(57)【要約】【課題】位置を探知することができるゴルフボール、及びそのシステムを提供する。【解決手段】高周波集積回路と、記憶装置と、第１の配線と、アンテナと、を有するゴルフボールであって、記憶装置は、メモリセルを有し、メモリセルは、第１のトランジスタ及び保持ノードを有する。高周波集積回路と、記憶装置は、ゴルフボールの内部に設けられ、アンテナは、高周波集積回路より外側、かつゴルフボールの内側に設けられている。高周波集積回路と、記憶装置は電気的に接続され、高周波集積回路は、第１の配線を介して、アンテナと電気的に接続される。第１のトランジスタは、保持ノードの充電及び放電を制御できる機能を有し、チャネル形成領域に酸化物半導体を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波集積回路と、記憶装置と、第１の配線と、アンテナと、を有するゴルフボールであって、
前記高周波集積回路は、電源を有し、
前記記憶装置は、メモリセルを有し、
前記メモリセルは、第１のトランジスタ及び保持ノードを有し、
前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、
前記第１のトランジスタは、前記保持ノードの充電及び放電を制御できる機能を有し、
前記高周波集積回路と前記記憶装置とは、前記ゴルフボールの内部に設けられ、
前記アンテナは、前記ゴルフボールの内部、かつ前記高周波集積回路より外側に設けられ、
前記高周波集積回路と前記記憶装置とは、電気的に接続され、
前記高周波集積回路は、前記第１の配線を介して、前記アンテナと電気的に接続され、
前記電源は、前記高周波集積回路、及び前記記憶装置に電力を供給する機能を有し、
前記記憶装置は、他のゴルフボールと区別するための被照合用識別データを記憶する機能を有し、
前記アンテナは、第１の無線信号を受信する機能と、第２の無線信号を送信する機能を有し、
前記第１の無線信号は、照合用識別データと、前記ゴルフボールから前記第２の無線信号を送信させる命令を含む信号であることを特徴とするゴルフボール。
【請求項２】
請求項１において、
前記メモリセルは、容量素子を有し、
前記容量素子は、前記保持ノードの電圧を保持することができる機能を有することを特徴とするゴルフボール。
【請求項３】
請求項１、又は請求項２において、
前記電源は、バッテリーを有し、
前記アンテナは、前記ゴルフボールの外部に設けられた給電器からの第３の無線信号を受信する機能と、前記第３の無線信号によって起電力を発生する機能を有し、
前記高周波集積回路は、前記起電力を前記バッテリーに充電させる機能を有することを特徴とするゴルフボール。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
更に、第２の配線と、発光装置と、を有し、
前記発光装置は、前記ゴルフボールの外側から発光が確認できるように、前記ゴルフボールの内部に設けられ、
前記発光装置は、前記第２の配線を介して、前記高周波集積回路と電気的に接続され、
前記電源は、更に、前記発光装置に電力を供給する機能を有し、
前記記憶装置は、更に、前記発光装置に表示する表示データを記憶する機能を有し、
前記アンテナは、第４の無線信号を受信する機能を有し、
前記第４の無線信号は、前記照合用識別データと、前記ゴルフボールの前記発光装置を駆動させる命令と、を含む信号であることを特徴とするゴルフボール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
更に、音響装置を有し、
前記音響装置は、前記ゴルフボールの内部に設けられ、
前記音響装置は、前記高周波集積回路と電気的に接続され、
前記電源は、更に、前記音響装置に電力を供給する機能を有し、
前記記憶装置は、更に、前記音響装置から出力する音データを記憶する機能を有し、
前記アンテナは、第４の無線信号を受信する機能を有し、
前記第４の無線信号は、前記照合用識別データと、前記ゴルフボールの前記音響装置を駆動させる命令と、を含む信号であることを特徴とするゴルフボール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のゴルフボールと、複数の基地局と、計算機と、を有するシステムであり、
前記複数の基地局はゴルフ場内に設けられ、
前記複数の基地局は、前記ゴルフボールに前記第１の無線信号を送信することができる機能を有し、
前記ゴルフボールは、前記第１の無線信号に格納されている前記照合用識別データを読み出し、かつ前記記憶装置から前記被照合用識別データを読み出し、
前記ゴルフボールは、前記照合用識別データと前記被照合用識別データが一致した場合に、前記複数の基地局に前記第２の無線信号を送信し、
前記複数の基地局は、それぞれ前記第２の無線信号の受信強度を含めた信号を前記計算機に送信し、
前記計算機は、ぞれぞれの前記受信強度に基づいて、前記ゴルフボールの位置を計算して、位置データを生成することを特徴とするシステム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載のゴルフボールと、複数の人工衛星と、パラボナアンテナと、計算機と、を有するシステムであり、
前記複数の人工衛星は、前記ゴルフボールに前記第１の無線信号を送信することができる機能を有し、
前記ゴルフボールは、前記第１の無線信号に格納されている前記照合用識別データを読み出し、かつ前記記憶装置から前記被照合用識別データを読み出し、
前記ゴルフボールは、前記照合用識別データと前記被照合用識別データが一致した場合に、前記複数の人工衛星に前記第２の無線信号を送信し、
前記複数の人工衛星は、それぞれ前記第２の無線信号の受信強度を含めた信号を、前記パラボナアンテナを介して、前記計算機に送信し、
前記計算機は、それぞれの前記受信強度に基づいて、前記ゴルフボールの位置を計算して、位置データを生成することを特徴とするシステム。
【請求項８】
請求項６又は７において、
更に、情報処理端末を有し、
前記情報処理端末は、表示部を有し、
前記位置データは、前記情報処理端末に送信され、
前記位置データを前記表示部に表示することを特徴とするシステム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項３に記載のゴルフボールと、情報処理端末と、を有するシステムであって、
前記情報処理端末は、表示部を有し、
前記情報処理端末は、前記ゴルフボールに前記第１の無線信号を送信する機能と、前記第２の無線信号を受信する機能を有し、
前記ゴルフボールは、受信した前記第１の無線信号に格納されている前記照合用識別データを読み出し、かつ前記記憶装置から前記被照合用識別データを読み出し、
前記ゴルフボールは、前記照合用識別データと前記被照合用識別データが一致した場合に、前記情報処理端末に前記第２の無線信号を送信し、
前記第２の無線信号を受信した前記情報処理端末は、前記第２の無線信号の強度と前記第２の無線信号を受信した方向に基づいて前記ゴルフボールの位置を計算して、前記ゴルフボールの位置データを生成し、かつ前記位置データを前記表示部に表示することを特徴とするシステム。
【請求項１０】
請求項４に記載のゴルフボールと、情報処理端末と、を有するシステムであって、
前記情報処理端末は、前記ゴルフボールに前記第４の無線信号を送信する機能を有し、
前記ゴルフボールは、受信した前記第４の無線信号に格納されている前記照合用識別データを読み出し、かつ前記記憶装置から前記被照合用識別データを読み出し、
前記照合用識別データと前記被照合用識別データが一致した場合に、前記表示データは、前記記憶装置から読み出され、その後に前記第２の配線を介して前記発光装置に送られ、
前記発光装置は、前記表示データに基づいて発光することを特徴とするシステム。
【請求項１１】
請求項５に記載のゴルフボールと、情報処理端末と、を有するシステムであって、
前記情報処理端末は、前記ゴルフボールに前記第４の無線信号を送信する機能を有し、
前記ゴルフボールは、前記第４の無線信号に格納されている前記照合用識別データを読み出し、かつ前記記憶装置から前記被照合用識別データを読み出し、
前記照合用識別データと前記被照合用識別データが一致した場合に、前記音データは、前記記憶装置から読み出され、その後に前記音響装置に送られ、
前記音響装置は、前記音データに基づいて音を鳴らすことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、ゴルフボール、電子機器及びそれを利用したシステムに関する。
【０００２】
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、プロセッサ、電子機器、それらの駆動方法、それらの製造方法、それらの検査方法、又はそれらのシステムを一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
近年、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、デジタルカメラなどさまざまな電子機器に、セントラルプロセシングユニット（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ（ＣＰＵ））やメモリ、センサなどといった半導体装置が用いられており、当該半導体装置は、微細化、及び低消費電力など様々な面で高性能化が図られている。
【０００４】
低消費電力化、微細化などの高性能化を図る方法として、半導体装置に使われているトランジスタの半導体層（以下、活性層、チャネル層、チャネル形成領域という場合がある）を酸化物半導体にする提案がある。例えば、チャネル層にインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む酸化物（以下、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物という場合がある）を用いたトランジスタなどが挙げられる（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平１１−５０５３７７号公報
【特許文献２】特開２００４−６５３４６号公報
【特許文献３】特開２００３−２６５６５１号公報
【特許文献４】特開２０１３−１５４１７６号公報
【特許文献５】特開平６−２７５６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、盛んなスポーツの一つとして、ゴルフが挙げられる。ゴルフとは、ゴルフクラブと呼ばれる用具を用いて、定められた区域（コース、又はホールという場合がある）の中で指定された開始位置からゴルフボールを打ち飛ばし、カップと呼ばれる指定された穴にゴルフボールを入れるスポーツである。１つのホール（１コース）において、ゴルフボールを開始位置からカップに入れるまでに要した打数をスコアリングし、それを合計１８のホールでプレイする。１８ホールを巡り、どれだけ少ないスコアでゲームを終了できるかを競うスポーツである（ただし、ルールによっては、プレイするコースは１８ホールに限定されない場合がある）。
【０００７】
ゴルフのプレイ中に、ゴルフボールがコース内の林、又は茂みに入ってしまったとき、又はコース外に外れてしまったとき、プレイを続けるために該ゴルフボールを探す必要がある。ここで、該ゴルフボールを探し出すのに時間を要する場合、その要した時間だけプレイが中断される。さらに、後続のゴルフプレイヤーがいる場合、後続のゴルフプレイヤーは、先行のゴルフプレイヤーがゴルフボールを見つけるまで、プレイを進めることが出来ない。そのため、ゴルフボールを探す時間だけ、プレイ時間が遅延してしまう。
【０００８】
また、ゴルフボールが最後まで見つからない場合、新しいゴルフボールでプレイを再開するのだが、見つからなかったゴルフボールはそのまま放置されたままとなる（以後、見つからなかったボールを、ロストボールという場合がある）。ゴルフボールの素材は合成樹脂である場合が多く、ロストボールは、自然に還ることができず、そのまま残り続ける場合がある。さらにゴルフ競技が繰り返し行われることで、ロストボールの数は増加していき、ゴルフコース内外にロストボールが溢れてくる結果となる。溢れたロストボールは、ゴルフプレイ中のボールと入れ替わるアクシデントを引き起こす要因となり得、ゴルフプレイのスコアに大きく影響される場合がある。
【０００９】
また、ゴルフボールに電波発信機を内蔵した出願、又はそれを利用した位置を特定するシステムの出願がなされている（特許文献２、特許文献３参照）。また、ゴルフボールにＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）を内蔵した出願がなされている（特許文献４参照）。つまり、先行技術では、個々のゴルフボールを識別するための情報を格納するメモリが、ゴルフボールに内蔵されている。
【００１０】
ゴルフプレイにおいて、より長い飛距離を飛ばすためには、ゴルフボールの直径は小さい方が好ましい。Ｒ＆Ａ（アールアンドエイ・ルールズ・リミテッド）とＵＳＧＡ（全米ゴルフ協会）の定めた規則では、ゴルフボールの直径は、４２．６７ｍｍ以上と定められているので、ゴルフボールの直径が４２．６７ｍｍ未満とならないように、出来るだけ小さくする必要がある。そのため、内蔵するＲＦＩＣ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、高周波集積回路）及びその他の回路をより小さくする必要がある。また、ゴルフボールの回転を考慮した場合、内蔵のＲＦＩＣ及びその他の回路の大きさも影響を与えるため、内蔵するＲＦＩＣ及びその他の回路をより小さくした方が好ましい。
【００１１】
ゴルフボールにＲＦＩＤを内蔵する場合、ゴルフボール毎にＩＤを記憶する必要があり、不揮発性メモリやＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置が用いられる。従来の不揮発性メモリ、ＲｅＲＡＭなどでは消費電力が大きいため、一次電池や二次電池など（以後、包括して電池という場合がある）を搭載する必要がある。さらに、不揮発性メモリやＲｅＲＡＭにおいて書き込み動作や読み出し動作を頻繁に行う場合、その分消費電力が大きくなるため、電池の容量を大きくする必要がある。電池の容量が大きくなると、電池の質量、及び体積も増加する傾向にある。Ｒ＆ＡとＵＳＧＡの定めた規則では、ゴルフボールの質量は、４５．９３ｇ以下と定められているため、容量の大きい、すなわち質量、及び体積の大きい電池を回路とともに内蔵するのは難しい場合がある。そのため、従来の不揮発性メモリやＲｅＲＡＭを記憶装置として用いると、書き込み動作時及び読み込み動作時における消費電力が大きくなってしまうため、すぐに電池が切れてしまうという欠点がある。
【００１２】
本発明の一態様は、新規な半導体装置の提供することを課題の一つとする。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置を有するモジュールを提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、新規な半導体装置を有するモジュールを使用した電子機器を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、新規な記憶装置、新規なモジュール、新規な電子機器、新規なボール、又は新規なシステムなどを提供することを課題の一とする。
【００１３】
又は、本発明の一態様は、ゴルフボールを早く探し出すシステムを提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、ゴルフボールを早く探し出すための新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器などを提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、長くデータを保持できる新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器などを提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、低消費電力を実現する新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器などを提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、ゴルフの競技時間を短縮することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、ロストボールの回収方法を提供することを課題の一とする。
【００１４】
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、及び他の課題の少なくとも一つについて、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】
【００１５】
（１）
本発明の一態様は、高周波集積回路と、記憶装置と、第１の配線と、アンテナと、を有するゴルフボールであって、高周波集積回路は、電源を有し、記憶装置は、メモリセルを有し、メモリセルは、第１のトランジスタ及び保持ノードを有し、第１のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、第１のトランジスタは、保持ノードの充電及び放電を制御できる機能を有し、高周波集積回路と記憶装置とは、ゴルフボールの内部に設けられ、アンテナは、ゴルフボールの内部、かつ高周波集積回路より外側に設けられ、高周波集積回路と記憶装置とは、電気的に接続され、高周波集積回路は、第１の配線を介して、アンテナと電気的に接続され、電源は、高周波集積回路、及び記憶装置に電力を供給する機能を有し、記憶装置は、他のゴルフボールと区別するための被照合用識別データを記憶する機能を有し、アンテナは、第１の無線信号を受信する機能と、第２の無線信号を送信する機能を有し、第１の無線信号は、照合用識別データと、ゴルフボールから第２の無線信号を送信させる命令を含む信号であることを特徴とするゴルフボールである。
【００１６】
（２）
本発明の一態様は、前記（１）において、メモリセルは、容量素子を有し、容量素子は、保持ノードの電圧を保持することができる機能を有することを特徴とするゴルフボールである。
【００１７】
（３）
本発明の一態様は、前記（１）又は（２）において、電源は、バッテリーを有し、アンテナは、ゴルフボールの外部に設けられた給電器からの第３の無線信号を受信する機能と、第３の無線信号によって起電力を発生する機能を有し、高周波集積回路は、起電力をバッテリーに充電させる機能を有することを特徴とするゴルフボールである。
【００１８】
（４）
本発明の一態様は、前記（１）乃至（３）のいずれか一において、更に、第２の配線と、発光装置と、を有し、発光装置は、ゴルフボールの外側から発光が確認できるように、ゴルフボールの内部に設けられ、発光装置は、第２の配線を介して、高周波集積回路と電気的に接続され、電源は、更に、発光装置に電力を供給する機能を有し、記憶装置は、更に、発光装置に表示する表示データを記憶する機能を有し、アンテナは、第４の無線信号を受信する機能を有し、第４の無線信号は、照合用識別データと、ゴルフボールの発光装置を駆動させる命令と、を含む信号であることを特徴とするゴルフボールである。
【００１９】
（５）
本発明の一態様は、前記（１）乃至（３）のいずれか一において、更に、音響装置を有し、音響装置は、ゴルフボールの内部に設けられ、音響装置は、高周波集積回路と電気的に接続され、電源は、更に、音響装置に電力を供給する機能を有し、記憶装置は、更に、音響装置から出力する音データを記憶する機能を有し、アンテナは、第４の無線信号を受信する機能を有し、第４の無線信号は、照合用識別データと、ゴルフボールの音響装置を駆動させる命令と、を含む信号であることを特徴とするゴルフボールである。
【００２０】
（６）
本発明の一態様は、前記（１）乃至前記（５）のいずれか一に記載のゴルフボールと、複数の基地局と、計算機と、を有するシステムであり、複数の基地局はゴルフ場内に設けられ、複数の基地局は、ゴルフボールに第１の無線信号を送信することができる機能を有し、ゴルフボールは、第１の無線信号に格納されている照合用識別データを読み出し、かつ記憶装置から被照合用識別データを読み出し、ゴルフボールは、照合用識別データと被照合用識別データが一致した場合に、複数の基地局に第２の無線信号を送信し、複数の基地局は、それぞれ第２の無線信号の受信強度を含めた信号を計算機に送信し、計算機は、それぞれの受信強度に基づいて、ゴルフボールの位置を計算して、位置データを生成することを特徴とするシステム。
【００２１】
（７）
本発明の一態様は、前記（１）乃至（５）のいずれか一に記載のゴルフボールと、複数の人工衛星と、パラボナアンテナと、計算機と、を有するシステムであり、複数の人工衛星は、ゴルフボールに第１の無線信号を送信することができる機能を有し、ゴルフボールは、第１の無線信号に格納されている照合用識別データを読み出し、かつ記憶装置から被照合用識別データを読み出し、ゴルフボールは、照合用識別データと被照合用識別データが一致した場合に、複数の人工衛星に第２の無線信号を送信し、複数の人工衛星は、それぞれ第２の無線信号の受信強度を含めた信号を、パラボナアンテナを介して、計算機に送信し、計算機は、それぞれの受信強度に基づいて、ゴルフボールの位置を計算して、位置データを生成することを特徴とするシステムである。
【００２２】
（８）
本発明の一態様は、前記（６）又は（７）において、更に、情報処理端末を有し、情報処理端末は、表示部を有し、位置データは、情報処理端末に送信され、位置データを表示部に表示することを特徴とするシステムである。
【００２３】
（９）
本発明の一態様は、前記（１）乃至（３）に記載のゴルフボールと、情報処理端末と、を有するシステムであって、情報処理端末は、表示部を有し、情報処理端末は、ゴルフボールに第１の無線信号を送信する機能と、第２の無線信号を受信する機能を有し、ゴルフボールは、受信した第１の無線信号に格納されている照合用識別データを読み出し、かつ記憶装置から被照合用識別データを読み出し、ゴルフボールは、照合用識別データと被照合用識別データが一致した場合に、第２の無線信号を送信し、第２の無線信号を受信した情報処理端末は、第２の無線信号の強度と第２の無線信号を受信した方向に基づいてゴルフボールの位置を計算して、ゴルフボールの位置データを生成し、かつ位置データを表示部に表示することを特徴とするシステム。
【００２４】
（１０）
本発明の一態様は、前記（４）に記載のゴルフボールと、情報処理端末と、を有するシステムであって、情報処理端末は、ゴルフボールに第４の無線信号を送信する機能を有し、ゴルフボールは、受信した第４の無線信号に格納されている照合用識別データを読み出し、かつ記憶装置から被照合用識別データを読み出し、照合用識別データと被照合用識別データが一致した場合に、表示データは、記憶装置から読み出され、その後に第２の配線を介して発光装置に送られ、発光装置は、表示データに基づいて発光することを特徴とするシステムである。
【００２５】
（１１）
本発明の一態様は、前記（５）に記載のゴルフボールと、情報処理端末と、を有するシステムであって、情報処理端末は、ゴルフボールに第４の無線信号を送信する機能を有し、ゴルフボールは、第４の無線信号に格納されている照合用識別データを読み出し、かつ記憶装置から被照合用識別データを読み出し、照合用識別データと被照合用識別データが一致した場合に、音データは、記憶装置から読み出され、その後に音響装置に送られ、音響装置は、音データに基づいて音を鳴らすことを特徴とするシステムである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の一態様によって、新規な半導体装置の提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規な半導体装置を有するモジュールを提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規な半導体装置を有するモジュールを使用した電子機器を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は、新規な電子機器などを提供することができる。
【００２７】
又は、本発明の一態様によって、ゴルフボールを早く探し出すシステムを提供することができる。又は、本発明の一態様によって、ゴルフボールを早く探し出すための新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器などを提供することができる。又は、本発明の一態様によって、長くデータを保持できる新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器などを提供することができる。又は、本発明の一態様によって、低消費電力を実現する新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器などを提供することができる。又は、本発明の一態様によって、ゴルフの競技時間を短縮することできる。又は、本発明の一態様によって、ロストボールの回収方法を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規な半導体装置、新規な記憶装置、新規なモジュール、又は新規な電子機器、新規なボール、新規なシステムなどを提供することができる。
【００２８】
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】
【００２９】
【図１】ゴルフボールの断面図とブロック図。
【図２】ゴルフボールの位置を特定するシステムを説明する図。
【図３】ゴルフボールの位置を特定するシステムを説明する図。
【図４】ゴルフボールの断面図とブロック図。
【図５】ゴルフボールの位置を特定するシステムを説明する図。
【図６】ゴルフボールの断面図とブロック図。
【図７】ゴルフボールの位置を特定するシステムを説明する図。
【図８】記憶装置の一例を示すブロック図。
【図９】メモリセルの一例を示す回路図。
【図１０】メモリセルの一例を示す回路図。
【図１１】Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の組成を説明する三角図。
【図１２】トランジスタの構成例を示す上面図及び断面図。
【図１３】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図１４】トランジスタの構成例を示す上面図及び断面図。
【図１５】トランジスタの構成例を示す上面図及び断面図。
【図１６】トランジスタの構成例を示す上面図及び断面図。
【図１７】トランジスタの構成例を示す上面図及び断面図。
【図１８】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図１９】ＣＡＡＣ−ＯＳ及び単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図、ならびにＣＡＡＣ−ＯＳの制限視野電子回折パターンを示す図。
【図２０】ＣＡＡＣ−ＯＳの断面ＴＥＭ像、ならびに平面ＴＥＭ像及びその画像解析像。
【図２１】ｎｃ−ＯＳの電子回折パターンを示す図、及びｎｃ−ＯＳの断面ＴＥＭ像。
【図２２】ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの断面ＴＥＭ像。
【図２３】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。
【図２４】電子部品の作製例を示すフローチャート、及び電子部品の一例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一態様は、ＲＦＩＣ、記憶回路、配線を有するゴルフボールである。したがって、本明細書等において、「ゴルフボール」という用語は、該ＲＦＩＣ、該記憶装置、該配線を有するゴルフボールを意味する場合がある。また、該ＲＦＩＣ、該記憶装置、該配線を有さないゴルフボール、すなわち従来のゴルフボールと区別するために、開示する発明の名称を「ＲＦＩＣを有するゴルフボール」「ＲＦＩＣ、記憶装置を有するゴルフボール」「電子機器」などの言葉に置き換えて表記する場合がある。
【００３１】
また、本発明の一態様は、ＲＦＩＣ、記憶回路を有するゴルフボールである。したがって、本明細書において、認証機能を有するＲＦＩＣと記憶回路を、まとめて「ＲＦＩＤ」と記載する場合がある。
【００３２】
（実施の形態１）
本発明の一態様であるＲＦＩＣを内蔵したゴルフボールの一例について、説明する。
【００３３】
＜構成例１＞
図１（Ａ）にゴルフボール１００（ＲＦＩＣを内蔵したゴルフボール）の断面図を示す。ゴルフボール１００は、２コア、かつ１カバーの３層構造（スリー・ピース）の構成を示している。ゴルフボール１００は、カバー１０１、外部コア１０２、内部コア１０３を有し、内部コア１０３は、外部コア１０２によって覆われ、外部コア１０２は、カバー１０１によって覆われている。ゴルフボール１００は、配線１０５を有し、外部コア１０２は、アンテナ１０６を有し、内部コア１０３は、ＲＦＩＣ１０４を有し、ＲＦＩＣ１０４は、配線１０５を介して、アンテナ１０６と電気的に接続されている。
【００３４】
また、ゴルフボール１００は、３層構造に限定されない。例えば、ゴルフボール１００は、単層構造（ワン・ピース）や２層構造（ツー・ピース）、４層以上のような多層構造（マルチ・ピース）構造であってもよい。また、ゴルフボール１００は、２コア、かつ１カバーに限定されない。例えば、ゴルフボール１００は、１コア、かつ２カバーの構造であってもよい。
【００３５】
カバー１０１としては、合成樹脂を用いればよい。例えば、ウレタン、アイオノマー樹脂などがある。外部コア１０２としては、合成樹脂を用いればよい。例えば、弾性の高いブタジエンゴムを主体として、エラストマーなどのゴムを配合したものなどがある。内部コア１０３としては、反発性の強い材料を用いればよい。例えば、ゴム、レジンなどがある。また、例えば、弾性の高いブタジエンゴムを主体として、エラストマーなどのゴムを配合したものなどがある。また、例えば、液体材料を充填剤として用いてもよい。液体材料を充填剤として用いたとき、ＲＦＩＣ１０４、アンテナ１０６、配線１０５などに、液体材料から保護するためのパッシベーション膜、コーティング剤、又はカバーなどで覆う必要がある場合がある。
【００３６】
本発明の一態様の電子機器の構成は、上述に限定されない。例えば、１コア、１カバーのツー・ピースの構成で、コアの内部にＲＦＩＣ１０４、配線１０５、及びアンテナ１０６の全てを内蔵した構成でもよい。また、例えば、１コア、２カバーのスリー・ピースの構成で、コアの内部にＲＦＩＣ１０４、配線１０５、及びアンテナ１０６の全てを内蔵した構成でもよい。
【００３７】
図１（Ｂ）に、一例として、ゴルフボール１００のブロック図を示す。ＲＦＩＣ１０４は、整流回路３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、定電圧回路３０５、制御回路３０６、記憶回路３０７、発振回路３０９を有している。
【００３８】
アンテナ１０６は、ＲＦＩＣ１０４の内部の整流回路３０２、復調回路３０３、及び変調回路３０４と電気的に接続され、定電圧回路３０５は、整流回路３０２と電気的に接続されている。記憶回路３０７は、発振回路３０９と電気的に接続されている。制御回路３０６は、整流回路３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、記憶回路３０７、及び発振回路３０９と電気的に接続されている。図示していないが、定電圧回路３０５は、電圧の印加が必要なデバイス、回路、素子などと電気的に接続されている。
【００３９】
アンテナ１０６は、基地局、全地球測位システム（ＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を利用した衛星、位置情報を表示できる携帯端末などとの間で無線信号の送受信を行うものである。
【００４０】
整流回路３０２は、アンテナ１０６で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流、例えば、半波２倍圧整流し、後段に設けられた容量素子により、整流された信号を平滑化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路３０２の入力側又は出力側には、リミッタ回路を設けてもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないように制御するための回路である。なお、図１（Ｂ）において、リミッタ回路は図示していない。
【００４１】
定電圧回路３０５は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するための回路である（本明細書では、電源又は電源回路と言い換えている場合がある）。また、定電圧回路３０５は、内部にリセット信号生成回路を有してもよい。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、制御回路３０６のリセット信号を生成するための回路である。なお、図１（Ｂ）において、各回路への電力供給を行うための配線、リセット信号生成回路、及びリセット信号生成回路と制御回路３０６を接続する配線とは、省略されている。
【００４２】
復調回路３０３は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成するための回路である。また、変調回路３０４は、アンテナ１０６より出力するデータに応じて変調を行うための回路である。
【００４３】
制御回路３０６は復調信号を解読し、処理を行うための回路である。該処理は、例えば、ＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の照合、アンテナ１０６からの無線信号の送信などがある。記憶回路３０７は、入力された情報を保持する回路であり、ローデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを有する。記憶領域は、固有番号（ＩＤ番号）などを格納して、処理に応じて出力を行うためのものである。
【００４４】
発振回路３０９は、各回路が動作するときにタイミングを合わせるために、クロックパルスを出力する回路である。
【００４５】
なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して更新する電波方式などがある。本実施の形態に示すゴルフボール１００、及びＲＦＩＣ１０４はいずれの方式に用いることも可能である。
【００４６】
記憶回路３０７は、ゴルフボール１００の識別情報を格納するものである。本明細書では、該識別情報を、被照合用識別データと記載する場合がある。
【００４７】
記憶回路３０７は、後述する実施の形態４の記憶装置１６００を用いるのが好ましい。また、記憶装置１６００に用いられるメモリセルは、後述する実施の形態５に示すメモリセルを用いるのが好ましい。特に、ｐチャネル型シリコン（Ｓｉ）トランジスタと、酸化物半導体をチャネル領域としたトランジスタを用いるのが好ましい。また、酸化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、イットリウム又はスズ）を含んでいるのが、更に好ましい。また、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）からなる酸化物半導体をチャネル領域としたトランジスタを用いれば、よりさらに好ましい。
【００４８】
酸化物半導体をチャネル領域に有するトランジスタは、オフ状態におけるリーク電流が非常に小さいため、リーク電流が起因とする消費電力を低減することができる場合がある。また、記憶回路３０７での書き込み動作、読み込み動作における消費電力を低減することができる場合がある。そのため、容量の小さい電池を搭載しても長い期間使用し続けることができるゴルフボール１００を実現することができる。
【００４９】
本実施の形態の半導体装置の各回路は、上述に限定されない。状況によって、場合によって、又は、必要に応じて、回路の取捨、回路の接続の変更などをすることができる。
【００５０】
また、本実施の形態は、上述した構造に限定されない。例えば、図１（Ｂ）には図示していないが、定電圧回路３０５にバッテリーを組み込んで、アクティブ式のＲＦＩＣとしてもよい。また、ゴルフボールの外部に設けられた給電器を用いて、バッテリーを充電させる方式にしてもよい。具体的には、給電器のコイル状のアンテナからの交流磁界を発生させて、コイル状形成のアンテナ１０６に近づけることで、アンテナ１０６の端子間に電磁誘導による起電力が発生する。その起電力で、ゴルフボール内部に設けられたバッテリーを充電すればよい。
【００５１】
＜動作方法例１＞
次に、上述したゴルフボール１００の位置を特定する方法について、説明する。
【００５２】
図２（Ａ）にゴルフボール１００の位置を特定するのに用いる情報処理端末７００の一例を示す。情報処理端末７００は、筐体７０１、表示部７０２、及び操作キー７０３を有している。図示していないが、ＲＦ送受信機を内部に有している。表示部７０２に、図２（Ｂ）に示すようなゴルフコース８００を表示することができる。図２（Ｂ）のゴルフコース８００は、一例として示している。また表示部７０２は、ゴルフコース８００のティーンググラウンド８０１、バンカー８０２、林８０３、グリーン８０４、カップ８０６、また図示していないがゴルフコース８００の領域の外側も表示することができる。
【００５３】
ここで、無線信号によるゴルフボール１００の位置の特定方法について説明する。一例として、図２（Ｃ）は、ボールの見つけにくい領域８１０にゴルフボール１００が入り込んでしまった様子と、情報処理端末７００と、を示している。
【００５４】
ボールの見つけにくい領域８１０とは、林８０３、ラフ８０５（Ｒｏｕｇｈ、芝の長い場所）が存在する場所、又はＯＢエリア（ＯＢ：Ｏｕｔ  Ｏｆ  Ｂｏｕｎｄｓ、アウトオブバウンズ）などのことを指す。また、ボールの見つけにくい領域８１０は、図示していないが、池やバンカーなども含む。
【００５５】
ゴルフボールの位置を特定したいとき、手元にある情報処理端末７００を操作することで探知が可能である。情報処理端末７００から、ゴルフボール１００の位置を探知する命令と、照合識別データと、を格納した無線信号２１０ｄ−１を送信する。ゴルフボール１００が無線信号２１０ｄ−１を受信したとき、無線信号２１０ｄ−１に格納されている照合識別データを読み出す。照合識別データとゴルフボール１００の記憶回路３０７に記憶されている被照合識別データが一致していた場合、ゴルフボール１００は情報処理端末７００宛てに無線信号２１０ｄ−２を送信する。情報処理端末７００が無線信号２１０ｄ−２を受信したとき、情報処理端末７００は無線信号２１０ｄ−２の強度から距離を計算し、表示部７０２に無線信号２１０ｄ−２の発せられた方向と距離を表示させる。このような動作方法により、ゴルフボール１００の位置を特定することが出来る。
【００５６】
また、無線信号によるゴルフボール１００の位置の特定方法について、別の一例を説明する。図３（Ａ）は、ボールの見つけにくい領域８１０にゴルフボール１００が入り込んでしまった様子と、無線通信を送受信する３つ以上の基地局２００と、位置情報の特定を行うサーバ７２０と、情報処理端末７００と、を示している。
【００５７】
ゴルフボール１００の位置を特定したいとき、手元にある情報処理端末７００を操作することで探知が可能である。情報処理端末７００から、ゴルフボール１００の位置を探知する命令と、照合識別データと、を格納した無線信号２１０ｚ−１を基地局２００に送信する。無線信号２１０ｚ−１を受信した基地局２００は、無線信号２１０ａ−１をサーバ７２０に送信する。無線信号２１０ａ−１を受信したサーバ７２０は、ゴルフ場内に設置されている複数の基地局２００に、無線信号２１０ｂ−１を送信する。無線信号２１０ｂ−１を受信した複数の基地局２００は、ゴルフボール１００に無線信号２１０ｃ−１を送信する。無線信号２１０ｃ−１を受信したゴルフボール１００は、無線信号２１０ｃ−１に格納されている照合識別データと、ゴルフボール１００の記憶回路３０７に記憶されている被照合識別データが一致した場合に、複数の基地局２００に無線信号２１０ｃ−２を送信する。このとき、無線信号２１０ｃ−２の強さは、ゴルフボール１００と基地局の距離に依るので、各基地局２００が受信する無線信号２１０ｃ−２の強さは基地局２００ごとに異なる。複数の基地局２００は、それぞれが受信した無線信号２１０ｃ−２の強さを電子データに変換し、該電子データの情報を無線信号２１０ｂ−２としてサーバ７２０に送信する。サーバ７２０は、それぞれの基地局２００から受信した無線信号２１０ｂ−２から、無線信号２１０ｃ−２の強さを読み出し、ゴルフボール１００の位置を算出する。算出したゴルフボール１００の位置データを、無線信号２１０ａ−２として、基地局２００に送信する。そして、無線信号２１０ａ−２を受信した基地局２００は、無線信号２１０ｚ−２を情報処理端末７００に送信する。無線信号２１０ｚ−２を受信した情報処理端末７００は、位置データを読み出して、ゴルフボール１００の位置を表示部７０２に出力する。これにより、ゴルフボール１００の位置を特定することが出来る。
【００５８】
また、上述した位置の特定方法、またＲＦＩＤの認証システムにより、他の複数のゴルフボールに紛れ込んでしまったときでも、容易に他のゴルフボールとの識別ができる場合がある。
【００５９】
サーバ７２０と基地局２００の間は、無線形式の通信に限定されない。例えば、有線形式の通信を用いてもよい。
【００６０】
また、ゴルフボール１００の探知方法は、基地局２００を使用する方法に限定されない。例えば、図３（Ｂ）に示すように、基地局２００の代わりに、パラボナアンテナ７３０と人工衛星７４０を利用したＧＰＳを用いて、ゴルフボール１００の位置を特定する方法を用いてもよい。
【００６１】
このような動作方法により、ゴルフボールを早く探し出すことができる。ゴルフのプレイ中である場合、早くゴルフボールを探し出すことができるので、ゴルフの競技時間を短縮することができる。また、ゴルフのプレイ中でない場合、コース外などに入ってしまったロストボールを早く探し出すことができるので、ロストボールの回収作業も短縮することができる。また、ＲＦＩＣ１０４はゴルフボールに比べて小さく、かつＲＦＩＣ１０４の周辺材料は衝撃を吸収する性質を有するので、ゴルフショット時などの衝撃に強く、故障しにくい利点を有する。
【００６２】
また、ゴルフボール１００の構成は上述に限定されず、実施の形態２又は実施の形態３で述べるゴルフボール１１０又はゴルフボール１２０を代わりに用いてもよい。また、上述の位置の特定方法に限定せず、後述する、実施の形態２のゴルフボール１１０、又は実施の形態３のゴルフボール１２０の位置の特定方法と適宜組み合わせてもよい。
【００６３】
また、本発明の一態様は、本実施の形態で説明したゴルフボールに限定せず、他のスポーツで用いるボールに上述の構成を適用することができる。例えば、野球ボールやボウリングの球に上述の構成を適用してもよい。野球ボールの場合は、打ったボールがどこに飛んで行ったのかを探知する目的で用いればよい。ボウリングのボールの場合、投球時からピンに当たるまでの間に、連続的に位置情報を取得することで、投球したボールの軌道を視覚化するシステムに応用することができる。
【００６４】
（実施の形態２）
本発明の一態様であるＲＦＩＣを内蔵したゴルフボールについて、実施の形態１で述べた構成とは別の構成について、説明する。
【００６５】
＜構成例２＞
図４（Ａ）にゴルフボール１１０の断面図を示す。ゴルフボール１１０は、２コア、かつ１カバーのスリー・ピースの構成を示している。ゴルフボール１１０は、カバー１０１、発光装置１０８、外部コア１０２、内部コア１０３を有し、内部コア１０３は、外部コア１０２によって覆われ、外部コア１０２は、発光装置１０８によって覆われ、カバー１０１によって覆われている。ゴルフボール１１０は、配線１０５、配線１０７を有し、外部コア１０２は、アンテナ１０６を有し、内部コア１０３は、ＲＦＩＣ１０４を有し、ＲＦＩＣ１０４は、配線１０５を介して、アンテナ１０６と電気的に接続され、発光装置１０８は、配線１０７を介して、ＲＦＩＣ１０４と電気的に接続されている。
【００６６】
カバー１０１としては、光透過性を有する合成樹脂を用いればよい。外部コア１０２としては、合成樹脂を用いればよい。例えば、弾性の高いブタジエンゴムを主体として、エラストマーなどのゴムを配合したものなどがある。内部コア１０３としては、反発性の強い材料を用いればよい。例えば、ゴム、レジンなどがある。また、例えば、弾性の高いブタジエンゴムを主体として、エラストマーなどのゴムを配合したものなどがある。また、例えば、液体材料を充填剤として用いてもよい。液体材料を充填剤として用いたとき、ＲＦＩＣ１０４、配線１０５、アンテナ１０６、配線１０７、発光装置１０８などに、液体材料から保護するためのパッシベーション膜、コーティング剤、カバーなどで覆う必要がある場合がある。
【００６７】
本発明の一態様の電子機器の構成は、上述に限定されない。例えば、図４（Ａ）の構成で、外部コア１０２が光透過性を有する材料を用いている場合、発光装置１０８を外部コア１０２の内側に設けた構成でもよい。また、例えば、１コア、１カバーのツー・ピースの構成で、コアの内部にＲＦＩＣ１０４、配線１０５、及びアンテナ１０６の全てを内蔵した構成でもよい。また、例えば、１コア、２カバーのスリー・ピースの構成で、コアの内部にＲＦＩＣ１０４、配線１０５、及びアンテナ１０６の全てを内蔵した構成でもよい。
【００６８】
図４（Ｂ）に、ゴルフボール１１０のブロック図を示す。ＲＦＩＣ１０４は、整流回路３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、定電圧回路３０５、制御回路３０６、記憶回路３０７、発振回路３０９を有している。
【００６９】
アンテナ１０６は、ＲＦＩＣ１０４の内部の整流回路３０２、復調回路３０３、及び変調回路３０４と電気的に接続され、定電圧回路３０５は、整流回路３０２と電気的に接続されている。記憶回路３０７は、発振回路３０９と電気的に接続されている。制御回路３０６は、整流回路３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、記憶回路３０７、発振回路３０９、及びＲＦＩＣ１０４の外部の発光装置１０８と電気的に接続されている。図示していないが、定電圧回路３０５は、電圧の印加が必要なデバイス、回路、素子などと電気的に接続されている。
【００７０】
アンテナ１０６は、基地局、ＧＰＳを利用した衛星、位置情報を表示できる携帯端末などとの間で無線信号の送受信を行うものである。
【００７１】
整流回路３０２は、アンテナ１０６で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流、例えば、半波２倍圧整流し、後段に設けられた容量素子により、整流された信号を平滑化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路３０２の入力側又は出力側には、リミッタ回路を設けてもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないように制御するための回路である。図４（Ｂ）において、リミッタ回路は図示していない。
【００７２】
定電圧回路３０５は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するための回路である（本明細書では、電源又は電源回路と言い換えている場合がある）。また、定電圧回路３０５は、内部にリセット信号生成回路を有してもよい。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、制御回路３０６のリセット信号を生成するための回路である。なお、図４（Ｂ）において、各回路への電力供給を行うための配線、リセット信号生成回路、リセット信号生成回路と制御回路３０６を接続する配線とは、省略している。
【００７３】
復調回路３０３は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成するための回路である。また、変調回路３０４は、アンテナ１０６より出力するデータに応じて変調を行うための回路である。
【００７４】
制御回路３０６は復調信号を解読し、処理を行うための回路である。該処理は、例えば、ＩＤの照合、アンテナ１０６からの無線信号の送信、発光装置１０８の動作などがある。記憶回路３０７は、入力された情報を保持する回路であり、ローデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを有する。記憶領域は、固有番号（ＩＤ番号など）などを格納して、処理に応じて出力を行うためのものである。
【００７５】
発振回路３０９は、各回路が動作するときにタイミングを合わせるために、クロックパルスを出力する回路である。
【００７６】
なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して更新する電波方式などがある。本実施の形態に示すゴルフボール１１０、及びＲＦＩＣ１０４はいずれの方式に用いることも可能である。
【００７７】
記憶回路３０７は、ゴルフボール１１０の識別情報を格納するものである。本明細書では、該識別情報を、被照合用識別データと記載する場合がある。
【００７８】
記憶回路３０７は、後述する実施の形態４の記憶装置１６００を用いるのが好ましい。加えて、記憶装置１６００に用いられるメモリセルは、後述する実施の形態５に示すメモリセルを用いるのが好ましい。特に、ｐチャネル型シリコン（Ｓｉ）トランジスタと、酸化物半導体をチャネル領域としたトランジスタを用いることが好ましい。また、酸化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、イットリウム又はスズ）を含んでいるのが、更に好ましい。また、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）からなる酸化物半導体をチャネル領域としたトランジスタを用いれば、よりさらに好ましい。
【００７９】
酸化物半導体をチャネル領域に有するトランジスタは、オフ状態におけるリーク電流が非常に小さいため、リーク電流が起因とする消費電力を低減することができる場合がある。また、記憶回路３０７での書き込み動作、読み込み動作における消費電力を低減することができる場合がある。そのため、容量の小さい電池を搭載して長い期間使用し続けることができるゴルフボール１１０を実現することができる。
【００８０】
本実施の形態の半導体装置の各回路は、上述に限定されない。状況によって、場合によって、又は、必要に応じて、回路の取捨、回路の接続の変更などをすることができる。
【００８１】
また、本実施の形態は、上述した構造に限定されない。例えば、図４（Ｂ）には図示していないが、バッテリーを組み込んで、アクティブ式のＲＦＩＣとしてもよい。また、ゴルフボールの外部に設けられた給電器を用いて、バッテリーを充電させる方式にしてもよい。具体的には、給電器のコイル状のアンテナからの交流磁界を発生させて、コイル状形成のアンテナ１０６に近づけることで、アンテナ１０６の端子間に電磁誘導による起電力が発生する。その起電力で、ゴルフボール内部に設けられたバッテリーを充電すればよい。
【００８２】
＜動作方法例２＞
次に、ゴルフボール１１０の位置を特定する方法について、説明する。実施の形態１と同様に、図２（Ａ）の情報処理端末７００を用いる。情報処理端末７００は、図示していないが、送受信機も内部に有しているものとする。
【００８３】
図５（Ａ）は、ボールの見つけにくい領域８１０にゴルフボール１１０が入り込んでしまった様子と、無線通信を送受信する基地局２００と、ＲＦ送受信機を有する情報処理端末７００と、を示している。
【００８４】
ゴルフボール１１０の位置を特定したいとき、手元にある情報処理端末７００を操作することで行うことできる。情報処理端末７００から、ゴルフボール１１０を発光させる命令と、照合識別データと、を格納した無線信号２１０ｄを、基地局２００に送信する。無線信号２１０ｄを受信した基地局２００は、無線信号２１０ｅを送信する。無線信号２１０ｅを受信したゴルフボール１１０は、無線信号２１０ｅに格納されている照合識別データと、ゴルフボール１１０の記憶装置に記憶されている被照合識別データが一致するかどうかの判定を行う。無線信号２１０ｅの照合識別データがゴルフボール１１０の被照合識別データであったとき、ゴルフボール１１０内部のＲＦＩＣ１０４から発光装置１０８に電流が送られ（又は、電圧が印加され）、ゴルフボール１１０が発光する。これにより、発光した光１１１によってゴルフボール１１０が目立ちやすくなるため、ゴルフボール１１０を見つけやすくなる。
【００８５】
発光装置１０８としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ、発光ダイオード）、有機ＥＬ（ＥＬ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、無機ＥＬ，白熱電球などが挙げられる。ゴルフボール１１０は、低消費電力、低発熱であることが望ましいため、ＬＥＤ、又は有機ＥＬを用いるのが好ましい。
【００８６】
特に、発光装置１０８に有機ＥＬを用いた場合、発光装置１０８に赤、緑、青が発光する画素、選択トランジスタ、駆動トランジスタを設けることで、ゴルフボール１１０を任意の色で発光させることができる場合がある。例えば、任意の色を発光させたい場合、該色を表示する赤、緑、青の割合の数値を無線信号などでＲＦＩＣ１０４に送信し、記憶回路３０７などに書き込む。そして、発光の命令を無線信号などでＲＦＩＣ１０４に送信し、記憶回路３０７から表示する赤、緑、青の割合の数値を読み出し、制御回路３０６を経由して発光装置１０８に伝送することで、任意の色を発光させることができる。
【００８７】
また、上述した位置の特定方法、また発光装置１０８の発光色をボール毎に異なるようにすることにより、複数のゴルフボールと紛れ込んでしまったときでも、容易に他のボールとの識別ができる場合がある。
【００８８】
また、基地局２００は１つに限定せず、ゴルフコースの大きさに応じて、適宜増やしてもよい。特に、実施の形態１で述べた電波強度の大きさで位置を特定する方法と併用する場合、少なくとも基地局２００は３つ以上必要となる。また、図５（Ｂ）に示す通り、基地局２００を設けず、情報処理端末７００から直接ゴルフボール１１０へ無線信号を送信して、ゴルフボールを発光させる方法を用いてもよい。
【００８９】
このような動作方法により、ゴルフボールを早く探し出すことができる。ゴルフのプレイ中である場合、早くゴルフボールを探し出すことができるので、ゴルフの競技時間を短縮することができる。また、ゴルフのプレイ中でない場合、コース外などに入ってしまったロストボールを早く探し出すことができるので、ロストボールの回収作業も短縮することができる。また、ＲＦＩＣ１０４はゴルフボールに比べて小さく、かつＲＦＩＣ１０４の周辺材料は衝撃を吸収する性質を有するので、ゴルフショット時などの衝撃に強く、故障しにくい利点を有する。
【００９０】
また、ゴルフボール１１０の構成は上述に限定されず、ゴルフボール１００に発光装置１０８を搭載したもの、又は後述するゴルフボール１２０に発光装置１０８を搭載したものを用いてもよい。また、上述の特定方法に限定せず、実施の形態１、又は後述する実施の形態３の位置の特定方法と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１で説明した、複数の基地局２００及びサーバ７２０を設けて、複数の無線信号の強さから、位置情報を算出する方法と組み合わせてもよい。また、ＧＰＳを用いた位置情報を算出する方法と組み合わせてもよい。
【００９１】
また、本発明の一態様は、本実施の形態で説明したゴルフボールに限定せず、他のスポーツで用いるボールに上述の構成を適用することができる。例えば、野球ボールに上述の構成を適用した場合、打ったボールがどこに飛んで行ったのかを探知する目的で用いればよい。
【００９２】
（実施の形態３）
本発明の一態様であるＲＦＩＣを内蔵したゴルフボールについて、実施の形態１及び実施の形態２で述べた構成とは別の構成について、説明する。
【００９３】
＜構成例３＞
図６（Ａ）にゴルフボール１２０の断面図を示す。ゴルフボール１２０は、２コア、かつ１カバーのスリー・ピースの構成を示している。ゴルフボール１２０は、カバー１０１、外部コア１０２、内部コア１０３を有し、内部コア１０３は、外部コア１０２によって覆われ、外部コア１０２は、カバー１０１によって覆われている。ゴルフボール１２０は、配線１０５を有し、外部コア１０２は、アンテナ１０６を有し、内部コア１０３は、ＲＦＩＣ１０４、及び音響装置１０９を有し、ＲＦＩＣ１０４は、配線１０５を介して、アンテナ１０６と電気的に接続され、音響装置１０９は、ＲＦＩＣ１０４と電気的に接続されている。
【００９４】
カバー１０１としては、合成樹脂を用いればよい。例えば、ウレタン、アイオノマー樹脂などがある。外部コア１０２としては、合成樹脂を用いればよい。例えば、弾性の高いブタジエンゴムを主体として、エラストマーなどのゴムを配合したものなどがある。内部コア１０３としては、反発性の強い材料を用いればよい。例えば、ゴム、レジンなどがある。また、例えば、弾性の高いブタジエンゴムを主体として、エラストマーなどのゴムを配合したものなどがある。また、例えば、液体材料を充填剤として用いてもよい。液体材料を充填剤として用いたとき、ＲＦＩＣ１０４、配線１０５、アンテナ１０６、音響装置１０９などに、液体材料から保護するためのパッシベーション膜、コーティング剤、カバーなどで覆う必要がある場合がある。
【００９５】
本発明の一態様の半導体装置の構成は、上述に限定されない。例えば、１コア、１カバーのツー・ピースの構成で、コアの内部にＲＦＩＣ１０４、配線１０５、及びアンテナ１０６の全てを内蔵した構成でもよい。また、例えば、１コア、２カバーのスリー・ピースの構成で、コアの内部にＲＦＩＣ１０４、配線１０５、及びアンテナ１０６の全てを内蔵した構成でもよい。
【００９６】
図６（Ｂ）に、ゴルフボール１２０のブロック図を示す。ＲＦＩＣ１０４は、整流回路３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、定電圧回路３０５、制御回路３０６、記憶回路３０７、発振回路３０９を有している。
【００９７】
アンテナ１０６は、ＲＦＩＣ１０４の内部の整流回路３０２、復調回路３０３、及び変調回路３０４と電気的に接続され、定電圧回路３０５は、整流回路３０２と電気的に接続されている。記憶回路３０７は、発振回路３０９と電気的に接続されている。制御回路３０６は、整流回路３０２、復調回路３０３、変調回路３０４、記憶回路３０７、発振回路３０９、及びＲＦＩＣ１０４の外部の音響装置１０９と電気的に接続されている。図示していないが、定電圧回路３０５は、電圧の印加が必要なデバイス、回路、素子などと電気的に接続されている。
【００９８】
アンテナ１０６は、基地局、ＧＰＳを利用した衛星、位置情報を表示できる携帯端末などとの間で無線信号の送受信を行うものである。
【００９９】
整流回路３０２は、アンテナ１０６で無線信号を受信することにより生成される入力交流信号を整流、例えば、半波２倍圧整流し、後段に設けられた容量素子により、整流された信号を平滑化することで入力電位を生成するための回路である。なお、整流回路３０２の入力側又は出力側には、リミッタ回路を設けてもよい。リミッタ回路とは、入力交流信号の振幅が大きく、内部生成電圧が大きい場合に、ある電力以上の電力を後段の回路に入力しないように制御するための回路である。なお、図６（Ｂ）において、リミッタ回路は図示していない。
【０１００】
定電圧回路３０５は、入力電位から安定した電源電圧を生成し、各回路に供給するための回路である（本明細書では、電源又は電源回路と言い換えている場合がある）。また、定電圧回路３０５は、内部にリセット信号生成回路を有してもよい。リセット信号生成回路は、安定した電源電圧の立ち上がりを利用して、制御回路３０６のリセット信号を生成するための回路である。なお、図６（Ｂ）において、各回路への電力供給を行うための配線、リセット信号生成回路、リセット信号生成回路と制御回路３０６を接続する配線とは、省略している。
【０１０１】
復調回路３０３は、入力交流信号を包絡線検出することにより復調し、復調信号を生成するための回路である。また、変調回路３０４は、アンテナ１０６より出力するデータに応じて変調を行うための回路である。
【０１０２】
制御回路３０６は復調信号を解読し、処理を行うための回路である。該処理は、例えば、ＩＤの照合、アンテナ１０６からの無線信号の送信、音響装置１０９の動作などがある。記憶回路３０７は、入力された情報を保持する回路であり、ローデコーダ、カラムデコーダ、記憶領域などを有する。記憶領域は、固有番号（ＩＤ番号など）、ブザー音、音楽などのオーディオデータなどを格納して、処理に応じて出力を行うためのものである。
【０１０３】
発振回路３０９は、各回路が動作するときにタイミングを合わせるために、クロックパルスを出力する回路である。
【０１０４】
なお、データの伝送形式は、一対のコイルを対向配置して相互誘導によって交信を行う電磁結合方式、誘導電磁界によって交信する電磁誘導方式、電波を利用して更新する電波方式などがある。本実施の形態に示すゴルフボール１２０、及びＲＦＩＣ１０４はいずれの方式に用いることも可能である。
【０１０５】
記憶回路３０７は、ゴルフボール１２０の識別情報や音響装置１０９で鳴らすための音楽データを格納するものである。なお、本明細書では、該識別情報を、被照合用識別データと記載する場合がある。
【０１０６】
記憶回路３０７は、後述する実施の形態４の記憶装置１６００を用いるのが好ましい。加えて、記憶装置１６００に用いられるメモリセルは、後述する実施の形態５に示すメモリセルを用いるのが好ましい。特に、ｐチャネル型シリコン（Ｓｉ）トランジスタと、酸化物半導体をチャネル領域としたトランジスタを用いるのが好ましい。また、酸化物半導体は、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）元素Ｍ（元素Ｍはアルミニウム、イットリウム又はスズ）を含んでいるのが、更に好ましい。また、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）からなる酸化物半導体をチャネル領域としたトランジスタを用いれば、よりさらに好ましい。
【０１０７】
酸化物半導体をチャネル領域に有するトランジスタは、オフ状態におけるリーク電流が非常に小さいため、リーク電流が起因とする消費電力を低減することができる場合がある。また、記憶回路３０７での書き込み動作、読み込み動作における消費電力を低減することができる場合がある。そのため、容量の小さい電池を搭載しても長い期間使用し続けることができるゴルフボール１２０を実現することができる。
【０１０８】
図６（Ｃ）に、音響装置１０９のブロック図を示す。音響装置１０９は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３３１、デジタルアナログ変換回路（Ｄ／Ａ変換回路）３３２、スピーカ３３３を有している。ＲＦＩＣ１０４の制御回路３０６は、音響装置１０９のデジタルシグナルプロセッサ３３１と電気的に接続されている。デジタルシグナルプロセッサ３３１は、デジタルアナログ変換回路３３２を介して、スピーカ３３３と電気的に接続されている。
【０１０９】
デジタルシグナルプロセッサ３３１は、制御回路３０６を経由して記憶回路３０７から送られた音楽データを伸長処理（圧縮処理の逆の動作）するものである。デジタルアナログ変換回路３３２は、伸長処理された音楽データを、アナログに変換するものである。スピーカ３３３は、アナログに変換された音楽データを音として出力するものである。
【０１１０】
本実施の形態の半導体装置の各回路は、上述に限定されない。状況によって、場合によって、又は、必要に応じて、回路の取捨、回路の接続の変更などをすることができる。例えば、記憶回路３０７に記録されている音楽データが伸長処理する必要ない音楽データである場合、デジタルシグナルプロセッサ３３１を有する必要はなく、デジタルアナログ変換回路３３２とスピーカ３３３のみの構成であってもよい。また、デジタルシグナルプロセッサ３３１をＲＦＩＣ１０４の制御回路３０６に組み込んで処理を行ってもよい。
【０１１１】
また、本実施の形態は、上述した構造に限定されない。例えば、図６（Ｂ）には図示していないが、バッテリーを組み込んで、アクティブ式のＲＦＩＣとしてもよい。また、ゴルフボールの外部に設けられた給電器を用いて、バッテリーを充電させる方式にしてもよい。具体的には、給電器のコイル状のアンテナからの交流磁界を発生させて、コイル状形成のアンテナ１０６に近づけることで、アンテナ１０６の端子間に電磁誘導による起電力が発生する。その起電力で、ゴルフボール内部に設けられたバッテリーを充電すればよい。
【０１１２】
＜動作方法例３＞
次に、ゴルフボール１００及びゴルフボール１１０とは別の場合として、ゴルフボール１２０の位置を特定する方法について、説明する。実施の形態１、実施の形態２と同様に、図２（Ａ）の情報処理端末７００を用いる。
【０１１３】
図７（Ａ）は、ボールの見つけにくい領域８１０にゴルフボール１２０が入り込んでしまった様子と、無線通信を送受信する基地局２００と、ＲＦ送受信機を有する情報処理端末７００と、を示している。
【０１１４】
ゴルフボール１２０の位置を特定したいとき、手元にある情報処理端末７００を操作することで行うことできる。情報処理端末７００から、ゴルフボール１２０の音響装置による音１２１を発せさせる命令と、照合識別データと、を格納した無線信号２１０ｆを、基地局２００に送信する。無線信号２１０ｆを受信した基地局２００は、無線信号２１０ｇを送信する。無線信号２１０ｇを受信したゴルフボール１２０は、無線信号２１０ｇに格納されている照合識別データと、ゴルフボール１２０の記憶装置に記憶されている被照合識別データが一致するかどうかの判定を行う。無線信号２１０ｇの照合識別データがゴルフボール１２０の被照合号識別データであったとき、ゴルフボール１２０内部のＲＦＩＣ１０４から音響装置１０９に電流が送られ（又は、電圧が印加され）、ゴルフボール１２０から音１２１が発せられる。これにより、音１２１によってゴルフボール１２０が目立ちやすくなるため、ゴルフボール１２０を見つけやすくなる。
【０１１５】
ゴルフボール１２０から発する音は、例えば、ブザー音、単音、合成音、携帯電話の着信音、音楽、人の声、動物の鳴き声、波や風などの自然界で聴こえる環境音、などを発せさせてもよい。また。他のゴルフボールと区別をするため、ゴルフボール毎に異なる音を発せられるようにしてもよい。さらに、任意の音、音楽を鳴らしたい場合、その音データ、音楽データを無線信号などでＲＦＩＣ１０４に送信し、記憶回路３０７などに書き込む。そして、音、又は音楽の再生命令を無線信号などでＲＦＩＣ１０４に送信し、記憶回路３０７から音データ、又は音楽データを読み出し、制御回路３０６を経由して音響装置１０９に伝送することで、任意の音、又は任意の音楽を鳴らすことができる。
【０１１６】
また、上述した位置の特定方法、またゴルフボール１２０の音、又は音楽をボール毎に異なるようにすることにより、複数のゴルフボールと紛れ込んでしまったときでも、容易に他のボールとの識別ができる場合がある。
【０１１７】
また、基地局２００は１つに限定せず、ゴルフコースの大きさに応じて、又は、用途に応じて、適宜増やしてもよい。特に、実施の形態１で述べた電波強度の大きさで位置を特定する方法と併用する場合、少なくとも基地局２００は３つ以上必要となる。また、図７（Ｂ）に示す通り、基地局２００を設けず、情報処理端末７００とゴルフボール１２０との間で直接無線信号のやり取りを行って、ゴルフボール１２０から音１２１を鳴らす方法を用いてもよい。
【０１１８】
このような動作方法により、ゴルフボールを早く探し出すことができる。ゴルフのプレイ中である場合、早くゴルフボールを探し出すことができるので、ゴルフの競技時間を短縮することができる。また、ゴルフのプレイ中でない場合、コース外などに入ってしまったロストボールを早く探し出すことができるので、ロストボールの回収作業も短縮することができる。また、ＲＦＩＣ１０４はゴルフボールに比べて小さく、かつＲＦＩＣ１０４と音響装置１０９の周辺材料は衝撃を吸収する性質を有するので、ゴルフショット時などの衝撃に強く、故障しにくい利点を有する。
【０１１９】
また、ゴルフボール１２０の構成は上述に限定されず、ゴルフボール１００に音響装置１０９を搭載したもの、又はゴルフボール１１０に音響装置１０９を搭載したものを用いてもよい。また、上述の特定方法に限定せず、実施の形態１、又は実施の形態２で説明した位置の特定方法と適宜組み合わせてもよい。例えば、複数の基地局２００及びサーバ７２０を設けて、実施の形態１で説明した、複数の無線信号の強さから、位置情報を算出する方法と組み合わせてもよい。また、ＧＰＳを用いた位置情報を算出する方法と組み合わせてもよい。
【０１２０】
また、本発明の一態様は、本実施の形態で説明したゴルフボールに限定せず、他のスポーツで用いるボールに上述の構成を適用することができる。例えば、野球ボールに上述の構成を適用した場合、打ったボールがどこに飛んで行ったのかを探知する目的で用いればよい。
【０１２１】
（実施の形態４）
本発明の一態様に係る記憶装置の構成の一例について、図８を用いながら説明する。
【０１２２】
図８に記憶装置の構成の一例を示す。記憶装置１６００は、周辺回路１６０１、及びメモリセルアレイ１６１０を有する。周辺回路１６０１は、ローデコーダ１６２１、ワード線ドライバ回路１６２２、ビット線ドライバ回路１６３０、出力回路１６４０、コントロールロジック回路１６６０を有する。
【０１２３】
ビット線ドライバ回路１６３０は、カラムデコーダ１６３１、プリチャージ回路１６３２、センスアンプ１６３３、及び書き込み回路１６３４を有する。プリチャージ回路１６３２は、配線（ＢＬ、ＢＬＢ）をプリチャージする機能、及び同じ列の配線ＢＬと配線ＢＬＢの電圧を均等にする機能を有する。センスアンプ１６３３は、配線（ＢＬ、ＢＬＢ）から読み出されたデータ信号（Ｄ、ＤＢ）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１６４０を介して、デジタルのデータ信号ＲＤＡＴＡとして記憶装置１６００の外部に出力される。なお、配線ＢＬ、ＢＬＢ、Ｄ、ＤＢは、メモリセルと接続されている配線であり、詳しくは、実施の形態５で説明する。
【０１２４】
また、記憶装置１６００には、外部から電源電圧として低電源電圧（ＶＳＳ）、周辺回路１６０１用の高電源電圧（ＶＤＤ）、メモリセルアレイ１６１０用の高電源電圧（ＶＩＬ）が供給される。
【０１２５】
また、記憶装置１６００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。アドレス信号ＡＤＤＲは、ローデコーダ１６２１及びカラムデコーダ１６３１に入力され、データ信号ＷＤＡＴＡは書き込み回路１６３４に入力される。
【０１２６】
コントロールロジック回路１６６０は、外部からの入力信号（ＣＥ、ＷＥ、ＲＥ）を処理して、ローデコーダ１６２１、カラムデコーダ１６３１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１６６０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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
また、ｐチャネル型Ｓｉトランジスタと、後述する実施の形態の酸化物半導体（好ましくはＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物）をチャネル形成領域に含むトランジスタを用い、記憶装置１６００に適用することで、小型の記憶装置１６００を提供できる。また、消費電力低減することが可能な記憶装置１６００を提供できる。また、動作速度を向上することが可能な記憶装置１６００を提供できる。特に、Ｓｉトランジスタはｐチャネル型のみとすることで、製造コストを低く抑えることができる。
【０１２９】
また、メモリセルアレイ１６１０のメモリセルとして、後述の実施の形態５のメモリセルを用いることができる。
【０１３０】
（実施の形態５）
本発明の一態様に係るメモリセルの構成の一例について、図９（Ａ）乃至図９（Ｅ）、図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）を用いて説明する。
【０１３１】
図９（Ａ）は、メモリセルの構成の一例を示す回路図である。メモリセル１１０３は、トランジスタＭｏｓ３及び容量素子Ｃ１０３を有する。トランジスタＭｏｓ３のソース又はドレインの一方は、配線ＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ３のソース又はドレインの他方は、容量素子Ｃ１０３の一方の電極と電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ３のゲートは、配線ＷＬと電気的に接続されている。容量素子Ｃ１０３の他方の電極には、低電源電位（ＶＳＳ）が印加されている。
【０１３２】
トランジスタＭｏｓ３のソース又はドレインの他方と、容量素子Ｃ１０３の一方の電極と、の間にノードＦＮ３があり、これがデータ保持部となっている。トランジスタＭｏｓ３は、ノードＦＮ３と配線ＢＬを接続するスイッチとして機能する。配線ＢＬには、書き込み用信号と読み出し用信号として、信号Ｄが入出力される。ＷＬには、メモリセル選択用信号として、信号ＯＳＧが入力される。
【０１３３】
データ書き込み及び読み出しは、トランジスタＭｏｓ３をオン状態にし、ノードＦＮ３を配線ＢＬに接続することで行われる。
【０１３４】
また、メモリセル１１０３にバックゲートを設けた構成を図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す。メモリセル１１０７は、トランジスタＭｏｓ３にバックゲートＢＧ、及び配線ＢＧＬを設けた回路となっており、配線ＢＧＬからバックゲートＢＧに電位を印加する構成となっている。配線ＢＧＬからの電位を制御することによって、トランジスタＭｏｓ３のしきい値電圧を制御することができる。メモリセル１１０８は、トランジスタＭｏｓ３にバックゲートＢＧを設けた回路となっており、トランジスタＭｏｓ３のフロントゲート（又は、配線ＷＬ）と電気的に接続されている。この構成により、フロントゲートとバックゲートＢＧには、同じ電位が印加されるため、トランジスタＭｏｓ３がオン状態の時に流れる電流を増加させることができる。
【０１３５】
なお、バックゲートを設けた構成は、メモリセル１１０７、及びメモリセル１１０８に限定されず、他のメモリセルの場合でも適用が可能である。例えば、本実施の形態で後述するメモリセル１１０４のトランジスタＭｏｓ４、メモリセル１１０５のトランジスタＭｏｓ５、トランジスタＭ１０５、トランジスタＭ１０６、メモリセル１１０６のトランジスタＭｏｓ６、トランジスタＭ１０７、トランジスタＭ１０８、メモリセル１１００のトランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２についても、バックゲートを設けることができる。
【０１３６】
図９（Ｂ）は、メモリセルの構成の一例を示す回路図である。メモリセル１１０４は、トランジスタＭｏｓ４、トランジスタＭ１０４及び容量素子Ｃ１０４を有する。トランジスタＭｏｓ４のソース又はドレインの一方は、配線ＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ４のソース又はドレインの他方は、容量素子Ｃ１０４の一方の電極と、トランジスタＭ１０４のゲートと電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ４のゲートは配線ＷＬと電気的に接続されている。トランジスタＭ１０４のソース又はドレインの一方は、配線ＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭ１０４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ている。容量素子Ｃ１０４の他方の電極は、配線ＷＬＣと電気的に接続されている。
【０１３７】
トランジスタＭｏｓ４のソース又はドレインの他方と、トランジスタＭ１０４のゲートと、容量素子Ｃ１０４の一方の電極との間にノードＦＮ４があり、これがデータ保持部となっている。トランジスタＭｏｓ４は、ノードＦＮ４と配線ＢＬを接続するスイッチとして機能する。配線ＷＬに、信号ＯＳＧが入力される。容量素子Ｃ１０４は、配線ＷＬＣとノードＦＮ４間を接続する。配線ＷＬＣは、書き込み動作、及び読み出し動作時に、容量素子Ｃ１０４の端子に一定の電圧を供給するための配線である。トランジスタＭ１０４は、ｐチャネル型トランジスタである。
【０１３８】
データの書き込みは、配線ＷＬＣ、ＳＬに一定電圧を与えた状態で、トランジスタＭｏｓ４をオン状態にし、ノードＦＮ４を配線ＢＬに接続することで行われる。データの読み出しは、配線ＢＬ、ＷＬＣ、ＳＬに一定電圧を与える。ノードＦＮ４の電圧に応じて、トランジスタＭ１０４のソース電極−ドレイン電極間を流れる電流値が変動する。トランジスタＭ１０４のソース−ドレイン電流により、配線ＢＬが充電あるいは放電されるので、配線ＢＬの電圧（信号Ｄ）を検出することで、メモリセル１１０４に保持されているデータ値を読み出すことができる。
【０１３９】
なお、トランジスタＭ１０４は、ｎチャネル型トランジスタとすることができる。トランジスタＭ１０４の導電型に合わせて、配線（ＢＬ、ＳＬ、ＷＬＣ）に印加する電圧が決定される。
【０１４０】
図９（Ｃ）は、メモリセルの構成例を示す回路図である。メモリセル１１０６は、トランジスタＭｏｓ６、トランジスタＭ１０７、トランジスタＭ１０８を有する。トランジスタＭｏｓ６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Ｍｏｓ６のソース又はドレインの他方は、トランジスタＭ１０８のゲートと電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ６のゲートは、配線ＷＷＬと電気的に接続されている。トランジスタＭ１０７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Ｍ１０７のソース又はドレインの他方は、トランジスタＭ１０８のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、トランジスタＭ１０７のゲートは、配線ＲＷＬと電気的に接続されている。トランジスタＭ１０８のソース又はドレインの他方には、低電源電位（ＶＳＳ）が印加されている。
【０１４１】
トランジスタＭｏｓ６のソース又はドレインの他方と、トランジスタＭ１０８のゲートとの間にノードＦＮ６があり、これがデータ保持部となっている。トランジスタＭｏｓ６は、ノードＦＮ６と配線ＷＢＬを接続するスイッチとして機能する。トランジスタＭ１０７は、配線ＲＢＬとトランジスタのソース又はドレインの一方を接続するスイッチとして機能する。配線ＷＢＬには、データ書き込み用信号として、信号Ｄが入力される。配線ＷＷＬには、メモリセル選択用信号として、信号ＯＳＧが入力される。
【０１４２】
データ書き込みは、トランジスタＭｏｓ６をオン状態にし、ノードＦＮ６を配線ＷＢＬに接続することで行われる。データの読み出しは、事前に配線ＲＢＬに一定の電圧を与えた後に、トランジスタＭ１０７をオン状態にする。ノードＦＮ６の電圧に応じて、トランジスタＭ１０８のソース−ドレイン間を流れる電流値が変動する。トランジスタＭ１０８のソース−ドレイン電流により、配線ＲＢＬが充電あるいは放電されるので、配線ＲＢＬの電圧（信号ＤＢ）を検出することで、メモリセル１１０６に保持されているデータ値を読み出すことができる。
【０１４３】
図９（Ｄ）は、メモリセルの構成の一例を示す回路図である。メモリセル１１０５は、トランジスタＭｏｓ５、トランジスタＭ１０５、トランジスタＭ１０６及び容量素子Ｃ１０５を有する。トランジスタＭｏｓ５のソース又はドレインの一方は、配線ＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ５のソース又はドレインの他方は、トランジスタＭ１０６のゲートと、容量素子Ｃ１０５の一方の電極と電気的に接続され、トランジスタＭｏｓ５のゲートは、配線ＷＬと電気的に接続されている。トランジスタＭ１０５のソース又はドレインの一方は、配線ＢＬと電気的に接続され、トランジスタＭ１０５のソース又はドレインの他方は、トランジスタＭ１０６のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、トランジスタＭ１０５のゲートは配線ＲＷＬと電気的に接続されている。トランジスタＭ１０６のソース又はドレインの他方は、容量素子Ｃ１０５の他方の電極と電気的に接続されている。トランジスタＭ１０６のソース又はドレインの他方と、容量素子Ｃ１０５の他方の電極には、低電源電位（ＶＳＳ）が印加されている。
【０１４４】
トランジスタＭｏｓ５のソース又はドレインの他方と、トランジスタＭ１０６のゲートと、容量素子Ｃ１０５の一方の電極との間にノードＦＮ５があり、これがデータ保持部となっている。トランジスタＭｏｓ５は、ノードＦＮ５と配線ＢＬを接続するスイッチとして機能する。配線ＷＬに、信号ＯＳＧが入力される。
【０１４５】
データの書き込みは、トランジスタＭｏｓ５をオン状態にして、ノードＦＮ４を配線ＢＬに接続することで行われる。データの読み出しは、トランジスタＭ１０５をオン状態にすることで行われる。ノードＦＮ５の電圧に応じて、トランジスタＭ１０６のソース−ドレイン間を流れる電流値が変動する。トランジスタＭ１０６のソース−ドレイン電流により、配線ＢＬが充電あるいは放電されるので、配線ＢＬの電圧（信号Ｄ）を検出することで、メモリセル１１０５に保持されているデータ値を読み出すことができる。
【０１４６】
なお、トランジスタＭ１０５、及びトランジスタＭ１０６は、ｐチャネル型トランジスタとすることができる。トランジスタＭ１０５、及びトランジスタＭ１０６の導電型に合わせて、配線ＲＷＬに印加する電圧、容量素子Ｃ１０５に印加する電圧を決定すればよい。
【０１４７】
図９（Ｅ）に示すメモリセル１１００は、バックアップ可能なＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）セルの一例である。メモリセル１１００は、トランジスタＭ１０１、トランジスタＭ１０２、トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２、インバータＩＮＶ１０１、インバータＩＮＶ１０２、及び容量素子Ｃ１０１、容量素子Ｃ１０２を有する。メモリセル１１００は、配線（ＷＬ、ＢＬ、ＢＬＢ、ＢＲＬ）に接続されている。また、メモリセル１１００には、電源電圧として低電源電圧（ＶＳＳ）等が供給される。
【０１４８】
メモリセル１１００は、インバータＩＮＶ１０１とインバータＩＮＶ１０２によるインバータループ回路を有する。トランジスタＭ１０１、及びトランジスタＭ１０２のゲート電極は配線ＷＬに接続されている。トランジスタＭ１０１は、配線ＢＬとインバータＩＮＶ１０１の入力ノード間を接続するスイッチとして機能し、トランジスタＭ１０２は、配線ＢＬＢとインバータＩＮＶ１０２の入力ノード間を接続するスイッチとして機能する。
【０１４９】
配線ＷＬは、書き込み／読み出し用ワード線として機能し、メモリセルの選択用信号（ＷＬＥ）がワード線ドライバ回路から入力される。配線ＢＬ、配線ＢＬＢは、データ信号Ｄ、ＤＢを送るビット線として機能する。データ信号ＤＢは、データ信号Ｄの論理値が反転された信号である。データ信号Ｄ、ＤＢは、ビット線ドライバ回路から供給される。また、配線ＢＬ、配線ＢＬＢは、メモリセル１１００から読み出したデータを出力回路に送る配線でもある。
【０１５０】
メモリセル１１００は、揮発性の記憶回路（インバータＩＮＶ１０１、インバータＩＮＶ１０２、トランジスタＭ１０１、トランジスタＭ１０２）に、一対の記憶回路（トランジスタＭｏｓ１、容量素子Ｃ１０１）、（トランジスタＭｏｓ２、容量素子Ｃ１０２）を設けた回路に相当する。記憶回路（トランジスタＭｏｓ１、容量素子Ｃ１０１）、（トランジスタＭｏｓ２、容量素子Ｃ１０２）は、それぞれ、ノードＮＥＴ１、ノードＮＥＴ２で保持されている電位を記憶することで、揮発性の記憶回路のデータをバックアップするための回路である。これらの記憶回路は、トランジスタＭｏｓ１、Ｍｏｓ２をオン状態にすることで、容量素子Ｃ１０１、容量素子Ｃ１０２を充電又は放電して、データを書き込み、これをオフ状態にすることで、容量素子Ｃ１０１、容量素子Ｃ１０２に蓄積された電荷を保持することで、電源供給なしにデータを保持するものである。
【０１５１】
データのリカバリも、トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２をオン状態にすることで行われる。インバータＩＮＶ１０１、インバータＩＮＶ１０２への電源供給を停止した状態で、トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２をオン状態にして、ノードＦＮ１とノードＮＥＴ１を接続し、ノードＦＮ１とノードＮＥＴ１で電荷を共有すると共に、ノードＦＮ２とノードＮＥＴ２を接続し、ノードＦＮ２とノードＮＥＴ２で電荷を共有する。その後、インバータＩＮＶ１０１、インバータＩＮＶ１０２へ電源を供給することで、ノードＮＥＴ１とノードＮＥＴ２の電位に応じて、インバータループ回路にデータが復帰される。しかる後、トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２をオフ状態にする。
【０１５２】
トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２のゲート電極は、配線ＢＲＬに接続されている。配線ＢＲＬには、信号ＯＳＧが入力される。信号ＯＳＧにより一対の記憶回路（トランジスタＭｏｓ１、容量素子Ｃ１０１）、（トランジスタＭｏｓ２、容量素子Ｃ１０２）が駆動され、バックアップ、又はリカバリが行われる。
【０１５３】
以下、記憶回路（トランジスタＭｏｓ１、容量素子Ｃ１０１）、（トランジスタＭｏｓ２、容量素子Ｃ１０２）の構成とその動作について説明する。
【０１５４】
記憶回路（トランジスタＭｏｓ１、容量素子Ｃ１０１）、（トランジスタＭｏｓ２、容量素子Ｃ１０２）は、容量素子Ｃ１０１、容量素子Ｃ１０２に電荷を蓄積することで、ノードＦＮ１、ノードＦＮ２の電位を保持する。トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２をオン状態にすることで、ノードＮＥＴ１とノードＦＮ１が接続され、ノードＦＮ１にノードＮＥＴ１で保持している電位が印加され、また、トランジスタＭｏｓ２をオン状態にすることで、ノードＮＥＴ２とノードＦＮ２が接続され、ノードＦＮ２にノードＮＥＴ２で保持している電位が印加される。そして、トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２をオフ状態にすることで、ノードＦＮ１、ノードＦＮ２が電気的に浮遊状態となり、容量素子Ｃ１０１、容量素子Ｃ１０２に蓄積された電荷が保持され、記憶回路はデータ保持の状態となる。
【０１５５】
例えば、ノードＦＮ１が高レベル電位である場合、容量素子Ｃ１０１から電荷がリークして徐々にその電圧が低下してしまうおそれがある。トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２は、酸化物半導体（好ましくはＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物）をチャネル形成領域に含むことが望ましい。その結果、オフ状態でのソース電極−ドレイン電極間を流れるリーク電流（オフ電流）が極めて小さいため、ノードＦＮ１の電圧の変動が抑えられる。つまり、トランジスタＭｏｓ１及び容量素子Ｃ１０１でなる回路を不揮発性の記憶回路、あるいは電源供給なしで長期間データを保持することができる記憶回路として動作させることが可能である。また、トランジスタＭｏｓ２及び容量素子Ｃ１０２でなる回路も同様であり、これらの回路を、揮発性の記憶回路（インバータＩＮＶ１０１、インバータＩＮＶ１０２、トランジスタＭ１０１、トランジスタＭ１０２）のバックアップ用記憶回路として用いることができる。
【０１５６】
トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２に実施の形態６で例示するトランジスタを適用することができる。トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２のオフ電流が小さいために、メモリセル１１００は、長期間電源供給なしに情報を保持することができる。トランジスタＭｏｓ１、トランジスタＭｏｓ２のスイッチング特性が良好であるために、メモリセル１１００は、高速のバックアップ、及びリカバリを行うことができる。
【０１５７】
図９（Ｅ）と同様に、図９（Ａ）乃至図９（Ｄ）に示したメモリセルの構成例において、トランジスタＭｏｓ３、トランジスタＭｏｓ４、トランジスタＭｏｓ５も、酸化物半導体（好ましくはＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物）をチャネル形成領域に含むトランジスタであることが望ましい。その結果、オフ状態でのソース−ドレイン間を流れるリーク電流（オフ電流）が極めて小さいため、ノードＦＮ３、ノードＦＮ４、ノードＦＮ５の電圧の変動が抑えられる。つまり、メモリセル１１０３、メモリセル１１０４、及びメモリセル１１０５、を電源供給なしで長期間データを保持することができる記憶回路として動作させることが可能である。
【０１５８】
本実施の形態で説明したメモリセル、及び実施の形態６で例示する酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを、記憶装置１６００に適用することで、電源供給なしで長期間データを保持することができる記憶回路を有する、小型、低消費電力、高速、あるいは電源電圧の変動を低減することが可能な記憶装置１６００を提供できる。
【０１５９】
また、メモリセルに用いるｎ型トランジスタを全て、後述する実施の形態６で例示する酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタで置き換えてもよい。Ｓｉトランジスタはｐチャネル型のみとすることで、製造コストを低く抑えることができる。
【０１６０】
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。
【０１６１】
（実施の形態６）
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係るトランジスタについて説明する。
【０１６２】
なお、本発明の一態様に係るトランジスタは、実施の形態７で説明するｎｃ−ＯＳ又はＣＡＡＣ−ＯＳを有すると好ましい。
【０１６３】
＜トランジスタ構造１＞
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）は、本発明の一態様のトランジスタの上面図及び断面図である。図１２（Ａ）は上面図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２、及び一点鎖線Ａ３−Ａ４に対応する断面図である。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。
【０１６４】
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すトランジスタは、基板４００上の導電体４１３と、基板４００上及び導電体４１３上の凸部を有する絶縁体４０２と、絶縁体４０２の凸部上の絶縁体４０６ａと、絶縁体４０６ａ上の半導体４０６ｂと、半導体４０６ｂの上面及び側面と接し、間隔を空けて配置された導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂと、半導体４０６ｂ上、導電体４１６ａ上及び導電体４１６ｂ上の絶縁体４０６ｃと、絶縁体４０６ｃ上の絶縁体４１２と、絶縁体４１２上の導電体４０４と、導電体４１６ａ上、導電体４１６ｂ上及び導電体４０４上の絶縁体４０８と、絶縁体４０８上の絶縁体４１８と、を有する。なお、ここでは、導電体４１３をトランジスタの一部としているが、これに限定されない。例えば、導電体４１３がトランジスタとは独立した構成要素であるとしてもよい。
【０１６５】
なお、絶縁体４０６ｃは、Ａ３−Ａ４断面において、少なくとも半導体４０６ｂの上面及び側面と接する。また、導電体４０４は、Ａ３−Ａ４断面において、絶縁体４０６ｃ及び絶縁体４１２を介して半導体４０６ｂの上面及び側面と面する。また、導電体４１３は、絶縁体４０２を介して半導体４０６ｂの下面と面する。また、絶縁体４０２が凸部を有さなくても構わない。また、絶縁体４０６ｃを有さなくても構わない。また、絶縁体４０８を有さなくても構わない。また、絶縁体４１８を有さなくても構わない。
【０１６６】
なお、半導体４０６ｂは、トランジスタのチャネル形成領域としての機能を有する。また、導電体４０４は、トランジスタの第１のゲート電極（フロントゲート電極ともいう。）としての機能を有する。また、導電体４１３は、トランジスタの第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう。）としての機能を有する。また、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂは、トランジスタのソース電極及びドレイン電極としての機能を有する。また、絶縁体４０８は、バリア層としての機能を有する。絶縁体４０８は、例えば、酸素又は／及び水素をブロックする機能を有する。又は、絶縁体４０８は、例えば、絶縁体４０６ａ又は／及び絶縁体４０６ｃよりも、酸素又は／及び水素をブロックする能力が高い。
【０１６７】
なお、絶縁体４０６ａ、又は絶縁体４０６ｃは、後述する材料、比率によっては、半導体に分類される場合がある。前述のとおり、半導体４０６ｂがトランジスタのチャネル形成領域として機能するため、絶縁体４０６ａと絶縁体４０６ｃの内部にはキャリアの移動は起こらない場合がある。そのため、本実施の形態では、絶縁体４０６ａ、又は絶縁体４０６ｃが半導体としての性質を持っていたとしても、絶縁体として表記する。
【０１６８】
なお、絶縁体４０２は過剰酸素を含む絶縁体であると好ましい。
【０１６９】
例えば、過剰酸素を含む絶縁体は、加熱処理によって酸素を放出する機能を有する絶縁体である。例えば、過剰酸素を含む酸化シリコン層は、加熱処理などによって酸素を放出することができる酸化シリコン層である。したがって、絶縁体４０２は膜中を酸素が移動可能な絶縁体である。即ち、絶縁体４０２は酸素透過性を有する絶縁体とすればよい。例えば、絶縁体４０２は、絶縁体４０６ａよりも酸素透過性の高い絶縁体とすればよい。
【０１７０】
過剰酸素を含む絶縁体は、半導体４０６ｂ中の酸素欠損を低減させる機能を有する場合がある。半導体４０６ｂ中で酸素欠損は、ＤＯＳを形成し、正孔トラップなどとなる。また、酸素欠損のサイトに水素が入ることによって、キャリアである電子を生成することがある。したがって、半導体４０６ｂ中の酸素欠損を低減することで、トランジスタに安定した電気特性を付与することができる。
【０１７１】
ここで、加熱処理によって酸素を放出する絶縁体は、ＴＤＳ分析（昇温脱離ガス分析：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて、１００℃以上７００℃以下又は１００℃以上５００℃以下の膜の表面温度の範囲で１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上又は１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の酸素（酸素原子数換算）を放出することもある。
【０１７２】
ここで、ＴＤＳ分析を用いた酸素の放出量の測定方法について、以下に説明する。
【０１７３】
測定試料をＴＤＳ分析したときの気体の全放出量は、放出ガスのイオン強度の積分値に比例する。そして標準試料との比較により、気体の全放出量を計算することができる。
【０１７４】
例えば、標準試料である所定の密度の水素を含むシリコン基板のＴＤＳ分析結果、及び測定試料のＴＤＳ分析結果から、測定試料の酸素分子の放出量（ＮＯ２）は、下に示す式で求めることができる。ここで、ＴＤＳ分析で得られる質量電荷比３２で検出されるガスの全てが酸素分子由来と仮定する。ＣＨ３ＯＨの質量電荷比は３２であるが、存在する可能性が低いものとしてここでは考慮しない。また、酸素原子の同位体である質量数１７の酸素原子及び質量数１８の酸素原子を含む酸素分子についても、自然界における存在比率が極微量であるため考慮しない。
【０１７５】
ＮＯ２＝ＮＨ２／ＳＨ２×ＳＯ２×α
【０１７６】
ＮＨ２は、標準試料から脱離した水素分子を密度で換算した値である。ＳＨ２は、標準試料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値である。ここで、標準試料の基準値を、ＮＨ２／ＳＨ２とする。ＳＯ２は、測定試料をＴＤＳ分析したときのイオン強度の積分値である。αは、ＴＤＳ分析におけるイオン強度に影響する係数である。上に示す式の詳細に関しては、特許文献５を参照する。なお、上記酸素の放出量は、電子科学株式会社製の昇温脱離分析装置ＥＭＤ−ＷＡ１０００Ｓ／Ｗを用い、標準試料として、例えば１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の水素原子を含むシリコン基板を用いて測定する。
【０１７７】
また、ＴＤＳ分析において、酸素の一部は酸素原子として検出される。酸素分子と酸素原子の比率は、酸素分子のイオン化率から算出することができる。なお、上述のαは酸素分子のイオン化率を含むため、酸素分子の放出量を評価することで、酸素原子の放出量についても見積もることができる。
【０１７８】
なお、ＮＯ２は酸素分子の放出量である。酸素原子に換算したときの放出量は、酸素分子の放出量の２倍となる。
【０１７９】
又は、加熱処理によって酸素を放出する絶縁体は、過酸化ラジカルを含むこともある。具体的には、過酸化ラジカルに起因するスピン密度が、５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上であることをいう。なお、過酸化ラジカルを含む絶縁体は、ＥＳＲ（電子スピン共鳴：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）にて、ｇ値が２．０１近傍に非対称の信号を有することもある。
【０１８０】
又は、過剰酸素を含む絶縁体は、酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））であってもよい。酸素が過剰な酸化シリコン（ＳｉＯＸ（Ｘ＞２））は、シリコン原子数の２倍より多い酸素原子を単位体積当たりに含むものである。単位体積当たりのシリコン原子数及び酸素原子数は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定した値である。
【０１８１】
図１２（Ｂ）に示すように、半導体４０６ｂの側面は、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂと接する。また、導電体４０４の電界によって、半導体４０６ｂを電気的に取り囲むことができる（導電体から生じる電界によって、半導体を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。）。そのため、半導体４０６ｂの全体（バルク）にチャネルが形成される場合がある。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのソース電極−ドレイン電極間に大電流を流すことができ、導通時の電流（オン電流）を高くすることができる。
【０１８２】
高いオン電流が得られるため、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、微細化されたトランジスタに適した構造といえる。トランジスタを微細化できるため、該トランジスタを有する半導体装置は、集積度の高い、高密度化された半導体装置とすることが可能となる。例えば、トランジスタは、チャネル長が好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下の領域を有し、かつ、トランジスタは、チャネル幅が好ましくは４０ｎｍ以下、さらに好ましくは３０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以下の領域を有する。
【０１８３】
また、導電体４１３に、ソース電極よりも低い電圧又は高い電圧を印加し、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向又はマイナス方向へ変動させてもよい。例えば、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向に変動させることで、ゲート電圧が０Ｖであってもトランジスタが非導通状態（オフ状態）となる、ノーマリオフが実現できる場合がある。なお、導電体４１３に印加する電圧は、可変であってもよいし、固定であってもよい。導電体４１３に印加する電圧を可変にする場合、電圧を制御する回路を導電体４１３と電気的に接続してもよい。
【０１８４】
次に、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ、絶縁体４０６ｃなどに適用可能な半導体及び絶縁体について説明する。
【０１８５】
半導体４０６ｂは、例えば、インジウムを含む酸化物半導体である。半導体４０６ｂは、例えば、インジウムを含むと、キャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、半導体４０６ｂは、元素Ｍを含むと好ましい。元素Ｍは、好ましくは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム又はスズなどとする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。例えば、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも高い元素である。又は、元素Ｍは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、半導体４０６ｂは、亜鉛を含むと好ましい。酸化物半導体は、亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。
【０１８６】
ただし、半導体４０６ｂは、インジウムを含む酸化物半導体に限定されない。半導体４０６ｂは、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物などの、インジウムを含まず、亜鉛を含む酸化物半導体、ガリウムを含む酸化物半導体、スズを含む酸化物半導体などであっても構わない。
【０１８７】
半導体４０６ｂは、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物を用いる。半導体４０６ｂのエネルギーギャップは、例えば、２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、好ましくは２．８ｅＶ以上３．８ｅＶ以下、さらに好ましくは３ｅＶ以上３．５ｅＶ以下とする。
【０１８８】
例えば、絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃは、半導体４０６ｂを構成する酸素以外の元素一種以上、又は二種以上から構成される酸化物である。半導体４０６ｂを構成する酸素以外の元素一種以上、又は二種以上から絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃが構成されるため、絶縁体４０６ａと半導体４０６ｂとの界面、及び半導体４０６ｂと絶縁体４０６ｃとの界面において、界面準位が形成されにくい。
【０１８９】
絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ及び絶縁体４０６ｃは、少なくともインジウムを含むと好ましい。なお、絶縁体４０６ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、Ｉｎ及びＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高いとする。また、半導体４０６ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、Ｉｎ及びＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。また、絶縁体４０６ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、Ｉｎ及びＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高くする。なお、絶縁体４０６ｃは、絶縁体４０６ａと同種の酸化物を用いても構わない。ただし、絶縁体４０６ａ又は／及び絶縁体４０６ｃがインジウムを含まなくても構わない場合がある。例えば、絶縁体４０６ａ又は／及び絶縁体４０６ｃが酸化ガリウムであっても構わない。
【０１９０】
半導体４０６ｂは、絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃよりも電子親和力の大きい酸化物を用いる。例えば、半導体４０６ｂとして、絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃよりも電子親和力の０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下大きい酸化物を用いる。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。
【０１９１】
なお、インジウムガリウム酸化物は、小さい電子親和力と、高い酸素ブロック性を有する。そのため、絶縁体４０６ｃがインジウムガリウム酸化物を含むと好ましい。ガリウム原子割合［Ｇａ／（Ｉｎ＋Ｇａ）］は、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上とする。
【０１９２】
なお、絶縁体４０６ａの組成は、図１１に示した太線の組成の近傍であることが好ましい。なお、半導体４０６ｂの組成は、図１１に示した太線の組成の近傍であることが好ましい。なお、絶縁体４０６ｃの組成は、図１１に示した太線の組成の近傍であることが好ましい。こうすることで、トランジスタのチャネル形成領域を、単結晶構造を有する領域とすることができる。又は、トランジスタのチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域を、単結晶構造を有する領域とすることができる場合があるトランジスタのチャネル形成領域が単結晶構造を有する領域とすることで、トランジスタの周波数特性を高くすることができる場合がある。
【０１９３】
このとき、ゲート電圧を印加すると、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ、絶縁体４０６ｃのうち、電子親和力の大きい半導体４０６ｂにチャネルが形成される。
【０１９４】
ここで、絶縁体４０６ａと半導体４０６ｂとの間には、絶縁体４０６ａと半導体４０６ｂとの混合領域を有する場合がある。また、半導体４０６ｂと絶縁体４０６ｃとの間には、半導体４０６ｂと絶縁体４０６ｃとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなる。そのため、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ及び絶縁体４０６ｃの積層体は、それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する（連続接合ともいう。）バンド構造となる。
【０１９５】
このとき、電子は、絶縁体４０６ａ中及び絶縁体４０６ｃ中ではなく、半導体４０６ｂ中を主として移動する。上述したように、絶縁体４０６ａ及び半導体４０６ｂの界面における界面準位密度、半導体４０６ｂと絶縁体４０６ｃとの界面における界面準位密度を低くすることによって、半導体４０６ｂ中で電子の移動が阻害されることが少なく、トランジスタのオン電流を高くすることができる。
【０１９６】
トランジスタのオン電流は、電子の移動を阻害する要因を低減するほど、高くすることができる。例えば、電子の移動を阻害する要因のない場合、効率よく電子が移動すると推定される。電子の移動は、例えば、チャネル形成領域の物理的な凹凸が大きい場合にも阻害される。
【０１９７】
トランジスタのオン電流を高くするためには、例えば、半導体４０６ｂの上面又は下面（被形成面、ここでは絶縁体４０６ａの上面）の、１μｍ×１μｍの範囲における二乗平均平方根（ＲＭＳ：Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）粗さが１ｎｍ未満、好ましくは０．６ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎｍ未満とすればよい。また、１μｍ×１μｍの範囲における平均面粗さ（Ｒａともいう。）が１ｎｍ未満、好ましくは０．６ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満、より好ましくは０．４ｎｍ未満とすればよい。また、１μｍ×１μｍの範囲における最大高低差（Ｐ−Ｖともいう。）が１０ｎｍ未満、好ましくは９ｎｍ未満、さらに好ましくは８ｎｍ未満、より好ましくは７ｎｍ未満とすればよい。ＲＭＳ粗さ、Ｒａ及びＰ−Ｖは、エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社製走査型プローブ顕微鏡システムＳＰＡ−５００などを用いて測定することができる。
【０１９８】
又は、例えば、チャネルの形成される領域中の欠陥準位密度が高い場合にも、電子の移動は阻害される。
【０１９９】
例えば、半導体４０６ｂが酸素欠損（以下、酸素欠損をＶＯと呼ぶ場合がある。）を有する場合、酸素欠損のサイトに水素が入り込むことでドナー準位を形成することがある（以下、酸素欠損のサイトに水素が入り込んだ状態をＶＯＨと表記する場合がある。）。ＶＯＨは電子を散乱するため、トランジスタのオン電流を低下させる要因となる。なお、酸素欠損のサイトは、水素が入るよりも酸素が入る方が安定する。したがって、半導体４０６ｂ中の酸素欠損を低減することで、トランジスタのオン電流を高くすることができる場合がある。
【０２００】
半導体４０６ｂの酸素欠損を低減するために、例えば、絶縁体４０２に含まれる過剰酸素を、絶縁体４０６ａを介して半導体４０６ｂまで移動させる方法などがある。この場合、絶縁体４０６ａは、酸素透過性を有する層（酸素を通過又は透過させる層）であることが好ましい。
【０２０１】
なお、トランジスタがｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する場合、半導体４０６ｂの全体にチャネルが形成される。したがって、半導体４０６ｂが厚いほどチャネル領域は大きくなる。即ち、半導体４０６ｂが厚いほど、トランジスタのオン電流を高くすることができる。例えば、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上の厚さの領域を有する半導体４０６ｂとすればよい。ただし、半導体装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体４０６ｂとすればよい。なお、チャネル形成領域が縮小していくと、半導体４０６ｂが薄いほうがトランジスタの電気特性が向上する場合もある。よって、半導体４０６ｂの厚さが１０ｎｍ未満であってもよい。
【０２０２】
また、トランジスタのオン電流を高くするためには、絶縁体４０６ｃの厚さは小さいほど好ましい。例えば、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以下の領域を有する絶縁体４０６ｃとすればよい。一方、絶縁体４０６ｃは、チャネルの形成される半導体４０６ｂへ、隣接する絶縁体を構成する酸素以外の元素（水素、シリコンなど）が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、絶縁体４０６ｃは、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは２ｎｍ以上の厚さの領域を有する絶縁体４０６ｃとすればよい。また、絶縁体４０６ｃは、絶縁体４０２などから放出される酸素の外方拡散を抑制するために、酸素をブロックする性質を有すると好ましい。
【０２０３】
また、信頼性を高くするためには、絶縁体４０６ａは厚く、絶縁体４０６ｃは薄いことが好ましい。例えば、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上の厚さの領域を有する絶縁体４０６ａとすればよい。絶縁体４０６ａの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と絶縁体４０６ａとの界面からチャネルの形成される半導体４０６ｂまでの距離を離すことができる。ただし、半導体装置の生産性が低下する場合があるため、例えば、２００ｎｍ以下、好ましくは１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは８０ｎｍ以下の厚さの領域を有する絶縁体４０６ａとすればよい。
【０２０４】
例えば、半導体４０６ｂと絶縁体４０６ａとの間に、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のシリコン濃度となる領域を有する。また、半導体４０６ｂと絶縁体４０６ｃとの間に、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のシリコン濃度となる領域を有する。
【０２０５】
また、半導体４０６ｂの水素濃度を低減するために、絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃの水素濃度を低減すると好ましい。絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃは、ＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の水素濃度となる領域を有する。また、半導体４０６ｂの窒素濃度を低減するために、絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃの窒素濃度を低減すると好ましい。絶縁体４０６ａ及び絶縁体４０６ｃ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以下の窒素濃度となる領域を有する。
【０２０６】
上述の３層構造は一例である。例えば、絶縁体４０６ａ又は絶縁体４０６ｃのない２層構造としても構わない。又は、絶縁体４０６ａの上もしくは下、又は絶縁体４０６ｃ上もしくは下に、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ及び絶縁体４０６ｃとして例示した半導体のいずれか一を有する４層構造としても構わない。又は、絶縁体４０６ａの上、絶縁体４０６ａの下、絶縁体４０６ｃの上、絶縁体４０６ｃの下のいずれか二箇所以上に、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ及び絶縁体４０６ｃとして例示した半導体のいずれか一を有するｎ層構造（ｎは５以上の整数）としても構わない。
【０２０７】
基板４００としては、例えば、絶縁体基板、半導体基板又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、又は炭化シリコン、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、酸化ガリウムを材料とした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。又は、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又は半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体又は絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体又は絶縁体が設けられた基板などがある。又は、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。
【０２０８】
また、基板４００として、可とう性基板を用いてもよい。なお、可とう性基板上にトランジスタを設ける方法としては、非可とう性の基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタを剥離し、可とう性基板である基板４００に転置する方法もある。その場合には、非可とう性基板とトランジスタとの間に剥離層を設けるとよい。なお、基板４００として、繊維を編みこんだシート、フィルム又は箔などを用いてもよい。また、基板４００が伸縮性を有してもよい。また、基板４００は、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有してもよい。又は、元の形状に戻らない性質を有してもよい。基板４００の厚さは、例えば、５μｍ以上かつ７００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上かつ５００μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以上かつ３００μｍ以下とする。基板４００を薄くすると、半導体装置を軽量化することができる。また、基板４００を薄くすることで、ガラスなどを用いた場合にも伸縮性を有する場合や、折り曲げや引っ張りをやめた際に、元の形状に戻る性質を有する場合がある。そのため、落下などによって基板４００上の半導体装置に加わる衝撃などを緩和することができる。即ち、丈夫な半導体装置を提供することができる。
【０２０９】
可とう性基板である基板４００としては、例えば、金属、合金、樹脂もしくはガラス、又はそれらの繊維などを用いることができる。可とう性基板である基板４００は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。可とう性基板である基板４００としては、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、又は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、可とう性基板である基板４００として好適である。
【０２１０】
導電体４１３としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタル及びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅及びチタンを含む導電体、銅及びマンガンを含む導電体、インジウム、スズ及び酸素を含む導電体、チタン及び窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０２１１】
絶縁体４０２としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム又はタンタルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、絶縁体４０２としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム又は酸化タンタルを用いればよい。
【０２１２】
絶縁体４０２は、基板４００からの不純物の拡散を防止する役割を有してもよい。また、半導体４０６ｂが酸化物半導体である場合、絶縁体４０２は、半導体４０６ｂに酸素を供給する役割を担うことができる。
【０２１３】
導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂとしては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタル及びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅及びチタンを含む導電体、銅及びマンガンを含む導電体、インジウム、スズ及び酸素を含む導電体、チタン及び窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０２１４】
導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂを有することにより、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ又は絶縁体４０６ｃに欠陥を形成する場合がある。該欠陥は、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ又は絶縁体４０６ｃをｎ型化させる場合がある。その結果、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ又は絶縁体４０６ｃと、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂとの間がオーム接触となる。例えば、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ又は絶縁体４０６ｃに形成された欠陥を、脱水素化及び加酸素化などによって低減した場合、絶縁体４０６ａ、半導体４０６ｂ又は絶縁体４０６ｃと、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂとの間がショットキー接触となる。
【０２１５】
絶縁体４１２としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム又はタンタルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、絶縁体４１２としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム又は酸化タンタルを用いればよい。
【０２１６】
導電体４０４としては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタル及びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅及びチタンを含む導電体、銅及びマンガンを含む導電体、インジウム、スズ及び酸素を含む導電体、チタン及び窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０２１７】
絶縁体４０８としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム又はタンタルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いればよい。絶縁体４０８は、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム又は酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いればよい。
【０２１８】
絶縁体４１８としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム又はタンタルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、絶縁体４１８としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム又は酸化タンタルを用いればよい。
【０２１９】
なお、図１２では、トランジスタの第１のゲート電極である導電体４０４と第２のゲート電極である導電体４１３とが、電気的に接続しない例を示したが、本発明の一態様に係るトランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、図１３（Ａ）に示すように、導電体４０４と導電体４１３とが電気的に接続する構造であっても構わない。このような構成とすることで、導電体４０４と導電体４１３とに同じ電位が供給されるため、トランジスタのスイッチング特性を向上させることができる。又は、図１３（Ｂ）に示すように、導電体４１３を有さない構造であっても構わない。
【０２２０】
また、図１４（Ａ）は、トランジスタの上面図の一例である。図１４（Ａ）の一点鎖線Ｆ１−Ｆ２及び一点鎖線Ｆ３−Ｆ４に対応する断面図の一例を図１４（Ｂ）に示す。なお、図１４（Ａ）では、理解を容易にするため、絶縁体などの一部を省略して示す。
【０２２１】
また、図１２などではソース電極及びドレイン電極として機能する導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂが半導体４０６ｂの上面及び側面、絶縁体４０２の上面などと接する例を示したが、本発明の一態様に係るトランジスタの構造はこれに限定されない。例えば、図１４に示すように、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂが半導体４０６ｂの上面のみと接する構造であっても構わない。
【０２２２】
また、図１４（Ｂ）に示すように、絶縁体４１８上に絶縁体４２８を有してもよい。絶縁体４２８は、上面が平坦な絶縁体であると好ましい。なお、絶縁体４２８は、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム又はタンタルを含む絶縁体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、絶縁体４２８としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム又は酸化タンタルを用いればよい。絶縁体４２８の上面を平坦化するために、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などによって平坦化処理を行ってもよい。
【０２２３】
又は、絶縁体４２８は、樹脂を用いてもよい。例えば、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、シリコーンなどを含む樹脂を用いればよい。樹脂を用いることで、絶縁体４２８の上面を平坦化処理しなくてもよい場合がある。また、樹脂は短い時間で厚い膜を成膜することができるため、生産性を高めることができる。
【０２２４】
また、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、絶縁体４２８上に導電体４２４ａ及び導電体４２４ｂを有してもよい。導電体４２４ａ及び導電体４２４ｂは、例えば、配線としての機能を有する。また、絶縁体４２８が開口部を有し、該開口部を介して導電体４１６ａと導電体４２４ａとが電気的に接続しても構わない。また、また、絶縁体４２８が別の開口部を有し、該開口部を介して導電体４１６ｂと導電体４２４ｂとが電気的に接続しても構わない。このとき、それぞれの開口部内に導電体４２６ａ、導電体４２６ｂを有しても構わない。
【０２２５】
導電体４２４ａ及び導電体４２４ｂとしては、例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタル及びタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、又は積層で用いればよい。例えば、合金や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅及びチタンを含む導電体、銅及びマンガンを含む導電体、インジウム、スズ及び酸素を含む導電体、チタン及び窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０２２６】
図１４に示すトランジスタは、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂは、半導体４０６ｂの側面と接しない。したがって、第１のゲート電極として機能する導電体４０４から半導体４０６ｂの側面に向けて印加される電界が、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂによって遮蔽されにくい構造である。また、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂは、絶縁体４０２の上面と接しない。そのため、絶縁体４０２から放出される過剰酸素（酸素）が導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂを酸化させるために消費されない。したがって、絶縁体４０２から放出される過剰酸素（酸素）を、半導体４０６ｂの酸素欠損を低減するために効率的に利用することのできる構造である。即ち、図１４に示す構造のトランジスタは、高いオン電流、高い電界効果移動度、低いサブスレッショルドスイング値、高い信頼性などを有する優れた電気特性のトランジスタである。
【０２２７】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、本発明の一態様のトランジスタの上面図及び断面図である。図１５（Ａ）は上面図であり、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）に示す一点鎖線Ｇ１−Ｇ２、及び一点鎖線Ｇ３−Ｇ４に対応する断面図である。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。
【０２２８】
トランジスタは、図１５に示すように、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂを有さず、導電体４２６ａ及び導電体４２６ｂと、半導体４０６ｂとが接する構造であっても構わない。この場合、半導体４０６ｂ又は／及び絶縁体４０６ａの、少なくとも４２６ａ及び導電体４２６ｂと接する領域に低抵抗領域４２３ａ（低抵抗領域４２３ｂ）を設けると好ましい。低抵抗領域４２３ａ及び低抵抗領域４２３ｂは、例えば、導電体４０４などをマスクとし、半導体４０６ｂ又は／及び絶縁体４０６ａに不純物を添加することで形成すればよい。なお、導電体４２６ａ及び導電体４２６ｂが、半導体４０６ｂの孔（貫通しているもの）又は窪み（貫通していないもの）に設けられていても構わない。導電体４２６ａ及び導電体４２６ｂが、半導体４０６ｂの孔又は窪みに設けられることで、導電体４２６ａ及び導電体４２６ｂと、半導体４０６ｂとの接触面積が大きくなるため、接触抵抗の影響を小さくすることができる。即ち、トランジスタのオン電流を大きくすることができる。
【０２２９】
＜トランジスタ構造２＞
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、本発明の一態様のトランジスタの上面図及び断面図である。図１６（Ａ）は上面図であり、図１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）に示す一点鎖線Ｊ１−Ｊ２、及び一点鎖線Ｊ３−Ｊ４に対応する断面図である。なお、図１６（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。
【０２３０】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）に示すトランジスタは、基板６００上の導電体６０４と、導電体６０４上の絶縁体６１２と、絶縁体６１２上の絶縁体６０６ａと、絶縁体６０６ａ上の半導体６０６ｂと、半導体６０６ｂ上の絶縁体６０６ｃと、絶縁体６０６ａ、半導体６０６ｂ及び絶縁体６０６ｃと接し、間隔を空けて配置された導電体６１６ａ及び導電体６１６ｂと、絶縁体６０６ｃ上、導電体６１６ａ上及び導電体６１６ｂ上の絶縁体６１８と、を有する。なお、導電体６０４は、絶縁体６１２を介して半導体６０６ｂの下面と面する。また、絶縁体６１２が凸部を有しても構わない。また、基板６００と導電体６０４の間に絶縁体を有しても構わない。該絶縁体は、絶縁体４０２や絶縁体４０８についての記載を参照する。また、絶縁体６０６ａを有さなくても構わない。また、絶縁体６１８を有さなくても構わない。
【０２３１】
なお、半導体６０６ｂは、トランジスタのチャネル形成領域としての機能を有する。また、導電体６０４は、トランジスタの第１のゲート電極（フロントゲート電極ともいう。）としての機能を有する。また、導電体６１６ａ及び導電体６１６ｂは、トランジスタのソース電極及びドレイン電極としての機能を有する。
【０２３２】
なお、絶縁体６０６ａ、又は絶縁体６０６ｃは、後述する材料、比率によっては、半導体に分類される場合がある。前述のとおり、半導体６０６ｂがトランジスタのチャネル形成領域として機能するため、絶縁体６０６ａと絶縁体６０６ｃの内部にはキャリアの移動は起こらない場合がある。そのため、本実施の形態では、絶縁体６０６ａ、又は絶縁体６０６ｃが半導体としての性質を持っていたとしても、絶縁体として表記する。
【０２３３】
なお、絶縁体６１８は過剰酸素を含む絶縁体であると好ましい。
【０２３４】
なお、基板６００は、基板４００についての記載を参照する。また、導電体６０４は、導電体４０４についての記載を参照する。また、絶縁体６１２は、絶縁体４１２についての記載を参照する。また、絶縁体６０６ａは、絶縁体４０６ｃについての記載を参照する。また、半導体６０６ｂは、半導体４０６ｂについての記載を参照する。また、絶縁体６０６ｃは、絶縁体４０６ａについての記載を参照する。また、導電体６１６ａ及び導電体６１６ｂは、導電体４１６ａ及び導電体４１６ｂについての記載を参照する。また、絶縁体６１８は、絶縁体４０２についての記載を参照する。
【０２３５】
なお、絶縁体６１８上には、表示素子が設けられていてもよい。例えば、画素電極、液晶層、共通電極、発光層、有機ＥＬ層、陽極、陰極などが設けられていてもよい。表示素子は、例えば、導電体６１６ａなどと接続されている。
【０２３６】
また、図１７（Ａ）は、トランジスタの上面図の一例である。図１７（Ａ）の一点鎖線Ｋ１−Ｋ２及び一点鎖線Ｋ３−Ｋ４に対応する断面図の一例を図１７（Ｂ）に示す。なお、図１７（Ａ）では、理解を容易にするため、絶縁体などの一部を省略して示す。
【０２３７】
なお、半導体の上に、チャネル保護膜として機能させることができる絶縁体を配置してもよい。例えば、図１７に示すように、導電体６１６ａ及び導電体６１６ｂと、絶縁体６０６ｃとの間に、絶縁体６２０を配置してもよい。その場合、導電体６１６ａ（導電体６１６ｂ）と絶縁体６０６ｃとは、絶縁体６２０中の開口部を介して接続される。絶縁体６２０は、絶縁体６１８についての記載を参照すればよい。
【０２３８】
なお、図１６（Ｂ）や図１７（Ｂ）において、絶縁体６１８の上に導電体６１３を配置し、導電体６１３の上に絶縁体６３０を配置してもよい。その場合の例を図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）に示す。なお、導電体６１３については、導電体４１３についての記載を参照する。絶縁体６３０については、絶縁体４１８の記載を参照する。また、導電体６１３には、導電体６０４と同じ電位や同じ信号が供給されてもよいし、異なる電位や信号が供給されてもよい。例えば、導電体６１３に、一定の電位を供給して、トランジスタのしきい値電圧を制御してもよい。つまり、導電体６１３は、第２のゲート電極としての機能を有することができる。また、導電体６１３などによってｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を形成していても構わない。また、絶縁体６３０は有さなくても構わない。
【０２３９】
（実施の形態７）
＜酸化物半導体の構造＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
【０２４０】
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ  ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
【０２４１】
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳなどがある。
【０２４２】
非晶質構造は、一般に、等方的であって不均質構造を持たない、準安定状態で原子の配置が固定化していない、結合角度が柔軟である、短距離秩序性は有するが長距離秩序性を有さないなどと言われている。
【０２４３】
即ち、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体とは呼べない。また、等方的でない（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼べない。一方、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、等方的ではないが、鬆（ボイドともいう。）を有する、不安定であるという点では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、物性的には非晶質酸化物半導体に近い。
【０２４４】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０２４５】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半導体の一つである。
【０２４６】
ＣＡＡＣ−ＯＳをＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析した場合について説明する。例えば、空間群Ｒ−３ｍに分類されるＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図１９（Ａ）に示すように回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる。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では、結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）、又は上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。なお、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、空間群Ｆｄ−３ｍに分類される結晶構造に起因する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、該ピークを示さないことが好ましい。
【０２４７】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、被形成面に平行な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。そして、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行っても、図１９（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。一方、単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４に対し、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合、図１９（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸及びｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０２４８】
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面に平行にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、図１９（Ｄ）に示すような回折パターン（制限視野電子回折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面又は上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図１９（Ｅ）に示す。図１９（Ｅ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、プローブ径が３００ｎｍの電子線を用いた電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸及びｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図１９（Ｅ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面及び（１００）面などに起因すると考えられる。また、図１９（Ｅ）における第２リングは（１１０）面などに起因すると考えられる。
【０２４９】
また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像であってもペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない場合がある。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２５０】
図２０（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって観察することができる。
【０２５１】
図２０（Ａ）より、金属原子が層状に配列している領域であるペレットを確認することができる。ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。ペレットは、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を被形成面又は上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面又は上面と平行となる。
【０２５２】
また、図２０（Ｂ）及び図２０（Ｃ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図２０（Ｄ）及び図２０（Ｅ）は、それぞれ図２０（Ｂ）及び図２０（Ｃ）を画像処理した像である。以下では、画像処理の方法について説明する。まず、図２０（Ｂ）を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理することでＦＦＴ像を取得する。次に、取得したＦＦＴ像において原点を基準に、２．８ｎｍ−１から５．０ｎｍ−１の間の範囲を残すマスク処理する。次に、マスク処理したＦＦＴ像を、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ：Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理することで画像処理した像を取得する。こうして取得した像をＦＦＴフィルタリング像と呼ぶ。ＦＦＴフィルタリング像は、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像から周期成分を抜き出した像であり、格子配列を示している。
【０２５３】
図２０（Ｄ）では、格子配列の乱れた箇所を破線で示している。破線で囲まれた領域が、一つのペレットである。そして、破線で示した箇所がペレットとペレットとの連結部である。破線は、六角形状であるため、ペレットが六角形状であることがわかる。なお、ペレットの形状は、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合が多い。
【０２５４】
図２０（Ｅ）では、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間を点線で示し、格子配列の向きを破線で示している。点線近傍においても、明確な結晶粒界を確認することはできない。点線近傍の格子点を中心に周囲の格子点を繋ぐと、歪んだ六角形や、五角形又は／及び七角形などが形成できる。即ち、格子配列を歪ませることによって結晶粒界の形成を抑制していることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において原子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と考えられる。
【０２５５】
以上に示すように、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ペレット（ナノ結晶）が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＡ  ｃｒｙｓｔａｌ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ａ−ｂ−ｐｌａｎｅ−ａｎｃｈｏｒｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体と称することもできる。
【０２５６】
ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
【０２５７】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（又は分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０２５８】
ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
【０２５９】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（又は分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０２６０】
＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０２６１】
ｎｃ−ＯＳをＸＲＤによって解析した場合について説明する。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、配向性を示すピークが現れない。即ち、ｎｃ−ＯＳの結晶は配向性を有さない。
【０２６２】
また、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するｎｃ−ＯＳを薄片化し、厚さが３４ｎｍの領域に対し、被形成面に平行にプローブ径が５０ｎｍの電子線を入射させると、図２１（Ａ）に示すようなリング状の回折パターン（ナノビーム電子回折パターン）が観測される。また、同じ試料にプローブ径が１ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターン（ナノビーム電子回折パターン）を図２１（Ｂ）に示す。図２１（Ｂ）より、リング状の領域内に複数のスポットが観測される。したがって、ｎｃ−ＯＳは、プローブ径が５０ｎｍの電子線を入射させることでは秩序性が確認されないが、プローブ径が１ｎｍの電子線を入射させることでは秩序性が確認される。
【０２６３】
また、厚さが１０ｎｍ未満の領域に対し、プローブ径が１ｎｍの電子線を入射させると、図２１（Ｃ）に示すように、スポットが略正六角状に配置された電子回折パターンを観測される場合がある。したがって、厚さが１０ｎｍ未満の範囲において、ｎｃ−ＯＳが秩序性の高い領域、即ち結晶を有することがわかる。なお、結晶が様々な方向を向いているため、規則的な電子回折パターンが観測されない領域もある。
【０２６４】
図２１（Ｄ）に、被形成面と略平行な方向から観察したｎｃ−ＯＳの断面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、補助線で示す箇所などのように結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであり、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体（ｍｉｃｒｏ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
【０２６５】
このように、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、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【０２６６】
なお、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、又はＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２６７】
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０２６８】
＜ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
【０２６９】
図２２に、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像を示す。ここで、図２２（Ａ）は電子照射開始時におけるａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像である。図２２（Ｂ）は４．３×１０８ｅ−／ｎｍ２の電子（ｅ−）照射後におけるａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像である。図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは電子照射開始時から、縦方向に延伸する縞状の明領域が観察されることがわかる。また、明領域は、電子照射後に形状が変化することがわかる。なお、明領域は、鬆又は低密度領域と推測される。
【０２７０】
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳ及びｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。
【０２７１】
試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳを準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０２７２】
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料は、いずれも結晶部を有する。
【０２７３】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見なした。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０２７４】
図２３は、各試料の結晶部（２２箇所から３０箇所）の平均の大きさを調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図２３より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。図２３より、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、電子（ｅ−）の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては１．９ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図２３より、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．３ｎｍ程度及び１．８ｎｍ程度であることがわかる。なお、電子線照射及びＴＥＭの観察は、日立透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用いた。電子線照射条件は、加速電圧を３００ｋＶ、電流密度を６．７×１０５ｅ−／（ｎｍ２・ｓ）、照射領域の直径を２３０ｎｍとした。
【０２７５】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られない。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０２７６】
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度及びＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上かつ１００％未満となる。単結晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０２７７】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３である。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満である。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ｎｃ−ＯＳの密度及びＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満である。
【０２７８】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
【０２７９】
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２８０】
＜酸化物半導体のキャリア密度＞
次に、酸化物半導体のキャリア密度について、以下に説明を行う。
【０２８１】
酸化物半導体のキャリア密度に影響を与える因子としては、酸化物半導体中の酸素欠損（Ｖｏ）、又は酸化物半導体中の不純物などが挙げられる。
【０２８２】
酸化物半導体中の酸素欠損が多くなると、該酸素欠損に水素が結合（この状態をＶｏＨともいう）した際に、欠陥準位密度が高くなる。又は、酸化物半導体中の不純物が多くなると、該不純物に起因し欠陥準位密度が高くなる。したがって、酸化物半導体中の欠陥準位密度を制御することで、酸化物半導体のキャリア密度を制御することができる。
【０２８３】
ここで、酸化物半導体をチャネル領域に用いるトランジスタを考える。
【０２８４】
トランジスタのしきい値電圧のマイナスシフトの抑制、又はトランジスタのオフ電流の低減を目的とする場合においては、酸化物半導体のキャリア密度を低くする方が好ましい。酸化物半導体のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体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又は実質的に高純度真性と言う。高純度真性の酸化物半導体のキャリア密度としては、８×１０１５ｃｍ−３未満、好ましくは１×１０１１ｃｍ−３未満、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ−３未満であり、１×１０−９ｃｍ−３以上とすればよい。
【０２８５】
一方で、トランジスタのオン電流の向上、又はトランジスタの電界効果移動度の向上を目的とする場合においては、酸化物半導体のキャリア密度を高くする方が好ましい。酸化物半導体のキャリア密度を高くする場合においては、酸化物半導体の不純物濃度をわずかに高める、又は酸化物半導体の欠陥準位密度をわずかに高めればよい。あるいは、酸化物半導体のバンドギャップをより小さくするとよい。例えば、トランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性のオン／オフ比が取れる範囲において、不純物濃度がわずかに高い、又は欠陥準位密度がわずかに高い酸化物半導体は、実質的に真性とみなせる。また、電子親和力が大きく、それにともなってバンドギャップが小さくなり、その結果、熱励起された電子（キャリア）の密度が増加した酸化物半導体は、実質的に真性とみなせる。なお、より電子親和力が大きな酸化物半導体を用いた場合には、トランジスタのしきい値電圧がより低くなる。
【０２８６】
上述のキャリア密度が高められた酸化物半導体は、わずかにｎ型化している。したがって、キャリア密度が高められた酸化物半導体を、「Ｓｌｉｇｈｔｌｙ−ｎ」と呼称してもよい。
【０２８７】
実質的に真性の酸化物半導体のキャリア密度は、１×１０５ｃｍ−３以上１×１０１８ｃｍ−３未満が好ましく、１×１０７ｃｍ−３以上１×１０１７ｃｍ−３以下がより好ましく、１×１０９ｃｍ−３以上５×１０１６ｃｍ−３以下がさらに好ましく、１×１０１０ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下がさらに好ましく、１×１０１１ｃｍ−３以上１×１０１５ｃｍ−３以下がさらに好ましい。
【０２８８】
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。
【０２８９】
（実施の形態８）
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置（トランジスタ、メモリセルなど）を電子部品（ＲＦＩＣ、記憶装置など）に適用する例、及び該電子部品を具備する電子機器に適用する例について、図２４を用いて説明する。
【０２９０】
図２４（Ａ）では上述の実施の形態で説明し半導体装置を電子部品に適用する例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。
【０２９１】
上記実施の形態１乃至実施の形態５に示すようなトランジスタで構成される半導体装置は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。
【０２９２】
後工程については、図２４（Ａ）に示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成（ステップＳ１）した後、基板の裏面を研削する（ステップＳ２）。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。
【０２９３】
基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳ３）。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。
【０２９４】
なお、本実施の形態において、基板の一方の面に素子が形成されていたとき、基板の一方の面を表面とし、該基板の他方の面（該基板の素子が形成されていない側の面）を裏面とする。
【０２９５】
次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う（ステップＳ４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。
【０２９６】
ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される（ステップＳ５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。
【０２９７】
次いでリードフームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する（ステップＳ６）。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。
【０２９８】
次いでパッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す（ステップＳ７）。そして最終的な検査工程（ステップＳ８）を経て電子部品が完成する（ステップＳ９）。
【０２９９】
以上説明した電子部品は、上述の実施の形態で説明した半導体装置を含む構成とすることができる。そのため、信頼性に優れた電子部品を実現することができる。
【０３００】
また、完成した電子部品の斜視模式図を図２４（Ｂ）に示す。図２４（Ｂ）では、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図２４（Ｂ）に示す電子部品９００は、リード９０１及び回路部９０３を示している。図２４（Ｂ）に示す電子部品９００は、例えばプリント基板９０２に実装される。このような電子部品９００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板９０２上で電気的に接続されることで電子機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板９０４は、電子機器等の内部に設けられる。
【０３０１】
（本明細書等の記載に関する付記）
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
【０３０２】
＜実施の形態で述べた本発明の一態様に関する付記＞
各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、本発明の一態様とすることができる。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、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
【０３０３】
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）と、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）との少なくとも一つの内容に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことができる。
【０３０４】
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
【０３０５】
なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）と、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）との少なくとも一つの図に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることができる。
【０３０６】
＜序数詞に関する付記＞
本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
【０３０７】
＜図面を説明する記載に関する付記＞
実施の形態について図面を参照しながら説明している。但し、実施の形態は多くの異なる態様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。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【０３０８】
また、本明細書等において、「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。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。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【０３０９】
また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上又は直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【０３１０】
また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【０３１１】
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
【０３１２】
また、図面において、上面図（平面図、レイアウト図ともいう）や斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。
【０３１３】
また、図面において、同一の要素又は同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【０３１４】
＜言い換え可能な記載に関する付記＞
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【０３１５】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
【０３１６】
また、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。
【０３１７】
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、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。又は、場合によっては、又は、状況に応じて、「膜」、「層」などの語句を使わずに、別の用語に入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」又は「導電膜」という用語を、「導電体」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁層」「絶縁膜」という用語を、「絶縁体」という用語に変更することが可能な場合がある。
【０３１８】
なお本明細書等において、「配線」、「信号線」、「電源線」などの用語は、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「配線」という用語を、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、例えば、「配線」という用語を、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号線」「電源線」などの用語を、「配線」という用語に変更することが可能な場合がある。「電源線」などの用語は、「信号線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で「信号線」などの用語は、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。
【０３１９】
＜語句の定義に関する付記＞
以下では、上記実施の形態中で言及した語句の定義について説明する。
【０３２０】
＜＜半導体について＞＞
本明細書において、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
【０３２１】
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
【０３２２】
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
【０３２３】
＜＜トランジスタについて＞＞
本明細書において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域又はソース電極）の間にチャネル形成領域を有しており、ドレインとチャネル形成領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【０３２４】
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【０３２５】
＜＜スイッチについて＞＞
本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、又は、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するものをいう。又は、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
【０３２６】
一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
【０３２７】
電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど）、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。
【０３２８】
なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。
【０３２９】
機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のように、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
【０３３０】
＜＜チャネル長について＞＞
本明細書等において、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（又はトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、又はチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域又はソース電極）とドレイン（ドレイン領域又はドレイン電極）との間の距離をいう。
【０３３１】
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、最小値又は平均値とする。
【０３３２】
＜＜チャネル幅について＞＞
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、上面図において半導体（又はトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、又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。
【０３３３】
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、最小値又は平均値とする。
【０３３４】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【０３３５】
ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
【０３３６】
そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅又は見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。又は、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。
【０３３７】
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
【０３３８】
＜＜画素について＞＞
本明細書等において、画素とは、例えば、明るさを制御できる要素一つ分を示すものとする。よって、一例としては、一画素とは、一つの色要素を示すものとし、その色要素一つで明るさを表現する。従って、そのときは、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の色要素からなるカラー表示装置の場合には、画像の最小単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成されるものとする。
【０３３９】
なお、色要素は、三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白）や、ＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタを追加したものなどがある。
【０３４０】
＜＜接続について＞＞
なお、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
【０３４１】
ここで使用するＸ、Ｙなどは、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。
【０３４２】
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、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態（オン状態）、又は、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。又は、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。
【０３４３】
ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変換回路（ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅又は電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成回路、記憶回路、制御回路など）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、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。
【０３４４】
なお、ＸとＹとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合）と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合）とを含むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。
【０３４５】
なお、例えば、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１を介して（又は介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２を介して（又は介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２の一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。
【０３４６】
例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。又は、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。又は、「Ｘは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、Ｚ２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。
【０３４７】
なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
【０３４８】
＜＜平行、垂直について＞＞
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上かつ１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上かつ５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上かつ３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上かつ１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上かつ９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上かつ１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【０３４９】
＜＜三方晶、菱面体晶について＞＞
本明細書において、結晶が三方晶又は菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【符号の説明】
【０３５０】
ＢＬ    配線
ＢＬＢ    配線
ＳＬ    配線
ＷＬ    配線
ＷＬＣ    配線
ＢＧＬ    配線
ＲＢＬ    配線
ＲＷＬ    配線
ＢＲＬ    配線
ＷＢＬ    配線
ＷＷＬ    配線
１００    ゴルフボール
１０１    カバー
１０２    外部コア
１０３    内部コア
１０４    ＲＦＩＣ
１０５    配線
１０６    アンテナ
１０７    配線
１０８    発光装置
１０９    音響装置
１１０    ゴルフボール
１１１    光
１２０    ゴルフボール
１２１    音
２００    基地局
２１０ａ−１    無線信号
２１０ａ−２    無線信号
２１０ｂ−１    無線信号
２１０ｂ−２    無線信号
２１０ｃ−１    無線信号
２１０ｃ−２    無線信号
２１０ｄ    無線信号
２１０ｄ−１    無線信号
２１０ｄ−２    無線信号
２１０ｅ    無線信号
２１０ｆ    無線信号
２１０ｇ    無線信号
２１０ｚ−１    無線信号
２１０ｚ−２    無線信号
３０２    整流回路
３０３    復調回路
３０４    変調回路
３０５    定電圧回路
３０６    制御回路
３０７    記憶回路
３０９    発振回路
３３１    デジタルシグナルプロセッサ
３３２    デジタルアナログ変換回路
３３３    スピーカ
４００    基板
４０２    絶縁体
４０４    導電体
４０６ａ    絶縁体
４０６ｂ    半導体
４０６ｃ    絶縁体
４０８    絶縁体
４１２    絶縁体
４１３    導電体
４１６ａ    導電体
４１６ｂ    導電体
４１８    絶縁体
４２３ａ    低抵抗領域
４２３ｂ    低抵抗領域
４２４ａ    導電体
４２４ｂ    導電体
４２６ａ    導電体
４２６ｂ    導電体
４２８    絶縁体
６００    基板
６０４    導電体
６０６ａ    絶縁体
６０６ｂ    半導体
６０６ｃ    絶縁体
６１２    絶縁体
６１３    導電体
６１６ａ    導電体
６１６ｂ    導電体
６１８    絶縁体
６２０    絶縁体
６３０    絶縁体
７００    情報処理端末
７０１    筐体
７０２    表示部
７０３    操作キー
７２０    サーバ
７３０    パラボナアンテナ
７４０    人工衛星
８００    ゴルフコース
８０１    ティーンググラウンド
８０２    バンカー
８０３    林
８０４    グリーン
８０５    ラフ
８０６    カップ
８１０    ボールの見つけにくい領域
９００    電子部品
９０１    リード
９０２    プリント基板
９０３    回路部
９０４    回路基板
１１００    メモリセル
１１０３    メモリセル
１１０４    メモリセル
１１０５    メモリセル
１１０６    メモリセル
１１０７    メモリセル
１１０８    メモリセル
１６００    記憶装置
１６０１    周辺回路
１６１０    メモリセルアレイ
１６２１    ローデコーダ
１６２２    ワード線ドライバ回路
１６３０    ビット線ドライバ回路
１６３１    カラムデコーダ
１６３２    プリチャージ回路
１６３４    書き込み回路
１６４０    出力回路
１６６０    コントロールロジック回路
【図１】
2016154859.tif 000003
【図２】
2016154859.tif 000004
【図３】
2016154859.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016154859.tif 000009
【図８】
2016154859.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016154859.tif 000012
【図１１】
2016154859.tif 000013
【図１２】
2016154859.tif 000014
【図１３】
2016154859.tif 000015
【図１４】
2016154859.tif 000016
【図１５】
2016154859.tif 000017
【図１６】
2016154859.tif 000018
【図１７】
2016154859.tif 000019
【図１８】
2016154859.tif 000020
【図２３】
2016154859.tif 000021
【図２４】
2016154859.tif 000022
【図１９】
2016154859.tif 000023
【図２０】
2016154859.tif 000024
【図２１】
2016154859.tif 000025
【図２２】
2016154859.tif 000026