(57)【要約】【課題】安定した電気特性を有するトランジスタを提供する。または、非導通時の電流の小さいトランジスタを提供する。または、導通時の電流の大きいトランジスタを提供する。または、当該トランジスタを有する半導体装置を提供する。または、丈夫な半導体装置を提供する。【解決手段】過剰酸素を有する第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の半導体と、半導体上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体を介して半導体と重なる領域を有する導電体と、を有し、第１の絶縁体と半導体との間に、ホウ素またはリンを含む領域を有する半導体装置である。【選択図】図１
2020167426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過剰酸素を有する第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体上の半導体と、
前記半導体上の第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体を介して前記半導体と重なる領域を有する導電体と、を有し、
前記第１の絶縁体と前記半導体との間に、ホウ素またはリンを含む領域を有することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、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。特に、
本発明は、例えば、半導体、半導体装置、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記
憶装置またはプロセッサに関する。または、半導体、半導体装置、表示装置、発光装置、
照明装置、蓄電装置、記憶装置またはプロセッサの製造方法に関する。または、半導体装
置、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置またはプロセッサの駆動方法に
関する。
【０００２】
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、発光装置、照明装置、電気光学装置、半導体回路および電子機器
は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００３】
絶縁表面を有する基板上の半導体を用いて、トランジスタを構成する技術が注目されてい
る。当該トランジスタは集積回路や表示装置のような半導体装置に広く応用されている。
トランジスタに適用可能な半導体としてシリコンが知られている。
【０００４】
トランジスタの半導体に用いられるシリコンは、用途によって非晶質シリコン、多結晶シ
リコン、単結晶シリコンなどが使い分けられている。例えば、大型の表示装置を構成する
トランジスタに適用する場合、大面積基板への成膜技術が確立されている非晶質シリコン
を用いると好適である。一方、駆動回路を一体形成した高機能の表示装置を構成するトラ
ンジスタに適用する場合、高い電界効果移動度を有するトランジスタを作製可能な多結晶
シリコンを用いると好適である。また、集積回路などを構成するトランジスタに適用する
場合、さらに高い電界効果移動度を有する単結晶シリコンを用いると好適である。多結晶
シリコンは、非晶質シリコンに対し高温での熱処理、またはレーザ光処理を行うことで形
成する方法が知られる。
【０００５】
また、近年は、酸化物半導体が注目されている。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、高い電界効果移動度を有するた
め、駆動回路を一体形成した高機能の表示装置を実現できる。また、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。
【０００６】
酸化物半導体を用いたトランジスタに安定した電気特性を与える方法として、酸化物半導
体と接する絶縁体への酸素ドーピング技術が開示されている（特許文献１参照。）。特許
文献１に開示された技術を用いることで、酸化物半導体中の酸素欠損を低減することがで
きる。その結果、酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを低減し、信
頼性を向上させることができる。
【０００７】
ところで、酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流
が小さいことが知られている。例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタのリーク特性
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２参照。）。
【０００８】
また、半導体からなる活性層で井戸型ポテンシャルを構成することにより、高い電界効果
移動度を有するトランジスタが得られることが開示されている（特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−２４３９７４号公報
【特許文献２】特開２０１２−２５７１８７号公報
【特許文献３】特開２０１２−５９８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
安定した電気特性を有するトランジスタを提供することを課題の一とする。または、非導
通時の電流の小さ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、導通時の電
流の大き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、当該トランジスタを
有する半導体装置を提供することを課題の一とする。または、丈夫な半導体装置を提供す
ることを課題の一とする。または、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。
【００１１】
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】
【００１２】
（１）本発明の一態様は、過剰酸素を有する第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の半導体と
、半導体上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体を介して半導体と重なる領域を有する導電体
と、を有し、第１の絶縁体と半導体との間に、ホウ素またはリンを含む領域を有する半導
体装置である。
【００１３】
（２）または、本発明の一態様は、ホウ素またはリンを含む領域は、導電体と重ならない
領域を有する（１）に記載の半導体装置である。
【００１４】
（３）または、本発明の一態様は、過剰酸素を有する第１の絶縁体と、第１の絶縁体上の
半導体と、半導体上の第１の導電体および第２の導電体と、半導体上、第１の導電体上お
よび第２の導電体上の第２の絶縁体と、第２の絶縁体を介して半導体と重なる領域を有し
、かつ第１の導電体と重なる領域を有さない第３の導電体と、を有し、第１の絶縁体と半
導体との間に、ホウ素またはリンを含む領域を有する半導体装置である。
【００１５】
（４）または、本発明の一態様は、ホウ素またはリンを含む領域は、第３の導電体と重な
らない領域を有する（３）に記載の半導体装置である。
【００１６】
（５）または、本発明の一態様は、第１の絶縁体は、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコ
ンである（１）乃至（４）に記載の半導体装置である。
【００１７】
（６）または、本発明の一態様は、半導体は、インジウムおよび酸素を含む（１）乃至（
５）に記載の半導体装置である。
【００１８】
なお、本発明の一態様に係る半導体装置において、酸化物半導体を他の半導体に置き換え
ても構わない。
【発明の効果】
【００１９】
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、非導通時の電流の小
さいトランジスタを提供することができる。または、導通時の電流が大きいトランジスタ
を提供することができる。または、当該トランジスタを有する半導体装置を提供すること
ができる。または、丈夫な半導体装置を提供することができる。または、新規な半導体装
置を提供することができる。
【００２０】
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】
【００２１】
【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断面図。
【図３】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図４】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図５】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図６】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７】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８】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図９】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図１０】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図１１】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１２】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図１３】本発明の一態様に係るトランジスタの作製方法を示す断面図。
【図１４】イオンの入射を説明する図。
【図１５】半導体装置内部における過剰酸素の拡散について説明する断面模式図。
【図１６】本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。
【図１７】本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。
【図１８】本発明の一態様に係る記憶装置の回路図。
【図１９】本発明の一態様に係るＲＦタグのブロック図。
【図２０】本発明の一態様に係るＲＦタグの使用例を示す図。
【図２１】本発明の一態様に係るＣＰＵを示すブロック図。
【図２２】本発明の一態様に係る記憶素子の回路図。
【図２３】本発明の一態様に係る表示装置の上面図および回路図。
【図２４】本発明の一態様に係る表示モジュールを説明する図。
【図２５】本発明の一態様に係る電子機器を示す図。
【図２６】本発明の一態様に係る電子機器を示す図。
【図２７】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２８】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図２９】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３０】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図３１】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３２】半導体の積層を示す断面図、およびバンド構造を示す図。
【図３３】ＴＤＳによる基板温度とイオン強度との関係を示す図。
【図３４】リンイオン注入濃度と酸素放出量との関係を示す図。
【図３５】エッチング深さと酸素放出量との関係を示す図。
【図３６】ＴＤＳによる基板温度とイオン強度との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説
明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に
理解される。また、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、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異
なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じく
し、特に符号を付さない場合がある。
【００２３】
なお、図において、大きさ、膜（層）の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されて
いる場合がある。
【００２４】
また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）
との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である
。
【００２５】
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜的に用いるものであり、工程順または積層
順を示すものではない。そのため、例えば、「第１の」を「第２の」または「第３の」な
どと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と
、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００２６】
なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」とし
ての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密
に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と
言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体
」と言い換えることができる場合がある。
【００２７】
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」とし
ての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密
に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と
言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体
」と言い換えることができる場合がある。
【００２８】
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である。不純物が含まれることにより、例えば、半導
体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、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１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、
水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素
などがある。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。
【００２９】
なお、以下に示す実施の形態では、半導体が酸化物半導体である場合について説明するが
、これに限定されるものではない。例えば、半導体として、多結晶構造、単結晶構造など
のシリコン、ゲルマニウム、などを用いてもよい。または、歪みシリコンなどの歪みを有
する半導体を用いてもよい。または、半導体としてＨＥＭＴ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。これらの半導体を用いることで、高速動作
をすることに適したトランジスタとすることができる。
【００３０】
なお、本明細書において、Ａが濃度Ｂの領域を有する、と記載する場合、例えば、Ａのあ
る領域における深さ方向全体が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の平均
値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の中央値が濃度Ｂである場合、Ａ
のある領域における深さ方向の最大値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方
向の最小値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の収束値が濃度Ｂである
場合、測定上Ａそのものの確からしい値の得られる領域が濃度Ｂである場合などを含む。
【００３１】
また、本明細書において、Ａが大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂの領域を有
する、と記載する場合、例えば、Ａのある領域における全体が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ
、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における平均値が大きさＢ、長さＢ、厚さ
Ｂ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における中央値が大きさＢ、長さＢ、厚
さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における最大値が大きさＢ、長さＢ、
厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における最小値が大きさＢ、長さＢ
、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における収束値が大きさＢ、長さ
Ｂ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、測定上Ａそのものの確からしい値の得られる
領域が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合などを含む。
【００３２】
＜トランジスタ構造１＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様に係るトランジスタの上面図の一例である。図１（Ａ）の
一点鎖線Ａ１−Ａ２および一点鎖線Ａ３−Ａ４に対応する断面図の一例を図１（Ｂ）に示
す。なお、図１（Ａ）では、理解を容易にするため、絶縁体などの一部を省略して示す。
【００３３】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すトランジスタは、基板４００上の導電体４１３と、基
板４００上および導電体４１３上の凸部を有する絶縁体４０２と、絶縁体４０２の凸部上
の半導体４０６ａと、半導体４０６ａ上の半導体４０６ｂと、半導体４０６ｂ上の半導体
４０６ｃと、半導体４０６ｃ上の絶縁体４１２と、絶縁体４１２上の導電体４０４と、絶
縁体４０２上、半導体４０６ｂ上および導電体４０４上の絶縁体４０８と、を有する。な
お、ここでは、導電体４１３をトランジスタの一部としているが、これに限定されない。
例えば、導電体４１３がトランジスタとは独立した構成要素であるとしてもよい。
【００３４】
なお、半導体４０６ｂは、トランジスタのチャネル形成領域としての機能を有する。また
、導電体４０４は、トランジスタの第１のゲート電極（フロントゲート電極ともいう。）
としての機能を有する。また、導電体４１３は、トランジスタの第２のゲート電極（バッ
クゲート電極ともいう。）としての機能を有する。また、絶縁体４０８は、バリア層とし
ての機能を有する。絶縁体４０８は、例えば、酸素または／および水素をブロックする機
能を有する。または、絶縁体４０８は、例えば、半導体４０６ａまたは／および半導体４
０６ｃよりも、酸素または／および水素をブロックする能力が高い。
【００３５】
トランジスタは、導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂなどを介して、導電体４２４ａお
よび導電体４２４ｂとそれぞれ電気的に接続していても構わない。なお、導電体４２６ａ
および導電体４２６ｂは、絶縁体４０８と、絶縁体４０８上の絶縁体４１８と、絶縁体４
１８上の絶縁体４２８と、に設けられた開口部を介して、それぞれトランジスタのソース
領域およびドレイン領域と電気的に接続する。なお、図１（Ｂ）では、導電体４２６ａお
よび導電体４２６ｂと、領域４２３とが接する例を示したが、これに限定されない。例え
ば、導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂと、領域４２３とが接しなくても構わない。ま
た、導電体４２４ａおよび導電体４２４ｂは、例えば、半導体装置の配線としての機能を
有する。
【００３６】
なお、半導体４０６ｃは、Ａ３−Ａ４断面において、少なくとも半導体４０６ｂの上面お
よび側面と接する。また、導電体４０４は、Ａ３−Ａ４断面において、半導体４０６ｃお
よび絶縁体４１２を介して半導体４０６ｂの上面および側面と面する。また、導電体４１
３は、絶縁体４０２を介して半導体４０６ｂの下面と面する。また、絶縁体４０２が凸部
を有さなくても構わない。また、半導体４０６ｃを有さなくても構わない。また、絶縁体
４０８を有さなくても構わない。
【００３７】
図１（Ｂ）において、トランジスタは、絶縁体４０２、および絶縁体４０２と半導体４０
６ａとの間に、領域４２３を有する。半導体４０６ａの領域４２３は、それ以外の領域よ
りも抵抗が低い領域である。また、絶縁体４０２の領域４２３は、それ以外の領域よりも
酸素をブロックする能力が高い領域である。領域４２３は、例えば、希ガスなどの不活性
な元素、酸素との結合エネルギーの高い元素、酸素との反応性の高い元素、または酸素と
反応して安定な酸化物を形成する元素を含む領域である。領域４２３は、例えば、ヘリウ
ム、ホウ素、炭素、窒素、ネオン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、アル
ゴン、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ゲルマニウ
ム、クリプトン、ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、
キセノン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタルまたはタングステンか
ら選択された一種以上を含む領域である。領域４２３は、特に、ホウ素またはリンを含む
領域である。領域４２３は、例えば、上述の元素を５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２×１０２０ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含む領域であ
る。本明細書中では、上述の元素を不純物と呼ぶこともある。
【００３８】
なお、以下では、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃが酸化物半導体
である場合について説明するが、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃ
が酸化物半導体以外の半導体であってもよい。
【００３９】
なお、絶縁体４０２は、過剰酸素を含む絶縁体である。
【００４０】
例えば、過剰酸素を含む絶縁体は、加熱処理によって酸素を放出する機能を有する絶縁体
である。例えば、過剰酸素を含む酸化シリコンは、加熱処理などによって酸素を放出する
ことができる酸化シリコンである。したがって、絶縁体４０２は膜中を酸素が移動可能な
絶縁体である。即ち、絶縁体４０２は酸素透過性を有する絶縁体とすればよい。例えば、
絶縁体４０２は、半導体４０６ａよりも酸素透過性の高い絶縁体とすればよい。
【００４１】
過剰酸素を含む絶縁体は、半導体４０６ｂ中の酸素欠損を低減させる機能を有する場合が
ある。半導体４０６ｂ中で酸素欠損は、ＤＯＳを形成し、正孔トラップなどとなる。また
、酸素欠損のサイトに水素が入ることによって、キャリアである電子を生成することがあ
る。したがって、半導体４０６ｂ中の酸素欠損を低減することで、トランジスタに安定し
た電気特性を付与することができる。
【００４２】
ここで、加熱処理によって酸素を放出する絶縁体は、ＴＤＳ分析にて、１００℃以上７０
０℃以下または１００℃以上５００℃以下の表面温度の範囲で１×１０１８ａｔｏｍｓ／
ｃｍ３以上、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上または１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以上の酸素（酸素原子数換算）を放出することもある。
【００４３】
ここで、ＴＤＳ分析を用いた酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
【００４４】
測定試料をＴＤＳ分析したときの気体の全放出量は、放出ガスのイオン強度の積分値に比
例する。そして標準試料との比較により、気体の全放出量を計算することができる。
【００４５】
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコン基板のＴＤＳ分析結果、および
測定試料のＴＤＳ分析結果から、測定試料の酸素分子の放出量（ＮＯ２）は、下に示す式
で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量電荷比３２で検出されるガス
の全てが酸素分子由来と仮定する。ＣＨ３ＯＨの質量電荷比は３２であるが、存在する可
能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の
酸素原子および質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比
率が極微量であるため考慮しない。
【００４６】
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α
【００４７】
ＮＨ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。ＳＨ２は、標準試
料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値である。ここで、標準試料の基準値を、Ｎ
Ｈ２／ＳＨ２とする。ＳＯ２は、測定試料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値で
ある。αは、ＴＤＳ分析におけるイオン強度に影響する係数である。上に示す式の詳細に
関しては、特開平６−２７５６９７公報を参照する。なお、上記酸素の放出量は、電子科
学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として１
×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素原子を含むシリコン基板を用いて測定した。
【００４８】
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原
子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分
子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量につ
いても見積もることができる。
【００４９】
なお、ＮＯ２は酸素分子の放出量である。酸素原子に換算したときの放出量は、酸素分子
の放出量の２倍となる。
【００５０】
または、加熱処理によって酸素を放出する絶縁体は、過酸化ラジカルを含むこともある。
具体的には、過酸化ラジカルに起因するスピン密度が、５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３
以上であることをいう。なお、過酸化ラジカルを含む絶縁体は、ＥＳＲにて、ｇ値が２．
０１近傍に非対称の信号を有することもある。
【００５１】
または、過剰酸素を含む絶縁体は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））で
あってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））は、シリコン原子数の
２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原
子数および酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂ
ａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定した値である。
【００５２】
図１（Ｂ）に示すように、導電体４０４の電界によって、半導体４０６ｂを電気的に取り
囲むことができる（導電体から生じる電界によって、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、半導体４０６ｂの全体（バルク）にチャネルが形成される場合がある
。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのソース−ドレイン間に大電流を流すこと
ができ、導通時の電流（オン電流）を高くすることができる。
【００５３】
高いオン電流が得られるため、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、微細化されたトランジスタに
適した構造といえる。トランジスタを微細化できるため、該トランジスタを有する半導体
装置は、集積度の高い、高密度化された半導体装置とすることが可能となる。例えば、ト
ランジスタは、チャネル長が好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、
より好ましくは２０ｎｍ以下の領域を有し、かつ、トランジスタは、チャネル幅が好まし
くは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下の領域
を有する。
【００５４】
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。
【００５５】
チャネル幅とは、例えば、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。
【００５６】
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呼ぶ。）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呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、
立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図
において示される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、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に
形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体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、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よ
りも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００５７】
ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、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。
【００５８】
そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる
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である見かけ上のチャ
ネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗ
ｉｄｔｈ）」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像などを取得して、その画像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。
【００５９】
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。
【００６０】
また、導電体４１３に、ソース電極よりも低い電圧または高い電圧を印加し、トランジス
タのしきい値電圧をプラス方向またはマイナス方向へ変動させてもよい。例えば、トラン
ジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させることで、ゲート電圧が０Ｖであってもト
ランジスタが非導通状態（オフ状態）となる、ノーマリーオフが実現できる場合がある。
なお、導電体４１３に印加する電圧は、可変であってもよいし、固定であってもよい。導
電体４１３に印加する電圧を可変にする場合、電圧を制御する回路を導電体４１３と電気
的に接続してもよい。
【００６１】
次に、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂ、半導体４０６ｃなどに適用可能な半導体につい
て説明する。
【００６２】
半導体４０６ｂは、例えば、インジウムを含む酸化物半導体である。半導体４０６ｂ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、半導体
４０６ｂは、元素Ｍを含むと好ましい。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とする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホ
ウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、イットリウム、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。例えば、酸素との結合エ
ネルギーがインジウムよりも高い元素である。または、元素Ｍは、例えば、酸化物半導体
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、半導体４０６ｂ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。
【００６３】
ただし、半導体４０６ｂは、インジウムを含む酸化物半導体に限定されない。半導体４０
６ｂは、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物などの、インジウムを含まず、亜
鉛を含む酸化物半導体、ガリウムを含む酸化物半導体、スズを含む酸化物半導体などであ
っても構わない。
【００６４】
半導体４０６ｂは、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。半導体４０６
ｂ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２．８
ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下とする。
【００６５】
例えば、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃは、半導体４０６ｂを構成する酸素以外の
元素のうち一種以上、または二種以上から構成される酸化物半導体である。半導体４０６
ｂを構成する酸素以外の元素のうち一種以上、または二種以上から半導体４０６ａおよび
半導体４０６ｃが構成されるため、半導体４０６ａと半導体４０６ｂとの界面、および半
導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの界面において、界面準位が形成されにくい。
【００６６】
半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃは、少なくともインジウムを含む
と好ましい。なお、半導体４０６ａ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５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０
ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏ
ｍｉｃ％以上とする。また、半導体４０６ｂ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６
６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。また、半導体４０６ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、Ｉ
ｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ
％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満
、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。なお、半導体４０６ｃは、半導体４０６ａと同種
の酸化物を用いても構わない。
【００６７】
半導体４０６ｂは、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃよりも電子親和力の大きい酸化
物を用いる。例えば、半導体４０６ｂとして、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃより
も電子親和力の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。
【００６８】
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、半導体４０６ｃ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。
【００６９】
このとき、ゲート電圧を印加すると、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂ、半導体４０６ｃ
のうち、電子親和力の大きい半導体４０６ｂにチャネルが形成される。
【００７０】
ここで、半導体４０６ａと半導体４０６ｂとの間には、半導体４０６ａと半導体４０６ｂ
との混合領域を有する場合がある。また、半導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの間には、
半導体４０６ｂと半導体４０６ｃ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、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃ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。なお、図３２（Ａ）は、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂお
よび半導体４０６ｃが、この順番に積層した断面図である。図３２（Ｂ）は、図３２（Ａ
）の一点鎖線Ｐ１−Ｐ２に対応する伝導帯下端のエネルギー（Ｅｃ）であり、半導体４０
６ａより半導体４０６ｃの電子親和力が大きい場合を示す。また、図３２（Ｃ）は、半導
体４０６ａより半導体４０６ｃの電子親和力が小さい場合を示す。
【００７１】
このとき、電子は、半導体４０６ａ中および半導体４０６ｃ中ではなく、半導体４０６ｂ
中を主として移動する。上述したように、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｂの界面に
おける界面準位密度、半導体４０６ｂと半導体４０６ｃ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、半導体４０６ｂ中で電子の移動が阻害されることが少なく、トラ
ンジスタのオン電流を高くすることができる。
【００７２】
トランジスタのオン電流は、電子の移動を阻害する要因を低減するほど、高くすることが
できる。例えば、電子の移動を阻害する要因のない場合、効率よく電子が移動すると推定
される。電子の移動は、例えば、チャネル形成領域の物理的な凹凸が大きい場合にも阻害
される。
【００７３】
トランジスタのオン電流を高くするためには、例えば、半導体４０６ｂの上面または下面
（被形成面、ここでは半導体４０６ａ）の、１μｍ×１μｍの範囲における二乗平均平方
根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）粗さが１ｎｍ未満、好ましくは０．６
ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎｍ未満とすればよ
い。また、１μｍ×１μｍの範囲における平均面粗さ（Ｒａともいう。）が１ｎｍ未満、
好ましくは０．６ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎ
ｍ未満とすればよい。また、１μｍ×１μｍの範囲における最大高低差（Ｐ−Ｖともいう
。）が１０ｎｍ未満、好ましくは９ｎｍ未満、さらに好ましくは８ｎｍ未満、より好まし
くは７ｎｍ未満とすればよい。ＲＭＳ粗さ、ＲａおよびＰ−Ｖは、エスアイアイ・ナノテ
クノロジー株式会社製走査型プローブ顕微鏡システムＳＰＡ−５００などを用いて測定す
ることができる。
【００７４】
酸化物半導体において、酸素欠損はトランジスタの電気特性を劣化させる要因となる場合
がある。よって、チャネル形成領域における酸素欠損を低減することがトランジスタに安
定した電気特性を付与するためには重要となる。一方、トランジスタのソース領域および
ドレイン領域に酸化物半導体を用いる場合、酸素欠損に起因して酸化物半導体を低抵抗化
させることができる。よって、トランジスタのオン電流を大きくするために酸素欠損を有
するほうがよい場合がある。
【００７５】
例えば、酸化物半導体が酸素欠損（Ｖｏとも表記。）を有する場合、酸素欠損のサイトに
水素が入り込むことでドナー準位を形成することがある。以下では酸素欠損のサイトに水
素が入り込んだ状態をＶｏＨと表記する場合がある。なお、酸素欠損のサイトは、水素が
入るよりも酸素が入る方が安定する。したがって、酸化物半導体に酸素を供給することで
、ＶｏＨを低減することができる。
【００７６】
図１に示したトランジスタは、絶縁体４０２から過剰酸素が放出されるとき、絶縁体４０
２の領域４２３がソース領域およびドレイン領域に酸素が供給されることを抑制する。一
方、領域４２３を避けて、チャネル形成領域には酸素を供給することができる。したがっ
て、ソース領域およびドレイン領域の高抵抗化を抑制しつつ、チャネル形成領域中の酸素
欠損のみを効果的に低減することができる。即ち、領域４２３によって、安定した電気特
性を有し、かつオン電流の大きいトランジスタとすることができる。
【００７７】
なお、トランジスタがｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する場合、半導体４０６ｂの全体にチ
ャネルが形成される。したがって、半導体４０６ｂが厚いほどチャネル領域は大きくなる
。即ち、半導体４０６ｂが厚いほど、トランジスタ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半導体４０６ｂとすればよい。ただし、
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２
００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体４０６ｂと
すればよい。
【００７８】
また、トランジスタのオン電流を高くするためには、半導体４０６ｃ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
の領域を有する半導体４０６ｃとすればよい。一方、半導体４０６ｃは、チャネルの形成
される半導体４０６ｂ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、半導体４０６ｃ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半導体４０６ｃとすればよい。また、
半導体４０６ｃは、絶縁体４０２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。
【００７９】
また、信頼性を高くするためには、半導体４０６ａは厚く、半導体４０６ｃ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半導体４０６ａとすればよい。
半導体４０６ａの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と半導体４０６ａとの界面か
らチャネルの形成される半導体４０６ｂまでの距離を離すことができる。ただし、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１２０ｎ
ｍ以下、さらに好ましくは８０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体４０６ａとすればよ
い。
【００８０】
例えば、半導体４０６ｂと半導体４０６ａとの間に、例えば、二次イオン質量分析法（Ｓ
ＩＭＳ：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、半導体４０６ｂと半導体４０６ｃとの間に、ＳＩＭＳにおいて、１×１０
１９ａｔｏｍｓ／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。
【００８１】
また、半導体４０６ｂの水素濃度を低減するために、半導体４０６ａおよび半導体４０６
ｃの水素濃度を低減すると好ましい。半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃ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１×１０１９ａｔｏｍｓ／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、半導体４０６
ｂの窒素濃度を低減するために、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃの窒素濃度を低減
すると好ましい。半導体４０６ａおよび半導体４０６ｃ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。
【００８２】
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をプラス方向へ変動させる場合がある。したがって、
半導体４０６ｂ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、半導体４
０６ｂは、銅濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以下、または１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる領域を有すると好ましい。
また、半導体４０６ａ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、半
導体４０６ａは、銅濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍ
ｓ／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。また、半導体４０６ｃ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、半導体４０６ｃは、銅濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａ
ｔｏｍｓ／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。
【００８３】
上述の３層構造は一例である。例えば、半導体４０６ａまたは半導体４０６ｃのない２層
構造としても構わない。または、半導体４０６ａの上もしくは下、または半導体４０６ｃ
上もしくは下に、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃ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、半導体４０６ａの上、
半導体４０６ａの下、半導体４０６ｃの上、半導体４０６ｃの下のいずれか二箇所以上に
、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ｃ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。
【００８４】
＜酸化物半導体の構造について＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
【００８５】
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置さ
れている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平
行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。ま
た、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態を
いう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二
つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００８６】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。
【００８７】
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、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。
【００８８】
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、微結晶酸化物半導体などがある。
【００８９】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａ
ｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこと
もできる。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図２７（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。
【００９３】
図２７（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図２７（Ｂ）に示す。
図２７（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。
【００９４】
図２７（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図２７（Ｃ）
は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図２７（Ｂ）および図２７（Ｃ）
より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上３ｎｍ以下程度であり、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。
【００９５】
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２７（Ｄ）参照。）。図２７（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２７（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【００９６】
また、図２８（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２８（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２８（Ｂ）、図２８（Ｃ）および図
２８（Ｄ）に示す。図２８（Ｂ）、図２８（Ｃ）および図２８（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。
【００９７】
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２９（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。
【００９８】
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。
【００９９】
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２９（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２９（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。
【０１００】
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３０（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３０（Ｂ）に示す。図３０
（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３０（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３０（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。
【０１０１】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。酸化物半導体の欠陥
としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳは、不純物濃度の低い酸化物半導体ということもできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ
は、酸素欠損の少ない酸化物半導体ということもできる。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、欠陥準位密度の低い（酸素欠損が少ない）酸化物半導体は、キャリア密度を低くす
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、
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なりやすい。したがって、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳを用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリー
オンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性な酸
化物半導体は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体のキャリアトラップに捕獲され
た電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことが
ある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体を用いたトランジ
スタは、電気特性が不安定となる場合がある。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジス
タは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。
【０１０５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは欠陥準位密度が低いため、光の照射などによって生成されたキャ
リアが、欠陥準位に捕獲されることが少ない。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトラ
ンジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
【０１０６】
＜微結晶酸化物半導体＞
次に、微結晶酸化物半導体について説明する。
【０１０７】
微結晶酸化物半導体は、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。微結晶酸化物半導体に含
まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさで
あることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶
であるナノ結晶を有する酸化物半導体を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。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−Ｏ
Ｓの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
【０１０８】
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、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線を用いるＸＲＤ装置
を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示す
ピークが検出されない。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５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行うと
、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ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、ｎｃ−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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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、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、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０１１１】
＜非晶質酸化物半導体＞
次に、非晶質酸化物半導体について説明する。
【０１１２】
非晶質酸化物半導体は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物
半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。
【０１１３】
非晶質酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。
【０１１４】
非晶質酸化物半導体に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌ
ａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導
体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体
に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンのみが観
測される。
【０１１５】
非晶質構造については、様々な見解が示されている。例えば、原子配列に全く秩序性を有
さない構造を完全な非晶質構造（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ）と呼ぶ場合がある。また、最近接原子間距離または第２近接原子間距離まで
秩序性を有し、かつ長距離秩序性を有さない構造を非晶質構造と呼ぶ場合もある。したが
って、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を有する酸化物半導体を非晶
質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長距離秩序性を有する酸化物
半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって、結晶部を有することから、
例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳを、非晶質酸化物半導体または完全な非晶質酸
化物半導体と呼ぶことはできない。
【０１１６】
＜非晶質ライク酸化物半導体＞
なお、酸化物半導体は、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する場合があ
る。そのような構造を有する酸化物半導体を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａ−ｌｉ
ｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）と呼ぶ。
【０１１７】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
図３１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３１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３１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、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ
２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電子の累積照射量が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
３１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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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、微結晶酸化物
半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０１２８】
図１において、基板４００としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板
を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板
、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、樹脂基板などがある
。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体基板、
または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜
鉛、酸化ガリウムなどの化合物半導体基板などがある。さらには、前述の半導体基板内部
に絶縁体領域を有する半導体基板、例えばＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａ
ｔｏｒ）基板などがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性
樹脂基板などがある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板な
どがある。さらには、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に
導電体または絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基
板などがある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設
けられる素子としては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などが
ある。
【０１２９】
また、基板４００として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトラン
ジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トラン
ジスタを剥離し、可とう性基板である基板４００に転置する方法もある。その場合には、
非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板４００として
、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板４００が
伸縮性を有してもよい。また、基板４００は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形
状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板４
００の厚さは、例えば、５μｍ以上７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ
以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３００μｍ以下とする。基板４００を薄くすると、
半導体装置を軽量化することができる。また、基板４００を薄くすることで、ガラスなど
を用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に
戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板４００上の半導体装置に
加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができ
る。
【０１３０】
可とう性基板である基板４００としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、ま
たはそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板４００は、線膨張
率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板４００とし
ては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１
０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリ
オレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、
アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可とう性基板である基板
４００として好適である。
【０１３１】
導電体４１３としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミ
ニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イット
リウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよ
びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、
合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体
、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンお
よび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０１３２】
絶縁体４０２としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。なお、絶縁体４０２が、窒化酸化シリコン、窒化シリコ
ンなどの窒素を含む絶縁体を含んでも構わない。
【０１３３】
絶縁体４０２は、基板４００からの不純物の拡散を防止する役割を有してもよい。また、
半導体４０６ｂが酸化物半導体である場合、絶縁体４０２は、半導体４０６ｂに酸素を供
給する役割を担うことができる。
【０１３４】
絶縁体４１２としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。
【０１３５】
導電体４０４としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミ
ニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イット
リウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよ
びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、
合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体
、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンお
よび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０１３６】
絶縁体４０８としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。絶縁体４０８は、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸
化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化
ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、
または積層で用いればよい。
【０１３７】
絶縁体４１８としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。絶縁体４１８は、好ましくは酸化シリコンまたは酸化窒
化シリコンを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。
【０１３８】
絶縁体４２８としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、ア
ルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム
、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層
で、または積層で用いればよい。絶縁体４２８は、好ましくは酸化シリコンまたは酸化窒
化シリコンを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。
【０１３９】
導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂとしては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、
シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、
亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウ
ム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で
用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅お
よびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素
を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０１４０】
導電体４２４ａおよび導電体４２４ｂとしては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、
シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、
亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウ
ム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で
用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅お
よびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素
を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０１４１】
なお、図１では、トランジスタの第１のゲート電極である導電体４０４と第２のゲート電
極である導電体４１３とが、電気的に接続しない例を示したが、本発明の一態様に係るト
ランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、図２（Ａ）に示すように、導電体４０
４と導電体４１３とが導電体４０５などを介して電気的に接続する構造であっても構わな
い。このような構成とすることで、導電体４０４と導電体４１３とに同じ電位が供給され
るため、トランジスタのスイッチング特性を向上させることができる。または、図２（Ｂ
）に示すように、導電体４１３を有さない構造であっても構わない。
【０１４２】
または、図１では、トランジスタのソース領域およびドレイン領域と電気的に接続する導
電体４２６ａおよび導電体４２６ｂが、半導体４０６ｂと接する例を示したが、本発明の
一態様に係るトランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、図３（Ａ）に示すよう
に、導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂが半導体４０６ｂおよび半導体４０６ａを貫通
して、絶縁体４０２と接していても構わない。または、図３（Ｂ）に示すように、半導体
４０６ｂを貫通して、半導体４０６ａと接していても構わない。
【０１４３】
または、図１では、領域４２３が、半導体４０６ａの深さ方向の全体、および半導体４０
６ｂの深さ方向の一部分のみに設けられる例を示したが、本発明の一態様に係るトランジ
スタの構造はこれに限定されない。例えば、図４（Ａ）に示すように、領域４２３が半導
体４０６ａおよび半導体４０６ｂの深さ方向の全体に設けられていても構わない。
【０１４４】
または、トランジスタは、例えば、図４（Ｂ）に示すように、導電体４０４がテーパー角
を有する形状であってもよい。その場合、例えば、領域４２３は、深さ方向に勾配を有す
る形状となる場合がある。
【０１４５】
または、図１では、半導体４０６ｃおよび絶縁体４１２が、導電体４０４と重なる領域に
のみ配置される例を示したが、本発明の一態様に係るトランジスタの構造はこれに限定さ
れない。例えば、図５（Ａ）に示すように、半導体４０６ｃおよび絶縁体４１２を、半導
体４０６ｂおよび半導体４０６ａを覆うように配置しても構わない。または、図５（Ｂ）
に示すように、半導体４０６ｃを半導体４０６ｂと重なるように配置し、絶縁体４１２を
半導体４０６ｃ、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ａを覆うように配置しても構わない
。
【０１４６】
＜トランジスタ構造２＞
図６（Ａ）は、本発明の一態様に係るトランジスタの上面図の一例である。図６（Ａ）の
一点鎖線Ｂ１−Ｂ２および一点鎖線Ｂ３−Ｂ４に対応する断面図の一例を図６（Ｂ）に示
す。なお、図６（Ａ）では、理解を容易にするため、絶縁体などの一部を省略して示す。
【０１４７】
図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すトランジスタは、基板４００上の導電体４１３と、基
板４００上および導電体４１３上の凸部を有する絶縁体４０２と、絶縁体４０２の凸部上
の半導体４０６ａと、半導体４０６ａ上の半導体４０６ｂと、半導体４０６ｂの上面と接
し、半導体４０６ｂの側面と接しない導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと、半導体４
０６ｂ上の、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと重ならない領域に配置された半導体
４０６ｃと、半導体４０６ｃ上の絶縁体４１２と、絶縁体４１２上の導電体４０４と、絶
縁体４０２上、半導体４０６ｂ上および導電体４０４上の絶縁体４０８と、を有する。な
お、ここでは、導電体４１３をトランジスタの一部としているが、これに限定されない。
例えば、導電体４１３がトランジスタとは独立した構成要素であるとしてもよい。
【０１４８】
なお、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂとしては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フ
ッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル
、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、イ
ンジウム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または
積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体
、銅およびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよ
び酸素を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０１４９】
図６に示すトランジスタは、図１などに示したトランジスタと比べて、導電体４１６ａお
よび導電体４１６ｂを有する点が異なるが、そのほかの構成については類似している。し
たがって、図６に示すトランジスタの詳細は、図１などに示したトランジスタについての
記載を参酌することができる。
【０１５０】
図６に示すトランジスタは、図１などに示したトランジスタと比べて、導電体４１６ａお
よび導電体４１６ｂを有する分だけ、オン電流の大きいトランジスタを実現することがで
きる場合がある。
【０１５１】
＜トランジスタ構造３＞
図７（Ａ）は、本発明の一態様に係るトランジスタの上面図の一例である。図７（Ａ）の
一点鎖線Ｃ１−Ｃ２および一点鎖線Ｃ３−Ｃ４に対応する断面図の一例を図７（Ｂ）に示
す。なお、図７（Ａ）では、理解を容易にするため、絶縁体などの一部を省略して示す。
【０１５２】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すトランジスタは、基板４００上の導電体４１３と、基
板４００上および導電体４１３上の凸部を有する絶縁体４０２と、絶縁体４０２の凸部上
の半導体４０６ａと、半導体４０６ａ上の半導体４０６ｂと、半導体４０６ｂの上面およ
び側面と接する導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと、半導体４０６ｂ上の、導電体４
１６ａおよび導電体４１６ｂと重ならない領域に配置された半導体４０６ｃと、半導体４
０６ｃ上の絶縁体４１２と、絶縁体４１２上の導電体４０４と、絶縁体４０２上、半導体
４０６ｂ上および導電体４０４上の絶縁体４０８と、を有する。なお、ここでは、導電体
４１３をトランジスタの一部としているが、これに限定されない。例えば、導電体４１３
がトランジスタとは独立した構成要素であるとしてもよい。
【０１５３】
図７に示すトランジスタは、図６に示したトランジスタと比べて、導電体４１６ａおよび
導電体４１６ｂが半導体４０６ｂの側面と接する点が異なるが、そのほかの構成について
は類似している。したがって、図７に示すトランジスタの詳細は、図６などに示したトラ
ンジスタについての記載を参酌することができる。
【０１５４】
図７に示すトランジスタは、図６に示したトランジスタと比べて、導電体４１６ａおよび
導電体４１６ｂが半導体４０６ｂの側面に接する分だけ、オン電流の大きいトランジスタ
を実現することができる場合がある。
【０１５５】
なお、図７では、トランジスタの第１のゲート電極である導電体４０４と第２のゲート電
極である導電体４１３とが、電気的に接続しない例を示したが、本発明の一態様に係るト
ランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、図８（Ａ）に示すように、導電体４０
４と導電体４１３とが、導電体４０５を介して電気的に接続する構造であっても構わない
。このような構成とすることで、導電体４０４と導電体４１３とに同じ電位が供給される
ため、トランジスタのスイッチング特性を向上させることができる。または、図８（Ｂ）
に示すように、導電体４１３を有さない構造であっても構わない。
【０１５６】
または、図７では、領域４２３が半導体４０６ｂの深さ方向の一部分のみに設けられる例
を示したが、本発明の一態様に係るトランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、
図９（Ａ）に示すように、領域４２３が半導体４０６ａおよび半導体４０６ｂの深さ方向
の全体に設けられていても構わない。
【０１５７】
または、トランジスタは、例えば、図９（Ｂ）に示すように、導電体４０４がテーパー角
を有する形状であってもよい。その場合、例えば、領域４２３は、深さ方向に勾配を有す
る形状となる場合がある。
【０１５８】
または、図７では、半導体４０６ｃおよび絶縁体４１２が、導電体４０４と重なる領域に
のみ配置される例を示したが、本発明の一態様に係るトランジスタの構造はこれに限定さ
れない。例えば、図１０（Ａ）に示すように、半導体４０６ｃを、半導体４０６ｂおよび
半導体４０６ａを覆うように配置しても構わない。または、図１０（Ｂ）に示すように、
半導体４０６ｃを、半導体４０６ｂおよび半導体４０６ａを覆うように配置し、絶縁体４
１２を導電体４１６ａ、導電体４１６ｂ、半導体４０６ｃ、半導体４０６ｂおよび半導体
４０６ａを覆うように配置しても構わない。
【０１５９】
＜トランジスタ構造４＞
図１１（Ａ）は、本発明の一態様に係るトランジスタの上面図の一例である。図１１（Ａ
）の一点鎖線Ｄ１−Ｄ２および一点鎖線Ｄ３−Ｄ４に対応する断面図の一例を図１１（Ｂ
）に示す。なお、図１１（Ａ）では、理解を容易にするため、絶縁体などの一部を省略し
て示す。
【０１６０】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すトランジスタは、基板４００上の導電体４１３と
、基板４００上および導電体４１３上の凸部を有する絶縁体４０２と、絶縁体４０２の凸
部上の半導体４０６ａと、半導体４０６ａ上の半導体４０６ｂと、半導体４０６ｂの上面
および側面と接する導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと、半導体４０６ｂ上の、導電
体４１６ａと重ならず、導電体４１６ｂと重なる領域に配置された半導体４０６ｃと、半
導体４０６ｃ上の絶縁体４１２と、絶縁体４１２上の導電体４０４と、絶縁体４０２上、
半導体４０６ｂ上および導電体４０４上の絶縁体４０８と、を有する。なお、図１１に示
すトランジスタは、導電体４０４が導電体４１６ｂと重なる領域を有する。なお、ここで
は、導電体４１３をトランジスタの一部としているが、これに限定されない。例えば、導
電体４１３がトランジスタとは独立した構成要素であるとしてもよい。
【０１６１】
図１１に示すトランジスタは、図７に示したトランジスタと比べて、導電体４０４が導電
体４１６ｂと重なる領域を有する点が異なるが、そのほかの構成については類似している
。したがって、図１１に示すトランジスタの詳細は、図７などに示したトランジスタにつ
いての記載を参酌することができる。
【０１６２】
なお、図１１（Ｂ）に示すように、トランジスタにおいてゲート電極としての機能を有す
る導電体４０４と、導電体４１６ｂとが重なる領域をＬｏｖ領域と呼ぶ。
【０１６３】
Ｌｏｖ領域が大きすぎると、寄生容量が増大するため、トランジスタのスイッチング特性
を低下させる場合がある。したがって、図１１（Ｂ）に示すＬｏｖ領域の大きさは、チャ
ネル形成領域の大きさの１００％未満、好ましくは８０％未満、さらに好ましくは５０％
未満とする。例えば、Ｌｏｖ領域の大きさは、５０ｎｍ未満、好ましくは２０ｎｍ未満、
さらに好ましくは１０ｎｍ未満とする。
【０１６４】
図１１に示すトランジスタは、図７などに示したトランジスタと比べて、導電体４０４が
導電体４１６ｂと重なる領域を有する分だけ、オン電流の大きいトランジスタを実現する
ことができる場合がある。
【０１６５】
以上に示したトランジスタの構造は一例であり、これらを組み合わせたものも本発明の一
態様の範疇に含まれる。
【０１６６】
＜トランジスタの作製方法＞
以下では、一例として、図１に示したトランジスタの作製方法を図１２および図１３を用
いて説明する。
【０１６７】
まず、基板４００を準備する。
【０１６８】
次に、導電体４１３となる導電体を成膜する。導電体４１３となる導電体は、スパッタリ
ング法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）
法またはパルスレーザ堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）法、原子層堆積法（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法な
どを用いて成膜すればよい。
【０１６９】
なお、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅ
ｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶ
Ｄ）法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：Ｍｅｔ
ａｌ  ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ
）法に分けることができる。
【０１７０】
プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。熱ＣＶＤ法は、プラズマを用
いないため、プラズマダメージが生じず、欠陥の少ない膜が得られる。
【０１７１】
ＣＶＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例
えば、ＭＣＶＤ法およびＭＯＣＶＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜
を成膜することができる。また、例えば、ＭＣＶＤ法およびＭＯＣＶＤ法では、成膜しな
がら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜する
ことができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて
成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くする
ことができる。したがって、トランジスタの生産性を高めることができる。
【０１７２】
次に、導電体４１３となる導電体の一部をエッチングし、導電体４１３を形成する。
【０１７３】
次に、絶縁体４０２を成膜する（図１２（Ａ）参照。）。絶縁体４０２は、スパッタリン
グ法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい。なお
、ここでは、絶縁体４０２は、ＣＭＰ法などによって、上面から平坦化する場合について
説明する。絶縁体４０２の上面を平坦化することで、後の工程が容易となり、トランジス
タの歩留まりを高くすることができる。例えば、ＣＭＰ法によって、絶縁体４０２のＲＭ
Ｓ粗さを１ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３ｎｍ以下とす
る。または、１μｍ×１μｍの範囲におけるＲａを１ｎｍ未満、好ましくは０．６ｎｍ未
満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎｍ未満とする。または、
１μｍ×１μｍの範囲におけるＰ−Ｖを１０ｎｍ未満、好ましくは９ｎｍ未満、さらに好
ましくは８ｎｍ未満、より好ましくは７ｎｍ未満とする。ただし、本発明の一態様に係る
トランジスタは、絶縁体４０２の上面を平坦化した場合に限定されない。
【０１７４】
絶縁体４０２は、過剰酸素を含ませるように成膜すればよい。または、絶縁体４０２の成
膜後に酸素を添加しても構わない。酸素の添加は、例えば、イオン注入法により、加速電
圧を２ｋＶ以上１００ｋＶ以下とし、ドーズ量を５×１０１４ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上５×
１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以下として行えばよい。
【０１７５】
なお、絶縁体４０２を積層膜で構成する場合には、それぞれの膜を、上記のような成膜方
法を用いて、異なる成膜方法で成膜してもよい。例えば、１層目をＣＶＤ法で成膜し、２
層目をＡＬＤ法で成膜してもよい。または、１層目をスパッタリング法で成膜し、２層目
をＡＬＤ法で成膜してもよい。このように、それぞれ異なる成膜方法を用いることによっ
て、各層の膜に異なる機能や性質を持たせることができる。そして、それらの膜を積層す
ることによって、積層膜全体として、より適切な膜を構成することができる。
【０１７６】
つまり、ｎ層目（ｎは自然数）の膜を、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰ
ＬＤ法、ＡＬＤ法などのうちの少なくとも１つの方法で成膜し、ｎ＋１層目の膜を、スパ
ッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などのうちの少なくとも１
つの方法で成膜する。なお、ｎ層目の膜と、ｎ＋１層目の膜とで、成膜方法が同じでも異
なっていてもよい。なお、ｎ層目の膜とｎ＋２層目の膜とで、成膜方法が同じでもよい。
または、すべての膜において、成膜方法が同じでもよい。
【０１７７】
次に、半導体４０６ａとなる半導体、および半導体４０６ｂとなる半導体をこの順に成膜
する。半導体４０６ａとなる半導体、および半導体４０６ｂとなる半導体は、スパッタリ
ング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい。
【０１７８】
なお、半導体４０６ａとなる半導体、および半導体４０６ｂとなる半導体として、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｚｎ酸化物層をＭＯＣＶＤ法によって成膜する場合、原料ガスとしてトリメチルイ
ンジウム、トリメチルガリウムおよびジメチル亜鉛などを用いればよい。なお、上記原料
ガスの組み合わせに限定されず、トリメチルインジウムに代えてトリエチルインジウムな
どを用いてもよい。また、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウムなどを用いて
もよい。また、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛などを用いてもよい。
【０１７９】
次に、第１の加熱処理を行うと好ましい。第１の加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下
、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えばよい。第１の加熱処理は、不活性ガス雰
囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上もしくは１０％以上含む雰囲気で行
う。第１の加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、第１の加熱処理は、不活性ガス
雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１
％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。第１の加熱処理によって
、半導体４０６ａとなる半導体、および半導体４０６ｂとなる半導体の結晶性を高めるこ
とや、水素や水などの不純物を除去することなどができる。
【０１８０】
次に、半導体４０６ａとなる半導体、および半導体４０６ｂとなる半導体の一部をエッチ
ングして半導体４０６ａおよび半導体４０６ｂを形成する（図１２（Ｂ）参照。）。
【０１８１】
次に、半導体４０６ｃとなる半導体を成膜する。半導体４０６ｃとなる半導体は、スパッ
タリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい
。
【０１８２】
なお、半導体４０６ｃとなる半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物層をＭＯＣＶＤ法に
よって成膜する場合、原料ガスとしてトリメチルインジウム、トリメチルガリウムおよび
ジメチル亜鉛などを用いればよい。なお、上記原料ガスの組み合わせに限定されず、トリ
メチルインジウムに代えてトリエチルインジウムなどを用いてもよい。また、トリメチル
ガリウムに代えてトリエチルガリウムなどを用いてもよい。また、ジメチル亜鉛に代えて
ジエチル亜鉛などを用いてもよい。
【０１８３】
次に、第２の加熱処理を行っても構わない。例えば、半導体４０６ａとして、半導体４０
６ｃとなる半導体よりも酸素透過性の高い半導体を選択する。即ち、半導体４０６ｃとな
る半導体として、半導体４０６ａよりも酸素透過性の低い半導体を選択する。換言すると
、半導体４０６ａとして、酸素を透過する機能を有する半導体を選択する。また、半導体
４０６ｃとなる半導体として、酸素をブロックする機能を有する半導体を選択する。この
とき、第２の加熱処理を行うことで、半導体４０６ａを介して、絶縁体４０２に含まれる
過剰酸素が半導体４０６ｂまで移動する。半導体４０６ｂは半導体４０６ｃとなる半導体
で覆われているため、過剰酸素の外方拡散が起こりにくい。そのため、このタイミングで
第２の加熱処理を行うことで、効率的に半導体４０６ｂの欠陥（酸素欠損）を低減するこ
とができる。なお、第２の加熱処理は、絶縁体４０２中の過剰酸素（酸素）が半導体４０
６ｂまで拡散する温度で行えばよい。例えば、第１の加熱処理についての記載を参照して
も構わない。または、第２の加熱処理は、第１の加熱処理よりも２０℃以上１５０℃以下
、好ましくは４０℃以上１００℃以下低い温度で行うと、絶縁体４０２から余分に過剰酸
素（酸素）が放出されないため好ましい。
【０１８４】
次に、絶縁体４１２となる絶縁体を成膜する。絶縁体４１２となる絶縁体は、スパッタリ
ング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい。
【０１８５】
なお、絶縁体４１２となる絶縁体を積層膜で構成する場合には、それぞれの膜を、ＣＶＤ
法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など）、ＭＢＥ法、ＰＬ
Ｄ法、ＡＬＤ法などのような成膜方法を用いて、異なる成膜方法で成膜してもよい。例え
ば、１層目をＭＯＣＶＤ法で成膜し、２層目をスパッタリング法で成膜してもよい。また
は、１層目をＡＬＤ法で成膜し、２層目をＭＯＣＶＤ法で成膜してもよい。または、１層
目をＡＬＤ法で成膜し、２層目をスパッタリング法で成膜してもよい。または、１層目を
ＡＬＤ法で成膜し、２層目をスパッタリング法で成膜し、３層目をＡＬＤ法で成膜しても
よい。このように、それぞれ、異なる成膜方法を用いることによって、各層の膜に異なる
機能や性質を持たせることができる。そして、それらの膜を積層することによって、積層
膜全体として、より適切な膜を構成することができる。
【０１８６】
つまり、絶縁体４１２となる絶縁体を積層膜で構成する場合には、例えば、ｎ層目の膜を
、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など）、ＭＢＥ
法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法などのうちの少なくとも１つの方法で成膜し、ｎ＋１層目の膜を
、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など）、ＭＢＥ
法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法などのうちの少なくとも１つの方法で成膜し、ｎ層目の膜と、ｎ
＋１層目の膜とで、成膜方法が異なっていてもよい（ｎは自然数）。なお、ｎ層目の膜と
ｎ＋２層目の膜とで、成膜方法が同じでもよい。または、すべての膜において、成膜方法
が同じでもよい。
【０１８７】
次に、第３の加熱処理を行っても構わない。例えば、半導体４０６ａとして、半導体４０
６ｃとなる半導体よりも酸素透過性の高い半導体を選択する。即ち、半導体４０６ｃとな
る半導体として、半導体４０６ａよりも酸素透過性の低い半導体を選択する。また、半導
体４０６ｃとなる半導体として、酸素をブロックする機能を有する半導体を選択する。ま
たは、例えば、半導体４０６ａとして、絶縁体４１２となる絶縁体よりも酸素透過性の高
い半導体を選択する。即ち、絶縁体４１２となる絶縁体として、半導体４０６ａよりも酸
素透過性の低い半導体を選択する。換言すると、半導体４０６ａとして、酸素を透過する
機能を有する半導体を選択する。また、絶縁体４１２となる絶縁体として、酸素をブロッ
クする機能を有する絶縁体を選択する。このとき、第３の加熱処理を行うことで、半導体
４０６ａを介して、絶縁体４０２に含まれる過剰酸素が半導体４０６ｂまで移動する。半
導体４０６ｂは半導体４０６ｃとなる半導体および絶縁体４１２となる絶縁体で覆われて
いるため、過剰酸素の外方拡散が起こりにくい。そのため、このタイミングで第３の加熱
処理を行うことで、効率的に半導体４０６ｂの欠陥（酸素欠損）を低減することができる
。なお、第３の加熱処理は、絶縁体４０２中の過剰酸素（酸素）が半導体４０６ｂまで拡
散する温度で行えばよい。例えば、第１の加熱処理についての記載を参照しても構わない
。または、第３の加熱処理は、第１の加熱処理よりも２０℃以上１５０℃以下、好ましく
は４０℃以上１００℃低い温度で行うと、絶縁体４０２から余分に過剰酸素（酸素）が放
出されないため好ましい。なお、絶縁体４１２となる絶縁体が酸素をブロックする機能を
有する場合、半導体４０６ｃとなる半導体が酸素をブロックする機能を有さなくても構わ
ない。
【０１８８】
次に、導電体４０４となる導電体を成膜する。導電体４０４となる導電体は、スパッタリ
ング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい。
【０１８９】
絶縁体４１２となる絶縁体は、トランジスタのゲート絶縁体として機能する。したがって
導電体４０４となる導電体の成膜時に、絶縁体４１２となる絶縁体へダメージを与えない
成膜方法を用いると好ましい。即ち、該導電体の成膜には、ＭＣＶＤ法などを用いると好
ましい。
【０１９０】
なお、導電体４０４となる導電体を積層膜で構成する場合には、それぞれの膜を、ＣＶＤ
法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など）、ＭＢＥ法、ＰＬ
Ｄ法、ＡＬＤ法などのような成膜方法を用いて、異なる成膜方法で成膜してもよい。例え
ば、１層目をＭＯＣＶＤ法で成膜し、２層目をスパッタリング法で成膜してもよい。また
は、１層目をＡＬＤ法で成膜し、２層目をＭＯＣＶＤ法で成膜してもよい。または、１層
目をＡＬＤ法で成膜し、２層目をスパッタリング法で成膜してもよい。または、１層目を
ＡＬＤ法で成膜し、２層目をスパッタリング法で成膜し、３層目をＡＬＤ法で成膜しても
よい。このように、それぞれ、異なる成膜方法を用いることによって、各層の膜に異なる
機能や性質を持たせることができる。そして、それらの膜を積層することによって、積層
膜全体として、より適切な膜を構成することができる。
【０１９１】
つまり、導電体４０４となる導電体を積層膜で構成する場合には、例えば、ｎ層目の膜を
、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など）、ＭＢＥ
法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法などのうちの少なくとも１つの方法で成膜し、ｎ＋１層目の膜を
、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法など）、ＭＢＥ
法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法などのうちの少なくとも１つの方法で成膜し、ｎ層目の膜と、ｎ
＋１層目の膜とで、成膜方法が異なっていてもよい（ｎは自然数）。なお、ｎ層目の膜と
ｎ＋２層目の膜とで、成膜方法が同じでもよい。または、すべての膜において、成膜方法
が同じでもよい。
【０１９２】
なお、導電体４０４となる導電体、または導電体４０４となる導電体の積層膜の内の少な
くとも一つの膜と、絶縁体４１２となる絶縁体、または絶縁体４１２となる絶縁体の積層
膜の内の少なくとも一つの膜とは、同じ成膜方法を用いてもよい。例えば、どちらも、Ａ
ＬＤ法を用いてもよい。これにより、大気に触れさせずに成膜することができる。その結
果、不純物の混入を防ぐことができる。または、例えば、絶縁体４１２となる絶縁体と接
する導電体４０４となる導電体と、導電体４０４となる導電体と接する絶縁体４１２とな
る絶縁体とは、同じ成膜方法を用いてもよい。これにより、同じチャンバーで成膜するこ
とができる。その結果、不純物の混入を防ぐことができる。
【０１９３】
なお、導電体４０４となる導電体、または導電体４０４となる導電体の積層膜の内の少な
くとも一つの膜と、絶縁体４１２となる絶縁体、または絶縁体４１２となる絶縁体の積層
膜の内の少なくとも一つの膜とは同じ成膜方法を用いてもよい。例えば、どれも、スパッ
タリング法を用いてもよい。これにより、大気に触れさせずに成膜することができる。そ
の結果、不純物の混入を防ぐことができる。
【０１９４】
次に、導電体４０４となる導電体の一部をエッチングして導電体４０４を形成する。なお
、導電体４０４は、半導体４０６ｂの少なくとも一部と重なるように形成する。
【０１９５】
次に、導電体４０４となる導電体と同様に、絶縁体４１２となる絶縁体の一部をエッチン
グして絶縁体４１２を形成する。ただし、図５（Ａ）、図５（Ｂ）などに示したトランジ
スタを作製する場合、絶縁体４１２となる絶縁体をエッチングしなくてもよい。
【０１９６】
次に、導電体４０４となる導電体および絶縁体４１２となる絶縁体と同様に、半導体４０
６ｃとなる半導体の一部をエッチングして半導体４０６ｃを形成する。ただし、図５（Ａ
）などに示したトランジスタを作製する場合、半導体４０６ｃとなる半導体をエッチング
しなくてもよい。
【０１９７】
なお、導電体４０４となる導電体、絶縁体４１２となる絶縁体および半導体４０６ｃとな
る半導体の一部をエッチングする際には、同一のフォトリソグラフィ工程など用いてもよ
い。または、導電体４０４をマスクとして用いて絶縁体４１２となる絶縁体および半導体
４０６ｃとなる半導体をエッチングしてもよい。そのため、導電体４０４、絶縁体４１２
および半導体４０６ｃは、上面図において同様の形状となる。なお、導電体４０４よりも
絶縁体４１２または／および半導体４０６ｃが突出した（迫り出した）形状となる場合や
、導電体４０４が絶縁体４１２または／および半導体４０６ｃよりも突出した（迫り出し
た）形状となる場合がある。このような形状とすることによって、形状不良が低減され、
ゲートリーク電流を低減できる場合がある。
【０１９８】
次に、不純物を添加する（図１３（Ａ）参照。）。不純物の添加は、導電体４０４などを
マスクとして行う。不純物としては、例えば、ヘリウム、ホウ素、炭素、窒素、ネオン、
マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、アルゴン、カルシウム、チタン、バナジ
ウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ゲルマニウム、クリプトン、ストロンチウム、
イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、キセノン、ランタン、セリウム、ネ
オジム、ハフニウム、タンタルまたはタングステンから選択された一種以上を添加すれば
よい。不純物としては、特に、ホウ素またはリンを添加すればよい。
【０１９９】
不純物の添加は、例えば、プラズマ処理、イオンドーピング処理などによって行えばよい
。なお、不純物の添加は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、後に成膜する
絶縁体４０８などの成膜とともに不純物を添加することもできる。
【０２００】
ここでは、絶縁体４０２、半導体４０６ａおよび半導体４０６ｂに渡って不純物を添加す
るため、イオンドーピング処理を用いると好ましい。イオンドーピング処理としては、イ
オン化された原料ガスを質量分離してドーピングする方法や、イオン化された原料ガスを
質量分離せずにドーピングする方法などがある。質量分離を行う場合、添加するイオン種
およびその濃度を厳密に制御することができる。一方、質量分離を行わない場合、短時間
で高濃度のイオンを添加することができる。また、原子または分子のクラスターを生成し
てイオン化するイオンドーピング法を用いてもよい。
【０２０１】
以下では、不純物をドーピングする方法の詳細について図１４を用いて説明する。
【０２０２】
例えば、イオンドーピング処理における加速電圧は、０．５ｋＶ以上１００ｋＶ以下、好
ましくは１ｋＶ以上５０ｋＶ以下、さらに好ましくは１ｋＶ以上３０ｋＶ以下、より好ま
しくは１ｋＶ以上１０ｋＶ以下とする。また、イオンの注入濃度は、１×１０１５ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ２以上、好ましくは２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、さらに好ましくは
５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上、より好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２
以上、より好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上とする。
【０２０３】
イオンドーピング処理によるイオンの添加は、試料面に対して特定の角度（例えば、垂直
な角度）から行ってもよいが、図１４に示す方法で行うと好ましい。図１４は、一つのイ
オンが、試料面に対し、角度（θ）および角度（φ）で入射する様子を簡略的に示した図
である。
【０２０４】
図中のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、あるイオンの入射点で交差する直線である。ｘ軸は、試
料面上に任意に定めた直線である。ｙ軸は、試料面上にあり、ｘ軸と直交する直線である
。ｚ軸は、入射点における試料面の法線である。角度（θ）は、断面図において、イオン
の入射方向とｚ軸との為す角度である。また、角度（φ）は、上面図において、イオンの
入射方向とｘ軸との為す角度である。
【０２０５】
試料面に対して特定の角度（θ，φ）のみからイオンを入射させた場合、イオンの添加さ
れない領域が生じる場合がある。例えば、試料面上に、物体が設けられている場合、一部
にイオンの添加されない陰が生じる場合がある。したがって、イオンを複数の角度から入
射させることにより、試料面に生じる陰の影響を低減することが好ましい。
【０２０６】
図１４（Ａ１）および図１４（Ａ２）に示すように、イオンを試料面に対し、第１の角度
（θ，φ）で入射させた後、第２の角度（θ，φ）で入射させればよい。ただし、第１の
角度（θ，φ）および第２の角度（θ，φ）はθ、φの少なくとも一方が異なる角度であ
る。
【０２０７】
第１の角度（θ，φ）において、角度（θ）は、例えば、０°以上９０°未満、好ましく
は３０°以上８８°以下、さらに好ましくは６０°以上８５°以下とする。第２の角度（
θ，φ）において、角度（θ）は、例えば、０°以上９０°未満、好ましくは３０°以上
８８°以下、さらに好ましくは６０°以上８５°以下とする。第２の角度（θ，φ）にお
ける角度（φ）は、例えば、第１の角度（θ，φ）における角度（φ）よりも９０°以上
２７０°以下、好ましくは１３５°以上２２５°以下大きい角度とする。ただし、ここで
示した第１の角度（θ，φ）および第２の角度（θ，φ）は一例であり、これに限定され
るものではない。
【０２０８】
なお、イオンを入射させる角度は、第１の角度（θ，φ）、第２の角度（θ，φ）の２種
類に限定されない。例えば、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の自然数）の角度（θ，φ）で入
射させてもよい。第１乃至第ｎの角度（θ，φ）は、それぞれθ、φの少なくとも一方が
異なる角度を含む。
【０２０９】
または、図１４（Ｂ）に示すように、イオンを試料面に対し、第１の角度（θ，φ）で入
射させた後、角度（θ）が９０°を経由して第２の角度（θ，φ）までθ方向にスキャン
（θスキャンともいう。）させればよい。ただし、イオンを入射させる角度（φ）は、１
種類に限定されず、第１乃至第ｎ（ｎは２以上の自然数）の角度（φ）で入射させてもよ
い。イオンの入射角度をθスキャンさせることで、アスペクト比の高い（例えば、１以上
、２以上、５以上または１０以上）開口部などであっても、深い領域まで確実にイオンを
添加することができる。そのため、隙間なく酸素ブロック領域を形成することができる。
【０２１０】
第１の角度（θ，φ）において、角度（θ）は、例えば、０°以上９０°未満、好ましく
は３０°以上８８°以下、さらに好ましくは６０°以上８５°以下とする。第２の角度（
θ，φ）において、角度（θ）は、例えば、０°以上９０°未満、好ましくは３０°以上
８８°以下、さらに好ましくは６０°以上８５°以下とする。第１の角度（θ，φ）と第
２の角度（θ，φ）とは同じ角度（θ）であってもよい。
【０２１１】
なお、θスキャンは、連続的にスキャンしてもよいが、例えば、０．５°、１°、２°、
３°、４°、５°、６°、１０°、１２°、１８°、２０°、２４°または３０°ステッ
プで段階的にスキャンしてもよい。
【０２１２】
または、イオンは、図１４（Ｃ）に示すように、試料面に対し、第１の角度（θ，φ）で
入射させた後、第２の角度（θ，φ）までφ方向にスキャン（φスキャンともいう。）さ
せればよい。ただし、イオンを入射させる角度（θ）は、１種類に限定されず、第１乃至
第ｎ（ｎは２以上の自然数）の角度（θ）で入射させてもよい。
【０２１３】
第１の角度（θ，φ）および第２の角度（θ，φ）において、角度（θ）は、例えば、０
°以上９０°未満、好ましくは３０°以上８８°以下、さらに好ましくは６０°以上８５
°以下とする。第１の角度（θ，φ）と第２の角度（θ，φ）とは同じ角度（φ）であっ
てもよい。
【０２１４】
なお、φスキャンは、連続的にスキャンしてもよいが、例えば、０．５°、１°、２°、
３°、４°、５°、６°、１０°、１２°、１８°、２０°、２４°または３０°ステッ
プで段階的にスキャンしてもよい。
【０２１５】
なお、図示しないが、θスキャンおよびφスキャンを組み合わせて行っても構わない。
【０２１６】
以上のようにして、不純物の添加された領域４２３を形成すればよい（図１３（Ｂ）参照
。）。
【０２１７】
図１４に示した方法を用いることで、領域４２３は、導電体４０４と重ならない領域に加
え、一部が導電体４０４と重なる領域にも均一に形成することができる。したがって、ト
ランジスタの電気特性のばらつきを低減することができる。
【０２１８】
次に、絶縁体４０８を成膜する。絶縁体４０８は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい。
【０２１９】
次に、第４の加熱処理を行っても構わない。例えば、半導体４０６ａとして、半導体４０
６ｃよりも酸素透過性の高い半導体を選択する。即ち、半導体４０６ｃとして、半導体４
０６ａよりも酸素透過性の低い半導体を選択する。また、半導体４０６ｃとして、酸素を
ブロックする機能を有する半導体を選択する。または、例えば、半導体４０６ａとして、
絶縁体４１２よりも酸素透過性の高い半導体を選択する。即ち、絶縁体４１２として、半
導体４０６ａよりも酸素透過性の低い半導体を選択する。または、例えば、半導体４０６
ａとして、絶縁体４０８よりも酸素透過性の高い半導体を選択する。即ち、絶縁体４０８
として、半導体４０６ａよりも酸素透過性の低い半導体を選択する。換言すると、半導体
４０６ａとして、酸素を透過する機能を有する半導体を選択する。また、絶縁体４０８と
して、酸素をブロックする機能を有する絶縁体を選択する。このとき、第４の加熱処理を
行うことで、半導体４０６ａを介して、絶縁体４０２に含まれる過剰酸素が半導体４０６
ｂまで移動する。半導体４０６ｂは半導体４０６ｃ、絶縁体４１２、絶縁体４０８のいず
れかで覆われているため、過剰酸素の外方拡散が起こりにくい。そのため、このタイミン
グで第４の加熱処理を行うことで、効率的に半導体４０６ｂの欠陥（酸素欠損）を低減す
ることができる。なお、第４の加熱処理は、絶縁体４０２中の過剰酸素（酸素）が半導体
４０６ｂまで拡散する温度で行えばよい。例えば、第１の加熱処理についての記載を参照
しても構わない。または、第４の加熱処理は、第１の加熱処理よりも２０℃以上１５０℃
以下、好ましくは４０℃以上１００℃低い温度で行うと、絶縁体４０２から余分に過剰酸
素（酸素）が放出されないため好ましい。なお、絶縁体４０８が酸素をブロックする機能
を有する場合、第３の半導体４０６ｃまたは／および絶縁体４１２が酸素をブロックする
機能を有さなくても構わない。
【０２２０】
なお、第１の加熱処理、第２の加熱処理、第３の加熱処理および第４の加熱処理の全てま
たは一部を行わなくても構わない。
【０２２１】
次に、絶縁体４１８を成膜する。絶縁体４１８は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ
法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを用いて成膜すればよい。
【０２２２】
以上のようにして、図１に示したトランジスタを作製することができる。
【０２２３】
なお、ここでは、一例として図１に示したトランジスタの作製方法を示したが、これに限
定されるものではない。例えば、ここで示したトランジスタの作製方法の一部やその組み
合わせを、図１以外のトランジスタの作製方法として用いても構わない。
【０２２４】
＜過剰酸素の挙動について＞
以下では、半導体装置内部における過剰酸素の挙動について図１５を用いて説明する。
【０２２５】
図１５（Ａ）は、基板５０と、基板５０上の絶縁体５２と、絶縁体５２上の島状の半導体
５６と、絶縁体５２および半導体５６上の絶縁体６８と、を有する試料の断面模式図であ
る。図１５（Ａ）に示す試料において、絶縁体５２は過剰酸素（図中ではｅｘ−Ｏと表記
する。）を含む絶縁体とする。
【０２２６】
絶縁体５２としては、酸化物、酸化窒化物などを用いることができる。例えば、絶縁体５
２としては、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンなどを用いればよい。ただし、本明細
書において、酸化窒化物とは、窒素を０．１ａｔｏｍｉｃ％以上２５ａｔｏｍｉｃ％未満
含む酸化物をいう。なお、窒化酸化物とは、酸素を０．１ａｔｏｍｉｃ％以上２５ａｔｏ
ｍｉｃ％未満含む窒化物をいう。
【０２２７】
半導体５６および絶縁体６８については、冗長になるため、それぞれ前述の半導体４０６
ｂおよび絶縁体４０２についての記載を参照することとし、ここでの説明を省略する。
【０２２８】
熱が加わると、絶縁体５２中を過剰酸素が拡散する。例えば、絶縁体５２中を拡散した過
剰酸素は、絶縁体５２と半導体５６との界面に達すると、半導体５６中の酸素欠損を埋め
ることができる。半導体５６中の酸素欠損が低減されることで、半導体５６中の酸素欠損
に起因する欠陥準位密度を低くすることができる。
【０２２９】
ところが、絶縁体５２中を拡散する過剰酸素の全てが、絶縁体５２と半導体５６との界面
に達するわけではない。例えば、絶縁体５２中を拡散した過剰酸素は、絶縁体６８を介し
て外方拡散してしまう場合がある。または、例えば、絶縁体５２中を拡散した過剰酸素は
、半導体装置を構成する配線などと反応し、配線抵抗を高めてしまう場合がある。
【０２３０】
したがって、図１５（Ａ）に示す試料構造は、過剰酸素の活用が効率的ではない可能性が
ある。
【０２３１】
図１５（Ｂ）および図１５（Ｃ）に、効率的に過剰酸素を活用することができる試料構造
の一例を示す。
【０２３２】
図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示した試料と類似の構造を有する試料である。ただし、
図１５（Ｂ）に示す試料は、絶縁体５２が、絶縁体６８の近傍に領域５３を有する点が異
なる。領域５３については、前述した領域４２３に相当する。図１５（Ｂ）に示す試料に
おいて、絶縁体５２は過剰酸素を含む絶縁体とする。領域５３は、絶縁体５２の上面から
深さ１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、さらに好ましく
は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設けられる領域である。なお、領域５３が、深さ方向に
おいて絶縁体５２の全体に設けられていても構わない。
【０２３３】
領域５３は、酸素ブロック領域である。例えば、絶縁体５２に、ヘリウム、ホウ素、炭素
、窒素、ネオン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、アルゴン、カルシウム
、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ゲルマニウム、クリプトン、
ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、キセノン、ランタ
ン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタルまたはタングステンから選択された一種
以上を添加すると、酸素ブロック領域である領域５３を形成することができる場合がある
。上述の不純物は、金属を高抵抗化させる要因となりにくい。なお、絶縁体５２に、ホウ
素またはリンを添加すると、酸素ブロック性の高い（酸素の拡散係数が小さい）、特に良
質な領域５３を形成することができる。領域５３は、例えば、絶縁体５２中に、上述の不
純物を５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以上、さらに好ましくは２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１
０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含む領域である。
【０２３４】
図１５（Ｂ）に示す試料における過剰酸素の挙動を以下に示す。
【０２３５】
熱が加わると、絶縁体５２中を過剰酸素が拡散する。絶縁体５２中を拡散した過剰酸素は
、絶縁体５２と半導体５６との界面に達すると、半導体５６中の酸素欠損を埋めることが
できる。
【０２３６】
絶縁体５２中を拡散する過剰酸素は、領域５３を透過しにくいため、絶縁体５２と半導体
５６との界面に達する過剰酸素の割合は高くなる。したがって、効率的に半導体５６中の
酸素欠損を埋めることができる。また、例えば、絶縁体５２中を拡散した過剰酸素が、絶
縁体６８を介して外方拡散することを抑制することができる。または、例えば、絶縁体５
２中を拡散した過剰酸素が、半導体装置を構成する導電体、低抵抗領域などと反応し、抵
抗を高めることを抑制することができる。
【０２３７】
したがって、図１５（Ｂ）に示す試料は、過剰酸素の効率的な活用が可能な構造であるこ
とがわかる。
【０２３８】
同様に、図１５（Ｃ）は、図１５（Ａ）に示した試料と類似の構造を有する試料である。
ただし、図１５（Ｃ）に示す試料は、絶縁体６８が領域６９を有する点が異なる。図１５
（Ｃ）に示す試料において、絶縁体６８は過剰酸素を含む絶縁体とする。領域６９は、絶
縁体６８の上面から深さ１ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上１５０ｎｍ以
下、さらに好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下に設けられる領域である。
【０２３９】
領域６９は、酸素ブロック領域である。例えば、絶縁体６８に、ヘリウム、ホウ素、炭素
、窒素、ネオン、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、アルゴン、カルシウム
、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ゲルマニウム、クリプトン、
ストロンチウム、イットリウム、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、キセノン、ランタ
ン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタルまたはタングステンから選択された一種
以上を添加すると、酸素ブロック領域である領域６９を形成することができる場合がある
。なお、絶縁体６８に、ホウ素またはリンを添加すると、酸素ブロック性の高い、特に良
質な領域６９を形成することができる。領域６９は、例えば、絶縁体６８中に、上述の不
純物を５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３以上、さらに好ましくは２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、より好ましくは５×１
０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上含む領域である。
【０２４０】
図１５（Ｃ）に示す試料における過剰酸素の挙動を以下に示す。
【０２４１】
熱が加わると、絶縁体６８中を過剰酸素が拡散する。絶縁体６８中を拡散した過剰酸素は
、絶縁体６８と半導体５６との界面に達すると、半導体５６中の酸素欠損を埋めることが
できる。
【０２４２】
絶縁体６８中を拡散する過剰酸素は、領域６９を透過しにくいため、絶縁体６８と半導体
５６との界面に達する過剰酸素の割合は高くなる。したがって、効率的に半導体５６中の
酸素欠損を埋めることができる。また、例えば、絶縁体６８中を拡散した過剰酸素が、外
方拡散することを抑制することができる。または、例えば、絶縁体６８中を拡散した過剰
酸素が、半導体装置を構成する配線などと反応し、配線抵抗を高めることを抑制すること
ができる。
【０２４３】
したがって、図１５（Ｃ）に示す試料は、過剰酸素の効率的な活用が可能な構造であるこ
とがわかる。
【０２４４】
図示しないが、図１５（Ｂ）に示した試料構造と、図１５（Ｃ）に示した試料構造を組み
合わせても構わない。例えば、絶縁体５２および絶縁体６８の両方が過剰酸素を含む絶縁
体であってもよい。または、例えば、絶縁体５２が絶縁体６８の近傍に領域５３を有し、
かつ絶縁体６８が領域６９を有する構造であってもよい。
【０２４５】
＜半導体装置＞
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置を例示する。
【０２４６】
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタを利用した半導体装置の一例について説明
する。
【０２４７】
図１６（Ａ）に本発明の一態様の半導体装置の断面図を示す。図１６（Ａ）に示す半導体
装置は、下部に第１の半導体を用いたトランジスタ２２００を有し、上部に第２の半導体
を用いたトランジスタ２１００を有している。図１６（Ａ）では、第２の半導体を用いた
トランジスタ２１００として、図６で例示したトランジスタを適用した例を示している。
【０２４８】
第１の半導体は、第２の半導体と異なるエネルギーギャップを持つ半導体を用いてもよい
。例えば、第１の半導体を酸化物半導体以外の半導体とし、第２の半導体を酸化物半導体
とする。第１の半導体として多結晶構造、単結晶構造などのシリコン、ゲルマニウム、な
どを用いてもよい。または、歪みシリコンなどの歪みを有する半導体を用いてもよい。ま
たは、第１の半導体として高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）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。これらの半導体を第１の半導体に用いることで、
高速動作をすることに適したトランジスタ２２００とすることができる。また、酸化物半
導体を第２の半導体に用いることで、オフ電流の小さいトランジスタ２１００とすること
ができる。
【０２４９】
なお、トランジスタ２２００は、ｎチャネル型、ｐチャネル型のどちらでもよいが、回路
によって適切なトランジスタを用いる。また、トランジスタ２１００または／およびトラ
ンジスタ２２００として、上述したトランジスタや図１６（Ａ）に示したトランジスタを
用いなくても構わない場合がある。
【０２５０】
図１６（Ａ）に示す半導体装置は、絶縁体２２０１および絶縁体２２０７を介して、トラ
ンジスタ２２００の上部にトランジスタ２１００を有する。また、トランジスタ２２００
とトランジスタ２１００の間には、配線として機能する複数の導電体２２０２が配置され
ている。また各種絶縁体に埋め込まれた複数の導電体２２０３により、上層と下層にそれ
ぞれ配置された配線や電極が電気的に接続されている。また、該半導体装置は、トランジ
スタ２１００上の絶縁体２２０４と、絶縁体２２０４上の導電体２２０５と、トランジス
タ２１００のソース電極およびドレイン電極と同一層に（同一工程を経て）形成された導
電体２２０６と、を有する。
【０２５１】
絶縁体２２０４は、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミ
ニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジ
ルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁体を、単層で、
または積層で用いればよい。なお、絶縁体２２０４が、窒化酸化シリコン、窒化シリコン
などの窒素を含む絶縁体を含んでも構わない。
【０２５２】
または、絶縁体２２０４は、樹脂を用いてもよい。例えば、ポリイミド、ポリアミド、ア
クリル、シリコーンなどを含む樹脂を用いればよい。樹脂を用いることで、絶縁体２２０
４の上面を平坦化処理しなくてもよい場合がある。また、樹脂は短い時間で厚い膜を成膜
することができるため、生産性を高めることができる。
【０２５３】
複数のトランジスタを積層した構造とすることにより、高密度に複数の回路を配置するこ
とができる。
【０２５４】
ここで、トランジスタ２２００に用いる第１の半導体に半導体基板２２１１に含まれる単
結晶シリコンを用いた場合、トランジスタ２２００の第１の半導体の近傍の絶縁体の水素
濃度が高いことが好ましい。該水素により、シリコンのダングリングボンドを終端させる
ことで、トランジスタ２２００の信頼性を向上させることができる。一方、トランジスタ
２１００に用いる第２の半導体に酸化物半導体を用いた場合、トランジスタ２１００の第
２の半導体の近傍の絶縁体の水素濃度が低いことが好ましい。該水素は、酸化物半導体中
にキャリアを生成する要因の一つとなるため、トランジスタ２１００の信頼性を低下させ
る要因となる場合がある。したがって、単結晶シリコンを用いたトランジスタ２２００、
および酸化物半導体を用いたトランジスタ２１００を積層する場合、これらの間に水素を
ブロックする機能を有する絶縁体２２０７を配置することは両トランジスタの信頼性を高
めるために有効である。
【０２５５】
絶縁体２２０７としては、例えば酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウ
ム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸
化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などを含む絶縁体を、単層で
、または積層で用いればよい。
【０２５６】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタ２１００を覆うように、トランジスタ２１００
上に水素をブロックする機能を有する絶縁体を形成することが好ましい。絶縁体としては
、絶縁体２２０７と同様の絶縁体を用いることができ、特に酸化アルミニウムを適用する
ことが好ましい。酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物および酸素の双方に対
して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、トランジスタ２１００を覆う絶縁体
２２０８として酸化アルミニウム膜を用いることで、トランジスタ２１００に含まれる酸
化物半導体からの酸素の脱離を防止するとともに、酸化物半導体への水および水素の混入
を防止することができる。
【０２５７】
なお、トランジスタ２２００は、プレーナ型のトランジスタだけでなく、様々なタイプの
トランジスタとすることができる。例えば、ＦＩＮ（フィン）型のトランジスタなどとす
ることができる。その場合の断面図の例を、図１６（Ｂ）に示す。半導体基板２２１１の
上に、絶縁体２２１２が配置されている。半導体基板２２１１は、先端の細い凸部（フィ
ンともいう。）を有する。なお、凸部は、先端が細くなくてもよく、例えば、略直方体の
凸部であってもよいし、先端が太い凸部であってもよい。半導体基板２２１１の凸部の上
には、ゲート絶縁体２２１４が配置され、その上には、ゲート電極２２１３が配置されて
いる。半導体基板２２１１には、ソース領域およびドレイン領域２２１５が形成されてい
る。なお、ここでは、半導体基板２２１１が、凸部を有する例を示したが、本発明の一態
様に係る半導体装置は、これに限定されない。例えば、ＳＯＩ基板を加工して、凸型の半
導体領域を形成しても構わない。
【０２５８】
上記回路において、トランジスタ２１００やトランジスタ２２００の電極の接続を異なら
せることにより、様々な回路を構成することができる。以下では、本発明の一態様の半導
体装置を用いることにより実現できる回路構成の例を説明する。
【０２５９】
図１７（Ａ）に示す回路図は、ｐチャネル型のトランジスタ２２００とｎチャネル型のト
ランジスタ２１００を直列に接続し、かつそれぞれのゲートを接続した、いわゆるＣＭＯ
Ｓインバータの構成を示している。
【０２６０】
また図１７（Ｂ）に示す回路図は、トランジスタ２１００とトランジスタ２２００のそれ
ぞれのソースとドレインを接続した構成を示している。このような構成とすることで、い
わゆるＣＭＯＳアナログスイッチとして機能させることができる。
【０２６１】
本発明の一態様に係るトランジスタを用いた、電力が供給されない状況でも記憶内容の保
持が可能で、かつ、書き込み回数にも制限が無い半導体装置（記憶装置）の一例を図１８
に示す。
【０２６２】
図１８（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３２００と第２の
半導体を用いたトランジスタ３３００、および容量素子３４００を有している。なお、ト
ランジスタ３３００としては、上述したトランジスタを用いることができる。
【０２６３】
トランジスタ３３００は、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３３
００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。
【０２６４】
図１８（Ａ）において、第１の配線３００１はトランジスタ３２００のソースと電気的に
接続され、第２の配線３００２はトランジスタ３２００のドレインと電気的に接続される
。また、第３の配線３００３はトランジスタ３３００のソース、ドレインの一方と電気的
に接続され、第４の配線３００４はトランジスタ３３００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３２００のゲート、およびトランジスタ３３００のソース、
ドレインの他方は、容量素子３４００の電極の一方と電気的に接続され、第５の配線３０
０５は容量素子３４００の電極の他方と電気的に接続されている。
【０２６５】
図１８（Ａ）に示す半導体装置は、トランジスタ３２００のゲートの電位が保持可能とい
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。
【０２６６】
情報の書き込みおよび保持について説明する。まず、第４の配線３００４の電位を、トラ
ンジスタ３３００が導通状態となる電位にして、トランジスタ３３００を導通状態とする
。これにより、第３の配線３００３の電位が、トランジスタ３２００のゲート、および容
量素子３４００の電極の一方と電気的に接続するノードＦＧに与えられる。すなわち、ト
ランジスタ３２００のゲートには、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、第４の配線３００４の電位を、トラン
ジスタ３３００が非導通状態となる電位にして、トランジスタ３３００を非導通状態とす
ることにより、ノードＦＧに電荷が保持される（保持）。
【０２６７】
トランジスタ３３００のオフ電流は極めて小さいため、ノードＦＧの電荷は長期間にわた
って保持される。
【０２６８】
次に情報の読み出しについて説明する。第１の配線３００１に所定の電位（定電位）を与
えた状態で、第５の配線３００５に適切な電位（読み出し電位）を与えると、第２の配線
３００２は、ノードＦＧに保持された電荷量に応じた電位をとる。これは、トランジスタ
３２００をｎチャネル型とすると、トランジスタ３２００のゲートにＨｉｇｈレベル電荷
が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｈは、トランジスタ３２００の
ゲートにＬｏｗレベル電荷が与えられている場合の見かけ上のしきい値電圧Ｖｔｈ＿Ｌよ
り低くなるためである。ここで、見かけ上のしきい値電圧とは、トランジスタ３２００を
「導通状態」とするために必要な第５の配線３００５の電位をいうものとする。したがっ
て、第５の配線３００５の電位をＶｔｈ＿ＨとＶｔｈ＿Ｌの間の電位Ｖ０とすることによ
り、ノードＦＧに与えられた電荷を判別できる。例えば、書き込みにおいて、ノードＦＧ
にＨｉｇｈレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線３００５の電位がＶ０（＞
Ｖｔｈ＿Ｈ）となれば、トランジスタ３２００は「導通状態」となる。一方、ノードＦＧ
にＬｏｗレベル電荷が与えられていた場合には、第５の配線３００５の電位がＶ０（＜Ｖ
ｔｈ＿Ｌ）となっても、トランジスタ３２００は「非導通状態」のままである。このため
、第２の配線３００２の電位を判別することで、ノードＦＧに保持されている情報を読み
出すことができる。
【０２６９】
なお、メモリセルをアレイ状に配置する場合、読み出し時には、所望のメモリセルの情報
を読み出さなくてはならない。ほかのメモリセルの情報を読み出さないためには、ノード
ＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ３２００が「非導通状態」となるような電位
、つまり、Ｖｔｈ＿Ｈより低い電位を第５の配線３００５に与えればよい。または、ノー
ドＦＧに与えられた電荷によらずトランジスタ３２００が「導通状態」となるような電位
、つまり、Ｖｔｈ＿Ｌより高い電位を第５の配線３００５に与えればよい。
【０２７０】
図１８（Ｂ）に示す半導体装置は、トランジスタ３２００を有さない点で図１８（Ａ）に
示した半導体装置と異なる。この場合も図１８（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動作が可能である。
【０２７１】
図１８（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。トランジス
タ３３００が導通状態になると、浮遊状態である第３の配線３００３と容量素子３４００
とが導通し、第３の配線３００３と容量素子３４００の間で電荷が再分配される。その結
果、第３の配線３００３の電位が変化する。第３の配線３００３の電位の変化量は、容量
素子３４００の電極の一方の電位（または容量素子３４００に蓄積された電荷）によって
、異なる値をとる。
【０２７２】
例えば、容量素子３４００の電極の一方の電位をＶ、容量素子３４００の容量をＣ、第３
の配線３００３が有する容量成分をＣＢ、電荷が再分配される前の第３の配線３００３の
電位をＶＢ０とすると、電荷が再分配された後の第３の配線３００３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、容量素
子３４００の電極の一方の電位が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第３の配線３００３の電位（＝（ＣＢ×ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ
１）／（ＣＢ＋Ｃ））は、電位Ｖ０を保持している場合の第３の配線３００３の電位（＝
（ＣＢ×ＶＢ０＋Ｃ×Ｖ０）／（ＣＢ＋Ｃ））よりも高くなることがわかる。
【０２７３】
そして、第３の配線３００３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。
【０２７４】
この場合、メモリセルを駆動させるための駆動回路に上記第１の半導体が適用されたトラ
ンジスタを用い、トランジスタ３３００として第２の半導体が適用されたトランジスタを
駆動回路上に積層して配置する構成とすればよい。
【０２７５】
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。
【０２７６】
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
た問題が生じない。すなわち、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。
【０２７７】
＜ＲＦタグ＞
以下では、上述したトランジスタ、または記憶装置を含むＲＦタグについて、図１９を用
いて説明する。
【０２７８】
本発明の一態様に係るＲＦタグは、内部に記憶回路を有し、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。
【０２７９】
ＲＦタグの構成について図１９を用いて説明する。図１９は、ＲＦタグの構成例を示すブ
ロック図である。
【０２８０】
図１９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。またＲＦタグ８００は、整流回路８０５、定電圧回路８０６、復調回路８
０７、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８００は、そのいずれの方式に用いることも可能である。
【０２８１】
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。
【０２８２】
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。
【０２８３】
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。
【０２８４】
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。
【０２８５】
なお、上述の各回路は、適宜、取捨することができる。
【０２８６】
ここで、上述した記憶装置を、記憶回路８１０に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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
＜ＲＦタグの使用例＞
以下では、本発明の一態様に係るＲＦタグの使用例について図２０を用いて説明する。Ｒ
Ｆタグの用途は広範にわたるが、例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、無記名債券類、証書
類（運転免許証や住民票等、図２０（Ａ）参照。）、包装用容器類（包装紙やボトル等、
図２０（Ｃ）参照。）、記録媒体（ＤＶＤやビデオテープ等、図２０（Ｂ）参照。）、乗
り物類（自転車等、図２０（Ｄ）参照。）、身の回り品（鞄や眼鏡等）、食品類、植物類
、動物類、人体、衣類、生活用品類、薬品や薬剤を含む医療品、または電子機器（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）等の物品、もしくは各物品
に取り付ける荷札（図２０（Ｅ）および図２０（Ｆ）参照。）等に設けて使用することが
できる。
【０２８９】
本発明の一態様に係るＲＦタグ４０００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
４０００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、有価証券類、無記名債券類、または証書
類等に本発明の一態様に係るＲＦタグ４０００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、包装用容器類、記録媒
体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、または電子機器等に本発明の一態様に係る
ＲＦタグ４０００を取り付けることにより、検品システム等のシステムの効率化を図るこ
とができる。また、乗り物類であっても、本発明の一態様に係るＲＦタグ４０００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。
【０２９０】
以上のように、本発明の一態様に係るＲＦタグは、上述したような各用途に用いることが
できる。
【０２９１】
＜ＣＰＵ＞
以下では、上述したトランジスタや上述した記憶装置などの半導体装置を含むＣＰＵにつ
いて説明する。
【０２９２】
図２１は、上述したトランジスタを一部に用いたＣＰＵの一例の構成を示すブロック図で
ある。
【０２９３】
図２１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２１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２１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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
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ＣＬＫ１を元に、内部クロック信号
ＣＬＫ２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ＣＬＫ２を上記
各種回路に供給する。
【０２９７】
図２１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。
【０２９８】
図２１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内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる
。容量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換え
が行われ、レジスタ１１９６内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる
。
【０２９９】
図２２は、レジスタ１１９６として用いることのできる記憶素子１２００の回路図の一例
である。記憶素子１２００は、電源遮断で記憶データが揮発する回路１２０１と、電源遮
断で記憶データが揮発しない回路１２０２と、スイッチ１２０３と、スイッチ１２０４と
、論理素子１２０６と、容量素子１２０７と、選択機能を有する回路１２２０と、を有す
る。回路１２０２は、容量素子１２０８と、トランジスタ１２０９と、トランジスタ１２
１０と、を有する。なお、記憶素子１２００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よい。
【０３００】
ここで、回路１２０２には、上述した記憶装置を用いることができる。記憶素子１２００
への電源電圧の供給が停止した際、回路１２０２のトランジスタ１２０９のゲートにはＧ
ＮＤ（０Ｖ）、またはトランジスタ１２０９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１２０９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
。
【０３０１】
スイッチ１２０３は、一導電型（例えば、ｎチャネル型）のトランジスタ１２１３を用い
て構成され、スイッチ１２０４は、一導電型とは逆の導電型（例えば、ｐチャネル型）の
トランジスタ１２１４を用いて構成した例を示す。ここで、スイッチ１２０３の第１の端
子はトランジスタ１２１３のソースとドレインの一方に対応し、スイッチ１２０３の第２
の端子はトランジスタ１２１３のソースとドレインの他方に対応し、スイッチ１２０３は
トランジスタ１２１３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１２１３の導通状態または非導通状
態）が選択される。スイッチ１２０４の第１の端子はトランジスタ１２１４のソースとド
レインの一方に対応し、スイッチ１２０４の第２の端子はトランジスタ１２１４のソース
とドレインの他方に対応し、スイッチ１２０４はトランジスタ１２１４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１２１４の導通状態または非導通状態）が選択される。
【０３０２】
トランジスタ１２０９のソースとドレインの一方は、容量素子１２０８の一対の電極のう
ちの一方、およびトランジスタ１２１０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１２１０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
１２０３の第１の端子（トランジスタ１２１３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１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの
他方）はスイッチ１２０４の第１の端子（トランジスタ１２１４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１２０４の第２の端子（トランジスタ１２１４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１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３のソースとドレインの他方
）と、スイッチ１２０４の第１の端子（トランジスタ１２１４のソースとドレインの一方
）と、論理素子１２０６の入力端子と、容量素子１２０７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１２０７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１２０７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１２０８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１２０
８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。
【０３０３】
なお、容量素子１２０７および容量素子１２０８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。
【０３０４】
トランジスタ１２０９のゲートには、制御信号ＷＥが入力される。スイッチ１２０３およ
びスイッチ１２０４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。
【０３０５】
トランジスタ１２０９のソースとドレインの他方には、回路１２０１に保持されたデータ
に対応する信号が入力される。図２２では、回路１２０１から出力された信号が、トラン
ジスタ１２０９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１２０３の
第２の端子（トランジスタ１２１３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１２０６によってその論理値が反転された反転信号となり、回路１２２０を介し
て回路１２０１に入力される。
【０３０６】
なお、図２２では、スイッチ１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３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１２０６および回路１２２０を介して回
路１２０１に入力する例を示したがこれに限定されない。スイッチ１２０３の第２の端子
（トランジスタ１２１３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１２０１に入力されてもよい。例えば、回路１２０１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１２０３の第２の端子（トランジスタ１２１３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。
【０３０７】
また、図２２において、記憶素子１２００に用いられるトランジスタのうち、トランジス
タ１２０９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膜または基板１１９
０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１
２００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１２００は、トランジスタ１２０９以外にも
、チャネルが酸化物半導体で形成されるトランジスタを含んでいてもよく、残りのトラン
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もできる。
【０３０８】
図２２における回路１２０１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１２０６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。
【０３０９】
本発明の一態様に係る半導体装置では、記憶素子１２００に電源電圧が供給されない間は
、回路１２０１に記憶されていたデータを、回路１２０２に設けられた容量素子１２０８
によって保持することができる。
【０３１０】
また、酸化物半導体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小さい。そのた
め、当該トランジスタをトランジスタ１２０９として用いることによって、記憶素子１２
００に電源電圧が供給されない間も容量素子１２０８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１２００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。
【０３１１】
また、スイッチ１２０３およびスイッチ１２０４を設けることによって、プリチャージ動
作を行うことを特徴とする記憶素子であるため、電源電圧供給再開後に、回路１２０１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。
【０３１２】
また、回路１２０２において、容量素子１２０８によって保持された信号はトランジスタ
１２１０のゲートに入力される。そのため、記憶素子１２００への電源電圧の供給が再開
された後、容量素子１２０８によって保持された信号を、トランジスタ１２１０の状態（
導通状態、または非導通状態）に変換して、回路１２０２から読み出すことができる。そ
れ故、容量素子１２０８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。
【０３１３】
このような記憶素子１２００を、プロセッサ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、プロセッサ全体、もしくはプロセッサを構成する一つ、また
は複数の論理回路において、短い時間でも電源停止を行うことができるため、消費電力を
抑えることができる。
【０３１４】
記憶素子１２００をＣＰＵに用いる例として説明したが、記憶素子１２００は、ＤＳＰ（
Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、カスタムＬＳＩ、ＰＬＤ（Ｐｒ
ｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）等のＬＳＩ、ＲＦ−ＩＤ（Ｒａｄｉ
ｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）にも応用可能である。
【０３１５】
＜表示装置＞
以下では、本発明の一態様に係る表示装置の構成例について説明する。
【０３１６】
［構成例］
図２３（Ａ）には、本発明の一態様に係る表示装置の上面図を示す。また、図２３（Ｂ）
には、本発明の一態様に係る表示装置の画素に液晶素子を用いた場合における画素回路を
示す。また、図２３（Ｃ）には、本発明の一態様に係る表示装置の画素に有機ＥＬ素子を
用いた場合における画素回路を示す。
【０３１７】
画素に用いるトランジスタは、上述したトランジスタを用いることができる。ここでは、
ｎチャネル型のトランジスタを用いる例を示す。なお、画素に用いたトランジスタと、同
一工程を経て作製したトランジスタを駆動回路として用いても構わない。このように、画
素や駆動回路に上述したトランジスタを用いることにより、表示品位が高い、または／お
よび信頼性の高い表示装置となる。
【０３１８】
アクティブマトリクス型表示装置の上面図の一例を図２３（Ａ）に示す。表示装置の基板
５０００上には、画素部５００１、第１の走査線駆動回路５００２、第２の走査線駆動回
路５００３、信号線駆動回路５００４が配置される。画素部５００１は、複数の信号線に
よって信号線駆動回路５００４と電気的に接続され、複数の走査線によって第１の走査線
駆動回路５００２、および第２の走査線駆動回路５００３と電気的に接続される。なお、
走査線と信号線とによって区切られる領域には、それぞれ表示素子を有する画素が配置さ
れている。また、表示装置の基板５０００は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅ
ｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の接続部を介して、タイミング制御回路（コントローラ、制御Ｉ
Ｃともいう）に電気的に接続されている。
【０３１９】
第１の走査線駆動回路５００２、第２の走査線駆動回路５００３および信号線駆動回路５
００４は、画素部５００１と同じ基板５０００上に形成される。そのため、駆動回路を別
途作製する場合と比べて、表示装置を作製するコストを低減することができる。また、駆
動回路を別途作製した場合、配線間の接続数が増える。したがって、同じ基板５０００上
に駆動回路を設けることで、配線間の接続数を減らすことができ、信頼性の向上、または
／および歩留まりの向上を図ることができる。
【０３２０】
〔液晶表示装置〕
また、画素の回路構成の一例を図２３（Ｂ）に示す。ここでは、ＶＡ型液晶表示装置の画
素などに適用することができる画素回路を示す。
【０３２１】
この画素回路は、一つの画素に複数の画素電極を有する構成に適用できる。それぞれの画
素電極は異なるトランジスタに接続され、各トランジスタは異なるゲート信号で駆動でき
るように構成されている。これにより、マルチドメイン設計された画素の個々の画素電極
に印加する信号を、独立して制御できる。
【０３２２】
トランジスタ５０１６のゲート配線５０１２と、トランジスタ５０１７のゲート配線５０
１３には、異なるゲート信号を与えることができるように分離されている。一方、データ
線として機能するソース電極またはドレイン電極５０１４は、トランジスタ５０１６とト
ランジスタ５０１７で共通に用いられている。トランジスタ５０１６とトランジスタ５０
１７は上述したトランジスタを適宜用いることができる。これにより、表示品位が高い、
または／および信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
【０３２３】
トランジスタ５０１６と電気的に接続する第１の画素電極と、トランジスタ５０１７と電
気的に接続する第２の画素電極の形状について説明する。第１の画素電極と第２の画素電
極の形状は、スリットによって分離されている。第１の画素電極はＶ字型に広がる形状を
有し、第２の画素電極は第１の画素電極の外側を囲むように形成される。
【０３２４】
トランジスタ５０１６のゲート電極はゲート配線５０１２と電気的に接続され、トランジ
スタ５０１７のゲート電極はゲート配線５０１３と電気的に接続されている。ゲート配線
５０１２とゲート配線５０１３に異なるゲート信号を与えてトランジスタ５０１６とトラ
ンジスタ５０１７の動作タイミングを異ならせ、液晶の配向を制御することができる。
【０３２５】
また、容量配線５０１０と、誘電体として機能するゲート絶縁体と、第１の画素電極また
は第２の画素電極と電気的に接続する容量電極とで容量素子を形成してもよい。
【０３２６】
マルチドメイン構造は、一画素に第１の液晶素子５０１８と第２の液晶素子５０１９を備
える。第１の液晶素子５０１８は第１の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成さ
れ、第２の液晶素子５０１９は第２の画素電極と対向電極とその間の液晶層とで構成され
る。
【０３２７】
なお、本発明の一態様に係る表示装置は、図２３（Ｂ）に示す画素回路に限定されない。
例えば、図２３（Ｂ）に示す画素回路に新たにスイッチ、抵抗素子、容量素子、トランジ
スタ、センサ、または論理回路などを追加してもよい。
【０３２８】
〔有機ＥＬ表示装置〕
画素の回路構成の他の一例を図２３（Ｃ）に示す。ここでは、有機ＥＬ素子を用いた表示
装置の画素構造を示す。
【０３２９】
有機ＥＬ素子は、発光素子に電圧を印加することにより、有機ＥＬ素子が有する一対の電
極の一方から電子が、他方から正孔がそれぞれ発光性の有機化合物を含む層に注入され、
電流が流れる。そして、電子および正孔が再結合することにより、発光性の有機化合物が
励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズム
から、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０３３０】
図２３（Ｃ）は、画素回路の一例を示す図である。ここでは１つの画素にｎチャネル型の
トランジスタを２つ用いる例を示す。なお、ｎチャネル型のトランジスタには、上述した
トランジスタを用いることができる。また、当該画素回路は、デジタル時間階調駆動を適
用することができる。
【０３３１】
適用可能な画素回路の構成およびデジタル時間階調駆動を適用した場合の画素の動作につ
いて説明する。
【０３３２】
画素５０２０は、スイッチング用トランジスタ５０２１、駆動用トランジスタ５０２２、
発光素子５０２４および容量素子５０２３を有する。スイッチング用トランジスタ５０２
１は、ゲート電極が走査線５０２６に接続され、第１電極（ソース電極、ドレイン電極の
一方）が信号線５０２５に接続され、第２電極（ソース電極、ドレイン電極の他方）が駆
動用トランジスタ５０２２のゲート電極に接続されている。駆動用トランジスタ５０２２
は、ゲート電極が容量素子５０２３を介して電源線５０２７に接続され、第１電極が電源
線５０２７に接続され、第２電極が発光素子５０２４の第１電極（画素電極）に接続され
ている。発光素子５０２４の第２電極は共通電極５０２８に相当する。共通電極５０２８
は、同一基板上に形成される共通電位線と電気的に接続される。
【０３３３】
スイッチング用トランジスタ５０２１および駆動用トランジスタ５０２２は上述したトラ
ンジスタを用いることができる。これにより、表示品位の高い、または／および信頼性の
高い有機ＥＬ表示装置となる。
【０３３４】
発光素子５０２４の第２電極（共通電極５０２８）の電位は低電源電位に設定する。なお
、低電源電位とは、電源線５０２７に供給される高電源電位より低い電位であり、例えば
ＧＮＤ、０Ｖなどを低電源電位として設定することができる。発光素子５０２４の順方向
のしきい値電圧以上となるように高電源電位と低電源電位を設定し、その電位差を発光素
子５０２４に印加することにより、発光素子５０２４に電流を流して発光させる。なお、
発光素子５０２４の順方向電圧とは、所望の輝度とする場合の電圧を指しており、少なく
とも順方向しきい値電圧を含む。
【０３３５】
なお、容量素子５０２３は駆動用トランジスタ５０２２のゲート容量を代用することによ
り省略できる場合がある。駆動用トランジスタ５０２２のゲート容量については、チャネ
ル形成領域とゲート電極との間で容量が形成されていてもよい。
【０３３６】
次に、駆動用トランジスタ５０２２に入力する信号について説明する。電圧入力電圧駆動
方式の場合、駆動用トランジスタ５０２２がオンまたはオフの二つの状態となるようなビ
デオ信号を、駆動用トランジスタ５０２２に入力する。なお、駆動用トランジスタ５０２
２を線形領域で動作させるために、電源線５０２７の電圧よりも高い電圧を駆動用トラン
ジスタ５０２２のゲート電極に与える。また、信号線５０２５には、電源線電圧に駆動用
トランジスタ５０２２のしきい値電圧Ｖｔｈを加えた値以上の電圧をかける。
【０３３７】
アナログ階調駆動を行う場合、駆動用トランジスタ５０２２のゲート電極に発光素子５０
２４の順方向電圧に駆動用トランジスタ５０２２のしきい値電圧Ｖｔｈを加えた値以上の
電圧をかける。なお、駆動用トランジスタ５０２２が飽和領域で動作するようにビデオ信
号を入力し、発光素子５０２４に電流を流す。また、駆動用トランジスタ５０２２を飽和
領域で動作させるために、電源線５０２７の電位を、駆動用トランジスタ５０２２のゲー
ト電位より高くする。ビデオ信号をアナログとすることで、発光素子５０２４にビデオ信
号に応じた電流を流し、アナログ階調駆動を行うことができる。
【０３３８】
なお、本発明の一態様に係る表示装置は、図２３（Ｃ）に示す画素構成に限定されない。
例えば、図２３（Ｃ）に示す画素回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサ、トラン
ジスタまたは論理回路などを追加してもよい。
【０３３９】
図２３で例示した回路に上述したトランジスタを適用する場合、低電位側にソース電極（
第１の電極）、高電位側にドレイン電極（第２の電極）がそれぞれ電気的に接続される構
成とする。さらに、制御回路等により第１のゲート電極の電位を制御し、第２のゲート電
極にはソース電極に与える電位よりも低い電位など、上記で例示した電位を入力可能な構
成とすればよい。
【０３４０】
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、およ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、または様
々な素子を有することが出来る。表示素子、表示装置、発光素子または発光装置は例えば
、ＥＬ素子（有機物および無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子）、ＬＥ
Ｄ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）、トランジスタ（電流に応
じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グ
レーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、ＭＥＭ
Ｓ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）、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）、ＩＭＯＤ（インターフェアレ
ンス・モジュレーション）素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディス
プレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子などの少なくとも一つを有している。こ
れらのほかにも、電気磁気的作用により、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）またはＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒ
ｆａｃｅ−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。電子インクまた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。
【０３４１】
なお、バックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色光（Ｗ
）を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層（カラーフィルターともいう
。）を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）
、イエロー（Ｙ）などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、
着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を
有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領
域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置
することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を２割
から３割程度低減できる場合がある。ただし、有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子などの自発光
素子を用いてフルカラー表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、Ｗを、それぞれの発光色を有す
る素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合より
も、さらに消費電力を低減できる場合がある。
【０３４２】
＜モジュール＞
以下では、本発明の一態様に係る半導体装置を適用した表示モジュールについて、図２４
を用いて説明を行う。
【０３４３】
図２４に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との
間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、ＦＰＣ８００５に接続された
セル８００６、バックライトユニット８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１
０、バッテリー８０１１を有する。なお、バックライトユニット８００７、バッテリー８
０１１、タッチパネル８００４などを有さない場合もある。
【０３４４】
本発明の一態様に係る半導体装置は、例えば、セル８００６に用いることができる。
【０３４５】
上部カバー８００１および下部カバー８００２は、タッチパネル８００４およびセル８０
０６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
【０３４６】
タッチパネル８００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルをセル８００６
に重畳して用いることができる。また、セル８００６の対向基板（封止基板）に、タッチ
パネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、セル８００６の各画素内に
光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。または、セル８００６
の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネルとすることも可能
である。
【０３４７】
バックライトユニット８００７は、光源８００８を有する。光源８００８をバックライト
ユニット８００７の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
【０３４８】
フレーム８００９は、セル８００６の保護機能の他、プリント基板８０１０の動作により
発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有してもよい。またフレー
ム８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
【０３４９】
プリント基板８０１０は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための信
号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であって
もよいし、別途設けたバッテリー８０１１による電源であってもよい。商用電源を用いる
場合には、バッテリー８０１１を有さなくてもよい。
【０３５０】
また、表示モジュール８０００には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追
加して設けてもよい。
【０３５１】
＜電子機器＞
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備
えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ
等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いること
ができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器と
して、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ
、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプ
レイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオ
プレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ
払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図２５に示
す。
【０３５２】
図２５（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体９０１、筐体９０２、表示部９０３、表示部
９０４、マイクロフォン９０５、スピーカー９０６、操作キー９０７、スタイラス９０８
等を有する。なお、図２５（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部９０３と表示
部９０４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない
。
【０３５３】
図２５（Ｂ）は携帯データ端末であり、第１筐体９１１、第２筐体９１２、第１表示部９
１３、第２表示部９１４、接続部９１５、操作キー９１６等を有する。第１表示部９１３
は第１筐体９１１に設けられており、第２表示部９１４は第２筐体９１２に設けられてい
る。そして、第１筐体９１１と第２筐体９１２とは、接続部９１５により接続されており
、第１筐体９１１と第２筐体９１２の間の角度は、接続部９１５により変更が可能である
。第１表示部９１３における映像を、接続部９１５における第１筐体９１１と第２筐体９
１２との間の角度にしたがって、切り替える構成としてもよい。また、第１表示部９１３
および第２表示部９１４の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表
示装置を用いるようにしてもよい。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッ
チパネルを設けることで付加することができる。または、位置入力装置としての機能は、
フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加する
ことができる。
【０３５４】
図２５（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体９２１、表示部９２２、キ
ーボード９２３、ポインティングデバイス９２４等を有する。
【０３５５】
図２５（Ｄ）は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体９３１、冷蔵室用扉９３２、冷凍室用扉９３
３等を有する。
【０３５６】
図２５（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体９４１、第２筐体９４２、表示部９４３、
操作キー９４４、レンズ９４５、接続部９４６等を有する。操作キー９４４およびレンズ
９４５は第１筐体９４１に設けられており、表示部９４３は第２筐体９４２に設けられて
いる。そして、第１筐体９４１と第２筐体９４２とは、接続部９４６により接続されてお
り、第１筐体９４１と第２筐体９４２の間の角度は、接続部９４６により変更が可能であ
る。表示部９４３における映像を、接続部９４６における第１筐体９４１と第２筐体９４
２との間の角度にしたがって切り替える構成としてもよい。
【０３５７】
図２５（Ｆ）は普通自動車であり、車体９５１、車輪９５２、ダッシュボード９５３、ラ
イト９５４等を有する。
【０３５８】
＜表示領域または発光領域に曲面を有する電子機器＞
以下では、本発明の一態様に係る電子機器の一例である表示領域または発光領域に曲面を
有する電子機器について、図２６を参照しながら説明する。なお、ここでは、電子機器の
一例として、情報機器、特に携帯性を有する情報機器（携帯機器）について説明する。携
帯性を有する情報機器としては、例えば、携帯電話機（ファブレット、スマートフォン（
スマホ））、タブレット端末（スレートＰＣ）なども含まれる。
【０３５９】
図２６（Ａ−１）は、携帯機器１３００Ａの外形を説明する斜視図である。図２６（Ａ−
２）は、携帯機器１３００Ａの上面図である。図２６（Ａ−３）は、携帯機器１３００Ａ
の使用状態を説明する図である。
【０３６０】
図２６（Ｂ−１）および図２６（Ｂ−２）は、携帯機器１３００Ｂの外形を説明する斜視
図である。
【０３６１】
図２６（Ｃ−１）および図２６（Ｃ−２）は、携帯機器１３００Ｃの外形を説明する斜視
図である。
【０３６２】
＜携帯機器＞
携帯機器１３００Ａは、例えば電話、電子メール作成閲覧、手帳または情報閲覧などの機
能から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。
【０３６３】
携帯機器１３００Ａは、筐体の複数の面に沿って表示部が設けられている。例えば、可と
う性を有する表示装置を、筐体の内側に沿うように配置することで表示部を設ければよい
。これにより、文字情報や画像情報などを第１の領域１３１１または／および第２の領域
１３１２に表示することができる。
【０３６４】
例えば、３つの操作の用に供する画像を第１の領域１３１１に表示することができる（図
２６（Ａ−１）参照。）。また、図中に破線の矩形で示すように文字情報などを第２の領
域１３１２に表示することができる（図２６（Ａ−２）参照。）。
【０３６５】
携帯機器１３００Ａの上部に第２の領域１３１２を配置した場合、携帯機器１３００Ａを
洋服の胸ポケットに収納したままの状態で、携帯機器１３００Ａの第２の領域１３１２に
表示された文字や画像情報を、使用者は容易に確認することができる（図２６（Ａ−３）
参照。）。例えば、着信した電話の発信者の電話番号または氏名などを、携帯機器１３０
０Ａの上方から観察できる。
【０３６６】
なお、携帯機器１３００Ａは、表示装置と筐体との間、表示装置内または筐体上に入力装
置などを有してもよい。入力装置は、例えば、タッチセンサ、光センサ、超音波センサな
どを用いればよい。入力装置を表示装置と筐体との間または筐体上に配置する場合、マト
リクススイッチ方式、抵抗膜方式、超音波表面弾性波方式、赤外線方式、電磁誘導方式、
静電容量方式などのタッチパネルを用いればよい。また、入力装置を表示装置内に配置す
る場合、インセルタイプのセンサ、またはオンセルタイプのセンサなどを用いればよい。
【０３６７】
なお、携帯機器１３００Ａは、振動センサなどと、当該振動センサなどに検知された振動
に基づいて、着信を拒否するモードに移行するプログラムを記憶した記憶装置を備えるこ
とができる。これにより、使用者は携帯機器１３００Ａを洋服の上から軽く叩いて振動を
与えることにより着信を拒否するモードに移行させることができる。
【０３６８】
携帯機器１３００Ｂは、第１の領域１３１１および第２の領域１３１２を有する表示部と
、表示部を支持する筐体１３１０を有する。
【０３６９】
筐体１３１０は複数の屈曲部を備え、筐体１３１０が備える最も長い屈曲部が、第１の領
域１３１１と第２の領域１３１２に挟まれる。
【０３７０】
携帯機器１３００Ｂは、最も長い屈曲部に沿って設けられた第２の領域１３１２を側面に
向けて使用することができる。
【０３７１】
携帯機器１３００Ｃは、第１の領域１３１１および第２の領域１３１２を有する表示部と
、表示部を支持する筐体１３１０を有する。
【０３７２】
筐体１３１０は複数の屈曲部を備え、筐体１３１０が備える二番目に長い屈曲部が、第１
の領域１３１１と第２の領域１３１２に挟まれる。
【０３７３】
携帯機器１３００Ｃは、第２の領域１３１２を上部に向けて使用することができる。
【実施例１】
【０３７４】
本実施例では、過剰酸素を含む絶縁体である、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンに不
純物としてリンを添加し、ＴＤＳによる酸素放出を評価した。
【０３７５】
試料の作製方法を以下に示す。
【０３７６】
まず、基板としてシリコン基板を準備した。次に、シリコン基板を熱酸化法により酸化さ
せ、表面に厚さ１００ｎｍの第１の酸化シリコンを形成した。次に、スパッタリング法に
より、厚さが３００ｎｍの第２の酸化シリコンを成膜した。
【０３７７】
第２の酸化シリコンは、合成石英ターゲットを用い、成膜ガスを酸素５０ｓｃｃｍとし、
圧力を０．４Ｐａとし、成膜電力を１．５ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）とし、ターゲット−
基板間距離を６０ｍｍとし、基板温度を１００℃として成膜した。
【０３７８】
次に、試料に不純物としてリンイオン（Ｐ＋）を注入することで実施例試料１、実施例試
料２および実施例試料３を作製した。
【０３７９】
リンイオンの添加は、イオン注入法を用い、加速電圧を３０ｋＶとして行った。実施例試
料１は、リンイオンの注入濃度を１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。実施例試料２は
、リンイオンの注入濃度を２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。実施例試料３は、リン
イオンの注入濃度を１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。なお、比較例試料として、リ
ンイオンを注入していない試料を準備した。
【０３８０】
図３３に、実施例試料１、実施例試料２、実施例試料３および比較例試料の、ＴＤＳによ
る基板温度と質量電荷比（Ｍ／ｚ）が３２のイオン強度との関係を示す。ＴＤＳの測定は
、各試料を１０ｍｍ×１０ｍｍに分断した試料に対して行った。なお、Ｍ／ｚが３２で検
出されるガスには酸素ガス（Ｏ２）がある。本実施例では、Ｍ／ｚが３２で検出されるガ
スは、全て酸素ガスとみなす。
【０３８１】
図３３より、リンイオンを注入していない、比較例試料は、基板温度２５０℃以上４５０
℃以下程度の範囲で酸素ガスを放出した。一方、リンイオンを注入した、実施例試料１、
実施例試料２および実施例試料３は、比較例試料に対して酸素ガスの放出量が少ないこと
がわかった。
【０３８２】
図３３より、実施例試料１の酸素放出量は、８．１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（２．
７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、実施例試料２の酸素放出量は、５．
５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（１．８×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。ま
た、実施例試料３の酸素放出量は、１．１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（３．７×１０
１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、比較例試料の酸素放出量は、１．１×１０１
６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（３．７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。なお、単位体
積当たりの酸素放出量は、第２の酸化シリコンの厚さ３００ｎｍから換算した。
【０３８３】
図３４に、図３３から算出した酸素放出量を示す。なお、酸素放出量は、酸素原子に換算
した値を示す。図３４は、リンイオン注入濃度と酸素放出量との関係である。なお、リン
イオンを注入していない、比較例試料の酸素放出量を破線で示す。
【０３８４】
したがって、加熱によって放出する酸素の量を低減させるためには、３０ｋＶの加速電圧
では、酸化シリコン中にリンイオンを１×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上、好ましくは２
×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上、さらに好ましくは１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上
の濃度で注入すればよいことがわかった。
【０３８５】
図３３より、加熱により酸素を放出することが可能な絶縁体にリンイオンを注入すること
で、加熱によって放出する酸素の量を低減できることがわかる。
【０３８６】
次に、実施例試料４の作製方法を示す。
【０３８７】
まず、基板としてシリコン基板を準備した。次に、シリコン基板を熱酸化法により酸化さ
せ、表面に厚さ１００ｎｍの酸化シリコンを形成した。次に、ＣＶＤ法により、厚さが３
００ｎｍの酸化窒化シリコンを成膜した。
【０３８８】
酸化窒化シリコンは、成膜ガスをシラン２ｓｃｃｍおよび亜酸化窒素４０００ｓｃｃｍと
し、圧力を７００Ｐａとし、成膜電力を２５０Ｗ（６０ＭＨｚ）とし、電極間距離を９ｍ
ｍとし、基板温度を４００℃として成膜した。
【０３８９】
次に、試料に不純物としてリンイオン（Ｐ＋）を注入することで実施例試料４を作製した
。リンイオンの添加は、イオン注入法を用い、加速電圧を３０ｋＶとして行った。実施例
試料４は、リンイオンの注入濃度を１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。
【０３９０】
したがって、実施例試料３と実施例試料４との違いは、第２の酸化シリコンを用いるか、
酸化窒化シリコンを用いるかのみである。
【０３９１】
次に、実施例試料３および実施例試料４をエッチングし、エッチング深さと酸素放出量と
の関係を評価した。実施例試料３および実施例試料４は、１０ｍｍ×１０ｍｍに分断した
。なお、ＴＤＳの測定は、測定１回に対して分断した試料を１枚用いた。
【０３９２】
図３５は、エッチングなしの第２の酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンの厚さを基準（
深さ０ｎｍ）とし、各エッチング深さにおける酸素放出量をプロットした。エッチングは
、エッチャントには、フッ化水素アンモニウムを６．７％とフッ化アンモニウムを１２．
７％含む混合溶液（ステラケミファ社製  ＬＡＬ５００）を用い、２０℃で行った。図３
５（Ａ）に実施例試料３の酸素放出量を、図３５（Ｂ）に実施例試料４の酸素放出量を、
それぞれ示す。
【０３９３】
なお、図３５には、計算によって算出した、第２の酸化シリコンまたは酸化窒化シリコン
中のリン濃度を示す。計算は、ＴＲＩＭ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｏｆ  Ｉｏｎ  ｉｎ  Ｍ
ａｔｔｅｒ）を用い、密度を２．２ｇ／ｃｍ３として行った。計算により、各試料は、深
さ５０ｎｍから６０ｎｍ程度にリン濃度の最大値を有することがわかった。
【０３９４】
図３５（Ａ）より、実施例試料３は、第２の酸化シリコンを５０ｎｍの深さまでエッチン
グすることで、酸素放出量が増大することがわかった。また、第２の酸化シリコンを９０
ｎｍの深さまでエッチングすることで、酸素放出量が最大となることがわかった。また、
図３５（Ｂ）より、実施例試料４は、酸化窒化シリコンを７８ｎｍの深さまでエッチング
することで、酸素放出量が増大することがわかった。また、酸化窒化シリコンを８３ｎｍ
の深さまでエッチングすることで、酸素放出量が最大となることがわかった。
【０３９５】
図３５より、絶縁体中のリン濃度が最大値を示す領域をエッチングすると、酸素放出量は
大きく変化することがわかった。このことから、リン濃度を２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３以上とすることで高い酸素ブロック性を示す領域が形成できていることがわかった。
また、リン濃度の低い領域では、加熱によって放出される酸素が保持されていることがわ
かった。
【０３９６】
本実施例より、過剰酸素を含む絶縁体である、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコン中に
不純物としてリンを添加することで、酸素ブロック領域を形成できることがわかる。
【実施例２】
【０３９７】
本実施例では、過剰酸素を含む絶縁体である酸化シリコン中に、不純物としてホウ素を添
加し、ＴＤＳによる酸素放出を評価した。
【０３９８】
試料の作製方法を以下に示す。
【０３９９】
まず、基板としてシリコン基板を準備した。次に、シリコン基板を熱酸化法により酸化さ
せ、表面に厚さ１００ｎｍの第１の酸化シリコンを形成した。次に、スパッタリング法に
より、厚さが３００ｎｍの第２の酸化シリコンを成膜した。
【０４００】
第２の酸化シリコンは、合成石英ターゲットを用い、成膜ガスを酸素５０ｓｃｃｍとし、
圧力を０．４Ｐａとし、成膜電力を１．５ｋＷ（１３．５６ＭＨｚ）とし、ターゲット−
基板間距離を６０ｍｍとし、基板温度を１００℃として成膜した。
【０４０１】
次に、試料に不純物としてホウ素イオン（Ｂ＋）を注入することで、実施例試料５を作製
した。
【０４０２】
ホウ素イオンの添加は、イオン注入法を用い、加速電圧を１０ｋＶとして行った。実施例
試料５は、ホウ素イオンの注入濃度を１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２とした。なお、比較
例試料として、イオンを注入していない試料を準備した。当該試料は、比較例試料として
先の実施例に示した試料と同一である。
【０４０３】
図３６に、実施例試料５および比較例試料の、ＴＤＳによる基板温度とＭ／ｚが３２のイ
オン強度との関係を示す。ＴＤＳの測定は、各試料を１０ｍｍ×１０ｍｍに分断した試料
に対して行った。
【０４０４】
図３６より、ホウ素イオンを注入していない、比較例試料は、基板温度２５０℃以上４５
０℃以下程度の範囲で酸素ガスを放出した。一方、ホウ素イオンを注入した実施例試料５
は、比較例試料に対して酸素ガスの放出量が少ないことがわかった。
【０４０５】
図３６より、実施例試料５の酸素放出量は、３．１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（１．
０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。また、比較例試料の酸素放出量は、１．１
×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２（３．７×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）であった。なお
、単位体積当たりの酸素放出量は、第２の酸化シリコンの厚さ３００ｎｍから換算した。
【０４０６】
したがって、加熱によって放出する酸素の量を低減させるためには、１０ｋＶの加速電圧
では、酸化シリコン中にホウ素イオンを１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２以上の濃度で注入
すればよいことがわかった。
【０４０７】
図３６より、加熱により酸素を放出することが可能な絶縁体に、ホウ素イオンを注入する
ことでも、加熱によって放出する酸素の量を低減できることがわかる。
【０４０８】
本実施例より、過剰酸素を含む絶縁体である、酸化シリコン中に不純物としてホウ素を添
加することでも、酸素ブロック領域を形成できることがわかる。
【符号の説明】
【０４０９】
５０    基板
５２    絶縁体
５３    領域
５６    半導体
６８    絶縁体
６９    領域
４００    基板
４０２    絶縁体
４０４    導電体
４０５    導電体
４０６ａ    半導体
４０６ｂ    半導体
４０６ｃ    半導体
４０８    絶縁体
４１２    絶縁体
４１３    導電体
４１６ａ    導電体
４１６ｂ    導電体
４１８    絶縁体
４２３    領域
４２４ａ    導電体
４２４ｂ    導電体
４２６ａ    導電体
４２６ｂ    導電体
４２８    絶縁体
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
９０１    筐体
９０２    筐体
９０３    表示部
９０４    表示部
９０５    マイクロフォン
９０６    スピーカー
９０７    操作キー
９０８    スタイラス
９１１    筐体
９１２    筐体
９１３    表示部
９１４    表示部
９１５    接続部
９１６    操作キー
９２１    筐体
９２２    表示部
９２３    キーボード
９２４    ポインティングデバイス
９３１    筐体
９３２    冷蔵室用扉
９３３    冷凍室用扉
９４１    筐体
９４２    筐体
９４３    表示部
９４４    操作キー
９４５    レンズ
９４６    接続部
９５１    車体
９５２    車輪
９５３    ダッシュボード
９５４    ライト
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
１２００    記憶素子
１２０１    回路
１２０２    回路
１２０３    スイッチ
１２０４    スイッチ
１２０６    論理素子
１２０７    容量素子
１２０８    容量素子
１２０９    トランジスタ
１２１０    トランジスタ
１２１３    トランジスタ
１２１４    トランジスタ
１２２０    回路
１３００Ａ    携帯機器
１３００Ｂ    携帯機器
１３００Ｃ    携帯機器
１３１０    筐体
１３１１    領域
１３１２    領域
２１００    トランジスタ
２２００    トランジスタ
２２０１    絶縁体
２２０２    導電体
２２０３    導電体
２２０４    絶縁体
２２０５    導電体
２２０６    導電体
２２０７    絶縁体
２２０８    絶縁体
２２１１    半導体基板
２２１２    絶縁体
２２１３    ゲート電極
２２１４    ゲート絶縁体
２２１５    ソース領域およびドレイン領域
３００１    配線
３００２    配線
３００３    配線
３００４    配線
３００５    配線
３２００    トランジスタ
３３００    トランジスタ
３４００    容量素子
４０００    ＲＦタグ
５０００    基板
５００１    画素部
５００２    走査線駆動回路
５００３    走査線駆動回路
５００４    信号線駆動回路
５０１０    容量配線
５０１２    ゲート配線
５０１３    ゲート配線
５０１４    ドレイン電極
５０１６    トランジスタ
５０１７    トランジスタ
５０１８    液晶素子
５０１９    液晶素子
５０２０    画素
５０２１    スイッチング用トランジスタ
５０２２    駆動用トランジスタ
５０２３    容量素子
５０２４    発光素子
５０２５    信号線
５０２６    走査線
５０２７    電源線
５０２８    共通電極
５１００    ペレット
５１２０    基板
５１６１    領域
８０００    表示モジュール
８００１    上部カバー
８００２    下部カバー
８００３    ＦＰＣ
８００４    タッチパネル
８００５    ＦＰＣ
８００６    セル
８００７    バックライトユニット
８００８    光源
８００９    フレーム
８０１０    プリント基板
８０１１    バッテリー
【図１】
2020167426.tif 000003
【図２】
2020167426.tif 000004
【図３】
2020167426.tif 000005
【図４】
2020167426.tif 000006
【図５】
2020167426.tif 000007
【図６】
2020167426.tif 000008
【図７】
2020167426.tif 000009
【図８】
2020167426.tif 000010
【図９】
2020167426.tif 000011
【図１０】
2020167426.tif 000012
【図１１】
2020167426.tif 000013
【図１２】
2020167426.tif 000014
【図１３】
2020167426.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2020167426.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2020167426.tif 000020
【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】
2020167426.tif 000031
【図３０】
2020167426.tif 000032
【図３１】
2020167426.tif 000033
【図３２】
2020167426.tif 000034
【図３３】
2020167426.tif 000035
【図３４】
2020167426.tif 000036
【図３５】
2020167426.tif 000037
【図３６】
2020167426.tif 000038
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月22日(2020.7.22)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体上に位置し、前記第１のゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上の第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体を介して前記酸化物半導体と重なる領域を有する第２のゲート電極と、
前記第２のゲート電極上の第３の絶縁体と、
前記第３の絶縁体が有する開口部を介して、前記酸化物半導体と電気的に接続する導電体と、を有するトランジスタであって、
前記導電体の下面は、前記酸化物半導体と接する領域を有し、
前記第１のゲート電極は、前記第２のゲート電極と電気的に接続され、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記第１のゲート電極の幅は、前記第２のゲート電極の幅よりも大きく、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記酸化物半導体は、前記第２の絶縁体と接する第１の領域と、前記導電体と接する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置し、且つ前記第３の絶縁体と接する第３の領域と、を有し、
前記第２の領域における前記酸化物半導体の膜厚は、前記第１の領域における前記酸化物半導体の膜厚より小さく、
前記第２の領域における前記酸化物半導体の膜厚は、前記第３の領域における前記酸化物半導体の膜厚より小さいトランジスタ。
【請求項２】
第１のゲート電極と、
前記第１のゲート電極上の第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体上に位置し、前記第１のゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体と、
前記酸化物半導体上の第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体を介して前記酸化物半導体と重なる領域を有する第２のゲート電極と、
前記第２のゲート電極上の第３の絶縁体と、
前記第３の絶縁体が有する開口部を介して、前記酸化物半導体と電気的に接続する導電体と、を有するトランジスタであって、
前記導電体の下面は、前記酸化物半導体と接する領域を有し、
前記第１のゲート電極は、前記第２のゲート電極と電気的に接続され、
前記トランジスタのチャネル長方向に平行な断面視において、前記第１のゲート電極の幅は、前記第２のゲート電極の幅よりも大きく、
前記トランジスタのチャネル長方向の断面視において、前記酸化物半導体は、前記第２の絶縁体と接する第１の領域と、前記導電体と接する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置し、且つ前記第３の絶縁体と接する第３の領域と、を有し、
前記第２の領域における前記酸化物半導体の膜厚は、前記第１の領域における前記酸化物半導体の膜厚より小さく、
前記第２の領域における前記酸化物半導体の膜厚は、前記第３の領域における前記酸化物半導体の膜厚より小さく、
前記酸化物半導体は、インジウムとガリウムと亜鉛とを有するトランジスタ。