(57)【要約】【課題】電機器具の電流を検出して電気器具の稼働状況から第三者の侵入を検知する警報システムを提供する。または、消費電力の小さい警報システムを提供する。【解決手段】電気器具の電源ケーブルに電流検出器を設け、各電気器具をモニタすることで、その使用の有無または使用状態の変化を見ればよい。電流検出の結果を、無線を介して、サーバーに送信し、サーバーから警備会社や自宅の所有者に通報を行えばよい。また、マイコンにノーマリオフ型マイコンを使用し、低消費電力化を行えばよい。【選択図】図１
2014063480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流検出器と、サーバーと、携帯情報端末を有し、
前記電流検出器は、
電流検出部と、
前記電流検出部から検出される信号を増幅するアンプと、
前記アンプにより増幅された信号を整流する整流回路と、
前記整流回路により整流された信号をデジタル信号に変換する回路を具備するマイコンと、
前記マイコンで処理した信号を、無線により前記サーバーに転送する無線モジュールと、
前記マイコンを駆動する電池を備え、
前記電流検出部は、電気器具の電源ケーブルを囲うように設けられ、検出した当該電気器具の電流の変化を、前記サーバーを介して無線により前記情報端末に転送する警報システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記電流検出部が、誘電コイルを含む警報システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれか一項において、
前記マイコンが、電源線と電気的に接続されたパワーゲートコントローラと、
前記電源線および前記パワーゲートコントローラと電気的に接続されたパワーゲートと、
前記パワーゲートと電気的に接続されたＣＰＵと、
前記パワーゲートおよび前記ＣＰＵと電気的に接続された検出部と、が設けられ、
前記パワーゲートコントローラはタイマーを有し、当該タイマーに従って前記パワーゲートを制御し、
前記パワーゲートは、前記パワーゲートコントローラの制御に従って、前記ＣＰＵおよび前記検出部に前記電源線から供給される電源を供給または遮断し、
前記検出部は、電流を計測して計測値を前記ＣＰＵに送信し、
前記ＣＰＵは、前記計測値を演算処理し、当該演算結果に基づく信号を発信し、
前記ＣＰＵには、揮発性記憶部と不揮発性記憶部と、が含まれ、前記パワーゲートが電源を遮断する前に、前記揮発性記憶部のデータを前記不揮発性記憶部に退避させ、前記パワーゲートが電源を供給すると、前記不揮発性記憶部のデータを前記揮発性記憶部に復帰させる警報システム。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項において、
前記マイコンが、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する警報システム。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか一項において、
前記電池が太陽電池である警報システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出器を用いた警報システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
家屋内の電気機器の消費電力を監視するため、電流検出器を用いることが知られている。
【０００３】
ところで、従来の防犯のための警報システムは、家屋などに第三者が侵入したことを赤外線などで検知を行い、通報するものであった（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４１９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の赤外線検知では侵入者が、検出器の検出範囲内にいるかどうかを知ることができるが、侵入者がそこで何をしているのかがわからなかった。
【０００６】
一方、電流検出器は主として、消費電力削減のため電力監視を行い、消費電力が大きくなった際にアラームを出すものであった。このため電流検出器は特定の場所に設置されるのみであり、電流検出器の消費電力も大きかった。
【０００７】
そこで、本発明は、電機器具の電流を検出して電気器具の稼働状況から第三者の侵入を検知する警報システムを提供することを課題の一とする。または、消費電力の小さい警報システムを提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は各電気機器の電源ケーブルに電流検出器を設け、各電気機器をモニタすることで、その使用の有無または使用状態の変化を見るものである。無線を介して電流検出の結果をサーバーに送信し、サーバーから警備会社や自宅の所有者に通報を行うことにより、異常の察知をうながすものである。
【０００９】
すなわち、本発明の一態様は、電流検出器と、サーバーと、携帯情報端末を有し、電流検出器は、電流検出部と、電流検出部から検出される信号を増幅するアンプと、アンプにより増幅された信号を整流する整流回路と、整流回路により整流された信号をデジタル信号に変換する回路を具備するマイコンと、マイコンで処理した信号を、無線によりサーバーに転送する無線モジュールと、マイコンを駆動する電池を備え、電流検出部は、電気器具の電源ケーブルを囲うように設けられ、検出した当該電気器具の電流の変化を、サーバーを介して無線により携帯情報端末に転送する警報システムである。
【００１０】
当該警報システムにより、電気器具の電流を検出し、電気器具の稼働状況を知ることができる。
【００１１】
電流検出部が、誘電コイルを含む警報システムであることが好ましい。
【００１２】
誘導コイルにより、電気器具の微小な電流の変化を検出することができる。
【００１３】
さらに、マイコンが、電源線と電気的に接続されたパワーゲートコントローラと、電源線およびパワーゲートコントローラと電気的に接続されたパワーゲートと、パワーゲートと電気的に接続されたＣＰＵと、パワーゲートおよびＣＰＵと電気的に接続された検出部と、が設けられ、パワーゲートコントローラはタイマーを有し、当該タイマーに従ってパワーゲートを制御し、パワーゲートは、パワーゲートコントローラの制御に従って、ＣＰＵおよび検出部に電源線から供給される電源を供給または遮断し、検出部は、電流を計測して計測値をＣＰＵに送信し、ＣＰＵは、計測値を演算処理し、当該演算結果に基づく信号を発信し、ＣＰＵには、揮発性記憶部と不揮発性記憶部と、が含まれ、パワーゲートが電源を遮断する前に、揮発性記憶部のデータを不揮発性記憶部に退避させ、パワーゲートが電源を供給すると、不揮発性記憶部のデータを揮発性記憶部に復帰させる警報システムであることが好ましい。
【００１４】
さらに、マイコンが、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する警報システムであることが好ましい。
【００１５】
酸化物半導体を用いたトランジスタでマイコンを構成することにより、警報システムの消費電力を低減することができる。
【００１６】
さらに、電池が太陽電池である警報システムであることが好ましい。
【００１７】
太陽電池を用いれば、外部からの電源接続や内蔵電池の交換が必要でなくなりメンテナンスフリーな警備システムを得ることが出来る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、電気器具の電流を検出し、電気器具の稼働状況を知り、第三者の家屋への侵入を知ることができる警報システムを提供できる。または、消費電力の小さい警報システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を説明するブロック図。
【図２】本発明の電流検出の原理を説明する図。
【図３】磁性体の蓋をスライド式にした例を説明する図。
【図４】本発明に用いるマイコンのブロック図。
【図５】本発明の動作を説明する図。
【図６】本発明の一態様を説明するための等価回路図である。
【図７】本発明の電流検出器を設置する電気機器等を説明する図。
【図８】マイコンに適用可能なトランジスタの構造及び作製方法を説明する図。
【図９】マイコンに適用可能なトランジスタの構造及び作製方法を説明する図。
【図１０】マイコンに適用可能なトランジスタの構造及び作製方法を説明する図。
【図１１】マイコンに適用可能なトランジスタの構造及び作製方法を説明する図。
【図１２】マイコンに適用可能なトランジスタの構造及び作製方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「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。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
本発明の一形態を、図１を用いて説明する。本警報システムの電流検出器１００は、電流を検知する電流検出部９９と、アンプ１０４、整流回路１０５、アナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ、ＡＤＣともいう）１０６を内蔵したマイコン１０７、マイコンで制御される無線モジュール１０８、無線モジュール１０８からの電波を受け、外部と例えばインターネットで交信する無線サーバー１１１などから構成される。
【００２４】
以下、電流検出器１００の詳細を説明する。電流検出は以下のような方法によって行うことができる。
【００２５】
電流検出部９９は、磁性体１０１とコイル１０３で構成されている。電流検出を行おうとする電源ケーブル１０２を磁性体１０１に通す。磁性体１０１は略角リング形状であればよく、たとえばフェライトなどを用いればよい。磁性体１０１は、必ずしも磁性体でなくても良いが良好な起電力を得るために磁性体が好ましい。磁性体１０１にはコイル１０３を巻き付け、電源ケーブル１０２に電流が流れると起電力が誘起されるようにコイル１０３の巻き数を設定する。
【００２６】
コイル１０３に発生した起電力はアンプ１０４を介して増幅され、整流回路１０５を経て、直流電圧となる。この電圧をマイコン１０７内部のＡＤＣ１０６によってデジタル化し、マイコン１０７での信号処理を行う。ここで電流値データはマイコン１０７に接続された、無線モジュール１０８からアンテナ１０９、１１０を介して、家内の無線サーバー１１１に信号が送られる。この信号を受け取った無線サーバー１１１はインターネットによって家族や警備会社に異常を知らせることができる。
【００２７】
図２は電流検出の原理を示したものである。磁性体１０１に対して、電源ケーブル１０２は通すだけであるので、１回通過するのみである。一方、コイル１０３はｎ回巻いてあればｎ回通過することになる。
【００２８】
ここで、入力電流と出力電圧には式（１）の関係がある。
【００２９】
Ｖｏｕｔ＝Ｉｉｎ×Ｒｔ／ｎ      （１）
【００３０】
式（１）では出力電圧をＶｏｕｔ、入力電流をＩｉｎ、コイル抵抗をＲｔ，コイル巻き数をｎとしている。
【００３１】
このＲで電圧を得ることによって、電流値を検出することができる。Ｒｔ／ｎを大きくすることによって、電圧ロスが少なく、検出しやすい電圧が得られる。図１ではＲはアンプ１０４の入力インピーダンスに相当する。
【００３２】
図３は磁性体の蓋をスライド式にした一例である。磁性体は閉ループであることが望ましいが、完全な閉ループは電源ケーブル１０２を入れにくいので、スライド式として、使用することが好ましい。磁性体は下側の筐体５０１と蓋５０２の中に分離して入っており、蓋を閉めると電源ケーブル１０２が磁性体で囲われる様になる。蓋５０２に埋め込まれた磁性体を５０３で示している。筐体５０１に埋め込まれた磁性体は省略している。このように簡単に電源ケーブル１０２を通すことができれば、電流検出器の使用範囲を広げ、利便性を向上させることができる。
【００３３】
またアンプ１０４、整流回路１０５、マイコン１０７、無線モジュール１０８、アンテナ１０９などを小型化し、筐体５０１に入れることで、利便性を向上させることができる。このとき、電流検出器１００も太陽電池５１２などで駆動すれば、外部からの電源接続や、内蔵電池の交換が必要なくなり、メンテナンスフリーとすることも可能である。
【００３４】
またこのとき、マイコン１０７がノーマリオフ駆動することで、さらに消費電力を下げることができる。電流検出をおこなうのは常時ではなく、数秒または数１０秒に一回でよい。そのため、マイコン１０７やその他の大多数は間欠駆動となる。マイコンでは電源オフの際にデータが消えてしまうので、ノーマリオフ駆動するマイコンが必要となる。酸化物半導体（ＯＳ）を使用したマイコンは、上記の課題を解消することができる。ノーマリオフ駆動するマイコンに使用することができるＯＳトランジスタの詳細は、実施の形態３で説明する。
【００３５】
電流値の変動は常時観測する必要はなく、例えば数秒に一度または数十秒に１度行えば、通常は十分である。計測及びデータの発信は０．１秒以下の時間内に終了することができるため、残りの期間は電源をオフさせることができる。これによって消費電力を押さえ、太陽電池でも駆動が可能になる。アモルファス薄膜太陽電池を使用した場合、室内の明るさ２００ルクス程度でも面積が４ｃｍ２あれば数μＷの発電が可能となる。電流検出器を間欠駆動することによってこれは達成できる。
【００３６】
図４は本発明に用いるマイコン１０７のブロック図である。マイコン１０７はＣＰＵ６０１、パワーゲートコントローラ６０２、パワーゲート６０３、タイマー６０４、ウオッチドッグタイマー６０５、メモリ６０６、不揮発性メモリ（Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ、ＮＶＭともいう）６０７、電源６０８、インターフェイス（ＩＦ）６０９、発振回路６１０などを有している。このうちＣＰＵ６０１、ウオッチドッグタイマー６０５、メモリ６０６、ＮＶＭ６０７、電源６０８、ＩＦ６０９はパワーゲートによって電源供給を制御され、不要時は電源オフとなる。
【００３７】
図５に本発明の一態様の動作を示す。オン期間Ｔｏｎにはいるとパワーゲートコントローラによってパワーゲートがオンになる。それによってＣＰＵ６０１、ウオッチドッグタイマー６０５、メモリ６０６、ＮＶＭ６０７、電源６０８、ＩＦ６０９がオンになる。次にアンプ１０４、整流回路１０５が動作し、コイル１０３で発生した電圧を増幅、整流し、マイコン１０７のＡＤＣ１０６に送る。ＡＤＣ１０６で変換された信号はＣＰＵ６０１にて演算処理される。次にその結果をＩＦ６０９から無線モジュール１０８に出力する。無線モジュール１０８は無線送信を行う。送信終了後パワーゲートコントローラ６０２はパワーゲート６０３をオフし電源を立ち下げる。
【００３８】
電源立ち下げ後、パワーゲートコントローラ内部のカウンタが動作し始め、時間を計測する。一定の時間が到達すると再びパワーゲートをオンさせる。この時間はソフトで変更できるようにしてもよい。
【００３９】
図６はＣＰＵ６０１に内蔵した不揮発性レジスタの一例である。
【００４０】
図６に示すレジスタの回路構成は、フリップフロップ３０２と、不揮発性記憶部３３３と、セレクタ３０３と、を含む。
【００４１】
フリップフロップ３０２には、リセット信号ＲＳＴ、クロック信号ＣＬＫ、及びデータ信号Ｄが与えられる。フリップフロップ３０２は、クロック信号ＣＬＫに従って入力されるデータ信号Ｄのデータを保持し、データ信号Ｑとして出力する機能を有する。
【００４２】
不揮発性記憶部３３３には、書き込み制御信号ＷＥ、読み出し制御信号ＲＤ、及びデータ信号Ｄが与えられる。
【００４３】
不揮発性記憶部３３３は、書き込み制御信号ＷＥに従って、入力されるデータ信号Ｄのデータを記憶し、読み出し制御信号ＲＤに従って、記憶されたデータをデータ信号Ｄとして出力する機能を有する。
【００４４】
セレクタ３０３は、読み出し制御信号ＲＤに従って、データ信号Ｄまたは不揮発性記憶部３３３から出力されるデータ信号を選択して、フリップフロップ３０２に入力する。
【００４５】
また図６に示すように不揮発性記憶部３３３には、トランジスタ２４０及び容量素子２４１が設けられている。
【００４６】
トランジスタ２４０は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４０のソース電極及びドレイン電極の一方は、フリップフロップ３０２の出力端子に電気的に接続されている。トランジスタ２４０は、書き込み制御信号ＷＥに従ってフリップフロップ３０２から出力されるデータ信号の保持を制御する機能を有する。
【００４７】
トランジスタ２４０としては、オフ電流の低い、酸化物半導体を有するトランジスタを用いることができる。
【００４８】
容量素子２４１の一対の電極の一方はトランジスタ２４０のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続されている（以下、当該ノードをノードＭ１と呼ぶ場合がある）。また、容量素子２４１の一対の電極の他方には低電位Ｌが与えられる。容量素子２４１は、記憶するデータ信号Ｄのデータに基づく電荷をノードＭ１に保持する機能を有する。トランジスタ２４０のオフ電流が極めて小さいため、電源電圧の供給が停止してもノードＭ１の電荷は保持され、データが保持される。
【００４９】
トランジスタ２４３は、ｐチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４３のソース電極及びドレイン電極の一方には高電位Ｈが与えられ、ゲート電極には、読み出し制御信号が入力される。ここで、高電位Ｈとは、低電位Ｌよりも高い電位を示す。また、低電位Ｌとは、高電位Ｈよりも低い電位を示す。また、接地電位を高電位Ｈまたは低電位Ｌとして用いることもできる。例えば高電位Ｈが接地電位の場合には、低電位Ｌは接地電位より低い電位であり、低電位Ｌが接地電位の場合には、高電位Ｈは接地電位より高い電位である。
【００５０】
トランジスタ２４４は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４４のソース電極及びドレイン電極の一方は、トランジスタ２４３のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続されている（以下、当該ノードをノードＭ２と呼ぶ場合がある）。また、トランジスタ２４４のゲート電極には、読み出し制御信号ＲＤが入力される。
【００５１】
トランジスタ２４５は、ｎチャネル型トランジスタである。トランジスタ２４５のソース電極及びドレイン電極の一方は、トランジスタ２４４のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続されており、ソース電極及びドレイン電極の他方には、低電位Ｌが与えられる。
【００５２】
インバータ３０１の入力端子は、トランジスタ２４３のソース電極及びドレイン電極の一方に電気的に接続されている。また、インバータ３０１の出力端子は、セレクタ３０３の入力端子に電気的に接続される。
【００５３】
容量素子２４２の一対の電極の一方はインバータ３０１の入力端子に電気的に接続され、他方には低電位Ｌが与えられる。容量素子２４２は、インバータ３０１に入力されるデータ信号のデータに基づく電荷を保持する機能を有する。
【００５４】
以上のような構成を有する図６に示すレジスタは、フリップフロップ３０２からデータの退避を行う際は、書き込み制御信号ＷＥとして高電位Ｈを与えてトランジスタ２４０をオン状態とすることにより、フリップフロップ３０２のデータ信号Ｄのデータに基づく電荷が、ノードＭ１に与えられる。その後、書き込み制御信号ＷＥの電位として低電位Ｌを与えてトランジスタ２４０をオフ状態とすることにより、ノードＭ１に与えられた電荷が保持される。また、読み出し制御信号ＲＤの電位として低電位Ｌが与えられている間は、トランジスタ２４４がオフ状態、トランジスタ２４３がオン状態となり、ノードＭ２の電位は高電位Ｈになる。
【００５５】
フリップフロップ３０２からデータの復帰を行う際は、読み出し制御信号ＲＤとして高電位Ｈを与えてトランジスタ２４３がオフ状態、トランジスタ２４４がオン状態となり、ノードＭ１に保持された電荷に応じた電位がノードＭ２に与えられる。ノードＭ１にデータ信号Ｄの高電位Ｈに対応する電荷が保持されている場合、トランジスタ２４５がオン状態であり、ノードＭ２に低電位Ｌが与えられ、インバータ３０１を介して高電位Ｈがフリップフロップ３０２に戻される。また、ノードＭ１にデータ信号Ｄの低電位Ｌに対応する電荷が保持されている場合、トランジスタ２４５がオフ状態であり、読み出し制御信号ＲＤの電位として低電位Ｌが与えられていたときのノードＭ２の高電位Ｈが保持されており、インバータ３０１を介して低電位Ｌがフリップフロップ３０２に戻される。
【００５６】
上述のように、ＣＰＵ６０１にフリップフロップ３０２と不揮発性記憶部３３３を設けることにより、ＣＰＵ６０１への電源供給が遮断される前に、フリップフロップ３０２から不揮発性記憶部３３３にデータを退避させることができ、ＣＰＵ６０１への電源供給が再開されたときに、不揮発性記憶部３３３からフリップフロップ３０２にデータを素早く復帰させることができる。
【００５７】
このようにデータの退避および復帰を行うことによって、電源遮断が行われるたびにフリップフロップ３０２が初期化された状態からＣＰＵ６０１を起動し直す必要がなくなるので、電源供給の再開後ＣＰＵ６０１は速やかに測定に係る演算処理を開始することができる。
【００５８】
なお、上記において不揮発性記憶部３３３は、図６に示す構成に限られるものではない。例えば、相変化メモリ（ＰＣＭ：Ｐｈａｓｅ  Ｃｈａｎｇｅ  Ｍｅｍｏｒｙ）、抵抗変化型メモリ（ＲｅＲＡＭ：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどを用いることができる。
【００５９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６０】
（実施の形態２）
本実施の形態では、電気機器２００の具体例について、図７を用いて説明する。図７に示す家屋１０００は、複数の電気機器２００を有している。本実施の形態では、電気機器２００として、火災報知機２０１、照明装置２０２、空調装置２０３、電話機２０４、冷蔵庫２０５、オーブンレンジ２０６、食器洗浄機２０７、洗濯機２０８、コンピュータ２０９、オーディオ２１０、テレビジョン２１１、浴室２１２、浴室制御装置２１４、録画装置２１６を例示している。
【００６１】
複数の電気機器２００の電源線には、電流検出器１００とアンテナ１０９とが付加されている。電流検出器１００は、個々の電気機器２００の電源線の電流値を検出し、電気記機器が稼動しているか検出する機能を有する。また、無線サーバー１１１は、電話回線やインターネット回線などの電気通信回線を介して携帯情報端末１３０と接続し、携帯情報端末１３０と情報を送受信する機能を有する。
【００６２】
無線サーバー１１１と電気機器２００は、無線モジュール１０８を用いた無線通信により接続される。また、電気機器２００は、それぞれを識別するため固有のＩＰアドレスが付与されてもよい。また、電気機器２００ごとにＲＦＩＤタグを設けてもよい。
【００６３】
無線通信を行うための通信規格として、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｇ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎ、ＩＥＥＥ８０２．１５．１などを用いることができる。
【００６４】
また、無線通信時の不正アクセスや、混信による動作不良を防ぐため、通信内容を暗号化しもよい。暗号化規格として、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）  方式、ＴＫＩＰ（Ｔｅｍｐｏｒａｌ  Ｋｅｙ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ）方式、ＷＥＰ（Ｗｉｒｅｄ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｐｒｉｖａｃｙ）方式などを用いることができる。
【００６５】
外出先で家屋１０００内の火災報知機２０１が作動した場合、火災報知機２０１の電源線に接続した電流検出器１００が、火災報知機２０１の作動を検出し、アンテナ１０９を介して、無線サーバー１１１に信号を送る。無線サーバー１１１は、アンテナ１１０を介して、携帯情報端末１３０に警報を鳴らすことができ、火災等の災害を未然に防ぐことができる。
【００６６】
また、携帯情報端末１３０を用いて家屋１０００が有する電気機器のうち、任意の電気機器の動作状況を確認することができる。例えば、外出先から携帯情報端末１３０を用いて、無線サーバー１１１を介して照明装置２０２の動作状況を確認することができる。電気の消し忘れ等を、外出先から確認することができる。
【００６７】
また、第三者が家屋１０００に侵入して、電気機器２００を無断使用した場合、使用された電気機器に接続した電流検出器１００が、電気機器に動作を検出し、アンテナ１０９を介して、無線サーバー１１１に信号を送る。無線サーバー１１１は、アンテナ１１０を介して、携帯情報端末１３０に警報を鳴らすことができ、第三者の家屋への侵入と、使用している電気機器について知ることができる。
【００６８】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態に開示したマイコン１０７に適用可能なトランジスタの構造及び作製方法について、図８乃至図１２を用いて説明する。例として図６に示す不揮発性記憶部３３３のトランジスタ２４０およびトランジスタ２４５の作製方法について説明する。なお、図８乃至図１２において、Ａ−Ｂに示す断面図は、ワイドバンドギャップ半導体として酸化物半導体を有するトランジスタ２４０、ｎ型トランジスタ２４５が形成される領域の断面図に相当し、Ｃ−Ｄに示す断面図は、酸化物半導体膜を有するトランジスタ２４０のドレイン電極（またはソース電極）とｎ型トランジスタ２４５のゲート電極とが接続されたノードＭ１における断面図に相当する。
【００７０】
なお、先の実施の形態に示す、揮発性記憶部などに設けられる、シリコンなどを用いて形成されるトランジスタは、トランジスタ２４５と同様の材料および同様の方法で形成することができる。また、先の実施の形態に示す、不揮発性記憶部などに設けられる、酸化物半導体などを用いて形成されるトランジスタは、トランジスタ２４０と同様の材料および同様の方法で形成することができる。
【００７１】
まず、図８（Ａ）に示すように、ｐ型の半導体基板４０１に素子分離領域４０３を形成する。
【００７２】
ｐ型の半導体基板４０１としては、ｐ型の導電型を有する単結晶シリコン基板（シリコンウェハー）、化合物半導体基板（ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板等）を用いることができる。
【００７３】
また、ｐ型の半導体基板４０１の代わりに、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板として、鏡面研磨ウェハーに酸素イオンを注入した後、高温加熱することにより、表面から一定の深さに酸化層を形成させるとともに、表面層に生じた欠陥を消滅させて作られた所謂ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｂｙ  ＩＭｐｌａｎｔｅｄ  ＯＸｙｇｅｎ）基板や、水素イオン注入により形成された微小ボイドの熱処理による成長を利用して半導体基板を劈開するスマートカット法や、ＥＬＴＲＡＮ法（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｙｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ：キャノン社の登録商標）等を用いて形成したＳＯＩ基板を用いてもよい。
【００７４】
素子分離領域４０３は、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法またはＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法等を用いて形成する。
【００７５】
また、同一基板上にｐ型のトランジスタを形成する場合、ｐ型半導体基板４０１の一部にｎウェル領域を形成してもよい。ｎウェル領域は、リン、ヒ素等のｎ型を付与する不純物元素を添加して形成される。
【００７６】
なお、ここでは、ｐ型の半導体基板を用いているが、ｎ型の半導体基板を用いて、ｐ型トランジスタを形成してもよい。その場合、ｎ型の半導体基板にｐ型を付与するホウ素等の不純物元素が添加されたｐウェル領域を形成して、同一基板上にｎ型トランジスタを形成してもよい。
【００７７】
次に、図８（Ｂ）に示すように、半導体基板４０１上にゲート絶縁膜４０７およびゲート電極４０９を形成する。
【００７８】
熱処理を行い半導体基板４０１の表面を酸化した酸化シリコン膜を形成する。または、熱酸化法により酸化シリコン膜を形成した後に、窒化処理を行うことによって酸化シリコン膜の表面を窒化させることにより、酸化シリコン膜と酸素と窒素を有するシリコン膜（酸化窒化シリコン膜）との積層構造で形成する。次に、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の一部を選択的にエッチングして、ゲート絶縁膜４０７を形成する。若しくは、厚さ５〜５０ｎｍの酸化シリコン、酸化窒化シリコン、高誘電率物質（ｈｉｇｈ−ｋ材料ともいう）であるタンタル酸化物、酸化ハフニウム、酸化ハフニウムシリケート、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物、または酸化ランタンなどの希土類酸化物等を、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて形成した後、選択的に一部をエッチングして、ゲート絶縁膜４０７を形成する。
【００７９】
ゲート電極４０９は、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、ニオブ等から選択された金属、またはこれらの金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料を用いることが好ましい。また、リン等の不純物を添加した多結晶シリコンを用いることができる。また、金属窒化物膜と上記の金属膜の積層構造でゲート電極４０９を形成してもよい。金属窒化物としては、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタンを用いることができる。金属窒化物膜を設けることにより、金属膜の密着性を向上させることができ、剥離を防止することができる。
【００８０】
ゲート電極４０９は、導電膜をスパッタリング法、ＣＶＤ法等により形成した後、該導電膜の一部を選択的にエッチングして形成される。
【００８１】
ここでは、熱処理を行い、半導体基板４０１上の表面を酸化した酸化シリコン膜を形成し、該酸化シリコン膜上に窒化タンタル膜及びタングステン膜が積層された導電膜をスパッタリング法により形成した後、酸化シリコン膜及び導電膜のそれぞれ一部を選択的にエッチングして、ゲート絶縁膜４０７およびゲート電極４０９を形成する。
【００８２】
なお、高集積化を実現するためには、ゲート電極４０９の側面にサイドウォール絶縁層を有しない構成とすることが望ましい。一方で、トランジスタの特性を重視する場合には、ゲート電極４０９の側面にサイドウォール絶縁層を設けることもできる。
【００８３】
次に、図８（Ｃ）に示すように、半導体基板４０１にｎ型を付与する不純物元素を添加して、ｎ型の不純物領域４１１ａ、ｎ型の不純物領域４１１ｂを形成する。また、同一基板上にｎウェル領域を形成している場合、当該領域にｐ型を付与する不純物元素を添加してｐ型の不純物領域を形成する。ｎ型の不純物領域４１１ａ、ｎ型の不純物領域４１１ｂおよびｐ型の不純物領域におけるｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素の濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以上１×１０２１／ｃｍ３以下とすることが好ましい。ｎ型を付与する不純物元素及びｐ型を付与する不純物元素は、イオンドーピング法、イオン注入法等を適宜用いて、半導体基板４０１及びｎウェル領域に添加する。
【００８４】
また、ゲート電極４０９の側面にサイドウォール絶縁層を設ける場合、当該サイドウォール絶縁層と重畳する領域に、ｎ型の不純物領域４１１ａ、ｎ型の不純物領域４１１ｂおよびｐ型の不純物領域とは異なる不純物濃度の不純物領域を形成することができる。
【００８５】
次に、図８（Ｄ）に示すように、半導体基板４０１、素子分離領域４０３、ゲート絶縁膜４０７およびゲート電極４０９上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、絶縁膜４１５および絶縁膜４１７を形成する。
【００８６】
絶縁膜４１５および絶縁膜４１７は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよく、積層または単層で設ける。なお、絶縁膜４１５をＣＶＤ法により形成することで、絶縁膜４１５の水素含有量が高まる。このような絶縁膜４１５を用いて加熱処理を行うことにより、半導体基板を水素化し、水素によりダングリングボンドを終端させ、当該半導体基板中の欠陥を低減することができる。
【００８７】
また、絶縁膜４１７として、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）などの無機材料、または、ポリイミド、アクリルなどの有機材料を用いて形成することで、絶縁膜４１７の平坦性を高めることができる。
【００８８】
絶縁膜４１５または絶縁膜４１７を形成した後、ｎ型の不純物領域４１１ａ、ｎ型の不純物領域４１１ｂおよびｐ型の不純物領域に添加された不純物元素を活性化するための熱処理を行う。
【００８９】
以上の工程により、図８（Ｄ）に示すように、ｎ型のトランジスタ２４５を作製することができる。ここで、トランジスタ２４５は、単結晶シリコンなどの酸化物半導体とは異なる半導体を用いて形成されるので、十分な高速動作が可能となる。これにより、十分高速なアクセスが可能なＣＰＵの揮発性記憶部を形成することができる。
【００９０】
次に、絶縁膜４１５および絶縁膜４１７の一部を選択的にエッチングして、開口部を形成する。次に、開口部にコンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂを形成する。代表的には、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により導電膜を形成した後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法やエッチングなどにより平坦化処理を行い、導電膜の不要な部分を除去して、コンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂを形成する。
【００９１】
コンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂとなる導電膜は、ＷＦ６ガスとＳｉＨ４ガスからＣＶＤ法でタングステンシリサイドを形成し、開口部に埋め込むことで形成される。
【００９２】
次に、絶縁膜４１７及びコンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂ上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により絶縁膜を形成した後、該絶縁膜の一部を選択的にエッチングし、溝部を有する絶縁膜４２１を形成する。次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により導電膜を形成した後、ＣＭＰ法やエッチングなどにより平坦化処理を行い、該導電膜の不要な部分を除去して、配線４２３ａおよび配線４２３ｂを形成する（図９（Ａ）参照）。
【００９３】
絶縁膜４２１は、絶縁膜４１５と同様の材料を用いて形成することができる。
【００９４】
配線４２３ａおよび配線４２３ｂとして、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
【００９５】
次に、絶縁膜４２１、配線４２３ａおよび配線４２３ｂ上にスパッタリング法、ＣＶＤ法等により絶縁膜４２０を形成して、当該絶縁膜４２０上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により絶縁膜を形成した後、該絶縁膜の一部を選択的にエッチングし、溝部を有する絶縁膜４２２を形成する。次に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により導電膜を形成した後、ＣＭＰ法やエッチングなどにより平坦化処理を行い、該導電膜の不要な部分を除去して、電極４２４を形成する（図９（Ｂ）参照）。
【００９６】
ここで、絶縁膜４２０および絶縁膜４２２は、絶縁膜４１５と同様の材料を用いて形成することができる。ただし、絶縁膜４２０は絶縁膜４２２のエッチングに対して選択性を有する材料とすることが好ましい。
【００９７】
ここで、電極４２４は、後述するトランジスタ２４０のバックゲート電極として機能する電極である。このような電極４２４を設けることにより、トランジスタ２４０のしきい値電圧の制御を行うことができる。電極４２４は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が他から与えられている状態であっても良い。トランジスタ２４０のしきい値電圧の制御に応じて適宜設定することができる。なお、電極４２４の材料としては、後述するゲート電極４３３と同様の材料を用いることができる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、電極４２４を配線４２３ａおよび配線４２３ｂ上に設ける構成としているが、これに限られることなく、例えば、電極４２４を配線４２３ａおよび配線４２３ｂと同じ導電層で形成する構成としても良い。
【００９９】
平坦化された絶縁膜４２２、電極４２４を用いることで、後に形成する酸化物半導体膜を有するトランジスタにおける電気特性のばらつきを低減することができる。また、酸化物半導体膜を有するトランジスタを歩留まり高く形成することができる。
【０１００】
次に、加熱処理またはプラズマ処理により、絶縁膜４２１、配線４２３ａ、配線４２３ｂ、絶縁膜４２０、絶縁膜４２２および電極４２４に含まれる水素を脱離させることが好ましい。この結果、後の加熱処理において、後に形成される絶縁膜及び酸化物半導体膜中に水素が拡散することを防ぐことができる。なお、加熱処理は、不活性雰囲気、減圧雰囲気または乾燥空気雰囲気にて、１００℃以上基板の歪み点未満で行う。また、プラズマ処理は、希ガス、酸素、窒素または酸化窒素（亜酸化窒素、一酸化窒素、二酸化窒素など）を用いる。
【０１０１】
次に、絶縁膜４２２および電極４２４上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、絶縁膜４２５を形成する。絶縁膜４２５としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムを単層または積層して形成する。また、絶縁膜４２５として、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を用いて形成することが好ましい。加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜としては、化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜を用いる。加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜は、加熱により酸素が脱離するため、後の工程で行う加熱により酸化物半導体膜に酸素を拡散させることができる。
【０１０２】
また、絶縁膜４２５を積層構造とする場合、下側の絶縁膜を下層から拡散される不純物の混入を防ぐ、バリア膜として機能する絶縁膜とすることが好ましい。特に半導体基板４０１として単結晶シリコン基板、ＳＯＩ基板、またはシリコンなどの半導体素子が設けられた基板などを用いる場合、基板に含まれる水素などが拡散して後に形成される酸化物半導体膜に混入するのを防ぐことができる。このような絶縁膜としては、例えば、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法等を用いて成膜した、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜などを用いることができる。
【０１０３】
また、絶縁膜４２５は、ＣＭＰ処理などを行って平坦化を図ることが望ましい。
【０１０４】
上記ＣＭＰ処理は、１回行ってもよいし、複数回行ってもよい。複数回に分けてＣＭＰ処理を行う場合は、高い研磨レートの一次研磨を行った後、低い研磨レートの仕上げ研磨を行うのが好ましい。このように研磨レートの異なる研磨を組み合わせることによって、絶縁膜４２５の表面の平坦性をさらに向上させることができる。
【０１０５】
また、絶縁膜４２５を平坦化させる処理としては、プラズマ処理を用いることもできる。プラズマ処理は、真空のチャンバーに不活性ガス、例えばアルゴンガスなどの希ガスを導入し、被処理面を陰極とする電界をかけて行う。その原理としてはプラズマドライエッチ法と同等であるが、不活性ガスを用いて行う。すなわち、このプラズマ処理は、被処理面に不活性ガスのイオンを照射して、スパッタリング効果により表面の微細な凹凸を平坦化する処理である。このことから、当該プラズマ処理を「逆スパッタ処理」と呼ぶこともできる。
【０１０６】
このプラズマ処理時、プラズマ中には電子とアルゴンの陽イオンが存在し、陰極方向にアルゴンの陽イオンが加速される。加速されたアルゴンの陽イオンは被処理面をスパッタする。このとき、該被処理面の凸部から優先的にスパッタされる。被処理面からスパッタされた粒子は、被処理面の別の場所に付着する。このとき、該被処理面の凹部に優先的に付着する。このように凸部を削り、凹部を埋めることで被処理面の平坦性が向上する。なお、プラズマ処理とＣＭＰ処理と併用することにより絶縁膜４２５のさらなる平坦化を図ることができる。
【０１０７】
なお、当該プラズマ処理によって、絶縁膜４２５表面に付着した酸素、水分、有機物などの不純物をスパッタリングの効果で除去することも可能である。
【０１０８】
なお、酸化物半導体の成膜を行う前に、成膜室の加熱および排気を行って、成膜室中の水素、水、水酸基、水素化物などの不純物を除去しておくことが好ましい。特に成膜室の内壁に吸着して存在するこれらの不純物を除去することが重要である。ここで、加熱処理は、例えば、１００℃以上４５０℃以下で行えばよい。また、処理室の排気は、ドライポンプなどの粗引きポンプと、スパッタイオンポンプ、ターボ分子ポンプ及びクライオポンプなどの高真空ポンプとを適宜組み合わせて行うとよい。ターボ分子ポンプは大きいサイズの分子の排気が優れる一方、水素や水の排気能力が低い。そこで、水の排気能力の高いクライオポンプ及び水素の排気能力の高いスパッタイオンポンプを組み合わせることが有効となる。またこのとき、不活性ガスを導入しながら不純物の除去を行うと、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。このような処理を行って酸化物半導体の成膜前に成膜室の不純物を除去することにより、酸化物半導体への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を低減することができる。
【０１０９】
また、酸化物半導体膜をスパッタリング装置で成膜する前に、スパッタリング装置にダミー基板を搬入し、ダミー基板上に酸化物半導体膜を成膜して、ターゲット表面、または防着板に付着した水素、水分を取り除く工程を行ってもよい。
【０１１０】
次に、絶縁膜４２５上に、スパッタリング法、塗布法、印刷法、蒸着法、ＰＣＶＤ法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法またはＭＢＥ法等を用いて酸化物半導体膜４２７を形成する（図９（Ｃ）参照）。ここでは、酸化物半導体膜４２７として、スパッタリング法により、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下の厚さで酸化物半導体膜を形成する。酸化物半導体膜４２７の厚さを上記厚さとすることで、トランジスタの微細化に伴って発生するおそれのある短チャネル効果を抑制することができる。
【０１１１】
酸化物半導体膜４２７に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。
【０１１２】
また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種あるいは複数種を有してもよい。
【０１１３】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。また、上記酸化物半導体に酸化シリコンを含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。このとき、上記酸化物半導体においては、化学量論比に対し、酸素を過剰にすると好ましい。酸素を過剰にすることで酸化物半導体膜の酸素欠損に起因するキャリアの生成を抑制することができる。
【０１１４】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【０１１５】
なお、酸化物半導体膜４２７において、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度は、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが望ましい。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアが生成されることがあり、トランジスタのオフ電流の上昇の原因となるためである。
【０１１６】
また、酸化物半導体膜４２７には、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒素が含まれてもよい。
【０１１７】
なお、酸化物半導体膜４２７に用いることが可能な酸化物半導体は、シリコン半導体よりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い、ワイドバンドギャップ半導体とする。例えば、当該ワイドバンドギャップ半導体のバンドギャップは、２．５ｅＶ以上４ｅＶ以下、好ましくは３ｅＶ以上３．８ｅＶ以下とすればよい。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１１８】
ここで、酸化物半導体膜４２７の構造について説明する。
【０１１９】
酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。
【０１２０】
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。
【０１２１】
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。
【０１２２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。
【０１２３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０１２４】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０１２５】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０１２６】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
【０１２７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、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膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０１２８】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°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（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体膜であれば、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）を行うと、（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。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【０１２９】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【０１３０】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【０１３１】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
【０１３２】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、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膜中の一部に、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。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、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。
【０１３３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【０１３４】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０１３５】
なお酸化物半導体としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、ターゲットは上記の酸化物半導体膜４２７の材料およびその組成に合わせて適宜設定すればよい。例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物をターゲットとして用いるとよい。ただし、ターゲットは、これらの材料及び組成に限定されるものではない。
【０１３６】
しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性（移動度、しきい値、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。また、組成に代表されるこれらの条件が互いに異なる酸化物半導体膜を、積層する構成としても良いし、チャネル形成領域とソース領域およびドレイン領域とに適宜設ける構成としても良い。
【０１３７】
例えば、酸化物半導体膜４２７を、第１の酸化物半導体膜、第２の酸化物半導体膜および第３の酸化物半導体膜の積層として、各々を異なる組成としてもよい。
【０１３８】
また、第１の酸化物半導体膜、第２の酸化物半導体膜および第３の酸化物半導体膜の構成元素を同一とし、組成を異ならせてもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜および第３の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１とし、第２の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２としてもよい。また、第１の酸化物半導体膜および第３の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２とし、第２の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２としてもよい。
【０１３９】
なお、スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気、酸素雰囲気、希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。また、スパッタリングガスは、酸化物半導体膜への水素、水、水酸基、水素化物などの混入を防ぐために、水素、水、水酸基、水素化物などの不純物が十分に除去された高純度ガスを用いた雰囲気とすることが望ましい。
【０１４０】
スパッタリング法において、プラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。
【０１４１】
なお、酸化物半導体膜を成膜する処理室は、リークレートを１×１０−１０Ｐａ・ｍ３／秒以下とすることが好ましく、それによりスパッタリング法により成膜する際、膜中への不純物の混入を低減することができる。このように、酸化物半導体膜の成膜工程において、更に好ましくは酸化絶縁膜の成膜工程において、処理室の圧力、処理室のリークレートなどにおいて、不純物の混入を極力抑えることによって、酸化物半導体膜に含まれる水素を含む不純物の混入を低減することができる。また、酸化絶縁膜から酸化物半導体膜への水素などの不純物の拡散を低減することができる。
【０１４２】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【０１４３】
成膜時の不純物濃度を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素および窒素など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。
【０１４４】
また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板付着後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、平らな面が基板に付着する。
【０１４５】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
【０１４６】
スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。
【０１４７】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定の比率で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで、所定の比率は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末が、４２１、８：４：３、３：１：１、１：１：４４５：３または３：１：２のｍｏｌ数比である。なお、粉末の種類、およびその混合する比率は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
【０１４８】
酸化物半導体膜４２７形成後、酸化物半導体膜４２７に対して、熱処理を行ってもよい。熱処理を行うことによって、酸化物半導体膜４２７中に含まれる水素原子を含む物質をさらに除去し、酸化物半導体膜４２７の構造を整え、エネルギーギャップ中の欠陥準位を低減することができる。当該熱処理は不活性ガス雰囲気下で行い、熱処理の温度は、３００℃以上７００℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、また、基板が歪み点を有する場合は基板の歪み点未満とする。不活性ガス雰囲気としては、窒素、または希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン等）を主成分とする雰囲気であって、水、水素などが含まれない雰囲気を適用するのが望ましい。例えば、熱処理装置に導入する窒素や、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（すなわち、不純物濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とする。
【０１４９】
当該熱処理は、例えば、抵抗発熱体などを用いた電気炉に半導体基板４０１を導入し、窒素雰囲気下、４５０℃、１時間の条件で行うことができる。
【０１５０】
また、熱処理装置は電気炉に限られず、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、被処理物を加熱する装置を用いても良い。例えば、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、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装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて熱処理を行う装置である。ガスとしては、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。なお、加熱処理装置としてＧＲＴＡ装置を用いる場合には、その熱処理時間が短いため、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中で基板を加熱してもよい。
【０１５１】
また、上記熱処理で酸化物半導体膜４２７を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法））方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）とすることが好ましい。特にこれらのガスには、水、水素などが含まれないことが好ましい。また、同じ炉に導入する酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの作用によって、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程で低減してしまった酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。
【０１５２】
なお、上述の熱処理には水素や水などを除去する効果があるため、当該熱処理を、脱水化または脱水素化などと呼ぶこともできる。当該熱処理は、例えば、酸化物半導体層を島状に加工する前、ゲート絶縁膜の形成後などのタイミングにおいて行うことも可能である。また、このような脱水化または脱水素化の熱処理は、一回に限らず複数回行っても良い。
【０１５３】
次に、酸化物半導体膜４２７の一部を選択的にエッチングして、電極４２４と重畳するように酸化物半導体膜４２９を形成する（図１０（Ａ）参照）。
【０１５４】
次に、酸化物半導体膜４２９上に接して導電膜を成膜し、当該導電膜の一部を選択的にエッチングして、酸化物半導体膜４２９上に接して一対の電極４４１ａ、電極４４１ｂを形成する（図１０（Ｂ）参照）。
【０１５５】
一対の電極４４１ａ、電極４４１ｂは配線４２３ａおよび配線４２３ｂと同様の材料を適宜用いて形成することができる。なお、一対の電極４４１ａ、電極４４１ｂは配線としても機能させてもよい。
【０１５６】
一対の電極４４１ａ、電極４４１ｂは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成した後、該導電膜の一部を選択的にエッチングして、一対の電極４４１ａ、電極４４１ｂを形成する。また、一対の電極４４１ａ、電極４４１ｂは、印刷法またはインクジェット法を用いて形成される。
【０１５７】
次に、酸化物半導体膜４２９、電極４４１ａおよび電極４４１ｂ上に、スパッタリング法、ＣＶＤ法等によりゲート絶縁膜４３１を形成する。そして、ゲート絶縁膜４３１上に酸化物半導体膜４２９と重畳してゲート電極４３３を形成する（図１０（Ｃ）参照）。
【０１５８】
また、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので、後にゲート絶縁膜として用いられるゲート絶縁膜４３１の形成に用いることが好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁膜とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【０１５９】
ゲート絶縁膜４３１は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物膜などを用いればよく、積層または単層で設ける。また、ゲート絶縁膜４３１は、絶縁膜４２５に示すような、加熱により酸素が脱離する酸化絶縁膜を用いてもよい。ゲート絶縁膜４３１に加熱により酸素が脱離する膜を用いることで、後の加熱処理により酸化物半導体膜４２９に生じる酸素欠損を修復することができ、トランジスタの電気特性の劣化を抑制できる。
【０１６０】
また、ゲート絶縁膜４３１として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでゲート絶縁膜の厚さを薄くしてもゲートリークを低減できる。
【０１６１】
ゲート絶縁膜４３１の厚さは、１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするとよい。
【０１６２】
ゲート電極４３３は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極４３３は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１６３】
また、ゲート電極４３３は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
【０１６４】
ゲート電極４３３は、印刷法またはインクジェット法により形成される。若しくは、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成した後、該導電膜の一部を選択的にエッチングして形成される。
【０１６５】
なお、ゲート電極４３３とゲート絶縁膜４３１との間に、ゲート絶縁膜４３１に接する材料層として、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｓｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＳｎ−Ｏ膜や、窒素を含むＩｎ−Ｏ膜や、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮなど）を設けることが好ましい。これらの膜は５ｅＶ、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、トランジスタの電気特性のしきい値電圧をプラスにすることができ、所謂ノーマリーオフのスイッチング素子を実現できる。例えば、窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体膜４２９より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上の窒素を含むＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を用いる。
【０１６６】
なお、ゲート絶縁膜４３１の成膜後に、不活性ガス雰囲気下、または酸素雰囲気下で熱処理を行ってもよい。熱処理の温度は、２００℃以上４５０℃以下とするのが好ましく、４５０℃以上３５０℃以下とするのがより好ましい。このような熱処理を行うことによって、トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減することができる。また、酸化物半導体膜４２９と接するゲート絶縁膜４３１または絶縁膜４２５が酸素を含む場合、酸化物半導体膜４２９に酸素を供給し、該酸化物半導体膜４２９の酸素欠損を補填することもできる。このように、上述の熱処理には酸素を供給する効果があるため、当該熱処理を、加酸化（加酸素化）などと呼ぶこともできる。
【０１６７】
なお、本実施の形態では、ゲート絶縁膜４３１の形成後に加酸化の熱処理を行っているが、加酸化の熱処理のタイミングはこれに限定されず、ゲート絶縁膜４３１の形成後に適宜行えばよい。
【０１６８】
上述のように、脱水化または脱水素化の熱処理と加酸化の熱処理を適用し、酸化物半導体膜４２９中の不純物を低減し、酸素欠損を補填することで、酸化物半導体膜４２９を、その主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することができる。
【０１６９】
次に、図１１（Ａ）に示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法、印刷法等により、絶縁膜４４３及び絶縁膜４４５を形成する。
【０１７０】
絶縁膜４４３、絶縁膜４４５は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよく、積層または単層で設ける。なお、絶縁膜４４５として、外部への酸素の拡散を防ぐ絶縁膜を用いることで、絶縁膜４４３から脱離する酸素を酸化物半導体膜に供給することができる。外部への酸素の拡散を防ぐ絶縁膜の代表例としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等がある。また、絶縁膜４４５として、外部からの水素の拡散を防ぐ絶縁膜を用いることで、外部から酸化物半導体膜への水素の拡散を低減することが可能であり、酸化物半導体膜の欠損を低減することができる。外部からの水素の拡散を防ぐ絶縁膜の代表例としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。また、絶縁膜４４３を、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜、外部への酸素の拡散を防ぐ絶縁膜と、酸化絶縁膜との３層構造とすることで、効率よく酸化物半導体膜へ酸素を拡散すると共に、外部への酸素の脱離を抑制することが可能であり、温度及び湿度の高い状態でも、トランジスタの特性の変動を低減することができる。
【０１７１】
以上の工程により、図１１（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜を有するトランジスタ２４０を作製することができる。
【０１７２】
上述のように、酸化物半導体膜４２９は水素などの不純物が十分に除去され、十分な酸素が供給されて酸素が過飽和の状態とされることにより、高純度化されたものであることが望ましい。具体的には、酸化物半導体膜４２９の水素濃度は５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、望ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より望ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。なお、上述の酸化物半導体膜４２９中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定されるものである。このように、水素濃度が十分に低減されて高純度化され、十分な酸素の供給により酸素欠乏に起因するエネルギーギャップ中の欠陥準位が低減された酸化物半導体膜４２９をトランジスタ２４０に用いることにより、例えば、室温（２５℃）でのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１００ｚＡ（１ｚＡ（ゼプトアンペア）は１×１０−２１Ａ）以下、より好ましくは１０ｚＡ以下となる。このように、ｉ型化（真性化）または実質的にｉ型化された酸化物半導体膜４２９を用いることで、極めて優れたオフ電流特性のトランジスタ２４０を得ることができる。
【０１７３】
なお、本実施の形態でトランジスタ２４０をトップゲート構造としたが、本発明はこれに限られるものではなく、例えばボトムゲート構造としても良い。
【０１７４】
次に、絶縁膜４１５、絶縁膜４１７、絶縁膜４２１、絶縁膜４２５、絶縁膜４４３、絶縁膜４４５のそれぞれ一部を選択的にエッチングし、開口部を形成して、ゲート電極４０９、電極４４１ａおよび電極４４１ｂのそれぞれ一部を露出する。次に、開口部に導電膜を成膜した後、該導電膜の一部を選択的にエッチングして、電極４４１ｂに接して配線４４９を、電極４４１ａに接して配線４５０を形成する。配線４４９および配線４５０は、コンタクトプラグ４１９ａおよびコンタクトプラグ４１９ｂに示す材料を適宜用いることができる。
【０１７５】
ここで、配線４４９は、トランジスタ２４０のドレイン電極とトランジスタ２４５のゲート電極４０９とを電気的に接続するノードＭ１として機能する。また、配線４５０は、トランジスタ２４０のソース電極として機能し、図６に示すフリップフロップ３０２と電気的に接続される。なお、図６に示す容量素子２４１を設ける場合には、例えば、配線４５０上に絶縁膜と、当該絶縁膜を介して配線４５０と重畳する導電膜を設ければよい。
【０１７６】
また、図１１（Ｂ）においては、トランジスタ２４０のドレイン電極と、トランジスタ２４５のゲート電極４０９とを配線４４９を介して接続する構成としているが、本実施の形態に示す構成はこれに限られるものではない。例えば、トランジスタ２４５上に設けられた絶縁膜の上面にトランジスタ２４５のゲート電極の上面が露出されるような構造とし、当該ゲート電極の上面に直接接するようにトランジスタ２４０のソース電極またはドレイン電極の一方を設ける構成としても良い。
【０１７７】
なお、上記の工程の後には、さらに電極や配線、半導体層、絶縁層などを形成する工程を含んでいても良い。配線の構造として、絶縁層および導電層の積層構造でなる多層配線構造を採用して、高度に集積化した半導体装置を実現することも可能である。例えば、図１２に示すように、配線４４９および配線４５０上に絶縁膜４５１、配線４５２、配線４５３および絶縁膜４５４を形成し、多層配線構造をとってもよい。ここで、絶縁膜４５１および絶縁膜４５４は、絶縁膜４４５と同様の材料および方法を用いて形成することができ、配線４５２および配線４５３は、配線４４９および配線４５０と同様の材料および方法を用いて形成することができる。
【０１７８】
以上の工程により、トランジスタ２４０およびトランジスタ２４５を有する、マイクロコンピュータのＣＰＵを作製することができる。
【０１７９】
また、トランジスタ２４０の少なくとも一部と、トランジスタ２４５の少なくとも一部と、が重畳して設けられることが好ましい。酸化物半導体膜４２９の少なくとも一部と、ｎ型の不純物領域４１１ａまたはｎ型の不純物領域４１１ｂの少なくとも一部と、が重畳して設けられることがより好ましい。このような平面レイアウトを採用することにより、酸化物半導体のようなワイドバンドギャップ半導体を用いたトランジスタを設けることによるＣＰＵの占有面積の増大を抑制することができる。
【０１８０】
以上のように、トランジスタのオフ電流を十分に小さくすることができる材料、例えば、ワイドバンドギャップ半導体である酸化物半導体材料を用いて、不揮発性記憶素子のトランジスタを形成する。トランジスタのオフ電流を十分に小さくすることができる半導体材料を用いることで、電力供給がなくとも長期間にわたって電位を保持することが可能であるため、パワーゲートによって電源が遮断されている間も、不揮発性記憶素子においてデータを保持することができる。
【０１８１】
このような不揮発性記憶部を有するＣＰＵを設けることにより、ＣＰＵも含めてパワーゲートによる電源の遮断を行うことができる。これにより、消費電力の低減が図られた警報システムを提供することができる。
【０１８２】
以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、本実施の形態に示す構成、方法どうしで組み合わせて用いることもできるし、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることもできる。
【符号の説明】
【０１８３】
９９    電流検出部
１００    電流検出器
１０１    磁性体
１０２    電源ケーブル
１０３    コイル
１０４    アンプ
１０５    整流回路
１０６    ＡＤＣ
１０７    マイコン
１０８    無線モジュール
１０９    アンテナ
１１０    アンテナ
１１１    無線サーバー
１３０    携帯情報端末
２００    電気機器
２０１    火災報知機
２０２    照明装置
２０３    空調装置
２０４    電話機
２０５    冷蔵庫
２０６    オーブンレンジ
２０７    食器洗浄機
２０８    洗濯機
２０９    コンピュータ
２１０    オーディオ
２１１    テレビジョン
２１２    浴室
２１４    浴室制御装置
２１６    録画装置
２４０    トランジスタ
２４１    容量素子
２４２    容量素子
２４３    トランジスタ
２４４    トランジスタ
２４５    トランジスタ
３０１    インバータ
３０２    フリップフロップ
３０３    セレクタ
３３３    不揮発性記憶部
４０１    半導体基板
４０３    素子分離領域
４０７    ゲート絶縁膜
４０９    ゲート電極
４１１ａ    不純物領域
４１１ｂ    不純物領域
４１５    絶縁膜
４１７    絶縁膜
４１９ａ    コンタクトプラグ
４１９ｂ    コンタクトプラグ
４２０    絶縁膜
４２１    絶縁膜
４２２    絶縁膜
４２３ａ    配線
４２３ｂ    配線
４２４    電極
４２５    絶縁膜
４２７    酸化物半導体膜
４２９    酸化物半導体膜
４３１    ゲート絶縁膜
４３３    ゲート電極
４４１ａ    電極
４４１ｂ    電極
４４３    絶縁膜
４４５    絶縁膜
４４９    配線
４５０    配線
４５１    絶縁膜
４５２    配線
４５３    配線
４５４    絶縁膜
５０１    筐体
５０２    蓋
５０３    磁性体
５１２    太陽電池
６０１    ＣＰＵ
６０２    パワーゲートコントローラ
６０３    パワーゲート
６０４    タイマー
６０５    ウオッチドッグタイマー
６０６    メモリ
６０７    ＮＶＭ
６０８    電源
６０９    ＩＦ
６１０    発振回路
１０００    家屋
Ｍ１    ノード
Ｍ２    ノード
【図１】
2014063480.tif 000003
【図２】
2014063480.tif 000004
【図３】
2014063480.tif 000005
【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】
2014063480.tif 000011
【図１０】
2014063480.tif 000012
【図１１】
2014063480.tif 000013
【図１２】
2014063480.tif 000014