(57)【要約】      （修正有）【課題】トランジスタの半導体などに適用可能な酸化物を作製する方法の提供。【解決手段】成膜室にスパッタガスを供給した後、ターゲット２３０の近傍にスパッタガスのイオンを有するプラズマ２４０を生成し、加速されたスパッタガスのイオン２０１がターゲットを衝撃することで、ターゲットから平板状の粒子２０３及びターゲットを構成する原子を剥離させ、複数の平板状の粒子はプラズマ中で表面が負に帯電し、帯電した平板状の粒子の一つは、基板２００上に表面を向けて堆積し、平板状の粒子の別の一つは、基板上で平板状の粒子の一つと互いに反発し合いながら、基板上の平板状の粒子の一つと離れた領域に堆積し、平板状の粒子の一つと、平板状の粒子の別の一つとの隙間に、原子、及び原子の集合体が入り込み、原子、及び原子の集合体が、平板状の粒子の隙間を横方向に成長することで、平板状の粒子の一つと、平板状の粒子の別の一つとの隙間を埋める。【選択図】図１
2020079442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜室に、酸素を有するスパッタガスを供給する第１の工程と、
前記第１の工程の後に、ターゲットと基板との間に電子差を与え、前記ターゲットの近傍に前記スパッタガスのイオンを有するプラズマを生成する第２の工程と、
前記イオンが前記電位差によって、前記ターゲットに向けて加速され、前記ターゲットに衝突することで、前記ターゲットから複数の元素を有する化合物よりなる複数の平板状の粒子と、前記ターゲットを構成する原子と、前記原子の集合体と、を剥離させる第３の工程と、
前記複数の平板状の粒子は、前記プラズマ中で、前記スパッタガスの酸素イオンから負の電荷を受け取り、表面が負に帯電し、
前記負に帯電した複数の平板状の粒子の一つは、前記基板上に堆積し、
前記負に帯電した複数の平板状の粒子の他の一つは、前記基板上で、前記負に帯電した複数の平板状の粒子の一つと離れた領域に堆積し、
前記負に帯電した複数の平板状の粒子の一つと、前記負に帯電した複数の平板状の他の一つとの隙間に、前記原子、および前記原子の集合体が入り込み、前記隙間を埋める酸化物膜の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ターゲットは、インジウムと、亜鉛と、元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）と、酸素と、を有し、
前記ターゲットは、多結晶構造を有する領域を有する酸化物の作製方法。
【請求項３】
インジウムと、亜鉛と、元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）と、酸素と、を有する酸化物であって、
前記酸化物は第１の結晶領域と、第２の結晶領域と、を有し、
前記第１の結晶領域は、透過電子顕微鏡における平面像から格子点を抽出した像において、六角形格子の角度が揃っており、
前記第２の結晶領域は、透過電子顕微鏡における平面像から格子点を抽出した像において、六角形格子の角度が前記第１の結晶領域とは異なる角度で揃っており、
前記第１の結晶領域と前記第２の結晶領域との間の領域において、前記第１の結晶領域の六角形格子の角度から前記第２の結晶領域の六角形格子の角度へ滑らかに変化している酸化物。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１の結晶領域は、前記第２の結晶領域と歪みながら連結する酸化物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、酸化物、トランジスタおよび半導体装置、ならびにそれらの作製方法
に関する。または、本発明は、例えば、酸化物、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装
置、記憶装置、プロセッサ、電子機器に関する。または、酸化物、表示装置、液晶表示装
置、発光装置、記憶装置、電子機器の作製方法に関する。または、半導体装置、表示装置
、液晶表示装置、発光装置、記憶装置、電子機器の駆動方法に関する。
【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、作製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、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】
【０００４】
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。
【０００５】
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と多結晶シ
リコンと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、駆動回路と画素回路とを同一基板上に形成するような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。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。
【０００６】
近年では、酸化物半導体（代表的にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物）を用いたトランジスタの
開発が活発化している。
【０００７】
酸化物半導体の歴史は古く、１９８８年には、結晶Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を半導体素子
へ利用することが開示された（特許文献１参照。）。また、１９９５年には、酸化物半導
体を用いたトランジスタが発明されており、その電気特性が開示された（特許文献２参照
。）。
【０００８】
２０１３年には、あるグループによって非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、電子線を照射
することにより結晶化が促進する不安定な構造であることが報告された（非特許文献１参
照。）。また、彼らの作製した非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、高分解能透過電子顕微
鏡においてオーダリングを持たなかったと報告された。
【０００９】
２０１４年には、非晶質Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いたトランジスタと比べ、優れた電
気特性および信頼性を有する、結晶性Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いたトランジスタにつ
いて報告された（非特許文献２、非特許文献３および非特許文献４参照。）。ここでは、
ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ
Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、結晶粒界が明確に
確認されないことが報告された。
【００１０】
ところで、高分子の結晶構造の一種としてパラクリスタルという概念が知られている。パ
ラクリスタルは、一見して結晶格子の名残をとどめているものの、理想的な単結晶と比較
すると歪みを有する結晶構造である（非特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６３−２３９１１７
【特許文献２】特表平１１−５０５３７７
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｔ．  Ｋａｍｉｙａ，  Ｋｏｊｉ  Ｋｉｍｏｔｏ，  Ｎａｏｋｉ  Ｏｈａｓｈｉ，  Ｋａｔｓｕｍｉ  Ａｂｅ，  Ｙｕｉｃｈｉｒｏ  Ｈａｎｙｕ，  Ｈｉｄｅｙａ  ｋｕｍｏｍｉ，  Ｈｉｄｅｏ  Ｈｏｓｏｎｏ：  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｔｈｅ  ２０ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐｓ，  ２０１３，  ＡＭＤ２−５Ｌ
【非特許文献２】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ，  Ｈ．  Ｓｕｚａｗａ，  Ｋ．  Ｉｎｏｕｅ，  Ｋ．  Ｋａｔｏ，  Ｔ．  Ｈｉｒｏｈａｓｈｉ，  Ｋ．  Ｏｋａｚａｋｉ，  ａｎｄ  Ｎ．  Ｋｉｍｉｚｕｋａ：  Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ２０１４  ｖｏｌ．５３  ０４ＥＤ１８
【非特許文献３】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ，  Ｔ．  Ｈｉｒｏｈａｓｈｉ，  Ｍ．  Ｔａｋａｈａｓｈｉ，  Ｓ．  Ａｄａｃｈｉ，  Ｍ．  Ｔｓｕｂｕｋｕ，  Ｊ．  Ｋｏｅｚｕｋａ，  Ｋ．  Ｏｋａｚａｋｉ，  Ｙ．  Ｋａｎｚａｋｉ，  Ｈ．  Ｍａｔｓｕｋｉｚｏｎｏ，  Ｓ．  Ｋａｎｅｋｏ，  Ｓ．  Ｍｏｒｉ，  ａｎｄ  Ｔ．  Ｍａｔｓｕｏ：  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ，  ２０１４，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２２，  ｉｓｓｕｅ  １，  ｐ．５５−ｐ．６７
【非特許文献４】Ｓ．  Ｙａｍａｚａｋｉ：  Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，  ２０１４，  ｖｏｌ．６４（１０），  ｐｐ１５５−１６４
【非特許文献５】Ｒｏｌｆ  Ｈｏｓｅｍａｎｎ：Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  １９６３  Ｊａｎｕａｒｙ，  ｖｏｌ．３４，  ｎｕｍｂｅｒ．１，  ｐｐ２５−４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
トランジスタの半導体などに適用可能な、酸化物を作製する方法を提供することを課題の
一とする。特に、結晶粒界などの欠陥の少ない酸化物を作製する方法を提供することを課
題の一とする。
【００１４】
または、酸化物を半導体に用いた半導体装置を提供することを課題の一とする。または、
酸化物を半導体に用いた半導体装置を有するモジュールを提供することを課題の一とする
。または、酸化物を半導体に用いた半導体装置、または酸化物を半導体に用いた半導体装
置を有するモジュールを有する電子機器を提供することを課題の一とする。
【００１５】
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、高い周波数特性を有する
トランジスタを提供することを課題の一とする。または、オフ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、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、該半導体装置を有するモジュールを提供すること
を課題の一とする。または、該半導体装置、または該モジュールを有する電子機器を提供
することを課題の一とする。
【００１６】
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】
【００１７】
（１）
本発明の一態様は、成膜室と、成膜室内に配置されたターゲットと、基板と、を用いるス
パッタリング法による酸化物の作製方法であって、成膜室に酸素または／および希ガスを
有するスパッタガスを供給した後、ターゲットと基板との間に電位差を与えることで、タ
ーゲットの近傍にスパッタガスのイオンを有するプラズマを生成し、スパッタガスのイオ
ンが電位差によって、ターゲットに向けて加速され、加速されたスパッタガスのイオンが
ターゲットを衝撃することで、ターゲットから複数の元素を有する化合物よりなる複数の
平板状の粒子、ターゲットを構成する原子、およびターゲットを構成する原子の集合体を
剥離させ、複数の平板状の粒子は、プラズマ中を飛翔する際、酸素イオンから負の電荷を
受け取ることで、表面が負に帯電し、負に帯電した平板状の粒子の一つは、基板上に表面
を向けて堆積し、負に帯電した平板状の粒子の別の一つは、基板上で、負に帯電した平板
状の粒子の一つと互いに反発し合いながら、基板上の負に帯電した平板状の粒子の一つと
離れた領域に堆積し、負に帯電した平板状の粒子の一つと、負に帯電した平板状の粒子の
別の一つと、の隙間に、原子、および原子の集合体が入り込み、原子、および原子の集合
体が、平板状の粒子の隙間を横方向に成長することで、負に帯電した平板状の粒子の一つ
と、負に帯電した平板状の粒子の別の一つと、の隙間を埋める酸化物の作製方法である。
【００１８】
（２）
本発明の一態様は、（１）において、横方向の成長は、平板状の粒子と同一構成を有して
平板状の粒子より成長し、平板状の粒子の隙間を埋める酸化物の作製方法である。
【００１９】
（３）
本発明の一態様は、（１）または（２）において、平板状の粒子が積層して薄膜構造を形
成する酸化物の作製方法である。
【００２０】
（４）
本発明の一態様は、（１）乃至（３）のいずれか一において、酸化物を形成後、酸化物の
形成温度よりも高い温度、かつ酸化物が異なる材料になる温度よりも低い温度で熱アニー
ルまたはＲＴＡを行うことにより、酸化物を高密度化または単結晶化せしめる酸化物の作
製方法である。
【００２１】
（５）
本発明の一態様は、（４）において、熱アニールまたはＲＴＡの温度が、３００℃を超え
て１５００℃未満である酸化物の作製方法である。
【００２２】
（６）
本発明の一態様は、（１）乃至（５）のいずれか一において、酸化物は、非晶質構造を有
する表面上に形成される酸化物の作製方法である。
【００２３】
（７）
本発明の一態様は、（１）乃至（６）のいずれか一において、ターゲットは、インジウム
と、亜鉛と、元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）と、
酸素と、を有し、ターゲットは、多結晶構造を有する領域を有する酸化物の作製方法であ
る。
【００２４】
（８）
本発明の一態様は、インジウムと、亜鉛と、元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、ガリウム、
イットリウムまたはスズ）と、酸素と、を有する酸化物であって、透過電子顕微鏡におけ
る平面像から格子点を抽出した像において、理想的な単結晶構造と比較して歪みまたは揺
らぎを有する酸化物である。
【００２５】
（９）
本発明の一態様は、（８）において、格子点を抽出した像で、明瞭な粒界が確認できない
酸化物である。
【００２６】
（１０）
本発明の一態様は、（８）または（９）において、格子点を抽出した像で、結晶の方位が
滑らかに変位していく酸化物である。
【００２７】
（１１）
本発明の一態様は、（８）乃至（１０）のいずれか一において、非晶質構造を有する表面
上に形成される酸化物である。
【発明の効果】
【００２８】
トランジスタの半導体などに適用可能な、酸化物を作製する方法を提供することができる
。特に、結晶粒界などの欠陥の少ない酸化物を作製する方法を提供することができる。
【００２９】
または、酸化物を半導体に用いた半導体装置を提供することができる。または、酸化物を
半導体に用いた半導体装置を有するモジュールを提供することができる。または、酸化物
を半導体に用いた半導体装置、または酸化物を半導体に用いた半導体装置を有するモジュ
ールを有する電子機器を提供することができる。
【００３０】
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、高い周波数特性を有するトランジスタを提
供することができる。または、オフ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、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、該半
導体装置を有するモジュールを提供することができる。または、該半導体装置、または該
モジュールを有する電子機器を提供することができる。
【００３１】
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】
【００３２】
【図１】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図２】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図３】ＩｎＭＺｎＯ４の結晶を説明する図。
【図４】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図５】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図６】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図７】ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図８】ｎｃ−ＯＳの成膜方法を説明する図。
【図９】粒子がペレットに付着する位置を説明する図。
【図１０】粒子がペレットに付着する位置を説明する図。
【図１１】酸化物半導体の平面ＴＥＭ像。
【図１２】酸化物半導体の平面ＴＥＭ解析像。
【図１３】酸化物半導体の平面ＴＥＭ像、ＦＦＴフィルタリング像および格子点抽出像。
【図１４】酸化物半導体の平面ＴＥＭ像、ＦＦＴフィルタリング像および格子点抽出像。
【図１５】酸化物半導体の平面ＴＥＭ像、平面ＴＥＭ解析像および格子点抽出像。
【図１６】酸化物半導体の平面ＴＥＭ像、ＦＦＴフィルタリング像および格子点抽出像。
【図１７】酸化物半導体の断面ＴＥＭ像。
【図１８】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターン。
【図１９】ｎｃ−ＯＳの電子回折パターン。
【図２０】酸化物半導体の平面ＴＥＭ像、断面ＴＥＭ像および電子回折パターン。
【図２１】酸化物半導体の電子回折パターン。
【図２２】酸化物半導体の電子線照射に対する結晶サイズの変化を示す図。
【図２３】酸化物半導体の電子線照射に対する結晶サイズの変化を示す図。
【図２４】酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を示す図。
【図２５】酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を示す図。
【図２６】酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を示す図。
【図２７】酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を示す図。
【図２８】酸化物半導体の断面ＴＥＭ像。
【図２９】Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の組成を説明する三角図。
【図３０】スパッタリング装置を説明する図。
【図３１】スパッタリング装置を説明する図。
【図３２】成膜装置の一例を示す上面図。
【図３３】成膜装置の構成の一例を示す図。
【図３４】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３５】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図３６】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３７】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３８】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３９】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４０】本発明の一態様に係るトランジスタを示す断面図。
【図４１】本発明の一態様に係る半導体装置の回路図。
【図４２】本発明の一態様に係る記憶装置の回路図。
【図４３】本発明の一態様に係る半導体装置を示す上面図。
【図４４】本発明の一態様に係る半導体装置を示すブロック図。
【図４５】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。
【図４６】本発明の一態様に係る半導体装置を示す断面図。
【図４７】本発明の一態様に係る半導体装置を示す斜視図および断面図。
【図４８】本発明の一態様に係るＣＰＵを示すブロック図。
【図４９】本発明の一態様に係る記憶素子の回路図。
【図５０】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５１】本発明の一態様に係る電子機器を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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
。
【００３６】
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、本明細書など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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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の濃度がＢである場合、Ａのある領域における深さ方向の濃
度の平均値がＢである場合、Ａのある領域における深さ方向の濃度の中央値がＢである場
合、Ａのある領域における深さ方向の濃度の最大値がＢである場合、Ａのある領域におけ
る深さ方向の濃度の最小値がＢである場合、Ａのある領域における深さ方向の濃度の収束
値が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における濃度がＢで
ある場合などを含む。
【００４１】
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の大きさ、長さ、厚さ、幅、
または距離がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離
の平均値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の
中央値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の最
大値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の最小
値がＢである場合、Ａのある領域における大きさ、長さ、厚さ、幅、または距離の収束値
が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での大きさ、長さ、厚
さ、幅、または距離がＢである場合などを含む。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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互いに
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  Ｃｈａｎｎｅ
ｌ  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。
【００４７】
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。
【００４８】
なお、本明細書において、ＡがＢより迫り出した形状を有すると記載する場合、上面図ま
たは断面図において、Ａの少なくとも一端が、Ｂの少なくとも一端よりも外側にある形状
を有することを示す場合がある。したがって、ＡがＢより迫り出した形状を有すると記載
されている場合、例えば上面図において、Ａの一端が、Ｂの一端よりも外側にある形状を
有すると読み替えることができる。
【００４９】
なお、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。
【００５０】
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
。
【００５１】
＜成膜方法＞
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜方法の一例について説明する。
【００５２】
図１（Ａ）は、成膜室内の模式図である。ＣＡＡＣ−ＯＳは、スパッタリング法により成
膜することができる。詳細な説明は後述するが、まずは図１（Ａ）を用いて簡単に成膜モ
デルの概要を説明する。
【００５３】
図１（Ａ）に示すように、基板２２０とターゲット２３０とは向かい合うように配置して
いる。基板２２０とターゲット２３０との間にはプラズマ２４０がある。プラズマ２４０
は、スパッタガスの成分がイオン化したイオン２０１を有する。
【００５４】
イオン２０１は、ターゲット２３０に向けて加速されており、ターゲット２３０を衝撃す
ることでペレット状の粒子であるペレット２００を剥離させる。そのとき、同時に、ター
ゲット２３０を構成する原子からなる粒子２０３も剥離する。そして、ペレット２００お
よび粒子２０３は、プラズマ２４０中で電荷を受け取ることで帯電する。例えば、酸素イ
オン（Ｏ２−）による負の電荷を帯びる場合がある。
【００５５】
基板２２０上には既に堆積している酸化物薄膜２０６がある。ペレット２００および粒子
２０３は、酸化物薄膜２０６上に到達すると、他のペレット２００を避けるように堆積す
る。これは、ペレット２００の表面が同じ極性（ここでは負）に帯電していることに起因
した反発する力（斥力）による。なお、基板２２０は加熱されており、堆積するペレット
２００および粒子２０３は基板２２０の表面でマイグレーションを起こす。
【００５６】
したがって、基板２２０上の酸化物薄膜２０６およびペレット２００は、図１（Ｂ）に示
すような断面形状となる。
【００５７】
なお、ペレット２００は、ターゲット２３０が劈開した形状となる。例えば、Ｉｎ−Ｍ−
Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、例えばアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）では
、図１（Ｃ）に示す断面形状、および図１（Ｄ）に示す上面形状となる。
【００５８】
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜モデルについて詳細に説明する。
【００５９】
基板２２０とターゲット２３０との距離ｄ（ターゲット−基板間距離（Ｔ−Ｓ間距離）と
もいう。）は０．０１ｍ以上１ｍ以下、好ましくは０．０２ｍ以上０．５ｍ以下とする（
図２（Ａ）参照。）。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス（例えば、酸素、アルゴン、また
は酸素を５体積％以上の割合で含む混合ガス）で満たされ、０．０１Ｐａ以上１００Ｐａ
以下、好ましくは０．１Ｐａ以上１０Ｐａ以下に制御される。ここで、ターゲット２３０
に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマ２４０が確認される。なお
、ターゲット２３０の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が形成される。高密度
プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン２０１が生じる。イオン２０
１は、例えば、酸素の陽イオン（Ｏ＋）やアルゴンの陽イオン（Ａｒ＋）などである。な
お、基板２２０の下部には加熱機構２６０が設けられている。
【００６０】
図示しないが、ターゲット２３０は、バッキングプレートに接着されている。バッキング
プレートを介してターゲット２３０と向かい合う位置には、複数のマグネット２５０が配
置される。マグネットの磁場を利用して成膜速度を高めるスパッタリング法は、マグネト
ロンスパッタリング法と呼ばれる。
【００６１】
ターゲット２３０は、複数の結晶粒を有する多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈
開面が含まれる。一例として、図３に、ターゲット２３０に含まれるＩｎＭＺｎＯ４（元
素Ｍは、例えばアルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズ）の結晶構造を示す。
なお、図３は、ｂ軸に平行な方向から観察した場合のＩｎＭＺｎＯ４の結晶構造である。
ＩｎＭＺｎＯ４の結晶では、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つのＭ
−Ｚｎ−Ｏ層の間に斥力が生じている。そのため、ＩｎＭＺｎＯ４の結晶は、近接する二
つのＭ−Ｚｎ−Ｏ層の間に劈開面を有する。
【００６２】
高密度プラズマ領域で生じたイオン２０１は、電界によってターゲット２３０側に加速さ
れ、やがてターゲット２３０と衝突する（図２（Ａ）参照。）。このとき、劈開面から平
板状またはペレット状のスパッタ粒子であるペレット２００が剥離する。ペレット２００
は、図３に示す二つの劈開面に挟まれた部分である。よって、ペレット２００のみ抜き出
すと、その断面は図１（Ｃ）のようになり、上面は図１（Ｄ）のようになることがわかる
。なお、ペレット２００は、イオン２０１の衝突の衝撃によって、構造に歪みが生じる場
合がある。
【００６３】
ペレット２００は、三角形、例えば正三角形の平面を有する平板状またはペレット状のス
パッタ粒子である。または、ペレット２００は、六角形、例えば正六角形の平面を有する
平板状またはペレット状のスパッタ粒子である。ただし、ペレット２００の形状は、三角
形、六角形に限定されない。例えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合がある。
例えば、三角形（例えば、正三角形）が２個合わさった四角形（例えば、ひし形）となる
場合もある。
【００６４】
ペレット２００は、成膜ガスの種類などに応じて厚さが決定する。例えば、ペレット２０
０は、厚さを０．４ｎｍ以上１ｎｍ以下、好ましくは０．６ｎｍ以上０．８ｎｍ以下とす
る。また、例えば、ペレット２００は、幅を１ｎｍ以上３ｎｍ以下、好ましくは１．２ｎ
ｍ以上２．５ｎｍ以下とする。例えば、図２（Ａ）に示すように、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物
を有するターゲット２３０にイオン２０１を衝突させる。そうすると、図２（Ｂ）に示す
ように、Ｍ−Ｚｎ−Ｏ層、Ｉｎ−Ｏ層およびＭ−Ｚｎ−Ｏ層の３層を有するペレット２０
０が剥離する。なお、ペレット２００の剥離に伴い、ターゲット２３０から粒子２０３も
弾き出される。粒子２０３は、原子１個または原子数個の集合体を有する。そのため、粒
子２０３を原子状粒子（ａｔｏｍｉｃ  ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）と呼ぶこともできる。
【００６５】
ペレット２００は、プラズマ２４０を通過する際に、表面が負または正に帯電する場合が
ある。例えば、ペレット２００がプラズマ２４０中にあるＯ２−から負の電荷を受け取る
場合がある。その結果、ペレット２００の表面の酸素原子が負に帯電する場合がある。ま
た、ペレット２００は、プラズマ２４０を通過する際に、プラズマ２４０中のインジウム
、元素Ｍ、亜鉛または酸素などと結合することで成長する場合がある。
【００６６】
プラズマ２４０を通過したペレット２００および粒子２０３は、基板２２０の表面に達す
る。なお、粒子２０３の一部は、質量が小さいため真空ポンプなどによって外部に排出さ
れる場合がある。
【００６７】
次に、基板２２０の表面におけるペレット２００および粒子２０３の堆積について図４を
用いて説明する。
【００６８】
まず、一つ目のペレット２００が基板２２０に堆積する。ペレット２００は平板状である
ため、平面側を基板２２０の表面に向けて堆積する（図４（Ａ）参照。）。このとき、ペ
レット２００の基板２２０側の表面の電荷が、基板２２０を介して抜ける。
【００６９】
次に、二つ目のペレット２００が、基板２２０に達する。このとき、一つ目のペレット２
００の表面、および二つ目のペレット２００の表面が電荷を帯びているため、互いに反発
し合う力が生じる（図４（Ｂ）参照。）。
【００７０】
その結果、二つ目のペレット２００は、一つ目のペレット２００上を避け、基板２２０の
表面の少し離れた場所に堆積する（図４（Ｃ）参照。）。これを繰り返すことで、基板２
２０の表面には、無数のペレット２００が一層分の厚みだけ堆積する。また、ペレット２
００と別のペレット２００との間には、ペレット２００の堆積していない領域が生じる。
【００７１】
次に、粒子２０３が基板２２０の表面に達する（図５（Ａ）参照。）。
【００７２】
粒子２０３は、ペレット２００の表面などの活性な領域には堆積することができない。そ
のため、ペレット２００の堆積していない領域を埋めるように堆積する。そして、ペレッ
ト２００間に粒子２０３が付着し、横方向に成長（ラテラル成長ともいう。）することで
、ペレット２００間を連結させる。このように、ペレット２００の堆積していない領域を
埋めるまで粒子２０３が堆積する。このメカニズムは、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉ
ｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の堆積メカニズムに類似する。
【００７３】
なお、ペレット２００間で粒子２０３がラテラル成長するメカニズムには複数の可能性が
ある。例えば、まず図５（Ｂ）に示すように一層目のＭ−Ｚｎ−Ｏ層の側面から連結し、
次に図５（Ｃ）に示すように二層目のＩｎ−Ｏ層の側面から連結し、次に図５（Ｄ）に示
すように三層目のＭ−Ｚｎ−Ｏ層の側面から連結するメカニズムがある（第１のメカニズ
ム）。
【００７４】
または、例えば、図６（Ａ）に示すように、まず一層目のＭ−Ｚｎ−Ｏ層の一側面につき
粒子２０３の一列（奥行き方向）が結合する。次に、図６（Ｂ）に示すように二層目のＩ
ｎ−Ｏ層の一側面につき一列の粒子２０３が結合する。次に、図６（Ｃ）に示すように三
層目のＭ−Ｚｎ−Ｏ層の一側面につき一列の粒子２０３が結合することで連結する場合も
ある。このように、一層につき粒子２０３が一列ずつ結合していくことで、図６（Ｄ）に
示すようにペレット２００と同じ厚みの酸化物を隙間なく堆積させることができる（第２
のメカニズム）。なお、図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（Ｃ）が同時に起こることで
ペレット２００が連結する場合もある（第３のメカニズム）。
【００７５】
以上に示したように、ペレット２００間における粒子２０３のラテラル成長のメカニズム
としては、上記３種類が考えられる。ただし、そのほかのメカニズムによってペレット２
００間で粒子２０３がラテラル成長する可能性もある。
【００７６】
したがって、複数のペレット２００がそれぞれ異なる方向を向いている場合でも、複数の
ペレット２００間を粒子２０３がラテラル成長しながら埋めることにより、結晶粒界の形
成が抑制される。また、複数のペレット２００間を、粒子２０３が滑らかに結びつけるた
め、単結晶とも多結晶とも異なる結晶構造が形成される。言い換えると、微小な結晶領域
（ペレット２００）間に歪みを有する結晶構造が形成される。このように、結晶領域間を
埋める領域は、歪んだ結晶領域であるため、該領域を指して非晶質構造と呼ぶのは適切で
はないと考えられる。
【００７７】
粒子２０３が、ペレット２００間を埋め終わると、ペレット２００と同程度の厚さを有す
る第１の層が形成される。第１の層の上には新たなペレット２００が堆積する（図７（Ａ
）参照。）。そして、第２の層が形成される（図７（Ｂ）参照。）。さらに、これが繰り
返されることで、積層体を有する薄膜構造が形成される（図７（Ｃ）参照。）。
【００７８】
なお、ペレット２００の堆積の仕方は、基板２２０の表面温度などによっても変化する。
例えば、基板２２０の表面温度が高いと、ペレット２００が基板２２０の表面でマイグレ
ーションを起こす。その結果、ペレット２００と別のペレット２００とが、粒子２０３を
介さずに連結する割合が増加するため、配向性の高いＣＡＡＣ−ＯＳとなる。ＣＡＡＣ−
ＯＳを成膜する際の基板２２０の表面温度は、１００℃以上５００℃未満、好ましくは１
４０℃以上４５０℃未満、さらに好ましくは１７０℃以上４００℃未満である。したがっ
て、基板２２０として第８世代以上の大面積基板を用いた場合でも、ＣＡＡＣ−ＯＳの成
膜に起因した反りなどはほとんど生じないことがわかる。
【００７９】
一方、基板２２０の表面温度が低いと、ペレット２００が基板２２０の表面でマイグレー
ションを起こしにくくなる。その結果、ペレット２００同士が積み重なることで配向性の
低いｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒ）などとなる（図８参照。）。ｎｃ−ＯＳでは、ペレット２００が負に帯電してい
ることにより、ペレット２００は一定間隔を開けて堆積する可能性がある。したがって、
配向性は低いものの、僅かに規則性を有することにより、非晶質酸化物半導体と比べて緻
密な構造となる。
【００８０】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、ペレット同士の隙間が極めて小さくなることで、一つの
大きなペレットが形成される場合がある。一つの大きなペレットの内部は単結晶構造を有
する。例えば、ペレットの大きさが、上面から見て１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下、１５ｎ
ｍ以上１００ｎｍ以下、または２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下となる場合がある。
【００８１】
以上のようなモデルにより、ペレット２００が基板２２０の表面に堆積していくと考えら
れる。被形成面が結晶構造を有さない場合においても、ＣＡＡＣ−ＯＳの成膜が可能であ
ることから、エピタキシャル成長とは異なる成長機構であることがわかる。また、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳは、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜が可能であ
る。例えば、基板２２０の表面（被形成面）の構造が非晶質構造（例えば非晶質酸化シリ
コン）であっても、ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜することは可能である。
【００８２】
また、被形成面である基板２２０の表面に凹凸がある場合でも、その形状に沿ってペレッ
ト２００が配列することがわかる。
【００８３】
＜ラテラル成長＞
以下では、ペレット２００の横方向に粒子２０３が付着（結合または吸着ともいう。）し
、ラテラル成長することを説明する。
【００８４】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）図９（Ｄ）および図９（Ｅ）は、ペレット２００の
構造と金属イオンが付着する位置を示す図である。なお、ペレット２００としては、Ｉｎ
ＧａＺｎＯ４の結晶構造から、化学量論的組成を保持しつつ、８４個の原子を抜き出した
クラスタモデルを仮定している。また、図９（Ｆ）は、ペレット２００をｃ軸に平行な方
向から見た構造を示す。図９（Ｇ）は、ペレット２００をａ軸に平行な方向からみた構造
を示す。
【００８５】
金属イオンの付着する位置を、位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃで示す。な
お、位置Ａは、ペレット２００上面において、ガリウム１個、亜鉛２個で囲まれた格子間
サイトの上方である。位置Ｂは、ペレット２００上面おいて、ガリウム２個、亜鉛１個で
囲まれた格子間サイトの上方である。位置ａは、ペレット２００側面のインジウムサイト
である。位置ｂは、ペレット２００側面において、Ｉｎ−Ｏ層と、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層との
間の格子間サイトである。位置ｃは、ペレット２００側面のガリウムサイトである。
【００８６】
次に、仮定した位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置ｂおよび位置ｃに金属イオンを配置した場
合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価した。第一原理計算には、ＶＡＳＰ（Ｖ
ｉｅｎｎａ  Ａｂ  ｉｎｉｔｉｏ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  Ｐａｃｋａｇｅ）を用いた。
また、交換相関ポテンシャルにはＰＢＥ（Ｐｅｒｄｅｗ−Ｂｕｒｋｅ−Ｅｒｎｚｅｒｈｏ
ｆ）型の一般化勾配近似（ＧＧＡ：Ｇｅｎｅｒａｌｌｉｚｅｄ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ａｐ
ｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）を用い、イオンのポテンシャルにはＰＡＷ（Ｐｒｏｊｅｃｔｏ
ｒ  Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｗａｖｅ）法を用いた。また、カットオフエネルギーは４００
ｅＶとし、ｋ点サンプリングはΓ点のみとした。下表に、位置Ａ、位置Ｂ、位置ａ、位置
ｂおよび位置ｃに、インジウムイオン（Ｉｎ３＋）、ガリウムイオン（Ｇａ３＋）および
亜鉛イオン（Ｚｎ２＋）を配置した場合の相対エネルギーを示す。なお、相対エネルギー
は、計算したモデルにおいて、最もエネルギーが低いモデルのエネルギーを０ｅＶとした
ときの相対値である。
【００８７】
【表１】
2020079442.tif 000003
【００８８】
その結果、金属イオンはいずれもペレット２００の上面より、側面に付着しやすいことが
わかった。特に、位置ａのインジウムサイトにおいては、インジウムイオンだけでなく、
亜鉛イオンも最も付着しやすい結果が得られた。
【００８９】
同様に、ペレット２００への酸素イオン（Ｏ２−）の付着しやすさを評価した。図１０（
Ａ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）図１０（Ｄ）および図１０（Ｅ）は、ペレット２００
の構造と酸素イオンが付着する位置を示す図である。また、図１０（Ｆ）は、ペレット２
００をｃ軸に平行な方向から見た構造を示す。図１０（Ｇ）は、ペレット２００をｂ軸に
平行な方向からみた構造を示す。
【００９０】
酸素イオンの付着する位置を、位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆで示す。な
お、位置Ｃは、ペレット２００上面のガリウムと結合する位置である。位置Ｄは、ペレッ
ト２００上面の亜鉛と結合する位置である。位置ｄは、ペレット２００側面のインジウム
と結合する位置である。位置ｅは、ペレット２００側面のガリウムと結合する位置である
。位置ｆは、ペレット２００側面の亜鉛と結合する位置である。
【００９１】
次に、仮定した位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ、位置ｅおよび位置ｆに酸素イオンを配置した場
合の相対エネルギーを第一原理計算によって評価する。下表に、位置Ｃ、位置Ｄ、位置ｄ
、位置ｅおよび位置ｆに、酸素イオン（Ｏ２−）を配置した場合の相対エネルギーを示す
。
【００９２】
【表２】
2020079442.tif 000004
【００９３】
その結果、酸素イオンもペレット２００の上面より、側面に付着しやすいことがわかった
。
【００９４】
したがって、ペレット２００に近づいた粒子２０３は、ペレット２００の側面に優先的に
付着していくことがわかる。即ち、ペレット２００の側面に付着した粒子２０３によって
、ペレット２００のラテラル成長が起こる上述の成膜モデルは妥当性が高いといえる。
【００９５】
＜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、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ
、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉｋｅ  Ｏｘ
ｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、および非晶質酸化物半導体などがある。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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、鬆を有し、かつ後述するように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。
【００９９】
このように、不安定であることを定義の一とする非晶質酸化物半導体は、例えば、トラン
ジスタのチャネル形成領域になり得たとしても、製品としての実用性に耐えない可能性が
ある。これは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳについても同様である。したがって、製品に用いる場
合、非晶質酸化物半導体およびａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの成分は少ない、または存在しないこ
とが好ましい。
【０１００】
また、単結晶酸化物半導体は、高い結晶性を有するものの、形成に高いプロセス温度を要
するため、生産性を考慮すると実用的でない可能性がある。また、多結晶酸化物半導体は
、結晶粒内の結晶性は高いものの、結晶粒界を有するため、ばらつきなどが生じやすい可
能性がある。
【０１０１】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳは、高い安定性を有し、かつ上述した成膜方法に
よって基板温度５００℃未満でも成膜することができる。また、明確な結晶粒界を有さな
いため、均質でばらつきなども生じにくい。例えば、第８世代以上の大面積基板上にも均
質に成膜できるため、高い信頼性と高い実用性を兼ね備える構造であるといえる。
【０１０２】
＜電子顕微鏡による解析＞
以下では、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体および単結晶酸化物半導体
を、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｅ）によって解析する。
【０１０３】
＜平面ＴＥＭ＞
まずは、ＴＥＭにおける平面像（平面ＴＥＭ像ともいう。）の画像解析を行う。なお、平
面ＴＥＭ像は、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅ
ｃｔｏｒ）機能を用いて観察した。また、平面ＴＥＭ像の取得には、日本電子株式会社製
原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆを用いた。
【０１０４】
試料１、試料２および試料３として、熱酸化法により厚さ２５ｎｍの酸化シリコンを形成
したシリコン基板上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物において、元素Ｍ
がガリウムのもの）を準備した。試料１は、スパッタリング法により室温で成膜したＩｎ
−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。試料２は、スパッタリング法により基板温度を３００℃とし
て成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。試料３は、試料２を、さらに１０００℃にて
１時間の加熱処理（熱アニールともいう。）を行ったＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。ま
た、比較のため、単結晶Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である試料４を準備した。
【０１０５】
図１１は、試料１乃至試料４の平面ＴＥＭ像である。試料４は、単結晶であるため、観察
範囲の全体において高い周期性を有し、かつ結晶粒界は観察されない。試料３は、それぞ
れが高い結晶性を有する複数の結晶粒を有し、その境界に結晶粒界を観察することができ
る。したがって、試料３は多結晶であることがわかる。試料２は、六角形状および三角形
状の原子配列を有し、かつ結晶方位の異なる領域間の境界は明確ではない。したがって、
試料２はＣＡＡＣ−ＯＳであることがわかる。試料１は、部分的に原子配列の周期性を有
するが、全体としては周期性を有さない。したがって、試料１はｎｃ−ＯＳであることが
わかる。
【０１０６】
次に、図１１に示した平面ＴＥＭ像の画像解析を行う。
【０１０７】
まず、得られた平面ＴＥＭ像を２次元高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉ
ｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理し、ＦＦＴ像を取得する。得られたＦＦＴ像において原
点を基準に、２．８ｎｍ−１から５．０ｎｍ−１の範囲を残すマスク処理する。マスク処
理したＦＦＴ像を、２次元逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  
Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理し、ＦＦＴフィルタリング像を取得する。な
お、単結晶である試料４については、上述の範囲では禁制反射のみとなってしまうため、
２．８ｎｍ−１から７．４ｎｍ−１の範囲を残してマスク処理している。
【０１０８】
次に、ＦＦＴフィルタリング像から格子点を抽出する。格子点の抽出は、輝度の極大値の
座標を抽出することで行う。このとき、ノイズ由来の極大値を取得することのないよう、
輝度プロファイルを滑らかにする処理を行う。また、隣り合う極大値の距離が極端に近い
場合は、両方の極大値をデータから除去する処理を行う。
【０１０９】
次に、抽出した格子点から基準格子点を定め、その最近接である６点の格子点を結び、六
角形格子を形成する。その後、該六角形格子の中心点である基準格子点から頂点である各
格子点までの距離の平均値Ｒを導出する。算出したＲを各頂点までの距離とし、基準格子
点を中心点とした正六角形を形成する。こうして作成した正六角形を、中心点を基準に０
．１°刻みで０°から６０°まで回転させ、回転した正六角形と六角形格子との平均のず
れを算出する。なお、平均のずれは、正六角形の各頂点と、対応する六角形格子の格子点
と、の距離の差分の和を６で割ることで算出した。そして、平均のずれが最小となるとき
の正六角形の回転角度を六角形格子の角度とする。
【０１１０】
次に、平面ＴＥＭ像の観察範囲において、六角形格子の角度が３０°となる割合が最も高
くなるように調整する。そして、半径１ｎｍの範囲において、六角形格子の角度の平均値
を算出する。こうして得られた平面ＴＥＭ像の画像解析の結果を、六角形格子の角度に応
じた濃淡で表示する（図１２参照。）。
【０１１１】
図１２より、単結晶である試料４は、観察範囲の全体において六角形格子の角度が揃って
いることがわかる。また、多結晶である試料３は、六角形格子の角度が揃った結晶粒を有
する。また、結晶粒間では六角形格子の角度が異なり、かつその境界が明確であることが
わかる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２は、六角形格子の角度の揃った領域を複数有
し、かつその境界近傍の局所領域において滑らかに六角形格子の角度が変化していること
がわかる。即ち、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶領域間が歪みながら連結する構造を有すること
がわかる。言い換えると、ＣＡＡＣ−ＯＳは明確な結晶粒界を有さないことがわかる。ま
た、ｎｃ−ＯＳである試料１は、六角形格子の角度の分布の秩序性が低いことがわかる。
【０１１２】
以上に示したように、平面ＴＥＭ像による画像解析を行うことで、ｎｃ−ＯＳと、ＣＡＡ
Ｃ−ＯＳと、多結晶酸化物半導体と、単結晶酸化物半導体と、を区別することができる。
【０１１３】
次に、試料１乃至試料４における原子配列を評価する。
【０１１４】
図１３は、試料１乃至試料４の比較的六角形格子の角度の揃った領域における平面ＴＥＭ
像（左列）、ＦＦＴフィルタリング像（中央列）、および格子点抽出像（右列）である。
格子点が明瞭となるように、図１１よりも拡大した平面ＴＥＭ像である。格子点抽出像は
、上述した方法によって格子点を抽出し、隣接する格子点を線で結んだ像である。ただし
、格子点の抽出では、機械的に抽出できなかった明らかな格子点を数点補っている。なお
、抽出された全ての輝点が格子点とは限らない。
【０１１５】
図１３より、単結晶である試料４は、観察範囲の全体において理想的な原子配列を有する
ことがわかる。一方、多結晶である試料３は、試料４では観察されている１／２周期が観
察されないものの、理想に近い原子配列を有することがわかる。そのため、試料４から１
／２周期を間引いて格子点を抽出することで、試料３と試料４とで同様の格子点抽出像が
得られている。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２は、理想的な原子配列を有する試料４
と類似した原子配列を有し、かつ歪み（揺らぎまたは乱れと言い換えることもできる。）
を有することがわかる。また、ｎｃ−ＯＳである試料１は、部分的には原子配列の周期性
が見られるものの、それぞれに規則性は見られないことがわかる。
【０１１６】
歪みを有しつつ、理想的な原子配列の名残をとどめている結晶構造としては、パラクリス
タル（ｐａｒａｃｒｙｓｔａｌ）が知られている。パラクリスタルは、有機繊維などで報
告されているが、無機材料での報告はほとんどない。ただし、パラクリスタルとＣＡＡＣ
−ＯＳとでは、以下の点が異なる。例えば、パラクリスタルは平面状の構造（布のような
イメージ）を有するが、ＣＡＡＣ−ＯＳは被形成面に沿った形状を有し、積層体で薄膜構
造を有する点が異なる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、成膜温度以上で行う加熱処理（例えば
、３００℃を超えて１５００℃未満、好ましくは３５０℃を超えて８００℃未満）でより
緻密な構造が形成される点が異なる。また、結晶構造を変形させる温度以上（例えば、１
０００℃以上１５００℃以下）の加熱処理によって単結晶構造に構造を変形させる点が異
なる。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳはパラクリスタルとは異なる新規な結晶構造を有するこ
とがわかる。
【０１１７】
図１４は、試料２および試料３の図１３とは異なる領域における平面ＴＥＭ像（左列）、
ＦＦＴフィルタリング像（中央列）、および格子点抽出像（右列）である。
【０１１８】
図１４より、多結晶である試料３は、結晶粒界（欠陥）を境に原子配列が大きく変化して
いることがわかる。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２は、歪みの大きい領域でも結晶粒
界が形成されていないことがわかる。
【０１１９】
また、図１５（Ａ）は、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２の図１３および図１４とは異なる領
域における平面ＴＥＭ像である。図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）から、図１２で説明した
方法を用いて六角形格子の角度分布に変換した平面ＴＥＭ解析像である。図１５（Ｃ）は
、図１５（Ｂ）におけるペレットを有する領域の拡大図である。図１５（Ｄ）は、図１５
（Ｃ）に対応した格子点抽出像である。図１５（Ｅ）は、図１５（Ｂ）におけるペレット
を有する別の領域の拡大図である。図１５（Ｆ）は、図１５（Ｅ）に対応した格子点抽出
像である。
【０１２０】
また、図１５（Ｇ）は、多結晶である試料３の図１３および図１４とは異なる領域におけ
る平面ＴＥＭ像である。図１５（Ｈ）は、図１５（Ｇ）から、図１２で説明した方法を用
いて六角形格子の角度分布に変換した平面ＴＥＭ解析像である。図１５（Ｉ）は、図１５
（Ｈ）におけるペレットを有する領域の拡大図である。図１５（Ｊ）は、図１５（Ｉ）に
対応した格子点抽出像である。図１５（Ｋ）は、図１５（Ｈ）におけるペレットを有する
別の領域の拡大図である。図１５（Ｌ）は、図１５（Ｋ）に対応した格子点抽出像である
。
【０１２１】
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）、図１５（Ｃ）、図１５（Ｄ）、図１５（Ｅ）および図１５
（Ｆ）より、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２は、明確な結晶粒界は観察されなかった。一方
、図１５（Ｇ）、図１５（Ｈ）、図１５（Ｉ）、図１５（Ｊ）、図１５（Ｋ）および図１
５（Ｌ）より、多結晶である試料３は、単結晶からなる結晶粒を有し、明確な結晶粒界が
観察された。このように、結晶粒界が存在するということは、結晶欠陥を多く含むことを
意味する。
【０１２２】
図１６（Ａ）は、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２において、ペレットの境界部を含む領域を
拡大した平面ＴＥＭ像である。図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）のペレットの境界部と見ら
れる箇所に点線を引いた平面ＴＥＭ像である。図１６（Ｃ）は、図１６（Ａ）のＦＦＴフ
ィルタリング像である。図１６（Ｄ）は、図１６（Ｂ）のペレットの境界部に点線を引い
たＦＦＴフィルタリング像である。図１６（Ｅ）は、図１６（Ｄ）の格子点抽出像である
。
【０１２３】
また、図１６（Ｆ）は、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２において、ペレットの境界部を含む
別の領域を拡大した平面ＴＥＭ像である。図１６（Ｇ）は、図１６（Ｆ）のペレットの境
界部と見られる箇所に点線を引いた平面ＴＥＭ像である。図１６（Ｈ）は、図１６（Ｆ）
のＦＦＴフィルタリング像である。図１６（Ｉ）は、図１６（Ｇ）のペレットの境界部に
点線を引いたＦＦＴフィルタリング像である。図１６（Ｊ）は、図１６（Ｉ）の格子点抽
出像である。
【０１２４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳである試料２において、図１６（Ｅ）および図１６（Ｊ）の破線で
示すように、ペレットの周囲の原子配列が歪む様子が確認された。ペレット連結部におい
て、局所的に原子間距離が伸縮し、原子の位置が揺らぎを持ちながら連続的に配列するこ
とで、多結晶である試料３のような明確な結晶粒界が形成されないものと推察される。Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳは、このように明確な結晶粒界が観察されないため、結晶欠陥の少ない酸化
物半導体といえる。
【０１２５】
上述したような平面ＴＥＭ像において観察される特徴は、酸化物半導体の構造を一面的に
捉えたものである。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ上に導電体が形成されることによって、物理
的ダメージまたは化学的ダメージが入り、欠陥が形成される場合もある。
【０１２６】
＜断面ＴＥＭ＞
平面ＴＥＭに限らず、複数の手法を用いることで、より厳密な構造の特定が可能となる。
以下では、断面ＴＥＭ像で現れるＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳの特徴について説明す
る。
【０１２７】
図１７（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面ＴＥＭ像を示
す。断面ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正機能を用いた。図１７（Ａ）より、層状の原
子配列を確認できる。層状の原子配列は、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。このように、ＣＡＡＣ−ＯＳは、断面ＴＥＭ像においても結晶の歪みを観察す
ることができる。
【０１２８】
図１７（Ａ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１７（Ａ）
より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上３ｎｍ以下程度であることがわかる。このよう
な特徴から、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、ｃ軸配向したナノ結晶（ＣＡＮＣ：Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇ
ｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０１２９】
図１７（Ｂ）に、試料面と略平行な方向から観察したｎｃ−ＯＳの断面ＴＥＭ像を示す。
ｎｃ−ＯＳは、層状の原子配列を有さないことがわかる。よって、ｎｃ−ＯＳを、特定の
方向に配向していないナノ結晶（ＲＡＮＣ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃ
ｒｙｓｔａｌｓ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。
【０１３０】
＜電子回折＞
以下では、電子回折で現れるＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳの特徴について説明する。
【０１３１】
例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４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１８（Ａ）に示すような回折パターンが現
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
ナノ結晶が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１８（Ｂ）に示す。図１８（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
ナノ結晶の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１８（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１８（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。
【０１３２】
なお、平面ＴＥＭ像においても説明したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは、六角形格子の角度が
揃った領域を有する。したがって、プローブ径の小さい電子線（例えば１ｎｍ）を用いる
ことで、試料面に垂直に電子線を入射させた場合でも図１８（Ｃ）に示すような配向性を
示す回折パターンが現れる場合がある。
【０１３３】
また、ｎｃ−ＯＳも、結晶領域よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線
を用いると、ハローパターンのような回折パターンが観測される。即ち、結晶領域よりも
大きいプローブ径の電子線を用いても、ｎｃ−ＯＳの局部的な結晶領域の存在が認められ
ない。一方、結晶領域の大きさと近いか結晶領域より小さいプローブ径の電子線を用いる
と、スポットを有する回折パターンが観測される。例えば、図１９（Ａ）に示すように、
厚さが５０ｎｍ程度のｎｃ−ＯＳに対して、プローブ径が３０ｎｍ、２０ｎｍ、１０ｎｍ
または１ｎｍの電子線を用いて回折パターンを取得すると、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。また、プローブ径を小さくしていくと、リング状の領域
が複数のスポットから形成されていることがわかる。
【０１３４】
さらに詳細な構造解析のために、ｎｃ−ＯＳを厚さ数ｎｍ（５ｎｍ程度）に薄片化し、プ
ローブ径１ｎｍの電子線を用いて回折パターンを取得する。その結果、結晶性を示すスポ
ットを有する回折パターンが得られた（図１９（Ｂ）参照。）。図１９（Ｂ）より、ｎｃ
−ＯＳにおいても、結晶性を示す回折パターンが得られたが、特定方向の結晶面への配向
性は見られないことがわかる。
【０１３５】
また、プローブ径の小さい電子線を用いて回折パターンを取得することで、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓのペレットの連結部における結晶軸の向きの変化を評価することができる。図２０（Ａ
）は、ＣＡＡＣ−ＯＳの平面ＴＥＭ像である。図２０（Ａ）において、領域ａ、領域ｂ、
領域ｃ、領域ｄおよび領域ｅは、プローブ径が１ｎｍの電子線を用いて回折パターンを取
得した領域である。領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄおよび領域ｅにおける回折パターン
を、それぞれ図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）、図２０（Ｅ）および図２０（
Ｆ）に示す。
【０１３６】
図２０（Ｂ）、図２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）、図２０（Ｅ）および図２０（Ｆ）の破線は
、ａ軸またはｂ軸を示す。領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄおよび領域ｅにおいて、ａ軸
またはｂ軸の向きは、−７．５°、−８．４°、−２３．１°、−２４．６°および−３
１．０と、なだらかに変化していくことが確認される。
【０１３７】
図２０（Ｇ）は、ＣＡＡＣ−ＯＳの断面ＴＥＭ像である。図２０（Ｇ）において、領域ａ
、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄおよび領域ｅは、プローブ径が１ｎｍの電子線を用いて回折パ
ターンを取得した領域である。領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄおよび領域ｅにおける回
折パターンを、それぞれ図２０（Ｈ）、図２０（Ｉ）、図２０（Ｊ）、図２０（Ｋ）およ
び図２０（Ｌ）に示す。
【０１３８】
図２０（Ｈ）、図２０（Ｉ）、図２０（Ｊ）、図２０（Ｋ）および図２０（Ｌ）の破線は
、ｃ軸を示す。領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄおよび領域ｅにおいて、ｃ軸の向きは、
１１．８°、１．５°、１３．５°、０．４°および−５．５と、なだらかに変化してい
くことが確認される。
【０１３９】
したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、ペレットの連結部がなだらかに繋がっていること
がわかる。
【０１４０】
図２１（Ａ）に、図２０（Ｂ）に示した回折パターンを再掲する。図２１（Ａ）に示す囲
み部のスポットを拡大したものが図２１（Ｂ）である。図２１（Ｂ）より、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓの回折パターンに現れるスポットは、ブロードで非等方的であることがわかる。これは
、非特許文献５に記載の高分子のパラクリスタルの回折パターンと類似している。
【０１４１】
なお、多結晶酸化物半導体の結晶粒の一つにおいて、プローブ径が１ｎｍの電子線を入射
させると、図２１（Ｃ）に示すような回折パターンが得られる。図２１（Ｃ）に示す囲み
部のスポットを拡大したものが図２１（Ｄ）である。図２１（Ｄ）より、多結晶酸化物半
導体の回折パターンに現れるスポットは、シャープで等方的であることがわかる。
【０１４２】
よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、多結晶酸化物半導体とは異なり、周期構造を有しつつも、原
子配列に揺らぎを有する構造であることがわかる。表現を変えると、ＣＡＡＣ−ＯＳは、
周期構造に変位分布を持つ構造ということもできる。このような特徴を有することから、
ＣＡＡＣ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体とも多結晶酸化物半導体とも単結晶酸化物半導体
とも異なる構造であるといえる。
【０１４３】
＜安定性＞
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳは、安定な構造であるため電子線を用いた構造解
析が可能であった。一方、不安定な構造であるａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子線を照射する
ことで容易く状態を変化させてしまう。以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳおよびａ
−ｌｉｋｅ  ＯＳの電子線照射に対する安定性について説明する。
【０１４４】
図２２（Ａ）は、各試料の結晶領域（２２箇所から３０箇所）の平均の大きさを調査した
例である。ここでは、格子縞の長さを結晶領域の大きさとしている。図２２（Ａ）より、
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶領域が大きくなっていくことがわ
かる。具体的には、図２２（Ａ）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領域（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．
２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては１．９ｎｍ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、結晶領域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２２（Ａ）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の結晶領域の大きさは、それぞれ１．３
ｎｍ程度および１．８ｎｍ程度であることがわかる。なお、電子線照射およびＴＥＭの観
察は、日立透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用いた。電子線照射条件は、加速電圧を
３００ｋＶ、電流密度を６．７×１０５ｅ−／（ｎｍ２・ｓ）、照射領域の直径を２３０
ｎｍとした。
【０１４５】
図２２（Ｂ）は、より電子の累積照射量の少ない条件における結晶領域の大きさを調査す
るために、動画による解析を行った結果である。なお、観察のためのフォーカス調整は、
解析領域とは異なる領域で行った。そのため、フォーカス調整時に解析領域へ電子は照射
されない。結晶領域の大きさの計測は、ＴＥＭの動画から抽出した静止画を用いて行った
。図２２（Ｂ）より、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子線照射初期およびＴＥＭ
の観察初期においても結晶領域の大きさは一定であることがわかる。また、ａ−ｌｉｋｅ
ＯＳは、電子線照射およびＴＥＭの観察初期においても結晶領域が存在することがわか
る。なお、電子線照射およびＴＥＭの観察は、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕
微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆの球面収差補正機能を用いた。電子線照射条件は、加速電圧
を２００ｋＶ、電流密度を２．５×１０６ｅ−／（ｎｍ２・ｓ）、照射領域の直径を８０
ｎｍとした。
【０１４６】
次に、加熱処理を行ったＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳおよびａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの電子線
照射による結晶サイズの変化をＴＥＭで測定した。ＣＡＡＣ−ＯＳの結果を図２３（Ａ）
に、ｎｃ−ＯＳの結果を図２３（Ｂ）、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの結果を図２３（Ｃ）に示す
。ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳは、加熱処理の温度によらず、また電子線照射によっ
ても結晶サイズの変化はほとんど見られなかった。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子線照射に
よって結晶サイズの増大が見られた。これは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳが有する鬆に起因して
いる可能性がある。また、この傾向は加熱処理の温度が低いほど顕著であった。
【０１４７】
先行技術文献に示したように、完全な非晶質構造を有する酸化物半導体は、電子線などに
よって結晶成長を起こすことが特徴の一つである。この点から、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、
非晶質酸化物半導体と類似した物性を有することがわかる。ただし、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ
は、微小な領域において周期構造を有するため、完全な非晶質酸化物よりも高い秩序性を
有する。そのため、例えば、完全な非晶質酸化物半導体を作ることができた場合、ａ−ｌ
ｉｋｅ  ＯＳよりもさらに不安定な構造を有していると推定される。
【０１４８】
加熱処理による結晶サイズの変化、および電子線照射による結晶サイズの変化を見ると、
ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳはａ−ｌｉｋｅ  ＯＳよりも高い安定性を有することが
わかる。
【０１４９】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射および加熱処理によって構造の変化が見ら
れる場合がある。ナノ結晶、およびその周辺の原子が容易に結晶成長をするということは
、トランジスタなどの素子に用いたとしても不安定性を有することになる。よって、実用
することができない可能性がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射
による結晶領域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−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。即ち、
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳおよび非晶質酸化物半導体は、実用に供することができない可能性が
ある。
【０１５０】
また、酸化物半導体が欠陥準位を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合が
ある。また、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。
【０１５１】
不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素（水素、炭素、シリコン、遷移金属元素など
）である。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。言い換えると、結晶性の高い酸化物半導体は不純物およ
び酸素欠損が少ない酸化物半導体ということになる。即ち、ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物お
よび酸素欠損が少ない酸化物半導体であるといえる。
【０１５２】
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、キャリア密度を８×１０１１個／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１
個／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０個／ｃｍ３未満であり、１×１０−９個
／ｃｍ３以上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。
【０１５３】
＜密度＞
また、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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
＜Ｘ線回折＞
以下では、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で現れるＣＡＡＣ
−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳおよびａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの特徴について説明する。
【０１５７】
例えば、石英基板上に設けられた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２４（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、ＩｎＧａＺｎＯ４
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。
【０１５８】
一方、石英基板上に設けられた同様の組成を有するｎｃ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐ
ｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図２４（Ｂ）に示すように結晶性を示すピークは現
れない。また、石英基板上に設けられたａ−ｌｉｋｅ  ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌ
ａｎｅ法による構造解析を行うと、図２４（Ｃ）に示すように結晶性を示すピークは現れ
ない。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ｎｃ−ＯＳとａ−ｌｉｋｅ  ＯＳとを
区別することはできない。そのため、ＸＲＤを用いた構造解析から酸化物半導体の構造を
特定する際には、他の分析法と組み合わせるなど注意を要する場合がある。
【０１５９】
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。なお、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ことが好まし
い。
【０１６０】
また、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２５（Ａ）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２５（Ｂ）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。
【０１６１】
＜加熱処理＞
ところで、ＣＡＡＣ−ＯＳが歪みまたは揺らぎを有することは、ＸＲＤによる構造解析に
よっても確認することができる。図２６に、１００ｎｍの厚さの熱酸化膜を有するシリコ
ン基板上に設けられたＣＡＡＣ−ＯＳに対して加熱処理を行い、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎ
ｅ法による構造解析を行った結果を示す。なお、構造解析は、Ｘ線源の角度ωを試料の上
面に対してごく小さい角度に固定し、検出器の角度θを変える薄膜法によって行った。加
熱処理は、ランプ加熱によるＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ
）装置を用い、酸素雰囲気化において７００℃で３０秒間、６０秒間、１２０秒間または
１８０秒間行った。参考のために、加熱処理を行っていないＣＡＡＣ−ＯＳ（ａｓ−ｄｅ
ｐｏと表記する。）も示す。
【０１６２】
また、図２６において得られた２θが３１°近傍のピークの、ピーク強度および半値全幅
（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）を図２７に示す
。図２７より、ＣＡＡＣ−ＯＳに対して加熱処理を行うことで、ピーク強度が高くなり、
半値全幅が小さくなることがわかった。即ち、加熱処理によってＣＡＡＣ−ＯＳの結晶性
が高くなることがわかった。
【０１６３】
確認のため、同じ試料に対して断面ＴＥＭ像を取得した（図２８参照。）。図２８からも
、加熱処理によってＣＡＡＣ−ＯＳの結晶性が高くなる様子を伺うことができる。
【０１６４】
ＲＴＡ装置による加熱処理は、炉と比べて短時間で済むため、生産性を高めるために有効
である。このように、加熱処理の温度および時間を長くしていくことで、ＣＡＡＣ−ＯＳ
はより高密度化し、いっそう単結晶の物性に近づけることができる。
【０１６５】
＜組成＞
以下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの組成について説明する。なお、組成の説明には、ＣＡＡＣ−
ＯＳとなる酸化物半導体であるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合を例示する。なお、元素Ｍは
、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。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。
【０１６６】
図２９は、各頂点にＩｎ、ＭまたはＺｎを配置した三角図である。また、図中の［Ｉｎ］
はＩｎの原子濃度を示し、［Ｍ］は元素Ｍの原子濃度を示し、［Ｚｎ］はＺｎの原子濃度
を示す。
【０１６７】
Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の結晶はホモロガス構造を有することが知られており、ＩｎＭＯ３
（ＺｎＯ）ｍ（ｍは自然数。）で示される。また、ＩｎとＭとを置き換えることが可能で
あるため、Ｉｎ１＋αＭ１−αＯ３（ＺｎＯ）ｍで示すこともできる。これは、［Ｉｎ］
：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１＋α：１−α：１、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１＋α：１−
α：２、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１＋α：１−α：３、［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ
］＝１＋α：１−α：４、および［Ｉｎ］：［Ｍ］：［Ｚｎ］＝１＋α：１−α：５と表
記した破線で示される組成である。なお、破線上の太線は、例えば、原料となる酸化物を
混合し、１３５０℃で焼成した場合に固溶体となりうる組成である。
【０１６８】
よって、上述の固溶体となりうる組成に近づけることで、大きい単結晶構造の領域を有す
るＣＡＡＣ−ＯＳを得ることができる。なお、スパッタリング法によってＩｎ−Ｍ−Ｚｎ
酸化物を成膜する場合、ターゲットの組成と膜の組成とが異なる場合がある。例えば、タ
ーゲットとして原子数比が「１：１：１」、「１：１：１．２」、「３：１：２」、「４
：２：４．１」、「１：３：２」、「１：３：４」、「１：４：５」のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸
化物を用いた場合、膜の原子数比はそれぞれ「１：１：０．７（０．５から０．９程度）
」、「１：１：０．９（０．８から１．１程度）」、「３：１：１．５（１から１．８程
度）」、「４：２：３（２．６から３．６程度）」、「１：３：１．５（１から１．８程
度）」、「１：３：３（２．５から３．５程度）」、「１：４：４（３．４から４．４程
度）」となる。したがって、所望の組成の膜を得るためには、組成の変化を考慮してター
ゲットの組成を選択すればよい。
【０１６９】
ところで、ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜する際には、被成膜面である基板表面の加熱、または空
間加熱などの影響で、ソースとなるターゲットなどの組成と膜の組成とが異なる場合があ
る。例えば、酸化亜鉛は、酸化インジウムや酸化ガリウムなどと比べて昇華しやすいため
、ソースと膜との組成のずれが生じやすい。したがって、あらかじめ組成の変化を考慮し
たソースを選択することが好ましい。なお、ソースと膜との組成のずれ量は、温度以外に
も圧力や成膜に用いるガスなどの影響でも変化する。
【０１７０】
＜スパッタリング装置＞
以下では、本発明の一態様に係るスパッタリング装置について説明する。
【０１７１】
図３０（Ａ）は、スパッタリング装置である成膜室１０１の断面図である。図３０（Ａ）
に示す成膜室１０１は、ターゲットホルダ１２０と、バッキングプレート１１０と、ター
ゲット１００と、マグネットユニット１３０と、基板ホルダ１７０と、を有する。なお、
ターゲット１００は、バッキングプレート１１０上に配置される。また、バッキングプレ
ート１１０は、ターゲットホルダ１２０上に配置される。また、マグネットユニット１３
０は、バッキングプレート１１０を介してターゲット１００下に配置される。また、基板
ホルダ１７０は、ターゲット１００と向かい合って配置される。なお、本明細書では、複
数のマグネット（磁石）を組み合わせたものをマグネットユニットと呼ぶ。マグネットユ
ニットは、カソード、カソードマグネット、磁気部材、磁気部品などと呼びかえることが
できる。マグネットユニット１３０は、マグネット１３０Ｎと、マグネット１３０Ｓと、
マグネットホルダ１３２と、を有する。なお、マグネットユニット１３０において、マグ
ネット１３０Ｎおよびマグネット１３０Ｓは、マグネットホルダ１３２上に配置される。
また、マグネット１３０Ｎは、マグネット１３０Ｓと間隔を開けて配置される。なお、成
膜室１０１に基板１６０を搬入する場合、基板１６０は基板ホルダ１７０上に配置される
。
【０１７２】
ターゲットホルダ１２０とバッキングプレート１１０とは、ネジ（ボルトなど）を用いて
固定されており、等電位となる。また、ターゲットホルダ１２０は、バッキングプレート
１１０を介してターゲット１００を支持する機能を有する。
【０１７３】
バッキングプレート１１０は、ターゲット１００を固定する機能を有する。
【０１７４】
図３０（Ａ）に、マグネットユニット１３０によって形成される磁力線１８０ａおよび磁
力線１８０ｂを示す。
【０１７５】
磁力線１８０ａは、ターゲット１００の上面近傍における水平磁場を形成する磁力線の一
つである。ターゲット１００の上面近傍は、例えば、ターゲット１００から垂直距離が０
ｍｍ以上１０ｍｍ以下、特に０ｍｍ以上５ｍｍ以下の領域である。
【０１７６】
磁力線１８０ｂは、マグネットユニット１３０の上面から、垂直距離ｄにおける水平磁場
を形成する磁力線の一つである。垂直距離ｄは、例えば、０ｍｍ以上２０ｍｍ以下または
５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【０１７７】
このとき、強力なマグネット１３０Ｎおよび強力なマグネット１３０Ｓを用いることで、
基板１６０の上面近傍においても強い磁場を発生させることができる。具体的には、基板
１６０の上面における水平磁場の強度を１０Ｇ以上１００Ｇ以下、好ましくは１５Ｇ以上
６０Ｇ以下、さらに好ましくは２０Ｇ以上４０Ｇ以下とすることができる。基板１６０の
上面における水平磁場を上述の範囲とすることにより、後述する成膜モデルを実現するこ
とができる。
【０１７８】
なお、水平磁場の強度の測定は、垂直磁場の強度が０Ｇのときの値を測定すればよい。
【０１７９】
成膜室１０１における磁場の強度を上述の範囲とすることで、密度が高く、結晶性の高い
酸化物を成膜することができる。また、得られる酸化物は、複数種の結晶相を含むことが
少なく、ほとんど単一の結晶相を含む酸化物となる。
【０１８０】
図３０（Ｂ）に、マグネットユニット１３０の上面図を示す。マグネットユニット１３０
は、円形または略円形のマグネット１３０Ｎと、円形または略円形のマグネット１３０Ｓ
と、がマグネットホルダ１３２に固定されていることわかる。そして、マグネットユニッ
ト１３０を、マグネットユニット１３０の上面における中央または略中央の法線ベクトル
を回転軸として回転させることができる。例えば、マグネットユニット１３０を、０．１
Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下のビート（リズム、拍子、パルス、周波、周期またはサイクルなど
と言い換えてもよい。）で回転させればよい。
【０１８１】
したがって、ターゲット１００上の磁場の強い領域は、マグネットユニット１３０の回転
とともに変化する。磁場の強い領域は高密度プラズマ領域となるため、その近傍において
ターゲット１００のスパッタリング現象が起こりやすい。例えば、磁場の強い領域が特定
の箇所となる場合、ターゲット１００の特定の領域のみが使用されることになる。一方、
図３０（Ｂ）に示すようにマグネットユニット１３０を回転させることで、ターゲット１
００を均一に使用することができる。また、マグネットユニット１３０を回転させること
によって、均一な厚さ、質を有する膜を成膜することができる。
【０１８２】
また、マグネットユニット１３０を回転させることにより、基板１６０の上面における磁
力線の向きも変化させることができる。
【０１８３】
なお、ここではマグネットユニット１３０を回転させる例を示したが、本発明の一態様は
これに限定されるものではない。例えば、マグネットユニット１３０を上下または／およ
び左右に揺動させても構わない。例えば、マグネットユニット１３０を、０．１Ｈｚ以上
１ｋＨｚ以下のビートで移動させればよい。または、ターゲット１００を回転または移動
させても構わない。例えば、ターゲット１００を、０．１Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下のビート
で回転または移動させればよい。または、基板１６０を回転させることで、相対的に基板
１６０の上面における磁力線の向きを変化させても構わない。または、これらの組み合わ
せても構わない。
【０１８４】
成膜室１０１は、バッキングプレート１１０の内部または下部などに水路を有してもよい
。そして、水路に流体（空気、窒素、希ガス、水、オイルなど）を流すことで、スパッタ
時にターゲット１００の温度の上昇による放電異常や、部材の変形による成膜室１０１の
損傷などを抑制することができる。このとき、バッキングプレート１１０とターゲット１
００とをボンディング材を介して密着させると、冷却性能が高まるため好ましい。
【０１８５】
なお、ターゲットホルダ１２０とバッキングプレート１１０との間にガスケットを有する
と、成膜室１０１内に外部や水路などから不純物が混入しにくくなるため好ましい。
【０１８６】
マグネットユニット１３０において、マグネット１３０Ｎとマグネット１３０Ｓとは、そ
れぞれターゲット１００側に異なる極を向けて配置されている。ここでは、マグネット１
３０Ｎをターゲット１００側がＮ極となるように配置し、マグネット１３０Ｓをターゲッ
ト１００側がＳ極となるように配置する場合について説明する。ただし、マグネットユニ
ット１３０におけるマグネットおよび極の配置は、この配置に限定されるものではない。
また、図３０（Ａ）の配置に限定されるものでもない。
【０１８７】
成膜時、ターゲットホルダ１２０に接続する端子Ｖ１に印加される電位Ｖ１は、例えば、
基板ホルダ１７０に接続する端子Ｖ２に印加される電位Ｖ２よりも低い電位である。また
、基板ホルダ１７０に接続する端子Ｖ２に印加される電位Ｖ２は、例えば、接地電位であ
る。また、マグネットホルダ１３２に接続する端子Ｖ３に印加される電位Ｖ３は、例えば
、接地電位である。なお、端子Ｖ１、端子Ｖ２および端子Ｖ３に印加される電位は上記の
電位に限定されない。また、ターゲットホルダ１２０、基板ホルダ１７０、マグネットホ
ルダ１３２の全てに電位が印加されなくても構わない。例えば、基板ホルダ１７０が電気
的に浮いていても構わない。なお、図３０（Ａ）では、ターゲットホルダ１２０に接続す
る端子Ｖ１に電位Ｖ１を印加する、いわゆるＤＣスパッタリング法の例を示したが、本発
明の一態様は、これに限定されない。例えば、ターゲットホルダ１２０に、周波数が１３
．５６ＭＨｚまたは２７．１２ＭＨｚなどの高周波電源を接続する、いわゆるＲＦスパッ
タリング法を用いても構わない。
【０１８８】
また、図３０（Ａ）では、バッキングプレート１１０およびターゲットホルダ１２０と、
マグネットユニット１３０およびマグネットホルダ１３２と、は電気的に接続されない例
を示したが、これに限定されない。例えば、バッキングプレート１１０およびターゲット
ホルダ１２０と、マグネットユニット１３０およびマグネットホルダ１３２と、が電気的
に接続されており、等電位となっていても構わない。
【０１８９】
また、得られる酸化物の結晶性をさらに高めるために、基板１６０の温度を高くしても構
わない。基板１６０の温度を高くすることで、基板１６０の上面におけるスパッタ粒子の
マイグレーションを助長させることができる。したがって、より密度が高く、より結晶性
の高い酸化物を成膜することができる。なお、基板１６０の温度は、例えば、１００℃以
上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは１７０℃以上
３５０℃以下とすればよい。
【０１９０】
また、成膜ガス中の酸素分圧が高すぎると、複数種の結晶相を含む酸化物が成膜されやす
いため、成膜ガスはアルゴンなどの希ガス（ほかにヘリウム、ネオン、クリプトン、キセ
ノンなど）と酸素との混合ガスを用いると好ましい。例えば、全体に占める酸素の割合を
５０体積％未満、好ましくは３３体積％以下、さらに好ましくは２０体積％以下、より好
ましくは１５体積％以下とすればよい。
【０１９１】
また、ターゲット１００と基板１６０との垂直距離を、１０ｍｍ以上６００ｍｍ以下、好
ましくは２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下、
より好ましくは４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とする。ターゲット１００と基板１６０との
垂直距離を上述の範囲まで近くすることで、スパッタ粒子が、基板１６０に到達するまで
の間におけるエネルギーの低下を抑制できる場合がある。また、ターゲット１００と基板
１６０との垂直距離を上述の範囲まで遠くすることで、スパッタ粒子の基板１６０への入
射方向を垂直に近づけることができるため、スパッタ粒子の衝突による基板１６０へのダ
メージを小さくすることができる場合がある。
【０１９２】
図３１（Ａ）に、図３０（Ａ）とは異なる成膜室の例を示す。
【０１９３】
図３１（Ａ）に示す成膜室１０１は、ターゲットホルダ１２０ａと、ターゲットホルダ１
２０ｂと、バッキングプレート１１０ａと、バッキングプレート１１０ｂと、ターゲット
１００ａと、ターゲット１００ｂと、マグネットユニット１３０ａと、マグネットユニッ
ト１３０ｂと、部材１４０と、基板ホルダ１７０と、を有する。なお、ターゲット１００
ａは、バッキングプレート１１０ａ上に配置される。また、バッキングプレート１１０ａ
は、ターゲットホルダ１２０ａ上に配置される。また、マグネットユニット１３０ａは、
バッキングプレート１１０ａを介してターゲット１００ａ下に配置される。また、ターゲ
ット１００ｂは、バッキングプレート１１０ｂ上に配置される。また、バッキングプレー
ト１１０ｂは、ターゲットホルダ１２０ｂ上に配置される。また、マグネットユニット１
３０ｂは、バッキングプレート１１０ｂを介してターゲット１００ｂ下に配置される。
【０１９４】
マグネットユニット１３０ａは、マグネット１３０Ｎ１と、マグネット１３０Ｎ２と、マ
グネット１３０Ｓと、マグネットホルダ１３２と、を有する。なお、マグネットユニット
１３０ａにおいて、マグネット１３０Ｎ１、マグネット１３０Ｎ２およびマグネット１３
０Ｓは、マグネットホルダ１３２上に配置される。また、マグネット１３０Ｎ１およびマ
グネット１３０Ｎ２は、マグネット１３０Ｓと間隔を開けて配置される。なお、マグネッ
トユニット１３０ｂは、マグネットユニット１３０ａと同様の構造を有する。なお、成膜
室１０１に基板１６０を搬入する場合、基板１６０は基板ホルダ１７０上に配置される。
【０１９５】
ターゲット１００ａ、バッキングプレート１１０ａおよびターゲットホルダ１２０ａと、
ターゲット１００ｂ、バッキングプレート１１０ｂおよびターゲットホルダ１２０ｂと、
は部材１４０によって離間されている。なお、部材１４０は絶縁体であることが好ましい
。ただし、部材１４０が導電体または半導体であっても構わない。また、部材１４０が、
導電体または半導体の表面を絶縁体で覆ったものであっても構わない。
【０１９６】
ターゲットホルダ１２０ａとバッキングプレート１１０ａとは、ネジ（ボルトなど）を用
いて固定されており、等電位となる。また、ターゲットホルダ１２０ａは、バッキングプ
レート１１０ａを介してターゲット１００ａを支持する機能を有する。また、ターゲット
ホルダ１２０ｂとバッキングプレート１１０ｂとは、ネジ（ボルトなど）を用いて固定さ
れており、等電位となる。また、ターゲットホルダ１２０ｂは、バッキングプレート１１
０ｂを介してターゲット１００ｂを支持する機能を有する。
【０１９７】
バッキングプレート１１０ａは、ターゲット１００ａを固定する機能を有する。また、バ
ッキングプレート１１０ｂは、ターゲット１００ｂを固定する機能を有する。
【０１９８】
図３１（Ａ）に、マグネットユニット１３０ａによって形成される磁力線１８０ａおよび
磁力線１８０ｂを示す。
【０１９９】
磁力線１８０ａは、ターゲット１００ａの上面近傍における水平磁場を形成する磁力線の
一つである。ターゲット１００ａの上面近傍は、例えば、ターゲット１００ａから垂直距
離が０ｍｍ以上１０ｍｍ以下、特に０ｍｍ以上５ｍｍ以下の領域である。
【０２００】
磁力線１８０ｂは、マグネットユニット１３０ａの上面から、垂直距離ｄにおける水平磁
場を形成する磁力線の一つである。垂直距離ｄは、例えば、０ｍｍ以上２０ｍｍ以下また
は５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。
【０２０１】
このとき、強力なマグネット１３０Ｎ１、マグネット１３０Ｎ２および強力なマグネット
１３０Ｓを用いることで、基板１６０の上面近傍においても強い磁場を発生させることが
できる。具体的には、基板１６０の上面における水平磁場の強度を１０Ｇ以上１００Ｇ以
下、好ましくは１５Ｇ以上６０Ｇ以下、さらに好ましくは２０Ｇ以上４０Ｇ以下とするこ
とができる。基板１６０の上面における水平磁場を上述の範囲とすることにより、後述す
る成膜モデルを実現することができる。
【０２０２】
成膜室１０１における磁場の強度を上述の範囲とすることで、密度が高く、結晶性の高い
酸化物を成膜することができる。また、得られる酸化物は、複数種の結晶相を含むことが
少なく、ほとんど単一の結晶相を含む酸化物となる。
【０２０３】
なお、マグネットユニット１３０ｂもマグネットユニット１３０ａと同様の磁力線を形成
する。
【０２０４】
図３１（Ｂ）に、マグネットユニット１３０ａおよびマグネットユニット１３０ｂの上面
図を示す。マグネットユニット１３０ａは、長方形または略長方形のマグネット１３０Ｎ
１と、長方形または略長方形のマグネット１３０Ｎ２と、長方形または略長方形のマグネ
ット１３０Ｓと、がマグネットホルダ１３２に固定されていることわかる。そして、マグ
ネットユニット１３０ａを、図３１（Ｂ）に示すように左右に揺動させることができる。
例えば、マグネットユニット１３０ａを、０．１Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下のビートで揺動さ
せればよい。
【０２０５】
したがって、ターゲット１００ａ上の磁場の強い領域は、マグネットユニット１３０ａの
揺動とともに変化する。磁場の強い領域は高密度プラズマ領域となるため、その近傍にお
いてターゲット１００ａのスパッタリング現象が起こりやすい。例えば、磁場の強い領域
が特定の箇所となる場合、ターゲット１００ａの特定の領域のみが使用されることになる
。一方、図３１（Ｂ）に示すようにマグネットユニット１３０ａを揺動させることで、タ
ーゲット１００ａを均一に使用することができる。また、マグネットユニット１３０ａを
揺動させることによって、均一な厚さ、質を有する膜を成膜することができる。
【０２０６】
また、マグネットユニット１３０ａを揺動させることにより、基板１６０の上面における
磁力線の状態も変化させることができる。これは、マグネットユニット１３０ｂにおいて
も同様である。
【０２０７】
なお、ここではマグネットユニット１３０ａおよびマグネットユニット１３０ｂを揺動さ
せる例を示したが、本発明の一態様はこれに限定されるものではない。例えば、マグネッ
トユニット１３０ａおよびマグネットユニット１３０ｂを回転させても構わない。例えば
、マグネットユニット１３０ａおよびマグネットユニット１３０ｂを、０．１Ｈｚ以上１
ｋＨｚ以下のビートで回転させればよい。または、ターゲット１００を回転または移動さ
せても構わない。例えば、ターゲット１００を、０．１Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下のビートで
回転または移動させればよい。または、基板１６０を回転させることで、相対的に基板１
６０の上面における磁力線の状態を変化させることができる。または、これらを組み合わ
せても構わない。
【０２０８】
成膜室１０１は、バッキングプレート１１０ａおよびバッキングプレート１１０ｂの内部
または下部などに水路を有してもよい。そして、水路に流体（空気、窒素、希ガス、水、
オイルなど）を流すことで、スパッタ時にターゲット１００ａおよびターゲット１００ｂ
の温度の上昇による放電異常や、部材の変形による成膜室１０１の損傷などを抑制するこ
とができる。このとき、バッキングプレート１１０ａとターゲット１００ａとをボンディ
ング材を介して密着させると、冷却性能が高まるため好ましい。また、バッキングプレー
ト１１０ｂとターゲット１００ｂとをボンディング材を介して密着させると、冷却性能が
高まるため好ましい。
【０２０９】
なお、ターゲットホルダ１２０ａとバッキングプレート１１０ａとの間にガスケットを有
すると、成膜室１０１内に外部や水路などから不純物が混入しにくくなるため好ましい。
また、ターゲットホルダ１２０ｂとバッキングプレート１１０ｂとの間にガスケットを有
すると、成膜室１０１内に外部や水路などから不純物が混入しにくくなるため好ましい。
【０２１０】
マグネットユニット１３０ａにおいて、マグネット１３０Ｎ１およびマグネット１３０Ｎ
２とマグネット１３０Ｓとはそれぞれターゲット１００ａ側に異なる極を向けて配置され
ている。ここでは、マグネット１３０Ｎ１およびマグネット１３０Ｎ２をターゲット１０
０ａ側がＮ極となるように配置し、マグネット１３０Ｓをターゲット１００ａ側がＳ極と
なるように配置する場合について説明する。ただし、マグネットユニット１３０ａにおけ
るマグネットおよび極の配置は、この配置に限定されるものではない。また、図３１（Ａ
）の配置に限定されるものでもない。これは、マグネットユニット１３０ｂについても同
様である。
【０２１１】
成膜時、ターゲットホルダ１２０ａに接続する端子Ｖ１と、ターゲットホルダ１２０ｂに
接続する端子Ｖ４と、の間で、交互に高低が入れ替わる電位を印加すればよい。また、基
板ホルダ１７０に接続する端子Ｖ２に印加される電位Ｖ２は、例えば、接地電位である。
また、マグネットホルダ１３２に接続する端子Ｖ３に印加される電位Ｖ３は、例えば、接
地電位である。なお、端子Ｖ１、端子Ｖ２、端子Ｖ３および端子Ｖ４に印加される電位は
上記の電位に限定されない。また、ターゲットホルダ１２０ａ、ターゲットホルダ１２０
ｂ、基板ホルダ１７０、マグネットホルダ１３２の全てに電位が印加されなくても構わな
い。例えば、基板ホルダ１７０が電気的に浮いていても構わない。なお、図３１（Ａ）で
は、ターゲットホルダ１２０ａに接続する端子Ｖ１と、ターゲットホルダ１２０ｂに接続
する端子Ｖ４と、の間で、交互に高低が入れ替わる電位を印加する、いわゆるＡＣスパッ
タリング法の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。
【０２１２】
また、図３１（Ａ）では、バッキングプレート１１０ａおよびターゲットホルダ１２０ａ
と、マグネットユニット１３０ａおよびマグネットホルダ１３２と、は電気的に接続され
ない例を示したが、これに限定されない。例えば、バッキングプレート１１０ａおよびタ
ーゲットホルダ１２０ａと、マグネットユニット１３０ａおよびマグネットホルダ１３２
と、が電気的に接続されており、等電位となっていても構わない。また、バッキングプレ
ート１１０ｂおよびターゲットホルダ１２０ｂと、マグネットユニット１３０ｂおよびマ
グネットホルダ１３２と、は電気的に接続されない例を示したが、これに限定されない。
例えば、バッキングプレート１１０ｂおよびターゲットホルダ１２０ｂと、マグネットユ
ニット１３０ｂおよびマグネットホルダ１３２と、が電気的に接続されており、等電位と
なっていても構わない。
【０２１３】
また、得られる酸化物の結晶性をさらに高めるために、基板１６０の温度を高くしても構
わない。基板１６０の温度を高くすることで、基板１６０の上面におけるスパッタ粒子の
マイグレーションを助長させることができる。したがって、より密度が高く、より結晶性
の高い酸化物を成膜することができる。なお、基板１６０の温度は、例えば、１００℃以
上４５０℃以下、好ましくは１５０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは１７０℃以上
３５０℃以下とすればよい。
【０２１４】
また、成膜ガス中の酸素分圧が高すぎると、複数種の結晶相を含む酸化物が成膜されやす
いため、成膜ガスはアルゴンなどの希ガス（ほかにヘリウム、ネオン、クリプトン、キセ
ノンなど）と酸素との混合ガスを用いると好ましい。例えば、全体に占める酸素の割合を
５０体積％未満、好ましくは３３体積％以下、さらに好ましくは２０体積％以下、より好
ましくは１５体積％以下とすればよい。
【０２１５】
また、ターゲット１００ａと基板１６０との垂直距離を、１０ｍｍ以上６００ｍｍ以下、
好ましくは２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下
、より好ましくは４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とする。ターゲット１００ａと基板１６０
との垂直距離を上述の範囲まで近くすることで、スパッタ粒子が、基板１６０に到達する
までの間におけるエネルギーの低下を抑制できる場合がある。また、ターゲット１００ａ
と基板１６０との垂直距離を上述の範囲まで遠くすることで、スパッタ粒子の基板１６０
への入射方向を垂直に近づけることができるため、スパッタ粒子の衝突による基板１６０
へのダメージを小さくすることができる場合がある。
【０２１６】
また、ターゲット１００ｂと基板１６０との垂直距離を、１０ｍｍ以上６００ｍｍ以下、
好ましくは２０ｍｍ以上４００ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以上２００ｍｍ以下
、より好ましくは４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とする。ターゲット１００ｂと基板１６０
との垂直距離を上述の範囲まで近くすることで、スパッタ粒子が、基板１６０に到達する
までの間におけるエネルギーの低下を抑制できる場合がある。また、ターゲット１００ｂ
と基板１６０との垂直距離を上述の範囲まで遠くすることで、スパッタ粒子の基板１６０
への入射方向を垂直に近づけることができるため、スパッタ粒子の衝突による基板１６０
へのダメージを小さくすることができる場合がある。
【０２１７】
＜成膜装置＞
以下では、上述したＣＡＡＣ−ＯＳを成膜することが可能な成膜室を有する成膜装置につ
いて説明する。
【０２１８】
まずは、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３２および
図３３を用いて説明する。
【０２１９】
図３２は、枚葉式マルチチャンバーの成膜装置７００の上面図を模式的に示している。成
膜装置７００は、基板を収容するカセットポート７６１と、基板のアライメントを行うア
ライメントポート７６２と、を備える大気側基板供給室７０１と、大気側基板供給室７０
１から、基板を搬送する大気側基板搬送室７０２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７０３ｂと、真空中の基板の搬送を行う搬送室７０４と、基板の加熱を
行う基板加熱室７０５と、ターゲットが配置され成膜を行う成膜室７０６ａ、７０６ｂお
よび７０６ｃと、を有する。なお、成膜室７０６ａ、７０６ｂおよび７０６ｃは、例えば
、図３０（Ａ）または図３１（Ａ）などに示した成膜室１０１の構成を参酌することがで
きる。
【０２２０】
また、大気側基板搬送室７０２は、ロードロック室７０３ａおよびアンロードロック室７
０３ｂと接続され、ロードロック室７０３ａおよびアンロードロック室７０３ｂは、搬送
室７０４と接続され、搬送室７０４は、基板加熱室７０５、成膜室７０６ａ、成膜室７０
６ｂおよび成膜室７０６ｃと接続する。
【０２２１】
なお、各室の接続部にはゲートバルブ７６４が設けられており、大気側基板供給室７０１
と、大気側基板搬送室７０２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７０２および搬送室７０４は、搬送ロボット７６３を有し、基板
を搬送することができる。
【０２２２】
また、基板加熱室７０５は、プラズマ処理室を兼ねると好ましい。成膜装置７００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。
【０２２３】
次に、図３２に示す成膜装置７００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３３に示す。
【０２２４】
図３３（Ａ）は、基板加熱室７０５と、搬送室７０４の断面を示しており、基板加熱室７
０５は、基板を収容することができる複数の加熱ステージ７６５を有している。なお、基
板加熱室７０５は、バルブを介して真空ポンプ７７０と接続されている。真空ポンプ７７
０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。
【０２２５】
また、基板加熱室７０５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（Ｇａｓ
Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔ
ｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）などのＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａ
ｌ）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。
【０２２６】
また、基板加熱室７０５は、マスフローコントローラ７８０を介して、精製機７８１と接
続される。なお、マスフローコントローラ７８０および精製機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。基板加熱室７０５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。
【０２２７】
搬送室７０４は、搬送ロボット７６３を有している。搬送ロボット７６３は、各室へ基板
を搬送することができる。また、搬送室７０４は、バルブを介して真空ポンプ７７０と、
クライオポンプ７７１と、接続されている。このような構成とすることで、搬送室７０４
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７７０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７７１を用いて排気される。
【０２２８】
また、例えば、クライオポンプ７７１は、搬送室７０４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。
【０２２９】
図３３（Ｂ）は、成膜室７０６ｂと、搬送室７０４と、ロードロック室７０３ａの断面を
示している。
【０２３０】
ここで、図３３（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３３（Ｂ）に示す成膜室７０６ｂは、ターゲット７６６と、防着板７６７と、基板ステ
ージ７６８と、を有する。なお、ここでは基板ステージ７６８には、基板７６９が設置さ
れている。基板ステージ７６８は、図示しないが、基板７６９を保持する基板保持機構や
、基板７６９を裏面から加熱する裏面ヒーター等を備えていてもよい。また、ターゲット
の背後にマグネットユニットを備えていてもよい。
【０２３１】
なお、基板ステージ７６８は、成膜時に床面に対して略垂直状態に保持され、基板受け渡
し時には床面に対して略水平状態に保持される。なお、図３３（Ｂ）中において、破線で
示す箇所が基板受け渡し時の基板ステージ７６８の保持される位置となる。このような構
成とすることで成膜時に混入しうるゴミまたはパーティクルが、基板７６９に付着する確
率を水平状態に保持するよりも抑制することができる。ただし、基板ステージ７６８を床
面に対して垂直（９０°）状態に保持すると、基板７６９が落下する可能性があるため、
基板ステージ７６８の角度は、８０°以上９０°未満とすることが好ましい。
【０２３２】
また、防着板７６７は、ターゲット７６６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。また、防着板７６７は、累積されたスパッタリング粒子が剥
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
、または防着板７６７の表面に凹凸を設けてもよい。
【０２３３】
また、成膜室７０６ｂは、ガス加熱機構７８２を介してマスフローコントローラ７８０と
接続され、ガス加熱機構７８２はマスフローコントローラ７８０を介して精製機７８１と
接続される。ガス加熱機構７８２により、成膜室７０６ｂ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７８２、マスフローコントローラ７８０、および精製機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７０６ｂ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。
【０２３４】
成膜室７０６ｂに、対向ターゲット式スパッタリング装置を適用してもよい。対向ターゲ
ット式スパッタリング装置は、プラズマがターゲット間に閉じこめられるため、基板への
プラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの傾きによっては、スパッ
タリング粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被覆性を高めること
ができる。
【０２３５】
なお、成膜室７０６ｂに、平行平板型スパッタリング装置、イオンビームスパッタリング
装置を適用しても構わない。
【０２３６】
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７０６ｂ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ＳＵＳ３１
６Ｌ−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。
【０２３７】
また、成膜室７０６ｂは、バルブを介してターボ分子ポンプ７７２および真空ポンプ７７
０と接続される。
【０２３８】
また、成膜室７０６ｂは、クライオトラップ７５１が設けられる。
【０２３９】
クライオトラップ７５１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７７２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７５
１が成膜室７０６ｂに接続された構成としている。クライオトラップ７５１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。
【０２４０】
なお、成膜室７０６ｂの排気方法は、これに限定されず、先の搬送室７０４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７０４の排気方法を成膜室７０６ｂ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。
【０２４１】
なお、上述した搬送室７０４、基板加熱室７０５、および成膜室７０６ｂ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７０６ｂ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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
また、上述した搬送室７０４、基板加熱室７０５、および成膜室７０６ｂ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。
【０２４５】
例えば、上述した搬送室７０４、基板加熱室７０５、および成膜室７０６ｂ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１×１０−７Ｐａ・
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。
【０２４６】
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。
【０２４７】
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。
【０２４８】
例えば、成膜室７０６ｂ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。
【０２４９】
また、成膜装置７００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。
【０２５０】
または、前述の成膜装置７００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。
【０２５１】
成膜装置７００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。
【０２５２】
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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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。
【０２５５】
次に、図３３（Ｂ）に示す搬送室７０４、およびロードロック室７０３ａと、図３３（Ｃ
）に示す大気側基板搬送室７０２、および大気側基板供給室７０１の詳細について以下説
明を行う。なお、図３３（Ｃ）は、大気側基板搬送室７０２、および大気側基板供給室７
０１の断面を示している。
【０２５６】
図３３（Ｂ）に示す搬送室７０４については、図３３（Ａ）に示す搬送室７０４の記載を
参照する。
【０２５７】
ロードロック室７０３ａは、基板受け渡しステージ７５２を有する。ロードロック室７０
３ａ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７０３ａの圧力が大気圧
になった時に、大気側基板搬送室７０２に設けられている搬送ロボット７６３から基板受
け渡しステージ７５２に基板を受け取る。その後、ロードロック室７０３ａを真空引きし
、減圧状態としたのち、搬送室７０４に設けられている搬送ロボット７６３が基板受け渡
しステージ７５２から基板を受け取る。
【０２５８】
また、ロードロック室７０３ａは、バルブを介して真空ポンプ７７０、およびクライオポ
ンプ７７１と接続されている。真空ポンプ７７０、およびクライオポンプ７７１の排気系
の接続方法は、搬送室７０４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３２に示すアンロードロック室７０３ｂは、ロードロック室７０
３ａと同様の構成とすることができる。
【０２５９】
大気側基板搬送室７０２は、搬送ロボット７６３を有する。搬送ロボット７６３により、
カセットポート７６１とロードロック室７０３ａ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７０２、および大気側基板供給室７０１の上方にＨＥＰＡフィ
ルタ（Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ａｉｒ  Ｆｉｌｔｅ
ｒ）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。
【０２６０】
大気側基板供給室７０１は、複数のカセットポート７６１を有する。カセットポート７６
１は、複数の基板を収容することができる。
【０２６１】
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接着に用いている金
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。
【０２６２】
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。
【０２６３】
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。
【０２６４】
上述した成膜装置を用いることで、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の水素濃度を、二次イオン質量分析
法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）に
おいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３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以下とすることができる。
【０２６５】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の窒素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１
８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とす
ることができる。
【０２６６】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の炭素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃ
ｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１
８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とす
ることができる。
【０２６７】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）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以下とすることができる。
【０２６８】
以上の成膜装置を用いることで、ＣＡＡＣ−ＯＳ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、ＣＡＡＣ−ＯＳに接する膜を成膜することで、ＣＡＡＣ−
ＯＳに接する膜からＣＡＡＣ−ＯＳへ不純物が混入することを抑制できる。
【０２６９】
＜トランジスタ＞
以下では、本発明の一態様に係るトランジスタについて説明する。
【０２７０】
なお、本発明の一態様に係るトランジスタは、上述したｎｃ−ＯＳまたはＣＡＡＣ−ＯＳ
を有すると好ましい。
【０２７１】
＜トランジスタ構造１＞
図３４（Ａ）および図３４（Ｂ）は、本発明の一態様のトランジスタの上面図および断面
図である。図３４（Ａ）は上面図であり、図３４（Ｂ）は、図３４（Ａ）に示す一点鎖線
Ａ１−Ａ２、および一点鎖線Ａ３−Ａ４に対応する断面図である。なお、図３４（Ａ）の
上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０２７２】
図３４（Ａ）および図３４（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
および側面と接し、間隔を開けて配置された導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと、半
導体４０６ｂ上、導電体４１６ａ上および導電体４１６ｂ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、導電体４１６ａ上、導
電体４１６ｂ上および導電体４０４上の絶縁体４０８と、絶縁体４０８上の絶縁体４１８
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。
【０２７３】
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。また、絶縁体４１８を有さなくても構わない。
【０２７４】
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、導電体４１６ａおよび導電体４
１６ｂは、トランジスタのソース電極およびドレイン電極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４
０６ａまたは／および半導体４０６ｃ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。
【０２７５】
なお、絶縁体４０２は過剰酸素を含む絶縁体であると好ましい。
【０２７６】
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層は、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層である。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。
【０２７７】
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。
【０２７８】
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。
【０２７９】
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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
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。
【０２８２】
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α
【０２８３】
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、
例えば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素原子を含むシリコン基板を用いて測定する
。
【０２８４】
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。
【０２８５】
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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
図３４（Ｂ）に示すように、半導体４０６ｂの側面は、導電体４１６ａおよび導電体４１
６ｂと接する。また、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。
【０２８９】
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。
【０２９０】
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。
【０２９１】
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。
【０２９２】
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。
【０２９３】
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。
【０２９４】
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。
【０２９５】
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４０６ｂを構
成する酸素以外の元素一種以上、または二種以上から半導体４０６ａおよび半導体４０６
ｃ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。
【０２９６】
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％より高く、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａ
ｔｏｍｉｃ％より高いとする。また、半導体４０６ｂ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２５ａｔｏｍｉｃ
％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％
より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。また、半導体４０６ｃ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５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくはＩｎが２
５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高くする。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。ただし、半導体４０６ａまたは／
および半導体４０６ｃがインジウムを含まなくても構わない場合がある。例えば、半導体
４０６ａまたは／および半導体４０６ｃが酸化ガリウムであっても構わない。
【０２９７】
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。
【０２９８】
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。
【０２９９】
なお、半導体４０６ａの組成は、図２９に示した太線の組成の近傍であることが好ましい
。なお、半導体４０６ｂの組成は、図２９に示した太線の組成の近傍であることが好まし
い。なお、半導体４０６ｃの組成は、図２９に示した太線の組成の近傍であることが好ま
しい。こうすることで、トランジスタのチャネル形成領域を、単結晶構造を有する領域と
することができる。または、トランジスタのチャネル形成領域、ソース領域およびドレイ
ン領域を、単結晶構造を有する領域とすることができる場合がある。トランジスタのチャ
ネル形成領域が単結晶構造を有する領域とすることで、トランジスタの周波数特性を高く
することができる場合がある。
【０３００】
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。
【０３０１】
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。
【０３０２】
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。
【０３０３】
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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
または、例えば、チャネルの形成される領域中の欠陥準位密度が高い場合にも、電子の移
動は阻害される。
【０３０６】
例えば、半導体４０６ｂ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。ＶＯＨは電子を散乱するため、ト
ランジスタのオン電流を低下させる要因となる。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、半導体４０６ｂ中の酸素欠損を低減するこ
とで、トランジスタのオン電流を高くすることができる場合がある。
【０３０７】
半導体４０６ｂの酸素欠損を低減するために、例えば、絶縁体４０２に含まれる過剰酸素
を、半導体４０６ａを介して半導体４０６ｂまで移動させる方法などがある。この場合、
半導体４０６ａは、酸素透過性を有する層（酸素を通過または透過させる層）であること
が好ましい。
【０３０８】
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。
【０３０９】
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。
【０３１０】
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。
【０３１１】
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。
【０３１２】
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。
【０３１３】
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
か一以上を有するｎ層構造（ｎは５以上の整数）としても構わない。
【０３１４】
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  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板な
どがある。導電体基板としては、黒鉛基板、金属基板、合金基板、導電性樹脂基板などが
ある。または、金属の窒化物を有する基板、金属の酸化物を有する基板などがある。さら
には、絶縁体基板に導電体または半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体または絶
縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体または絶縁体が設けられた基板などがある。
または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子と
しては、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、記憶素子などがある。
【０３１５】
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。
【０３１６】
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。
【０３１７】
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合金、銅およびチタンを含む合金、銅
およびマンガンを含む合金、インジウム、スズおよび酸素を含む化合物、チタンおよび窒
素を含む化合物などを用いてもよい。
【０３１８】
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。例えば、絶縁体４０２としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
【０３１９】
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。
【０３２０】
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合金、銅およ
びチタンを含む合金、銅およびマンガンを含む合金、インジウム、スズおよび酸素を含む
化合物、チタンおよび窒素を含む化合物などを用いてもよい。
【０３２１】
導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂを有することにより、半導体４０６ａ、半導体４０
６ｂまたは半導体４０６ｃに欠陥を形成する場合がある。該欠陥は、半導体４０６ａ、半
導体４０６ｂまたは半導体４０６ｃをｎ型化させる場合がある。その結果、半導体４０６
ａ、半導体４０６ｂまたは半導体４０６ｃと、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと、
の間がオーム接触となる。例えば、半導体４０６ａ、半導体４０６ｂまたは半導体４０６
ｃに形成された欠陥を、脱水素化および加酸素化などによって低減した場合、半導体４０
６ａ、半導体４０６ｂまたは半導体４０６ｃと、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂと
、の間がショットキー接触となる。
【０３２２】
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。例えば、絶縁体４１２としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
【０３２３】
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合金、銅およびチタンを含む合金、銅
およびマンガンを含む合金、インジウム、スズおよび酸素を含む化合物、チタンおよび窒
素を含む化合物などを用いてもよい。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。例えば、絶縁体４１８としては、酸化アルミニウム、酸
化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン
、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを用いればよい。
【０３２６】
なお、図３４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３５（Ａ）に示すように、導電体
４０４と導電体４１３とが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３５（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。
【０３２７】
また、図３６（Ａ）は、トランジスタの上面図の一例である。図３６（Ａ）の一点鎖線Ｆ
１−Ｆ２および一点鎖線Ｆ３−Ｆ４に対応する断面図の一例を図３６（Ｂ）に示す。なお
、図３６（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。
【０３２８】
また、図３４などではソース電極およびドレイン電極として機能する導電体４１６ａおよ
び導電体４１６ｂが半導体４０６ｂの上面および側面、絶縁体４０２の上面などと接する
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３６に示すように、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂが半導体４０６ｂの上面の
みと接する構造であっても構わない。
【０３２９】
また、図３６（Ｂ）に示すように、絶縁体４１８上に絶縁体４２８を有してもよい。絶縁
体４２８は、上面が平坦な絶縁体であると好ましい。なお、絶縁体４２８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。例
えば、絶縁体４２８としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸
化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、
酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムま
たは酸化タンタルを用いればよい。絶縁体４２８の上面を平坦化するために、化学機械研
磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などに
よって平坦化処理を行ってもよい。
【０３３０】
または、絶縁体４２８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４２８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。
【０３３１】
また、図３６（Ａ）および図３６（Ｂ）に示すように、絶縁体４２８上に導電体４２４ａ
および導電体４２４ｂを有してもよい。導電体４２４ａおよび導電体４２４ｂは、例えば
、配線としての機能を有する。また、絶縁体４２８が開口部を有し、該開口部を介して導
電体４１６ａと導電体４２４ａとが電気的に接続しても構わない。また、また、絶縁体４
２８が別の開口部を有し、該開口部を介して導電体４１６ｂと導電体４２４ｂとが電気的
に接続しても構わない。このとき、それぞれの開口部内に導電体４２６ａ、導電体４２６
ｂを有しても構わない。
【０３３２】
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合金、銅およ
びチタンを含む合金、銅およびマンガンを含む合金、インジウム、スズおよび酸素を含む
化合物、チタンおよび窒素を含む化合物などを用いてもよい。
【０３３３】
図３６に示すトランジスタは、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂは、半導体４０６ｂ
の側面と接しない。したがって、第１のゲート電極として機能する導電体４０４から半導
体４０６ｂの側面に向けて印加される電界が、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂによ
って遮蔽されにくい構造である。また、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂは、絶縁体
４０２の上面と接しない。そのため、絶縁体４０２から放出される過剰酸素（酸素）が導
電体４１６ａおよび導電体４１６ｂを酸化させるために消費されない。したがって、絶縁
体４０２から放出される過剰酸素（酸素）を、半導体４０６ｂの酸素欠損を低減するため
に効率的に利用することのできる構造である。即ち、図３６に示す構造のトランジスタは
、高いオン電流、高い電界効果移動度、低いサブスレッショルドスイング値、高い信頼性
などを有する優れた電気特性のトランジスタである。
【０３３４】
図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）は、本発明の一態様のトランジスタの上面図および断面
図である。図３７（Ａ）は上面図であり、図３７（Ｂ）は、図３７（Ａ）に示す一点鎖線
Ｇ１−Ｇ２、および一点鎖線Ｇ３−Ｇ４に対応する断面図である。なお、図３７（Ａ）の
上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０３３５】
トランジスタは、図３７に示すように、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂを有さず、
導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂと、半導体４０６ｂとが接する構造であっても構わ
ない。この場合、半導体４０６ｂまたは／および半導体４０６ａの、少なくとも導電体４
２６ａおよび導電体４２６ｂと接する領域に低抵抗領域４２３ａ（低抵抗領域４２３ｂ）
を設けると好ましい。低抵抗領域４２３ａおよび低抵抗領域４２３ｂは、例えば、導電体
４０４などをマスクとし、半導体４０６ｂまたは／および半導体４０６ａに不純物を添加
することで形成すればよい。なお、導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂが、半導体４０
６ｂの孔（貫通しているもの）または窪み（貫通していないもの）に設けられていても構
わない。導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂが、半導体４０６ｂの孔または窪みに設け
られることで、導電体４２６ａおよび導電体４２６ｂと、半導体４０６ｂとの接触面積が
大きくなるため、接触抵抗の影響を小さくすることができる。即ち、トランジスタのオン
電流を大きくすることができる。
【０３３６】
＜トランジスタ構造２＞
図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）は、本発明の一態様のトランジスタの上面図および断面
図である。図３８（Ａ）は上面図であり、図３８（Ｂ）は、図３８（Ａ）に示す一点鎖線
Ｊ１−Ｊ２、および一点鎖線Ｊ３−Ｊ４に対応する断面図である。なお、図３８（Ａ）の
上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
【０３３７】
図３８（Ａ）および図３８（Ｂ）に示すトランジスタは、基板６００上の導電体６０４と
、導電体６０４上の絶縁体６１２と、絶縁体６１２上の半導体６０６ａと、半導体６０６
ａ上の半導体６０６ｂと、半導体６０６ｂ上の半導体６０６ｃと、半導体６０６ａ、半導
体６０６ｂおよび半導体６０６ｃと接し、間隔を開けて配置された導電体６１６ａおよび
導電体６１６ｂと、半導体６０６ｃ上、導電体６１６ａ上および導電体６１６ｂ上の絶縁
体６１８と、を有する。なお、導電体６０４は、絶縁体６１２を介して半導体６０６ｂの
下面と面する。また、絶縁体６１２が凸部を有しても構わない。また、基板６００と導電
体６０４の間に絶縁体を有しても構わない。該絶縁体は、絶縁体４０２や絶縁体４０８に
ついての記載を参照する。また、半導体６０６ａを有さなくても構わない。また、絶縁体
６１８を有さなくても構わない。
【０３３８】
なお、半導体６０６ｂ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６０４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６１６ａおよび導電体６１６ｂは、トランジスタの
ソース電極およびドレイン電極としての機能を有する。
【０３３９】
なお、絶縁体６１８は過剰酸素を含む絶縁体であると好ましい。
【０３４０】
なお、基板６００は、基板４００についての記載を参照する。また、導電体６０４は、導
電体４０４についての記載を参照する。また、絶縁体６１２は、絶縁体４１２についての
記載を参照する。また、半導体６０６ａは、半導体４０６ｃについての記載を参照する。
また、半導体６０６ｂは、半導体４０６ｂについての記載を参照する。また、半導体６０
６ｃは、半導体４０６ａについての記載を参照する。また、導電体６１６ａおよび導電体
６１６ｂは、導電体４１６ａおよび導電体４１６ｂについての記載を参照する。また、絶
縁体６１８は、絶縁体４０２についての記載を参照する。
【０３４１】
なお、絶縁体６１８上には、表示素子が設けられていてもよい。例えば、画素電極、液晶
層、共通電極、発光層、有機ＥＬ層、陽極、陰極などが設けられていてもよい。表示素子
は、例えば、導電体６１６ａなどと接続されている。
【０３４２】
また、図３９（Ａ）は、トランジスタの上面図の一例である。図３９（Ａ）の一点鎖線Ｋ
１−Ｋ２および一点鎖線Ｋ３−Ｋ４に対応する断面図の一例を図３９（Ｂ）に示す。なお
、図３９（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。
【０３４３】
なお、半導体の上に、チャネル保護膜として機能させることができる絶縁体を配置しても
よい。例えば、図３９に示すように、導電体６１６ａおよび導電体６１６ｂと、半導体６
０６ｃとの間に、絶縁体６２０を配置してもよい。その場合、導電体６１６ａ（導電体６
１６ｂ）と半導体６０６ｃとは、絶縁体６２０中の開口部を介して接続される。絶縁体６
２０は、絶縁体６１８についての記載を参照すればよい。
【０３４４】
なお、図３８（Ｂ）や図３９（Ｂ）において、絶縁体６１８の上に、導電体６１３を配置
してもよい。その場合の例を図４０（Ａ）および図４０（Ｂ）に示す。なお、導電体６１
３については、導電体４１３についての記載を参照する。また、導電体６１３には、導電
体６０４と同じ電位や同じ信号が供給されてもよいし、異なる電位や信号が供給されても
よい。例えば、導電体６１３に、一定の電位を供給して、トランジスタのしきい値電圧を
制御してもよい。つまり、導電体６１３は、第２のゲート電極としての機能を有すること
ができる。また、導電体６１３などによってｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を形成していても構
わない。
【０３４５】
＜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。
【０３４６】
＜回路＞
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回路の一例について説明する。
【０３４７】
〔ＣＭＯＳインバータ〕
図４１（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。
【０３４８】
〔ＣＭＯＳアナログスイッチ〕
また図４１（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。
【０３４９】
〔記憶装置の例〕
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４２
に示す。
【０３５０】
図４２（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。
【０３５１】
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。
【０３５２】
図４２（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。
【０３５３】
図４２（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。
【０３５４】
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。即ち、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）。
【０３５５】
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。
【０３５６】
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。
【０３５７】
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。
【０３５８】
図４２（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４２（Ａ）に
示した半導体装置と異なる。この場合も図４２（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。
【０３５９】
図４２（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。
【０３６０】
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。
【０３６１】
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。
【０３６２】
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。
【０３６３】
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。
【０３６４】
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。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と
は異なり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。
【０３６５】
＜撮像装置＞
以下では、本発明の一態様に係る撮像装置について説明する。
【０３６６】
図４３（Ａ）は、本発明の一態様に係る撮像装置４０００の例を示す平面図である。撮像
装置４０００は、画素部４０１０と、画素部４０１０を駆動するための周辺回路４０６０
と、周辺回路４０７０、周辺回路４０８０と、周辺回路４０９０と、を有する。画素部４
０１０は、ｐ行ｑ列（ｐおよびｑは２以上の整数）のマトリクス状に配置された複数の画
素４０１１を有する。周辺回路４０６０、周辺回路４０７０、周辺回路４０８０および周
辺回路４０９０は、それぞれ複数の画素４０１１に接続し、複数の画素４０１１を駆動す
るための信号を供給する機能を有する。なお、本明細書等において、周辺回路４０６０、
周辺回路４０７０、周辺回路４０８０および周辺回路４０９０などの全てを指して「周辺
回路」または「駆動回路」と呼ぶ場合がある。例えば、周辺回路４０６０は周辺回路の一
部といえる。
【０３６７】
また、撮像装置４０００は、光源４０９１を有することが好ましい。光源４０９１は、検
出光Ｐ１を放射することができる。
【０３６８】
また、周辺回路は、少なくとも、論理回路、スイッチ、バッファ、増幅回路、または変換
回路の１つを有する。また、周辺回路は、画素部４０１０を形成する基板上に作製しても
よい。また、周辺回路の一部または全部にＩＣチップ等の半導体装置を用いてもよい。な
お、周辺回路は、周辺回路４０６０、周辺回路４０７０、周辺回路４０８０および周辺回
路４０９０のいずれか一以上を省略してもよい。
【０３６９】
また、図４３（Ｂ）に示すように、撮像装置４０００が有する画素部４０１０において、
画素４０１１を傾けて配置してもよい。画素４０１１を傾けて配置することにより、行方
向および列方向の画素間隔（ピッチ）を短くすることができる。これにより、撮像装置４
０００における撮像の品質をより高めることができる。
【０３７０】
＜画素の構成例１＞
撮像装置４０００が有する１つの画素４０１１を複数の副画素４０１２で構成し、それぞ
れの副画素４０１２に特定の波長帯域の光を透過するフィルタ（カラーフィルタ）を組み
合わせることで、カラー画像表示を実現するための情報を取得することができる。
【０３７１】
図４４（Ａ）は、カラー画像を取得するための画素４０１１の一例を示す平面図である。
図４４（Ａ）に示す画素４０１１は、赤（Ｒ）の波長帯域を透過するカラーフィルタが設
けられた副画素４０１２（以下、「副画素４０１２Ｒ」ともいう）、緑（Ｇ）の波長帯域
を透過するカラーフィルタが設けられた副画素４０１２（以下、「副画素４０１２Ｇ」と
もいう）および青（Ｂ）の波長帯域を透過するカラーフィルタが設けられた副画素４０１
２（以下、「副画素４０１２Ｂ」ともいう）を有する。副画素４０１２は、フォトセンサ
として機能させることができる。
【０３７２】
副画素４０１２（副画素４０１２Ｒ、副画素４０１２Ｇ、および副画素４０１２Ｂ）は、
配線４０３１、配線４０４７、配線４０４８、配線４０４９、配線４０５０と電気的に接
続される。また、副画素４０１２Ｒ、副画素４０１２Ｇ、および副画素４０１２Ｂは、そ
れぞれが独立した配線４０５３に接続している。また、本明細書等において、例えばｎ行
目の画素４０１１に接続された配線４０４８および配線４０４９を、それぞれ配線４０４
８［ｎ］および配線４０４９［ｎ］と記載する。また、例えばｍ列目の画素４０１１に接
続された配線４０５３を、配線４０５３［ｍ］と記載する。なお、図４４（Ａ）において
、ｍ列目の画素４０１１が有する副画素４０１２Ｒに接続する配線４０５３を配線４０５
３［ｍ］Ｒ、副画素４０１２Ｇに接続する配線４０５３を配線４０５３［ｍ］Ｇ、および
副画素４０１２Ｂに接続する配線４０５３を配線４０５３［ｍ］Ｂと記載している。副画
素４０１２は、上記配線を介して周辺回路と電気的に接続される。
【０３７３】
また、撮像装置４０００は、隣接する画素４０１１の、同じ波長帯域を透過するカラーフ
ィルタが設けられた副画素４０１２同士がスイッチを介して電気的に接続する構成を有す
る。図４４（Ｂ）に、ｎ行（ｎは１以上ｐ以下の整数）ｍ列（ｍは１以上ｑ以下の整数）
に配置された画素４０１１が有する副画素４０１２と、該画素４０１１に隣接するｎ＋１
行ｍ列に配置された画素４０１１が有する副画素４０１２の接続例を示す。図４４（Ｂ）
において、ｎ行ｍ列に配置された副画素４０１２Ｒと、ｎ＋１行ｍ列に配置された副画素
４０１２Ｒがスイッチ４００１を介して接続されている。また、ｎ行ｍ列に配置された副
画素４０１２Ｇと、ｎ＋１行ｍ列に配置された副画素４０１２Ｇがスイッチ４００２を介
して接続されている。また、ｎ行ｍ列に配置された副画素４０１２Ｂと、ｎ＋１行ｍ列に
配置された副画素４０１２Ｂがスイッチ４００３を介して接続されている。
【０３７４】
なお、副画素４０１２に用いるカラーフィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に限定
されず、それぞれシアン（Ｃ）、黄（Ｙ）およびマゼンダ（Ｍ）の光を透過するカラーフ
ィルタを用いてもよい。１つの画素４０１１に３種類の異なる波長帯域の光を検出する副
画素４０１２を設けることで、フルカラー画像を取得することができる。
【０３７５】
または、それぞれ赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタが設
けられた副画素４０１２に加えて、黄（Ｙ）の光を透過するカラーフィルタが設けられた
副画素４０１２を有する画素４０１１を用いてもよい。または、それぞれシアン（Ｃ）、
黄（Ｙ）およびマゼンダ（Ｍ）の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素４０１
２に加えて、青（Ｂ）の光を透過するカラーフィルタが設けられた副画素４０１２を有す
る画素４０１１を用いてもよい。１つの画素４０１１に４種類の異なる波長帯域の光を検
出する副画素４０１２を設けることで、取得した画像の色の再現性をさらに高めることが
できる。
【０３７６】
また、例えば、図４４（Ａ）において、赤の波長帯域を検出する副画素４０１２、緑の波
長帯域を検出する副画素４０１２、および青の波長帯域を検出する副画素４０１２の画素
数比（または受光面積比）は、１：１：１でなくても構わない。例えば、画素数比（受光
面積比）を赤：緑：青＝１：２：１とするＢａｙｅｒ配列としてもよい。または、画素数
比（受光面積比）を赤：緑：青＝１：６：１としてもよい。
【０３７７】
なお、画素４０１１に設ける副画素４０１２は１つでもよいが、２つ以上が好ましい。例
えば、同じ波長帯域を検出する副画素４０１２を２つ以上設けることで、冗長性を高め、
撮像装置４０００の信頼性を高めることができる。
【０３７８】
また、可視光を吸収または反射して、赤外光を透過するＩＲ（ＩＲ：Ｉｎｆｒａｒｅｄ）
フィルタを用いることで、赤外光を検出する撮像装置４０００を実現することができる。
【０３７９】
また、ＮＤ（ＮＤ：Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ（減光フィルタ）を用い
ることで、光電変換素子（受光素子）に大光量光が入射した時に生じる出力飽和すること
を防ぐことができる。減光量の異なるＮＤフィルタを組み合わせて用いることで、撮像装
置のダイナミックレンジを大きくすることができる。
【０３８０】
また、前述したフィルタ以外に、画素４０１１にレンズを設けてもよい。ここで、図４５
の断面図を用いて、画素４０１１、フィルタ４０５４、レンズ４０５５の配置例を説明す
る。レンズ４０５５を設けることで、光電変換素子が入射光を効率よく受光することがで
きる。具体的には、図４５（Ａ）に示すように、画素４０１１に形成したレンズ４０５５
、フィルタ４０５４（フィルタ４０５４Ｒ、フィルタ４０５４Ｇおよびフィルタ４０５４
Ｂ）、および画素回路４０３０等を通して光４０５６を光電変換素子４０２０に入射させ
る構造とすることができる。
【０３８１】
ただし、一点鎖線で囲んだ領域に示すように、矢印で示す光４０５６の一部が配線４０５
７の一部によって遮光されてしまうことがある。したがって、図４５（Ｂ）に示すように
光電変換素子４０２０側にレンズ４０５５およびフィルタ４０５４を配置して、光電変換
素子４０２０が光４０５６を効率良く受光させる構造が好ましい。光電変換素子４０２０
側から光４０５６を光電変換素子４０２０に入射させることで、検出感度の高い撮像装置
４０００を提供することができる。
【０３８２】
図４５に示す光電変換素子４０２０として、ｐｎ型接合またはｐｉｎ型の接合が形成され
た光電変換素子を用いてもよい。
【０３８３】
また、光電変換素子４０２０を、放射線を吸収して電荷を発生させる機能を有する物質を
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機能を有する物質としては、
セレン、ヨウ化鉛、ヨウ化水銀、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、カドミウム亜鉛合
金等がある。
【０３８４】
例えば、光電変換素子４０２０にセレンを用いると、可視光や、紫外光、赤外光に加えて
、Ｘ線や、ガンマ線といった幅広い波長帯域にわたって光吸収係数を有する光電変換素子
４０２０を実現できる。
【０３８５】
ここで、撮像装置４０００が有する１つの画素４０１１は、図４４に示す副画素４０１２
に加えて、第１のフィルタを有する副画素４０１２を有してもよい。
【０３８６】
＜画素の構成例２＞
以下では、シリコンを用いたトランジスタと、酸化物半導体を用いたトランジスタと、を
用いて画素を構成する一例について説明する。
【０３８７】
図４６（Ａ）、図４６（Ｂ）は、撮像装置を構成する素子の断面図である。図４６（Ａ）
に示す撮像装置は、シリコン基板３００に設けられたシリコンを用いたトランジスタ３５
１、トランジスタ３５１上に積層して配置された酸化物半導体を用いたトランジスタ３５
２およびトランジスタ３５３、ならびにシリコン基板３００に設けられたフォトダイオー
ド３６０を含む。各トランジスタおよびフォトダイオード３６０は、種々のプラグ３７０
および配線３７１と電気的な接続を有する。また、フォトダイオード３６０は、アノード
３６１およびカソード３６２を有し、アノード３６１は、低抵抗領域３６３を介してプラ
グ３７０と電気的に接続を有する。
【０３８８】
また撮像装置は、シリコン基板３００に設けられたトランジスタ３５１およびフォトダイ
オード３６０を有する層３１０と、層３１０と接して設けられ、配線３７１を有する層３
２０と、層３２０と接して設けられ、トランジスタ３５２およびトランジスタ３５３を有
する層３３０と、層３３０と接して設けられ、配線３７２および配線３７３を有する層３
４０を備えている。
【０３８９】
なお図４６（Ａ）の断面図の一例では、シリコン基板３００において、トランジスタ３５
１が形成された面とは逆側の面にフォトダイオード３６０の受光面を有する構成とする。
該構成とすることで、各種トランジスタや配線などの影響を受けずに光路を確保すること
ができる。そのため、高開口率の画素を形成することができる。なお、フォトダイオード
３６０の受光面をトランジスタ３５１が形成された面と同じとすることもできる。
【０３９０】
なお、酸化物半導体を用いたトランジスタを用いて画素を構成する場合には、層３１０を
、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する層とすればよい。または層３１０を省略し
、酸化物半導体を用いたトランジスタのみで画素を構成してもよい。
【０３９１】
なおシリコンを用いたトランジスタを用いて画素を構成する場合には、層３３０を省略す
ればよい。層３３０を省略した断面図の一例を図４６（Ｂ）に示す。
【０３９２】
なお、シリコン基板３００は、ＳＯＩ基板であってもよい。また、シリコン基板３００に
替えて、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ヒ化ガリウム、ヒ化アル
ミニウムガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウムまたは有機半導体を有する基板を用
いることもできる。
【０３９３】
ここで、トランジスタ３５１およびフォトダイオード３６０を有する層３１０と、トラン
ジスタ３５２およびトランジスタ３５３を有する層３３０と、の間には絶縁体３８０が設
けられる。ただし、絶縁体３８０の位置は限定されない。
【０３９４】
トランジスタ３５１のチャネル形成領域近傍に設けられる絶縁体中の水素はシリコンのダ
ングリングボンドを終端し、トランジスタ３５１の信頼性を向上させる効果がある。一方
、トランジスタ３５２およびトランジスタ３５３などの近傍に設けられる絶縁体中の水素
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。そのため、トランジスタ３
５２およびトランジスタ３５３など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、シリコン系半導体を用いたトランジスタの上層に酸化物半導体を用いたトランジス
タを積層して設ける場合、これらの間に水素をブロックする機能を有する絶縁体３８０を
設けることが好ましい。絶縁体３８０より下層に水素を閉じ込めることで、トランジスタ
３５１の信頼性が向上させることができる。さらに、絶縁体３８０より下層から、絶縁体
３８０より上層に水素が拡散することを抑制できるため、トランジスタ３５２およびトラ
ンジスタ３５３などの信頼性を向上させることができる。
【０３９５】
絶縁体３８０としては、例えば、酸素または水素をブロックする機能を有する絶縁体を用
いる。
【０３９６】
また、図４６（Ａ）の断面図において、層３１０に設けるフォトダイオード３６０と、層
３３０に設けるトランジスタとを重なるように形成することができる。そうすると、画素
の集積度を高めることができる。すなわち、撮像装置の解像度を高めることができる。
【０３９７】
また、図４７（Ａ１）および図４７（Ｂ１）に示すように、撮像装置の一部または全部を
湾曲させてもよい。図４７（Ａ１）は、撮像装置を同図中の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２の方向に
湾曲させた状態を示している。図４７（Ａ２）は、図４７（Ａ１）中の一点鎖線Ｘ１−Ｘ
２で示した部位の断面図である。図４７（Ａ３）は、図４７（Ａ１）中の一点鎖線Ｙ１−
Ｙ２で示した部位の断面図である。
【０３９８】
図４７（Ｂ１）は、撮像装置を同図中の一点鎖線Ｘ３−Ｘ４の方向に湾曲させ、かつ、同
図中の一点鎖線Ｙ３−Ｙ４の方向に湾曲させた状態を示している。図４７（Ｂ２）は、図
４７（Ｂ１）中の一点鎖線Ｘ３−Ｘ４で示した部位の断面図である。図４７（Ｂ３）は、
図４７（Ｂ１）中の一点鎖線Ｙ３−Ｙ４で示した部位の断面図である。
【０３９９】
撮像装置を湾曲させることで、像面湾曲や非点収差を低減することができる。よって、撮
像装置と組み合わせて用いるレンズなどの光学設計を容易とすることができる。例えば、
収差補正のためのレンズ枚数を低減できるため、撮像装置を用いた電子機器などの小型化
や軽量化を実現することができる。また、撮像された画像の品質を向上させる事ができる
。
【０４００】
＜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。
【０４０１】
図４８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。
【０４０２】
図４８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、書き換え可能なＲＯＭ１１９９、およびＲＯＭインターフェース１１８９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。ＲＯＭ１
１９９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４８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４８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。
【０４０３】
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。
【０４０４】
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。
【０４０５】
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。
【０４０６】
図４８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。
【０４０７】
図４８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。即ち、レジスタ１１９６
が有するメモリセルにおいて、フリップフロップによるデータの保持を行うか、容量素子
によるデータの保持を行うかを、選択する。フリップフロップによるデータの保持が選択
されている場合、レジスタ１１９６内のメモリセルへの、電源電圧の供給が行われる。容
量素子におけるデータの保持が選択されている場合、容量素子へのデータの書き換えが行
われ、レジスタ１１９６内のメモリセルへの電源電圧の供給を停止することができる。
【０４０８】
図４９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。
【０４０９】
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
。
【０４１０】
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。
【０４１１】
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。
【０４１２】
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。
【０４１３】
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。
【０４１４】
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４９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。
【０４１５】
なお、図４９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。
【０４１６】
また、図４９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、シリコン膜または
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
１２００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膜または基板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。
【０４１７】
図４９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。
【０４１８】
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。
【０４１９】
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低い。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１２０
０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。
【０４２０】
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。
【０４２１】
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に保持された信号によって、トランジスタ１２１０の導通状
態、または非導通状態が切り替わり、その状態に応じて信号を回路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。
【０４２２】
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。
【０４２３】
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。
【０４２４】
＜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。
【０４２５】
［構成例］
図５０（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５０（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５０（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。
【０４２６】
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。
【０４２７】
アクティブマトリクス型表示装置の一例を図５０（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５００
３、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  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉ
ｒｃｕｉｔ）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ＩＣともい
う）に電気的に接続されている。
【０４２８】
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。
【０４２９】
〔液晶表示装置〕
また、画素の回路構成の一例を図５０（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。
【０４３０】
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。
【０４３１】
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。
【０４３２】
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。
【０４３３】
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。
【０４３４】
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。
【０４３５】
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。
【０４３６】
なお、本発明の一態様に係る表示装置は、図５０（Ｂ）に示す画素回路に限定されない。
例えば、図５０（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、センサー、または論理回路などを追加してもよい。
【０４３７】
〔有機ＥＬパネル〕
画素の回路構成の他の一例を図５０（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。
【０４３８】
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。
【０４３９】
図５０（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。
【０４４０】
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。
【０４４１】
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。
【０４４２】
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。
【０４４３】
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。
【０４４４】
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。
【０４４５】
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。
【０４４６】
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。
【０４４７】
なお、本発明の一態様に係る表示装置は、図５０（Ｃ）に示す画素構成に限定されない。
例えば、図５０（Ｃ）に示す画素回路にスイッチ、抵抗素子、容量素子、センサー、トラ
ンジスタまたは論理回路などを追加してもよい。
【０４４８】
図５０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。
【０４４９】
＜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５１に示
す。
【０４５０】
図５１（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５１（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
。
【０４５１】
図５１（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。
【０４５２】
図５１（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。
【０４５３】
図５１（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。
【０４５４】
図５１（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。
【０４５５】
図５１（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。
【符号の説明】
【０４５６】
１００    ターゲット
１００ａ    ターゲット
１００ｂ    ターゲット
１０１    成膜室
１０３ｂ    マグネットユニット
１１０    バッキングプレート
１１０ａ    バッキングプレート
１１０ｂ    バッキングプレート
１２０    ターゲットホルダ
１２０ａ    ターゲットホルダ
１２０ｂ    ターゲットホルダ
１３０    マグネットユニット
１３０ａ    マグネットユニット
１３０ｂ    マグネットユニット
１３０Ｎ    マグネット
１３０Ｎ１    マグネット
１３０Ｎ２    マグネット
１３０Ｓ    マグネット
１３２    マグネットホルダ
１４０    部材
１６０    基板
１７０    基板ホルダ
１８０ａ    磁力線
１８０ｂ    磁力線
２００    ペレット
２０１    イオン
２０３    粒子
２０６    酸化物薄膜
２２０    基板
２３０    ターゲット
２４０    プラズマ
２５０    マグネット
２６０    加熱機構
３００    シリコン基板
３１０    層
３２０    層
３３０    層
３４０    層
３５１    トランジスタ
３５２    トランジスタ
３５３    トランジスタ
３６０    フォトダイオード
３６１    アノード
３６３    低抵抗領域
３７０    プラグ
３７１    配線
３７２    配線
３７３    配線
３８０    絶縁体
４００    基板
４０２    絶縁体
４０４    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
４２３ａ    低抵抗領域
４２３ｂ    低抵抗領域
４２４ａ    導電体
４２４ｂ    導電体
４２６ａ    導電体
４２６ｂ    導電体
４２８    絶縁体
６００    基板
６０４    導電体
６０６ａ    半導体
６０６ｂ    半導体
６０６ｃ    半導体
６１２    絶縁体
６１３    導電体
６１６ａ    導電体
６１６ｂ    導電体
６１８    絶縁体
６２０    絶縁体
７００    成膜装置
７０１    大気側基板供給室
７０２    大気側基板搬送室
７０３ａ    ロードロック室
７０３ｂ    アンロードロック室
７０４    搬送室
７０５    基板加熱室
７０６ａ    成膜室
７０６ｂ    成膜室
７０６ｃ    成膜室
７５１    クライオトラップ
７５２    ステージ
７６１    カセットポート
７６２    アライメントポート
７６３    搬送ロボット
７６４    ゲートバルブ
７６５    加熱ステージ
７６６    ターゲット
７６７    防着板
７６８    基板ステージ
７６９    基板
７７０    真空ポンプ
７７１    クライオポンプ
７７２    ターボ分子ポンプ
７８０    マスフローコントローラ
７８１    精製機
７８２    ガス加熱機構
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
２１００    トランジスタ
２２００    トランジスタ
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    撮像装置
４００１    スイッチ
４００２    スイッチ
４００３    スイッチ
４０１０    画素部
４０１１    画素
４０１２    副画素
４０１２Ｂ    副画素
４０１２Ｇ    副画素
４０１２Ｒ    副画素
４０２０    光電変換素子
４０３０    画素回路
４０３１    配線
４０４７    配線
４０４８    配線
４０４９    配線
４０５０    配線
４０５３    配線
４０５４    フィルタ
４０５４Ｂ    フィルタ
４０５４Ｇ    フィルタ
４０５４Ｒ    フィルタ
４０５５    レンズ
４０５６    光
４０５７    配線
４０６０    周辺回路
４０７０    周辺回路
４０８０    周辺回路
４０９０    周辺回路
４０９１    光源
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
【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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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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