができる。また、電極１０９および電極１１９のどちらか一方を、「第１
のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。
【０１５３】
酸化物半導体層１０４を挟んで電極１０９および電極１１９を設けることで、更には、電
極１０９および電極１１９を同電位とすることで、酸化物半導体層１０４においてキャリ
アの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。
この結果、トランジスタ１６０のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くな
る。
【０１５４】
したがって、トランジスタ１６０は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジ
スタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ１６０の占有面積を
小さくすることができる。よって、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０１５５】
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で
生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気
などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく
形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる
。
【０１５６】
電極１０９および電極１１９は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため
、電極１０９の上方および電極１１９の下方に生じる荷電粒子等の電荷が酸化物半導体層
１０４のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負
の電荷を印加する−ＧＢＴ（Ｇａｔｅ  Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試
験）の劣化が抑制される。また、電極１０９および電極１１９は、ドレイン電極から生じ
る電界が半導体層に作用しないように遮断することができる。よって、ドレイン電圧の変
動に起因する、オン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお、この効
果は、電極１０９および電極１１９に電位が供給されている場合において顕著に生じる。
【０１５７】
なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジ
スタの特性変化（経年変化）を短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験
前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標
となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が
高いトランジスタであるといえる。
【０１５８】
また、電極１０９および電極１１９を有し、且つ電極１０９および電極１１９を同電位と
することで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタ間にお
ける電気特性のばらつきも同時に低減される。
【０１５９】
また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する＋ＧＢＴ
ストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジ
スタより小さい。
【０１６０】
また、バックゲート電極側から光が入射する場合に、バックゲート電極を、遮光性を有す
る導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐ
ことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフト
するなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
【０１６１】
また、例えば、図４（Ｃ）に示すように、電極１１９上に絶縁層１１４を形成し、絶縁層
１１４上に絶縁層１１５を形成し、絶縁層１１５上に絶縁層１０３を形成してもよい。絶
縁層１１４および絶縁層１１５は、絶縁層１０３と同様の材料および方法で形成すること
ができる。
【０１６２】
なお、絶縁層１１５を酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、アルミニウム
シリケートなどで形成することで、絶縁層１１５を電荷捕獲層として機能させることがで
きる。絶縁層１１５に電子を注入することで、トランジスタのしきい値電圧を変動させる
ことが可能である。絶縁層１１５への電子の注入は、例えば、トンネル効果を利用すれば
よい。電極１１９に正の電圧を印加することによって、トンネル電子を絶縁層１１５に注
入することができる。
【０１６３】
＜変形例３＞
図５に示すトランジスタ１７０のように、電極１１９を基板１０１と絶縁層１０２の間に
設けてもよい。図５（Ａ）は、トランジスタ１７０の平面図である。図５（Ｂ）は、図５
（Ａ）にＬ１−Ｌ２の一点鎖線で示す部位と、Ｗ１−Ｗ２の一点鎖線で示す部位の断面図
である。
【０１６４】
また、例えば、図５（Ｃ）に示すように、電極１１９上に絶縁層１０２と絶縁層１１４を
形成し、絶縁層１１４上に絶縁層１１５を形成し、絶縁層１１５上に絶縁層１０３を形成
してもよい。
【０１６５】
≪トランジスタ１００の作製方法≫
トランジスタ１００の作製方法例について図６乃至図１１を用いて説明する。図６乃至図
１１中のＬ１−Ｌ２断面は、図１（Ａ）にＬ１−Ｌ２の一点鎖線で示す部位の断面に相当
する。また、図６乃至図１１中のＷ１−Ｗ２断面は、図１（Ａ）にＷ１−Ｗ２の一点鎖線
で示す部位の断面に相当する。
【０１６６】
まず、基板１０１上に絶縁層１０２を形成し、絶縁層１０２上に過剰酸素を含む絶縁層１
０３を形成する（図６（Ａ）参照。）。本実施の形態では、基板１０１としてガラス基板
を用いる。また、絶縁層１０２として、酸化アルミニウムを用いる。また、絶縁層１０３
として、過剰酸素を含む酸化窒化シリコンを用いる。
【０１６７】
次に、絶縁層１０３上に酸化物半導体層１２４ａ、酸化物半導体層１２４ｂ、および導電
層１２５を形成する（図６（Ｂ）参照。）。まず、絶縁層１０３上に酸化物半導体層１２
４ａを形成し、酸化物半導体層１２４ａ上に酸化物半導体層１２４ｂを形成する。
【０１６８】
本実施の形態では、スパッタリング法により、酸化物半導体層１２４ａとして、Ｉｎ：Ｇ
ａ：Ｚｎ＝１：３：４の原子数比のターゲットを用いて、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを含む
ＣＡＡＣ−ＯＳを形成する。また、酸化物半導体層１２４ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝
１：１：１の原子数比のターゲットを用いて、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを含むＣＡＡＣ−
ＯＳを形成する。なお、酸化物半導体層１２４ａの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよ
い。また、酸化物半導体層１２４ｂの形成後に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０１６９】
次に、酸化物半導体層１２４ａおよび酸化物半導体層１２４ｂに含まれる水分または水素
などの不純物をさらに低減して、酸化物半導体層１２４ａおよび酸化物半導体層１２４ｂ
を高純度化するために、加熱処理を行うことが好ましい。
【０１７０】
例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性ガス雰囲気下、酸化性ガス雰囲気下、
又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用
いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐ
ｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下で、酸化物半導体層１２４ａおよび
酸化物半導体層１２４ｂに加熱処理を施す。なお、酸化性ガス雰囲気とは、酸素、オゾン
または窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気をいう。また、不活性
ガス雰囲気とは、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガス
で充填された雰囲気をいう。
【０１７１】
また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁層１０３に含まれる酸素を
酸化物半導体層１２４ａおよび酸化物半導体層１２４ｂ中に拡散させ、当該酸化物半導体
層に含まれる酸素欠損を低減することができる。なお、不活性ガス雰囲気で加熱処理した
後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以
上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は、酸化物半導体層１２４ａお
よび酸化物半導体層１２４ｂの形成後であればいつ行ってもよい。例えば、酸化物半導体
層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの形成後に加熱処理を行ってもよい。
【０１７２】
加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えば
よい。処理時間は２４時間以内とする。２４時間を超える加熱処理は生産性の低下を招く
ため好ましくない。
【０１７３】
次に、酸化物半導体層１２４ｂ上に導電層１２５を形成する。本実施の形態では、導電層
１２５として、スパッタリング法によりタングステンを形成する。
【０１７４】
次に、導電層１２５上にレジストマスクを形成する（図示せず。）。レジストマスクの形
成は、フォトリソグラフィ法、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。レジストマスクを印刷法やインクジェット法など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。
【０１７５】
フォトリソグラフィ法によるレジストマスクの形成は、感光性レジストにフォトマスクを
介して光を照射し、現像液を用いて感光した部分（または感光していない部分）のレジス
トを除去して行なう。感光性レジストに照射する光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦ
エキシマレーザ光、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光などがある。
また、基板と投影レンズとの間に液体（例えば水）を満たして露光する、液浸技術を用い
てもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお
、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、フォトマスクは不要となる。なお、レジ
ストマスクの除去は、アッシングなどのドライエッチング法または専用の剥離液などを用
いたウェットエッチング法で行うことができる。ドライエッチング法とウェットエッチン
グ法の両方を用いてもよい。
【０１７６】
当該レジストマスクをマスクとして用いて、導電層１２５の一部を選択的に除去し、導電
層１０５を形成する。また、導電層１０５をレジストマスクとして用いて、酸化物半導体
層１２４ｂ、酸化物半導体層１２４ａを選択的に除去する。この時、絶縁層１０３の一部
が除去され、絶縁層１０３に凸部が形成される場合がある。なお、導電層１２５、酸化物
半導体層１２４ｂ、酸化物半導体層１２４ａの除去（エッチング）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。このようにして、島状の酸
化物半導体層１０４ａ、島状の酸化物半導体層１０４ｂ、および島状の導電層１０５が形
成される（図６（Ｃ）参照。）。
【０１７７】
次に、絶縁層１０３、酸化物半導体層１０４ａ、酸化物半導体層１０４ｂ、および導電層
１０５上に酸化物半導体層１０６を形成する（図６（Ｄ）参照。）。本実施の形態では、
酸化物半導体層１０６として酸化物半導体層１０４ａと同様の、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎ
を含むＣＡＡＣ−ＯＳを用いる。
【０１７８】
酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂは、ＣＡＡＣ−ＯＳであるため、
被形成面に対して略平行な層状の結晶構造を有する。このため、酸化物半導体層中への不
純物の拡散は、被形成面に対して略垂直な方向からよりも、略平行な方向からの方が生じ
易い。よって、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂでは、側面から不
純物が拡散し易い。
【０１７９】
酸化物半導体層１０６はＣＡＡＣ−ＯＳである。よって、酸化物半導体層１０６は、酸化
物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面に対して略平行な層状の結晶構
造を有する。酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面を酸化物半導
体層１０６で覆うことで、当該側面からの不純物の拡散を低減することができる。また、
酸化物半導体層１０６に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０１８０】
続いて、酸化物半導体層１０６上に絶縁層１２７を形成する（図６（Ｄ）参照。）。本実
施の形態では、絶縁層１２７としてプラズマＣＶＤ法を用いて酸化窒化シリコンを形成す
る。酸化窒化シリコンは、例えば、酸化窒素ガスとシランガスを用いて形成するため、絶
縁層１２７の成膜中に水素や窒素などの不純物元素が発生する。絶縁層１２７の形成前に
酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面を酸化物半導体層１０６で
覆うことで、これら不純物元素の酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂ
中への拡散を低減することができる。
【０１８１】
絶縁層１２７の成膜後、絶縁層１２７に含まれる水分または水素などの不純物をさらに低
減するために、加熱処理を行ってもよい。なお、絶縁層１２７は過剰酸素を含む絶縁層で
あってもよい。また、絶縁層１２７に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０１８２】
次に、絶縁層１２７上に層１３１として、タングステンを形成する（図７（Ａ）参照。）
。フォトリソグラフィ工程、エッチング工程などを用いて層１３１の一部を選択的に除去
し、ハードマスク１３２を形成する（図７（Ｂ）参照。）。
【０１８３】
次に、ハードマスク１３２をマスクとして用いて、絶縁層１２７および酸化物半導体層１
０６、の一部を選択的に除去し、開口１２２を形成する。よって、開口１２２は、絶縁層
１２７に設けられた開口１２２ａと、酸化物半導体層１０６に設けられた開口１２２ｂを
含む。開口１２２を形成するためのエッチングは、アスペクト比（ここでは、開口１２２
の幅に対する開口１２２の深さの比）の大きな開口を実現するために、異方性のドライエ
ッチング法を用いることが好ましい。
【０１８４】
導電層や絶縁層のエッチングをドライエッチング法で行う場合は、エッチングガスとして
ハロゲン元素を含むガスを用いることができる。ハロゲン元素を含むガスの一例としては
、塩素（Ｃｌ２）、三塩化硼素（ＢＣｌ３）、四塩化珪素（ＳｉＣｌ４）もしくは四塩化
炭素（ＣＣｌ４）などを代表とする塩素系ガス、四フッ化炭素（ＣＦ４）、六フッ化硫黄
（ＳＦ６）、三フッ化窒素（ＮＦ３）もしくはトリフルオロメタン（ＣＨＦ３）などを代
表とするフッ素系ガス、臭化水素（ＨＢｒ）または酸素を適宜用いることができる。また
用いるエッチング用ガスに不活性気体を添加してもよい。また、酸化物半導体をエッチン
グするためのエッチングガスとして、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン
（Ｃ３Ｈ８）、またはブタン（Ｃ４Ｈ１０）などの炭化水素系ガスと不活性ガスの混合ガ
スを用いてもよい。
【０１８５】
また、ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅ
ｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ
：誘導結合型プラズマ）法、ＤＦ−ＣＣＰ（Ｄｕａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｃａｐａｃ
ｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：二周波励起容量結合型プラズマ）法な
どを用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（
コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温
度など）を適宜調節する。なお、ハードマスク１３２をマスクとして用いて行なう開口１
２２の形成は、ハードマスク１３２がエッチングされにくいエッチング条件で行なうこと
が好ましい。
【０１８６】
また、開口１２２形成時に導電層１０５の開口１２２と重なる領域が除去され、電極１０
５ａ、および電極１０５ｂが形成される（図７（Ｃ）参照。）。前述した通り、酸化物半
導体層１０４ｂの電極１０５ａと電極１０５ｂに挟まれた領域が、領域１２１となる。よ
って、領域１２１は開口１２２と重なる。また、領域１２１では、酸化物半導体層１０４
ｂの表面、ならびに、酸化物半導体層１０４ａの側面および酸化物半導体層１０４ｂの側
面が露出する。このため、エッチング条件によっては、これら露出した部分がエッチング
される場合がある。
【０１８７】
領域１２１において酸化物半導体層１０４ｂの表面、ならびに、酸化物半導体層１０４ａ
の側面および酸化物半導体層１０４ｂの側面がエッチングされた時のトランジスタ１００
を、トランジスタ１００ａとして図１２に示す。図１２（Ａ）はトランジスタ１００ａの
平面図である。また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）にＬ１−Ｌ２の一点鎖線で示す部位
と、Ｗ１−Ｗ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。
【０１８８】
また、開口１２２形成のためのエッチングをドライエッチング法で行う場合、露出した酸
化物半導体層１０４ｂの表面、ならびに、酸化物半導体層１０４ａの側面および酸化物半
導体層１０４ｂの側面にエッチングガスの残留成分などの不純物元素が付着する場合があ
る。例えば、エッチングガスとして塩素系ガスを用いると、塩素などが付着する場合があ
る。また、エッチングガスとして炭化水素系ガスを用いると、炭素や水素などが付着する
場合がある。
【０１８９】
このため、開口１２２の形成後に、露出した酸化物半導体層の表面および側面に付着した
不純物元素を低減することが好ましい。当該不純物の低減は、例えば、希フッ酸などを用
いた洗浄処理、オゾンなどを用いた洗浄処理、または紫外線などを用いた洗浄処理で行な
えばよい。なお、複数の洗浄処理を組み合わせてもよい。
【０１９０】
次に、酸化物半導体層１０４ｂおよびハードマスク１３２上に酸化物半導体層１２４ｃを
形成し、酸化物半導体層１２４ｃ上に絶縁層１２８を形成する。本実施の形態では、酸化
物半導体層１２４ｃとして酸化物半導体層１０４ａと同様の、Ｉｎ、Ｇａ、およびＺｎを
含むＣＡＡＣ−ＯＳを用いる。また、絶縁層１２８としてプラズマＣＶＤ法を用いて酸化
窒化シリコンを形成する（図８（Ａ）参照。）。また、酸化物半導体層１２４ｃに酸素ド
ープ処理を行ってもよい。なお、絶縁層１２８は過剰酸素を含む絶縁層であってもよい。
また、絶縁層１２８に酸素ドープ処理を行ってもよい。
【０１９１】
酸化物半導体層１２４ｃは、絶縁層１２７および酸化物半導体層１０６に形成された開口
１２２の側面に沿って形成される。また、酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層
１０４ｂの側面は、酸化物半導体層１２４ｃで覆われる。
【０１９２】
前述した酸化物半導体層１０６と同様に、酸化物半導体層１２４ｃで酸化物半導体層１０
４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂの側面を覆うことで、絶縁層１２８の成膜中に発生す
る不純物元素の酸化物半導体層１０４ａおよび酸化物半導体層１０４ｂ中への拡散を低減
することができる。
【０１９３】
次に、絶縁層１２８上に、電極１０９を形成するための導電層１２９を設ける（図８（Ｂ
）参照。）。本実施の形態では、導電層１２９として窒化チタンとタングステンの積層を
用いる。具体的には、まず絶縁層１２８上に窒化チタンを形成し、該窒化チタン上にタン
グステンを形成する。導電層１２９の形成は、例えば、ＭＯＣＶＤ法などで行なうことが
好ましい。ＭＯＣＶＤ法などを用いて導電体を形成することにより、被形成面のアスペク
ト比の大きい凹部にも導電体を充填することができる。
【０１９４】
次に、試料表面に化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理（以下、「ＣＭＰ処理」ともいう。）を行なう（図９（Ａ）参
照。）。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁
層や導電層の被覆性を高めることができる。
【０１９５】
また、ＣＭＰ処理により、導電層１２９、絶縁層１２８、酸化物半導体層１２４ｃ、およ
び絶縁層１２８の一部が除去され、電極１０９、絶縁層１０８、酸化物半導体層１０４ｃ
、絶縁層１０７が形成される。このようにして、電極１０９をダマシンプロセスを用いて
形成することができる。
【０１９６】
次に、電極１０９、絶縁層１０８、酸化物半導体層１０４ｃ、および絶縁層１０７上に絶
縁層１１０を形成する（図９（Ｂ）参照。）。本実施の形態では、絶縁層１１０として、
スパッタリング法で酸化アルミニウムを形成する。この時、スパッタリングガスとして用
いる酸素の一部が絶縁層１０７に導入され、過剰酸素を含む領域１０７ａが形成される。
【０１９７】
絶縁層１１０の形成後に加熱処理を行うことで、領域１０７ａに含まれる酸素（過剰酸素
）の一部を酸化物半導体層に導入することができる（図９（Ｃ）参照。）。なお、絶縁層
１０７を、過剰酸素を含む絶縁層で形成した場合は、絶縁層１１０の形成後に加熱処理を
行うことで、絶縁層１０７に含まれている酸素の一部を酸化物半導体層に導入することが
できる。
【０１９８】
また、トランジスタ１００の上方および下方に、酸化アルミニウムなどを用いた不純物が
透過しにくい絶縁層を設けることで、外部からトランジスタ１００へ不純物の拡散を防ぎ
、トランジスタ１００の動作を安定させ、信頼性を高めることができる。また、トランジ
スタ１００の上方および下方に、酸化アルミニウムなどの酸素が透過しにくい絶縁層を設
けることで、酸素の脱離を防ぐことができる。よってトランジスタ１００の動作を安定さ
せ、信頼性を高めることができる。また、トランジスタの電気特性を向上させることがで
きる。
【０１９９】
次に、絶縁層１１０の上に絶縁層１１１を形成する。本実施の形態では、絶縁層１１１と
してプラズマＣＶＤ法を用いて酸化窒化シリコンを形成する（図１０（Ａ）参照。）。
【０２００】
次に、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程などを用いて、絶縁層１１１、絶縁層１
１０、絶縁層１０７、酸化物半導体層１０６の一部を選択的に除去し、開口１２６ａおよ
び開口１２６ｂを形成する。また、絶縁層１１１および絶縁層１１０一部を選択的に除去
し、開口１２６ｃを形成する（図１０（Ｂ）参照。）。開口１２６ａは電極１０５ａの一
部と互いに重なる。開口１２６ｂは電極１０５ｂの一部と互いに重なる。開口１２６ｃは
電極１０９の一部と互いに重なる。
【０２０１】
次に、開口１２６ａ、開口１２６ｂ、および開口１２６ｃに、それぞれ、コンタクトプラ
グ１１２ａ、コンタクトプラグ１１２ｂ、およびコンタクトプラグ１１２ｃを形成する（
図１１（Ａ）参照。）。コンタクトプラグ１１２ａ、コンタクトプラグ１１２ｂ、および
コンタクトプラグ１１２ｃは、電極１０９と同様に作製することができる。
【０２０２】
次に、絶縁層１１１上に、コンタクトプラグ１１２ａ、コンタクトプラグ１１２ｂ、およ
びコンタクトプラグ１１２ｃと接して導電層１２３を形成する（図１１（Ｂ）参照。）。
本実施の形態では、導電層１２３として、二層のチタンの間にアルミニウムを挟んだ積層
を用いる。
【０２０３】
次に、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程などを用いて、導電層１２３の一部を選
択的に除去し、電極１１３ａ、電極１１３ｂ、および電極１１３ｃを形成する。電極１１
３ａは、コンタクトプラグ１１２ａを介して電極１０５ａと電気的に接続される。電極１
１３ｂは、コンタクトプラグ１１２ｂを介して電極１０５ｂと電気的に接続される。電極
１１３ｃは、コンタクトプラグ１１２ｃを介して電極１０９と電気的に接続される（図１
（Ａ）参照。）。
【０２０４】
このようにして、トランジスタ１００を作成することができる。本実施の形態に示した作
製方法では、電極１０５ａおよび電極１０５ｂと、開口１２２の位置が自己整合により決
定される。また、電極１０９は開口１２２内に形成される。すなわち、ゲート電極として
機能する電極１０９、ソースまたはドレインの一方として機能する電極１０５ａ、および
ソースまたはドレインの他方として機能する電極１０５ｂの配置は、自己整合により決定
される。よって、本実施の形態に示した作製方法で作製されたトランジスタを、ＳＡ  ｓ
−ｃｈａｎｎｅｌ  ＦＥＴ（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎ  Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＦＥＴ）、ト
レンチゲート  ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ  ＦＥＴ、ＴＧＳＡ  ＦＥＴ（Ｔｒｅｎｃｈ  Ｇａｔ
ｅ  Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎ  ＦＥＴ）と呼ぶこともできる。
【０２０５】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０２０６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本明細書等に開示したトランジスタを用いた半導体装置の一例につい
て説明する。
【０２０７】
≪半導体装置の構造例≫
図１３（Ａ）乃至図１３（Ｃ）は、半導体装置４００の断面図である。半導体装置４００
は、トランジスタ１００とトランジスタ２８１を有する。なお、トランジスタ１００は上
記実施の形態に示した他のトランジスタと置き換えが可能である。図１３（Ａ）はトラン
ジスタ１００とトランジスタ２８１のチャネル長方向の断面図であり、図１３（Ｂ）はチ
ャネル幅方向の断面図である。図１３（Ｃ）は図１３（Ａ）におけるトランジスタ２８１
の拡大図である。
【０２０８】
半導体装置４００は、基板４０１としてｎ型半導体を用いる。トランジスタ２８１は、チ
ャネル形成領域２８３、高濃度ｐ型不純物領域２８５、絶縁層２８６、電極２８７、側壁
２８８を有する。また、絶縁層２８６を介して側壁２８８と重なる領域に低濃度ｐ型不純
物領域２８４を有する。絶縁層２８６はゲート絶縁層として機能できる。電極２８７はゲ
ート電極として機能できる。トランジスタ２８１は、チャネル形成領域２８３が基板４０
１の一部に形成される。
【０２０９】
低濃度ｐ型不純物領域２８４は、電極２８７形成後、側壁２８８形成前に、電極２８７を
マスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわち、
低濃度ｐ型不純物領域２８４は、自己整合によって形成することができる。側壁２８８の
形成後、高濃度ｐ型不純物領域２８５を形成する。なお、低濃度ｐ型不純物領域２８４は
高濃度ｐ型不純物領域２８５と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃度が高濃
度ｐ型不純物領域２８５よりも低い。また、低濃度ｐ型不純物領域２８４は、状況に応じ
て設けなくてもよい。
【０２１０】
トランジスタ２８１は、素子分離層４１４によって他のトランジスタと電気的に分離され
る。素子分離層の形成は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌ
ｉｃｏｎ）法や、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法など
を用いることができる。
【０２１１】
トランジスタ２８１はｐチャネル型のトランジスタとして機能できる。また、トランジス
タ２８１上に絶縁層４０３が形成され、絶縁層４０３上に絶縁層４０４が形成されている
。絶縁層４０３、および絶縁層４０４は、絶縁層１１１と同様の材料および方法で形成す
ることができる。なお、絶縁層４０３および絶縁層４０４は、酸素、水素、水、アルカリ
金属、アルカリ土類金属等の不純物の拡散を防ぐ機能を有する絶縁材料を用いて形成する
ことが好ましい。なお、絶縁層４０３と絶縁層４０４のどちらか一方を省略してもよいし
、絶縁層をさらに積層してもよい。
【０２１２】
また、半導体装置４００は、絶縁層４０４上に平坦な表面を有する絶縁層４０５を有する
。絶縁層４０５は、絶縁層１１１と同様の材料および方法で形成することができる。また
、絶縁層４０５表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。
【０２１３】
また、絶縁層４０５の上に、電極４１３ａ、電極４１３ｂ、および電極４１３ｃが形成さ
れている。電極４１３ａ、電極４１３ｂ、および電極４１３ｃは、電極１０５ａと同様の
材料および方法で作製することができる。
【０２１４】
また、電極４１３ａはコンタクトプラグ４０６ａを介して高濃度ｐ型不純物領域２８５の
一方と電気的に接続されている。電極４１３ｂはコンタクトプラグ４０６ｂを介して高濃
度ｐ型不純物領域２８５の他方と電気的に接続されている。電極４１３ｃはコンタクトプ
ラグ４０６ｃを介して電極２８７と電気的に接続されている。
【０２１５】
また、電極４１３ａ、電極４１３ｂ、および電極４１３ｃを覆って絶縁層４０７が形成さ
れている。絶縁層４０７は、絶縁層４０５と同様の材料および方法で形成することができ
る。また、絶縁層４０７の表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。
【０２１６】
また、絶縁層４０７上に絶縁層１０２が形成されている。絶縁層４０７よりも上層の構成
については、上記実施の形態を参酌すれば理解できる。よって、本実施の形態での詳細な
説明は省略する。また、電極１１３ｂはコンタクトプラグ１１２ｄを介して電極４１３ｂ
と電気的に接続されている。
【０２１７】
＜変形例１＞
基板４０１の上にｎチャネル型のトランジスタであるトランジスタ２８２を設けてもよい
。図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）は、半導体装置４１０の断面図である。半導体装置４
１０は、半導体装置４００にトランジスタ２８２を付加した構成を有する。図１４（Ａ）
はトランジスタ１００、トランジスタ２８１、および、トランジスタ２８２のチャネル長
方向の断面図であり、図１４（Ｂ）はトランジスタ２８２の拡大図である。
【０２１８】
トランジスタ２８２は、チャネル形成領域１２８３がウェル２２０に形成される。また、
トランジスタ２８２は、チャネル形成領域１２８３、高濃度ｎ型不純物領域１２８５、絶
縁層２８６、電極２８７、側壁２８８を有する。また、絶縁層２８６を介して側壁２８８
と重なる領域に低濃度ｎ型不純物領域１２８４を有する。
【０２１９】
低濃度ｎ型不純物領域１２８４は、電極２８７形成後、側壁２８８形成前に、電極２８７
をマスクとして用いて不純物元素を導入することにより形成することができる。すなわち
、低濃度ｎ型不純物領域１２８４は、自己整合により形成することができる。側壁２８８
の形成後、高濃度ｎ型不純物領域１２８５を形成する。なお、低濃度ｎ型不純物領域１２
８４は高濃度ｎ型不純物領域１２８５と同じ導電型を有し、導電型を付与する不純物の濃
度が高濃度ｎ型不純物領域１２８５よりも低い。また、低濃度ｎ型不純物領域１２８４は
、状況に応じて設けなくてもよい。
【０２２０】
＜変形例２＞
図１５（Ａ）乃至図１５（Ｃ）は半導体装置４２０の断面図である。半導体装置４２０は
、半導体装置４００が有するトランジスタ２８１を、Ｆｉｎ型のトランジスタ２９１に置
き換えた構成を有する。トランジスタをＦｉｎ型とすることにより、実効上のチャネル幅
が増大し、トランジスタのオン特性を向上させることができる。また、チャネル形成領域
に対するゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタのオフ特性
を向上させることができる。
【０２２１】
〔半導体回路〕
本明細書等に開示したトランジスタは、ＯＲ回路、ＡＮＤ回路、ＮＡＮＤ回路、およびＮ
ＯＲ回路などの論理回路や、インバータ回路、バッファ回路、シフトレジスタ回路、フリ
ップフロップ回路、エンコーダ回路、デコーダ回路、増幅回路、アナログスイッチ回路、
積分回路、微分回路、およびメモリ素子などの様々な半導体回路に用いることができる。
【０２２２】
本実施の形態では、図１６（Ａ）乃至図１６（Ｃ）を用いて、周辺回路及び画素回路に用
いることができるＣＭＯＳ回路などの一例を示す。図１６（Ａ）乃至図１６（Ｃ）に示す
回路図において、酸化物半導体を用いたトランジスタであることを明示するために、酸化
物半導体を用いたトランジスタの回路記号に「ＯＳ」の記載を付している。
【０２２３】
図１６（Ａ）に示すＣＭＯＳ回路は、ｐチャネル型のトランジスタ２８１とｎチャネル型
のトランジスタ２８２を直列に接続し、且つ、それぞれのゲートを接続した、インバータ
回路の構成例を示している。
【０２２４】
図１６（Ｂ）に示すＣＭＯＳ回路は、ｐチャネル型のトランジスタ２８１とｎチャネル型
のトランジスタ２８２を並列に接続した、アナログスイッチ回路の構成例を示している。
【０２２５】
図１６（Ｃ）に示すＣＭＯＳ回路は、トランジスタ２８１ａ、トランジスタ２８１ｂ、ト
ランジスタ２８２ａ、およびトランジスタ２８２ｂを用いたＮＡＮＤ回路の構成例を示し
ている。ＮＡＮＤ回路は、入力端子ＩＮ＿Ａと入力端子ＩＮ＿Ｂに入力される電位の組み
合わせによって、出力される電位が変化する。
【０２２６】
〔記憶装置〕
図１７（Ａ）に示す回路は、トランジスタ２８９のソースまたはドレインの一方を、トラ
ンジスタ１２８１のゲートおよび容量素子２５７の一方の電極に接続した記憶装置の構成
例を示している。また、図１７（Ｂ）に示す回路は、トランジスタ２８９のソースまたは
ドレインの一方を、容量素子２５７の一方の電極に接続した記憶装置の構成例を示してい
る。
【０２２７】
図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示す回路は、トランジスタ２８９のソースまたはドレ
インの他方から入力された電荷を、ノード２５６に保持することができる。トランジスタ
２８９に酸化物半導体を用いたトランジスタを用いることで、長期間に渡ってノード２５
６の電荷を保持することができる。
【０２２８】
図１７（Ａ）ではトランジスタ１２８１として、ｐチャネル型のトランジスタを示してい
るが、ｎチャネル型のトランジスタを用いてもよい。例えば、トランジスタ１２８１とし
て、トランジスタ２８１またはトランジスタ２８２を用いてもよい。また、トランジスタ
１２８１としてチャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタを用
いてもよい。
【０２２９】
ここで、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示した半導体装置（記憶装置）について、詳
細に説明しておく。
【０２３０】
図１７（Ａ）に示す半導体装置は、第１の半導体を用いたトランジスタ１２８１と第２の
半導体を用いたトランジスタ２８９、および容量素子２５７を有している。
【０２３１】
トランジスタ２８９は、上記実施の形態に開示した酸化物半導体を用いたトランジスタで
ある。トランジスタ２８９のオフ電流が小さいことにより、半導体装置の特定のノードに
長期にわたり記憶内容を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作を必要と
しない、またはリフレッシュ動作の頻度が極めて少なくすることが可能となるため、消費
電力の低い半導体装置となる。
【０２３２】
図１７（Ａ）において、配線２５１はトランジスタ１２８１のソースまたはドレインの一
方と電気的に接続され、配線２５２はトランジスタ１２８１ソースまたはドレインの他方
と電気的に接続される。また、配線２５３はトランジスタ２８９のソースまたはドレイン
の一方と電気的に接続され、配線２５４はトランジスタ２８９のゲートと電気的に接続さ
れている。そして、トランジスタ１２８１のゲート、トランジスタ２８９のソースまたは
ドレインの他方、および容量素子２５７の電極の一方は、ノード２５６と電気的に接続さ
れている。また、配線２５５は容量素子２５７の電極の他方と電気的に接続されている。
【０２３３】
図１７（Ａ）に示す半導体装置は、ノード２５６に与えられた電荷を保持可能という特性
を有することで、以下に示すように、情報の書き込み、保持、読み出しが可能である。
【０２３４】
〔書き込み動作、保持動作〕
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、配線２５４の電位を、トランジスタ
２８９がオン状態となる電位にする。これにより、配線２５３の電位が、ノード２５６に
与えられる。即ち、ノード２５６に所定の電荷が与えられる（書き込み）。ここでは、異
なる二つの電位レベルを与える電荷（以下、「Ｌｏｗレベル電荷」、「Ｈｉｇｈレベル電
荷」という。）のどちらかが与えられるものとする。その後、配線２５４の電位を、トラ
ンジスタ２８９がオフ状態となる電位とすることで、ノード２５６に電荷が保持される。
【０２３５】
なお、Ｈｉｇｈレベル電荷は、Ｌｏｗレベル電荷よりもノード２５６に高い電位を与える
電荷とする。また、トランジスタ１２８１にｐチャネル型のトランジスタを用いる場合、
Ｈｉｇｈレベル電荷およびＬｏｗレベル電荷は、どちらもトランジスタのしきい値電圧よ
りも高い電位を与える電荷とする。また、トランジスタ１２８１にｎチャネル型のトラン
ジスタを用いる場合、Ｈｉｇｈレベル電荷およびＬｏｗレベル電荷は、どちらもトランジ
スタのしきい値電圧よりも低い電位である。すなわち、Ｈｉｇｈレベル電荷とＬｏｗレベ
ル電荷は、どちらもトランジスタがオフ状態となる電位を与える電荷である。
【０２３６】
トランジスタ２８９のオフ電流は極めて小さいため、ノード２５６の電荷は長期間にわた
って保持される。
【０２３７】
〔読み出し動作〕
次に情報の読み出しについて説明する。配線２５１に配線２５２の電位と異なる所定の電
位（定電位）を与えた状態で、配線２５５に読み出し電位ＶＲを与えると、ノード２５６
に保持されている情報を読み出すことができる。
【０２３８】
Ｈｉｇｈレベル電荷により与えられる電位をＶＨ、Ｌｏｗレベル電荷により与えられる電
位をＶＬとすると、読み出し電位ＶＲは、｛（Ｖｔｈ−ＶＨ）＋（Ｖｔｈ＋ＶＬ）｝／２
とすればよい。なお、情報の読み出しをしないときの配線２５５の電位は、トランジスタ
１２８１にｐチャネル型のトランジスタを用いる場合はＶＨより高い電位とし、トランジ
スタ１２８１にｎチャネル型のトランジスタを用いる場合はＶＬより低い電位とすればよ
い。
【０２３９】
例えば、トランジスタ１２８１にｐチャネル型のトランジスタを用いる場合、トランジス
タ１２８１のＶｔｈが−２Ｖであり、ＶＨを１Ｖ、ＶＬを−１Ｖとすると、ＶＲを−２Ｖ
とすればよい。ノード２５６に書き込まれた電位がＶＨのとき、配線２５５にＶＲが与え
られると、トランジスタ１２８１のゲートにＶＲ＋ＶＨ、すなわち−１Ｖが印加される。
−１ＶはＶｔｈよりも高いため、トランジスタ１２８１はオン状態にならない。よって、
配線２５２の電位は変化しない。また、ノード２５６に書き込まれた電位がＶＬのとき、
配線２５５にＶＲが与えられると、トランジスタ１２８１のゲートにＶＲ＋ＶＬ、すなわ
ち−３Ｖが印加される。−３ＶはＶｔｈよりも低いため、トランジスタ１２８１がオン状
態になる。よって、配線２５２の電位が変化する。
【０２４０】
また、トランジスタ１２８１にｎチャネル型のトランジスタを用いる場合、トランジスタ
１２８１のＶｔｈが２Ｖであり、ＶＨを１Ｖ、ＶＬを−１Ｖとすると、ＶＲを２Ｖとすれ
ばよい。ノード２５６に書き込まれた電位がＶＨのとき、配線２５５にＶＲが与えられる
と、トランジスタ１２８１のゲートにＶＲ＋ＶＨ、すなわち３Ｖが印加される。３ＶはＶ
ｔｈよりも高いため、トランジスタ１２８１はオン状態になる。よって、配線２５２の電
位が変化する。また、ノード２５６に書き込まれた電位がＶＬのとき、配線２５５にＶＲ
が与えられると、トランジスタ１２８１のゲートにＶＲ＋ＶＬ、すなわち１Ｖが印加され
る。１ＶはＶｔｈよりも低いため、トランジスタ１２８１はオン状態にならない。よって
、配線２５２の電位は変化しない。
【０２４１】
配線２５２の電位を判別することで、ノード２５６に保持されている情報を読み出すこと
ができる。
【０２４２】
図１７（Ｂ）に示す半導体装置は、トランジスタ１２８１を有さない点が図１７（Ａ）に
示した半導体装置と異なる。この場合も図１７（Ａ）に示した半導体装置と同様の動作に
より情報の書き込みおよび保持が可能である。
【０２４３】
図１７（Ｂ）に示す半導体装置における、情報の読み出しについて説明する。配線２５４
にトランジスタ２８９がオン状態になる電位が与えられると、浮遊状態である配線２５３
と容量素子２５７とが導通し、配線２５３と容量素子２５７の間で電荷が再分配される。
その結果、配線２５３の電位が変化する。配線２５３の電位の変化量は、ノード２５６の
電位（またはノード２５６に蓄積された電荷）によって、異なる値をとる。
【０２４４】
例えば、ノード２５６の電位をＶ、容量素子２５７の容量をＣ、配線２５３が有する容量
成分をＣＢ、電荷が再分配される前の配線２５３の電位をＶＢ０とすると、電荷が再分配
された後の配線２５３の電位は、（ＣＢ×ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ）／（ＣＢ＋Ｃ）となる。した
がって、メモリセルの状態として、ノード２５６の電位がＶ１とＶ０（Ｖ１＞Ｖ０）の２
つの状態をとるとすると、電位Ｖ１を保持している場合の配線２５３の電位（＝（ＣＢ×
ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ１）／（ＣＢ＋Ｃ））は、電位Ｖ０を保持している場合の配線２５３の電
位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ０）／（ＣＢ＋Ｃ））よりも高くなることがわかる。
【０２４５】
そして、配線２５３の電位を所定の電位と比較することで、情報を読み出すことができる
。
【０２４６】
以上に示した半導体装置は、酸化物半導体を用いたオフ電流の極めて小さいトランジスタ
を適用することで、長期にわたって記憶内容を保持することが可能となる。つまり、リフ
レッシュ動作が不要となるか、またはリフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可
能となるため、消費電力の低い半導体装置を実現することができる。また、電力の供給が
ない場合（ただし、電位は固定されていることが好ましい）であっても、長期にわたって
記憶内容を保持することが可能である。
【０２４７】
また、該半導体装置は、情報の書き込みに高い電圧が不要であるため、素子の劣化が起こ
りにくい。例えば、従来の不揮発性メモリのように、フローティングゲートへの電子の注
入や、フローティングゲートからの電子の引き抜きを行わないため、絶縁体の劣化といっ
た問題が全く生じない。即ち、本発明の一態様に係る半導体装置は、従来の不揮発性メモ
リで問題となっている書き換え可能回数に制限はなく、信頼性が飛躍的に向上した半導体
装置である。さらに、トランジスタの導通状態、非導通状態によって、情報の書き込みが
行われるため、高速な動作が可能となる。
【０２４８】
〔ＣＰＵ〕
本実施の形態では、上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、ＣＰＵにつ
いて説明する。図１８は、上述したトランジスタを一部に用いたＣＰＵの構成例を示すブ
ロック図である。
【０２４９】
図１８に示すＣＰＵは、基板１１９０上に、ＡＬＵ１１９１（ＡＬＵ：Ａｒｉｔｈｍｅｔ
ｉｃ  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１
１９８（Ｂｕｓ  Ｉ／Ｆ）、書き換え可能なＲＯＭ１１９９、および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および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１８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１８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。
【０２５０】
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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
また、タイミングコントローラ１１９５は、ＡＬＵ１１９１、ＡＬＵコントローラ１１９
２、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、および
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。
【０２５３】
図１８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、上述したトランジスタや記憶装置などを用いることができ
る。
【０２５４】
図１８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１１
９６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内の記憶素子への、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。
【０２５５】
図１９は、レジスタ１１９６として用いることのできる記憶素子の回路図の一例である。
記憶素子７３０は、電源遮断で記憶データが揮発する回路７０１と、電源遮断で記憶デー
タが揮発しない回路７０２と、スイッチ７０３と、スイッチ７０４と、論理素子７０６と
、容量素子７０７と、選択機能を有する回路７２０と、を有する。回路７０２は、容量素
子７０８と、トランジスタ７０９と、トランジスタ７１０と、を有する。なお、記憶素子
７３０は、必要に応じて、ダイオード、抵抗素子、インダクタなどのその他の素子をさら
に有していても良い。
【０２５６】
ここで、回路７０２には、上述した記憶装置を用いることができる。記憶素子７３０への
電源電圧の供給が停止した際、回路７０２のトランジスタ７０９のゲートには接地電位（
０Ｖ）、またはトランジスタ７０９がオフする電位が入力され続ける構成とする。例えば
、トランジスタ７０９のゲートが抵抗等の負荷を介して接地される構成とする。
【０２５７】
スイッチ７０３は、一導電型（例えば、ｎチャネル型）のトランジスタ７１３を用いて構
成され、スイッチ７０４は、トランジスタ７１３とは逆の導電型（例えば、ｐチャネル型
）のトランジスタ７１４を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ７０３の第１の端
子はトランジスタ７１３のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ７０３の第２の端
子はトランジスタ７１３のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ７０３はトランジ
スタ７１３のゲートに入力される制御信号ＲＤによって、第１の端子と第２の端子の間の
導通または非導通（つまり、トランジスタ７１３のオン状態またはオフ状態）が選択され
る。スイッチ７０４の第１の端子はトランジスタ７１４のソースとドレインの一方に対応
し、スイッチ７０４の第２の端子はトランジスタ７１４のソースとドレインの他方に対応
し、スイッチ７０４はトランジスタ７１４のゲートに入力される制御信号ＲＤによって、
第１の端子と第２の端子の間の導通または非導通（つまり、トランジスタ７１４のオン状
態またはオフ状態）が選択される。
【０２５８】
トランジスタ７０９のソースとドレインの一方は、容量素子７０８の一対の電極のうちの
一方、およびトランジスタ７１０のゲートと電気的に接続される。ここで、接続部分をノ
ードＭ２とする。トランジスタ７１０のソースとドレインの一方は、低電源電位を供給す
ることのできる配線（例えばＧＮＤ線）に電気的に接続され、他方は、スイッチ７０３の
第１の端子（トランジスタ７１３のソースとドレインの一方）と電気的に接続される。ス
イッチ７０３の第２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）はスイッチ
７０４の第１の端子（トランジスタ７１４のソースとドレインの一方）と電気的に接続さ
れる。スイッチ７０４の第２の端子（トランジスタ７１４のソースとドレインの他方）は
電源電位ＶＤＤを供給することのできる配線と電気的に接続される。スイッチ７０３の第
２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）と、スイッチ７０４の第１の
端子（トランジスタ７１４のソースとドレインの一方）と、論理素子７０６の入力端子と
、容量素子７０７の一対の電極のうちの一方と、は電気的に接続される。ここで、接続部
分をノードＭ１とする。容量素子７０７の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力
される構成とすることができる。例えば、低電源電位（ＧＮＤ等）または高電源電位（Ｖ
ＤＤ等）が入力される構成とすることができる。容量素子７０７の一対の電極のうちの他
方は、低電源電位を供給することのできる配線（例えばＧＮＤ線）と電気的に接続される
。容量素子７０８の一対の電極のうちの他方は、一定の電位が入力される構成とすること
ができる。例えば、低電源電位（ＧＮＤ等）または高電源電位（ＶＤＤ等）が入力される
構成とすることができる。容量素子７０８の一対の電極のうちの他方は、低電源電位を供
給することのできる配線（例えばＧＮＤ線）と電気的に接続される。
【０２５９】
なお、容量素子７０７および容量素子７０８は、トランジスタや配線の寄生容量等を積極
的に利用することによって省略することも可能である。
【０２６０】
トランジスタ７０９のゲート電極には、制御信号ＷＥが入力される。スイッチ７０３およ
びスイッチ７０４は、制御信号ＷＥとは異なる制御信号ＲＤによって第１の端子と第２の
端子の間の導通状態または非導通状態を選択され、一方のスイッチの第１の端子と第２の
端子の間が導通状態のとき他方のスイッチの第１の端子と第２の端子の間は非導通状態と
なる。
【０２６１】
トランジスタ７０９のソースとドレインの他方には、回路７０１に保持されたデータに対
応する信号が入力される。図１９では、回路７０１から出力された信号が、トランジスタ
７０９のソースとドレインの他方に入力される例を示した。スイッチ７０３の第２の端子
（トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）から出力される信号は、論理素子７０
６によってその論理値が反転された反転信号となり、回路７２０を介して回路７０１に入
力される。
【０２６２】
なお、図１９では、スイッチ７０３の第２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレイ
ンの他方）から出力される信号は、論理素子７０６および回路７２０を介して回路７０１
に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ７０３の第２の端子（トランジス
タ７１３のソースとドレインの他方）から出力される信号が、論理値を反転させられるこ
となく、回路７０１に入力されてもよい。例えば、回路７０１内に、入力端子から入力さ
れた信号の論理値が反転した信号が保持されるノードが存在する場合に、スイッチ７０３
の第２の端子（トランジスタ７１３のソースとドレインの他方）から出力される信号を当
該ノードに入力することができる。
【０２６３】
図１９におけるトランジスタ７０９は、上記実施の形態１で例示したトランジスタ１５０
を用いることができる。また、ゲート電極には制御信号ＷＥを入力し、バックゲート電極
には制御信号ＷＥ２を入力することができる。制御信号ＷＥ２は、一定の電位の信号とす
ればよい。当該一定の電位には、例えば、接地電位ＧＮＤやトランジスタ７０９のソース
電位よりも小さい電位などが選ばれる。制御信号ＷＥ２は、トランジスタ７０９のしきい
値電圧を制御するための電位信号であり、トランジスタ７０９の、ゲート電圧が０Ｖの時
のドレイン電流をより低減することができる。なお、トランジスタ７０９としては、第２
ゲートを有さないトランジスタを用いることもできる。
【０２６４】
また、図１９において、記憶素子７３０に用いられるトランジスタのうち、トランジスタ
７０９以外のトランジスタは、酸化物半導体以外の半導体でなる層または基板１１９０に
チャネルが形成されるトランジスタとすることができる。例えば、シリコン層またはシリ
コン基板にチャネルが形成されるトランジスタとすることができる。また、記憶素子７３
０に用いられるトランジスタ全てを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジス
タとすることもできる。または、記憶素子７３０は、トランジスタ７０９以外のトランジ
スタを、チャネルが酸化物半導体層で形成されるトランジスタと、酸化物半導体以外の半
導体でなる層または基板１１９０にチャネルが形成されるトランジスタとを組み合わせて
用いてもよい。
【０２６５】
図１９における回路７０１には、例えばフリップフロップ回路を用いることができる。ま
た、論理素子７０６としては、例えばインバータやクロックドインバータ等を用いること
ができる。
【０２６６】
本発明の一態様における半導体装置では、記憶素子７３０に電源電圧が供給されない間は
、回路７０１に記憶されていたデータを、回路７０２に設けられた容量素子７０８によっ
てノードＭ２に保持することができる。
【０２６７】
また、前述した通り、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタはオフ電流が
極めて小さい。例えば、酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流
は、結晶性を有するシリコンにチャネルが形成されるトランジスタのオフ電流に比べて著
しく低い。そのため、当該トランジスタをトランジスタ７０９として用いることによって
、記憶素子７３０に電源電圧が供給されない間も容量素子７０８に保持された信号は長期
間にわたり保たれる。こうして、記憶素子７３０は電源電圧の供給が停止した間も記憶内
容（データ）を保持することが可能である。
【０２６８】
また、スイッチ７０３およびスイッチ７０４を設けることによって、電源電圧供給再開後
に、回路７０１が元のデータを保持しなおすまでの時間を短くすることができる。
【０２６９】
また、回路７０２において、ノードＭ２に保持された信号はトランジスタ７１０のゲート
に入力される。そのため、記憶素子７３０への電源電圧の供給が再開された後、ノードＭ
２に保持された信号を、トランジスタ７１０の状態（オン状態、またはオフ状態）に変換
して、回路７０２から読み出すことができる。それ故、ノードＭ２に保持された信号に対
応する電位が多少変動していても、元の信号を正確に読み出すことが可能である。
【０２７０】
このような記憶素子７３０を、ＣＰＵが有するレジスタやキャッシュメモリなどの記憶装
置に用いることで、電源電圧の供給停止による記憶装置内のデータの消失を防ぐことがで
きる。また、電源電圧の供給を再開した後、短時間で電源供給停止前の状態に復帰するこ
とができる。よって、ＣＰＵ全体、もしくはＣＰＵを構成する一つ、または複数の論理回
路において、短期間の電源停止が可能になり、電源停止の頻度を高めることができるため
、消費電力を抑えることができる。
【０２７１】
本実施の形態では、記憶素子７３０をＣＰＵに用いる例として説明したが、記憶素子７３
０は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、カスタムＬＳＩ
、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）等のＬＳＩ、ＲＦ−
ＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）にも応用可能
である。
【０２７２】
〔撮像装置〕
上述したトランジスタを用いた半導体装置の一例として、撮像装置について説明する。図
２０（Ａ）乃至図２０（Ｃ）に、上述したトランジスタを一部に用いた撮像装置の回路構
成例を示す。
【０２７３】
図２０（Ａ）に示す回路を有する撮像装置６１０は、光電変換素子６０１、トランジスタ
６０２、トランジスタ６０４、および容量素子６０６を有する。トランジスタ６０２のソ
ースまたはドレインの一方は光電変換素子６０１と電気的に接続され、トランジスタ６０
２のソースまたはドレインの他方はノード６０７（電荷蓄積部）を介してトランジスタ６
０４のゲートと電気的に接続されている。
【０２７４】
トランジスタ６０２として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう。）を用いることが好ましい。ＯＳトランジス
タは、オフ電流を極めて小さくすることができるため、容量素子６０６を小さくすること
ができる。または、図２０（Ｂ）に示すように、容量素子６０６を省略することができる
。また、トランジスタ６０２としてＯＳトランジスタを用いると、ノード６０７の電位が
変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮像装置を実現することができる。な
お、トランジスタ６０４にＯＳトランジスタを用いてもよい。
【０２７５】
光電変換素子６０１には、シリコン基板においてｐｎ型やｐｉｎ型の接合が形成されたダ
イオード素子を用いることができる。または非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを
用いたｐｉｎ型のダイオード素子などを用いてもよい。または、ダイオード接続のトラン
ジスタを用いてもよい。また、光電効果を利用した可変抵抗などをシリコン、ゲルマニウ
ム、セレンなど用いて形成してもよい。
【０２７６】
また、光電変換素子として、放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料を用い
て形成してもよい。放射線を吸収して電荷を発生させることが可能な材料としては、ヨウ
化鉛、ヨウ化水銀、ガリウムヒ素、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎなどがある。
【０２７７】
図２０（Ｃ）に示す回路を有する撮像装置６１０は、光電変換素子６０１としてフォトダ
イオードを用いる場合を示している。図２０（Ｃ）に示す回路を有する撮像装置６１０は
、光電変換素子６０１、トランジスタ６０２、トランジスタ６０３、トランジスタ６０４
、トランジスタ６０５、および容量素子６０６を有する。トランジスタ６０２のソースま
たはドレインの一方は光電変換素子６０１のカソードと電気的に接続され、他方はノード
６０７と電気的に接続されている。光電変換素子６０１のアノードは、配線６１１と電気
的に接続されている。トランジスタ６０３のソースまたはドレインの一方はノード６０７
と電気的に接続され、他方は配線６０８と電気的に接続されている。トランジスタ６０４
のゲートはノード６０７と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方は配線６０９
と電気的に接続され、他方はトランジスタ６０５のソースまたはドレインの一方と電気的
に接続されている。トランジスタ６０５のソースまたはドレインの他方は配線６０８と電
気的に接続されている。容量素子６０６の一方の電極はノード６０７と電気的に接続され
、他方の電極は配線６１１と電気的に接続される。
【０２７８】
トランジスタ６０２は転送トランジスタとして機能できる。トランジスタ６０２のゲート
には、転送信号ＴＸが供給される。トランジスタ６０３はリセットトランジスタとして機
能できる。トランジスタ６０３のゲートには、リセット信号ＲＳＴが供給される。トラン
ジスタ６０４は増幅トランジスタとして機能できる。トランジスタ６０５は選択トランジ
スタとして機能できる。トランジスタ６０５のゲートには、選択信号ＳＥＬが供給される
。また、配線６０８にＶＤＤが供給され、配線６１１にはＶＳＳが供給される。
【０２７９】
次に、図２０（Ｃ）に示す回路を有する撮像装置６１０の動作について説明する。まず、
トランジスタ６０３をオン状態にして、ノード６０７にＶＤＤを供給する（リセット動作
）。その後、トランジスタ６０３をオフ状態にすると、ノード６０７にＶＤＤが保持され
る。次に、トランジスタ６０２をオン状態とすると、光電変換素子６０１の受光量に応じ
て、ノード６０７の電位が変化する（蓄積動作）。その後、トランジスタ６０２をオフ状
態にすると、ノード６０７の電位が保持される。次に、トランジスタ６０５をオン状態と
すると、ノード６０７の電位に応じた電位が配線６０９に出力される（選択動作）。配線
６０９の電位を検出することで、光電変換素子６０１の受光量を知ることができる。
【０２８０】
トランジスタ６０２およびトランジスタ６０３には、ＯＳトランジスタを用いることが好
ましい。前述した通り、ＯＳトランジスタはオフ電流を極めて小さくすることができるた
め、容量素子６０６を小さくすることができる。または、容量素子６０６を省略すること
ができる。また、トランジスタ６０２およびトランジスタ６０３としてＯＳトランジスタ
を用いると、ノード６０７の電位が変動しにくい。よって、ノイズの影響を受けにくい撮
像装置を実現することができる。
【０２８１】
図２０（Ａ）乃至図２０（Ｃ）に示したいずれかの回路を有する撮像装置６１０をマトリ
クス状に配置することで、解像度の高い撮像装置が実現できる。
【０２８２】
例えば、撮像装置６１０を１９２０×１０８０のマトリクス状に配置すると、いわゆるフ
ルハイビジョン（「２Ｋ解像度」、「２Ｋ１Ｋ」、「２Ｋ」などとも言われる。）の解像
度で撮像可能な撮像装置を実現することができる。また、例えば、撮像装置６１０を４０
９６×２１６０のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン（「４Ｋ解
像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」などとも言われる。）の解像度で撮像可能な撮像装置を
実現することができる。また、例えば、撮像装置６１０を８１９２×４３２０のマトリク
ス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「
８Ｋ」などとも言われる。）の解像度で撮像可能な撮像装置を実現することができる。撮
像装置６１０を増やすことで、１６Ｋや３２Ｋの解像度で撮像可能な撮像装置を実現する
ことも可能である。
【０２８３】
上述したトランジスタを用いた撮像装置６１０の構造例を図２１に示す。図２１は撮像装
置６１０の断面図である。
【０２８４】
図２１に示す撮像装置６１０は、基板４０１としてｎ型半導体を用いている。また、基板
４０１中に光電変換素子６０１のｐ型半導体２２１が設けられている。また、基板４０１
の一部が、光電変換素子６０１のｎ型半導体２２３として機能する。
【０２８５】
また、トランジスタ６０４は基板４０１上に設けられている。トランジスタ６０４はｎチ
ャネル型のトランジスタとして機能できる。また、基板４０１の一部にｐ型半導体のウェ
ル２２０が設けられている。ウェル２２０はｐ型半導体２２１の形成と同様の方法で設け
ることができる。また、ウェル２２０とｐ型半導体２２１は同時に形成することができる
。なお、トランジスタ６０４として、例えば上述したトランジスタ２８２を用いることが
できる。
【０２８６】
また、光電変換素子６０１、およびトランジスタ６０４上に絶縁層４０３、絶縁層４０４
、および絶縁層４０５が形成されている。
【０２８７】
また、絶縁層４０３乃至絶縁層４０５の基板４０１（ｎ型半導体２２３）と重なる領域に
開口２２４が形成され、絶縁層４０３乃至絶縁層４０５のｐ型半導体２２１と重なる領域
に開口２２５が形成されている。また、開口２２４および開口２２５中に、コンタクトプ
ラグ４０６が形成されている。コンタクトプラグ４０６は上述したコンタクトプラグ１１
２ａと同様に設けることができる。なお、開口２２４および開口２２５は、その数や配置
に特段の制約は無い。よって、レイアウトの自由度が高い撮像装置を実現できる。
【０２８８】
また、絶縁層４０５の上に、電極４２１、電極４２９、および電極４２２が形成されてい
る。電極４２１は、開口２２４に設けられたコンタクトプラグ４０６を介してｎ型半導体
２２３（基板４０１）と電気的に接続されている。また、電極４２９は、開口２２５に設
けられたコンタクトプラグ４０６を介してｐ型半導体２２１と電気的に接続されている。
電極４２２は容量素子６０６の電極として機能できる。
【０２８９】
また、電極４２１、電極４２９、および電極４２２を覆って絶縁層４０７が形成されてい
る。絶縁層４０７は、絶縁層４０５と同様の材料および方法で形成することができる。ま
た、絶縁層４０７表面にＣＭＰ処理を行ってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料
表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。
電極４２１、電極４２９、および電極４２２は、上述した電極１１５ａと同様の材料およ
び方法により形成することができる。
【０２９０】
また、絶縁層４０７の上に絶縁層１０２が形成され、絶縁層１０２の上に電極４２７、電
極１１９、および電極２７３が形成されている。電極４２７はコンタクトプラグを介して
電極４２９と電気的に接続されている。電極１１９は、トランジスタ６０２のバックゲー
トとして機能できる。電極２７３は、容量素子６０６の電極として機能できる。トランジ
スタ６０２は、例えば、上述したトランジスタ１６０を用いることができる。
【０２９１】
また、絶縁層１１１上に設けられた電極１１３ａは、コンタクトプラグを介して電極４２
７と電気的に接続している。
【０２９２】
＜変形例１＞
図２１とは異なる撮像装置６１０の構成例を図２２に示す。
【０２９３】
図２２に示す撮像装置６１０は、基板４０１上にトランジスタ６０４とトランジスタ６０
５が設けられている。トランジスタ６０４はｎチャネル型のトランジスタとして機能でき
る。トランジスタ６０５はｐチャネル型のトランジスタとして機能できる。なお、トラン
ジスタ６０４として、例えば上述したトランジスタ２８２を用いることができる。トラン
ジスタ６０５として、例えば上述したトランジスタ２８１を用いることができる。
【０２９４】
絶縁層４０５の上に電極４１３ａ乃至電極４１３ｄが形成されている。電極４１３ａはト
ランジスタ６０４のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、電極４１３ｂはト
ランジスタ６０４のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。電極４１３
ｃは、トランジスタ６０４のゲートと電気的に接続されている。電極４１３ｂはトランジ
スタ６０５のソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、電極４１３ｄはトランジ
スタ６０５のソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている。
【０２９５】
電極１１３ｂと電極４１３ｃは、コンタクトプラグ１１２ｄを介して電気的に接続されて
いる。また、電極１１３ａ、電極１１３ｂ、および絶縁層１１１上に絶縁層４１５が形成
されている。絶縁層４１５は絶縁層１１１と同様の材料および方法で形成することができ
る。
【０２９６】
また、図２２に示す撮像装置６１０は、絶縁層４１５上に光電変換素子６０１が設けられ
ている。また、光電変換素子６０１上に絶縁層４４２が設けられ、絶縁層４４２上に電極
４８８が設けられている。絶縁層４４２は、絶縁層４１５と同様の材料および方法で形成
することができる。
【０２９７】
図２２に示す光電変換素子６０１は、金属材料などで形成された電極６８６と透光性導電
層６８２との間に光電変換層６８１を有する。図２２では、セレン系材料を光電変換層６
８１に用いた形態を示している。セレン系材料を用いた光電変換素子６０１は、可視光に
対する外部量子効率が高い特性を有する。当該光電変換素子では、アバランシェ現象によ
り入射される光量に対する電子の増幅が大きい高感度のセンサとすることができる。また
、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層６８１を薄くしやすい利点を有する
。
【０２９８】
セレン系材料としては、非晶質セレンまたは結晶セレンを用いることができる。結晶セレ
ンは、一例として、非晶質セレンを成膜後、熱処理することで得ることができる。なお、
結晶セレンの結晶粒径を画素ピッチより小さくすることで、画素ごとの特性ばらつきを低
減させることができる。また、結晶セレンは、非晶質セレンよりも可視光に対する分光感
度や光吸収係数が高い特性を有する。
【０２９９】
なお、光電変換層６８１は単層として図示しているが、セレン系材料の受光面側に正孔注
入阻止層として酸化ガリウムまたは酸化セリウムなどを設け、電極６８６側に電子注入阻
止層として酸化ニッケルまたは硫化アンチモンなどを設ける構成とすることもできる。
【０３００】
また、光電変換層６８１は、銅、インジウム、セレンの化合物（ＣＩＳ）を含む層であっ
てもよい。または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物（ＣＩＧＳ）を含む層で
あってもよい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳでは、セレンの単層と同様にアバランシェ現象が利
用できる光電変換素子を形成することができる。
【０３０１】
また、ＣＩＳおよびＣＩＧＳはｐ型半導体であり、接合を形成するためにｎ型半導体の硫
化カドミウムや硫化亜鉛等を接して設けてもよい。
【０３０２】
アバランシェ現象を発生させるためには、光電変換素子に比較的高い電圧（例えば、１０
Ｖ以上）を印加することが好ましい。ＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタよりもドレ
イン耐圧の高い特性を有するため、光電変換素子に比較的高い電圧を印加することが容易
である。したがって、ドレイン耐圧の高いＯＳトランジスタと、セレン系材料を光電変換
層とした光電変換素子とを組み合わせることで、高感度、かつ信頼性の高い撮像装置とす
ることができる。
【０３０３】
透光性導電層６８２には、例えば、インジウム錫酸化物、シリコンを含むインジウム錫酸
化物、亜鉛を含む酸化インジウム、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、アルミニウムを
含む酸化亜鉛、酸化錫、フッ素を含む酸化錫、アンチモンを含む酸化錫、またはグラフェ
ン等を用いることができる。また、透光性導電層６８２は単層に限らず、異なる膜の積層
であっても良い。また、図２２では、透光性導電層６８２と配線４８７が、電極４８８お
よびコンタクトプラグ４８９を介して電気的に接続する構成を図示しているが、透光性導
電層６８２と配線４８７が直接接してもよい。
【０３０４】
また、電極６８６および配線４８７などは、複数の導電層を積層した構成であってもよい
。例えば、電極６８６を第１の導電層、第２の導電層の二層とし、配線４８７を第３の導
電層、第４の導電層の二層とすることができる。また、例えば、第１の導電層および第３
の導電層を低抵抗の金属等を選択して形成し、第２の導電層および第４の導電層を光電変
換層６８１とコンタクト特性の良い金属等を選択して形成するとよい。このような構成と
することで、光電変換素子の電気特性を向上させることができる。また、一部の金属は透
光性導電層６８２と接触することにより電蝕を起こすことがある。そのような金属を第３
の導電層に用いた場合でも第４の導電層を介することによって電蝕を防止することができ
る。
【０３０５】
第２の導電層および第４の導電層には、例えば、モリブデンやタングステンなどを用いる
ことができる。また、第１の導電層および第３の導電層には、例えば、アルミニウム、チ
タン、またはアルミニウムをチタンで挟むような積層を用いることができる。
【０３０６】
また、絶縁層４４２が多層である構成であってもよい。隔壁４７７は、無機絶縁体や絶縁
有機樹脂などを用いて形成することができる。また、隔壁４７７は、トランジスタ等に対
する遮光のため、および／または１画素あたりの受光部の面積を確定するために黒色等に
着色されていてもよい。
【０３０７】
また、光電変換素子６０１には、非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたｐｉ
ｎ型のダイオード素子などを用いてもよい。当該フォトダイオードは、ｎ型の半導体層、
ｉ型の半導体層、およびｐ型の半導体層が順に積層された構成を有している。ｉ型の半導
体層には非晶質シリコンを用いることが好ましい。また、ｐ型の半導体層およびｎ型の半
導体層には、それぞれの導電型を付与するドーパントを含む非晶質シリコンまたは微結晶
シリコンなどを用いることができる。非晶質シリコンを光電変換層とするフォトダイオー
ドは可視光の波長領域における感度が高く、微弱な可視光を検知しやすい。
【０３０８】
なお、ｐｎ型やｐｉｎ型のダイオード素子は、ｐ型の半導体層が受光面となるように設け
ることが好ましい。ｐ型の半導体層を受光面とすることで、光電変換素子６０１の出力電
流を高めることができる。
【０３０９】
上述したセレン系材料や非晶質シリコンなどを用いて形成した光電変換素子６０１は、成
膜工程、リソグラフィ工程、エッチング工程などの一般的な半導体作製工程を用いて作製
するこができる。
【０３１０】
〔表示装置〕
また、表示装置（または表示装置において用いられるトランジスタなど）に本発明の一態
様を適用することもできる。
【０３１１】
例えば、本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素
子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、又は様々な
素子を有することが出来る。表示素子、表示装置、発光素子又は発光装置は、例えば、Ｅ
Ｌ（エレクトロルミネッセンス）素子（有機物及び無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子
、無機ＥＬ素子）、ＬＥＤチップ（白色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチ
ップ、青色ＬＥＤチップなど）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、
プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、電子放出素子、カーボンナノチューブを用いた表示素
子、液晶素子、電子インク、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子、ＭＥＭＳ（
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いた表示素子（例えば、グレーティ
ングライトバルブ（ＧＬＶ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＤＭＳ（デ
ジタル・マイクロ・シャッター）、ＭＩＲＡＳＯＬ（登録商標）、ＩＭＯＤ（インターフ
ェアレンス・モジュレーション）素子、シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式
のＭＥＭＳ表示素子、圧電セラミックディスプレイなど）、または、量子ドットなどの少
なくとも一つを有している。これらの他にも、表示素子、表示装置、発光素子又は発光装
置は、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化
する表示媒体を有していてもよい。ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディ
スプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッ
ションディスプレイ（ＦＥＤ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａ
ｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）な
どがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶デ
ィスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプ
レイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。電子インク、電子粉流体（登録商標）、又
は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。量子ドット
を各画素に用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。なお、
量子ドットは、表示素子としてではなく、バックライトの一部に設けてもよい。量子ドッ
トを用いることにより、色純度の高い表示を行うことができる。なお、半透過型液晶ディ
スプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部
が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または
、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射
電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、
消費電力を低減することができる。なお、ＬＥＤチップを用いる場合、ＬＥＤチップの電
極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグ
ラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラ
ファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するｎ型Ｇａ
Ｎ半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するｐ型Ｇ
ａＮ半導体層などを設けて、ＬＥＤチップを構成することができる。なお、グラフェンや
グラファイトと、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体層との間に、ＡｌＮ層を設けてもよい。
なお、ＬＥＤチップが有するＧａＮ半導体層は、ＭＯＣＶＤで成膜してもよい。ただし、
グラフェンを設けることにより、ＬＥＤチップが有するＧａＮ半導体層は、スパッタ法で
成膜することも可能である。また、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・シス
テム）を用いた表示素子においては、表示素子が封止されている空間（例えば、表示素子
が配置されている素子基板と、素子基板に対向して配置されている対向基板との間）に、
乾燥剤を配置してもよい。乾燥剤を配置することにより、ＭＥＭＳなどが水分によって動
きにくくなることや、劣化しやすくなることを防止することができる。
【０３１２】
＜画素回路構成例＞
次に、図２３を用いて、表示装置のより具体的な構成例について説明する。図２３（Ａ）
は、表示装置３１００の構成を説明するためのブロック図である。表示装置３１００は、
表示領域３１３１、回路３１３２、および回路３１３３を有する。回路３１３２は、例え
ば走査線駆動回路として機能する。また、回路３１３３は、例えば信号線駆動回路として
機能する。
【０３１３】
また、表示装置３１００は、各々が略平行に配設され、且つ、回路３１３２によって電位
が制御されるｍ本の走査線３１３５と、各々が略平行に配設され、且つ、回路３１３３に
よって電位が制御されるｎ本の信号線３１３６と、を有する。さらに、表示領域３１３１
はｍ行ｎ列のマトリクス状に配設された複数の画素３１３０を有する。なお、ｍ、ｎは、
ともに２以上の自然数である。
【０３１４】
表示領域３１３１において、各走査線３１３５は、画素３１３０のうち、いずれかの行に
配設されたｎ個の画素３１３０と電気的に接続される。また、各信号線３１３６は、画素
３１３０のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素３１３０に電気的に接続される。
【０３１５】
また、図２４（Ａ）に示すように、表示領域３１３１を挟んで回路３１３２と向き合う位
置に、回路３１５２を設けてもよい。また、図２４（Ｂ）に示すように、表示領域３１３
１を挟んで回路３１３３と向き合う位置に、回路３１５３を設けてもよい。図２４（Ａ）
及び図２４（Ｂ）では、回路３１５２を回路３１３２と同様に走査線３１３５に接続する
例を示している。ただし、これに限らず、例えば、走査線３１３５に接続する回路３１３
２と回路３１５２を、数行毎に変えてもよい。図２４（Ｂ）では、回路３１５３を回路３
１３３と同様に信号線３１３６に接続する例を示している。ただし、これに限らず、例え
ば、信号線３１３６に接続する回路３１３３と回路３１５３を、数行毎に変えてもよい。
また、回路３１３２、回路３１３３、回路３１５２及び回路３１５３は、画素３１３０を
駆動する以外の機能を有していてもよい。
【０３１６】
また、回路３１３２、回路３１３３、回路３１５２及び回路３１５３を、駆動回路部とい
う場合がある。画素３１３０は、画素回路３１３７及び表示素子を有する。画素回路３１
３７は表示素子を駆動する回路である。駆動回路部が有するトランジスタは、画素回路３
１３７を構成するトランジスタと同時に形成することができる。また、駆動回路部の一部
または全部を他の基板上に形成して、表示装置３１００と電気的に接続してもよい。例え
ば、駆動回路部の一部または全部を単結晶基板を用いて形成し、表示装置３１００と電気
的に接続してもよい。
【０３１７】
図２３（Ｂ）および図２３（Ｃ）は、図２３（Ａ）に示す表示装置の画素３１３０に用い
ることができる回路構成を示している。
【０３１８】
《発光表示装置用画素回路の一例》
また、図２３（Ｂ）に示す画素回路３１３７は、トランジスタ３４３１と、容量素子３２
３３と、トランジスタ３２３２と、トランジスタ３４３４と、を有する。また、画素回路
３１３７は、表示素子として機能できる発光素子３１２５と電気的に接続されている。
【０３１９】
トランジスタ３４３１のソース電極およびドレイン電極の一方は、データ信号が与えられ
るｎ列目の信号線３１３６（以下、信号線ＤＬ＿ｎという）に電気的に接続される。さら
に、トランジスタ３４３１のゲート電極は、ゲート信号が与えられるｍ行目の走査線３１
３５（以下、走査線ＧＬ＿ｍという）に電気的に接続される。
【０３２０】
トランジスタ３４３１は、データ信号のノード３４３５への書き込みを制御する機能を有
する。
【０３２１】
容量素子３２３３の一対の電極の一方は、ノード３４３５に電気的に接続され、他方は、
ノード３４３７に電気的に接続される。また、トランジスタ３４３１のソース電極および
ドレイン電極の他方は、ノード３４３５に電気的に接続される。
【０３２２】
容量素子３２３３は、ノード３４３５に書き込まれたデータを保持する保持容量としての
機能を有する。
【０３２３】
トランジスタ３２３２のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに
電気的に接続され、他方はノード３４３７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ
３２３２のゲート電極は、ノード３４３５に電気的に接続される。
【０３２４】
トランジスタ３４３４のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線Ｖ０に電気
的に接続され、他方はノード３４３７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ３４
３４のゲート電極は、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続される。
【０３２５】
発光素子３１２５のアノードおよびカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接
続され、他方は、ノード３４３７に電気的に接続される。
【０３２６】
発光素子３１２５としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子とも
いう）などを用いることができる。ただし、これに限定されず、例えば無機材料からなる
無機ＥＬ素子を用いても良い。
【０３２７】
例えば、電位供給線ＶＬ＿ａはＶＤＤを供給する機能を有する。また、電位供給線ＶＬ＿
ｂはＶＳＳを供給する機能を有する。また、電位供給線Ｖ０はＶＳＳを供給する機能を有
する。
【０３２８】
ここで、図２３（Ｂ）の画素回路３１３７を有する表示装置の動作例について説明してお
く。まず、回路３１３２により各行の画素回路３１３７を順次選択し、トランジスタ３４
３１をオン状態にしてデータ信号（電位）をノード３４３５に書き込む。次に、トランジ
スタ３４３４をオン状態にしてノード３４３７の電位をＶＳＳとする。
【０３２９】
その後、トランジスタ３４３１をオフ状態としてノード３４３５に書き込まれたデータ信
号を保持する。次に、トランジスタ３４３４をオフ状態とする。トランジスタ３２３２の
ソースとドレインの間に流れる電流量は、ノード３４３５に書き込まれたデータ信号に応
じて決まる。よって、発光素子３１２５は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これ
を行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
【０３３０】
《液晶表示装置用画素回路の一例》
図２３（Ｃ）に示す画素回路３１３７は、トランジスタ３４３１と、容量素子３２３３と
、を有する。また、画素回路３１３７は、表示素子として機能できる液晶素子３４３２と
電気的に接続されている。
【０３３１】
液晶素子３４３２の一対の電極の一方の電位は、画素回路３１３７の仕様に応じて適宜設
定される。液晶素子３４３２に含まれる液晶は、ノード３４３６に書き込まれるデータに
より配向状態が設定される。なお、複数の画素回路３１３７のそれぞれが有する液晶素子
３４３２の一対の電極の一方に、共通の電位（コモン電位）を与えてもよい。
【０３３２】
液晶素子３４３２のモードとしては、例えば、ＴＮモード、ＳＴＮモード、ＶＡモード、
ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ
）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇ
ｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａ
ｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓ
ｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌ
ｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、またはＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅ
ｒｓｅ  Ｂｅｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい。また、他の例とし
て、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅ
ｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒ
ｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒ
ｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、様々
なモードを用いることができる。
【０３３３】
また、ブルー相（Ｂｌｕｅ  Ｐｈａｓｅ）を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物に
より液晶素子３４３２を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が１ｍｓｅｃ
以下と短く、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、かつ視野角依存性が小さ
い。
【０３３４】
ｍ行ｎ列目の画素回路３１３７において、トランジスタ３４３１のソース電極およびドレ
イン電極の一方は、信号線ＤＬ＿ｎに電気的に接続され、他方はノード３４３６に電気的
に接続される。トランジスタ３４３１のゲート電極は、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続さ
れる。トランジスタ３４３１は、ノード３４３６へのデータ信号の書き込みを制御する機
能を有する。
【０３３５】
容量素子３２３３の一対の電極の一方は、特定の電位が供給される配線（以下、「容量線
ＣＬ」ともいう。）に電気的に接続され、他方は、ノード３４３６に電気的に接続される
。また、液晶素子３４３２の一対の電極の他方はノード３４３６に電気的に接続される。
なお、容量線ＣＬの電位の値は、画素回路３１３７の仕様に応じて適宜設定される。容量
素子３２３３は、ノード３４３６に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能
を有する。
【０３３６】
ここで、図２３（Ｃ）の画素回路３１３７を有する表示装置の動作例について説明してお
く。まず、回路３１３２により各行の画素回路３１３７を順次選択し、トランジスタ３４
３１をオン状態にしてノード３４３６にデータ信号を書き込む。
【０３３７】
次に、トランジスタ３４３１をオフ状態としてノード３４３６に書き込まれたデータ信号
を保持する。ノード３４３６に書き込まれたデータ信号に応じて、液晶素子３４３２の透
過光量が決まる。これを行毎に順次行うことにより、表示領域３１３１に画像を表示でき
る。
【０３３８】
〔ＲＦタグ〕
上述したトランジスタを使用した半導体装置の一例として、ＲＦタグについて説明する。
【０３３９】
本発明の一態様に係るＲＦタグは、内部に記憶回路（記憶装置）を有し、記憶回路に情報
を記憶し、非接触手段、例えば無線通信を用いて外部と情報の授受を行うものである。こ
のような特徴から、ＲＦタグは、物品などの個体情報を読み取ることにより物品の識別を
行う個体認証システムなどに用いることが可能である。なお、これらの用途に用いるため
には高い信頼性が要求される。
【０３４０】
ＲＦタグの構成について図２５を用いて説明する。図２５は、ＲＦタグの構成例を示すブ
ロック図である。
【０３４１】
図２５に示すようにＲＦタグ８００は、通信器８０１（質問器、リーダ／ライタなどとも
いう）に接続されたアンテナ８０２から送信される無線信号８０３を受信するアンテナ８
０４を有する。通信器８０１に上述したトランジスタを用いてもよい。またＲＦタグ８０
０は、整流回路８０５、定電圧回路８０６、復調回路８０７、変調回路８０８、論理回路
８０９、記憶回路８１０、ＲＯＭ８１１を有している。なお、復調回路８０７に含まれる
整流作用を示すトランジスタの半導体には、逆方向電流を十分に抑制することが可能な、
例えば、酸化物半導体を用いてもよい。これにより、逆方向電流に起因する整流作用の低
下を抑制し、復調回路の出力が飽和することを防止できる。つまり、復調回路の入力に対
する復調回路の出力を線形に近づけることができる。なお、データの伝送形式は、一対の
コイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交
信する電磁誘導方式、電波を利用して交信する電波方式の３つに大別される。ＲＦタグ８
００は、そのいずれの方式に用いることも可能である。
【０３４２】
次に各回路の構成について説明する。アンテナ８０４は、通信器８０１に接続されたアン
テナ８０２との間で無線信号８０３の送受信を行うためのものである。また、整流回路８
０５は、アンテナ８０４で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流
、例えば、半波２倍圧整流し、後段の容量素子により、整流された信号を平滑化すること
で入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路８０５の入力側または出力側に
は、リミッタ回路を有してもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が大きく、内
部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないように制御す
るための回路である。
【０３４３】
定電圧回路８０６は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するための
回路である。なお、定電圧回路８０６は、内部にリセット信号生成回路を有していてもよ
い。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、論理回路８０
９のリセット信号を生成するための回路である。
【０３４４】
復調回路８０７は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成す
るための回路である。また、変調回路８０８は、アンテナ８０４より出力するデータに応
じて変調をおこなうための回路である。
【０３４５】
論理回路８０９は復調信号を解析し、処理を行うための回路である。記憶回路８１０は、
入力された情報を保持する回路であり、ロウデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを
有する。また、ＲＯＭ８１１は、固有番号（ＩＤ）などを格納し、処理に応じて出力を行
うための回路である。
【０３４６】
なお、上述の各回路は、適宜、取捨することができる。
【０３４７】
記憶回路８１０に上述した記憶装置を用いることができる。本発明の一態様に係る記憶装
置は、電源が遮断された状態であっても情報を保持できるため、ＲＦタグに好適である。
さらに本発明の一態様に係る記憶装置は、データの書き込みに必要な電力（電圧）が従来
の不揮発性メモリに比べて低いため、データの読み出し時と書込み時の最大通信距離の差
を生じさせないことも可能である。さらに、データの書き込み時に電力が不足し、誤動作
または誤書込みが生じることを抑制することができる。
【０３４８】
また、本発明の一態様に係る記憶装置は、不揮発性メモリとして用いることが可能である
ため、ＲＯＭ８１１に適用することもできる。その場合には、生産者がＲＯＭ８１１にデ
ータを書き込むためのコマンドを別途用意し、ユーザが自由に書き換えできないようにし
ておくことが好ましい。生産者が出荷前に固有番号を書込んだのちに製品を出荷すること
で、作製したＲＦタグすべてについて固有番号を付与するのではなく、出荷する良品にの
み固有番号を割り当てることが可能となり、出荷後の製品の固有番号が不連続になること
がなく出荷後の製品に対応した顧客管理が容易となる。
【０３４９】
本発明の一態様に係るＲＦタグの使用例について図２６を用いて説明する。ＲＦタグの用
途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券、運転免許証や住民票
などの証書（図２６（Ａ）参照。）、ＤＶＤソフトやビデオテープなどの記録媒体（図２
６（Ｂ）参照。）、皿やコップや瓶などの容器（図２６（Ｃ）参照。）、包装紙や箱やリ
ボンなどの包装用品、自転車などの移動体（図２６（Ｄ）参照。）、鞄や眼鏡などの身の
回り品、植物、動物、人体、衣類、生活用品、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機器
（例えば、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置、または携帯電話。）などの
物品、もしくは各物品に取り付ける荷札（図２６（Ｅ）および図２６（Ｆ）参照。）など
に設けて使用することができる。
【０３５０】
本発明の一態様に係るＲＦタグ８００は、表面に貼る、または埋め込むことにより、物品
に固定される。例えば、本であれば紙に埋め込み、有機樹脂からなるパッケージであれば
当該有機樹脂の内部に埋め込み、各物品に固定される。本発明の一態様に係るＲＦタグ８
００は、小型、薄型、軽量を実現するため、物品に固定した後もその物品自体のデザイン
性を損なうことがない。また、紙幣、硬貨、有価証券、無記名債券、または証書などに本
発明の一態様に係るＲＦタグ８００により、認証機能を付与することができ、この認証機
能を活用すれば、偽造を防止することができる。また、包装用容器、記録媒体、身の回り
品、衣類、生活用品、または電子機器などに本発明の一態様に係るＲＦタグ８００を取り
付けることにより、検品システムなどのシステムの効率化を図ることができる。また、移
動体に本発明の一態様に係るＲＦタグ８００を取り付けることにより、盗難などに対する
セキュリティ性を高めることができる。以上のように、本発明の一態様に係るＲＦタグ８
００は、上述したような各用途に用いることができる。
【０３５１】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０３５２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器の一例について説
明する。
【０３５３】
本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置
、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッ
サ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶さ
れた静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープ
レコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機
、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲー
ム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、
音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高
周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エ
アコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾
燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐
中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さ
らに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、
電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙
げられる。また、燃料を用いたエンジンや、蓄電体からの電力を用いて電動機により推進
する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば、
電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグ
インハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電
動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小
型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑
星探査機、宇宙船などが挙げられる。
【０３５４】
図２７（Ａ）に示す携帯型ゲーム機２９００は、筐体２９０１、筐体２９０２、表示部２
９０３、表示部２９０４、マイクロホン２９０５、スピーカ２９０６、操作キー２９０７
等を有する。なお、図２７（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部２９０３と表
示部２９０４とを有しているが、表示部の数は、これに限定されない。表示部２９０３は
、入力装置としてタッチスクリーンが設けられており、スタイラス２９０８等により操作
可能となっている。
【０３５５】
図２７（Ｂ）に示す情報端末２９１０は、筐体２９１１に、表示部２９１２、マイク２９
１７、スピーカ部２９１４、カメラ２９１３、外部接続部２９１６、および操作用のボタ
ン２９１５等を有する。表示部２９１２には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよび
タッチスクリーンを備える。情報端末２９１０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、
タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用
いることができる。
【０３５６】
図２７（Ｃ）に示すノート型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１、表示部
２９２２、キーボード２９２３、およびポインティングデバイス２９２４等を有する。
【０３５７】
図２７（Ｄ）に示すビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１、筐体２９４２、表示部２９
４３、操作キー２９４４、レンズ２９４５、および接続部２９４６等を有する。操作キー
２９４４およびレンズ２９４５は筐体２９４１に設けられており、表示部２９４３は筐体
２９４２に設けられている。そして、筐体２９４１と筐体２９４２は、接続部２９４６に
より接続されており、筐体２９４１と筐体２９４２の間の角度は、接続部２９４６により
変えることが可能な構造となっている。筐体２９４１に対する筐体２９４２の角度によっ
て、表示部２９４３に表示される画像の向きの変更や、画像の表示／非表示の切り換えを
行うことができる。
【０３５８】
図２７（Ｅ）にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末２９５０は、筐体２９５１
、および表示部２９５２等を有する。表示部２９５２は、曲面を有する筐体２９５１に支
持されている。表示部２９５２には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、
フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末２９５０を提供することができる。
【０３５９】
図２７（Ｆ）に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末２９６０は、筐体２９６１、
表示部２９６２、バンド２９６３、バックル２９６４、操作ボタン２９６５、入出力端子
２９６６などを備える。情報端末２９６０は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成
、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを
実行することができる。
【０３６０】
表示部２９６２の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができ
る。また、表示部２９６２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れるこ
とで操作することができる。例えば、表示部２９６２に表示されたアイコン２９６７に触
れることで、アプリケーションを起動することができる。操作ボタン２９６５は、時刻設
定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び
解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、
情報端末２９６０に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン２９６５
の機能を設定することもできる。
【０３６１】
また、情報端末２９６０は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である
。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話
することもできる。また、情報端末２９６０は入出力端子２９６６を備え、他の情報端末
とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子２９６
６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子２９６６を介さずに無
線給電により行ってもよい。
【０３６２】
図２７（Ｇ）に家庭用電気製品の一例として電気冷蔵庫を示す。電気冷蔵庫２９７０は、
筐体２９７１、冷蔵室用扉２９７２、および冷凍室用扉２９７３等を有する。
【０３６３】
図２７（Ｈ）は、自動車の一例を示す外観図である。自動車２９８０は、車体２９８１、
車輪２９８２、ダッシュボード２９８３、およびライト２９８４等を有する。
【０３６４】
本実施の形態に示す電子機器には、上述したトランジスタまたは上述した半導体装置など
が搭載されている。
【０３６５】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【０３６６】
（実施の形態４）
本実施の形態では、スパッタリング用ターゲットを設置することが可能な成膜室を有する
成膜装置（スパッタリング装置）について説明する。本実施の形態に示す成膜装置は、平
行平板型のスパッタリング装置や、対向ターゲット式のスパッタリング装置などに用いる
ことができる。
【０３６７】
対向ターゲット式のスパッタリング装置を用いた成膜では、被形成面へのダメージが小さ
くできるため、結晶性の高い膜を得やすい。即ち、ＣＡＡＣ−ＯＳなどの成膜には、対向
ターゲット式のスパッタリング装置を用いることが好ましい場合がある。
【０３６８】
なお、平行平板型スパッタリング装置を用いた成膜法を、ＰＥＳＰ（Ｐａｒａｌｌｅｌ  
Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）と呼ぶこともできる。また、対向ターゲッ
ト式スパッタリング装置を用いた成膜法を、ＶＤＳＰ（Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏ
ｎ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）と呼ぶこともできる。
【０３６９】
まず、成膜時などに膜中に不純物の混入が少ない成膜装置の構成について図３３および図
３４を用いて説明する。
【０３７０】
図３３は、枚葉式マルチチャンバーの成膜装置２７００の上面図を模式的に示している。
成膜装置２７００は、基板を収容するカセットポート２７６１と、基板のアライメントを
行うアライメントポート２７６２と、を備える大気側基板供給室２７０１と、大気側基板
供給室２７０１から、基板を搬送する大気側基板搬送室２７０２と、基板の搬入を行い、
かつ室内の圧力を大気圧から減圧、または減圧から大気圧へ切り替えるロードロック室２
７０３ａと、基板の搬出を行い、かつ室内の圧力を減圧から大気圧、または大気圧から減
圧へ切り替えるアンロードロック室２７０３ｂと、真空中の基板の搬送を行う搬送室２７
０４と、基板の加熱を行う基板加熱室２７０５と、ターゲットが配置され成膜を行う成膜
室２７０６ａ、成膜室２７０６ｂおよび成膜室２７０６ｃと、を有する。なお、成膜室２
７０６ａ、成膜室２７０６ｂおよび成膜室２７０６ｃは、後述する成膜室の構成を参酌す
ることができる。
【０３７１】
また、大気側基板搬送室２７０２は、ロードロック室２７０３ａおよびアンロードロック
室２７０３ｂと接続され、ロードロック室２７０３ａおよびアンロードロック室２７０３
ｂは、搬送室２７０４と接続され、搬送室２７０４は、基板加熱室２７０５、成膜室２７
０６ａ、成膜室２７０６ｂおよび成膜室２７０６ｃと接続する。
【０３７２】
なお、各室の接続部にはゲートバルブ２７６４が設けられており、大気側基板供給室２７
０１と、大気側基板搬送室２７０２を除き、各室を独立して真空状態に保持することがで
きる。また、大気側基板搬送室２７０２および搬送室２７０４は、搬送ロボット２７６３
を有し、基板を搬送することができる。
【０３７３】
また、基板加熱室２７０５は、プラズマ処理室を兼ねると好ましい。成膜装置２７００は
、処理と処理の間で基板を大気暴露することなく搬送することが可能なため、基板に不純
物が吸着することを抑制できる。また、成膜や熱処理などの順番を自由に構築することが
できる。なお、搬送室、成膜室、ロードロック室、アンロードロック室および基板加熱室
は、上述の数に限定されず、設置スペースやプロセス条件に合わせて、適宜最適な数を設
けることができる。
【０３７４】
次に、図３３に示す成膜装置２７００の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２、およ
び一点鎖線Ｙ２−Ｙ３に相当する断面を図３４に示す。
【０３７５】
図３４（Ａ）は、基板加熱室２７０５と、搬送室２７０４の断面を示しており、基板加熱
室２７０５は、基板を収容することができる複数の加熱ステージ２７６５を有している。
なお、基板加熱室２７０５は、バルブを介して真空ポンプ２７７０と接続されている。真
空ポンプ２７７０としては、例えば、ドライポンプ、およびメカニカルブースターポンプ
等を用いることができる。
【０３７６】
また、基板加熱室２７０５に用いることのできる加熱機構としては、例えば、抵抗発熱体
などを用いて加熱する加熱機構としてもよい。または、加熱されたガスなどの媒体からの
熱伝導または熱輻射によって、加熱する加熱機構としてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａ
ｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  
Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅ
ａｌ）を用いることができる。ＬＲＴＡは、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キ
セノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプな
どのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する。ＧＲＴＡは、高
温のガスを用いて熱処理を行う。ガスとしては、不活性ガスが用いられる。
【０３７７】
また、基板加熱室２７０５は、マスフローコントローラ２７８０を介して、精製機２７８
１と接続される。なお、マスフローコントローラ２７８０および精製機２７８１は、ガス
種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。基板加熱室２７０５に
導入されるガスは、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下であるガスを用いる
ことができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス（アルゴンガスなど）を用いる
。
【０３７８】
搬送室２７０４は、搬送ロボット２７６３を有している。搬送ロボット２７６３は、各室
へ基板を搬送することができる。また、搬送室２７０４は、バルブを介して真空ポンプ２
７７０と、クライオポンプ２７７１と、接続されている。このような構成とすることで、
搬送室２７０４は、大気圧から低真空または中真空（０．１から数百Ｐａ程度）まで真空
ポンプ２７７０を用いて排気され、バルブを切り替えて中真空から高真空または超高真空
（０．１Ｐａから１×１０−７Ｐａ）まではクライオポンプ２７７１を用いて排気される
。
【０３７９】
また、例えば、クライオポンプ２７７１は、搬送室２７０４に対して２台以上並列に接続
してもよい。このような構成とすることで、１台のクライオポンプがリジェネ中であって
も、残りのクライオポンプを使って排気することが可能となる。なお、上述したリジェネ
とは、クライオポンプ内にため込まれた分子（または原子）を放出する処理をいう。クラ
イオポンプは、分子（または原子）をため込みすぎると排気能力が低下してくるため、定
期的にリジェネが行われる。
【０３８０】
図３４（Ｂ）は、成膜室２７０６ｂと、搬送室２７０４と、ロードロック室２７０３ａの
断面を示している。
【０３８１】
ここで、図３４（Ｂ）を用いて、成膜室（スパッタリング室）の詳細について説明する。
図３４（Ｂ）に示す成膜室２７０６ｂは、ターゲット２７６６ａと、ターゲット２７６６
ｂと、ターゲットシールド２７６７ａと、ターゲットシールド２７６７ｂと、マグネット
ユニット２７９０ａと、マグネットユニット２７９０ｂと、基板ホルダ２７６８と、電源
２７９１と、を有する。図示しないが、ターゲット２７６６ａおよびターゲット２７６６
ｂは、それぞれバッキングプレートを介してターゲットホルダに固定される。また、ター
ゲット２７６６ａおよびターゲット２７６６ｂには、電源２７９１が電気的に接続されて
いる。マグネットユニット２７９０ａおよびマグネットユニット２７９０ｂは、それぞれ
ターゲット２７６６ａおよびターゲット２７６６ｂの背面に配置される。ターゲットシー
ルド２７６７ａおよびターゲットシールド２７６７ｂは、それぞれターゲット２７６６ａ
およびターゲット２７６６ｂの端部を囲うように配置される。なお、ここでは基板ホルダ
２７６８には、基板２７６９が支持されている。基板ホルダ２７６８は、可変部材２７８
４を介して成膜室２７０６ｂに固定される。可変部材２７８４によって、ターゲット２７
６６ａとターゲット２７６６ｂとの間の領域（ターゲット間領域ともいう。）まで基板ホ
ルダ２７６８を移動させることができる。例えば、基板２７６９を支持した基板ホルダ２
７６８をターゲット間領域に配置することによって、プラズマによる損傷を低減できる場
合がある。また、基板ホルダ２７６８は、図示しないが、基板２７６９を保持する基板保
持機構や、基板２７６９を背面から加熱するヒーター等を備えていてもよい。
【０３８２】
また、ターゲットシールド２７６７によって、ターゲット２７６６からスパッタリングさ
れる粒子が不要な領域に堆積することを抑制できる。ターゲットシールド２７６７は、累
積されたスパッタ粒子が剥離しないように、加工することが望ましい。例えば、表面粗さ
を増加させるブラスト処理、またはターゲットシールド２７６７の表面に凹凸を設けても
よい。
【０３８３】
また、成膜室２７０６ｂは、ガス加熱機構２７８２を介してマスフローコントローラ２７
８０と接続され、ガス加熱機構２７８２はマスフローコントローラ２７８０を介して精製
機２７８１と接続される。ガス加熱機構２７８２により、成膜室２７０６ｂに導入される
ガスを４０℃以上４００℃以下、好ましくは５０℃以上２００℃以下に加熱することがで
きる。なお、ガス加熱機構２７８２、マスフローコントローラ２７８０、および精製機２
７８１は、ガス種の数だけ設けられるが、理解を容易にするため一つのみを示す。成膜室
２７０６ｂに導入されるガスは、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である
ガスを用いることができ、例えば、酸素ガス、窒素ガス、および希ガス（アルゴンガスな
ど）を用いる。
【０３８４】
なお、ガスの導入口の直前に精製機を設ける場合、精製機から成膜室２７０６ｂまでの配
管の長さを１０ｍ以下、好ましくは５ｍ以下、さらに好ましくは１ｍ以下とする。配管の
長さを１０ｍ以下、５ｍ以下または１ｍ以下とすることで、配管からの放出ガスの影響を
長さに応じて低減できる。さらに、ガスの配管には、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化
クロムなどで内部が被覆された金属配管を用いるとよい。前述の配管は、例えばＳＵＳ３
１６Ｌ−ＥＰ配管と比べ、不純物を含むガスの放出量が少なく、ガスへの不純物の入り込
みを低減できる。また、配管の継手には、高性能超小型メタルガスケット継手（ＵＰＧ継
手）を用いるとよい。また、配管を全て金属で構成することで、樹脂等を用いた場合と比
べ、生じる放出ガスおよび外部リークの影響を低減できて好ましい。
【０３８５】
また、成膜室２７０６ｂは、バルブを介してターボ分子ポンプ２７７２および真空ポンプ
２７７０と接続される。
【０３８６】
また、成膜室２７０６ｂは、クライオトラップ２７５１が設けられる。
【０３８７】
クライオトラップ２７５１は、水などの比較的融点の高い分子（または原子）を吸着する
ことができる機構である。ターボ分子ポンプ２７７２は大きいサイズの分子（または原子
）を安定して排気し、かつメンテナンスの頻度が低いため、生産性に優れる一方、水素や
水の排気能力が低い。そこで、水などに対する排気能力を高めるため、クライオトラップ
２７５１が成膜室２７０６ｂに接続された構成としている。クライオトラップ２７５１の
冷凍機の温度は１００Ｋ以下、好ましくは８０Ｋ以下とする。また、クライオトラップ２
７５１が複数の冷凍機を有する場合、冷凍機ごとに温度を変えると、効率的に排気するこ
とが可能となるため好ましい。例えば、１段目の冷凍機の温度を１００Ｋ以下とし、２段
目の冷凍機の温度を２０Ｋ以下とすればよい。なお、クライオトラップに替えて、チタン
サブリメーションポンプを用いることで、さらに高真空とすることができる場合がある。
また、クライオポンプやターボ分子ポンプに替えてイオンポンプを用いることでもさらに
高真空とすることができる場合がある。
【０３８８】
なお、成膜室２７０６ｂの排気方法は、これに限定されず、先の搬送室２７０４に示す排
気方法（クライオポンプと真空ポンプとの排気方法）と同様の構成としてもよい。もちろ
ん、搬送室２７０４の排気方法を成膜室２７０６ｂと同様の構成（ターボ分子ポンプと真
空ポンプとの排気方法）としてもよい。
【０３８９】
なお、上述した搬送室２７０４、基板加熱室２７０５、および成膜室２７０６ｂの背圧（
全圧）、ならびに各気体分子（原子）の分圧は、以下の通りとすると好ましい。とくに、
形成される膜中に不純物が混入され得る可能性があるので、成膜室２７０６ｂの背圧、な
らびに各気体分子（原子）の分圧には注意する必要がある。
【０３９０】
上述した各室の背圧（全圧）は、１×１０−４Ｐａ以下、好ましくは３×１０−５Ｐａ以
下、さらに好ましくは１×１０−５Ｐａ以下である。上述した各室の質量電荷比（ｍ／ｚ
）が１８である気体分子（原子）の分圧は、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１０
−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下である。また、上述した各室のｍ
／ｚが２８である気体分子（原子）の分圧は、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×１
０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下である。また、上述した各室の
ｍ／ｚが４４である気体分子（原子）の分圧は、３×１０−５Ｐａ以下、好ましくは１×
１０−５Ｐａ以下、さらに好ましくは３×１０−６Ｐａ以下である。
【０３９１】
なお、真空チャンバー内の全圧および分圧は、質量分析計を用いて測定することができる
。例えば、株式会社アルバック製四重極形質量分析計（Ｑ−ｍａｓｓともいう。）Ｑｕｌ
ｅｅ  ＣＧＭ−０５１を用いればよい。
【０３９２】
また、上述した搬送室２７０４、基板加熱室２７０５、および成膜室２７０６ｂは、外部
リークまたは内部リークが少ない構成とすることが望ましい。
【０３９３】
例えば、上述した搬送室２７０４、基板加熱室２７０５、および成膜室２７０６ｂのリー
クレートは、３×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ
以下である。また、ｍ／ｚが１８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０−７
Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは３×１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚ
が２８である気体分子（原子）のリークレートが１×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ま
しくは１×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下である。また、ｍ／ｚが４４である気体分子（原
子）のリークレートが３×１０−６Ｐａ・ｍ３／ｓ以下、好ましくは１×１０−６Ｐａ・
ｍ３／ｓ以下である。
【０３９４】
なお、リークレートに関しては、前述の質量分析計を用いて測定した全圧および分圧から
導出すればよい。
【０３９５】
リークレートは、外部リークおよび内部リークに依存する。外部リークは、微小な穴やシ
ール不良などによって真空系外から気体が流入することである。内部リークは、真空系内
のバルブなどの仕切りからの漏れや内部の部材からの放出ガスに起因する。リークレート
を上述の数値以下とするために、外部リークおよび内部リークの両面から対策をとる必要
がある。
【０３９６】
例えば、成膜室２７０６ｂの開閉部分はメタルガスケットでシールするとよい。メタルガ
スケットは、フッ化鉄、酸化アルミニウム、または酸化クロムによって被覆された金属を
用いると好ましい。メタルガスケットはＯリングと比べ密着性が高く、外部リークを低減
できる。また、フッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなどによって被覆された金属の
不動態を用いることで、メタルガスケットから放出される不純物を含む放出ガスが抑制さ
れ、内部リークを低減することができる。
【０３９７】
また、成膜装置２７００を構成する部材として、不純物を含む放出ガスの少ないアルミニ
ウム、クロム、チタン、ジルコニウム、ニッケルまたはバナジウムを用いる。また、前述
の部材を鉄、クロムおよびニッケルなどを含む合金に被覆して用いてもよい。鉄、クロム
およびニッケルなどを含む合金は、剛性があり、熱に強く、また加工に適している。ここ
で、表面積を小さくするために部材の表面凹凸を研磨などによって低減しておくと、放出
ガスを低減できる。
【０３９８】
または、前述の成膜装置２７００の部材をフッ化鉄、酸化アルミニウム、酸化クロムなど
で被覆してもよい。
【０３９９】
成膜装置２７００の部材は、極力金属のみで構成することが好ましく、例えば石英などで
構成される覗き窓などを設置する場合も、放出ガスを抑制するために表面をフッ化鉄、酸
化アルミニウム、酸化クロムなどで薄く被覆するとよい。
【０４００】
成膜室に存在する吸着物は、内壁などに吸着しているために成膜室の圧力に影響しないが
、成膜室を排気した際のガス放出の原因となる。そのため、リークレートと排気速度に相
関はないものの、排気能力の高いポンプを用いて、成膜室に存在する吸着物をできる限り
脱離し、あらかじめ排気しておくことは重要である。なお、吸着物の脱離を促すために、
成膜室をベーキングしてもよい。ベーキングすることで吸着物の脱離速度を１０倍程度大
きくすることができる。ベーキングは１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。このとき
、不活性ガスを成膜室に導入しながら吸着物の除去を行うと、排気するだけでは脱離しに
くい水などの脱離速度をさらに大きくすることができる。なお、導入する不活性ガスをベ
ーキングの温度と同程度に加熱することで、吸着物の脱離速度をさらに高めることができ
る。ここで不活性ガスとして希ガスを用いると好ましい。また、成膜する膜種によっては
不活性ガスの代わりに酸素などを用いても構わない。例えば、酸化物を成膜する場合は、
主成分である酸素を用いた方が好ましい場合もある。なお、ベーキングは、ランプを用い
て行うと好ましい。
【０４０１】
または、加熱した希ガスなどの不活性ガスまたは酸素などを導入することで成膜室内の圧
力を高め、一定時間経過後に再び成膜室を排気する処理を行うと好ましい。加熱したガス
の導入により成膜室内の吸着物を脱離させることができ、成膜室内に存在する不純物を低
減することができる。なお、この処理は２回以上３０回以下、好ましくは５回以上１５回
以下の範囲で繰り返し行うと効果的である。具体的には、温度が４０℃以上４００℃以下
、好ましくは５０℃以上２００℃以下である不活性ガスまたは酸素などを導入することで
成膜室内の圧力を０．１Ｐａ以上１０ｋＰａ以下、好ましくは１Ｐａ以上１ｋＰａ以下、
さらに好ましくは５Ｐａ以上１００Ｐａ以下とし、圧力を保つ期間を１分以上３００分以
下、好ましくは５分以上１２０分以下とすればよい。その後、成膜室を５分以上３００分
以下、好ましくは１０分以上１２０分以下の期間排気する。
【０４０２】
また、ダミー成膜を行うことでも吸着物の脱離速度をさらに高めることができる。ダミー
成膜とは、ダミー基板に対してスパッタリング法などによる成膜を行うことで、ダミー基
板および成膜室内壁に膜を堆積させ、成膜室内の不純物および成膜室内壁の吸着物を膜中
に閉じこめることをいう。ダミー基板は、放出ガスの少ない基板が好ましい。ダミー成膜
を行うことで、後に成膜される膜中の不純物濃度を低減することができる。なお、ダミー
成膜はベーキングと同時に行ってもよい。
【０４０３】
次に、図３４（Ｂ）に示す搬送室２７０４、およびロードロック室２７０３ａと、図３４
（Ｃ）に示す大気側基板搬送室２７０２、および大気側基板供給室２７０１の詳細につい
て以下説明を行う。なお、図３４（Ｃ）は、大気側基板搬送室２７０２、および大気側基
板供給室２７０１の断面を示している。
【０４０４】
図３４（Ｂ）に示す搬送室２７０４については、図３４（Ａ）に示す搬送室２７０４の記
載を参照する。
【０４０５】
ロードロック室２７０３ａは、基板受け渡しステージ２７５２を有する。ロードロック室
２７０３ａは、減圧状態から大気まで圧力を上昇させ、ロードロック室２７０３ａの圧力
が大気圧になった時に、大気側基板搬送室２７０２に設けられている搬送ロボット２７６
３から基板受け渡しステージ２７５２に基板を受け取る。その後、ロードロック室２７０
３ａを真空引きし、減圧状態としたのち、搬送室２７０４に設けられている搬送ロボット
２７６３が基板受け渡しステージ２７５２から基板を受け取る。
【０４０６】
また、ロードロック室２７０３ａは、バルブを介して真空ポンプ２７７０、およびクライ
オポンプ２７７１と接続されている。真空ポンプ２７７０、およびクライオポンプ２７７
１の排気系の接続方法は、搬送室２７０４の接続方法を参考とすることで接続できるため
、ここでの説明は省略する。なお、図３３に示すアンロードロック室２７０３ｂは、ロー
ドロック室２７０３ａと同様の構成とすることができる。
【０４０７】
大気側基板搬送室２７０２は、搬送ロボット２７６３を有する。搬送ロボット２７６３に
より、カセットポート２７６１とロードロック室２７０３ａとの基板の受け渡しを行うこ
とができる。また、大気側基板搬送室２７０２、および大気側基板供給室２７０１の上方
にＨＥＰＡフィルタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ａｉ
ｒ  Ｆｉｌｔｅｒ）等のゴミまたはパーティクルを清浄化するための機構を設けてもよい
。
【０４０８】
大気側基板供給室２７０１は、複数のカセットポート２７６１を有する。カセットポート
２７６１は、複数の基板を収容することができる。
【０４０９】
ターゲットは、表面温度が１００℃以下、好ましくは５０℃以下、さらに好ましくは室温
程度（代表的には２５℃）とする。大面積の基板に対応するスパッタリング装置では大面
積のターゲットを用いることが多い。ところが、大面積に対応した大きさのターゲットを
つなぎ目なく作製することは困難である。現実には複数のターゲットをなるべく隙間のな
いように並べて大きな形状としているが、どうしても僅かな隙間が生じてしまう。こうし
た僅かな隙間から、ターゲットの表面温度が高まることで亜鉛などが揮発し、徐々に隙間
が広がっていくことがある。隙間が広がると、バッキングプレートや、バッキングプレー
トとターゲットとの接合に用いているボンディング材の金属がスパッタリングされること
があり、不純物濃度を高める要因となる。したがって、ターゲットは、十分に冷却されて
いることが好ましい。
【０４１０】
具体的には、バッキングプレートとして、高い導電性および高い放熱性を有する金属（具
体的には銅）を用いる。また、バッキングプレート内に水路を形成し、水路に十分な量の
冷却水を流すことで、効率的にターゲットを冷却できる。
【０４１１】
なお、ターゲットが亜鉛を含む場合、酸素ガス雰囲気で成膜することにより、プラズマダ
メージが軽減され、亜鉛の揮発が起こりにくい酸化物を得ることができる。
【０４１２】
上述した成膜装置を用いることで、水素濃度が、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅ
ｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、２×１０２
０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ま
しくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ３以下である酸化物半導体を成膜することができる。
【０４１３】
また、窒素濃度が、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましく
は１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である酸化物半導体を成
膜することができる。
【０４１４】
また、炭素濃度が、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましく
は５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である酸化物半導体を成
膜することができる。
【０４１５】
また、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析によるｍ／ｚが２（水素分子など）である気体分子（原子）、ｍ
／ｚが１８である気体分子（原子）、ｍ／ｚが２８である気体分子（原子）およびｍ／ｚ
が４４である気体分子（原子）の放出量が、それぞれ１×１０１９個／ｃｍ３以下、好ま
しくは１×１０１８個／ｃｍ３以下である酸化物半導体を成膜することができる。
【０４１６】
以上の成膜装置を用いることで、酸化物半導体への不純物の混入を抑制できる。さらには
、以上の成膜装置を用いて、酸化物半導体に接する膜を成膜することで、酸化物半導体に
接する膜から酸化物半導体へ不純物が混入することを抑制できる。
【０４１７】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
【実施例１】
【０４１８】
前述したように、開口１２２をドライエッチング法によって形成した場合、露出した酸化
物半導体層１０４ｂ表面にエッチングガスの残留成分が付着する場合がある。本実施例で
は、開口１２２の形成後に行なう洗浄処理の効果について説明する。
【０４１９】
表１に、開口１２２形成時のエッチング処理を想定したプラズマ処理Ａ乃至Ｃの条件を示
す。表２に、開口１２２の形成後に行なう洗浄処理を想定した洗浄処理Ａ乃至Ｃの条件を
示す。
【０４２０】
【表１】
2020113775.tif 000003
【０４２１】
【表２】
2020113775.tif 000004
【０４２２】
まず、単結晶シリコンを用いた基板９０１上に、厚さ１００ｎｍの酸化物半導体層９０２
を形成した試料９００を１３試料作製した（図３５参照。）。酸化物半導体層９０２は、
原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のスパッタリングターゲットを用いて形成した
。
【０４２３】
次に、４つの試料９００について、プラズマ処理Ａ（ＩＣＰ法によるプラズマ処理、下部
電極設定温度７０℃、使用ガスＢＣｌ３、ガス流量８０ｓｃｃｍ、圧力１．２Ｐａ、ＩＣ
Ｐ電力４５０Ｗ、バイアス電力１００Ｗ、処理時間３０秒）で酸化物半導体層９０２の表
面を処理した。さらにその中の３試料を用いて、洗浄処理Ａ（エキシマＵＶ照射、ＵＶ光
波長１７２ｎｍ、５ｍｍ／ｓｅｃ、１０回）を行なった試料９１２、洗浄処理Ｂ（ＵＶオ
ゾン処理、波長１８４．９ｎｍと波長２５３．７ｎｍのＵＶ光を同時に使用、処理時間６
０秒）を行なった試料９１３、洗浄処理Ｃ（希フッ酸処理、０．５ｗｔ％フッ化水素酸を
純水で１００倍に希釈した溶液を使用、処理時間１５秒）を行なった試料９１４を作製し
た。なお、プラズマ処理Ａのみを行い、洗浄処理を行わない残りの１試料を「試料９１１
」と呼ぶ。
【０４２４】
次に、上記とは別の４つの試料９００について、プラズマ処理Ｂ（ＩＣＰ法によるプラズ
マ処理、下部電極設定温度７０℃、使用ガスＣＨ４とＡｒの混合ガス、ＣＨ４ガス流量１
６ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量３２ｓｃｃｍ、圧力１．２Ｐａ、ＩＣＰ電力４５０Ｗ，バイア
ス電力１００Ｗ、処理時間３０秒）で酸化物半導体層９０２の表面を処理した。さらにそ
の中の３試料を用いて、洗浄処理Ａを行なった試料９２２、洗浄処理Ｂを行なった試料９
２３、洗浄処理Ｃを行なった試料９２４を作製した。なお、プラズマ処理Ｂのみを行い、
洗浄処理を行わない残りの１試料を「試料９２１」と呼ぶ。
【０４２５】
次に、上記とは別の４つの試料９００について、プラズマ処理Ｃ（ＤＦ−ＣＣＰ法による
プラズマ処理、下部電極設定温度２０℃、使用ガスＣＨ４とＡｒの混合ガス、ＣＨ４ガス
流量１２．５ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量７５ｓｃｃｍ、圧力０．６Ｐａ、上部電力１０００
Ｗ、下部電力４００Ｗ、処理時間３０秒）で酸化物半導体層９０２の表面を処理した。さ
らにその中の３試料を用いて、洗浄処理Ａを行なった試料９３２、洗浄処理Ｂを行なった
試料９３３、洗浄処理Ｃを行なった試料９３４をそれぞれ作製した。なお、プラズマ処理
Ｃのみを行い、洗浄処理を行わない残りの１試料を「試料９３１」と呼ぶ。
【０４２６】
試料９００、試料９１１乃至試料９１４、試料９２１乃至試料９２４、および試料９３１
乃至試料９３４について、ＳＩＭＳを行なった。なお、図３５に示す矢印は、分析方向を
示している。
【０４２７】
図３６（Ａ）および図３６（Ｂ）は、試料９００、および試料９１１乃至試料９１４の分
析結果である。図３６（Ａ）および図３６（Ｂ）の横軸は、酸化物半導体層９０２表面か
らの深さを示し、縦軸は塩素原子の濃度を示している。図３６（Ｂ）は、図３６（Ａ）中
の深さ０ｎｍ乃至２５ｎｍの領域を拡大したグラフである。
【０４２８】
なお、試料９１１乃至試料９１４は、プラズマ処理および洗浄処理により、酸化物半導体
層９０２の厚さが減少している。よって、図３６（Ａ）中の深さ７５ｎｍから８５ｎｍに
ある試料９１１乃至試料９１４のピークは、酸化物半導体層９０２と基板９０１の界面を
示している。また、図３６（Ａ）および図３６（Ｂ）において、塩素原子の濃度のバック
グラウンドレベルは１．４８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【０４２９】
図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）は、試料９００、および試料９２１乃至試料９２４の分
析結果である。図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）の横軸は、酸化物半導体層９０２表面か
らの深さを示し、縦軸は水素原子の濃度を示している。図３７（Ｂ）は、図３７（Ａ）中
の深さ０ｎｍ乃至２５ｎｍの領域を拡大したグラフである。
【０４３０】
なお、試料９２１乃至試料９２４は、プラズマ処理および洗浄処理により、酸化物半導体
層９０２の厚さが減少している。よって、図３７（Ａ）中の深さ７５ｎｍから８５ｎｍに
ある試料９２１乃至試料９２４のピークは、酸化物半導体層９０２と基板９０１の界面を
示している。また、図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）において、水素原子の濃度のバック
グラウンドレベルは１．４７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【０４３１】
図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）は、試料９００、および試料９３１乃至試料９３４の分
析結果である。図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）の横軸は、酸化物半導体層９０２表面か
らの深さを示し、縦軸は水素原子の濃度を示している。図３８（Ｂ）は、図３８（Ａ）中
の深さ０ｎｍ乃至２５ｎｍの領域を拡大したグラフである。
【０４３２】
なお、試料９３１乃至試料９３４は、プラズマ処理および洗浄処理により、酸化物半導体
層９０２の厚さが減少している。よって、図３８（Ａ）中の深さ６５ｎｍから７５ｎｍに
ある試料９３１乃至試料９３４のピークは、酸化物半導体層９０２と基板９０１の界面を
示している。また、図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）において、水素原子の濃度のバック
グラウンドレベルは１．４７×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である。
【０４３３】
図３６から、プラズマ処理Ａを行なうことにより、試料表面または試料表面近傍の塩素濃
度が増加していることがわかる（試料９１１）。また、試料表面または試料表面近傍の塩
素は、洗浄処理により減少することがわかる（試料９１２乃至試料９１４）。洗浄処理Ａ
乃至洗浄処理Ｃいずれの洗浄処理においても、試料表面または試料表面近傍から塩素を除
去する効果が確認できる。
【０４３４】
図３７から、プラズマ処理Ｂを行なうことにより、試料表面または試料表面近傍の水素濃
度が増加していることがわかる（試料９２１）。また、試料表面または試料表面近傍の水
素は、洗浄処理により減少することがわかる（試料９２２乃至試料９２４）。洗浄処理Ａ
乃至洗浄処理Ｃいずれの洗浄処理においても、試料表面または試料表面近傍から水素を除
去する効果が確認できる。
【０４３５】
図３８から、プラズマ処理Ｃを行なうことにより、試料表面または試料表面近傍の水素濃
度が増加していることがわかる（試料９３１）。また、試料表面または試料表面近傍の水
素は、洗浄処理により減少することがわかる（試料９３２乃至試料９３４）。洗浄処理Ａ
乃至洗浄処理Ｃいずれの洗浄処理においても、試料表面または試料表面近傍から水素を除
去する効果が確認できる。
【符号の説明】
【０４３６】
１００    トランジスタ
１０１    基板
１０２    絶縁層
１０３    絶縁層
１０４    酸化物半導体層
１０５    導電層
１０６    酸化物半導体層
１０７    絶縁層
１０８    絶縁層
１０９    電極
１１０    絶縁層
１１１    絶縁層
１１４    絶縁層
１１５    絶縁層
１１９    電極
１２１    領域
１２２    開口
１２３    導電層
１２５    導電層
１２７    絶縁層
１２８    絶縁層
１２９    導電層
１３１    層
１３２    ハードマスク
１５０    トランジスタ
１６０    トランジスタ
１７０    トランジスタ
２２０    ウェル
２２１    ｐ型半導体
２２３    ｎ型半導体
２２４    開口
２２５    開口
２５１    配線
２５２    配線
２５３    配線
２５４    配線
２５５    配線
２５６    ノード
２５７    容量素子
２７３    電極
２８１    トランジスタ
２８２    トランジスタ
２８３    チャネル形成領域
２８４    低濃度ｐ型不純物領域
２８５    高濃度ｐ型不純物領域
２８６    絶縁層
２８７    電極
２８８    側壁
２８９    トランジスタ
２９１    トランジスタ
３８２    Ｅｃ
３８６    Ｅｃ
３９０    トラップ準位
４００    半導体装置
４０１    基板
４０３    絶縁層
４０４    絶縁層
４０５    絶縁層
４０６    コンタクトプラグ
４０７    絶縁層
４１０    半導体装置
４１４    素子分離層
４１５    絶縁層
４２０    半導体装置
４２１    電極
４２２    電極
４２７    電極
４２９    電極
４４２    絶縁層
４７７    隔壁
４８７    配線
４８８    電極
４８９    コンタクトプラグ
６０１    光電変換素子
６０２    トランジスタ
６０３    トランジスタ
６０４    トランジスタ
６０５    トランジスタ
６０６    容量素子
６０７    ノード
６０８    配線
６０９    配線
６１０    撮像装置
６１１    配線
６８１    光電変換層
６８２    透光性導電層
６８６    電極
７０１    回路
７０２    回路
７０３    スイッチ
７０４    スイッチ
７０６    論理素子
７０７    容量素子
７０８    容量素子
７０９    トランジスタ
７１０    トランジスタ
７１３    トランジスタ
７１４    トランジスタ
７２０    回路
７３０    記憶素子
８００    ＲＦタグ
８０１    通信器
８０２    アンテナ
８０３    無線信号
８０４    アンテナ
８０５    整流回路
８０６    定電圧回路
８０７    復調回路
８０８    変調回路
８０９    論理回路
８１０    記憶回路
８１１    ＲＯＭ
９００    試料
９０１    基板
９０２    酸化物半導体層
９１１    試料
９１２    試料
９１３    試料
９１４    試料
９２１    試料
９２２    試料
９２３    試料
９２４    試料
９３１    試料
９３２    試料
９３３    試料
９３４    試料
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
１１９９    ＲＯＭ
１２８１    トランジスタ
１２８３    チャネル形成領域
１２８４    低濃度ｎ型不純物領域
１２８５    高濃度ｎ型不純物領域
２７００    成膜装置
２７０１    大気側基板供給室
２７０２    大気側基板搬送室
２７０４    搬送室
２７０５    基板加熱室
２７５１    クライオトラップ
２７５２    ステージ
２７６１    カセットポート
２７６２    アライメントポート
２７６３    搬送ロボット
２７６４    ゲートバルブ
２７６５    加熱ステージ
２７６６    ターゲット
２７６７    ターゲットシールド
２７６８    基板ホルダ
２７６９    基板
２７７０    真空ポンプ
２７７１    クライオポンプ
２７７２    ターボ分子ポンプ
２７８０    マスフローコントローラ
２７８１    精製機
２７８２    ガス加熱機構
２７８４    可変部材
２７９１    電源
２９００    携帯型ゲーム機
２９０１    筐体
２９０２    筐体
２９０３    表示部
２９０４    表示部
２９０５    マイクロホン
２９０６    スピーカ
２９０７    操作キー
２９０８    スタイラス
２９１０    情報端末
２９１１    筐体
２９１２    表示部
２９１３    カメラ
２９１４    スピーカ部
２９１５    ボタン
２９１６    外部接続部
２９１７    マイク
２９２０    ノート型パーソナルコンピュータ
２９２１    筐体
２９２２    表示部
２９２３    キーボード
２９２４    ポインティングデバイス
２９４０    ビデオカメラ
２９４１    筐体
２９４２    筐体
２９４３    表示部
２９４４    操作キー
２９４５    レンズ
２９４６    接続部
２９５０    情報端末
２９５１    筐体
２９５２    表示部
２９６０    情報端末
２９６１    筐体
２９６２    表示部
２９６３    バンド
２９６４    バックル
２９６５    操作ボタン
２９６６    入出力端子
２９６７    アイコン
２９７０    電気冷蔵庫
２９７１    筐体
２９７２    冷蔵室用扉
２９７３    冷凍室用扉
２９８０    自動車
２９８１    車体
２９８２    車輪
２９８３    ダッシュボード
２９８４    ライト
３１００    表示装置
３１２５    発光素子
３１３０    画素
３１３１    表示領域
３１３２    回路
３１３３    回路
３１３５    走査線
３１３６    信号線
３１３７    画素回路
３１５２    回路
３１５３    回路
３２３２    トランジスタ
３２３３    容量素子
３４３１    トランジスタ
３４３２    液晶素子
３４３４    トランジスタ
３４３５    ノード
３４３６    ノード
３４３７    ノード
５１００    ペレット
５１２０    基板
５１６１    領域
１００ａ    トランジスタ
１０４ａ    酸化物半導体層
１０４ｂ    酸化物半導体層
１０４ｃ    酸化物半導体層
１０５ａ    電極
１０５ｂ    電極
１０７ａ    領域
１１２ａ    コンタクトプラグ
１１２ｂ    コンタクトプラグ
１１２ｃ    コンタクトプラグ
１１２ｄ    コンタクトプラグ
１１３ａ    電極
１１３ｂ    電極
１１３ｃ    電極
１１５ａ    電極
１２２ａ    開口
１２２ｂ    開口
１２４ａ    酸化物半導体層
１２４ｂ    酸化物半導体層
１２４ｃ    酸化物半導体層
１２６ａ    開口
１２６ｂ    開口
１２６ｃ    開口
２７０３ａ    ロードロック室
２７０３ｂ    アンロードロック室
２７０６ａ    成膜室
２７０６ｂ    成膜室
２７０６ｃ    成膜室
２７６６ａ    ターゲット
２７６６ｂ    ターゲット
２７６７ａ    ターゲットシールド
２７６７ｂ    ターゲットシールド
２７９０ａ    マグネットユニット
２７９０ｂ    マグネットユニット
２８１ａ    トランジスタ
２８１ｂ    トランジスタ
２８２ａ    トランジスタ
２８２ｂ    トランジスタ
３８３ａ    Ｅｃ
３８３ｂ    Ｅｃ
３８３ｃ    Ｅｃ
４０６ａ    コンタクトプラグ
４０６ｂ    コンタクトプラグ
４０６ｃ    コンタクトプラグ
４１３ａ    電極
４１３ｂ    電極
４１３ｃ    電極
４１３ｄ    電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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