(57)【要約】【課題】新規な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は第１抵抗素子および第２抵抗素子を有する。第１抵抗素子および第２抵抗素子は直列に電気的に接続されている。第１抵抗素子の抵抗材料は金属酸化物を含み、第２抵抗素子の抵抗材料は第１抵抗素子の抵抗材料と異なる。半導体装置は、第１抵抗素子と第２抵抗素子の抵抗値に応じた電圧を出力する機能を備えることができる。この電圧は第１抵抗素子と第２抵抗素子の抵抗材料の特性を反映する。この電圧を処理する回路を半導体装置に設けてもよい。この場合、回路に第１抵抗素子を積層することで、半導体装置を小型化できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１抵抗素子および第２抵抗素子を有し、
前記第１抵抗素子および前記第２抵抗素子は直列に電気的に接続され、
前記第１抵抗素子の抵抗材料は金属酸化物を含み、
前記第２抵抗素子の抵抗材料は前記第１抵抗素子の前記抵抗材料と異なる半導体装置。
【請求項２】
第１回路、および第２回路を有し、
前記第１回路は第１抵抗素子および第２抵抗素子を有し、
前記第１抵抗素子の第１端子は前記第２抵抗素子の第１端子と電気的に接続され、
前記第１抵抗素子の抵抗材料は金属酸化物を含み、
前記第２抵抗素子の抵抗材料は前記第１抵抗素子の前記抵抗材料と異なり、
前記第２回路は、前記第１抵抗素子の前記第１端子から出力される電圧を処理して、信号を生成する機能を有する半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記半導体装置は電子部品を有し、
前記電子部品はパッケージ、および前記パッケージに収められたダイを有し、
前記ダイには、前記第１抵抗素子および前記第２回路が設けられている半導体装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記半導体装置は電子部品を有し、
前記電子部品はパッケージ、および前記パッケージに収められたダイを有し、
前記ダイには、前記第１抵抗素子、前記第２抵抗素子、および前記第２回路が設けられている半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項において、
前記第２抵抗素子はサーミスタ、測温抵抗体、または熱電対の何れかである半導体装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れか１項において、
前記第２抵抗素子の前記抵抗材料はシリコンを含む半導体装置。
【請求項７】
請求項２乃至６の何れか１項において、
前記第１抵抗素子は前記第２回路に積層されている半導体装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置と、
発光素子と、
を有する照明装置であって、
前記半導体装置は前記発光素子を駆動する機能を有する照明装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の半導体装置、または、請求項８に記載の照明装置と、
車体と、
を有する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願の明細書、図面、および特許請求の範囲（以下、本明細書等と呼ぶ）で開示する発明は、半導体装置、その動作方法、その使用方法、およびその作製方法等に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。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、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
温度センサ部と、測定回路部とを単一半導体基板に集積した温度センサＩＣが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
温度センサは様々な機能回路に用いられている。例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動するＬＥＤ駆動装置に用いられている。特許文献２では、過加熱検出器で過加熱が検出されるとＬＥＤに出力する電流を低下させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２２９７７８号公報
【特許文献２】特開２０１４−１４６６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２のＬＥＤ駆動装置では、過加熱検出器はサーミスタで構成されており、サーミスタはＬＥＤドライバＩＣの外付け部品である（特許文献２、図２参照）。外付け部品の存在は、ＬＥＤ駆動装置の小型化や低下価格化の妨げとなる。
【０００７】
そこで、本発明の一形態の課題は、小型化すること、価格を低減すること、または部品数を低減することである。または、本発明の一形態の課題は、新規な半導体装置、または新規な半導体装置の動作方法、または新規な半導体装置の作製方法を提供することである。
【０００８】
複数の課題の記載は、互いの課題の存在を妨げるものではない。また、本発明の一形態は、列記した課題の全て解決する必要はない。また、本明細書等の記載から、列記した以外の課題は自ずと明らかとなるものであり、これらの課題も本発明の一形態の課題となり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一形態は、第１抵抗素子および第２抵抗素子を有し、第１抵抗素子および第２抵抗素子は直列に電気的に接続され、第１抵抗素子の抵抗材料は金属酸化物を含み、第２抵抗素子の抵抗材料は第１抵抗素子の抵抗材料と異なる半導体装置である。本形態の半導体装置に、第１抵抗素子と第２抵抗素子の抵抗値に応じた電圧を出力する機能を持たせることができる。この電圧は第１抵抗素子と第２抵抗素子の抵抗材料の性質を反映する。
【００１０】
本発明の一形態は、第１回路および第２回路を有し、第１回路は第１抵抗素子および第２抵抗素子を有し、第１抵抗素子の第１端子は第２抵抗素子の第１端子と電気的に接続され、第１抵抗素子の抵抗材料は金属酸化物を含み、第２抵抗素子の抵抗材料は第１抵抗素子の抵抗材料と異なり、第２回路は、第１抵抗素子の第１端子から出力される電圧を処理して、信号を生成する機能を有する半導体装置である。本形態において、第１抵抗素子を第２回路に積層してもよい。
【００１１】
本発明の一形態は、上掲の何れか一の形態に係る半導体装置と、発光素子とを有する照明装置である。または、本発明の一形態は、上掲の何れか一の形態に係る半導体装置と、車体とを有する車両である。
【００１２】
本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（トランジスタ、ダイオード等）を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップは、半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置及び電子機器等は、それ自体が半導体装置であり、半導体装置を有している場合がある。
【００１３】
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す場合があり、その場合は数的に限定するものではなく、また順序を限定するものでもない。本明細書等に関する他の事項は、実施の形態４に付記される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一形態により、小型化すること、または価格を低減すること、または部品数を低減することができる。または、本発明の一形態によって、新規な半導体装置、または新規な半導体装置の動作方法、または新規な半導体装置の作製方法を提供することができる。
【００１５】
なお、複数の効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。また、本発明の一形態は、必ずしも、例示した効果の全てを有する必要はない。また、本発明の一形態について、上記以外の課題、効果、および新規な特徴については、本明細書等の記載および図面から自ずと明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】回路の構成例を示す回路図。
【図２】Ａ−Ｄ：回路の構成例を示す回路図。
【図３】半導体装置の構成例を示すブロック図。
【図４】Ａ−Ｅ：図３の出力部の回路の構成例を示す回路図。
【図５】Ａ、Ｂ：インバータ回路（ＩＮＶ）の構成例を示す回路図。Ｃ：図５ＢのＩＮＶを構成するトランジスタのＩｄ−Ｖｇｓ特性を模式的に示す図。Ｄ：図５ＢのＩＮＶの動作例を示すタイミングチャート。
【図６】Ａ、Ｂ：ダイの構成例を示す模式図。
【図７】ダイの構成例を示す断面図。
【図８】Ａ、Ｂ：トランジスタの構成例を示す断面図。
【図９】抵抗素子の構成例を示す平面図。
【図１０】Ａ、Ｂ：自動車の構成例を示す模式図。
【図１１】半導体装置の構成例を示すブロック図。
【図１２】Ａ：電子部品の作製方法例を示すフローチャート。Ｂ：電子部品の構成例を示す斜視模式図。
【図１３】Ａ：トランジスタの構成例を示す上面図。Ｂ：図１３Ａのｘ１１−ｘ１２線断面図。Ｃ：図１３Ａのｙ１１−ｙ１２線断面図。
【図１４】Ａ：図１３Ｂの部分拡大図。Ｂ：トランジスタのエネルギーバンド図。
【図１５】Ａ：トランジスタの構成例を示す上面図。Ｂ：図１５Ａのｘ１１−ｘ１２線断面図。Ｃ：図１５Ａのｙ１１−ｙ１２線断面図。
【図１６】Ａ：トランジスタの構成例を示す上面図。Ｂ：図１６Ａのｘ１１−ｘ１２線断面図。Ｃ：図１６Ａのｙ１１−ｙ１２線断面図。Ｄ：図１６Ａのｙ１３−ｙ１４線断面図。
【図１７】Ａ−Ｃ：トランジスタの構成例を示す断面図。
【図１８】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図１９】Ａ−Ｃ：ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。Ｄ、Ｅ：ＣＡＡＣ−ＯＳの制限視野電子回折パターンを示す図。
【図２０】Ａ：ＣＡＡＣ−ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像。Ｂ、Ｃ：ＣＡＡＣ−ＯＳの高分解能平面ＴＥＭ像。Ｄ：図２０Ｂの画像解析像。Ｅ：図２０Ｃの画像解析像。
【図２１】Ａ−Ｃ：ｎｃ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。Ｄ：ｎｃ−ＯＳの断面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図２２】Ａ、Ｂ：ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、複数の実施の形態を示すが、実施の形態同士を適宜組み合わせることが可能である。また、各実施の形態の中に複数の構成例（方法例、動作方法例、作製方法例等を含む。）が示される場合は、構成例同士を適宜組み合わせることが可能である。また、本発明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。
【００１８】
また、図面において、同一の要素また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。
【００１９】
〔実施の形態１〕
実施の形態では、半導体装置の一例として、センサ、およびセンシング技術に用いられる回路等について説明する。
【００２０】
＜＜回路構成例１＞＞
図１に示す回路１００は回路１０および回路３０を有する。ここでは、回路１０はセンサとして機能する。回路１０はセンシング対象（例えば、温度、光、力）を電気信号に変換する機能をもつ。回路３０は、回路１０が生成した電気信号を処理し、信号Ｓｎｒを生成する。信号Ｓｎｒによって、他の半導体装置を制御することができる。
【００２１】
回路１０は２個の抵抗素子Ｒ１０、Ｒ２０を有する。抵抗素子Ｒ１０、Ｒ２０は直列に電気的に接続され、分圧回路を構成している。ここでは、抵抗素子Ｒ１０の２つの端子を端子ａ１、ａ２と呼び、抵抗素子Ｒ２０の２つの端子を端子ｂ１、ｂ２と呼ぶ。端子ａ１と端子ｂ１が電気的に接続されている。これの接続部をノードＮＲと呼ぶ。端子ａ２には電圧ＶＡが入力され、端子ｂ２には電圧ＶＢが入力される。ノードＮＲの電圧Ｖｎｒは、端子ａ２と端子ｂ２間の電圧（｜ＶＡ―ＶＢ｜）、抵抗素子Ｒ１０、Ｒ２０の抵抗値によって決まる。
【００２２】
ここでは、抵抗素子Ｒ２０は、センシング対象の変化に伴い、抵抗値が変化しやすい抵抗である。これに対して、抵抗素子Ｒ１０は、センシング対象が変化しても、抵抗値が変化しにくい抵抗である。つまり、センシング対象の変化に対して、抵抗素子Ｒ１０の抵抗値の変化量は抵抗素子Ｒ２０よりも小さい。
【００２３】
よって、センシング対象の変化に伴い、電圧Ｖｎｒが変化する。回路３０は電圧Ｖｎｒを処理して、信号Ｓｎｒを生成する。例えば、回路３０には、電圧Ｖｎｒを増幅するために、増幅回路が設けられる。または、電圧Ｖｎｒをデジタル信号に変換するために、アナログーデジタル・コンバータや、コンパレータが設けられる。
【００２４】
例えば、回路１０で温度センサを構成する場合、抵抗素子Ｒ２０には、温度によって抵抗値が変化しやすい素子を用いればよく、抵抗素子Ｒ１０には、温度によって抵抗値が変化しにくい素子を用いればよい。
【００２５】
例えば、抵抗素子Ｒ２０には、サーミスタ、測温抵抗体、熱電対等を用いることができる。これらの素子を用いる場合、抵抗素子Ｒ２０の態様は、回路３０が組み込まれるＩＣチップ（ＩＣパッケージ）に対する外付けの電子部品となる。
【００２６】
また、第１４族元素（Ｓｉ、Ｇｅ、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム）でなる半導体素子の静特性は温度依存性がある。このことを利用して、回路３０が形成されているダイ（半導体ダイ、シリコンダイ等とも呼ばれる。）に、抵抗素子Ｒ２０を形成することもできる。この場合、抵抗素子Ｒ２０は、ダイオード、トランジスタ、ダイオード接続されたトランジスタ、ｎ型またはｐ型拡散領域を抵抗体とする抵抗素子とすればよい。また、抵抗素子Ｒ１０は、回路３０の外付け部品であってもよいし、回路３０のダイに設けることができる。
【００２７】
金属酸化物が用いられた素子の静特性は温度依存性が低い。例えば、抵抗素子Ｒ１０として用いることができる素子には、抵抗材料に金属酸化物が用いられた抵抗素子、金属酸化物で半導体領域が形成されているトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ、酸化物半導体トランジスタとも呼ぶ。）、ダイオード接続されたＯＳトランジスタ等が挙げられる。これらの素子は、半導体製造プロセスによって作成することができるため、抵抗素子Ｒ１０を回路３０のダイに設けることが可能である。これにより、回路１００の小型化ができ、回路１００の価格を低減できる。また、抵抗素子Ｒ１０を回路３０に積層して設けることができる。そのため、回路３０に抵抗素子Ｒ１０を組み込んだことによる、回路３０の面積オーバヘッドをゼロにすることができる。
【００２８】
抵抗素子Ｒ１０に適用できる金属酸化物は、インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）の少なくとも一方を含む金属酸化物であることが好ましい。このような金属酸化物としては、Ｉｎ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ。）が代表的である。このような金属酸化物は、電子供与体（ドナー）となる水分または水素等の不純物を低減し、かつ酸素欠損も低減することで、金属酸化物をｉ型半導体（真性半導体）にする、あるいはｉ型半導体に限りなく近づけることができる。ここでは、このような金属酸化物は、高純度化された酸化物半導体と呼ぶことができる。高純度化された酸化物半導体でトランジスタを作製することで、チャネル幅で規格化されたＯＳトランジスタのオフ電流を数ｙＡ（ヨクトアンペア）／μｍ以上数ｚＡ（ゼプトアンペア）／μｍ以下程度に低くすることができる。
【００２９】
他方、上掲の金属酸化物のキャリア密度を増加させることで、ｎ型の酸化物半導体を得ることができる。ｎ型の酸化物半導体は酸化物導電体（ＯＣ）とも呼べる。酸化物導電体の抵抗率の温度依存性は少ないため、抵抗素子Ｒ１０の抵抗材料に好適である。抵抗素子Ｒ１０を構成する酸化物導電体層と、ＯＳトランジスタを構成する酸化物半導体層は、同じ金属酸化物膜から形成することができるので、ＯＳトランジスタの製造過程で抵抗素子Ｒ１０も作製できる。
【００３０】
また、１つのダイに、回路３０、抵抗素子Ｒ１０と共に抵抗素子Ｒ２０も形成することで、回路１００をさらに小型化できる。また、回路３０と抵抗素子Ｒ２０とを別の電子部品とすることで、回路３０の設置の制約が少なくなる。また、温度を測定したい対象物の近くに抵抗素子Ｒ２０を設置することが容易である。そのため、回路１０の用途によって、回路１０の態様を選択すればよい。
【００３１】
＜＜回路構成例２＞＞
電圧ＶＡが端子ａ２に入力され、電圧ＶＢが端子ｂ２に入力されている間、回路１０では抵抗素子Ｒ１０、Ｒ２０に電流が流れるため、回路１０で電力が消費されてしまう。そのため、回路１０でセンシング動作させることが必要な時だけ、電圧ＶＡ、または電圧ＶＢを入力できるようにしてもよい。そのような例を、図２Ａ−図２Ｄに示す。
【００３２】
図２Ａに示す回路１０１は回路１１および回路３０を有する。回路１１は、回路１０にトランジスタＭ１０を設けたものになる。トランジスタＭ１０は、端子ａ２への電圧ＶＡの供給を制御するパワースイッチである。具体的には、トランジスタＭ１０は端子ａ２と端子ａ３間の導通状態を制御する。端子ａ３は電圧ＶＡが入力される端子である。トランジスタＭ１０のオンオフは信号ＥＮ１によって制御される。信号ＥＮ１は回路３０が生成してもよい。回路１１をセンシング動作させることが必要な期間はトランジスタＭ１０をオンにし、それ以外の期間はトランジスタＭ１０をオフにする。
【００３３】
図２Ｂに示す回路１０２は、回路１２および回路３０を有する。回路１２は回路１１の変形例である。回路１２では、トランジスタＭ１０は、端子ｂ２への電圧ＶＢの供給を制御するパワースイッチである。具体的には、トランジスタＭ１０は端子ｂ２と端子ｂ３間の導通状態を制御する機能を有する。端子ｂ３は電圧ＶＢが入力される端子である。
【００３４】
回路１１において、トランジスタＭ１０はｎ型トランジスタであるが、ｐ型トランジスタでもよい。また、トランジスタＭ１０のデバイス構造に特段の制約はない。トランジスタＭ１０には、単元素半導体（Ｓｉ、Ｇｅ、Ｃ）でなるトランジスタ、化合物半導体（金属酸化物、窒化ガリウム、炭化シリコン、シリコンゲルマニウムなど）を用いたトランジスタ等が用いられる。例えば、トランジスタＭ１０がｎ型トランジスタである場合、ＯＳトランジスタを用いることで、トランジスタＭ１０を設けたことによる回路１０１の面積オーバヘッドをゼロにすることが可能である。これは、トランジスタＭ１０と抵抗素子Ｒ１０とを回路３０に積層することができるので、回路３０のダイにトランジスタＭ１０と抵抗素子Ｒ１０とを設けても、回路３０のダイの面積の増加をゼロにすることができるからである。
【００３５】
以上のことは、回路１２、回路１０２についても同様である。
【００３６】
トランジスタＭ１０をＯＳトランジスタとする場合、バックゲートを有するトランジスタとすることができる。そのような例を図２Ｃ、図２Ｄに示す。
【００３７】
図２Ｃに示す回路１０３は回路１３および回路３０を有する。回路１３は回路１１の変形例であり、トランジスタＭ１０に代えてトランジスタＭ１３を有する。トランジスタＭ１３のバックゲートはゲートに電気的に接続されている。つまり、トランジスタＭ１３のバックゲートにゲートと同じ信号が入力されるので、トランジスタＭ１３がオンであるときに、バックゲートに高レベルの電圧が印加されるので、トランジスタＭ１３のオン電流を増加させることができる。なお、トランジスタＭ１３のバックゲートは、ソース、またはドレインに電気的に接続してもよい。
【００３８】
図２Ｄに示す回路１０４は回路１４および回路３０を有する。回路１４は回路１１の変形例であり、トランジスタＭ１０に代えてトランジスタＭ１４を有する。トランジスタＭ１４のバックゲートには信号ＥＢＧ１が入力される。信号ＥＢＧ１は回路３０が生成してもよい。トランジスタＭ１４のゲート電圧とバックゲート電圧とは個別に制御される。例えば、トランジスタＭ１４の導通状態に関わらず、信号ＥＢＧ１によって、バックゲートに負電圧を入力する。これにより、トランジスタＭ１４の閾値電圧を正電圧側にシフトさせることができるので、信号ＥＮ１の高レベルの電圧を低くすることができる。
【００３９】
上掲した回路１００は様々な半導体装置に組み込むことができる。例えば、回路１０が温度センサである場合の半導体装置のいくつかの例を挙げる。例えば、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダムアクセス・メモリ）モジュールに回路１００を組み込むことで、回路３０の信号Ｓｎｒに応じて、ＤＲＡＭのリフレッシュ間隔を制御してもよい。また、回路１００を、電子機器の筐体内に組み込み、筐体内の温度を監視させてもよい。筐体が異常発熱した場合、回路３０の信号Ｓｎｒを用いて、過熱から電子部品を保護するための保護回路を機能させるようにすることができる。これらは、回路１０１−１０４についても同様である。以下に、温度センサを備えた半導体装置の例として、ＬＥＤを駆動する機能を有する半導体装置について説明する。
【００４０】
図３に示す照明装置２００は、発光部２１０および半導体装置２２０を有する。発光部２１０は、１または複数のＬＥＤ２１１を有する。半導体装置２２０は、回路２３０、電圧生成回路２３５、温度センサ２４０を有する。ここでは、発光部２１０の発光素子にＬＥＤ２１１を用いたが、他の発光素子でもよい。
【００４１】
半導体装置２２０は、発光部２１０を点灯させるための装置である。半導体装置２２０は、ＬＥＤ２１１を発光させるための電圧ＶＡＮを発光部２１０に供給する機能を有する。電圧ＶＡＮの大きさによって、発光部２１０の輝度や色温度が調節される。別言すると、半導体装置２２０は発光部２１０を駆動するための機能を有しており、駆動回路（ここでは、ＬＥＤ駆動回路）とも呼べる。
【００４２】
電圧生成回路２３５は電圧ＶＡＮを生成する機能を有する。電圧ＶＡＮは直流電圧であるので、例えば、電圧生成回路２３５はスイッチングレギュレータを有する。
【００４３】
回路２３０は、電圧生成回路２３５を駆動するための回路であり、プリドライバ回路と呼ぶこともできる。回路２３０は電圧生成回路２３５を駆動するための信号ＳＰＤを生成する。電圧生成回路２３５は信号ＳＰＤに応じて、電圧ＶＡＮを変化させる機能を有する。
【００４４】
回路２３０は回路２３１、出力部２３２を有する。出力部２３２はノードＮ３、抵抗素子Ｒ３０、トランジスタＭ３０を有する。抵抗素子Ｒ３０の第１端子には電圧ＶＤＤが入力され、第２端子はノードＮ３と電気的に接続されている。トランジスタＭ３０の第１端子には接地電位が入力され、第２端子はノードＮ３と電気的に接続されている。ノードＮ３は、回路２３０の信号ＳＰＤの出力用の端子に電気的に接続されている。
【００４５】
回路２３１は信号ＳＳＧを生成する機能を有する。信号ＳＳＧは、トランジスタＭ３０の導通状態を制御するための信号であり、トランジスタＭ３０のゲートに入力される。回路２３１は温度センサ２４０から入力される電圧Ｖｎｒに基づいて、信号ＳＳＧを生成する。
【００４６】
温度センサ２４０には、電圧ＶＤＤＴと接地電位が入力される。温度センサ２４０はノードＮＲ４、抵抗素子Ｒ４１、抵抗素子Ｒ４２を有する。温度センサ２４０は回路１０（図１）と同様の回路構成を有しており、ノードＮＲ４、抵抗素子Ｒ４１、抵抗素子Ｒ４２がそれぞれ、ノードＮＲ、抵抗素子Ｒ１０、抵抗素子Ｒ２０に対応する。もちろん、温度センサ２４０に回路１１−１４（図２Ａ−図２Ｄ）を適用してもよい。
【００４７】
電圧Ｖｎｒは温度センサ２４０が検出した温度に応じた大きさを持つ。電圧Ｖｎｒに応じて信号ＳＳＧを変化させることで、温度センサ２４０で検出した温度に応じて電圧ＶＡＮを変化させることができる。
【００４８】
一般的には、ＬＥＤは、温度が上昇すると一定の電流を流すための順方向電圧が低下する性質を持つ。また、ＬＥＤは点灯することで自己発熱する性質を持つ。よって、ＬＥＤを一定電圧で駆動していると、ＬＥＤの温度が上昇し、ＬＥＤに流れる電流が大きくなる。そのため、ＬＥＤは、発熱によって劣化してしまう。半導体装置２２０では、温度センサ２４０から出力される電圧Ｖｎｒによって、ＬＥＤ２１１に入力される電圧ＶＡＮを制御しているため、ＬＥＤ２１１の劣化を抑制できる。
【００４９】
回路２３０は、半導体装置２２０の外部から入力される信号に応じて、信号ＳＳＧを生成する機能を持っていてもよい。また、半導体装置２２０に、光センサなど他のセンサを設けてもよい。この場合、例えば、回路２３０は、各センサの出力に基づいて、信号ＳＳＧを生成する機能を持っていてもよい。具体的には、光センサを設けることで、周囲の明るさに応じて、発光部２１０の明るさを調節する調光機能を半導体装置２２０に持たせることができる。
【００５０】
（出力部２３２の構成例）
出力部２３２のトランジスタＭ３０は、回路２３１と共に同じダイに作製してもよいし、回路２３０の外付けの電子部品であってもよい。発光部２１０の駆動電圧が高い場合、ノードＮ３には高い電圧が入力されることとなる。そのため、ソースドレイン間に印加できる電圧、ゲートソース間に印加できる電圧、ゲートドレイン間に印加できる電圧の上限が高い（耐圧に優れている）トランジスタがトランジスタＭ３０に好適である。ＯＳトランジスタは耐圧に優れるトランジスタである。金属酸化物でなる半導体（酸化物半導体）は、電子が励起されにくく、ホールの有効質量が大きい半導体であるため、ＯＳトランジスタは、シリコン等を用いた一般的なトランジスタと比較して、アバランシェブレークダウン等が生じにくい。アバランシェブレークダウンに起因するホットキャリア劣化等が抑制されることで、ＯＳトランジスタは高いドレイン耐圧を有することになり、ソースドレイン間電圧が高電圧となるような駆動方法が可能である。そのため、ＯＳトランジスタはトランジスタＭ３０に適している。トランジスタＭ３０がＯＳトランジスタであることで、トランジスタＭ３０を回路２３１が設けられるダイに積層できるため、回路２３０を小型化できる。
【００５１】
抵抗素子Ｒ３０に特段の制約はない。例えば、抵抗素子Ｒ４１と同様に、抵抗材料が金属酸化物を有する抵抗素子とすることができる。この場合、回路２３１が設けられるダイに、抵抗素子Ｒ３０、Ｒ４１を積層することができるので、回路２３０を小型化できる。また、抵抗素子Ｒ３０をトランジスタで構成することができる。この場合、抵抗素子Ｒ３０をＯＳトランジスタで構成することで、回路２３１が設けられるダイに、抵抗素子Ｒ３０、Ｒ４１を積層することができるので、回路２３０を小型化できる。
【００５２】
図４Ａ−図４Ｅに、出力部２３２に適用可能であり、ＯＳトランジスタが適用された回路の例を示す。図４Ａに示す回路２５１は、ノードＮ３、抵抗素子Ｒ３０、トランジスタＭ５１を有する。トランジスタＭ５１はＯＳトランジスタであり、トランジスタＭ３０に相当する。トランジスタＭ５１は、ゲートに電気的に接続されたバックゲートを有する。
【００５３】
図４Ｂに示す回路２５２は回路２５１の変形例であり、抵抗素子Ｒ３０がトランジスタＭ５２で構成されている。トランジスタＭ５２はＯＳトランジスタであり、ゲートがドレインと電気的に接続され、バックゲートがノードＮ３（トランジスタＭ５２のソース）と電気的に接続されている。なお、トランジスタＭ５２のバックゲートに、半導体装置２２０の外部回路で、あるいは回路２３０で生成された信号を入力してもよい。または、トランジスタＭ５２はバックゲートを有さないトランジスタでもよい。
【００５４】
図４Ｃに示す回路２５３は回路２５２の変形例であり、トランジスタＭ５２に代えてトランジスタＭ５３を有する。トランジスタＭ５３のバックゲートはＶＤＤが入力されるノード（トランジスタＭ５３のドレイン）と電気的に接続されている。つまり、トランジスタＭ５３のバックゲートは、回路２５３の最も電圧が高くなるノードと電気的に接続されているので、トランジスタＭ５３のオン電流特性を効果的に向上させることができる。
【００５５】
図４Ｄに示す回路２５４は回路２５１の変形例であり、抵抗素子Ｒ３０がトランジスタＭ５４で構成されている。トランジスタＭ５４はＯＳトランジスタであり、ゲートがノードＮ３（トランジスタＭ５４のソース）と電気的に接続され、バックゲートもノードＮ３と電気的に接続されている。なお、トランジスタＭ５４のバックゲートに、半導体装置２２０の外部回路で、あるいは回路２３０で生成された信号を入力してもよい。または、トランジスタＭ５４はバックゲートを有さないトランジスタでもよい。
【００５６】
図４Ｅに示す回路２５５は、トランジスタＭ３０、トランジスタＭ３１、ノードＮ３を有する。トランジスタＭ３０、Ｍ３１はＯＳトランジスタである。トランジスタＭ３１が抵抗素子Ｒ３０に対応する素子である。トランジスタＭ３１のゲートに信号ＳＳＧＢが入力される。信号ＳＳＧＢは信号ＳＳＧの反転信号である。そのため、回路２５５では、トランジスタＭ３０とトランジスタＭ３１は相補的に導通状態が変化する。なお、トランジスタＭ３１にバックゲートを設け、バックゲートに半導体装置２２０の外部回路で、あるいは回路２３０で生成された信号を入力してもよい。トランジスタＭ３０も同様である。
【００５７】
半導体装置２２０において、ＯＳトランジスタが適用される回路は出力部２３２に限定されない。例えば、インバータ回路にＯＳトランジスタを適用することができる。図５Ａ―図５Ｄを参照して、ＯＳトランジスタで構成されるインバータ回路について説明する。
【００５８】
図５Ａに示すインバータ回路（ＩＮＶ）２５６は、端子ＩＮの論理を反転した信号を生成し、端子ＯＵＴから出力する機能を有する。信号ＥＢＧ７はＩＮＶ２５６の制御信号である。図５ＢにＩＮＶ２５６の具体的な回路構成例を示す。
【００５９】
図５Ｂに示すように、ＩＮＶ２５６はトランジスタＭ５６、トランジスタＭ５７を有する。トランジスタＭ５６、Ｍ５７はバックゲートを有するＯＳトランジスタである。ここでは、ＩＮＶ２５６の高電源電圧はＶＤＤであり、低電源電圧はＧＮＤである。
【００６０】
トランジスタＭ５６のゲートは端子ＩＮと電気的に接続され、第１端子はＧＮＤの入力用端子に電気的に接続され、第２端子は端子ＯＵＴおよびトランジスタＭ５７の第１端子と電気的に接続され、バックゲートはゲートと電気的に接続されている。トランジスタＭ５７のゲートおよび第２端子はＶＤＤの入力用端子と電気的に接続され、バックゲートにはＥＢＧ７が入力される。つまり、ＶＤＤ入力用端子とＧＮＤ入力用端子との間に、トランジスタＭ５６とトランジスタＭ５７とが直列に電気的に接続されている。ここでは、図５Ｂの例では、トランジスタＭ５７のバックゲートに印加する電圧（バックゲートバイアス）を信号ＥＢＧ７によって変化させている。これにより、ＩＮＶ２５６の動作に合わせて、トランジスタＭ５７の閾値電圧（以下、”ＶＴ５７”と呼ぶ場合がある。）を変化させることができる。
【００６１】
図５ＣはトランジスタＭ５７の静的電気特性を表す模式図である。図５Ｃは、トランジスタＭ５７のドレイン電流−ゲートソース間電圧特性曲線（Ｉｄ−Ｖｇｓ曲線）である。点線で示す曲線Ａ５７は、信号ＥＢＧ７の電圧がＶＡであるときのＩｄ−Ｖｇｓ曲線である。実線で示す曲線Ｂ５７は、信号ＥＢＧ７の電圧がＶＢであるときのＩｄ−Ｖｇｓ曲線である。ＶＢはＶＡよりも低い電圧である。ＶＢは正電圧が好ましく、ＶＡは負電圧が好ましい。
【００６２】
トランジスタＭ５７のオン電流特性を向上させる場合は、トランジスタＭ５７がｎ型トランジスタであるのでＶＢは正電圧が好ましい。ＶＡをトランジスタＭ５７のバックゲートに入力することで、ＶＴ５７が負電圧側にシフトし、ＶＢをトランジスタＭ５７のバックゲートに入力することでＶＴ５７を正電圧側にシフトする。ＶＴＡは、バックゲートバイアスがＶＡのときのトランジスタＭ５７の閾値電圧であり、ＶＴＢはバックゲートバイアスがＶＢのときのトランジスタＭ５７の閾値電圧である。
【００６３】
ＶＴ５７を正電圧側にシフトさせることで、トランジスタＭ５７はドレイン電流が流れにくい状態となり、ＶＴ５７を負電圧側にシフトさせることで、トランジスタＭ５７はドレイン電流が流れやすい状態となる。このことは、図５Ｃの曲線Ａ５７と曲線Ｂ５７を比較することで理解できる。同じ大きさのＶｇｓに対して、バックゲートバイアスがＶＡであるトランジスタＭ５７のＩｄは、バックゲートバイアスがＶＢであるトランジスタＭ５７のＩｄよりも大きい。バックゲートバイアスによるトランジスタＭ５７の静電気特性の変化を利用することで、ＩＮＶ２５６の信頼性を向上でき、また消費電力を削減できる。
【００６４】
図５ＤはＩＮＶ２５６の動作例を示すタイミングチャートである。図５Ｄには、閾値電圧ＶＴ５７の変化も示す。端子ＩＮの論理が”Ｌ”であるとき、端子ＯＵＴの論理が”Ｈ”となり、端子ＩＮの論理が”Ｈ”であるとき、端子ＯＵＴの論理が”Ｌ”となる。
【００６５】
信号ＥＢＧ７の電圧がＶＢであることで、トランジスタＭ５７をドレイン電流が流れにくい状態とすることができる。そのためトランジスタＭ５６をオンにするとき（端子ＩＮの論理を”Ｌ”から”Ｈ”に遷移させるとき）、端子ＯＵＴの電圧の立下りを急峻にすることができる。また、ＶＤＤ用入力端子とＧＮＤ用入力端子との間に流れる貫通電流を低減できるため、動的消費電力が低減される。
【００６６】
信号ＥＢＧ７の電圧がＶＡであることで、トランジスタＭ５７は、ドレイン電流が流れやすい状態とすることができる。つまり、トランジスタＭ５７のオン電流特性が向上される。トランジスタＭ５６をオフにするとき（端子ＩＮの論理を”Ｈ”から”Ｌ”に遷移させるとき）、端子ＯＵＴの電圧の立ち上がりを急峻にできる。
にすることができる。
【００６７】
半導体装置２２０の電子部品の数を低減することは、照明装置２００を小型化につながる。また、半導体装置２２０の組み立て工程の数が低減されるため、半導体装置２２０および照明装置２００の低価格化ができる。例えば、回路２３１が設けられるダイに、他の回路の素子を設けることで、半導体装置２２０の電子部品の数を低減することができる。
【００６８】
＜＜回路２３０のデバイス構造＞＞
図６Ａにダイの模式図を示す。図６Ａには、回路２３０の出力部２３２に回路２５１が適用された例を示している。図６Ａに示すダイ２７１には、回路２３０（回路２３１、抵抗素子Ｒ３０、トランジスタＭ５１）、および温度センサ２４０（抵抗素子Ｒ４１、Ｒ４２）が設けられている。回路２３１のトランジスタの作製過程で、抵抗素子Ｒ４２が作製される。トランジスタＭ５１、および抵抗素子Ｒ３０が金属酸化物を用いた素子であることで、抵抗素子Ｒ４１と共に回路２３１に積層することができる。つまり、ダイ２７１は、抵抗素子Ｒ４２および回路２３１が設けられている領域上に、抵抗素子Ｒ３０、Ｒ４１、トランジスタＭ５１が積層されている構造をもつ。ダイ２７１をパッケージに収めることで、１個の電子部品が得られる。
【００６９】
図６Ａにおいて、抵抗素子Ｒ３０の代わりに、トランジスタＭ５２またはトランジスタＭ５３を設けてもよい。図６Ａにおいて、抵抗素子Ｒ４２をダイ２７１に設けない構成とすることができる。抵抗素子Ｒ３０とトランジスタＭ５１の一方または両方をダイ２７１に設けない構成とすることができる。
【００７０】
図６Ｂには、抵抗素子Ｒ４２を、回路２３０の外付け部品とする例を示している。この場合、回路２３０のダイ２７２には、抵抗素子Ｒ４２が設けられていなく、抵抗素子Ｒ４２を接続するための端子２６１が設けられている。ダイ２７２には、抵抗素子Ｒ３０の代わりに、トランジスタＭ５２またはトランジスタＭ５３を設けてもよい。
【００７１】
図７を参照して、ダイ２７１の構造を説明する。図７は、ダイ２７１を特定の切断線で切った断面図ではなく、ダイ２７１の積層構造を説明するための図である。
【００７２】
ダイ２７１を構成する絶縁体、導電体、半導体等の形成方法としては、スパッタ法や、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は代表的である。その他の方法、例えば、熱ＣＶＤ法により形成することができる。熱ＣＶＤ法として、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法やＡＬＤ（原子層堆積）法を使用することができる。
【００７３】
図７において、４０１−４０６で示される層は絶縁層である。また、図７において、符号及びハッチングパターンが与えられていない領域は絶縁体で構成された領域を表している。これらの領域には、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、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、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上の材料を含む絶縁体を用いることができる。また、当該領域には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂を用いることもできる。
【００７４】
また、図７においてハッチングパターンが与えられていて、符号が与えられていない領域は導電体で構成された領域を表している。導電体で構成された領域は単層または２層以上の積層とすることができる。導電材料としては、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の低抵抗金属、これらの１または複数を主成分とする合金、これらの１または複数を主成分とする化合物等が挙げられる。特に、耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましい。アルミニウムや銅などを含む低抵抗導電性材料が好ましい。例えば、Ｃｕ―Ｍｎ合金は、酸素を含む絶縁体との界面に酸化マンガンを形成し、酸化マンガンがＣｕの拡散を抑制する機能を持つので好ましい。
【００７５】
図７において、４００は基板である。ここでは、基板４００はｐ型の単結晶シリコンウエハとしている。基板４００はこれに限定されるものではなく、実施の形態３の基板５１０と同様の基板を用いることができる。
【００７６】
ダイ２７１は少なくとも２つの素子層４８１、４８２を有する。素子層４８１はＳｉトランジスタなど、シリコンが用いられた素子が形成される層である。図７には、代表して、トランジスタＭｎ３１、トランジスタＭｐ３１、およびダイオードＤ４２を示している。トランジスタＭｎ３１、Ｍｐ３１は、回路２３０を構成するトランジスタである。トランジスタＭｎ３１はｎ型トランジスタであり、トランジスタＭｐ３１はｐ型トランジスタである。ダイオードＤ４２は、抵抗素子Ｒ４２に相当する素子である。ダイオードＤ４２は、ｐｎ接合ダイオードであり、ｐ型不純物領域４７１およびｎ型不純物領域４７２を有する。
【００７７】
図７の例では、トランジスタＭｎ３１、Ｍｐ３１はプレーナ型トランジスタである。素子層４８１に形成されるトランジスタのデバイス構造に特段の制約はなく、プレーナ型トランジスタでもよいし、ＦＩＮ型トランジスタでもよい。図８Ａ、図８ＢにＦＩＮ型トランジスタの構成例を示す。図８ＡはトランジスタＭＦ１のチャネル長方向の断面図を示し、図８ＢはトランジスタＭＦ１のチャネル幅方向の断面図を示している。
【００７８】
トランジスタＭＦ１は、基板７８０の一部を加工して形成された凸部を有する。絶縁層７８１は素子分離のための絶縁層である。凸部にはウェル７９２が設けられている。ウェル７９２には、低濃度不純物領域７９４及び高濃度不純物領域７９５（これらを合わせて単に不純物領域呼ぶ。）、チャネル形成領域７９３、該不純物領域に接して設けられた導電性領域７９６が設けられている。導電性領域７９６は金属シリサイド等で形成することができる。ゲート絶縁層７９７がチャネル形成領域７９３上に設けられ、ゲート電極７９０がゲート絶縁層７９７上に設けられている。側壁絶縁層７９８、７９９がゲート電極７９０の側面に設けられている。
【００７９】
素子層４８２は素子層４８１に積層される。素子層４８２は、ＯＳトランジスタや、ＯＣを用いた抵抗素子など、金属酸化物が用いられた素子が形成される層である。図７には、トランジスタＭ５１、抵抗素子Ｒ４１を示す。
【００８０】
トランジスタＭ５１は、トランジスタ５０６（図１８）と同様のデバイス構造をもつ。トランジスタＭ５１は、導電層４３０、４３１、および酸化物半導体層４６０（以下、ＯＳ層４６０と呼ぶ。）を有する。ＯＳ層４６０にチャネル形成領域がある。ＯＳ層４６０において、導電層４３０と接している領域、および導電層４３１と接している領域は、他の領域よりも抵抗が低い。
【００８１】
抵抗素子Ｒ４１は、酸化物導電体層４６１（以下、ＯＣ層４６１と呼ぶ。）、導電層４３２、４３３を有する。ＯＣ層４６１が抵抗素子Ｒ４１の抵抗体を構成し、導電層４３２、４３３はそれぞれ端子を構成する。ＯＳ層４６０とＯＣ層４６１は、同じ金属酸化物膜から形成される。この金属酸化物膜は単層でも、積層でもよい。
【００８２】
金属酸化物の酸素欠損を増やすこと、金属酸化物の不純物（代表的には、水素、水等）を増やすこと、あるいは、希ガス元素（Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ）を金属酸化物に添加することなどによって、金属酸化物の抵抗率を下げることで、酸化物導電体を形成することができる。酸化物導電体の抵抗率は、例えば、１×１０−３Ωｃｍ以上１×１０４Ωｃｍ以下とすることができる。ここでは、絶縁層４０５から金属酸化物層に水素を拡散させることで、ＯＣ層４６１を形成している。抵抗素子Ｒ４１の作製方法を以下に示す。
【００８３】
金属酸化物膜を成膜し、抵抗素子Ｒ４１を構成する金属酸化物層（以下、便宜的にＭＯ層４１と呼ぶ。）と、トランジスタＭ５１のＯＳ層４６０を形成する。次に、導電層４３０−４３３を形成する。希ガス元素の添加によってＯＣ層４６１を形成する場合は、導電層４３０−４３３を形成する前に、抵抗素子Ｒ４１を構成する金属酸化物層に希ガス元素を添加すればよい。
【００８４】
絶縁層４０４を形成する。次に、絶縁層４０４の抵抗素子Ｒ４１が形成される領域に開口を形成する。絶縁層４０４上に絶縁層４０５を形成する。絶縁層４０５は水素放出することが可能な絶縁膜で形成すればよい。代表的には、プラズマＣＶＤ法で成膜される窒化シリコン膜である。プラズマＣＶＤ法で成膜することで、窒化シリコン膜の水素濃度を１×１０２２ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることができる。絶縁層４０４の開口において、窒化シリコン膜がＭＯ層４１と接するため、窒化シリコン膜中の水素がＭＯ層４１に拡散する。水素はＭＯ層４１の酸素欠損と結合し、キャリアが生ずる。つまりＭＯ層４１の抵抗率が下がり、ＯＣ層４６１を得ることができる。
【００８５】
抵抗素子Ｒ４１の抵抗値は、ＯＣ層４６１の抵抗率だけでなく、ＯＣ層４６１の形状、サイズ等によって制御することができる。図９に抵抗素子Ｒ４１の平面形状の一例を示す。図９に示すＯＣ層４６１は帯状であり、蛇行部を有する。
【００８６】
素子層４８２に抵抗素子Ｒ３０を設けてもよい。抵抗素子Ｒ３０のデバイス構造は抵抗素子Ｒ４１と同様とすることができる。素子層４８２には、トランジスタＭ５２（図４Ｂ）、またはトランジスタＭ５３（図４Ｃ）を設けることができる。トランジスタＭ５２、Ｍ５３のデバイス構造はトランジスタＭ５１と同様でもよいし、異なっていてもよい。
【００８７】
図３に示す照明装置２００は、様々な分野の照明装置に適用することができる。例えば、屋内用照明装置（ＬＥＤ電球や、ＬＥＤ蛍光灯）、屋外用照明装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）のバックライト装置、車両（自動車、２輪車など）の照明装置、鉄道車両の照明装置、信号灯器、電光掲示板、電光標識などがある。例えば、車両用照明装置としては、ヘッドランプ（前照灯）、フロントコンビ―ネーションランプ、デイタイムランニングランプ、リアコンビネーションランプ、方向指示灯、ルームランプ等がある。図１０Ａ、図１０Ｂに、照明装置２００を自動車（４輪車）に適用した例を示す。もちろん、照明装置２００が適用される車両用照明装置は図１０Ａ、図１０Ｂに例示したものに限定されない。
【００８８】
図１０Ａに示す自動車８００では、例えば、ヘッドランプ８１０、方向指示灯８１１、８１２、リアコンビネーションランプ８１３等に照明装置２００が適用されている。これらの照明装置は車体８０１に取り付けられている。図１０Ｂに、照明装置２００が適用できる自動車８００の車体８０１内部の照明装置の例を示す。照明装置２００は、ルームランプ８１５、コントロールパネル８１６などに適用できる。
【００８９】
また、回路２３０の用途は、照明装置用のプリドライバ回路に限定されない。回路２３０は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴを制御するためのプリドライバ回路に用いることができる。図１１にその一例を示す。図１１に示す半導体装置２０１は、回路２３０、温度センサ２４０、パワーＭＯＳＦＥＴ２８０を有する。回路２３０で生成される信号ＳＰＤによって、パワーＭＯＳＦＥＴ２８０が制御される。温度センサ２４０を有しているため、温度センサ２４０で検出した温度に応じて、パワーＭＯＳＦＥＴ２８０を駆動することができる。半導体装置２０１は、例えば、自動車８００の制御装置など各種の半導体装置に用いることができる。
【００９０】
〔実施の形態２〕
本実施の形態では電子部品の作製方法、構成などについて説明する。図１２Ａは、電子部品の作製方法例を示すフローチャートである。電子部品は、半導体パッケージ、または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。
【００９１】
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。後工程については、図１２Ａ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を作製する（ステップＳ１）。素子基板には、例えば、図１、図３、図１１等に示す半導体装置が作製されている。
【００９２】
素子基板の完成後、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。基板の裏面を研削して、基板を複数のダイに分離するダイシング工程を行う。そして、ダイ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ダイ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。
【００９３】
リードフレームのリードとダイに形成されている端子とを、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。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、内蔵される回路部やワイヤーの機械的な外力よる破壊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。次いでリードフレ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。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）。
【００９４】
以上説明した電子部品は、本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、消費電力の低減、及び小型化が図られた電子部品を実現することができる。
【００９５】
図１２Ｂは完成した電子部品の斜視模式図を示す。図１２ＢはＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）の例を示している。図１２Ｂに示す電子部品１７００はリード１７０１及び回路部１７０３を示している。電子部品１７００は、例えばプリント基板１７０２に実装される。このような電子部品１７００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板１７０２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１７０４は、電子機器等の内部に設けられる。
【００９６】
〔実施の形態３〕
本実施の形態では、ＯＳトランジスタのデバイス構造等について説明する。
【００９７】
＜＜トランジスタの構成例１＞＞
図１３Ａはトランジスタ５００の上面図である。図１３Ｂは、ｘ１１−ｘ１２線による図１３Ａの断面図であり、図１３Ｃは、ｙ１１−ｙ１２線による図１３Ａの断面図である。なお、ｘ１１−ｘ１２線の方向をトランジスタ５００のチャネル長方向と呼び、ｙ１１−ｙ１２線の方向をトランジスタ５００のチャネル幅方向と呼ぶ場合がある。なお、図１３Ａ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。図１５Ａも同様である。
【００９８】
トランジスタ５００は基板５１０上に形成されている。トランジスタ５００は、絶縁層５１１−５１７、導電層５２１−５２４、金属酸化物層５３１―５３３を有する。これらの層は、単層でも積層でもよい。ここでは、金属酸化物層５３１−５３３をまとめて、金属酸化物層５３０と呼ぶ場合がある。
【００９９】
導電層５２２はバックゲート電極を構成し、導電層５２１はトランジスタ５００のゲート電極（フロントゲート電極）を構成する。導電層５２１のゲート電極を構成している領域は、絶縁層５１６に形成された開口部を埋めるように自己整合的に形成されている。導電層５２３はソース電極又はドレイン電極を構成し、導電層５２４はソース電極又はドレイン電極を構成する。例えば、導電層５２３を積層構造とする場合、金属酸化物層５３２と接する層は、他の層よりも酸素を透過しにくいことが好ましい。これにより、酸化による導電層５２３の導電率の低下を防ぐことが可能になる。導電層５２４についても同様である。
【０１００】
金属酸化物層５３２は半導体であり、チャネル形成領域が設けられている。金属酸化物層５３１と金属酸化物層５３２とで金属酸化物の積層が形成される。積層において、導電層５２３に接する領域５３５、および導電層５２４に接する領域５３６は、他の領域よりも抵抗率が低くなる。領域５３５が存在することで、積層と導電層５２３と間のコンタクト抵抗を低減させることが可能である。同様に、領域５３６が存在することで、積層と導電層５２４と間のコンタクト抵抗を低減させることが可能である。
【０１０１】
絶縁層５１１−５１７はパッシベーション層、または層間絶縁層を構成する。特に、絶縁層５１１は、トランジスタ５００の下地絶縁層を構成する。特に、絶縁層５１５はゲート絶縁層を構成する。また、絶縁層５１３は電荷蓄積層を有していてもよい。
【０１０２】
図１３Ｃに示すように、金属酸化物層５３２の側面は、導電層５２１に囲まれている。このようなデバイス構造をとることで、導電層５２１（ゲート電極）の電界によって、金属酸化物層５３２を電気的に取り囲むことができる。ゲート電極の電界によって、半導体（特に、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。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造トランジスタは、金属酸化物層５３２の全体（バルク）にチャネルが形成される。よってｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造トランジスタは、ソース−ドレイン間に大電流を流すことができるため、良好なオン電流特性を有する。また、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造はトランジスタを微細化に適した構造である。よって、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造トランジスタは、高いオン電流が得られるため、プロセッサや、記憶装置等など微細化されたトランジスタが要求される半導体装置に適している。
【０１０３】
図１４Ａは、トランジスタ５００のチャネル形成領域の拡大図である。図１４Ａにおいて、導電層５２１の底面が、絶縁層５１５及び金属酸化物層５３３を介して、金属酸化物層５３２の上面と重なっている領域のチャネル長方向の長さを、幅ＬＧとする。幅ＬＧは、トランジスタ５００のゲート電極の線幅を表す。また、図１４Ａにおいて、導電層５２３と導電層５２４と間の長さを幅ＬＳＤとする。幅ＬＳＤは、トランジスタ５００のソース電極とドレイン電極との間の長さを表す。
【０１０４】
幅ＬＳＤは最小加工寸法で決定されることが多い。図１４Ａに示すように、幅ＬＧは、幅ＬＳＤよりも小さい。これは、トランジスタ５００のゲート電極の線幅を最小加工寸法よりも小さくすることが可能であることを示している。例えば、幅ＬＧは、５ｎｍ以上６０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが可能になる。
【０１０５】
＜金属酸化物＞
金属酸化物層５３２は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物半導体である。金属酸化物層５３２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、金属酸化物層５３２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（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）またはスズ（Ｓｎ）などである。また、ホウ素（Ｂ）、シリコン（Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などが、元素Ｍに適用可能である。元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせてもよい。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。例えば、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも高い元素である。または、元素Ｍは、例えば、金属酸化物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、金属酸化物層５３２は、亜鉛（Ｚｎ）を含むと好ましい。金属酸化物は、亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合があるからである。
【０１０６】
金属酸化物層５３２は、インジウムを含む酸化物半導体に限定されない。金属酸化物層５３２は、例えば、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を用いてもよい。具体的には、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物などを用いて金属酸化物層５３２を形成することもできる。
【０１０７】
金属酸化物層５３２は、例えば、エネルギーギャップが大きい酸化物半導体を用いる。金属酸化物層５３２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。金属酸化物層５３２には後述するＣＡＡＣ−ＯＳを用いることが好ましい。
【０１０８】
例えば、金属酸化物層５３１、５３３は、金属酸化物層５３２を構成する金属元素を少なくとも１種類含むことが好ましい。これにより、金属酸化物層５３１と金属酸化物層５３２との界面、および金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３３との界面において、界面準位が形成されにくい。
【０１０９】
なお、金属酸化物層５３１がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高いとする。金属酸化物層５３１をスパッタリング法で成膜する場合、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４などの原子数比を満たすスパッタリングターゲットを用いることができる。
【０１１０】
また、金属酸化物層５３２がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％よりも高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％よりも高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。金属酸化物層５３２をスパッタリング法で成膜する場合、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７などの原子数比を満たすスパッタリングターゲットを用いることができる。特に、スパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１を用いる場合、成膜される金属酸化物層５３２の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３近傍となる場合がある。
【０１１１】
また、金属酸化物層５３３がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物のとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたとき、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％よりも高く、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％よりも高くする。金属酸化物層５３３をスパッタリング法で成膜する場合、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４などの原子数比を満たすスパッタリングターゲットを用いることができる。また、金属酸化物層５３３は、金属酸化物層５３１と同種の金属酸化物を用いてもよい。
【０１１２】
また、金属酸化物層５３１または金属酸化物層５３３がインジウムを含まなくてもよい場合がある。例えば、金属酸化物層５３１または金属酸化物層５３３が酸化ガリウムであってもよい。
【０１１３】
（エネルギーバンド構造）
図１４Ｂに示すエネルギーバンド構造図を用いて、金属酸化物層５３１―５３３の積層により構成される金属酸化物層５３０の機能およびその効果について説明する。図１４Ｂは、図１４Ａのｚ１−ｚ２線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。Ｅｃ５１４、Ｅｃ５３１、Ｅｃ５３２、Ｅｃ５３３、Ｅｃ５１５は、それぞれ、絶縁層５１４、金属酸化物層５３１、金属酸化物層５３２、金属酸化物層５３３、絶縁層５１５の伝導帯下端のエネルギーを示している。
【０１１４】
ここで、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差（「電子親和力」ともいう。）は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（イオン化ポテンシャルともいう。）からエネルギーギャップを引いた値となる。なお、エネルギーギャップは、分光エリプソメータを用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置を用いて測定できる。
【０１１５】
絶縁層５１４、５１５は絶縁体であるため、Ｅｃ５１４およびＥｃ５１５は、Ｅｃ５３１、Ｅｃ５３２、およびＥｃ５３３よりも真空準位に近い（電子親和力が小さい）。
【０１１６】
金属酸化物層５３２は、金属酸化物層５３１および金属酸化物層５３３よりも電子親和力の大きい金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物層５３２の電子親和力は、金属酸化物層５３１よりも０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下大きいとよい。金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３１の電子親和力の差は０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下が好ましく、０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下がより好ましい。金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３３の電子親和力の差も同様である。
【０１１７】
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、金属酸化物層５３３は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。
【０１１８】
トランジスタ５００にゲート電圧を印加すると、金属酸化物層５３０において、電子親和力の大きい金属酸化物層５３２にチャネルが形成される。このとき、電子は、金属酸化物層５３１、５３３の中ではなく、金属酸化物層５３２の中を主として移動する。そのため、金属酸化物層５３１と絶縁層５１４との界面、あるいは、金属酸化物層５３３と絶縁層５１５との界面に、電子の流れを阻害する界面準位が多く存在したとしても、トランジスタ５００のオン電流にはほとんど影響を与えない。トランジスタ５００において、金属酸化物層５３１、５３３は絶縁物のように機能する。
【０１１９】
金属酸化物層５３１と金属酸化物層５３２と間には、金属酸化物層５３１と金属酸化物層５３２との混合領域が存在する場合がある。また、金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３３と間には、金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３３との混合領域が存在する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなる。そのため、金属酸化物層５３１−５３３の積層は、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。
【０１２０】
金属酸化物層５３１と金属酸化物層５３２との界面、あるいは、金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３３との界面は、上述したように界面準位密度が小さいため、金属酸化物層５３２中で電子の移動が阻害されることが少ないので、トランジスタ５００のオン電流を高くすることが可能になる。
【０１２１】
例えば、トランジスタ５００中の電子の移動は、チャネル形成領域の物理的な凹凸が大きい場合に阻害される。トランジスタ５００のオン電流を高くするためには、例えば、金属酸化物層５３２の上面または下面（被形成面、ここでは金属酸化物層５３１の上面）の、１μｍ×１μｍの範囲における二乗平均平方根（ＲＭＳ）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。
【０１２２】
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。例えば、金属酸化物層５３２が酸素欠損（ＶＯとも表記。）を有する場合、酸素欠損のサイトに水素が入り込むことでドナー準位を形成することがある。以下では酸素欠損のサイトに水素が入り込んだ状態をＶＯＨと表記する場合がある。ＶＯＨは電子を散乱するため、トランジスタのオン電流を低下させる要因となる。なお、酸素欠損のサイトは、水素が入るよりも酸素が入る方が安定する。したがって、金属酸化物層５３２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大きくすることができる場合がある。
【０１２３】
例えば、金属酸化物層５３２のある深さにおいて、または、金属酸化物層５３２のある領域において、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法で測定される水素濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【０１２４】
金属酸化物層５３２の酸素欠損を低減するために、例えば、絶縁層５１４に含まれる過剰酸素を、金属酸化物層５３１を介して金属酸化物層５３２まで移動させる方法などがある。この場合、金属酸化物層５３１は、酸素透過性を有する層（酸素を通過または透過させる層）であることが好ましい。
【０１２５】
金属酸化物層５３２の厚さは１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることができる。金属酸化物層５３２の厚さはチャネル長に依存し、チャネル長が短いほど薄くでき、例えば１ｎｍ以上１５ｎｍ以下とすること、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。
【０１２６】
金属酸化物層５３１の厚さは５ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができ、または、１０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下、または２０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下、または、４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下とすることができる。金属酸化物層５３１を金属酸化物層５３２よりも厚いことが好ましい。金属酸化物層５３１を厚くすることで、隣接する絶縁体と金属酸化物層５３１との界面からチャネル形成領域までの距離を離すことができる。
【０１２７】
金属酸化物層５３３の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができ、または、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。また、トランジスタ５００のオン電流を高くするためには、金属酸化物層５３３は金属酸化物層５３１よりも薄い方が好ましい。
【０１２８】
例えば、金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３１との間に、ＳＩＭＳによるシリコン濃度が、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である領域を有する。また、金属酸化物層５３２と金属酸化物層５３３との間に、ＳＩＭＳによるシリコン濃度が、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である領域を有する。
【０１２９】
また、金属酸化物層５３２の水素濃度を低減するために、金属酸化物層５３１および金属酸化物層５３３の水素濃度を低減すると好ましい。金属酸化物層５３１および金属酸化物層５３３は、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の水素濃度となる領域を有する。また、金属酸化物層５３２の窒素濃度を低減するために、金属酸化物層５３１および金属酸化物層５３３の窒素濃度を低減すると好ましい。金属酸化物層５３１および金属酸化物層５３３は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒素濃度となる領域を有する。なお、窒素濃度はＳＩＭＳによる測定値である。
【０１３０】
金属酸化物層５３１−５３３の成膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法またはＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ法などを用いて行えばよい。
【０１３１】
金属酸化物層５３１、５３２を形成した後に、第１の加熱処理を行うと好ましい。第１の加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは４５０℃以上６００℃以下、さらに好ましくは５２０℃以上５７０℃以下で行えばよい。第１の加熱処理は、不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上もしくは１０％以上含む雰囲気で行う。第１の加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、第１の加熱処理は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。第１の加熱処理によって、金属酸化物層５３１、５３２の結晶性を高めることや、水素や水などの不純物を除去することが可能になる。
【０１３２】
図１３の例は金属酸化物層５３０が３層構造の例であるが、これに限定されない。例えば、金属酸化物層５３０を金属酸化物層５３１または金属酸化物層５３３のない２層構造とすることができる。または、金属酸化物層５３０の上、下、あるいは層中の少なくとも一箇所に、金属酸化物層５３１−５３３として例示した金属酸化物の単層、または積層を設けて、ｍ層構造（ｍは３よりも大きな整数）とすることもできる。
【０１３３】
＜基板＞
基板５１０には、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）、樹脂基板などである。また、半導体基板は、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である。半導体基板の構造はバルク型でも、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）型でもよい。導電体基板は、例えば、黒鉛基板、金属基板、合金基板（例えば、ステンレス基板）、導電性樹脂基板、金属窒化物を有する基板、金属酸化物を有する基板などである。
子などがある。
【０１３４】
また、基板５１０に可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板には、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でなる基板である。可撓性基板は、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。可撓性基板には、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、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）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５１０として好適である。また、基板５１０として、繊維を編みこんだシート、フィルムまたは箔などを用いてもよい。また、基板５１０は伸縮性を有してもよい。
【０１３５】
可撓性基板上にトランジスタを設ける方法には、（１）可撓性基板上にトランジスタを作製する方法、（２）非可撓性基板上にトランジスタを作製した後、トランジスタが作製されている素子層を非可撓性基板から分離し、素子層を可撓性基板に転置する方法がある。後者の方法を採用する場合には、非可撓性基板上に剥離層を形成し、剥離層上に素子層を作製するとよい。
【０１３６】
基板５１０と絶縁層５１１との間に、トランジスタが形成されている素子層が設けられていてもよい。
【０１３７】
＜バックゲート電極、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極＞
導電層５２２−５２４は、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マンガン（Ｍｎ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉛（Ｐｂ）、錫（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ストロンチウム（Ｓｒ）の低抵抗材料からなる単体、合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜の単層または積層とすることが好ましい。
【０１３８】
特に、耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましい。また、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。さらに、Ｃｕ−Ｍｎ合金を用いると、酸素を含む絶縁体との界面に酸化マンガンを形成し、酸化マンガンがＣｕの拡散を抑制する機能を持つので好ましい。また、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、ストロンチウムルテナイトなど、貴金属を含む導電性酸化物は、酸化物化物半導体と接しても酸化物半導体から酸素を奪いにくい性質を持つ。そのため、貴金属を含む導電性酸化物は導電層５２３、５２４に用いられる材料に適している。
【０１３９】
＜低抵抗領域＞
領域５３５、５３６は、例えば、導電層５２３、５２４が、金属酸化物層５３２の酸素を引き抜くことで形成される。酸素の引き抜きは、高い温度で加熱するほど起こりやすい。トランジスタ５００の作製工程には、いくつかの加熱工程があることから、領域５３５、５３６には酸素欠損が形成される。また、加熱により該酸素欠損のサイトに水素が入りこみ、領域５３５、５３６に含まれるキャリア濃度が増加する。その結果、領域５３５、５３６が低抵抗化する。
【０１４０】
＜絶縁層＞
絶縁層５１１―５１７は、例えば、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、酸化タンタルなどでなる絶縁膜で形成することができる。絶縁層５１１−５１７に求められる特性に合わせて、材料や層構造を決定すればよい。
【０１４１】
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいい、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。
【０１４２】
絶縁層５１４は、金属酸化物層５３０に酸素を供給できる絶縁物を含むことが好ましい。特に、加熱により一部の酸素が脱離する絶縁物を含むことが好ましい。絶縁層５１４から脱離した酸素は金属酸化物層５３０に供給され、金属酸化物層５３０の酸素欠損を低減することが可能となる。その結果、トランジスタ５００の電気特性の変動を抑制し、信頼性を高めることができる。
【０１４３】
絶縁層５１４は、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の金属酸化物を用いてもよい。
【０１４４】
絶縁層５１４から金属酸化物層５３０に酸素を供給するため、絶縁層５１４は酸素を過剰に含有させればよい。そのため、例えば酸素雰囲気下にて絶縁層５１４の成膜を行えばよい。または、成膜後の絶縁層５１４に酸素を導入して酸素を過剰に含有する領域を形成してもよく、双方の手段を組み合わせてもよい。
【０１４５】
例えば、成膜後の絶縁層５１４に、酸素（少なくとも酸素ラジカル、酸素原子、酸素イオンのいずれかを含む）を導入して酸素を過剰に含有する領域を形成する。酸素の導入方法としては、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理などを用いることができる。酸素導入処理には、酸素を含むガスを用いることができる。酸素を含むガスとしては、例えば酸素、亜酸化窒素、二酸化窒素、二酸化炭素、一酸化炭素などを用いることができる。また、酸素導入処理において、酸素を含むガスに希ガスを含ませてもよい。または、水素等を含ませてもよい。例えば、二酸化炭素、水素及びアルゴンの混合ガスを用いるとよい。
【０１４６】
また、絶縁層５１４はトランジスタ５００が完成した後に、金属酸化物層５３０の酸素が減少することを防ぐパッシベーション機能を有しているとよい。絶縁層５１４を設けることで、酸素の金属酸化物層５３０から外部への拡散と、外部から金属酸化物層５３０への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。このような機能を持たせる場合、絶縁層５１４は、例えば、窒化物、窒化酸化物、酸化物、または酸化窒化物を含む絶縁物で形成することができる。該絶縁物としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。
【０１４７】
絶縁層５１３は、電荷蓄積層を有していてもよい。この場合、絶縁層５１３に電子を注入することで、トランジスタ５００のしきい値電圧を制御することが可能になる。電荷蓄積層への電子の注入は、例えば、トランジスタ５００が完成した後、バックゲート電極（導電層５２２）に正の高電圧を入力することで行うことができる。
【０１４８】
電荷蓄積層に適用できる絶縁物は、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物である。例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルでなる絶縁層、またはこれらから選ばれた複数の絶縁層を積層すればよい。
【０１４９】
絶縁層５１５はゲート絶縁膜を構成するため、比誘電率の高い絶縁体を有することが好ましい。例えば、絶縁層５１５は、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、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、またはシリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物などで形成することが好ましい。
【０１５０】
例えば、絶縁層５１５は酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを金属酸化物層５３３側に有することで、酸化アルミニウム、酸化ガリウムまたは酸化ハフニウムと、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、の界面にトラップセンターが形成される場合がある。該トラップセンターは、電子を捕獲することで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場合がある。
【０１５１】
絶縁層５１６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、絶縁層５１６は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンまたは樹脂などを有することが好ましい。または、絶縁層は、酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンと、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。また、絶縁層５１６は、絶縁層５１４と同様に、金属酸化物層５３０に酸素を供給する機能を持つことが好ましい。
【０１５２】
絶縁層５１７はパッシベーション層であり、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等をブロッキングする機能を有する。絶縁層５１７を設けることで、金属酸化物層５３０からの酸素の外部への拡散と、外部から金属酸化物層５３０への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。このようなパッシベーション機能を持つ絶縁層には、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等でなる層がある。酸化アルミニウム層は、水素、水分などの不純物、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高いので絶縁層５１７に好適である。
【０１５３】
絶縁層５１７を成膜した後、何れかのタイミングにおいて、第２の加熱処理を行うことが好ましい。第２の加熱処理によって、絶縁層５１４、５１６が含有する酸素が拡散し、金属酸化物層５３０に到達し、金属酸化物層５３０の酸素欠損を低減することが可能になる。第２の加熱処理において、絶縁層５１７は酸素が絶縁層５１７より上方に拡散することを防ぎ、絶縁層５１３は酸素が絶縁層５１３より下方に拡散することを防ぐので、金属酸化物層５３０に酸素を効率良く供給できる。
【０１５４】
なお、第２の加熱処理は、絶縁層５１４、５１６が含有する酸素が金属酸化物層５３０まで拡散する温度で行えばよい。例えば、第１の加熱処理についての記載を参照することができる。または、第２の加熱処理は、第１の加熱処理よりも低い温度が好ましい。第１の加熱処理と第２の加熱処理の温度差は、２０℃以上１５０℃以下であればよく、好ましくは４０℃以上１００℃以下である。これにより、絶縁層５１４から余分に酸素が放出することを抑えることができる。なお、第２の加熱処理は、同等の加熱処理を各層の成膜時の加熱によって兼ねることができる場合、行わなくてもよい場合がある。このように、金属酸化物層５３０は、絶縁層５１７の成膜及び第２の加熱処理によって、上下方向から酸素が供給されることが可能になる。また、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物など、酸化インジウムを含む膜を絶縁層５１７として成膜することで、絶縁層５１４、５１６に酸素を添加してもよい。
【０１５５】
＜＜トランジスタの構成例２＞＞
図１５Ａはトランジスタ５０１の上面図である。図１５Ｂは図１５Ａのｘ１１−ｘ１２線断面図であり、図１５Ｃはｙ１１−ｙ１２線断面図である。トランジスタ５０１もトランジスタ５００等と同様にｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタである。トランジスタ５０１には、ゲート電極を構成する導電層５２１の側面に接して、絶縁層５１９が設けられている。絶縁層５１９はトランジスタ５０１のサイドウォール絶縁層を構成する。
【０１５６】
金属酸化物層５３０には、領域５４１−５４４が形成される。これらの領域は他の領域（典型的には、導電層５２１と重なる領域）よりも抵抗率が低い領域（低抵抗領域）である。領域５４１―５４４は、導電層５２１および絶縁層５１９をマスクに用いた不純物添加工程により、自己整合的に形成される。イオン注入装置、イオンドーピング装置、プラズマドーピング装置またはプラズマ処理装置などを用いて、金属酸化物層５３０へ希ガス元素（Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｈｅ）を添加することで、領域５４１−５４４が形成される。添加する不純物は、水素、窒素、ホウ素、リン、ヒ素、タングステン、アルミニウムなどでもよい。領域５４１、５４２は領域５４３、５４４よりも抵抗率が低い領域である。
【０１５７】
＜＜トランジスタの構成例３＞＞
図１６にトランジスタの構成の一例を示す。図１６Ａはトランジスタ５０２の構成の一例を示す上面図である。図１６Ｂは、図１６Ａのｘ１１−ｘ１２線断面図であり、図１６Ｃはｙ１１−ｙ１２線断面図であり、図１６Ｄはｙ１３−ｙ１４線断面図である。
【０１５８】
金属酸化物層５３３は、金属酸化物層５３１、５３２、および導電層５２３、５２４を覆うように形成されている。絶縁層５１５は金属酸化物層５３３を覆っている。ここでは、金属酸化物層５３３と絶縁層５１５は同じマスクを用いてエッチングされている。
【０１５９】
トランジスタ５０２もトランジスタ５００と同様に、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造トランジスタである。トランジスタ５００は、絶縁層５１６の開口部を埋めるように金属酸化物層５３３、絶縁層５１５、導電層５２１が形成されているのに対して、トランジスタ５０２は絶縁層５１６を有していない。絶縁層５１６の開口部によってトランジスタ５００のゲート電極は自己整合的に形成されるため、トランジスタ５００の方が微細化に適している。また、導電層５２１の寄生容量もトランジスタ５００の方がトランジスタ５０２よりも小さくすることができる。
【０１６０】
導電層５２３、５２４は、金属酸化物層５３１と金属酸化物層５３２との積層を形成するために使用されるハードマスクから作製されている。そのため、導電層５２３、５２４は、金属酸化物層５３１、５３２の側面に接する領域を有していない。例えば、次のような工程を経て、金属酸化物層５３１、５３２、導電層５２３、５２４を作製することができる。金属酸化物層５３１、５３２を構成する２層の酸化物半導体膜を形成する。酸化物半導体膜上に、単層または積層の導電膜を形成する。この導電膜をエッチングしてハードマスクを形成する。ハードマスクを用いて、２層の酸化物半導体膜をエッチングして、金属酸化物層５３１、５３２の積層を形成する。次に、ハードマスクをエッチングして、導電層５２３、５２４を形成する。
【０１６１】
＜＜トランジスタの構成例４＞＞
図１７Ａに示すトランジスタ５０３は、トランジスタ５０２の変形例である。トランジスタ５０３では、金属酸化物層５３３および絶縁層５１５が導電層５２１をマスクにしたエッチング工程を経て形成されている。そのため、導電層５２１が存在する。
【０１６２】
＜＜トランジスタの構成例５＞＞
図１７Ｂに示すトランジスタ５０４は、トランジスタ５０２の変形例である。トランジスタ５０４は、導電層５２３と金属酸化物層５３２の間に導電層５２５を有し、導電層５２４と金属酸化物層５３２の間に導電層５２６を有する。
【０１６３】
導電層５２５、５２６は、単層または積層の導電体で形成される。例えば、ホウ素、窒素、酸素、フッ素、シリコン、リン、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、インジウム、スズ、タンタルおよびタングステンを一種以上含む導電体を用いることができる。導電体は合金膜や化合物であってもよく、アルミニウムを含む導電体、銅およびチタンを含む導電体、銅およびマンガンを含む導電体、インジウム、スズおよび酸素を含む導電体、チタンおよび窒素を含む導電体などを用いてもよい。
【０１６４】
導電層５２５、５２６は可視光線を透過する性質を有してよい。または、導電層５２５、５２６は可視光線、紫外線、赤外線もしくはＸ線を、反射もしくは吸収することで透過させない性質を有してもよい。このような性質を有することで、トランジスタ５０４の電気特性の迷光による変動を抑制できる場合がある。導電層５２５、５２６は、金属酸化物などとの間にショットキー障壁を形成しない層を用いると好ましい場合がある。こうすることで、トランジスタ５０４のオン特性を向上させることができる。
【０１６５】
導電層５２５、５２６を導電層５２３、５２４よりも抵抗率の高い導電材料で形成すると、好ましい場合がある。また、導電層５２５、５２６は、トランジスタ５０４のチャネル（具体的には、金属酸化物層５３２）よりも抵抗を低いことが好ましい場合がある。例えば、導電層５２５、５２６の抵抗率を、０．１Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下、または０．５Ωｃｍ以上５０Ωｃｍ以下、または１Ωｃｍ以上１０Ωｃｍ以下とすればよい。導電層５２５、５２６の抵抗率を上述の範囲とすることにより、チャネルとドレインとの境界部における電界集中を緩和することができる。そのため、トランジスタ５０４の電気特性の変動を低減することができる。また、ドレインから生じる電界に起因したパンチスルー電流を低減することができる。そのため、チャネル長の短いトランジスタにおいても、飽和特性を良好にすることができる。なお、ソースとドレインとが入れ替わらない回路構成であれば、導電層５２５および導電層５２６のいずれか一方のみ（例えば、ドレイン側の導電層）を配置するほうが好ましい場合がある。
【０１６６】
＜＜トランジスタの構成例６＞＞
図１７Ｃに示すトランジスタ５０５は、トランジスタ５０２の変形例である。導電層５２３、５２４の形状がトランジスタ５０５とトランジスタ５０２で異なる。トランジスタ５０５では、導電層５２３、５２４は金属酸化物層５３１、５３２の側面と接している。
【０１６７】
＜＜トランジスタの構成例７＞＞
トランジスタ５０２では、導電層５２１が導電層５２３、５２４とオーバーラップしている。つまり、トランジスタ５０２では、ゲート電極がソース電極およびドレイン電極とオーバーラップしている。トランジスタ５０３−５０６も同様な構造を持つ。このような構造は、トランジスタに印加できる電圧の上限が下がる（耐圧が悪くなる）要因となりうる。図１８に、高耐圧トランジスタの構成例を示す。
【０１６８】
図１８に示すトランジスタ５０５は、トランジスタ５０２の変形例とみなすこともできる。トランジスタ５０５の導電体は導電層５２３と重ならならず、かつ導電層５２４とも重ならない。つまり、チャネル長方向の断面図において、導電層５２１の端部は導電層５２３の端部とオフセットし、かつ導電層５２１の端部は導電層５２４の端部からオフセットしている。
【０１６９】
また、ゲート絶縁層を介したリーク電流を抑えるため、金属酸化物層５３３が設けられていない。ここでは、トランジスタ５０５の酸化物半導体層は、金属酸化物層５３１でなる単層であるが、金属酸化物層５３２でなる単層でもよいし、金属酸化物層５３１、５３２の積層でもよい。
【０１７０】
（変形例）
トランジスタ５００−５０６は、電荷蓄積層を設けない構造とすることができる。あるいは、トランジスタ５００−５０６は、バックゲート電極（導電層５２２）を設けない構造とすることできる。この場合、絶縁層５１２、５１３の一方、または両方とも設けなくてもよい。
【０１７１】
〔実施の形態４〕
本実施の形態では、酸化物半導体の構造について説明する。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）および非晶質酸化物半導体などがある。
【０１７２】
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およびｎｃ−ＯＳなどがある。
【０１７３】
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、短距離秩序は有するが長距離秩序を有さない、などといわれている。
【０１７４】
即ち、安定な酸化物半導体を完全な非晶質（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は呼べない。一方、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、等方的でないが、鬆（ボイドともいう。）を有する不安定な構造である。不安定であるという点では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、物性的に非晶質酸化物半導体に近い。
【０１７５】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
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種である。
【０１７６】
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１９Ａ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。）、または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。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。
【０１７７】
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１９Ｂ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１９Ｃに示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０１７８】
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１９Ｄ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軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図１９Ｅに示す。図１９Ｅでは、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軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図１９Ｅにおける第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面および（１００）面などに起因すると考えられる。また、図１９Ｅ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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
図２０Ａ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。
【０１８１】
図２０Ａにより、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の被形成面または上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
【０１８２】
また、図２０Ｂおよび図２０Ｃ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２０Ｄおよび図２０Ｅは、それぞれ図２０Ｂおよび図２０Ｃ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２０Ｂ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。
【０１８３】
図２０Ｄ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。
【０１８４】
図２０Ｅ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、の間で格子配列の向きが変化している箇所を点線で示し、格子配列の向きの変化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、五角形または／およ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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０１８８】
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
【０１８９】
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、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以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０１９０】
＜ｎｃ−ＯＳ＞
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。
【０１９１】
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２１Ａ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２１Ｂに示す。図２１Ｂ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。
【０１９２】
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２１Ｃ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。
【０１９３】
図２１Ｄ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（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
なお、ペレット（ナノ結晶）間で結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０１９６】
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。
【０１９７】
＜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。
【０１９８】
図２２Ａ、図２２Ｂに、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの高分解能断面ＴＥＭ像を示す。図２２Ａ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２２Ｂ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２２Ａおよび図２２Ｂにより、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、鬆または低密度領域と推測される。
【０１９９】
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ
ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。
【０２００】
試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳを準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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、以下では、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。
【０２０３】
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。なお、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により、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ＴＥＭ像の取得などに係る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により、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およびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。図２３により、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．３ｎｍ程度および１．８ｎｍ程度であることがわかる。なお、電子線照射およびＴＥＭの観察は、日立透過電子顕微鏡Ｈ−９０００ＮＡＲを用いた。電子線照射条件は、加速電圧を３００ｋＶ、電流密度を６．７×１０５ｅ−／（ｎｍ２・ｓ）、照射領域の直径を２３０ｎｍとした。
【０２０４】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られない。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０２０５】
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満である。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満である。単結晶の密度の７８％未満である酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０２０６】
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の密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満である。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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、２種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２０９】
以下に、本明細書等に関する事項を示す。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が、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。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。
【０２１０】
電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位（ＧＮＤ）またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧を電位と言い換えることが可能である。なお、電位とは、相対的なものである。よって、接地電位と記載されていても、必ずしも、０Ｖを意味しない場合もある。
【０２１１】
トランジスタは、ゲート、ソース、およびドレインと呼ばれる３つの端子を有する。ゲートは、トランジスタの導通状態を制御する制御端子として機能する。ソースまたはドレインとして機能する２つの入出力端子は、トランジスタの型及び各端子に与えられる電位の高低によって、一方がソースとなり他方がドレインとなる。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。また、本明細書等では、ゲート以外の２つの端子を第１端子および第２端子と、あるいは第３端子および第４端子などと呼ぶ場合がある。
【０２１２】
ノードは、回路構成やデバイス構造等に応じて、端子、配線、電極、導電体、不純物領域等と言い換えることが可能である。また、端子等をノードと言い換えることが可能である。
【０２１３】
本明細書等において、「膜」という言葉と「層」という言葉とは、場合によっては、または、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。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。
【０２１４】
図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、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。
【０２１５】
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、便宜上用いている場合がある。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。
【０２１６】
図面に記載したブロック図の各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路ブロックにおいては同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路ブロックにおいては一つの回路ブロックで行う処理を、複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。
【０２１７】
本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【０２１８】
また、本明細書等において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【符号の説明】
【０２１９】
ａ１：端子、ａ２：端子、ａ３：端子、ｂ１：端子、ｂ２：端子、ｂ３：端子、Ａ５７：曲線、Ｂ５７：曲線、Ｄ４２：ダイオード、Ｍ１０：トランジスタ、Ｍ１１：トランジスタ、Ｍ１３：トランジスタ、Ｍ１４：トランジスタ、Ｍ３０：トランジスタ、Ｍ３１：トランジスタ、Ｍ５１：トランジスタ、Ｍ５２：トランジスタ、Ｍ５３：トランジスタ、Ｍ５４：トランジスタ、Ｍ５６：トランジスタ、Ｍ５７：トランジスタ、ＭＦ１：トランジスタ、Ｍｎ３１：トランジスタ、Ｍｐ３１：トランジスタ、Ｎ３：ノード、ＮＲ：ノード、ＮＲ４：ノード、Ｒ１０：抵抗素子、Ｒ２０：抵抗素子、Ｒ３０：抵抗素子、Ｒ４０：抵抗素子、Ｒ４１：抵抗素子、Ｒ４２：抵抗素子、
１０：回路、１１：回路、１２：回路、１３：回路、１４：回路、３０：回路、１００：回路、１０１：回路、１０２：回路、１０３：回路、１０４：回路、
２００：照明装置、２０１：半導体装置、２１０：発光部、２１１：ＬＥＤ（発光ダイオード）、２２０：半導体装置、２３０：回路、２３１：回路、２３２：出力部、２３５：電圧生成回路、２４０：温度センサ、２５１：回路、２５２：回路、２５３：回路、２５４：回路、２５５：回路、２５６：インバータ回路（ＩＮＶ）、２６１：端子、２７１：ダイ、２７２：ダイ、２８０：パワーＭＯＳＦＥＴ、
４００：基板、４０４：絶縁層、４０５：絶縁層、４３０：導電層、４３１：導電層、４３２：導電層、４３３：導電層、４６０：酸化物半導体（ＯＳ）層、４６１：酸化物導電体（ＯＣ）層、４７１：ｐ型不純物領域、４７２：ｎ型不純物領域、４８１：素子層、４８２：素子層、
５００：トランジスタ、５０１：トランジスタ、５０２：トランジスタ、５０３：トランジスタ、５０４：トランジスタ、５０５：トランジスタ、５０６：トランジスタ、５１０：基板、５１１：絶縁層、５１２：絶縁層、５１３：絶縁層、５１４：絶縁層、５１５：絶縁層、５１６：絶縁層、５１７：絶縁層、５１９：絶縁層、５２１：導電層、５２２：導電層、５２３：導電層、５２４：導電層、５２５：導電層、５２６：導電層、５３０：金属酸化物層、５３１：金属酸化物層、５３２：金属酸化物層、５３３：金属酸化物層、５３５：領域、５３６：領域、５４１：領域、５４２：領域、５４３：領域、５４４：領域、
７８０：基板、７８１：絶縁層、７９０：ゲート電極、７９２：ウェル、７９３：チャネル形成領域、７９４：低濃度不純物領域、７９５：高濃度不純物領域、７９６：導電性領域、７９７：ゲート絶縁層、７９８：側壁絶縁層、７９９：側壁絶縁層、
８００：自動車、８０１：車体、８１０：ヘッドランプ、８１１：方向指示灯、８１２：方向指示灯、８１３：リアコンビネーションランプ、８１５：ルームランプ、８１６：コントロールパネル、
１７００：電子部品、１７０１：リード、１７０２：プリント基板、１７０３：回路部、１７０４：回路基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２３】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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