(57)【要約】【課題】信頼性が高く記憶容量の大きい記憶装置を提供する。【解決手段】第１トランジスタと、第２トランジスタと、容量素子と、導電体と、を有する記憶装置である。第１トランジスタのソースまたはドレインの一方は導電体を介して第２トランジスタのゲートに電気的に接続される。第１トランジスタは酸化物半導体層を有し、酸化物半導体層は第１領域および第２領域を有する。第１領域は第１トランジスタのゲートと重畳する領域を有し、第２領域は導電体と接する。第２領域は第１領域よりも酸素濃度が小さく、第２領域は、導電体に含まれる金属のうち、少なくとも１つを含む。導電体は容量素子の電極として機能する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１トランジスタと、
第２トランジスタと、
導電体と、を有し、
前記第１トランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記導電体を介して、前記第２トランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第１トランジスタは酸化物半導体層を有し、
前記酸化物半導体層は第１領域および第２領域を有し、
前記第１領域は前記第１トランジスタのゲートと重畳する領域を有し、
前記第２領域は前記導電体と接し、
前記第２領域は前記第１領域よりも酸素濃度が小さく、
前記第２領域は、前記導電体に含まれる金属のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記金属はアルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロムまたはタングステンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
容量素子を有し、
前記導電体は前記容量素子の電極として機能することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
第１トランジスタと、
第２トランジスタと、
導電体と、
絶縁体と、を有し、
前記第１トランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記導電体を介して、前記第２トランジスタのゲートに電気的に接続され、
前記第１トランジスタは酸化物半導体層を有し、
前記酸化物半導体層は第１領域、第２領域および第３領域を有し、
前記第１領域は前記第１トランジスタのゲートと重畳する領域を有し、
前記第２領域は前記導電体と接し、
前記第３領域は、前記絶縁体を介して、前記導電体と重畳する領域を有し、
前記第２領域は前記第１領域よりも酸素濃度が小さく、
前記第３領域は前記第１領域よりも酸素濃度が小さく、
前記第２領域および前記第３領域は、前記絶縁体に含まれる金属のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記金属はアルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロムまたはタングステンであることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、
容量素子を有し、
前記導電体は前記容量素子の電極として機能することを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の半導体装置を含む記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一形態は、記憶装置、半導体装置またはこれらを用いた電子機器に関する。
【０００２】
また、本発明の一形態は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明の一形態は、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。
【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、電気光学装置、蓄電装置、半導体回路及び電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００４】
近年、チャネル形成領域に酸化物半導体または金属酸化物を用いたトランジスタ（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒトランジスタ、以下、ＯＳトランジスタと呼ぶ）が注目されている（特許文献１）。
【０００５】
ＯＳトランジスタはオフ電流が非常に小さい。そのことを利用して、特許文献２および３には、ＯＳトランジスタを用いた不揮発性メモリが開示されている。ＯＳトランジスタを用いた不揮発性メモリは、データの書き換え可能回数に制限がなく、さらにデータを書き換えるときの消費電力も少ない。また、特許文献３には、ＯＳトランジスタのみで不揮発性メモリのメモリセルを構成した例が開示されている。
【０００６】
なお、本明細書においてＯＳトランジスタを用いた不揮発性メモリをＮＯＳＲＡＭ（登録商標）と呼ぶ場合がある。ＮＯＳＲＡＭとは「Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＲＡＭ」の略称であり、ゲインセル型（２Ｔ型、３Ｔ型）のメモリセルを有するＲＡＭを指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５１３８３号公報
【特許文献３】特開２０１６−１１５３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一形態は、信頼性の高い記憶装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、記憶容量の大きい記憶装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、製造コストの低い記憶装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、信頼性の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、製造コストの低い半導体装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。
【０００９】
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び他の課題について、全ての課題を解決する必要はない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態は、第１トランジスタと、第２トランジスタと、導電体と、を有する半導体装置である。第１トランジスタのソースまたはドレインの一方は、導電体を介して、第２トランジスタのゲートに電気的に接続される。第１トランジスタは酸化物半導体層を有し、酸化物半導体層は第１領域および第２領域を有する。第１領域は第１トランジスタのゲートと重畳する領域を有する。第２領域は導電体と接する。第２領域は第１領域よりも酸素濃度が小さい。第２領域は、導電体に含まれる金属のうち、少なくとも１つを含む。
【００１１】
上記形態において、金属はアルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロムまたはタングステンを用いることが好ましい。
【００１２】
上記形態において、容量素子を有し、導電体は容量素子の電極として機能することが好ましい。
【００１３】
本発明の一形態は、第１トランジスタと、第２トランジスタと、導電体と、絶縁体と、を有する半導体装置である。第１トランジスタのソースまたはドレインの一方は、導電体を介して、第２トランジスタのゲートに電気的に接続される。第１トランジスタは酸化物半導体層を有し、酸化物半導体層は第１領域、第２領域および第３領域を有する。第１領域は第１トランジスタのゲートと重畳する領域を有する。第２領域は導電体と接する。第３領域は、絶縁体を介して、導電体と重畳する領域を有する。第２領域は第１領域よりも酸素濃度が小さく、第３領域は第１領域よりも酸素濃度が小さい。第２領域および第３領域は、絶縁体に含まれる金属のうち、少なくとも１つを含む。
【００１４】
上記形態において、金属はアルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロムまたはタングステンを用いることが好ましい。
【００１５】
上記形態において、容量素子を有し、導電体は容量素子の電極として機能することが好ましい。
【００１６】
本発明の一形態は、上記形態に記載の半導体装置を含む記憶装置である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一形態により、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。また、本発明の一形態により、記憶容量の大きい記憶装置を提供することができる。また、本発明の一形態により、製造コストの低い記憶装置を提供することができる。また、本発明の一形態により、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。また、本発明の一形態により、製造コストの低い半導体装置を提供することができる。また、本発明の一形態により、新規な半導体装置を提供することができる。
【００１８】
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】メモリセルの構成例を示す回路図。
【図２】メモリセルの動作例を示すタイミングチャート。
【図３】メモリセルの動作例を示すタイミングチャート。
【図４】メモリセルの構成例を示す回路図。
【図５】メモリセルアレイの構成例を示す回路図。
【図６】メモリセルアレイの構成例を示すブロック図。
【図７】記憶装置の構成例を示すブロック図。
【図８】記憶装置を説明する上面図および断面図。
【図９】記憶装置を説明する断面図。
【図１０】記憶装置を説明する断面図。
【図１１】記憶装置を説明する断面図。
【図１２】記憶装置を説明する上面図および断面図。
【図１３】記憶装置を説明する断面図。
【図１４】記憶装置を説明する断面図。
【図１５】記憶装置を説明する上面図および断面図。
【図１６】記憶装置を説明する断面図。
【図１７】記憶装置を説明する上面図および断面図。
【図１８】記憶装置を説明する断面図。
【図１９】電子部品の例を示す模式図。
【図２０】電子機器の例を示す模式図。
【図２１】電子機器の例を示す模式図。
【図２２】電子機器の例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる形態で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の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。
【００２１】
また、図面において、大きさ、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。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。
【００２２】
また、本明細書は、以下の実施の形態を適宜組み合わせることが可能である。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互い構成例を適宜組み合わせることが可能である。
【００２３】
また、本明細書中において、高電源電圧をＨレベル（又はＶＤＤ）、低電源電圧をＬレベル（又はＧＮＤ）と呼ぶ場合がある。
【００２４】
また、特に上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
【００２５】
また、本明細書などにおいて、第１、第２等として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又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」又は「第３の」などと適宜置き換えて説明することができる。また、本明細書等に記載されている序数詞と、本発明の一態様を特定するために用いられる序数詞は一致しない場合がある。
【００２６】
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００３０】
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。例えば、好ましくは酸素が５５原子％以上６５原子％以下、窒素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の濃度範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものでる。例えば、好ましくは窒素が５５原子％以上６５原子％以下、酸素が１原子％以上２０原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の濃度範囲で含まれるものをいう。
【００３１】
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００３２】
また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
【００３３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、ＯＳトランジスタを用いた記憶装置について説明を行う。
【００３４】
＜メモリセル＞
初めに、記憶装置の基本構成となるメモリセルの一例について説明する。
【００３５】
＜＜メモリセルの構成例＞＞
図１に、メモリセルＭＣを示す。メモリセルＭＣは、トランジスタＭ１と、トランジスタＭ２と、容量素子Ｃ１と、を有する。また、メモリセルＭＣは、配線ＣＬと、配線ＷＬと、配線ＲＢＬと、配線ＳＬと、配線ＷＢＬと、に電気的に接続されている。
【００３６】
以降では、トランジスタＭ１、Ｍ２をｎチャネル型トランジスタとして説明を行う。
【００３７】
トランジスタＭ１、Ｍ２はそれぞれ第１ゲートおよび第２ゲートを有する。第１ゲートと第２ゲートとは、半導体層を間に介して、互いに重なる領域を有することが好ましい。なお、本明細書では第１ゲートを「フロントゲート」または単に「ゲート」と呼ぶ場合がある。また、第２ゲートを「バックゲート」と呼ぶ場合がある。
【００３８】
トランジスタＭ１のフロントゲートは、配線ＷＬと電気的に接続され、トランジスタＭ１のソース又はドレインの一方は、配線ＷＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭ１のソース又はドレインの他方は、トランジスタＭ２のフロントゲートと電気的に接続される。
【００３９】
トランジスタＭ２のソース又はドレインの一方は、配線ＲＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭ２のソース又はドレインの他方は、配線ＳＬと電気的に接続される。
【００４０】
容量素子Ｃ１の第１端子はトランジスタＭ２のフロントゲートに電気的に接続され、容量素子Ｃ１の第２端子は配線ＣＬと電気的に接続される。
【００４１】
なお、トランジスタＭ２のフロントゲートと、トランジスタＭ１のソースまたはドレインの他方との結節点をノードＦＮと呼称する。
【００４２】
トランジスタＭ１、Ｍ２のバックゲートには、それぞれ電位ＶＢＧが与えられる。トランジスタＭ１、Ｍ２のバックゲートにＶＢＧを与えることで、トランジスタＭ１、Ｍ２のしきい値電圧を制御することができる。
【００４３】
トランジスタＭ１にはＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタはオフ電流が小さい。そのため、トランジスタＭ１にＯＳトランジスタを用いることで、トランジスタＭ１をオフにしたときに、ノードＦＮに書き込まれた電荷を長期間保持することができる。なお、ここでオフ電流が小さいとは、トランジスタのオフ電流が、好ましくは１０−１８Ａ／μｍ以下、さらに好ましくは１０−２１Ａ／μｍ以下、さらに好ましくは１０−２４Ａ／μｍ以下のことを言う。
【００４４】
また、トランジスタＭ２にもＯＳトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタＭ１、Ｍ２にＯＳトランジスタを用いることで、トランジスタＭ１、Ｍ２を同じ製造工程で作製することができる。その結果、メモリセルＭＣの製造工程を簡略化することができる。
【００４５】
なお、ＯＳトランジスタの詳細については、後述する実施の形態２で説明を行う。
【００４６】
また、トランジスタＭ１のソースまたはドレインの他方と、トランジスタＭ２のゲートは、プラグを介さずに電気的に接続されることが好ましい。詳細は、後述する実施の形態２で説明を行うが、ＯＳトランジスタは、水素などの不純物の影響により、トランジスタ特性が劣化することが知られている。水素は、ＯＳトランジスタの上下からプラグなどを経由して、侵入することが考えられる。そのため、ＯＳトランジスタの周辺にはなるべくプラグなどを設けない方が好ましい。プラグを経由せずにトランジスタＭ１とトランジスタＭ２を電気的に接続することで、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。
【００４７】
＜＜メモリセルの動作例＞＞
続いて、メモリセルＭＣの書き込み動作及び読み出し動作について説明する。以降では、メモリセルＭＣに１ビットのデータを書き込む、また、メモリセルＭＣから１ビットのデータを読み込む場合について説明する。
【００４８】
図２（Ａ）に、メモリセルＭＣにＶ１を書き込む動作のタイミングチャートを示す。時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの間は、配線ＷＬ、配線ＣＬ、ノードＦＮ、配線ＳＬ及び配線ＲＢＬの電位はＬレベルであり、配線ＷＢＬ及びノードＦＮの電位はＶ０であるとする。
【００４９】
時刻Ｔ１において、配線ＷＬの電位をＨレベルとしたとき、トランジスタＭ１がオン状態となるので、ノードＦＮは、配線ＷＢＬの電位が与えられる。つまり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間において、配線ＷＢＬの電位をＶ１とした場合、ノードＦＮの電位もＶ１となる。このとき、ノードＦＮと配線ＣＬとの間の電位差は容量素子Ｃ１に保持される。
【００５０】
なお、配線ＷＬに与えられる電圧は、Ｖ１とトランジスタＭ１のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を足し合わせた電圧（Ｖ１＋Ｖｔｈ）以上にすることが好ましい。そうすることで、ノードＦＮにＶ１を正確に伝えることができる。
【００５１】
時刻Ｔ２において、配線ＷＬの電位をＬレベルとしたとき、トランジスタＭ１がオフ状態となる。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間において、配線ＷＢＬの電位をＬレベルとしても、容量素子Ｃ１によりノードＦＮの電位はＶ１で保持される。
【００５２】
図２（Ｂ）に、Ｖ１を書き込んだメモリセルＭＣの読み出し動作のタイミングチャートを示す。なお、図２（Ｂ）において、時刻Ｔ４以降の動作は、図２（Ａ）の時刻Ｔ３以降の動作を表すものとする。
【００５３】
時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの間において、配線ＳＬにＨレベルの電位が印加されたとき、ノードＦＮの電位はＶ１なので、トランジスタＭ２はオン状態となり、配線ＲＢＬにＨレベルの電位が印加される。このとき、読み出し回路で配線ＲＢＬの電位を読み出すことで、ノードＦＮの電位（Ｖ１）を読み出すことができる。
【００５４】
読み出し動作を終了するときは、時刻Ｔ６において、配線ＳＬにＬレベルの電位を印加する。トランジスタＭ２はオン状態を維持しているため、配線ＲＢＬはＬレベルとなる。
【００５５】
図３（Ａ）に、メモリセルＭＣにＶ０を書き込む動作のタイミングチャートを示す。なお、図３（Ａ）において、時刻Ｔ８以降の動作は、図２（Ｂ）の時刻Ｔ７以降の動作を表すものとする。
【００５６】
時刻Ｔ９において、配線ＷＬの電位をＨレベルとしたとき、トランジスタＭ１がオン状態となるので、ノードＦＮは、配線ＷＢＬの電位が与えられる。つまり、時刻Ｔ９から時刻Ｔ１０までの間において、配線ＷＢＬの電位をＶ０の電位とした場合、ノードＦＮの電位もＶ０となる。このとき、ノードＦＮと配線ＣＬとの間の電位差は容量素子Ｃ１に保持される。
【００５７】
時刻Ｔ１０において、配線ＷＬの電位をＬレベルとしたとき、トランジスタＭ１がオフ状態となる。時刻Ｔ１０から時刻Ｔ１１までの間において、配線ＷＢＬの電位をＬレベルとしても、容量素子Ｃ１によりノードＦＮの電位はＶ０の電位で保持される。
【００５８】
図３（Ｂ）に、Ｖ０を書き込んだメモリセルＭＣの読み出し動作のタイミングチャートを示す。なお、図３（Ｂ）において、時刻Ｔ１２以降の動作は、図３（Ａ）の時刻Ｔ１１以降の動作を表すものとする。
【００５９】
時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４までの間において、配線ＳＬにＨレベルの電位が印加されたとき、ノードＦＮはＶ０の電位なので、トランジスタＭ２はオフ状態となり、配線ＲＢＬはＬレベルの電位を維持する。このとき、読み出し回路で配線ＲＢＬの電位を読み出すことで、ノードＦＮの電位（Ｖ０）を読み出すことができる。
【００６０】
読み出し動作を終了するときは、時刻Ｔ１４において、配線ＳＬにＬレベルの電位が印加する。トランジスタＭ２はオフ状態を維持しているため、配線ＲＢＬもＬレベルの電位を維持する。
【００６１】
以上の動作により、メモリセルＭＣはデータの書き込みと読み出しを行うことができる。
【００６２】
なお、メモリセルＭＣにおいて、配線ＣＬをＨレベルとした場合、ノードＦＮの電位に関わらず、トランジスタＭ２はオン状態となる。すなわち、配線ＣＬをＨレベルとすることで、強制的にトランジスタＭ２をオン状態にすることができる。
【００６３】
メモリセルＭＣは、フラッシュメモリなどの他の不揮発性メモリと比べて、データを書き込む際の消費電力が小さい。また、メモリセルＭＣはフラッシュメモリやＲｅＲＡＭのようにデータを書き込む際に素子が劣化することもなく、データの書き込み可能回数に制限が無い。そのため、メモリセルＭＣを用いることで信頼性の高い記憶装置を提供することができる。
【００６４】
トランジスタＭ１のバックゲートとトランジスタＭ２のバックゲートに、それぞれ異なる電位を与えても良い。そうすることで、トランジスタＭ１とトランジスタＭ２のしきい値電圧を個別に制御することができる。例えば、トランジスタＭ１のバックゲートにはトランジスタＭ２のバックゲートよりも大きな電圧を与えることが好ましい。そうすることで、トランジスタＭ１はしきい値電圧を大きくし、オフ電流をより小さくすることができる。また、トランジスタＭ２はしきい値電圧を小さくし、オン電流をより大きくすることができる。
【００６５】
メモリセルＭＣが扱うデータは、１ビット（２値）のデータに限定されない。２ビット（２２＝４値）、３ビット（２３＝８値）など、ｎビット（ｎは１以上の整数）のデータを扱うことができる。
【００６６】
＜＜メモリセルのその他の構成例＞＞
トランジスタＭ１、Ｍ２が有するバックゲートは、それぞれのフロントゲートと電気的に接続してもよい。その場合の回路図を図４（Ａ）に示す。そうすることで、トランジスタＭ１、Ｍ２はオン電流を向上させることができる。
【００６７】
また、トランジスタＭ１、Ｍ２のバックゲートは、場合によっては省略してもよい。そうすることで、トランジスタの製造工程を短縮することができる。
【００６８】
図４（Ｂ）に示すように、メモリセルＭＣは、トランジスタＭ２と配線ＲＢＬとの間にトランジスタＭ３を設けてもよい。トランジスタＭ３のオン・オフは配線ＲＬの電位で制御することができる。トランジスタＭ３は、トランジスタＭ１、Ｍ２と同様にＯＳトランジスタを用いることが好ましい。メモリセルＭＣはトランジスタＭ３を設けることで、配線ＳＬの電位に影響されず、任意のタイミングでデータの読み出しを行うことができる。なお、トランジスタＭ３は、トランジスタＭ２と配線ＳＬの間に設けても良い。
【００６９】
＜＜メモリセルアレイの構成例＞＞
次に、複数のメモリセルＭＣを配置した、メモリセルアレイの構成例について、図５および図６を用いて説明を行う。
【００７０】
図５はメモリセルＭＣを左右対称に２つ並べた場合の回路図を示している。２つのメモリセルを、メモリセルＭＣ１、ＭＣ２とそれぞれ区別することにする。また、配線ＷＬは、メモリセルＭＣ１に電気的に接続されたものを配線ＷＬ１とし、メモリセルＭＣ２に電気的に接続されたものを配線ＷＬ２として区別する。また、配線ＣＬは、メモリセルＭＣ１に電気的に接続されたものを配線ＣＬ１し、メモリセルＭＣ２に電気的に接続されたものを配線ＣＬ２として区別する。
【００７１】
メモリセルＭＣ１、ＭＣ２は、１つの配線ＷＢＬに電気的に接続されている。すなわち、メモリセルＭＣ１、ＭＣ２は配線ＷＢＬを共有している。また、配線ＲＢＬは、メモリセルＭＣ１およびメモリセルＭＣ２を間に介して、配線ＳＬと電気的に接続される。
【００７２】
メモリセルＭＣ１にデータを書き込む場合は、配線ＷＬ１をＨレベルとし、配線ＷＬ２をＬレベルとすればよい。同様に、メモリセルＭＣ２にデータを書き込む場合は、配線ＷＬ２をＨレベルとし、配線ＷＬ１をＬレベルとすればよい。
【００７３】
メモリセルＭＣ１のデータを読み出す場合は、配線ＣＬ１をＬレベルにし、配線ＣＬ２をＨレベルにすればよい。そうすることで、メモリセルＭＣ２が有するトランジスタＭ２を強制的にオン状態にすることができる。その結果、配線ＲＢＬの電位は、メモリセルＭＣ２が保持するデータに影響されず、メモリセルＭＣ１が保持するデータのみに影響される。すなわち、メモリセルＭＣ１のデータを読み出すことができる。逆に、メモリセルＭＣ２のデータを読み出す場合は、配線ＣＬ１をＨレベルにし、配線ＣＬ２をＬレベルにすればよい。
【００７４】
図６は、メモリセルＭＣを３次元で配置した場合のブロック図を示している。なお、図６において、配線ＷＬおよび配線ＣＬは１本の配線で表現されている。また、ＶＢＧを与える配線は省略されている。
【００７５】
図６において、配線ＷＢＬは基板（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）に対して上下方向に延伸し、配線ＷＢＬと直交するように配線ＷＬおよび配線ＣＬが延伸している。また、図５と同様に、隣り合う２つのメモリセルＭＣが１つの配線ＷＢＬを共有している。図６に示すようにメモリセルＭＣを配置することで、メモリセルＭＣを高集積に配置することが可能になり、大容量の記憶装置を実現することができる。
【００７６】
＜記憶装置＞
次に、上記メモリセルＭＣを用いた記憶装置の構成例について、図７を用いて説明を行う。
【００７７】
図７に記憶装置の構成の一例を示す。記憶装置１０は、周辺回路１１、およびメモリセルアレイ１２（図中には、Ｍｅｍｏｒｙ  Ｃｅｌｌ  Ａｒｒａｙと表記）を有する。周辺回路１１は、ローデコーダ２１（図中には、Ｒｏｗ  Ｄｅｃｏｄｅｒと表記）、ワード線ドライバ回路２２（図中には、Ｗｏｒｄ  Ｌｉｎｅ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ｃｉｒ．と略記）、ビット線ドライバ回路３０（図中には、Ｂｉｔ  Ｌｉｎｅ  Ｄｒｉｖｅｒ  Ｃｉｒ．と略記）、出力回路４０（図中には、Ｏｕｔｐｕｔ  Ｃｉｒ．と略記）、コントロールロジック回路６０（図中には、Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｉｒ．と略記）を有する。
【００７８】
メモリセルアレイ１２は、上述のメモリセルＭＣを複数有する。メモリセルアレイ１２は、メモリセルＭＣを２次元、または図６に示すように３次元で配置することができる。
【００７９】
ビット線ドライバ回路３０は、カラムデコーダ３１（図中には、Ｃｏｌｕｍｎ  Ｄｅｃｏｄｅｒと表記）、プリチャージ回路３２（図中には、Ｐｒｅｃｈａｒｇｅ  Ｃｉｒ．と略記）、センスアンプ３３（図中には、Ｓｅｎｓｅ  Ａｍｐ．と略記）、および書き込み回路３４（図中には、Ｗｒｉｔｅ  Ｃｉｒ．と略記）を有する。プリチャージ回路３２は、配線ＳＬおよび配線ＣＬなどをプリチャージする機能を有する。センスアンプ３３は、配線ＲＢＬから読み出されたデータ信号を増幅する機能を有する。増幅されたデータ信号は、出力回路４０を介して、デジタルのデータ信号ＲＤＡＴＡとして記憶装置１０の外部に出力される。
【００８０】
記憶装置１０には、外部から電源電圧として低電源電圧（ＶＳＳ）、周辺回路１１用の高電源電圧（ＶＤＤ）、メモリセルアレイ１２用の高電源電圧（ＶＩＬ）が供給される。
【００８１】
また、記憶装置１０には、制御信号（ＣＥ、ＷＥ、ＲＥ）、アドレス信号ＡＤＤＲ、データ信号ＷＤＡＴＡが外部から入力される。ＡＤＤＲは、ローデコーダ２１およびカラムデコーダ３１に入力され、ＷＤＡＴＡは書き込み回路３４に入力される。
【００８２】
コントロールロジック回路６０は、外部からの入力信号（ＣＥ、ＷＥ、ＲＥ）を処理して、ローデコーダ２１、カラムデコーダ３１の制御信号を生成する。ＣＥは、チップイネーブル信号であり、ＷＥは、書き込みイネーブル信号であり、ＲＥは、読み出しイネーブル信号である。コントロールロジック回路６０が処理する信号は、これに限定されるものではなく、必要に応じて、他の制御信号を入力すればよい。
【００８３】
なお、上述の各回路あるいは各信号は、必要に応じて、適宜、取捨することができる。
【００８４】
メモリセルアレイ１２だけでなく、周辺回路１１もＯＳトランジスタで構成することが好ましい。そうすることで、周辺回路１１とメモリセルアレイ１２を、同一の製造工程で作製することが可能になり、記憶装置１０の製造コストを低く押させることができる。
【００８５】
以上、本実施の形態に示す記憶装置により、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。また、記憶容量の大きい記憶装置を提供することができる。また、製造コストの低い記憶装置を提供することができる。
【００８６】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【００８７】
（実施の形態２）
以下では、上記実施の形態に示す記憶装置の構成の一例について、図８乃至図１８を用いて説明する。
【００８８】
＜記憶装置の構成例＞
図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、および図１０（Ｂ）は、本発明の一態様に係るトランジスタ２００、トランジスタ５００、および容量素子１００を有するメモリセル６００の上面図および断面図である。
【００８９】
図８（Ａ）は、メモリセル６００を有する記憶装置の上面図である。また、図８（Ｂ）、図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ａ）、および図１０（Ｂ）は当該記憶装置の断面図である。ここで、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）にＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル長方向、およびトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図でもある。また、図９（Ａ）は、図８（Ａ）にＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図でもある。また、図９（Ｂ）は、図８（Ａ）にＡ５−Ａ６の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ５００のチャネル長方向の断面図でもある。また、図１０（Ａ）は、図８（Ａ）にＡ７−Ａ８の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のソース領域またはドレイン領域の一方の断面図でもある。また、図１０（Ｂ）は、図８（Ａ）にＡ９−Ａ１０の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のソース領域またはドレイン領域の他方の断面図でもある。なお、図８（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。
【００９０】
ここで、メモリセル６００はメモリセルＭＣと対応し、トランジスタ２００はトランジスタＭ１と対応し、トランジスタ５００はトランジスタＭ２と対応し、容量素子１００は容量素子Ｃ１と対応する。
【００９１】
本発明の一態様の記憶装置は、トランジスタ２００と、トランジスタ５００と、容量素子１００と、層間膜として機能する絶縁体２１０、絶縁体２１２、絶縁体２７３、絶縁体２７４、絶縁体２８０を有する。また、トランジスタ２００と電気的に接続し、配線として機能する導電体２０３、およびプラグとして機能する導電体２４０（導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ）とを有する。また、トランジスタ５００と電気的に接続し、配線として機能する導電体５０３、およびプラグとして機能する導電体５４０ａとを有する。また、容量素子１００と電気的に接続し、プラグとして機能する導電体５４０ｂとを有する。なお、以下において導電体５４０ａおよび導電体５４０ｂをまとめて導電体５４０とする場合がある。ここで、導電体５０３は導電体２０３と、導電体５４０は導電体２４０と、同じ層に形成され、同様の構成を有する。よって、導電体５０３は導電体２０３の、導電体５４０は導電体２４０の、記載を参酌することができる。
【００９２】
なお、導電体２０３は、絶縁体２１２の開口の内壁に接して導電体２０３の第１の導電体が形成され、さらに内側に導電体２０３の第２の導電体が形成されている。ここで、導電体２０３の上面の高さと、絶縁体２１２の上面の高さは同程度にできる。なお、本実施の形態では、導電体２０３の第１の導電体および導電体２０３の第２の導電体を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２０３を単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。また、構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。なお、導電体５０３も導電体２０３と同様の構成を有する。
【００９３】
絶縁体２７３は、トランジスタ２００、トランジスタ５００、および容量素子１００の上に配置される。絶縁体２７４は絶縁体２７３上に配置される。絶縁体２８０は絶縁体２７４上に配置される。
【００９４】
また、導電体２４０は、絶縁体２７３、絶縁体２７４、および絶縁体２８０の開口の内壁に接して形成されている。ここで、導電体２４０の上面の高さと、絶縁体２８０の上面の高さは同程度にできる。なお、本実施の形態では、導電体２４０が２層の積層構造である構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２４０は、単層、又は３層以上の積層構造でもよい。なお、導電体５４０も導電体２４０と同様の構成を有する。
【００９５】
図８、図９（Ａ）に示すように、トランジスタ２００は、基板（図示せず。）の上に配置された絶縁体２１４および絶縁体２１６と、絶縁体２１４および絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５と、絶縁体２１６と導電体２０５の上に配置された絶縁体２２０と、絶縁体２２０の上に配置された絶縁体２２２と、絶縁体２２２の上に配置された絶縁体２２４と、絶縁体２２４の上に配置された酸化物２３０（酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃ）と、酸化物２３０の上に配置された絶縁体２５０と、絶縁体２５０上に配置された金属酸化物２５２と、金属酸化物２５２の上に配置された導電体２６０（導電体２６０ａ、および導電体２６０ｂ）と、導電体２６０の上に配置された絶縁体２７０と、絶縁体２７０上に配置された絶縁体２７１と、少なくとも酸化物２３０ｃ、絶縁体２５０、金属酸化物２５２、および導電体２６０の側面と接して配置された絶縁体２７５と、酸化物２３０上に形成された層２４２と、を有する。また、層２４２の一方に接して導電体２４０ａが配置される。
【００９６】
トランジスタ２００において、層２４２の一方がソース及びドレインの一方として機能し、層２４２の他方がソース及びドレインの他方として機能し、導電体２６０がフロントゲートとして機能し、導電体２０５がバックゲートとして機能する。また、導電体２４０ａは、配線ＷＢＬに相当する導電体に電気的に接続される。また、導電体２６０は配線ＷＬに相当する導電体に電気的に接続される。
【００９７】
また、図８、図９（Ｂ）に示すように、トランジスタ５００は、基板（図示せず。）の上に配置された絶縁体２１４および絶縁体２１６と、絶縁体２１４および絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体５０５と、絶縁体２１６と導電体５０５の上に配置された絶縁体２２０と、絶縁体２２０の上に配置された絶縁体２２２と、絶縁体２２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０（酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、および酸化物５３０ｃ）と、酸化物５３０の上に配置された絶縁体５５０と、絶縁体５５０上に配置された金属酸化物５５２と、金属酸化物５５２の上に配置された導電体５６０（導電体５６０ａ、および導電体５６０ｂ）と、導電体５６０の上に配置された絶縁体５７０と、絶縁体５７０上に配置された絶縁体５７１と、少なくとも酸化物５３０ｃ、絶縁体５５０、金属酸化物５５２、および導電体５６０の側面と接して配置された絶縁体５７５と、酸化物５３０上に形成された層５４２と、を有する。また、層５４２の一方に接して導電体５４０ａが配置され、層５４２の他方に接して導電体５４０ｂが配置される。
【００９８】
トランジスタ５００において、層５４２の一方がソース及びドレインの一方として機能し、層５４２の他方がソース及びドレインの他方として機能し、導電体５６０がフロントゲートとして機能し、導電体５０５がバックゲートとして機能する。また、導電体５４０ａは、配線ＲＢＬに相当する導電体に電気的に接続される。また、導電体５４０ｂは、配線ＳＬに相当する導電体に電気的に接続される。
【００９９】
ここで、トランジスタ５００は、トランジスタ２００と同じ層に形成され、同様の構成を有する。よって、酸化物５３０は、酸化物２３０と同様の構成を有し、酸化物２３０の記載を参酌することができる。導電体５０５は、導電体２０５と同様の構成を有し、導電体２０５の記載を参酌することができる。絶縁体５２４は、絶縁体２２４と同様の構成を有し、絶縁体２２４の記載を参酌することができる。絶縁体５５０は、絶縁体２５０と同様の構成を有し、絶縁体２５０の記載を参酌することができる。金属酸化物５５２は、金属酸化物２５２と同様の構成を有し、金属酸化物２５２の記載を参酌することができる。導電体５６０は、導電体２６０と同様の構成を有し、導電体２６０の記載を参酌することができる。絶縁体５７０は、絶縁体２７０と同様の構成を有し、絶縁体２７０の記載を参酌することができる。絶縁体５７１は、絶縁体２７１と同様の構成を有し、絶縁体２７１の記載を参酌することができる。絶縁体５７５は、絶縁体２７５と同様の構成を有し、絶縁体２７５の記載を参酌することができる。以下に、おいて、特段の記載がない限り、上記のようにトランジスタ５００の構成は、トランジスタ２００の構成の記載を参酌することができる。
【０１００】
なお、トランジスタ２００では、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物２３０ｂの単層、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ａの２層構造、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃの２層構造、または４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ５００の酸化物５３０についても同様である。また、トランジスタ２００では、導電体２６０ａおよび導電体２６０ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。また、トランジスタ５００の導電体５６０についても同様である。
【０１０１】
容量素子１００は、導電体１１０と、導電体１１０上に絶縁体１３０、絶縁体１３０上に導電体１２０を有する。導電体１２０は、絶縁体１３０を介して、少なくとも一部が導電体１１０と重なるように、配置されることが好ましい。また、導電体１２０の上に接して導電体２４０ｂが配置される。導電体１１０は、トランジスタ２００のソース及びドレインの一方として機能する層２４２と接し、且つ絶縁体５７０および絶縁体５７１の開口を介して導電体５６０と接する。
【０１０２】
容量素子１００において、導電体１１０は電極の一方として機能し、導電体１２０は電極の他方として機能する。また、絶縁体１３０は容量素子１００の誘電体として機能する。導電体２４０ｂは、配線ＣＬに相当する導電体に電気的に接続される。ここで、導電体１１０は、トランジスタ２００のソースおよびドレインの一方、およびトランジスタ５００のゲートと、接続されており、ノードＦＮとして機能する。
【０１０３】
図８（Ａ）に示すように、容量素子１００の一部が、トランジスタ２００またはトランジスタ５００と重畳するように形成される。これにより、トランジスタ２００、トランジスタ５００、および容量素子１００の投影面積の合計を小さくし、メモリセル６００の占有面積を低減することができる。よって、上記記憶装置の微細化および高集積化が容易になる。また、トランジスタ２００、トランジスタ５００、および容量素子１００を同じ工程で形成することができるので、工程を短縮し、生産性を向上させることができる。
【０１０４】
なお、メモリセル６００において、トランジスタ２００のチャネル長方向とトランジスタ５００のチャネル長方向が直交するように、トランジスタ２００、トランジスタ５００および容量素子１００を設けているが、本実施の形態に示す記憶装置はこれに限られるものではない。図１等に示すメモリセル６００は、記憶装置の構成の一例であり、回路構成や駆動方法に応じて、適切な構造のトランジスタを、適宜配置すればよい。
【０１０５】
次に、トランジスタ２００に用いる酸化物２３０に係る詳細の説明を行う。以下において、特段の記載を行わない場合、トランジスタ５００の酸化物５３０についても酸化物２３０の記載を参酌するものとする。トランジスタ２００は、チャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）を含む酸化物２３０（酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃ）に、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）を用いることが好ましい。
【０１０６】
チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタ２００は、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の記憶装置を提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の記憶装置を構成するトランジスタ２００に用いることができる。
【０１０７】
例えば、酸化物２３０として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物２３０として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【０１０８】
ここで、酸化物半導体は、酸化物半導体を構成する元素の他に、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、クロム、タングステン、などの金属元素が添加されることで、金属化合物を形成し、低抵抗化する。なお、好ましくは、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステンなどを用いることが好ましい。
【０１０９】
酸化物半導体に、金属元素を添加するには、例えば、酸化物半導体上に、当該金属元素を含む金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜を設けるとよい。また、当該膜を設けることで、当該膜と酸化物半導体との界面、または当該界面近傍に位置する酸化物半導体中の一部の酸素が該膜などに吸収され、酸素欠損を形成し、当該界面近傍が低抵抗化する場合がある。
【０１１０】
また、酸化物半導体上に、金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜を設けた後、窒素を含む雰囲気下で、熱処理を行うとよい。窒素を含む雰囲気下での熱処理により、金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜から、当該膜の成分である金属元素が酸化物半導体へ、または酸化物半導体の成分である金属元素が当該膜へと、拡散し、酸化物半導体と、当該膜とが金属化合物を形成し、低抵抗化することができる。酸化物半導体に添加された金属元素は、酸化物半導体と金属元素と、金属化合物を形成することで、比較的安定な状態となるため、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。
【０１１１】
また、金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜と、酸化物半導体との界面に、化合物層（以下、異層ともいう。）が形成されていてもよい。なお、化合物層（異層）とは、金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜の成分と、酸化物半導体の成分とを含む金属化合物を有する層とする。例えば、化合物層として、酸化物半導体の金属元素と、添加された金属元素とが、合金化した層が形成されていてもよい。当該合金化した層は、比較的安定な状態であり、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。
【０１１２】
また、酸化物半導体に存在する水素は、酸化物半導体の低抵抗化した領域に拡散し、低抵抗化した領域に存在する酸素欠損の中に入った場合、比較的安定な状態となる。また、酸化物半導体に存在する酸素欠損中の水素は、２５０℃以上の熱処理によって、酸素欠損から抜け出し、酸化物半導体の低抵抗化した領域に拡散し、低抵抗化した領域に存在する酸素欠損の中に入り、比較的安定な状態となることがわかっている。従って、熱処理によって、酸化物半導体の低抵抗化した領域、または金属化合物が形成された領域は、より低抵抗化し、低抵抗化していない酸化物半導体は、高純度化（水、水素などの不純物の低減）し、より高抵抗化する傾向がある。
【０１１３】
また、酸化物半導体は、水素、または窒素などの不純物元素が存在すると、キャリア密度が増加する。酸化物半導体中の水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になり、酸素欠損を形成する場合がある。当該酸素欠損に水素が入ると、キャリア密度は増加する。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。つまり、窒素、または水素を有する酸化物半導体は、低抵抗化される。
【０１１４】
従って、酸化物半導体に、金属元素、並びに、水素、および窒素などの不純物元素を、選択的に添加することで、酸化物半導体に高抵抗領域、および低抵抗領域を設けることができる。つまり、酸化物２３０を選択的に低抵抗化することで、島状に加工した酸化物２３０に、キャリア密度が低い半導体として機能する領域と、ソース領域、またはドレイン領域として機能する低抵抗化した領域を設けることができる。
【０１１５】
ここで、図８（Ｂ）において破線で囲む、選択的に低抵抗化した酸化物２３０ｂを含む領域２３９の拡大図を図１１に示す。
【０１１６】
図１１に示すように、酸化物２３０は、トランジスタのチャネル形成領域として機能する領域２３４と、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１（領域２３１ａ、および領域２３１ｂ）と、領域２３４と領域２３１との間に設けられる、領域２３２（領域２３２ａ、および領域２３２ｂ）と、を有する。
【０１１７】
ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１は、酸素濃度が低く、低抵抗化した領域である。また、チャネル形成領域として機能する領域２３４は、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１よりも、酸素濃度が高く、キャリア密度が低い高抵抗領域である。また、領域２３２は、ソース領域またはドレイン領域として機能する領域２３１よりも、酸素濃度が高く、キャリア密度が低い、かつ、チャネル形成領域として機能する領域２３４よりも、酸素濃度が低く、キャリア密度が高い領域である。
【０１１８】
なお、領域２３１は、金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が領域２３２、および領域２３４よりも高いことが好ましい。
【０１１９】
例えば、領域２３１は、酸化物２３０の他に、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの金属元素の中から選ばれるいずれか一つまたは複数の金属元素を有することが好ましい。
【０１２０】
領域２３１を形成するために、例えば、酸化物２３０の領域２３１に接して、金属元素を有する膜を設ければよい。当該金属元素を有する膜は、領域２３１の形成後に、島状にパターニングして導電体１１０となる。なお、当該金属元素を有する膜として、金属膜、金属元素を有する酸化膜、または金属元素を有する窒化膜を用いることができる。その際、当該金属元素を有する膜と、酸化物２３０との界面に、層２４２が形成されていてもよい。例えば層２４２は、酸化物２３０の上面および側面に形成される場合がある。なお、層２４２は、当該金属元素を有する膜の成分と、酸化物２３０の成分とを含む金属化合物を有する層とし、化合物層と呼ぶこともできる。例えば、層２４２として、酸化物２３０中の金属元素と、添加された金属元素とが、合金化した層が形成されていてもよい。
【０１２１】
酸化物２３０に、金属元素が添加されることで、酸化物２３０中に、金属化合物が形成され、領域２３１を低抵抗化することができる。なお、当該金属化合物は、必ずしも、酸化物２３０中に形成されていなくともよい。例えば、上記金属元素を有する膜（導電体１１０）に、金属化合物が形成されていてもよい。また、例えば、酸化物２３０の表面、導電体１１０の表面、または導電体１１０と酸化物２３０との界面に形成された層２４２に設けられていてもよい。
【０１２２】
従って、領域２３１は、層２４２の低抵抗化領域も含む場合がある。よって、層２４２の少なくとも一部がトランジスタ２００のソース領域またはドレイン領域として機能する場合がある。
【０１２３】
領域２３２は、絶縁体２７５と重畳する領域を有する。領域２３２は、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素、の少なくとも一の濃度が領域２３４よりも高いことが好ましい。例えば、酸化物２３０の領域２３１に接して、上記金属元素を有する膜を設けることで、上記金属元素を有する膜中の成分と、酸化物半導体の成分とが、金属化合物を形成する場合がある。当該金属化合物は、酸化物２３０に含まれる水素を引き寄せる場合がある。従って、領域２３１の近傍である領域２３２の水素の濃度が高くなる場合がある。
【０１２４】
なお、領域２３２ａ、および領域２３２ｂのいずれか一方または双方は、導電体２６０と重畳する領域を有する構成としてもよい。当該構成とすることで、導電体２６０と、領域２３２ａおよび領域２３２ｂとを、オーバーラップさせることが可能となる。
【０１２５】
また、図１１では、領域２３４、領域２３１、および領域２３２が、酸化物２３０ｂに形成されているが、これに限られない。例えば、これらの領域は層２４２、層２４２と酸化物２３０との間に形成された化合物層、酸化物２３０ａ、および酸化物２３０ｃにも、形成されていてもよい。また、図１１では、各領域の境界を、酸化物２３０の上面に対して略垂直に表示しているが、本実施の形態はこれに限られるものではない。例えば、領域２３２が酸化物２３０ｂの表面近傍では導電体２６０側に張り出し、酸化物２３０ａの下面近傍では、導電体２４０ａ側または導電体２４０ｂ側に後退する形状になる場合がある。
【０１２６】
また、酸化物２３０において、各領域の境界は明確に検出することが困難な場合がある。各領域内で検出される金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素の濃度は、領域ごとの段階的な変化に限らず、各領域内でも連続的に変化（グラデーションともいう。）していてもよい。つまり、チャネル形成領域に近い領域であるほど、金属元素、並びに水素、および窒素などの不純物元素の濃度が減少していればよい。
【０１２７】
酸化物２３０を、選択的に低抵抗化するには、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの導電性を高める金属元素、および不純物の少なくとも一を、所望の領域に添加すればよい。なお、不純物としては、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損に捕獲される元素などを用いればよい。例えば、当該元素として、水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノン等がある。
【０１２８】
領域２３１は、上述の導電性を高める金属元素、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損に捕獲される元素の含有率を高くすることで、キャリア密度を高くし、低抵抗化を図ることができる。
【０１２９】
領域２３１を低抵抗化するために、例えば、酸化物２３０の領域２３１に接して、上記金属元素を有する膜を成膜するとよい。当該金属元素を有する膜としては、金属膜、金属元素を有する酸化膜、または金属元素を有する窒化膜などを用いることができる。当該金属元素を有する膜は、少なくとも、絶縁体２５０、金属酸化物２５２、導電体２６０、絶縁体２７０、絶縁体２７１、および絶縁体２７５を介して、酸化物２３０上に設けることが好ましい。なお、上記金属元素を有する膜は、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚にするとよい。上記金属元素を有する膜は、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの金属元素を含む膜とする。なお、上記金属元素を有する膜の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、またはＡＬＤ法などを用いて行うことができる。
【０１３０】
酸化物２３０と上記金属元素を有する膜とが接することにより、当該金属元素を有する膜の成分と、酸化物２３０の成分とが、金属化合物を形成し、領域２３１となり、低抵抗化する。また、酸化物２３０と当該金属元素を有する膜との界面、または当該界面近傍に位置する酸化物２３０中の酸素の一部が層２４２に吸収され、酸化物２３０に酸素欠損を形成し、低抵抗化し、領域２３１を形成する場合がある。
【０１３１】
また、酸化物２３０と、上記金属元素を有する膜とが、接した状態で、窒素を含む雰囲気下において熱処理を行うとよい。当該熱処理により、当該金属元素を有する膜から、当該金属元素を有する膜の成分である金属元素が酸化物２３０へ、または酸化物２３０の成分である金属元素が当該金属元素を有する膜へと、拡散し、酸化物２３０と、当該金属元素を有する膜とが金属化合物を形成し、低抵抗化する。このようにして、酸化物２３０と当該金属元素を有する膜との間に層２４２が形成される。なお、その際、酸化物２３０の金属元素と、当該金属元素を有する膜の金属元素とが、合金化してもよい。従って、層２４２は合金を含む場合がある。当該合金は、比較的安定な状態であり、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。
【０１３２】
上記熱処理は、例えば、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下、さらに好ましくは３２０℃以上４５０℃以下で行えばよい。なお、熱処理は、窒素または不活性ガス雰囲気で行う。また、熱処理は減圧状態で行ってもよい。また、窒素または不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、酸化性ガスを含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。
【０１３３】
また、酸化物２３０中の水素は、領域２３１に拡散し、領域２３１に存在する酸素欠損の中に入った場合、比較的安定な状態となる。また、領域２３４に存在する酸素欠損中の水素は、２５０℃以上の熱処理によって、酸素欠損から抜け出し、領域２３１に拡散し、領域２３１に存在する酸素欠損の中に入り、比較的安定な状態となる。従って、熱処理によって、領域２３１は、より低抵抗化し、領域２３４は、高純度化（水、水素などの不純物の低減）し、より高抵抗化する。
【０１３４】
一方、酸化物２３０の導電体２６０、および絶縁体２７５と重畳する領域（領域２３４、および領域２３２）は、導電体２６０、および絶縁体２７５を介しているため、金属元素の添加が抑制される。また、酸化物２３０の領域２３４、および領域２３２において、酸化物２３０中の酸素原子が、上述した上記金属元素を有する膜へ吸収されることが抑制される。
【０１３５】
また、上記金属元素を有する膜に、酸化物２３０の領域２３１、および領域２３１に近接する領域２３２の酸素が吸収されることで、領域２３１、および領域２３２に酸素欠損が生じる場合がある。酸化物２３０中の水素が、当該酸素欠損に入ることで、領域２３１、および領域２３２のキャリア密度は増加する。従って、酸化物２３０の領域２３１、および領域２３２は、低抵抗化される。
【０１３６】
ここで、上記金属元素を有する膜が、水素を吸収する特性を有する場合、酸化物２３０中の水素は、当該膜へと吸収される。従って、酸化物２３０中の不純物である水素を低減することができる。上記金属元素を有する膜は、後に導電体１１０にパターニングされるので、酸化物２３０から吸収した水素の大部分は除去される。
【０１３７】
層２４２を形成した後で、上記金属元素を有する膜の一部を除去して、島状の導電体１１０を形成する。当該金属元素を有する膜の膜厚を十分厚く、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下程度にしておくことで、導電体１１０に十分な導電性を与えることができる。よって、導電体１１０も、上記金属元素を有する膜と同様に、膜厚は１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロムなどの金属元素を含むことが好ましい。また、導電体１１０は、金属元素を有する酸化膜、または金属元素を有する窒化膜としてもよい。
【０１３８】
導電体１１０と酸化物２３０の間には、層２４２が形成される。層２４２は、上記金属元素を有する膜の金属元素と、酸化物２３０の金属元素とが、合金化している場合があり、導電体１１０と領域２３１ｂの間の抵抗が低減される場合がある。
【０１３９】
図８（Ｂ）に示すように、導電体１１０は、絶縁体５７０および絶縁体５７１の開口を介して、トランジスタ５００のゲートとして機能する導電体５６０に接する。このように十分な導電性を有する導電体１１０を用いることにより、トランジスタ２００とトランジスタ５００の間の導電性を良好にし、ノードＦＮにデータに対応する電荷を正確に保持することができる。さらに、このようにトランジスタ２００とトランジスタ５００を同じ層に形成し、導電体１１０で接続することで、余計なプラグを形成して、上層または下層でトランジスタ２００とトランジスタ５００を接続しなくてもよい。よって、トランジスタ２００及びトランジスタ５００を形成する層に、形成するプラグの数を減らすことができるので、当該プラグを通じて、トランジスタ２００及びトランジスタ５００に水素などの不純物が拡散することを抑制することができる。
【０１４０】
ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体中のチャネルが形成される領域に不純物及び酸素欠損が存在すると、電気特性が変動しやすく、信頼性が悪くなる場合がある。また、酸化物半導体中のチャネルが形成される領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、チャネルが形成される領域２３４中の酸素欠損はできる限り低減されていることが好ましい。
【０１４１】
そこで、図１１に示すように、絶縁体２５０、酸化物２３０ｂの領域２３２、および酸化物２３０ｃに接して、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素（過剰酸素ともいう。）を含む絶縁体２７５を設けることが好ましい。つまり、絶縁体２７５が有する過剰酸素が、酸化物２３０の領域２３４へと拡散することで、酸化物２３０の領域２３４における酸素欠損を低減することができる。
【０１４２】
また、絶縁体２７５に過剰酸素領域を設けるには、絶縁体２７５に接する絶縁体２７３として、酸化物を、スパッタリング法により成膜するとよい。酸化物の成膜にスパッタリング法を用いることにより、水または水素などの不純物の少ない絶縁体を成膜することができる。スパッタリング法を用いる場合は、例えば、対向ターゲット型のスパッタリング装置を用いて成膜することが好ましい。対向ターゲット型のスパッタリング装置は、対向するターゲット間の高電界領域に被成膜面が晒されることなく成膜できるので、被成膜面がプラズマによる損傷を受けにくく成膜することができるので、絶縁体２７３となる絶縁体の成膜時に酸化物２３０への成膜ダメージを小さくすることができるので好ましい。対向ターゲット型のスパッタリング装置を用いた成膜法を、ＶＤＳＰ（Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ＳＰ）（登録商標）と呼ぶことができる。
【０１４３】
スパッタリング法による成膜時には、ターゲットと基板との間には、イオンとスパッタされた粒子とが存在する。例えば、ターゲットは、電源が接続されており、電位Ｅ０が与えられる。また、基板は、接地電位などの電位Ｅ１が与えられる。ただし、基板が電気的に浮いていてもよい。また、ターゲットと基板の間には電位Ｅ２となる領域が存在する。各電位の大小関係は、Ｅ２＞Ｅ１＞Ｅ０である。
【０１４４】
プラズマ内のイオンが、電位差Ｅ２−Ｅ０によって加速され、ターゲットに衝突することにより、ターゲットからスパッタされた粒子がはじき出される。このスパッタされた粒子が成膜表面に付着し、堆積することにより成膜が行われる。また、一部のイオンはターゲットによって反跳し、反跳イオンとして形成された膜を介して、形成された膜を通過し、被成膜面と接する絶縁体２７５に取り込まれる場合がある。また、プラズマ内のイオンは、電位差Ｅ２−Ｅ１によって加速され、成膜表面を衝撃する。この際、一部のイオンは、絶縁体２７５内部まで到達する。イオンが絶縁体２７５に取り込まれることにより、イオンが取り込まれた領域が絶縁体２７５に形成される。つまり、イオンが酸素を含むイオンであった場合において、絶縁体２７５に過剰酸素領域が形成される。
【０１４５】
絶縁体２７５に過剰な酸素を導入することで、絶縁体２７５中に過剰酸素領域を形成することができる。絶縁体２７５の過剰な酸素は、酸化物２３０の領域２３４に供給され、酸化物２３０の酸素欠損を補償することができる。
【０１４６】
なお、絶縁体２７５は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることが好ましい。酸化窒化シリコンなどの材料は、過剰酸素領域を形成されやすい傾向がある。一方、上述の酸化窒化シリコンなどの材料と比較して、酸化物２３０は、スパッタリング法を用いた酸化膜を、酸化物２３０上に形成したとしても、過剰酸素領域が形成しにくい傾向がある。従って、過剰酸素領域を有する絶縁体２７５を、酸化物２３０の領域２３４の周辺に設けることで、酸化物２３０の領域２３４へ、絶縁体２７５の過剰酸素を効果的に供給することができる。
【０１４７】
また、絶縁体２７３は、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。酸化アルミニウムは、酸化物２３０と近接した状態で、熱処理を行うことで、酸化物２３０中の水素を引き抜く場合がある。なお、酸化物２３０と、酸化アルミニウムとの間に層２４２が設けられている場合、層２４２中の水素を酸化アルミニウムが吸収し、水素が低減された層２４２は、酸化物２３０中の水素を吸収する場合がある。従って、酸化物２３０中の水素濃度を低減することができる。また、絶縁体２７３と、酸化物２３０とを近接した状態で熱処理を行うことで、絶縁体２７３から酸化物２３０、絶縁体２２４、または絶縁体２２２に酸素を供給できる場合がある。
【０１４８】
上記構成、または上記工程を組み合わせることで、酸化物２３０の選択的な低抵抗化を行うことができる。
【０１４９】
つまり、酸化物２３０に低抵抗領域を形成する際に、ゲート電極として機能する導電体２６０、および絶縁体２７５をマスクとすることで、自己整合的に酸化物２３０は低抵抗化する。そのため、複数のトランジスタ２００を同時に形成する場合、トランジスタ間の電気特性バラつきを小さくすることができる。また、トランジスタ２００のチャネル長は、導電体２６０の幅、または絶縁体２７５の成膜膜厚により決定され、導電体２６０の幅を最小加工寸法とすることにより、トランジスタ２００の微細化が可能となる。
【０１５０】
以上より、各領域の範囲を適宜選択することにより、回路設計に合わせて、要求に見合う電気特性を有するトランジスタを容易に提供することができる。
【０１５１】
また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の記憶装置を構成するトランジスタに用いることができる。また、チャネル形成領域に酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流（オフ電流）が小さいため、低消費電力の記憶装置を提供できる。また、トランジスタ２００は、オフ電流が小さいため、これを記憶装置に用いることにより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、あるいは、リフレッシュ動作の頻度が極めて少ないため、記憶装置の消費電力を十分に低減することができる。
【０１５２】
以上より、オン電流が大きいトランジスタを有する記憶装置を提供することができる。または、オフ電流が小さいトランジスタを有する記憶装置を提供することができる。または、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有すると共に、信頼性を向上させた記憶装置を提供することができる。
【０１５３】
以下では、本発明の一態様に係るメモリセル６００を有する記憶装置の詳細な構成について説明する。以下において、特段の記載を行わない場合、トランジスタ５００の詳細な構成についてもトランジスタ２００の詳細な構成の記載を参酌するものとする。
【０１５４】
導電体２０３は、図８（Ａ）、および図９（Ａ）に示すように、チャネル幅方向に延伸されており、導電体２０５に電位を印加する配線として機能する。なお、導電体２０３は、絶縁体２１２に埋め込まれて設けることが好ましい。
【０１５５】
導電体２０５は、酸化物２３０、および導電体２６０と、重なるように配置する。また、導電体２０５は、導電体２０３の上に接して設けるとよい。また、導電体２０５は、絶縁体２１４および絶縁体２１６に埋め込まれて設けることが好ましい。
【０１５６】
ここで、導電体２６０は、第１のゲート（フロントゲートともいう。）電極として機能する場合がある。また、導電体２０５は、第２のゲート（バックゲートともいう。）電極として機能する場合がある。その場合、導電体２０５に印加する電位を、導電体２６０に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ２００の閾値電圧を制御することができる。特に、導電体２０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ２００の閾値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体２０５に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体２６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
【０１５７】
また、導電体２０３上に導電体２０５を設けることで、第１のゲート電極、および配線としての機能を有する導電体２６０と、導電体２０３との距離を適宜設計することが可能となる。つまり、導電体２０３と導電体２６０の間に絶縁体２１４および絶縁体２１６などが設けられることで、導電体２０３と導電体２６０の間の寄生容量を低減し、導電体２０３と導電体２６０の間の絶縁耐圧を高めることができる。
【０１５８】
また、導電体２０３と導電体２６０の間の寄生容量を低減することで、トランジスタ２００のスイッチング速度を向上させ、高い周波数特性を有するトランジスタにすることができる。また、導電体２０３と導電体２６０の間の絶縁耐圧を高めることで、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。よって、絶縁体２１４および絶縁体２１６の膜厚を厚くすることが好ましい。なお、導電体２０３の延伸方向はこれに限られず、例えば、トランジスタ２００のチャネル長方向に延伸されてもよい。
【０１５９】
なお、導電体２０５は、図８（Ａ）に示すように、酸化物２３０、および導電体２６０と重なるように配置する。また、導電体２０５は、酸化物２３０における領域２３４よりも、大きく設けるとよい。特に、図９（Ａ）に示すように、導電体２０５は、酸化物２３０の領域２３４のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延伸していることが好ましい。つまり、酸化物２３０のチャネル幅方向における側面において、導電体２０５と、導電体２６０とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。
【０１６０】
上記構成を有することで、導電体２６０、および導電体２０５に電位を印加した場合、導電体２６０から生じる電界と、導電体２０５から生じる電界と、がつながり、酸化物２３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。
【０１６１】
つまり、第１のゲート電極としての機能を有する導電体２６０の電界と、第２のゲート電極としての機能を有する導電体２０５の電界によって、領域２３４のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。本明細書において、第１のゲート電極、および第２のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域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。
【０１６２】
また、導電体２０５は、絶縁体２１４および絶縁体２１６の開口の内壁に接して第１の導電体が形成され、さらに内側に第２の導電体が形成されている。ここで、第１の導電体および第２の導電体の上面の高さと、絶縁体２１６の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ２００では、導電体２０５の第１の導電体および導電体２０５の第２の導電体を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２０５は、単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
【０１６３】
ここで、導電体２０５、または導電体２０３の第１の導電体は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、または上記酸素のいずれか一または、すべての拡散を抑制する機能とする。
【０１６４】
導電体２０５、または導電体２０３の第１の導電体が酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体２０５、または導電体２０３の第２の導電体が酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。したがって、導電体２０５、または導電体２０３の第１の導電体としては、上記導電性材料を単層または積層とすればよい。これにより、絶縁体２１０より基板側から、水素、水などの不純物が、導電体２０３、および導電体２０５を通じて、トランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。
【０１６５】
また、導電体２０５の第２の導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。なお、導電体２０５の第２の導電体を単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０１６６】
また、導電体２０３の第２の導電体は、配線として機能するため、導電体２０５の第２の導電体より導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２０３の第２の導電体は積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０１６７】
特に、導電体２０３に、銅を用いることが好ましい。銅は抵抗が小さいため、配線等に用いることが好ましい。一方、銅は拡散しやすいため、酸化物２３０に拡散することで、トランジスタ２００の電気特性を低下させる場合がある。そこで、例えば、絶縁体２１４には、銅の透過性が低い酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどの材料を用いることで、銅の拡散を抑えることができる。
【０１６８】
なお、導電体２０５、絶縁体２１４、および絶縁体２１６は必ずしも設けなくともよい。その場合、導電体２０３の一部が第２のゲート電極として機能することができる。
【０１６９】
絶縁体２１０、および絶縁体２１４は、水または水素などの不純物が、基板側からトランジスタ２００に混入するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体２１０、および絶縁体２１４は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）絶縁性材料を用いることが好ましい。また、絶縁体２８０の上に、絶縁体２１０または絶縁体２１４と同様のバリア絶縁膜として機能する絶縁体を設けてもよい。これにより、絶縁体２８０の上から、水または水素などの不純物が、トランジスタ２００に混入するのを抑制することができる。
【０１７０】
例えば、絶縁体２１０として酸化アルミニウムなどを用い、絶縁体２１４として窒化シリコンなどを用いることが好ましい。これにより、水素、水などの不純物が絶縁体２１０および絶縁体２１４よりも基板側からトランジスタ２００側に拡散することを抑制することができる。または、絶縁体２２４などに含まれる酸素が、絶縁体２１０および絶縁体２１４よりも基板側に、拡散することを抑制することができる。
【０１７１】
また、導電体２０３の上に導電体２０５を積層して設ける構成にすることにより、導電体２０３と導電体２０５の間に絶縁体２１４を設けることができる。ここで、導電体２０３の第２の導電体に銅など拡散しやすい金属を用いても、絶縁体２１４として窒化シリコンなどを設けることにより、当該金属が絶縁体２１４より上の層に拡散するのを抑制することができる。
【０１７２】
また、層間膜として機能する絶縁体２１２、絶縁体２１６、および絶縁体２８０は、絶縁体２１０、または絶縁体２１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０１７３】
例えば、絶縁体２１２、絶縁体２１６、および絶縁体２８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などの絶縁体を単層または積層で用いることができる。またはこれらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。
【０１７４】
絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４は、ゲート絶縁体としての機能を有する。また、トランジスタ５００に設けられる絶縁体５２４も、絶縁体２２４と同様にゲート絶縁体としての機能を有する。なお、本実施の形態では、絶縁体２２４と絶縁体５２４は分離されているが、絶縁体２２４と絶縁体５２４がつながっていてもよい。
【０１７５】
ここで、酸化物２３０と接する絶縁体２２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体２２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。
【０１７６】
過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、または３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
【０１７７】
また、絶縁体２２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体２２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）ことが好ましい。
【０１７８】
絶縁体２２２が、酸素の拡散を抑制する機能を有することで、絶縁体２２４が有する過剰酸素領域の酸素は、絶縁体２２０側へ拡散することなく、効率よく酸化物２３０へ供給することができる。また、導電体２０５が、絶縁体２２４が有する過剰酸素領域の酸素と反応することを抑制することができる。
【０１７９】
絶縁体２２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
【０１８０】
特に、不純物、および酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）絶縁性材料であるアルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体２２２を形成した場合、絶縁体２２２は、酸化物２３０からの酸素の放出や、トランジスタ２００の周辺部から酸化物２３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
【０１８１】
または、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。
【０１８２】
また、絶縁体２２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、ｈｉｇｈ−ｋ材料の絶縁体と絶縁体２２０とを組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
【０１８３】
なお、絶縁体２２０、絶縁体２２２、および絶縁体２２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
【０１８４】
酸化物２３０は、酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上の酸化物２３０ｃと、を有する。酸化物２３０ｂ下に酸化物２３０ａを有することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物２３０ｂ上に酸化物２３０ｃを有することで、酸化物２３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
【０１８５】
なお、酸化物２３０は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２３０ｃは、酸化物２３０ａまたは酸化物２３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
【０１８６】
また、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物２３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃの電子親和力が、酸化物２３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
【０１８７】
ここで、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃの接合部において、伝導帯下端はなだらかに変化する。換言すると、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、および酸化物２３０ｃの接合部における伝導帯下端は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面、および酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【０１８８】
具体的には、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂ、酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする。）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物２３０ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物２３０ａおよび酸化物２３０ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
【０１８９】
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物２３０ｂとなる。酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面、および酸化物２３０ｂと酸化物２３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ２００は高いオン電流を得られる。
【０１９０】
また、酸化物２３０は、領域２３１、領域２３２、および領域２３４を有する。なお、領域２３１の少なくとも一部は、絶縁体２７３と近接する領域を有する。また、領域２３２は、少なくとも、絶縁体２７５と重畳する領域を有する。
【０１９１】
なお、トランジスタ２００をオンさせると、領域２３１ａ、または領域２３１ｂは、ソース領域、またはドレイン領域として機能する。一方、領域２３４の少なくとも一部は、チャネルが形成される領域として機能する。領域２３１と、領域２３４の間に領域２３２を有することで、トランジスタ２００において、オン電流を大きくし、かつ、非導通時のリーク電流（オフ電流）を小さくすることができる。
【０１９２】
トランジスタ２００において、領域２３２を設けることで、ソース領域およびドレイン領域として機能する領域２３１と、チャネルが形成される領域２３４との間に高抵抗領域が形成されないため、トランジスタのオン電流、および移動度を大きくすることができる。また、領域２３２を有することで、チャネル長方向において、ソース領域およびドレイン領域と、第１のゲート電極（導電体２６０）とが重ならないため、両者の間で不要な容量が形成されることを抑制できる。また、領域２３２を有することで、非導通時のリーク電流を小さくすることができる。
【０１９３】
つまり、各領域の範囲を適宜選択することにより、回路設計に合わせて、要求に見合う電気特性を有するトランジスタを容易に提供することができる。例えば、トランジスタ２００をオフ電流が小さくなる構成とし、トランジスタ５００をオン電流が大きくなる構成にすることができる。
【０１９４】
酸化物２３０は、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）を用いることが好ましい。例えば、領域２３４となる金属酸化物としては、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０１９５】
酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態において極めてリーク電流が小さいため、低消費電力の記憶装置を提供できる。また、酸化物半導体は、スパッタリング法などを用いて成膜できるため、高集積型の記憶装置を構成するトランジスタに用いることができる。
【０１９６】
絶縁体２５０は、ゲート絶縁体として機能する。絶縁体２５０は、酸化物２３０ｃの上面に接して配置することが好ましい。絶縁体２５０は、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。例えば、昇温脱離ガス分光法分析（ＴＤＳ分析）にて、酸素分子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、または３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下の範囲が好ましい。
【０１９７】
具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
【０１９８】
加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体２５０として、酸化物２３０ｃの上面に接して設けることにより、絶縁体２５０から、酸化物２３０ｂの領域２３４に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体２２４と同様に、絶縁体２５０中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体２５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【０１９９】
また、絶縁体２５０が有する過剰酸素を、効率的に酸化物２３０へ供給するために、金属酸化物２５２を設けてもよい。従って、金属酸化物２５２は、絶縁体２５０からの酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物２５２を設けることで、絶縁体２５０から導電体２６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物２３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体２６０の酸化を抑制することができる。
【０２００】
なお、金属酸化物２５２は、第１のゲートの一部としての機能を有してもよい。例えば、酸化物２３０として用いることができる酸化物半導体を、金属酸化物２５２として用いることができる。その場合、導電体２６０をスパッタリング法で成膜することで、金属酸化物２５２の電気抵抗値を低下させて導電体とすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
【０２０１】
また、金属酸化物２５２は、ゲート絶縁体の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁体２５０に酸化シリコンや酸化窒化シリコンなどを用いる場合、金属酸化物２５２は、比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材料である金属酸化物を用いることが好ましい。当該積層構造とすることで、熱に対して安定、かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減化が可能となる。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
【０２０２】
トランジスタ２００において、金属酸化物２５２を単層で示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、ゲート電極の一部として機能する金属酸化物と、ゲート絶縁体の一部として機能する金属酸化物とを積層して設けてもよい。
【０２０３】
金属酸化物２５２を有することで、ゲート電極として機能する場合は、導電体２６０からの電界の影響を弱めることなく、トランジスタ２００のオン電流の向上を図ることができる。または、ゲート絶縁体として機能する場合は、絶縁体２５０と、金属酸化物２５２との物理的な厚みにより、導電体２６０と、酸化物２３０との間の距離を保つことで、導電体２６０と酸化物２３０との間のリーク電流を抑制することができる。従って、絶縁体２５０、および金属酸化物２５２との積層構造を設けることで、導電体２６０と酸化物２３０との間の物理的な距離、および導電体２６０から酸化物２３０へかかる電界強度を、容易に適宜調整することができる。
【０２０４】
具体的には、金属酸化物２５２として、酸化物２３０に用いることができる酸化物半導体を低抵抗化することで、金属酸化物２５２として用いることができる。または、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、または、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
【０２０５】
特に、アルミニウム、またはハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱履歴において、結晶化しにくいため好ましい。なお、金属酸化物２５２は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
【０２０６】
第１のゲート電極として機能する導電体２６０は、導電体２６０ａ、および導電体２６０ａ上の導電体２６０ｂを有する。導電体２６０ａは、導電体２０５の第１の導電体と同様に、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の少なくとも一の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
【０２０７】
導電体２６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体２５０、および金属酸化物２５２が有する過剰酸素により、導電体２６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
【０２０８】
また、導電体２６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体２６０は、配線として機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０２０９】
また、図９（Ａ）に示すように、導電体２０５が、酸化物２３０のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域において、延伸している場合、導電体２６０は、当該領域において、絶縁体２５０を介して、重畳していることが好ましい。つまり、酸化物２３０の側面の外側において、導電体２０５と、絶縁体２５０と、導電体２６０とは、積層構造を形成することが好ましい。
【０２１０】
上記構成を有することで、導電体２６０、および導電体２０５に電位を印加した場合、導電体２６０から生じる電界と、導電体２０５から生じる電界と、がつながり、酸化物２３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。
【０２１１】
つまり、第１のゲート電極としての機能を有する導電体２６０の電界と、第２のゲート電極としての機能を有する導電体２０５の電界によって、領域２３４のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
【０２１２】
また、導電体２６０ｂの上に、バリア膜として機能する絶縁体２７０を配置してもよい。絶縁体２７０は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いるとよい。例えば、酸化アルミニウムまたは酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体２７０よりも上方からの酸素で導電体２６０が酸化するのを抑制することができる。また、絶縁体２７０よりも上方からの水または水素などの不純物が、導電体２６０および絶縁体２５０を介して、酸化物２３０に混入することを抑制することができる。
【０２１３】
また、絶縁体２７０上に、ハードマスクとして機能する絶縁体２７１を配置することが好ましい。絶縁体２７１を設けることで、導電体２６０の加工の際、導電体２６０の側面が概略垂直、具体的には、導電体２６０の側面と基板表面のなす角を、７５度以上１００度以下、好ましくは８０度以上９５度以下とすることができる。導電体２６０をこのような形状に加工することで、次に形成する絶縁体２７５を所望の形状に形成することができる。
【０２１４】
なお、絶縁体２７１に、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることで、バリア膜としての機能を兼ねさせてもよい。その場合、絶縁体２７０は設けなくともよい。
【０２１５】
バッファ層として機能する絶縁体２７５は、酸化物２３０ｃの側面、絶縁体２５０の側面、金属酸化物２５２の側面、導電体２６０の側面、および絶縁体２７０の側面に接して設ける。
【０２１６】
例えば、絶縁体２７５として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などを有することが好ましい。特に、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。
【０２１７】
また、絶縁体２７５は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体２７５として、酸化物２３０ｃ、および絶縁体２５０と接して設けることで、絶縁体２５０から、酸化物２３０ｂの領域２３４に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体２７５中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０２１８】
絶縁体１３０は、比誘電率の大きい絶縁体を用いることが好ましく、絶縁体２２２などに用いることができる絶縁体を用いればよい。例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いることができる。アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。また、絶縁体１３０は、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。絶縁体１３０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、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などから、２層以上を選び積層構造としても良い。例えば、ＡＬＤ法によって、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムおよび酸化ハフニウムを順に成膜し、積層構造とすることが好ましい。酸化ハフニウムおよび酸化アルミニウムの膜厚は、それぞれ、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下とする。このような積層構造とすることで、容量値が大きく、かつ、リーク電流の小さな容量素子１００とすることができる。
【０２１９】
図８（Ａ）に示すように、上面視において、絶縁体１３０の側面は、導電体１１０および導電体１２０の側面と一致しているが、これに限られるものではない。例えば、絶縁体１３０をパターン形成せずに、絶縁体１３０がトランジスタ２００およびトランジスタ５００を覆う構成にしてもよい。
【０２２０】
導電体１２０は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、図示しないが、導電体１２０は積層構造としても良く、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０２２１】
また、図１０（Ｂ）に示すように、導電体１１０、絶縁体１３０および導電体１２０は、酸化物２３０の側面まで覆って設けられることが好ましい。このような構成にすることで、酸化物２３０の側面方向でも容量素子１００を形成することができるので、容量素子１００の単位面積当たりの電気容量を大きくすることができる。
【０２２２】
絶縁体２７３は、少なくとも層２４２、絶縁体２７５、層５４２、絶縁体５７５、および導電体１２０上に設けられる。絶縁体２７３をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体２７５および絶縁体５７５へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、酸化物２３０および酸化物５３０中に酸素を供給することができる。また、絶縁体２７３を、酸化物２３０の層２４２、および酸化物５３０の層５４２上に設けることで、酸化物２３０および酸化物５３０中の水素を、絶縁体２７３へと引き抜くことができる。
【０２２３】
例えば、絶縁体２７３として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、または、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
【０２２４】
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、および窒素の拡散を抑制することができる。
【０２２５】
また、絶縁体２７３の上に、絶縁体２７４を設ける。絶縁体２７４は、バリア性を有し、水素濃度が低減された膜を用いることが好ましい。例えば、絶縁体２７４としては、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコンなどを用いるとよい。バリア性を有する絶縁体２７３と、バリア性を有する絶縁体２７４を設けることで、層間膜など、他の構造体から不純物がトランジスタ２００へ拡散することを抑制することができる。
【０２２６】
また、絶縁体２７４の上に、層間膜として機能する絶縁体２８０を設けることが好ましい。絶縁体２８０は、絶縁体２２４などと同様に、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。なお、絶縁体２８０の上に絶縁体２１０と同様の絶縁体を設けてもよい。当該絶縁体をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体２８０の不純物を低減することができる。
【０２２７】
また、絶縁体２８０、絶縁体２７４、および絶縁体２７３に形成された開口に、導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、導電体５４０ａ、および導電体５４０ｂを配置する。導電体２４０ａおよび導電体２４０ｂは、導電体２６０を挟んで対向して設ける。導電体５４０ａおよび導電体５４０ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。なお、導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、導電体５４０ａ、および導電体５４０ｂの上面の高さは、絶縁体２８０の上面と、同一平面上としてもよい。
【０２２８】
なお、絶縁体２８０、絶縁体２７４、および絶縁体２７３の開口の内壁に接して導電体２４０ａが形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には酸化物２３０の領域２３１ａが位置しており、導電体２４０ａが領域２３１ａと接する。導電体５４０ａ、導電体５４０ｂについても同様である。
【０２２９】
ここで、図１０（Ａ）に示すように、導電体２４０ａは、酸化物２３０の側面と重畳することが好ましい。特に、導電体２４０ａは、酸化物２３０のチャネル幅方向と交わる側面において、Ａ７側の側面、およびＡ８側の側面の双方または一方と重畳することが好ましい。また、導電体２４０ａが、酸化物２３０のチャネル長方向と交わる側面において、Ａ１側（Ａ２側）の側面と重畳する構成にしてもよい。このように、導電体２４０ａが、ソース領域またはドレイン領域となる領域２３１、および酸化物２３０の側面と重畳する構成とすることで、導電体２４０ａとトランジスタ２００のコンタクト部の投影面積を増やすことなく、コンタクト部の接触面積を増加させ、導電体２４０ａとトランジスタ２００の接触抵抗を低減することができる。これにより、トランジスタのソース電極およびドレイン電極の微細化を図りつつ、オン電流を大きくすることができる。また、酸化物２３０のソース領域またはドレイン領域となる領域２３１と接する導電体１１０も同様に酸化物２３０および層２４２と接することが好ましい。また、導電体５４０ａ、導電体５４０ｂについても同様である。
【０２３０】
導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、導電体５４０ａ、および導電体５４０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体２４０ａ、導電体２４０ｂ、導電体５４０ａ、および導電体５４０ｂは積層構造としてもよい。
【０２３１】
ここで、例えば、絶縁体２８０、絶縁体２７４、および絶縁体２７３に開口を形成する際に、酸化物２３０において、領域２３１の低抵抗化した領域が除去され、低抵抗化していない酸化物２３０が露出する場合がある。その場合、導電体２４０の酸化物２３０と接する導電体（以下、導電体２４０の第１の導電体ともいう。）に用いる導電体として、金属膜、金属元素を有する窒化膜、または金属元素を有する酸化膜を用いるとよい。つまり、低抵抗化していない酸化物２３０と導電体２４０の第１の導電体とが接することで、金属化合物、または酸化物２３０に酸素欠損が形成され、酸化物２３０の領域２３１が、低抵抗化する。従って、導電体２４０の第１の導電体と接する酸化物２３０を低抵抗化することで、酸化物２３０と導電体２４０とのコンタクト抵抗を低減することができる。従って、導電体２４０の第１の導電体は、例えば、アルミニウム、ルテニウム、チタン、タンタル、タングステン、などの金属元素を含むことが好ましい。導電体５４０も同様の構造にすればよい。
【０２３２】
また、導電体２４０および導電体５４０を積層構造とする場合、絶縁体２８０、絶縁体２７４、および絶縁体２７３と接する導電体には、導電体２０５の第１の導電体などと同様に、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウムまたは酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、水または水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料は、単層または積層で用いてもよい。当該導電性材料を用いることで、絶縁体２８０より上層から水素、水などの不純物が、導電体２４０および導電体５４０を通じて酸化物２３０および酸化物５３０に混入するのを抑制することができる。
【０２３３】
なお、導電体２４０および導電体５４０を設ける開口において、当該開口の内壁を、酸素や水素に対してバリア性のある絶縁体が覆っている構成にしてもよい。ここで、酸素や水素に対してバリア性のある絶縁体としては、絶縁体２１４と同様の絶縁体を用いればよく、例えば、酸化アルミニウムなどを用いることが好ましい。これにより、絶縁体２８０などから水素、水などの不純物が、導電体２４０および導電体５４０を通じて酸化物２３０および酸化物５３０に混入するのを抑制することができる。また、当該絶縁体は、例えばＡＬＤ法またはＣＶＤ法などを用いて成膜することで被覆性良く成膜することができる。
【０２３４】
また、図示しないが、導電体２４０および導電体５４０の上面に接して配線として機能する導電体を配置してもよい。配線として機能する導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタン、窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。なお、当該導電体は、導電体２０３などと同様に、絶縁体に設けられた開口に埋め込むように形成してもよい。
【０２３５】
＜記憶装置の構成材料＞
以下では、記憶装置に用いることができる構成材料について説明する。以下において、特段の記載を行わない場合、トランジスタ２００に用いることができる構成材料は、トランジスタ５００に用いることができるものとする。
【０２３６】
以下に示す構成材料の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて行うことができる。
【０２３７】
なお、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）法、光を利用する光ＣＶＤ（Ｐｈｏｔｏ  ＣＶＤ）法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）法に分けることができる。
【０２３８】
プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、熱ＣＶＤ法は、プラズマを用いないため、被処理物へのプラズマダメージを抑制することが可能な成膜方法である。例えば、記憶装置に含まれる配線、電極、素子（トランジスタ、容量素子など）などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、記憶装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない熱ＣＶＤ法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、記憶装置の歩留まりを高くすることができる。また、熱ＣＶＤ法では、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
【０２３９】
また、ＡＬＤ法も、被処理物へのプラズマダメージを抑制することが可能な成膜方法である。よって、欠陥の少ない膜が得られる。なお、ＡＬＤ法で用いるプリカーサには炭素などの不純物を含むものがある。このため、ＡＬＤ法により設けられた膜は、他の成膜法により設けられた膜と比較して、炭素などの不純物を多く含む場合がある。なお、不純物の定量は、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ：Ｘ−ｒａｙ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて行うことができる。
【０２４０】
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。
【０２４１】
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間を要さない分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、記憶装置の生産性を高めることができる場合がある。
【０２４２】
また、当該構成材料の加工はリソグラフィー法を用いて行えばよい。また、当該加工はドライエッチング法やウエットエッチング法を用いることができる。ドライエッチング法による加工は微細加工に適している。
【０２４３】
リソグラフィー法では、まず、マスクを介してレジストを露光する。次に、露光された領域を、現像液を用いて除去または残存させてレジストマスクを形成する。次に、当該レジストマスクを介してエッチング処理することで導電体、半導体または絶縁体などを所望の形状に加工することができる。例えば、ＫｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光などを用いて、レジストを露光することでレジストマスクを形成すればよい。また、基板と投影レンズとの間に液体（例えば水）を満たして露光する、液浸技術を用いてもよい。また、前述した光に代えて、電子ビームやイオンビームを用いてもよい。なお、電子ビームやイオンビームを用いる場合には、レジスト上に直接描画を行うため、上述のレジスト露光用のマスクは不要となる。なお、レジストマスクは、アッシングなどのドライエッチング処理を行う、ウエットエッチング処理を行う、ドライエッチング処理後にウエットエッチング処理を行う、またはウエットエッチング処理後にドライエッチング処理を行う、などで、除去することができる。
【０２４４】
また、レジストマスクの代わりに絶縁体や導電体からなるハードマスクを用いてもよい。ハードマスクを用いる場合、当該構成材料上にハードマスク材料となる絶縁膜や導電膜を形成し、その上にレジストマスクを形成し、ハードマスク材料をエッチングすることで所望の形状のハードマスクを形成することができる。当該構成材料のエッチングは、レジストマスクを除去してから行ってもよいし、レジストマスクを残したまま行ってもよい。後者の場合、エッチング中にレジストマスクが消失することがある。当該構成材料のエッチング後にハードマスクをエッチングにより除去してもよい。一方、ハードマスクの材料が後工程に影響が無い、あるいは後工程で利用できる場合、必ずしもハードマスクを除去する必要は無い。
【０２４５】
ドライエッチング装置としては、平行平板型電極を有する容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置を用いることができる。平行平板型電極を有する容量結合型プラズマエッチング装置は、平行平板型電極の一方の電極に高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極の一方の電極に複数の異なった高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに同じ周波数の高周波電源を印加する構成でもよい。または平行平板型電極それぞれに周波数の異なる高周波電源を印加する構成でもよい。または高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置を用いることができる。高密度プラズマ源を有するドライエッチング装置は、例えば、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング装置などを用いることができる。
【０２４６】
＜＜基板＞＞
トランジスタ２００およびトランジスタ５００を形成する基板としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア基板など）、樹脂基板などがある。また、半導体基板としては、例えば、シリコン、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、酸化ガリウムからなる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。
【０２４７】
また、基板として、可撓性基板を用いてもよい。なお、可撓性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可撓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、可撓性基板である基板に転置する方法もある。その場合には、非可撓性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。また、基板が伸縮性を有してもよい。また、基板は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。または、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板は、例えば、５μｍ以上７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上５００μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上３００μｍ以下の厚さとなる領域を有する。基板を薄くすると、トランジスタを有する記憶装置を軽量化することができる。また、基板を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板上の記憶装置に加わる衝撃などを緩和することができる。すなわち、丈夫な記憶装置を提供することができる。
【０２４８】
可撓性基板である基板としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、またはそれらの繊維などを用いることができる。また、基板として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。可撓性基板である基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可撓性基板である基板としては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリルなどがある。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板である基板として好適である。
【０２４９】
＜＜絶縁体＞＞
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、金属窒化酸化物などがある。
【０２５０】
例えば、トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、ｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能となる。一方、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。
【０２５１】
また、比誘電率の高い絶縁体としては、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物またはシリコンおよびハフニウムを有する窒化物などがある。
【０２５２】
また、比誘電率が低い絶縁体としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などがある。
【０２５３】
また、特に、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定である。そのため、例えば、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。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、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。また、例えば、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは、比誘電率の高い絶縁体と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
【０２５４】
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。
【０２５５】
水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、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。具体的には、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いることができる。
【０２５６】
例えば、絶縁体２７３として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、または、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
【０２５７】
特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、および窒素の拡散を抑制することができる。また、酸化ハフニウムは、酸化アルミニウムよりもバリア性が低いが、膜厚を厚くすることによりバリア性を高めることができる。したがって、酸化ハフニウムの膜厚を調整することで、水素、および窒素の適切な添加量を調整することができる。
【０２５８】
例えば、ゲート絶縁体の一部として機能する絶縁体２２４および絶縁体２５０は、過剰酸素領域を有する絶縁体であることが好ましい。例えば、過剰酸素領域を有する酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを酸化物２３０と接する構造とすることで、酸化物２３０が有する酸素欠損を補償することができる。
【０２５９】
また、例えば、ゲート絶縁体の一部として機能する絶縁体２２２において、アルミニウム、ハフニウム、およびガリウムの一種または複数種の酸化物を含む絶縁体を用いることができる。特に、アルミニウムおよびハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。
【０２６０】
例えば、絶縁体２２０には、熱に対して安定である酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを用いることが好ましい。ゲート絶縁体として、熱に対して安定な膜と、比誘電率が高い積層構造とすることで、物理膜厚を保持したまま、ゲート絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
【０２６１】
上記積層構造とすることで、ゲート電極からの電界の影響を弱めることなく、オン電流の向上を図ることができる。また、ゲート絶縁体の物理的な厚みにより、ゲート電極と、チャネルが形成される領域との間の距離を保つことで、ゲート電極とチャネル形成領域との間のリーク電流を抑制することができる。
【０２６２】
絶縁体２１２、絶縁体２１６、絶縁体２７１、絶縁体２７５、および絶縁体２８０は、比誘電率の低い絶縁体を有することが好ましい。例えば、当該絶縁体は、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンまたは樹脂などを有することが好ましい。または、当該絶縁体は、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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコンまたは空孔を有する酸化シリコンと、樹脂と、の積層構造を有することが好ましい。酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、樹脂と組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の低い積層構造とすることができる。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、ポリカーボネートまたはアクリルなどがある。
【０２６３】
絶縁体２１０、絶縁体２１４、絶縁体２７０、および絶縁体２７３としては、水素などの不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体を用いればよい。絶縁体２７０および絶縁体２７３としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジムまたは酸化タンタルなどの金属酸化物、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなどを用いればよい。
【０２６４】
＜＜導電体＞＞
導電体としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
【０２６５】
また、上記の材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
【０２６６】
なお、トランジスタのチャネル形成領域に酸化物を用いる場合において、ゲート電極として機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。
【０２６７】
特に、ゲート電極として機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元素および窒素を含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体などから混入する水素を捕獲することができる場合がある。
【０２６８】
導電体２６０、導電体２０３、導電体２０５、および導電体２４０としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。
【０２６９】
＜＜金属酸化物＞＞
酸化物２３０として、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）を用いることが好ましい。以下では、本発明に係る酸化物２３０に適用可能な金属酸化物について説明する。
【０２７０】
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【０２７１】
ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素Ｍおよび亜鉛を有するＩｎ‐Ｍ‐Ｚｎ酸化物である場合を考える。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、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
【０２７２】
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
【０２７３】
［金属酸化物の構成］
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０２７４】
なお、本明細書等において、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）、およびＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と記載する場合がある。なお、ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表し、ＣＡＣは機能、または材料の構成の一例を表す。
【０２７５】
ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（または正孔）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
【０２７６】
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、導電性領域、および絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
【０２７７】
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
【０２７８】
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、および高い電界効果移動度を得ることができる。
【０２７９】
すなわち、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
【０２８０】
［金属酸化物の構造］
酸化物半導体（金属酸化物）は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）および非晶質酸化物半導体などがある。
【０２８１】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
【０２８２】
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
【０２８３】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
【０２８４】
ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
【０２８５】
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【０２８６】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。
【０２８７】
酸化物半導体（金属酸化物）は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【０２８８】
［金属酸化物を有するトランジスタ］
続いて、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合について説明する。
【０２８９】
なお、上記金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【０２９０】
また、トランジスタには、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物膜のキャリア密度を低くする場合においては、金属酸化物膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。例えば、金属酸化物は、キャリア密度が８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上とすればよい。
【０２９１】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【０２９２】
また、金属酸化物のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い金属酸化物をチャネル形成領域に有するトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０２９３】
したがって、トランジスタの電気特性を安定にするためには、金属酸化物中の不純物濃度を低減することが有効である。また、金属酸化物中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０２９４】
［不純物］
ここで、金属酸化物中における各不純物の影響について説明する。
【０２９５】
金属酸化物において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、金属酸化物において欠陥準位が形成される。このため、金属酸化物におけるシリコンや炭素の濃度と、金属酸化物との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０２９６】
また、金属酸化物にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。したがって、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、ＳＩＭＳにより得られる金属酸化物中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【０２９７】
また、金属酸化物において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。したがって、当該金属酸化物において、チャネル形成領域の窒素はできる限り低減されていることが好ましい。例えば、金属酸化物中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０２９８】
また、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。したがって、水素が含まれている金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。
【０２９９】
不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０３００】
＜記憶装置の変形例＞
以下では、図１２乃至図１８を用いて、本発明の一態様に係る記憶装置の一例について説明する。
【０３０１】
図１２、図１３、および図１４に示す記憶装置は、トランジスタ２００において、絶縁体２７５ではなく絶縁体２７２が設けられている点において、図８乃至図１１に示す記憶装置と異なる。なお、その他の構成の記載については、図８乃至図１１に示す記憶装置に係る記載を参酌することができる。また、トランジスタ５００も同様に絶縁体５７５ではなく、絶縁体５７２が設けられている。以下、絶縁体５７２は、絶縁体２７２の記載を参酌することができる。
【０３０２】
図１２（Ａ）は、メモリセル６００を有する記憶装置の上面図である。また、図１２（Ｂ）、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）は当該記憶装置の断面図である。ここで、図１２（Ｂ）は、図８（Ａ）にＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル長方向、およびトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図でもある。また、図１３（Ａ）は、図１２（Ａ）にＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図でもある。また、図１３（Ｂ）は、図１２（Ａ）にＡ５−Ａ６の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ５００のチャネル長方向の断面図でもある。なお、図１２（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。また、図１２（Ａ）のＡ７−Ａ８の一点鎖線で示す部位の断面は、図１０（Ａ）に示す構造と同じである。また、図１２（Ａ）のＡ９−Ａ１０の一点鎖線で示す部位の断面は、図１０（Ｂ）に示す構造と同じである。また図１２（Ｂ）において破線で囲む、選択的に低抵抗化した酸化物２３０ｂを含む領域２３９の拡大図を図１４に示す。
【０３０３】
絶縁体２７２は、酸化物２３０ｃの側面、絶縁体２５０の側面、金属酸化物２５２の側面、導電体２６０の側面、および絶縁体２７０の側面に接して設ける。ここで、絶縁体２７２は、バッファ層としての機能を有する。なお、絶縁体２７２は、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いてもよい。その場合、絶縁体２７２はバリア層としての機能も有する。
【０３０４】
例えば、絶縁体２７２として、ＡＬＤ法を用いて成膜することが好ましい。ＡＬＤ法を用いることで、緻密な薄膜を成膜することができる。絶縁体２７２は、例えば、酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。絶縁体２７２として、ＡＬＤ法を用いて酸化アルミニウムを設ける場合、絶縁体２７２の膜厚は、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０３０５】
絶縁体２７２を設けることで、水または水素などの不純物、および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体で、絶縁体２５０、金属酸化物２５２、および導電体２６０の側面を覆うことができる。従って、絶縁体２５０、および金属酸化物２５２の端部などから酸化物２３０に水素、水などの不純物が混入するのを抑制することができる。そのため、酸化物２３０と、絶縁体２５０との界面における酸素欠損の形成が抑制され、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。つまり、絶縁体２７２は、ゲート電極およびゲート絶縁体の側面を保護するサイドバリアとしての機能を有する。
【０３０６】
図１５、および図１６に示す記憶装置は、トランジスタ２００およびトランジスタ５００の上に絶縁体１３５が設けられ、導電体１２０ａによって、トランジスタ２００とトランジスタ５００が接続されている点において、図８乃至図１１に示す記憶装置と異なる。なお、その他の構成の記載については、図８乃至図１１に示す記憶装置に係る記載を参酌することができる。
【０３０７】
図１５（Ａ）は、メモリセル６００を有する記憶装置の上面図である。また、図１５（Ｂ）、図１６は当該記憶装置の断面図である。ここで、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）にＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ２００のチャネル長方向、およびトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図でもある。また、図１６は、図１５（Ａ）にＡ９−Ａ１０の一点鎖線で示す部位の断面図である。なお、図１５（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。また、図１５（Ａ）の、Ａ３−Ａ４、Ａ５−Ａ６、およびＡ７−Ａ８の一点鎖線で示す部位の断面は、図９、図１０（Ａ）に示す構造とほぼ同じなので省略する。
【０３０８】
酸化物２３０の低抵抗化のために酸化物２３０に接して成膜された、金属元素を有する膜は、酸化物２３０から吸収した酸素により、酸化し、絶縁体となり、高抵抗化する場合がある。上記金属元素を有する膜を、絶縁体として残存させることで、層間膜として機能させることができる。当該絶縁体を絶縁体１３５とする。すなわち、絶縁体１３５は上記金属元素を有する膜と同じ金属元素を有する。
【０３０９】
絶縁体１３５を形成する場合、上記金属元素を有する膜は、後工程で、絶縁化させることができる程度の膜厚で設ける。例えば、上記金属元素を有する膜は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下の膜厚で設けるとよい。
【０３１０】
また、絶縁体１３５を形成する場合、窒素を含む雰囲気下において一度熱処理を行ったあとに、酸化性雰囲気下で熱処理を行うと好適である。窒素を含む雰囲気下において、一度熱処理を行うことで、酸化物２３０中の酸素が上記金属元素を有する膜に拡散しやすくなる。
【０３１１】
絶縁体１３５を形成する場合、図１５および図１６に示すように、トランジスタ２００において、絶縁体１３５は、少なくとも、絶縁体２５０、金属酸化物２５２、導電体２６０、絶縁体２７０、絶縁体２７１、および絶縁体２７５を介して、酸化物２３０上に設けられる。絶縁体１３５と酸化物２３０の間に層２４２が形成される場合がある。これは、トランジスタ５００についても同様である。
【０３１２】
図１５および図１６に示すメモリセル６００では、図８乃至図１１に示すメモリセル６００とは異なり、トランジスタ２００およびトランジスタ５００のコンタクト部と、容量素子１００が重ならない。
【０３１３】
トランジスタ２００およびトランジスタ５００のコンタクト部は、酸化物２３０の領域２３１ｂ上の絶縁体１３５および絶縁体１３０ａに形成された開口と、導電体５６０上の絶縁体１３５、絶縁体１３０ａ、絶縁体５７０、および絶縁体５７１に形成された開口を介して、導電体１２０ａがトランジスタ２００のソースおよびドレインの一方と、トランジスタ５００のゲートを電気的に接続する。ここで、導電体１２０ａは導電体１２０と、絶縁体１３０ａは絶縁体１３０と同様の構造を有する。
【０３１４】
容量素子１００は、層２４２（酸化物２３０の領域２３１ｂ）、層２４２上に絶縁体１３５、絶縁体１３５上に絶縁体１３０ｂ、絶縁体１３０ｂ上に導電体１２０ｂを有する。さらに、絶縁体１３０ｂの上に、少なくとも一部が酸化物２３０の領域２３１ｂと重なるように、導電体１２０ｂが配置されることが好ましい。また、導電体１２０ｂの上に接して導電体２４０ｃが配置されることが好ましい。ここで、導電体１２０ｂは導電体１２０と、絶縁体１３０ｂは絶縁体１３０と、導電体２４０ｃは導電体２４０ｂと同様の構造を有する。
【０３１５】
酸化物２３０の領域２３１ｂは、容量素子１００の電極の一方として機能し、導電体１２０ｂは容量素子１００の電極の他方として機能する。絶縁体１３０ｂおよび絶縁体１３５は容量素子１００の誘電体として機能する。酸化物２３０の領域２３１ｂは低抵抗化されており、導電性酸化物である。従って、容量素子１００の電極の一方として機能することができる。
【０３１６】
また、上記実施の形態において、図５に示すように２つのメモリセルを隣接して配置する場合、図１７に示すように、２つのメモリセル６００（メモリセル６００ａ、メモリセル６００ｂ）を配置してもよい。メモリセル６００ａは、トランジスタ２００ａ、トランジスタ５００ａ、および容量素子１００ａを有する。また、メモリセル６００ｂは、トランジスタ２００ｂ、トランジスタ５００ｂ、および容量素子１００ｂを有する。
【０３１７】
ここで、図１７に示すメモリセル６００ａおよびメモリセル６００ｂに含まれる、導電体２６０＿ａおよび導電体２６０＿ｂは導電体２６０に対応し、絶縁体２７５＿ａおよび絶縁体２７５＿ｂは絶縁体２７５に対応し、導電体２０３＿ａおよび導電体２０３＿ｂは導電体２０３に対応し、導電体１１０＿ａおよび導電体１１０＿ｂは導電体１１０に対応し、導電体１２０＿ａおよび導電体１２０＿ｂは導電体１２０に対応し、導電体５４０ａ＿ａおよび導電体５４０ａ＿ｂは導電体５４０ａに対応し、導電体５４０ｂ＿ａおよび導電体５４０ｂ＿ｂは導電体５４０ｂに対応する。
【０３１８】
トランジスタ２００ａのソースおよびドレインの一方と、トランジスタ２００ｂのソースおよびドレインの一方は、いずれも導電体２４０と電気的に接続している。また、導電体２４０の上に設けられた導電体１１２は、導電体２４０と接続している。このように、ソースおよびドレインの一方と電気的に接続する配線を共通化することで、メモリセルアレイの占有面積をさらに縮小することができる。なお、導電体５４０ａ＿ａ、導電体５４０ａ＿ｂ、導電体５４０ｂ＿ａ、および導電体５４０ｂ＿ｂのいずれか一または複数の上に、導電体１１２と平行に延伸される導電体を設けてもよい。
【０３１９】
導電体１１２は、絶縁体２８０上の絶縁体に形成された開口に設けられることが好ましい。導電体１１２には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。又は、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導電性材料を適用することもできる。
【０３２０】
図７に示すように、導電体１１２は２層以上の積層構造にすればよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、および導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。なお、導電体１１２は、これに限定されず、例えば単層構造にしてもよい。
【０３２１】
また、図１７に示すように、トランジスタ２００ａのゲートの側面に絶縁体２７５＿ａを、トランジスタ２００ｂのゲートの側面に絶縁体２７５＿ｂを、設けておくことにより、共通する導電体２４０をトランジスタ２００ａおよびトランジスタ２００ｂのゲートと短絡させずに、自己整合的に形成することができる。ここで、導電体２４０は、絶縁体２７５＿ａおよび絶縁体２７５＿ｂの側面のいずれか一方または両方と接する領域を有することが好ましい。
【０３２２】
導電体２４０を埋め込む開口を形成するには、絶縁体２８０、絶縁体２７４、絶縁体２７３の開口時に、絶縁体２７５のエッチング速度が、絶縁体２７３のエッチング速度に比べて著しく小さい開口条件とすることが好ましい。絶縁体２７５のエッチング速度を１とすると、絶縁体２７３のエッチング速度は５以上が好ましく、より好ましくは１０以上である。ここで、絶縁体２７５として用いる絶縁性材料は、上記のエッチング速度を満たすように、エッチング条件および絶縁体２７３として用いる絶縁性材料に合わせて適宜選択することが好ましい。例えば、絶縁体２７５として用いる絶縁性材料として、上記の絶縁性材料だけでなく、絶縁体２７０に用いることができる絶縁性材料を用いてもよい。
【０３２３】
このように導電体２４０を埋め込む開口を形成することで、当該開口の形成時に絶縁体２７５＿ａおよび絶縁体２７５＿ｂがエッチングストッパーとして機能するので、当該開口が導電体２６０＿ａ及び導電体２６０＿ｂに達することを防ぐことができる。よって、導電体２４０、およびそれを埋め込む開口を、自己整合的に形成することができる。例えば、導電体２４０を形成する開口がＡ１側またはＡ２側にずれて形成されても、導電体２４０と導電体２６０＿ａまたは導電体２６０＿ｂは接触しない。また、導電体２４０を形成する開口のトランジスタ２００のチャネル長方向の幅を、絶縁体２７５＿ａと絶縁体２７５＿ｂの距離より大きくすることで、当該開口の位置がずれて形成されても導電体２４０は層２４２と十分なコンタクトを取ることができる。
【０３２４】
よって、トランジスタ２００ａおよびトランジスタ２００ｂのコンタクト部と、トランジスタ２００ａのゲートと、トランジスタ２００ｂのゲートと、の位置合わせのマージンを広くすることができ、これらの構成の間隔を小さく設計することができる。以上のようにして、上記半導体装置の微細化および高集積化を図ることができる。
【０３２５】
また、図１７に示すように、トランジスタ２００ａおよびトランジスタ２００ｂの導電体２４０ｂに対応する導電体は必ずしも設けなくてもよい。例えば、図１７に示すように、導電体１２０＿ａおよび導電体１２０＿ｂを延伸させて配線としても機能させる場合は、トランジスタ２００ａおよびトランジスタ２００ｂの導電体２４０ｂを設けなくてもよい。また、導電体１２０＿ａおよび導電体１２０＿ｂと同様に、導電体２６０＿ａ、導電体２６０＿ｂ、導電体２０３＿ａ、および導電体２０３＿ｂも配線として機能させてよく、その場合、トランジスタ２００ａまたはトランジスタ２００ｂのチャネル幅方に延伸して設けてもよい。なお、図１７では、配線として機能する導電体１２０＿ａ、導電体１２０＿ｂ、導電体２０３＿ａ、および導電体２０３＿ｂを導電体２６０＿ａおよび導電体２６０＿ｂと同じ方向に延伸させているが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではなく、メモリセルアレイの回路配置や駆動方法に合わせて適宜配置すればよい。
【０３２６】
図１７に示すメモリセル６００ａおよびメモリセル６００ｂは、配線ＷＬとして機能する導電体２６０＿ａおよび導電体２６０＿ｂと、配線ＷＢＬとして機能する導電体１１２とが直交するように設ける構成とすることができる。
【０３２７】
また、上記実施の形態において、図６に示すように、メモリセル６００を平面に配置するのみでなく、積層して配置する場合、図１８に示すように、メモリセル６００ａおよびメモリセル６００ｂを含む層６１０を積層して配置してもよい。図１８では、層６１０を第１層から第ｎ＋１層まで積層している。図１８に示すように、複数のセルアレイを積層することにより、セルアレイの専有面積を増やすことなく、セルを集積して配置することができる。つまり、３Ｄセルアレイを構成することができる。
【０３２８】
本発明の一態様により、良好な電気特性を有する記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オフ電流の小さい記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、オン電流の大きい記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、微細化または高集積化が可能な記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力が低減された記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、生産性の高い記憶装置を提供することができる。
【０３２９】
以上、本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態に示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
【０３３０】
（実施の形態３）
本実施の形態は、上記実施の形態に示す記憶装置が組み込まれた電子部品および電子機器の一例を示す。
【０３３１】
＜電子部品＞
まず、記憶装置１０が組み込まれた電子部品の例を、図１９（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明を行う。
【０３３２】
図１９（Ａ）に示す電子部品７０００はＩＣチップであり、リード及び回路部を有する。電子部品７０００は、例えばプリント基板７００２に実装される。このようなＩＣチップが複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７００２上で電気的に接続されることで電子部品が実装された基板（実装基板７００４）が完成する。
【０３３３】
電子部品７０００の回路部は、基板７０３１、層７０３２、層７０３３の積層でなる。
【０３３４】
基板７０３１として、実施の形態２に示す基板２０１に用いることが可能な材料を適用すればよい。また、基板７０３１としてシリコンなどの半導体基板を用いた場合、基板７０３１に集積回路を形成し、その上にＯＳトランジスタを有する層７０３２を形成してもよい。
【０３３５】
層７０３２は、上記実施の形態に示すＯＳトランジスタを有する。例えば、ＣＰＵなどの制御回路を層７０３２に設けることができる。
【０３３６】
層７０３３はメモリを有する。当該メモリとして、例えば、ＮＯＳＲＡＭ、ＤＯＳＲＡＭ（登録商標）などのＯＳトランジスタを用いたメモリ（以下、ＯＳメモリと呼ぶ）を用いることができる。また、ＮＯＳＲＡＭとして上記実施の形態に示す記憶装置１０を用いることができる。
【０３３７】
ＯＳメモリは、他の半導体素子に積層させて設けることができるため、電子部品７０００を小型化することができる。また、ＯＳメモリはデータを書き換える際の消費電力が小さく、電子部品７０００の消費電力を低減させることができる。
【０３３８】
なお、ＤＯＳＲＡＭとは、「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＲＡＭ」の略称であり、１Ｔ（トランジスタ）１Ｃ（容量）型のメモリセルを有するＲＡＭを指す。ＮＯＳＲＡＭと同様に、ＤＯＳＲＡＭはＯＳトランジスタのオフ電流が低いことを利用したＯＳメモリの一種である。
【０３３９】
上記ＯＳメモリは、層７０３３ではなく、層７０３２に設けてもよい。そうすることで、ＩＣチップの製造工程を短縮することができる。
【０３４０】
層７０３３はＯＳメモリ以外に、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ＲＡＭ）、ＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＲＡＭ）などのメモリを設けてもよい。
【０３４１】
図１９（Ａ）では、電子部品７０００のパッケージにＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）を適用しているが、パケージの態様はこれに限定されない。
【０３４２】
図１９（Ｂ）は、電子部品７４００の模式図である。電子部品７４００はカメラモジュールであり、イメージセンサチップ７４５１を内蔵している。電子部品７４００は、イメージセンサチップ７４５１を固定するパッケージ基板７４１１、レンズカバー７４２１、およびレンズ７４３５等を有する。また、パッケージ基板７４１１およびイメージセンサチップ７４５１の間には撮像装置の駆動回路および信号変換回路などの機能を有するＩＣチップ７４９０も設けられており、ＳｉＰ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｉｎ  ｐａｃｋａｇｅ）としての構成を有している。ランド７４４１は電極パッド７４６１と電気的に接続され、電極パッド７４６１はイメージセンサチップ７４５１またはＩＣチップ７４９０とワイヤ７４７１によって電気的に接続されている。図１９（Ｂ）は、電子部品７４００の内部を示すために、レンズカバー７４２１およびレンズ７４３５の一部を省略して図示している。
【０３４３】
イメージセンサチップ７４５１の回路部は、基板７０３１、層７０３２、層７０３３、層７０３４の積層でなる。
【０３４４】
基板７０３１、層７０３２および層７０３３の詳細は、上述の電子部品７０００の記載を参照すればよい。
【０３４５】
層７０３４は受光素子を有する。当該受光素子として、例えば、セレン系材料を光電変換層としたｐｎ接合型フォトダイオードなどを用いることができる。セレン系材料を用いた光電変換素子は、可視光に対する外部量子効率が高く、高感度の光センサを実現することができる。
【０３４６】
セレン系材料はｐ型半導体として用いることができる。セレン系材料としては、単結晶セレンや多結晶セレンなどの結晶性セレン、非晶質セレン、銅、インジウム、セレンの化合物（ＣＩＳ）、または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物（ＣＩＧＳ）などを用いることができる。
【０３４７】
上記ｐｎ接合型フォトダイオードのｎ型半導体は、バンドギャップが広く、可視光に対して透光性を有する材料で形成することが好ましい。例えば、亜鉛酸化物、ガリウム酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、またはそれらが混在した酸化物などを用いることができる。
【０３４８】
また、層７０３４が有する受光素子として、ｐ型シリコン半導体とｎ型シリコン半導体の用いたｐｎ接合型フォトダイオードを用いてもよい。また、ｐ型シリコン半導体とｎ型シリコン半導体の間にｉ型シリコン半導体層を設けたｐｉｎ接合型フォトダイオードであってもよい。
【０３４９】
上記シリコンを用いたフォトダイオードは単結晶シリコンを用いて形成することができる。このとき、層７０３３と層７０３４とは、貼り合わせ工程を用いて電気的な接合を得ることが好ましい。また、上記シリコンを用いたフォトダイオードは、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどの薄膜を用いて形成することもできる。
【０３５０】
＜電子機器＞
次に、上記電子部品を備えた電子機器の例について図２０乃至図２２を用いて説明を行う。
【０３５１】
図２０（Ａ）に示すロボット２１００は、演算装置２１１０、照度センサ２１０１、マイクロフォン２１０２、上部カメラ２１０３、スピーカ２１０４、ディスプレイ２１０５、下部カメラ２１０６および障害物センサ２１０７、移動機構２１０８を備える。
【０３５２】
ロボット２１００において、演算装置２１１０、照度センサ２１０１、上部カメラ２１０３、ディスプレイ２１０５、下部カメラ２１０６および障害物センサ２１０７等に、上記電子部品を使用することができる。
【０３５３】
マイクロフォン２１０２は、使用者の話し声及び環境音等を検知する機能を有する。また、スピーカ２１０４は、音声を発する機能を有する。ロボット２１００は、マイクロフォン２１０２およびスピーカ２１０４を用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。
【０３５４】
ディスプレイ２１０５は、種々の情報の表示を行う機能を有する。ロボット２１００は、使用者の望みの情報をディスプレイ２１０５に表示することが可能である。ディスプレイ２１０５は、タッチパネルを搭載していてもよい。
【０３５５】
上部カメラ２１０３および下部カメラ２１０６は、ロボット２１００の周囲を撮像する機能を有する。また、障害物センサ２１０７は、移動機構２１０８を用いてロボット２１００が前進する際の進行方向における障害物の有無を察知することができる。ロボット２１００は、上部カメラ２１０３、下部カメラ２１０６および障害物センサ２１０７を用いて、周囲の環境を認識し、安全に移動することが可能である。
【０３５６】
図２０（Ｂ）に示す飛行体２１２０は、演算装置２１２１と、プロペラ２１２３と、カメラ２１２２と、を有し、自立して飛行する機能を有する。
【０３５７】
飛行体２１２０において、演算装置２１２１およびカメラ２１２２に上記電子部品を用いることができる。
【０３５８】
図２０（Ｃ）は、自動車の一例を示す外観図である。自動車２９８０は、カメラ２９８１等を有する。また、自動車２９８０は、赤外線レーダー、ミリ波レーダー、レーザーレーダーなど各種センサなどを備える。自動車２９８０は、カメラ２９８１が撮影した画像を解析し、歩行者の有無など、周囲の交通状況を判断し、自動運転を行うことができる。
【０３５９】
自動車２９８０において、カメラ２９８１に上記電子部品を用いることができる。
【０３６０】
図２０（Ｄ）に、互いに別々の言語で話す複数の人間のコミュニケーションにおいて、携帯電子機器２１３０に同時通訳を行わせる状況を示す。
【０３６１】
携帯電子機器２１３０は、マイクロフォンおよびスピーカ等を有し、使用者の話し声を認識してそれを話し相手の話す言語に翻訳する機能を有する。携帯電子機器２１３０の演算装置に、上記電子部品を使用することができる。
【０３６２】
また、図２０（Ｄ）において、使用者は携帯型マイクロフォン２１３１を有する。携帯型マイクロフォン２１３１は、無線通信機能を有し、検知した音声を携帯電子機器２１３０に送信する機能を有する。
【０３６３】
図２１（Ａ）は、ペースメーカの一例を示す断面模式図である。
【０３６４】
ペースメーカ本体５３００は、バッテリー５３０１ａ、５３０１ｂと、レギュレータと、制御回路と、アンテナ５３０４と、右心房へのワイヤ５３０２、右心室へのワイヤ５３０３とを少なくとも有している。
【０３６５】
ペースメーカ本体５３００に上記電子部品を用いることができる。
【０３６６】
ペースメーカ本体５３００は手術により体内に設置され、二本のワイヤは、人体の鎖骨下静脈５３０５及び上大静脈５３０６を通過させて一方のワイヤ先端が右心室、もう一方のワイヤ先端が右心房に設置されるようにする。
【０３６７】
また、アンテナ５３０４で電力が受信でき、その電力は複数のバッテリー５３０１ａ、５３０１ｂに充電され、ペースメーカの交換頻度を少なくすることができる。ペースメーカ本体５３００は複数のバッテリーを有しているため、安全性が高く、一方が故障したとしてももう一方が機能させることができるため、補助電源としても機能する。
【０３６８】
また、電力を受信できるアンテナ５３０４とは別に、生理信号を送信できるアンテナを有していてもよく、例えば、脈拍、呼吸数、心拍数、体温などの生理信号を外部のモニタ装置で確認できるような心臓活動を監視するシステムを構成してもよい。
【０３６９】
図２１（Ｂ）に示すセンサ５９００は、接着パッド等を用いて人体に取り付けられる。センサ５９００は、配線５９３２を介して人体に取り付けられた電極５９３１等に信号を与えて心拍数や心電図などの生体情報を取得する。取得された情報は無線信号として、読み取り器等の端末に送信される。
【０３７０】
センサ５９００に、上記電子部品を用いることができる。
【０３７１】
図２２は、掃除ロボットの一例を示す模式図である。
【０３７２】
掃除ロボット５１００は、上面に配置されたディスプレイ５１０１、側面に配置された複数のカメラ５１０２、ブラシ５１０３、操作ボタン５１０４を有する。また図示されていないが、掃除ロボット５１００の下面には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット５１００は、その他に赤外線センサ、超音波センサ、加速度センサ、ピエゾセンサ、光センサ、ジャイロセンサなどの各種センサを備えている。また、掃除ロボット５１００は、無線による通信手段を備えている。
【０３７３】
カメラ５１０２に、上記電子部品を用いることができる。
【０３７４】
掃除ロボット５１００は自走し、ゴミ５１２０を検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。
【０３７５】
また、掃除ロボット５１００はカメラ５１０２が撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシ５１０３に絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシ５１０３の回転を止めることができる。
【０３７６】
ディスプレイ５１０１には、バッテリーの残量や、吸引したゴミの量などを表示することができる。また、掃除ロボット５１００が走行した経路をディスプレイ５１０１に表示させてもよい。また、ディスプレイ５１０１をタッチパネルとし、操作ボタン５１０４をディスプレイ５１０１に設けてもよい。
【０３７７】
掃除ロボット５１００は、スマートフォンなどの携帯電子機器５１４０と通信することができる。カメラ５１０２が撮影した画像は、携帯電子機器５１４０に表示させることができる。そのため、掃除ロボット５１００の持ち主は、外出先からでも、部屋の様子を知ることができる。
【０３７８】
以上、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０３７９】
なお、本明細書において、特に断りがない場合、オン電流とは、トランジスタがオン状態にあるときのドレイン電流をいう。オン状態（オンと略す場合もある）とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧（ＶＧ）がしきい値電圧（Ｖｔｈ）以上の状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ＶＧがＶｔｈ以下の状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオン電流とは、ＶＧがＶｔｈ以上のときのドレイン電流を言う。また、トランジスタのオン電流は、ドレインとソースの間の電圧（ＶＤ）に依存する場合がある。
【０３８０】
また、本明細書において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態（オフと略す場合もある）とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ＶＧがＶｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ＶＧがＶｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ＶＧがＶｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う。トランジスタのオフ電流は、ＶＧに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流が１０−２１Ａ未満である、とは、トランジスタのオフ電流が１０−２１Ａ未満となるＶＧの値が存在することを言う場合がある。
【０３８１】
また、トランジスタのオフ電流は、ＶＤに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、ＶＤの絶対値が０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、または２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶＤにおけるオフ電流を表す場合がある。
【０３８２】
本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位（接地電位）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
【０３８３】
本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。
【０３８４】
ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
【０３８５】
ＸとＹとが直接的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など）を介さずに、ＸとＹとが、接続されている場合である。
【０３８６】
ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、ＸとＹとが電気的に接続されている場合は、ＸとＹとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
【符号の説明】
【０３８７】
１０    記憶装置
１１    周辺回路
１２    メモリセルアレイ
２１    ローデコーダ
２２    ワード線ドライバ回路
３０    ビット線ドライバ回路
３１    カラムデコーダ
３２    プリチャージ回路
３３    センスアンプ
３４    回路
４０    出力回路
６０    コントロールロジック回路
１００    容量素子
１００ａ    容量素子
１００ｂ    容量素子
１１０    導電体
１１２    導電体
１２０    導電体
１２０ａ    導電体
１２０ｂ    導電体
１３０    絶縁体
１３０ａ    絶縁体
１３０ｂ    絶縁体
１３５    絶縁体
２００    トランジスタ
２００ａ    トランジスタ
２００ｂ    トランジスタ
２０１    基板
２０３    導電体
２０５    導電体
２１０    絶縁体
２１２    絶縁体
２１４    絶縁体
２１６    絶縁体
２２０    絶縁体
２２２    絶縁体
２２４    絶縁体
２３０    酸化物
２３０ａ    酸化物
２３０ｂ    酸化物
２３０ｃ    酸化物
２３１    領域
２３１ａ    領域
２３１ｂ    領域
２３２    領域
２３２ａ    領域
２３２ｂ    領域
２３４    領域
２３９    領域
２４０    導電体
２４０ａ    導電体
２４０ｂ    導電体
２４０ｃ    導電体
２４２    層
２５０    絶縁体
２５２    金属酸化物
２６０    導電体
２６０ａ    導電体
２６０ｂ    導電体
２７０    絶縁体
２７１    絶縁体
２７２    絶縁体
２７３    絶縁体
２７４    絶縁体
２７５    絶縁体
２８０    絶縁体
５００    トランジスタ
５００ａ    トランジスタ
５００ｂ    トランジスタ
５０３    導電体
５０５    導電体
５２４    絶縁体
５３０    酸化物
５３０ａ    酸化物
５３０ｂ    酸化物
５３０ｃ    酸化物
５４０    導電体
５４０ａ    導電体
５４０ｂ    導電体
５４２    層
５５０    絶縁体
５５２    金属酸化物
５６０    導電体
５６０ａ    導電体
５６０ｂ    導電体
５７０    絶縁体
５７１    絶縁体
５７２    絶縁体
５７５    絶縁体
６００    メモリセル
６００ａ    メモリセル
６００ｂ    メモリセル
６１０    層
２１００    ロボット
２１０１    照度センサ
２１０２    マイクロフォン
２１０３    上部カメラ
２１０４    スピーカ
２１０５    ディスプレイ
２１０６    下部カメラ
２１０７    障害物センサ
２１０８    移動機構
２１１０    演算装置
２１２０    飛行体
２１２１    演算装置
２１２２    カメラ
２１２３    プロペラ
２１３０    携帯電子機器
２１３１    携帯型マイクロフォン
２９８０    自動車
２９８１    カメラ
５１００    掃除ロボット
５１０１    ディスプレイ
５１０２    カメラ
５１０３    ブラシ
５１０４    操作ボタン
５１２０    ゴミ
５１４０    携帯電子機器
５３００    ペースメーカ本体
５３０１ａ    バッテリー
５３０１ｂ    バッテリー
５３０２    ワイヤ
５３０３    ワイヤ
５３０４    アンテナ
５３０５    鎖骨下静脈
５３０６    上大静脈
５９００    センサ
５９３１    電極
５９３２    配線
７０００    電子部品
７００２    プリント基板
７００４    実装基板
７０３１    基板
７０３２    層
７０３３    層
７０３４    層
７４００    電子部品
７４１１    パッケージ基板
７４２１    レンズカバー
７４３５    レンズ
７４４１    ランド
７４５１    イメージセンサチップ
７４６１    電極パッド
７４７１    ワイヤ
７４９０    ＩＣチップ
【図１】
2018195794.tif 000003
【図２】
2018195794.tif 000004
【図３】
2018195794.tif 000005
【図４】
2018195794.tif 000006
【図５】
2018195794.tif 000007
【図６】
2018195794.tif 000008
【図７】
2018195794.tif 000009
【図８】
2018195794.tif 000010
【図９】
2018195794.tif 000011
【図１０】
2018195794.tif 000012
【図１１】
2018195794.tif 000013
【図１２】
2018195794.tif 000014
【図１３】
2018195794.tif 000015
【図１４】
2018195794.tif 000016
【図１５】
2018195794.tif 000017
【図１６】
2018195794.tif 000018
【図１７】
2018195794.tif 000019
【図１８】
2018195794.tif 000020
【図１９】
2018195794.tif 000021
【図２０】
2018195794.tif 000022
【図２１】
2018195794.tif 000023
【図２２】
2018195794.tif 000024