(57)【要約】新規な構成の車両警報装置（２００）を提供する。音源検知装置（１１０）を有する車両警報装置（２００）であって、音源検知装置（１１０）は複数のマイクロホン（１１６）と遅延回路（１１７）を含む。遅延回路（１１７）内の信号保持回路（２２）を構成するトランジスタに酸化物半導体を含むトランジスタ（ＯＳトランジスタ）を用いる。音源検知装置（１１０）により外来音を取得し、外来音の音源位置を特定する。位置が特定された音源と車両の相対速度などから、当該音源と車両が衝突する可能性が高い危険が高いと判断した場合は、搭乗者に注意を喚起するための音響信号を出力する。
2020075008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源検知装置と、制御装置と、信号出力装置と、を有し、  前記音源検知装置は、  外来音を取得する機能と、前記外来音の音源位置を特定する機能と、を有し、  前記制御装置は、  前記音源位置の変化を取得する機能と、  前記信号出力装置に信号を供給する機能と、を有し、  前記信号出力装置は、  前記信号を受信して、音響信号を出力する機能を有する車両警報装置。
【請求項２】
請求項１において、  前記音響信号は、搭乗者に注意を喚起する信号である車両警報装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、  前記制御装置は、前記音源位置と、前記音源位置と車両間の相対速度と、を用いて、  前記音源位置の変化を取得する機能を有する車両警報装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、  ニューラルネットワークを有する車両警報装置。
【請求項５】
音源検知装置と、制御装置と、信号出力装置と、を有し、  前記音源検知装置は、外来音を取得する機能と、前記外来音の音源位置を特定する機能と、を有し、  前記制御装置は、前記音源位置の変化を取得する機能と、前記信号出力装置に信号を供給する機能と、を有し、  前記信号出力装置は、前記信号を受信して音響信号を出力する機能を有し、  前記音源検知装置は、  第１マイクロホンおよび第２マイクロホンを有するマイクロホンアレイと、  第１選択回路と、第１信号保持回路と、第２信号保持回路と、第２選択回路と、  信号処理回路と、を有し、  前記第１選択回路は、前記第１マイクロホンまたは前記第２マイクロホンを選択する機能を有し、  前記第１信号保持回路は、  前記第１マイクロホンを用いて複数のタイミングで取得した音源信号を、それぞれの音源信号に応じた複数の第１電圧として保持する機能を有し、  前記第２信号保持回路は、  前記第２マイクロホンを用いて複数のタイミングで取得した音源信号を、それぞれの音源信号に応じた複数の第２電圧として保持する機能を有し、  前記第２選択回路は、  前記複数の第１電圧のいずれか一と、前記複数の第２電圧のいずれか一と、を選択する機能を有し、  前記信号処理回路は、  前記第２選択回路で選択された前記第１電圧および前記第２電圧を演算する機能を有し、  前記第１信号保持回路および前記第２信号保持回路は、それぞれ、第１トランジスタを有し、  前記第１トランジスタの半導体層は酸化物半導体を含む車両警報装置。
【請求項６】
請求項５において、  前記音響信号は、搭乗者に注意を喚起する信号である車両警報装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、  前記制御装置は、前記音源位置と、前記音源位置と車両間の相対速度と、を用いて、  前記音源位置の変化を取得する機能を有する車両警報装置。
【請求項８】
請求項５乃至請求項７のいずれか一項において、  ニューラルネットワークを有する車両警報装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか一項において、  前記第１信号保持回路および前記第２信号保持回路は、それぞれ第２トランジスタを有し、  前記第２トランジスタの半導体層は酸化物半導体を含む車両警報装置。
【請求項１０】
請求項５乃至請求項９のいずれか一項において、  前記信号処理回路は、差動回路または乗算回路である車両警報装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明の一態様は、車両警報装置に関する。または、本発明の一態様は、これらの動作方法に関する。【０００２】なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、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。
【背景技術】
【０００３】自動車などの車両は、現代社会において必要不可欠な移動手段または物流手段の一つとなっている。近年、多くの機関で、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）、ミリ波レーダー、カメラなどのセンサを用いた車両周辺環境の認知技術開発が進められている。特許文献１では、マイクロホンを用いた音源定位技術によって、視覚的に見渡せない範囲にある障害物を検知する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８５２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】本発明の一態様は、新規な車両警報装置などを提供することを課題の一つとする。または、動作速度が向上した車両警報装置などを提供することを課題の一つとする。または、高温環境下においても正確に動作可能な車両警報装置などを提供することを課題の一つとする。【０００６】なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】本発明の別の一態様は、音源検知装置を有する車両警報装置であって、音源検知装置は複数のマイクロホンと遅延回路を含む。遅延回路を構成するトランジスタに、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物の一種である酸化物半導体を含むトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう）を用いる。音源検知装置により外来音を取得し、外来音の音源位置を特定する。位置が特定された音源と車両の相対速度などから、当該音源と車両が衝突する可能性が高い危険が高いと判断した場合は、搭乗者に注意を喚起するための音響信号を出力する。【０００８】また、本発明の別の一態様は、音源検知装置と、制御装置と、信号出力装置と、を有し、車両に搭載された車両警報装置であって、音源検知装置は、外来音を取得する機能と、外来音の音源位置を特定する機能と、を有し、制御装置は、音源位置の変化を取得する機能と、信号出力装置に信号を供給する機能と、を有し、信号出力装置は、信号を受信して、音響信号を出力する機能を有する車両警報装置である。【０００９】また、本発明の別の一態様は、音源検知装置と、制御装置と、信号出力装置と、を有し、車両に搭載された車両警報装置であって、音源検知装置は、外来音を取得する機能と、外来音の音源位置を特定する機能と、を有し、制御装置は、音源位置の変化を取得する機能と、信号出力装置に信号を供給する機能と、を有し、信号出力装置は、信号を受信して音響信号を出力する機能を有し、音源検知装置は、第１マイクロホンおよび第２マイクロホンを有するマイクロホンアレイと、第１選択回路と、第１信号保持回路と、第２信号保持回路と、第２選択回路と、信号処理回路と、を有し、第１選択回路は、第１マイクロホンまたは第２マイクロホンを選択する機能を有し、第１信号保持回路は、第１マイクロホンを用いて複数のタイミングで取得した音源信号を、それぞれの音源信号に応じた複数の第１電圧として保持する機能を有し、第２信号保持回路は、第２マイクロホンを用いて複数のタイミングで取得した音源信号を、それぞれの音源信号に応じた複数の第２電圧として保持する機能を有し、第２選択回路は、複数の第１電圧のいずれか一と、複数の第２電圧のいずれか一と、を選択する機能を有し、信号処理回路は、第２選択回路で選択された第１電圧および第２電圧を演算する機能を有し、第１信号保持回路および第２信号保持回路は、それぞれ、第１トランジスタを有し、第１トランジスタの半導体層は酸化物半導体を含む車両警報装置である。【００１０】音響信号は、搭乗者に注意を喚起する信号であることが好ましい。搭乗者の注意を喚起できれば、信号出力装置の出力は、音響信号でなくてもよい。例えば、発光信号であってもよいし、臭いや振動などであってもよい。【００１１】制御装置は、音源位置と、音源位置と車両間の相対速度と、を用いて、音源位置の変化を取得する機能を有する。【００１２】信号処理回路は、差動回路および／または乗算回路を有してもよい。【００１３】なお、本発明の一態様は、自動車、バスなどの車両に限らず、あらゆる移動体に適用できる。例えば、電車や機関車などの鉄道車両、クレーン車やブルドーザーなどの土木作業用車両、有人ロボット、飛行機やヘリコプターなどの航空機、船舶、潜水艦などの、様々な移動体に適用することができる。
【発明の効果】
【００１４】本発明の一態様によれば、新規な車両警報装置などを提供することができる。または、動作速度が向上した車両警報装置などを提供することができる。または、高温環境下においても正確に動作可能な車両警報装置などを提供することができる。【００１５】なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】図１Ａ、図１Ｂは車両を説明する図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは車両警報装置および音源検知装置の構成例を説明するブロック図である。図３は車両警報装置の動作を説明するフローチャートである。図４は車両警報装置の動作を説明するフローチャートである。図５は車両警報装置の動作を説明する図である。図６は車両警報装置の動作を説明する図である。図７は車両警報装置の動作を説明する図である。図８は車両警報装置の動作を説明する図である。図９は車両警報装置の動作を説明する図である。図１０Ａ、図１０Ｂはニューラルネットワークの構成例を説明する図である。図１１Ａ、図１１Ｂは音源検知装置の構成例を示すブロック図である。図１２は遅延回路の回路構成例を説明する図である。図１３Ａ、図１３Ｂは遅延回路の動作例を説明する図である。図１４は遅延回路の回路構成例を説明する図である。図１５は遅延回路の動作例を説明するタイミングチャートである。図１６Ａ、図１６Ｂは音源方向の推定技術を説明する図である。図１７は信号処理回路の回路構成例を説明する図である。図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃは信号処理回路の回路構成例を説明する図である。図１９Ａ、図１９Ｂは遅延回路の回路構成例を説明する図である。図２０Ａ、図２０Ｂは差動回路の回路構成例を説明する図である。図２１は半導体装置の構成例を説明する図である。図２２は半導体装置の構成例を説明する図である。図２３Ａ、図２３Ｂ、図２３Ｃはトランジスタの構造例を示す図である。図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃ、図２４Ｄ、図２４Ｅは半導体ウエハおよび電子部品の構成を説明する図である。図２５Ａ、図２５Ｂは電子機器の構成例を示す図である。図２６は市場イメージを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１８】本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、発明を明瞭化するために誇張または省略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。また、上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、図面をわかりやすくするために、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
【００１９】本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
【００２０】また、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、図または文章に開示されているものとする。
【００２１】また、本明細書等において、「平行」とは、例えば、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」および「直交」とは、例えば、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【００２２】なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【００２３】また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
【００２４】なお、「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。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００２５】（実施の形態１）本発明の一態様の車両警報装置について、図面を参照して説明する。図１Ａは、車両警報装置２００を有する車両１００の外観を示す斜視図である。図１Ｂは、車両１００の上面図である。なお、図面をわかりやすくするため、図１Ｂなどでは車両１００の構成要素の記載を一部省略している。また、図２Ａに車両警報装置２００の構成例を説明するブロック図を示す。
【００２６】＜車両１００および車両警報装置２００の構成例＞図１Ａおよび図１Ｂに示す車両１００は、Ｍ個（Ｍは１以上の整数）の音源検知装置１１０を有する。本明細書などでは、１番目の音源検知装置１１０を音源検知装置１１０［１］と示し、ｋ番目（ｋは１以上Ｍ以下の整数）の音源検知装置１１０を音源検知装置１１０［ｋ］と示している。同様に、Ｍ番目の音源検知装置１１０を音源検知装置１１０［Ｍ］と示している。
【００２７】なお、本明細書などにおいて、音源検知装置１１０［１］乃至音源検知装置１１０［Ｍ］のうち任意の１つを示す場合は、「音源検知装置１１０［ｋ］」、または、「音源検知装置１１０」と示す。他の構成要素を示す符号についても同様である。複数の要素を区別するために、［１］、あるいは＿１等の表現が用いられる。
【００２８】図１Ａおよび図１Ｂでは１４個の音源検知装置１１０（音源検知装置１１０［１］乃至音源検知装置１１０［１１］）を示している。具体的には、車両１００の前方に音源検知装置１１０［１］乃至音源検知装置１１０［３］を有し、右側面に音源検知装置１１０［４］乃至音源検知装置１１０［７］を有し、後方に音源検知装置１１０［８］乃至音源検知装置１１０［１０］を有し、左側面に音源検知装置１１０［１１］乃至音源検知装置１１０［１４］を有する。なお、車両１００に設ける音源検知装置１１０の個数は、１４個に限定されない。また、使用する音源検知装置１１０を増やすことで、車両１００に接近する物体の位置や速度などの検出精度をより高めることができる。
【００２９】また、車両１００は、ステアリング１５１内にエアバッグ装置１３１を有し、ダッシュボード１５２にエアバッグ装置１３２を有する。また、ドア１３５ａ内にエアバッグ装置１３３ａを有し、ドア１３５ｂ内にエアバッグ装置１３３ｂを有する。また、ドア１３６ａ内にエアバッグ装置１３４ａを有し、ドア１３６ｂ内にエアバッグ装置１３４ｂを有する。また、車両１００は、制御装置１２０および信号出力装置１３０を有する。
【００３０】車両警報装置２００は、音源検知装置１１０、制御装置１２０、および信号出力装置１３０を含んで構成される。具体的には、Ｍ個の音源検知装置１１０、および信号出力装置１３０が制御装置１２０に接続される（図２Ａ参照。）。
【００３１】制御装置１２０は、記憶装置１２１、演算装置１２２、およびニューラルネットワーク１２３などを有してもよい。演算装置１２２はＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）であってもよい。また、制御装置１２０または演算装置１２２をＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）やＦＰＡＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ａｎａｌｏｇ  Ａｒｒａｙ）といったＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）によって実現してもよい。
【００３２】なお、音源検知装置１１０および信号出力装置１３０と、制御装置１２０の接続は、有線接続方式であってもよいし、無線接続方式であってもよい。金属配線などを用いて直接接続する有線接続方式は、無線通信などを用いて接続する無線接続方式よりもノイズの影響を受けにくい。金属配線に換えて光ファイバーなどを用いてもよい。一方、無線接続方式を用いると、接続に用いる配線の使用量を減らすことができる。また、音源検知装置１１０および信号出力装置１３０の設置自由度を高めることができる。よって、車両警報装置２００の設置を容易とすることができる。
【００３３】また、制御装置１２０に、音源検知装置１１０以外のセンサ１４０を接続してもよい（図２Ａ参照。）。センサ１４０としては、例えば、電磁波センサ、超音波センサ、赤外線センサ、加速度センサ、イメージセンサ、ミリ波レーダー、ライダーなどがある。制御装置１２０に複数種類のセンサ１４０を接続してもよい。
【００３４】音源検知装置１１０［１］乃至音源検知装置１１０［３］は、主に車両１００前方の音源を検知する機能を有する。また音源検知装置１１０［４］乃至音源検知装置１１０［７］は、主に車両１００右側の音源を検知する機能を有する。また音源検知装置１１０［８］乃至音源検知装置１１０［１０］は、主に車両１００後方の音源を検知する機能を有する。また音源検知装置１１０［１１］乃至音源検知装置１１０［１４］は、主に車両１００左側の音源を検知する機能を有する。
【００３５】音源検知装置１１０の設置高さＨ（路面から音源検知装置１１０までの高さ）は、路面から５０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上、より好ましくは１ｍ５０ｃｍ以上にすることが好ましい。音源検知装置１１０の設置位置が路面に近いと、路面による音響反射などの影響を受けやすく、検知精度が低下する場合がある。
【００３６】また、Ｍ個の音源検知装置１１０は、それぞれの地上からの設置高さＨが等しいことが好ましい。特に音源検知装置１１０［１］乃至音源検知装置１１０［３］の設置高さＨが等しいことが好ましい。また、音源検知装置１１０［４］乃至音源検知装置１１０［７］の設置高さＨが等しいことが好ましい。また、音源検知装置１１０［８］乃至音源検知装置１１０［１０］の設置高さＨが等しいことが好ましい。また、音源検知装置１１０［１１］乃至音源検知装置１１０［１４］の設置高さＨが等しいことが好ましい。
【００３７】具体的には、Ｍ個の音源検知装置１１０それぞれの設置高さＨは、設置高さＨの平均値の０．８倍以上１．２倍以下であることが好ましく、設置高さＨの平均値の０．９倍以上１．１倍以下であることがより好ましい。
【００３８】図２Ｂは、音源検知装置１１０［ｋ］の構成を示すブロック図である。音源検知装置１１０［ｋ］は、マイクロホンアレイ１１１［ｋ］、遅延回路群１１２［ｋ］、信号処理回路１１３［ｋ］、ＡＤＣ１１４［ｋ］、およびデジタル演算回路１１５［ｋ］、を有する。
【００３９】マイクロホンアレイ１１１［ｋ］は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のマイクロホン１１６を有する。マイクロホン１１６は、収音した音波を電気信号（「音源信号」ともいう）に変換する機能を有する。
【００４０】遅延回路群１１２［ｋ］は、Ｎ個の遅延回路１１７を有する。ｊ番目（ｊは１以上Ｎ以下の整数）のマイクロホン１１６（マイクロホン１１６［ｊ］）は、ｊ番目の遅延回路１１７（遅延回路１１７［ｊ］）と電気的に接続する。Ｎ個の遅延回路１１７は、信号処理回路１１３［ｋ］と電気的に接続され、信号処理回路１１３［ｋ］はデジタル演算回路１１５［ｋ］と電気的に接続されている。なお、音源検知装置１１０については、追って詳細に説明する。
【００４１】ＡＤＣ１１４［ｋ］はアナログ信号をデジタル信号に変換する機能を有する。よって、信号処理回路１１３［ｋ］の出力がデジタル信号であれば、ＡＤＣ１１４を設けなくてもよい。また、ＡＤＣ１１４［ｋ］、および／または、デジタル演算回路１１５［ｋ］などの機能を制御装置１２０に受け持たせることで、音源検知装置１１０［ｋ］の構成を簡略化することができる（図２Ｃ参照。）。
【００４２】一方で、アナログ信号はノイズに弱いため、信号処理回路１１３［ｋ］の出力がアナログ信号であれば、ＡＤＣ１１４［ｋ］は信号処理回路１１３［ｋ］の極力近くに設けることが好ましい。
【００４３】音源検知装置１１０にＡＤＣ１１４を設ける場合において、例えば、識別したい音源方向の数が８であれば、１つの音源検知装置１１０に８つのＡＤＣ１１４を設けてもよい。ＡＤＣ１１４を複数設けることで、音源検知装置１１０の処理能力を高めることができる。
【００４４】＜車両警報装置２００の動作例＞次に、車両警報装置２００の動作例について、図面を参照して説明する。図３および図４は車両警報装置２００の動作を説明するフローチャートである。図５乃至図９は、車両警報装置２００の動作を説明する図である。
【００４５】〔動作例１〕図３に、車両警報装置２００の動作例を説明するフローチャートを示す。まず、車両１００の外の音響（「外来音」ともいう。）を取得する（ステップＳ３１０）。図５は、車両１００から見て、壁状の構造物８００の陰を移動する車両９００が発する外来音９０１を取得する様子を示している。車両９００の姿は、構造物８００に遮られて車両１００からは視認できない。
【００４６】次に、外来音９０１の音源位置を特定する（ステップＳ３２０。図６参照。）。音源位置の特定方法については、追って詳細に説明する。
【００４７】次に、制御装置１２０において、音源位置と、音源と車両１００間の相対速度から、位置が特定された音源が車両１００に接近しているか否かを判断する（ステップＳ３３０）。
【００４８】制御装置１２０は、音源位置の変化から音源が車両１００に衝突する危険があると判断した場合は、車両内に設けられた信号出力装置１３０に信号を供給する。信号出力装置１３０は、制御装置１２０から供給された信号を受けて、搭乗者に注意を喚起するための警告音などの音響信号を出力する（ステップＳ３４０。図７参照。）。信号出力装置１３０から警告音を出力することで、搭乗者は衝突を防ぐための回避行動をとることができる。なお、信号出力装置１３０として、車両１００に搭載しているオーディオシステムやナビゲーションシステムなどを用いてもよい。
【００４９】また、信号出力装置１３０の出力は、音響信号に限らず、発光信号であってもよい。または、臭いや振動などを出力することによって搭乗者に注意を喚起してもよい。
【００５０】音源の位置の特定は、１つの音源検知装置１１０で行なってもよいし、複数の音源検知装置１１０で行なってもよい。音源の位置の特定に用いる音源検知装置１１０の数を増やすことで、音源の位置を特定する精度を高めることができる。
【００５１】〔動作例２〕図４に、動作例１と異なる動作を説明するフローチャートを示す。図４は、車両警報装置２００と連動して乗員保護装置（エアバッグ装置など）を用いる場合の動作例を示すフローチャートである。
【００５２】動作例２は、動作例１とステップＳ３４０までは同じ動作を行なう。続いて、デジタル演算回路１１５［ｋ］および／または制御装置１２０で車両１００に接近する音源を解析し、音の種類からどのような物体（本実施の形態では車両９００）が接近しているのかを特定する（ステップＳ３５０）。例えば、テンプレートマッチングなどの情報処理方法でエンジン音、ブレーキ音、走行音などのノイズ成分を識別し、除外することができる。また、当該物体（以下、「接近物体」ともいう。）がトラックなのか、自動車なのか、オートバイなのか、などを特定することができる。また、接近物体が超音波衝突防止装置を備えている場合、当該接近物体の特定のために、当該接近物体が発する超音波を利用することも出来る。
【００５３】接近物体の種類特定、ノイズ成分の除去などの情報処理は、機械学習などの人工知能（ＡＩ：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）技術を用いて行なってもよい。
【００５４】例えば、制御装置１２０が有する記憶装置１２１に事前学習により取得した重み情報や、音響情報などを記憶しておき、該重み情報や該音響情報を用いてニューラルネットワーク１２３により接近物体の種類を特定してもよい。また、ニューラルネットワーク１２３をソフトウェアで構成し、演算装置１２２で演算することによって接近物体の種類を特定してもよい。
【００５５】人工知能技術を用いることで、エンジン音、ブレーキ音、走行音、および、その他の環境音などのノイズ成分の除去を行なうことができる。人工知能技術を用いることにより、さまざまなノイズ成分の中から接近物体を特定することができる。
【００５６】ここで、ニューラルネットワーク１２３の構成例を説明しておく。図１０Ａに示すように、ニューラルネットワーク１２３は入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層（隠れ層）ＨＬによって構成することができる。入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層ＨＬはそれぞれ、１または複数のニューロン（ニューロン１２４）を有する。なお、中間層ＨＬは１層であってもよいし２層以上であってもよい。２層以上の中間層ＨＬを有するニューラルネットワークはＤＮＮ（ディープニューラルネットワーク）と呼ぶこともでき、ディープニューラルネットワークを用いた学習は深層学習と呼ぶこともできる。
【００５７】入力層ＩＬの各ニューロンには入力データが入力され、中間層ＨＬの各ニューロンには前層又は後層のニューロンの出力信号が入力され、出力層ＯＬの各ニューロンには前層のニューロンの出力信号が入力される。なお、各ニューロンは、前後の層の全てのニューロンと結合されていてもよいし（全結合）、一部のニューロンと結合されていてもよい。
【００５８】図１０Ｂに、ニューロンによる演算の例を示す。ここでは、ニューロン１２４と、ニューロン１２４に信号を出力する前層の２つのニューロンを示している。ニューロン１２４には、前層のニューロンの出力ｘ１と、前層のニューロンの出力ｘ２が入力される。そして、ニューロン１２４において、出力ｘ１と重みｗ１の乗算結果（ｘ１ｗ１）と出力ｘ２と重みｗ２の乗算結果（ｘ２ｗ２）の総和ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２が計算された後、必要に応じてバイアスｂが加算され、値ａ＝ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２＋ｂが得られる。そして、値ａは活性化関数ｈによって変換され、ニューロン１２４から出力信号ｙ＝ｈ（ａ）が出力される。
【００５９】このように、ニューロンによる演算には、前層のニューロンの出力と重みの積を足し合わせる演算、すなわち積和演算が含まれる（上記のｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２）。この積和演算は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われてもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることができる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用いてもよい。積和演算回路にアナログ回路を用いる場合、積和演算回路の回路規模の縮小、または、メモリへのアクセス回数の減少による処理速度の向上及び消費電力の低減を図ることができる。
【００６０】積和演算回路は、チャネルが形成される半導体層にシリコン（単結晶シリコンなど）を含むトランジスタ（「Ｓｉトランジスタ」ともいう）によって構成してもよいし、ＯＳトランジスタによって構成してもよい。特に、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて少ないため、積和演算回路のアナログメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、ＳｉトランジスタとＯＳトランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。
【００６１】続いて、制御装置１２０は、接近物体と車両１００の距離および相対速度の変化から、接近物体と車両１００との衝突が確実か推定する（ステップＳ３６０）。また、制御装置１２０は、接近物体の種別と相対速度から、衝突時の衝撃の大きさを推定する。この時、センサ１４０から得られた情報を加味することで、より正確に衝撃の大きさを推定することができる。
【００６２】衝突する可能性が低いと判断した場合は、ステップＳ３１０に戻る。衝突確実と判断した場合は、乗員保護装置を起動する（ステップＳ３７０）。例えば、乗員保護装置としてエアバッグ装置を用いる場合、車両１００が搭載している全てのエアバッグ装置を同時に起動してもよいが、車両１００の衝突場所を推定して、起動するエアバッグ装置を決定してもよい。
【００６３】例えば、車両１００の右側面に衝突することが確実な場合、エアバッグ装置１３３ａおよびエアバッグ装置１３３ｂを動作させてエアバッグ１０８を膨張させる。この時、衝突前はポンプなどの機械的方法によりエアバッグ１０８を膨張させ（図８参照。）、衝突以降にインフレータにより急激にエアバッグを膨張させてもよい（図９参照。）。
【００６４】エアバッグ１０８内の到達圧力は、先に推定した衝突時の衝撃の大きさに応じて決定する。エアバッグ内の圧力を適切に制御することにより、最適な乗員の保護を実現することができる。また、加速度センサなどを用いて、衝突直後の衝撃を検出してからさらにエアバッグ内の圧力を調節してもよい。衝突前からエアバッグ装置を起動することで、乗員を遅滞無く保護することができる。
【００６５】また、エアバッグ装置に複数のインフレータを設け、該インフレータを順次に動作させるなどして、エアバッグの圧力や膨張速度などを調節してもよい。エアバッグ装置に複数のインフレータを設ける場合、それぞれのインフレータの爆発力は同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００６６】エアバッグ装置に複数のインフレータを設けると、インフレータ１つ当たりの火薬使用量を低減することができるため、エアバッグ装置の動作による二次災害発生の可能性を低減することができる。また、インフレータ動作時の爆発音を低減できるため、乗員の心理的負担などの軽減も可能である。
【００６７】また、エアバッグ装置に複数のインフレータを搭載することにより、１つのインフレータに不具合が生じても、他のインフレータによってエアバッグ装置を確実に動作させることができる。よって、エアバッグ装置の冗長性を高めることができる。すなわち、乗員保護装置の冗長性を高めることができる。
【００６８】また、前述の、衝突前にポンプなどの機械的方法によりエアバッグを膨張させる方法を用いると、直前で衝突が回避された場合やインフレータを動作させる必要がない程度の軽微な衝突の場合は、エアバッグを収納して再び使用することができる。インフレータを複数搭載したエアバッグ装置においても、エアバッグ装置の動作後に未使用のインフレータが残っている場合はエアバッグを収納して再び使用することができる。エアバッグ装置を交換する必要が無いため、車両１００の整備費用を低減することができる。
【００６９】本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００７０】（実施の形態２）本実施の形態では、上記実施の形態で説明した音源検知装置１１０の構成および動作について、図面を参酌しながら詳細に説明する。図１１Ａは、上記実施の形態で説明した音源検知装置１１０［ｋ］の構成例を示すブロック図である。なお、図１１Ａは図２Ｃと同等のブロック図である。よって、説明の繰り返しを減らすため、主に上記実施の形態で説明した内容と異なる部分について説明する。
【００７１】本発明の一態様の音源検知装置１１０［ｋ］は、複数のマイクロホンを有するマイクロホンアレイ１１１［ｋ］を備え、各マイクロホンに入る音に遅延を与え、目的の方向からの音の位相を揃えることで目的の方向に焦点を合わせることができる音源定位装置としての機能を有する。音源とマイクロホンとの距離の差が音波の飛行時間（Ｔｉｍｅ−Ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ：ＴｏＦ）の違いとなることを利用して、音源の位置を推定する。
【００７２】図１１Ａでは、各マイクロホン１１６で変換された音源信号を音源信号Ｄ１乃至ＤＮとして示している。音源信号Ｄ１は遅延回路１１７［１］に供給され、音源信号ＤＮは遅延回路１１７［Ｎ］に供給される。すなわち、音源信号Ｄ１乃至音源信号ＤＮは、それぞれが対応する遅延回路１１７［１］乃至遅延回路１１７［Ｎ］に供給される。
【００７３】また、各マイクロホン１１６と各遅延回路１１７の間に増幅回路を設けてもよい。各マイクロホン１１６と各遅延回路１１７の間に増幅回路を設けることで、マイクロホンアレイ１１１［ｋ］と遅延回路群１１２［ｋ］間の距離を広げることができる。
【００７４】遅延回路１１７（遅延回路１１７［１］乃至遅延回路１１７［Ｎ］）は、各マイクロホン１１６から与えられた音源信号を遅延させて、出力信号を生成する機能を有する。図１１Ｂに、１つの遅延回路１１７の構成を説明するブロック図を示す。遅延回路１１７は、それぞれ、選択回路２１、複数の信号保持回路２２、選択回路２３を有する。
【００７５】選択回路２１（第１選択回路ともいう）は、音源信号Ｄ１乃至音源信号ＤＮのいずれか一、例えば音源信号Ｄ１を複数の信号保持回路２２に振り分けるデマルチプレクサとしての機能を有する。選択回路２１はスイッチの機能を有し、選択信号Ｗによってオンまたはオフが制御される。選択回路２１は、一例として、ｎチャネル型のトランジスタで構成する。この場合、選択回路２１が有するトランジスタは、選択信号ＷがＨレベルでオンとなり、Ｌレベルでオフとなる。
【００７６】複数の信号保持回路２２は、音源信号に応じたアナログ電圧を保持し、当該アナログ電圧に応じた電圧を出力する機能を有する。信号保持回路２２は、所定のタイミングの時刻に選択回路２１が有するスイッチをオンにして音源信号をサンプリングすることで、アナログ電圧が書き込まれる。信号保持回路２２へのアナログ電圧の書き込みは、選択信号ＷをＨレベルとすることで制御することができる。また信号保持回路２２でのアナログ電圧の保持は、選択信号ＷをＬレベルとすることで制御することができる。
【００７７】なお複数の信号保持回路２２にはそれぞれ、異なるタイミングで選択信号ＷをＨレベルとした時刻での音源信号に基づくアナログ電圧が書き込まれ、Ｌレベルとすることで当該アナログ電圧が保持される。すなわち複数の信号保持回路２２ではそれぞれ、マイクロホン１１６の音源信号を異なるタイミングで取得し、当該音源信号に応じた電圧を保持することができる。そのため複数の信号保持回路２２では、次々と音源信号のサンプリングを行うことで、マイクロホン１１６から出力される音源信号における離散的な値を保持することができる。
【００７８】また複数の信号保持回路２２は、保持したアナログ電圧を増幅して出力する機能を有する。一例としては、複数の信号保持回路２２はそれぞれソースフォロワ回路を有し、当該ソースフォロワ回路等を介して保持したアナログ電圧に応じた電圧を出力する機能を有する。
【００７９】選択回路２３（第２選択回路ともいう）は、複数の信号保持回路２２に保持したアナログ電圧のいずれか一を選択して異なるタイミングで出力するマルチプレクサとしての機能を有する。選択回路２３はスイッチの機能を有し、選択信号Ｓによってオンまたはオフが制御される。選択回路２３は、一例として、ｎチャネル型のトランジスタで構成する。この場合、選択回路２３が有するトランジスタは、選択信号ＳがＨレベルでオンとなり、Ｌレベルでオフとなる。
【００８０】選択回路２３は、遅延回路１１７［１］乃至遅延回路１１７［Ｎ］ごとに設けられ、出力信号Ｑ１１〜Ｑ１ｎ乃至ＱＮ１〜ＱＮｎを得ることができる。出力信号Ｑ１１〜Ｑ１ｎは音源信号Ｄ１に対応する信号であり、遅延回路１１７［１］が有する複数の信号保持回路２２に保持したアナログ電圧を順次出力することで得られる離散的な信号である。この出力信号Ｑ１１〜Ｑ１ｎは、音源信号Ｄ１を所定の時間だけ遅延させた信号に相当する。出力信号Ｑ２１〜Ｑ２ｎ乃至ＱＮ１〜ＱＮｎについても同様に、音源信号Ｄ２乃至ＤＮに対応する信号であり、遅延回路１１７［２］乃至遅延回路１１７［Ｎ］が有する信号保持回路２２に保持したアナログ電圧を順次出力することで得られる離散的な信号である。この出力信号Ｑ２１〜Ｑ２ｎ乃至ＱＮ１〜ＱＮｎは、音源信号Ｄ２乃至ＤＮを所定の時間だけ遅延させた信号に相当する。つまり選択回路２３では、選択信号Ｓを所定の遅延時間に設定することで、遅延時間が定められた音源信号に応じた出力信号Ｑ１１〜Ｑ１ｎ乃至ＱＮ１〜ＱＮｎを出力することができる。
【００８１】遅延回路１１７を構成する各トランジスタとしては、ＯＳトランジスタで構成されることが好ましい。特に、遅延回路１１７内の信号保持回路２２を構成するトランジスタに、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ状態の時にソースとドレイン間を流れる電流（「オフ電流」ともいう。）が極めて低い。ＯＳトランジスタを信号保持回路２２に用いることで、音源信号をサンプリングして得られるアナログ電圧を信号保持回路２２に長期間保持させることができる。すなわち、信号保持回路２２に保持されたアナログ電圧が変動しにくくなるため、音源信号に基づく音源の推定をより正確に行うことが可能になる。
【００８２】加えて、ＯＳトランジスタを用いた信号保持回路２２では、電荷の充電または放電によってアナログ電圧の書き換えおよび読み出しが可能となるため、実質的に回数の制限無くアナログ電圧の取得および読み出しが可能である。ＯＳトランジスタを用いた信号保持回路は、磁気メモリあるいは抵抗変化型メモリなどのように原子レベルでの構造変化を伴わないため、書き換え耐性に優れている。またＯＳトランジスタを用いた信号保持回路は、フラッシュメモリのような繰り返し書き換え動作でも電子捕獲中心の増加による不安定性が認められない。
【００８３】またＯＳトランジスタを用いた信号保持回路２２は、Ｓｉトランジスタを用いた回路上などに自由に配置可能であるため、複数の遅延回路を備える構成とした場合であっても、集積化を容易に行うことができる。またＯＳトランジスタは、Ｓｉトランジスタと同様の製造装置を用いて作製することが可能であるため、低コストで作製可能である。
【００８４】またＯＳトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バックゲート電極を含むと、４端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバックゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、ＬＳＩと同一思考で回路設計を行うことができる。加えてＯＳトランジスタは、高温環境下において、Ｓｉトランジスタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、１２５℃以上１５０℃以下といった高温下においてもオン電流とオフ電流の比が大きいため、良好なスイッチング動作を行うことができる。
【００８５】信号処理回路１１３は、選択回路２３で選択された出力信号の差を演算し、当該差の積分を演算し、音源信号の位相が揃う遅延時間を見積もる機能を有する。信号処理回路１１３は、一例として、差動回路と、積分回路と、コンパレータと、三角波生成回路と、を有する。差動回路は、選択回路２３で選択された、比較する２つの出力信号の電圧が入力される。積分回路は、差動回路の出力信号を積分して得られる値を出力する。コンパレータは、積分回路の出力信号および三角波生成回路の出力信号が入力される。
【００８６】信号処理回路１１３は、アナログ演算回路として機能する。信号処理回路１１３は、アナログ値の信号同士を比較して信号処理を行うためＡ／Ｄ変換回路などの占有面積の大きい回路を省略することができ、回路面積の増大を抑制することができる。
【００８７】また、信号処理回路１１３を乗算回路で構成してもよい。乗算回路は、オペアンプを用いた対数変換、加算、逆対数変換回路によって実現できる。また、乗算回路は、ギルバートセルなどのトランスリニア回路などで実現することも出来る。
【００８８】本発明の一態様の音源検知装置１１０は、遅延回路１１７を構成する各トランジスタとしてＯＳトランジスタを用いる。また、本発明の一態様の音源検知装置１１０は、異なるタイミングでサンプリングしたアナログ電圧に応じた電荷を保持する方式とする。ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて低いため、アナログ電圧を保持するための保持容量を小さくすることができる。よって、遅延回路１１７の搭載密度を高めることができる。
【００８９】加えて、本発明の一態様の音源検知装置１１０は、遅延回路１１７内に保持した電荷に応じたアナログ電圧を異なるタイミングで読み出すことで、出力信号として離散的な音源信号を読み出すことができる。制御信号Ｓのタイミングを異ならせることで、所望の遅延時間に制御することができる。そのため音源信号をデジタル信号に変換することなく所望の遅延時間に制御することができ、離散化された音源信号の位相を揃えることができる。
【００９０】図１２では、図１１Ｂで説明した遅延回路１１７の具体的な回路構成例について説明する。図１２は、マイクロホン１１６から出力される音源信号Ｄ１を２つのノードで保持し、遅延時間の異なる３つの出力信号として出力する遅延回路の構成例である。
【００９１】図１２は、選択回路２１を構成するトランジスタ１０１、信号保持回路２２を構成するトランジスタ１０１、トランジスタ１０２、およびトランジスタ１０３、並びに選択回路２３を構成するトランジスタ１０４、を図示している。トランジスタ１０１乃至１０４は、ｎチャネル型のトランジスタとし、Ｈレベルの制御信号でオン、Ｌレベルの制御信号でオフとなるスイッチとして機能する。
【００９２】図１２は、選択信号Ｗとして、選択信号Ｗ１１およびＷ１２を図示している。選択信号Ｗ１１およびＷ１２は、異なるタイミングで音源信号Ｄ１のアナログ電圧をサンプリングするための信号である。
【００９３】図１２は、選択回路２１でサンプリングされたアナログ電圧を保持するためのノードＦ１１およびＦ１２を図示している。また図１２ではノードＦ１１およびＦ１２がソースフォロワ回路の入力端子であるトランジスタ１０２のゲートに接続される構成を図示している。またソースフォロワ回路のバイアス電圧ＶＢがトランジスタ１０３のゲートに印加される構成を図示している。なおノードＦ１１およびＦ１２には、容量素子が接続される構成を図示しているが、トランジスタ１０２のゲート容量を十分大きくとるなどの構成とすることで省略することもできる。なお図１２では、ソースフォロワ回路を構成するトランジスタ１０２およびトランジスタ１０３が接続されるノードをＯ１１、Ｏ１２として図示している。ノードＯ１１、Ｏ１２の電圧は、ノードＦ１１、Ｆ１２のアナログ電圧に相当する。ソースフォロワ回路があることで、後段にある選択回路２３への電荷供給能力を高めることができる。
【００９４】図１２は、選択回路２３の選択信号Ｓとして、選択信号Ｓ１１乃至Ｓ１ｎ、およびＳ２１乃至Ｓ２ｎを図示している。選択信号Ｓ１１乃至Ｓ１ｎは、ノードＯ１１の電圧を出力信号Ｑ１１乃至Ｑ１ｎに出力する機能を有する。選択信号Ｓ１１乃至Ｓ１ｎを供給するタイミングを調整することで、出力信号Ｑ１１乃至Ｑ１ｎを、ノードＯ１１の電圧を所定の期間だけ遅延させた信号にすることができる。また、選択信号Ｓ２１乃至Ｓ２ｎは、ノードＯ１２の電圧を出力信号Ｑ１１乃至Ｑ１ｎに出力する機能を有する。選択信号Ｓ２１乃至Ｓ２ｎを供給するタイミングを調整することで、出力信号Ｑ１１乃至Ｑ１ｎを、ノードＯ１２の電圧を所定の期間だけ遅延させた信号にすることができる。
【００９５】次いで図１２に図示する遅延回路１１７の動作について、図１３乃至図１６を参照して説明する。
【００９６】図１３Ａは、図１２における動作の理解を容易にするため、音源信号をサンプリングするための選択信号Ｗを選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３とし、保持した複数のアナログ電圧を出力信号Ｑ１１およびＱ１２として読み出すための選択信号Ｓを選択信号Ｓ１１１およびＳ１１２、Ｓ１２１およびＳ１２２、並びに選択信号Ｓ１３１およびＳ１３２、とした遅延回路１１７の構成例である。つまり図１３Ａに図示する遅延回路１１７は、異なる３回のタイミングで音源信号のサンプリングを行って３つのアナログ電圧を取得するとともに、異なる２回のタイミングで遅延時間の異なる２つの出力信号を出力する構成である。また図１３Ａでは、ノードＦ１１乃至Ｆ１３およびノードＯ１１乃至Ｏ１３を図示している。
【００９７】図１３Ｂは、図１３Ａに示す遅延回路１１７に接続された音源信号Ｄ１をサンプリングする動作を説明するためのタイミングチャートである。図１３Ｂでは、音源信号Ｄ１の波形とともに、選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３、ノードＦ１１乃至Ｆ１３に書き込まれる電圧について時刻Ｔ１乃至Ｔ４での動作について説明する。なおタイミングチャートを説明する図において、ハッチングを付した期間は、不定状態を表す期間である。
【００９８】上述したように時刻Ｔ１で選択信号Ｗ１１をＨレベルとし、音源信号Ｄ１の電圧Ｖ１をノードＦ１１に書き込んで音源信号Ｄ１のサンプリングが行われる。
【００９９】期間Ｔをあけた時刻Ｔ２で選択信号Ｗ１２をＨレベルとし、音源信号Ｄ１の電圧Ｖ２をノードＦ１２に書き込んで音源信号Ｄ１のサンプリングが行われる。なお期間Ｔは短い方が好ましい。音源信号のサンプリング数を多くでき、角度分解能を高めることができる。
【０１００】時刻Ｔ３で選択信号Ｗ１３をＨレベルとし、音源信号Ｄ１の電圧Ｖ３をノードＦ１３に書き込んで音源信号Ｄ１のサンプリングが行われる。
【０１０１】ノードＦ１１乃至Ｆ１３に保持した電圧Ｖ１乃至Ｖ３は、選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３をＬレベルとすることで保持することができる。初期化する場合は、時刻Ｔ４に示すように定電位の音源信号を与えた状態で選択信号Ｗ１１をＨレベルとすればよい。
【０１０２】図１４は、図１２における動作の理解を容易にするため、音源信号Ｄ１をサンプリングするための選択信号Ｗを選択信号Ｗ１１乃至Ｗ１３とし、保持した電圧を出力信号Ｑ１１およびＱ１２として読み出すための選択信号Ｓを選択信号Ｓ１１１およびＳ１１２、Ｓ１２１およびＳ１２２、並びに選択信号Ｓ１３１およびＳ１３２、とした遅延回路１１７［１］の構成例、および音源信号Ｄ２をサンプリングするための選択信号Ｗを選択信号Ｗ２１乃至Ｗ２３とし、保持した電圧を出力信号Ｑ２１およびＱ２２として読み出すための選択信号Ｓを選択信号Ｓ２１１およびＳ２１２、Ｓ２２１およびＳ２２２、並びに選択信号Ｓ２３１およびＳ２３２、とした遅延回路１１７［２］の構成例である。つまり図１４に図示する遅延回路１１７［１］および遅延回路１１７［２］は、３つのアナログ電圧を取得するとともに、異なる２回のタイミングで遅延時間の異なる２つの出力信号を出力する構成である。また図１４では、ノードＦ１１乃至Ｆ１３、ノードＦ２１乃至Ｆ２３、ノードＯ１１乃至Ｏ１３およびノードＯ２１乃至Ｏ２３を図示している。
【０１０３】図１５は、図１４に示す遅延回路１１７［１］のノードＦ１１乃至Ｆ１３に保持された電圧Ｖ１乃至Ｖ３、および遅延回路１１７［２］のノードＦ２１乃至Ｆ２３に保持された電圧Ｖ４乃至Ｖ６を出力信号Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、およびＱ２２として読み出す動作を説明するためのタイミングチャートである。また図１５では、選択信号Ｓ１１１およびＳ１１２、Ｓ１２１およびＳ１２２、Ｓ１３１およびＳ１３２、Ｓ２１１およびＳ２１２、Ｓ２２１およびＳ２２２、並びに選択信号Ｓ２３１およびＳ２３２によってノードＦ１１乃至Ｆ１３およびノードＦ２１乃至Ｆ２３から読み出される出力信号Ｑ１１、Ｑ１２、Ｑ２１、およびＱ２２について、時刻Ｔ５乃至Ｔ８における動作を説明する。
【０１０４】時刻Ｔ５で選択信号Ｓ１１１をＨレベルとし、ノードＦ１１の電圧Ｖ１に対応する電圧を出力信号Ｑ１１として出力する。また同じ時刻Ｔ５で選択信号Ｓ２１１をＨレベルとし、ノードＦ２１の電圧Ｖ４に対応する電圧を出力信号Ｑ２１として出力する。
【０１０５】時刻Ｔ７で選択信号Ｓ１３１をＨレベルとし、ノードＦ１３の電圧Ｖ３に対応する電圧を出力信号Ｑ１１として出力する。また同じ時刻Ｔ７で選択信号Ｓ１２２をＨレベルとし、ノードＦ１２の電圧Ｖ５に対応する電圧を出力信号Ｑ１２として出力する。また時刻Ｔ７で選択信号Ｓ２３１をＨレベルとし、ノードＦ２３の電圧Ｖ６に対応する電圧を出力信号Ｑ２１として出力する。また同じ時刻Ｔ７で選択信号Ｓ２２２をＨレベルとし、ノードＦ２２の電圧Ｖ５に対応する電圧を出力信号Ｑ２２として出力する。
【０１０６】時刻Ｔ８で選択信号Ｓ１３２をＨレベルとし、ノードＦ１３の電圧Ｖ３に対応する電圧を出力信号Ｑ１２として出力する。また同じ時刻Ｔ８で選択信号Ｓ２３２をＨレベルとし、ノードＦ２３の電圧Ｖ６に対応する電圧を出力信号Ｑ２２として出力する。
【０１０７】図１５に示すように出力信号Ｑ１２は、出力信号Ｑ１１を遅延させた信号として得ることができる。同様に出力信号Ｑ２２は、出力信号Ｑ２１を遅延させた信号として得ることができる。選択信号Ｓのタイミングを制御することで任意の遅延期間で、信号保持回路に保持した信号を遅延させて出力することができる。そのため、例えば遅延回路１１７［１］と遅延回路１１７［２］とで、音源とマイクロホンとの距離が異なる場合に、遅延期間を切り替えていくことで音源信号の位相を揃えることができ、音源の方向を推定することができる。
【０１０８】図１６Ａは、上記説明した遅延期間を切り替えることで、音源信号に対応する出力信号の位相を揃え、音源の方向を推定する技術を説明するための模式図である。
【０１０９】図１６Ａでは、音源４０の他、マイクロホンアレイの一部として、マイクロホン１１６［１］、マイクロホン１１６［２］を図示している。なお図１６Ａでは、説明のため、音源４０とマイクロホン１１６［１］との距離を１ｍとし、マイクロホン１１６［１］とマイクロホン１１６［２］との距離を０．５ｍとする。そのため、音源４０からマイクロホン１１６［２］への距離は、およそ１．１２ｍとなる。従って音源４０からマイクロホン１１６［２］への音の到達は、音速を３４０ｍ／ｓと見積もると、音源４０からマイクロホン１１６［１］への音の到達に比べて、およそ０．３５ｍｓの期間だけ遅延することになる。
【０１１０】図１６Ｂでは、図１６Ａに示す模式図において、遅延回路１１７［１］、遅延回路１１７［２］を経て得られる音源信号を遅延させた出力信号Ｑ１１乃至Ｑ１３、およびＱ２１乃至Ｑ２３を可視化した図である。図１６Ｂに図示するように遅延回路１１７［１］、遅延回路１１７［２］では、遅延期間なし（０ｍｓ）、遅延期間あり（０．３５ｍｓ）、遅延期間あり（０．７ｍｓ）と設定した遅延回路で出力信号を遅延させている。
【０１１１】図１６Ｂに図示するように、遅延期間なし（０ｍｓ）では、マイクロホン１１６［１］とマイクロホン１１６［２］とで音の到達時刻に差があるため、遅延回路１１７［１］、遅延回路１１７［２］の双方から出力される出力信号は一致しない（時刻ｔ１）。一方、遅延回路１１７［１］で遅延期間あり（０．３５ｍｓ）を経た出力信号は、遅延回路１１７［２］から出力される遅延期間なしの出力信号と一致する（時刻ｔ２）。時刻ｔ３、ｔ４で得られる出力信号についても一致する。異なる遅延回路を経た出力信号同士を比較することで、出力信号の位相の一致または不一致を判定し、音源の推定に利用することができる。
【０１１２】図１６Ａ、図１６Ｂの模式図に示すようにサンプリングした音源信号に基づく出力信号を遅延させ、当該出力信号同士を比較する。そのため、目的の方向からの音の位相の遅延期間を見積もることでき、遅延時間から音源までの距離の差を算出することで、目的の方向に焦点を合わせることができる音源定位装置としての機能させることができる。
【０１１３】次いで図１７では、信号処理回路１１３の具体的な構成例について図示する。図１７に図示する信号処理回路１１３は、差動回路３１＿１乃至３１＿９、積分回路３２＿１乃至３２＿９、コンパレータ３３＿１乃至３３＿９、三角波生成回路３４、および演算回路３５を有する。
【０１１４】差動回路３１＿１乃至３１＿９は、各遅延回路（図１７の例では、遅延回路１１７［１］、遅延回路１１７［２］）から出力される出力信号（図１７の例では、出力信号Ｑ１１乃至Ｑ１３、およびＱ２１乃至Ｑ２３）の各出力信号の差を演算する。積分回路３２＿１乃至３２＿９、は、各差動回路３１＿１乃至３１＿９の出力信号が入力され、当該出力信号を積分する。コンパレータ３３＿１乃至３３＿９は、三角波生成回路３４から出力される三角波と、積分回路３２＿１乃至３２＿９の出力信号と、が入力され、電圧を比較する。演算回路３５は、コンパレータ３３＿１乃至３３＿９の出力信号が入力され、音源信号の位相を揃えるための遅延時間を見積もることで、遅延時間から音源までの距離の差に対応する出力信号ＯＵＴを得ることができる。
【０１１５】信号処理回路１１３を構成する回路の具体例について図１８Ａ乃至図１８Ｃを参照して説明する。図１８Ａは、図１７で図示する信号処理回路１１３の一段分の構成を抜き出したブロック図である。図１８Ａでは、一例として、出力信号Ｑ１、Ｑ２が入力される差動回路３１、積分回路３２、コンパレータ３３、三角波生成回路３４を図示している。
【０１１６】差動回路３１の構成例について、図１８Ｂに示す。差動回路３１は、一例として、抵抗素子５１、抵抗素子５２、およびトランジスタ５３、トランジスタ５４、トランジスタ５５を有する。トランジスタ５３のゲートには、非反転入力端子が接続される。トランジスタ５４のゲートには、反転入力端子が接続される。トランジスタ５５のゲートには、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを与える配線が接続される。トランジスタ５４のドレイン端子側には、差動回路３１の出力端子ＯＵＴが設けられる。
【０１１７】積分回路３２の構成例について、図１８Ｃに示す。積分回路３２は、一例として、ダイオード６１、抵抗素子６２、オペアンプ６３、容量素子６４、およびスイッチ６５を有する。ダイオード６１の入力端子に差動回路３１の出力信号が与えられる。オペアンプの出力端子には、積分回路３２の出力端子ＯＵＴが設けられる。
【０１１８】図１９Ａ、図１９Ｂには、上述した遅延回路１１７の各トランジスタに適用可能な回路構成の変形例を示す。
【０１１９】図１２、図１３Ａ等において、トランジスタ１０１乃至１０４は、バックゲート電極がないトップゲート構造またはボトムゲート構造のトランジスタとして図示したがこれに限らない。例えば、図１９Ａに図示する遅延回路１１７Ａのように、バックゲート電極を有するトランジスタ１０１Ａ乃至１０４Ａとしてもよい。図１９Ａの構成とすることで、トランジスタ１０１Ａ乃至１０４Ａの状態を外部より制御しやすくすることができる。
【０１２０】図１２、図１３Ａ等において、トランジスタ１０１乃至１０４は、バックゲート電極がないトップゲート構造またはボトムゲート構造のトランジスタとして図示したがこれに限らない。例えば、図１９Ｂに図示する遅延回路１１７Ｂのように、ゲート電極に接続されたバックゲート電極を有するトランジスタ１０１Ｂ乃至１０４Ｂとしてもよい。図１９Ｂの構成とすることで、トランジスタ１０１Ｂ乃至１０４Ｂを流れる電流量を増やすことができる。
【０１２１】図２０Ａ、図２０Ｂに、上述した差動回路３１の各トランジスタに適用可能な回路構成の変形例を示す。
【０１２２】図１８Ｂにおいて、トランジスタ５３乃至５５は、バックゲート電極がないトップゲート構造またはボトムゲート構造のトランジスタとして図示したがこれに限らない。例えば、図２０Ａに図示する差動回路３１Ａのように、バックゲート電極を有するトランジスタ５３Ａ乃至５５Ａとしてもよい。図２０Ａの構成とすることで、トランジスタ５３Ａ乃至５５Ａの状態を外部より制御しやすくすることができる。
【０１２３】図１８Ｂにおいて、トランジスタ５３乃至５５は、バックゲート電極がないトップゲート構造またはボトムゲート構造のトランジスタとして図示したがこれに限らない。例えば、図２０Ｂに図示する差動回路３１Ｂのように、ゲート電極に接続されたバックゲート電極を有するトランジスタ５３Ｂ乃至５５Ｂとしてもよい。図２０Ｂの構成とすることで、トランジスタ５３Ｂ乃至５５Ｂを流れる電流量を増やすことができる。
【０１２４】以上説明した本発明の一態様の半導体装置は、複数のマイクロホンの信号を一括してアナログ値の信号として保持するとともに、遅延させた信号を出力することができる。またアナログ電圧のまま、信号処理を行う構成とすることができる。よって、信号処理を行うためのＡ／Ｄ変換回路を削減可能であり、大量の演算処理などに起因する、周波数の誤差あるいは非同期などによる誤作動を低減することができる。なお本発明の一態様の半導体装置は、特定の音がどの方向から発せられているかを特定する音源定位の技術への適用に限らない。例えば、受信する信号の位相差から状態を推定するといった技術に適用することも可能である。
【０１２５】本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２６】（実施の形態３）本実施の形態では、上記実施の形態で説明した車両警報装置２００などの半導体装置に適用可能なトランジスタの構成ついて説明する。具体的には、異なる電気特性を有するトランジスタを積層して設ける構成について説明する。当該構成とすることで、半導体装置の設計自由度を高めることができる。また、異なる電気特性を有するトランジスタを積層して設けることで、半導体装置の集積度を高めることができる。
【０１２７】図２１に示す半導体装置は、トランジスタ３００と、トランジスタ５００と、容量素子６００と、を有している。図２３Ａはトランジスタ５００のチャネル長方向の断面図であり、図２３Ｂはトランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図であり、図２３Ｃはトランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図である。
【０１２８】トランジスタ５００は、ＯＳトランジスタである。よって、トランジスタ５００は、オフ電流が小さいため、これを半導体装置が有するトランジスタに用いることにより、長期にわたり書き込んだデータ電圧あるいは電荷を保持することが可能である。つまり、リフレッシュ動作の頻度が少ない、あるいは、リフレッシュ動作を必要としないため、半導体装置の消費電力を低減することができる。
【０１２９】本実施の形態で説明する半導体装置は、図２１に示すようにトランジスタ３００、トランジスタ５００、容量素子６００を有する。トランジスタ５００はトランジスタ３００の上方に設けられ、容量素子６００はトランジスタ３００、およびトランジスタ５００の上方に設けられている。
【０１３０】トランジスタ３００は、基板３１１上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１５、基板３１１の一部からなる半導体領域３１３、ソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂを有する。なお、トランジスタ３００は、例えば、上記実施の形態におけるバッファ回路１７が有するトランジスタ等に適用することができる。
【０１３１】トランジスタ３００は、図２３Ｃに示すように、半導体領域３１３の上面およびチャネル幅方向の側面が絶縁体３１５を介して導電体３１６に覆われている。このように、トランジスタ３００をＦｉｎ型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ３００のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ３００のオフ特性を向上させることができる。
【０１３２】なお、トランジスタ３００は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。
【０１３３】半導体領域３１３のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことが好ましい。または、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ３００をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。
【０１３４】低抵抗領域３１４ａ、および低抵抗領域３１４ｂは、半導体領域３１３に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。
【０１３５】ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。
【０１３６】なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
【０１３７】なお、図２１に示すトランジスタ３００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、半導体装置をＯＳトランジスタのみの単極性回路（ｎチャネル型トランジスタのみ、などと同極性のトランジスタを意味する）とする場合、図２２に示すとおり、トランジスタ３００の構成を、酸化物半導体を用いているトランジスタ５００と同様の構成にすればよい。なお、トランジスタ５００の詳細については後述する。
【０１３８】トランジスタ３００を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６が順に積層して設けられている。
【０１３９】絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。
【０１４０】なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
【０１４１】絶縁体３２２は、その下方に設けられるトランジスタ３００などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
【０１４２】また、絶縁体３２４には、基板３１１、またはトランジスタ３００などから、トランジスタ５００が設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。
【０１４３】水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０１４４】水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体３２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が５０℃から５００℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体３２４の面積当たりに換算して、１０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であればよい。
【０１４５】なお、絶縁体３２６は、絶縁体３２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体３２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体３２６の比誘電率は、絶縁体３２４の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０１４６】また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、および絶縁体３２６には容量素子６００、またはトランジスタ５００と接続する導電体３２８、および導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、および導電体３３０は、プラグまたは配線としての機能を有する。また、プラグまたは配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、および導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
【０１４７】各プラグ、および配線（導電体３２８、導電体３３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。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く、タングステンを用いることが好ましい。または、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。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
【０１４８】絶縁体３２６、および導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図２１において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、および絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、および絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、トランジスタ３００と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１４９】なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１５０】なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ３００からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構造であることが好ましい。
【０１５１】絶縁体３５４、および導電体３５６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図２１において、絶縁体３６０、絶縁体３６２、および絶縁体３６４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３６０、絶縁体３６２、および絶縁体３６４には、導電体３６６が形成されている。導電体３６６は、プラグまたは配線としての機能を有する。なお導電体３６６は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１５２】なお、例えば、絶縁体３６０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３６６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３６０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１５３】絶縁体３６４、および導電体３６６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図２１において、絶縁体３７０、絶縁体３７２、および絶縁体３７４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３７０、絶縁体３７２、および絶縁体３７４には、導電体３７６が形成されている。導電体３７６は、プラグまたは配線としての機能を有する。なお導電体３７６は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１５４】なお、例えば、絶縁体３７０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３７６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３７０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１５５】絶縁体３７４、および導電体３７６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図２１において、絶縁体３８０、絶縁体３８２、および絶縁体３８４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３８０、絶縁体３８２、および絶縁体３８４には、導電体３８６が形成されている。導電体３８６は、プラグまたは配線としての機能を有する。なお導電体３８６は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１５６】なお、例えば、絶縁体３８０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３８６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３８０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、バリア層により分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１５７】上記において、導電体３５６を含む配線層、導電体３６６を含む配線層、導電体３７６を含む配線層、および導電体３８６を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係る半導体装置はこれに限られるものではない。導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を３層以下にしてもよいし、導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を５層以上にしてもよい。
【０１５８】絶縁体３８４上には絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、および絶縁体５１６が、順に積層して設けられている。絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、および絶縁体５１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。
【０１５９】例えば、絶縁体５１０、および絶縁体５１４には、例えば、基板３１１、またはトランジスタ３００を設ける領域などから、トランジスタ５００を設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。したがって、絶縁体３２４と同様の材料を用いることができる。
【０１６０】水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ５００等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ５００と、トランジスタ３００との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
【０１６１】また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体５１０、および絶縁体５１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
【０１６２】特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
【０１６３】また、例えば、絶縁体５１２、および絶縁体５１６には、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１２、および絶縁体５１６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０１６４】また、絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、および絶縁体５１６には、導電体５１８、およびトランジスタ５００を構成する導電体（例えば、導電体５０３）等が埋め込まれている。なお、導電体５１８は、容量素子６００、またはトランジスタ３００と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体５１８は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０１６５】特に、絶縁体５１０、および絶縁体５１４と接する領域の導電体５１８は、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ３００とトランジスタ５００とは、酸素、水素、および水に対するバリア性を有する層で、分離することができ、トランジスタ３００からトランジスタ５００への水素の拡散を抑制することができる。
【０１６６】絶縁体５１６の上方には、トランジスタ５００が設けられている。
【０１６７】図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、トランジスタ５００は、絶縁体５１４および絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０３と、絶縁体５１６および導電体５０３の上に配置された絶縁体５２０と、絶縁体５２０の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂと、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂ上に配置され、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間に重畳して開口が形成された絶縁体５８０と、開口の底面および側面に配置された酸化物５３０ｃと、酸化物５３０ｃの形成面に配置された絶縁体５５０と、絶縁体５５０の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。
【０１６８】また、図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂと、絶縁体５８０との間に絶縁体５４４が配置されることが好ましい。また、図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、導電体５６０は、絶縁体５５０の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、絶縁体５８０、導電体５６０、および絶縁体５５０の上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。
【０１６９】なお、本明細書などにおいて、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、および酸化物５３０ｃをまとめて酸化物５３０という場合がある。
【０１７０】なお、トランジスタ５００では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、および酸化物５３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物５３０ｂの単層、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ａの２層構造、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃの２層構造、または４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ５００では、導電体５６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、図２１、図２３Ａに示すトランジスタ５００は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。
【０１７１】ここで、導電体５６０は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂは、それぞれソース電極またはドレイン電極として機能する。上記のように、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、および導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。導電体５６０、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂの配置は、絶縁体５８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ５００において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体５６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるので、トランジスタ５００の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、半導体装置の微細化、高集積化を図ることができる。
【０１７２】さらに、導電体５６０が、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に自己整合的に形成されるので、導電体５６０は、導電体５４２ａまたは導電体５４２ｂと重畳する領域を有さない。これにより、導電体５６０と導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂとの間に形成される寄生容量を低減することができる。よって、トランジスタ５００のスイッチング速度を向上させ、高い周波数特性を有せしめることができる。
【０１７３】導電体５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能する場合がある。また、導電体５０３は、第２のゲート（ボトムゲートともいう）電極として機能する場合がある。その場合、導電体５０３に印加する電位を、導電体５６０に印加する電位と、連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ５００のしきい値電圧を制御することができる。特に、導電体５０３に負の電位を印加することにより、トランジスタ５００のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体５０３に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
【０１７４】導電体５０３は、酸化物５３０、および導電体５６０と、重なるように配置する。これにより、導電体５６０、および導電体５０３に電位を印加した場合、導電体５６０から生じる電界と、導電体５０３から生じる電界と、がつながり、酸化物５３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。
【０１７５】本明細書等において、一対のゲート電極（第１のゲート電極、および第２のゲート電極）の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。また、本明細書等において、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造は、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂに接する酸化物５３０の側面および周辺が、チャネル形成領域と同じくＩ型であるといった特徴を有する。また、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂに接する酸化物５３０の側面および周辺は、絶縁体５４４と接しているため、チャネル形成領域と同様にＩ型となりうる。なお、本明細書等において、Ｉ型とは後述する、高純度真性と同様として扱うことができる。また、本明細書等で開示するＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、Ｆｉｎ型構造およびプレーナ型構造とは異なる。Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を採用することで、短チャネル効果に対する耐性を高める、別言すると短チャネル効果が発生し難いトランジスタとすることができる。
【０１７６】また、導電体５０３は、導電体５１８と同様の構成であり、絶縁体５１４および絶縁体５１６の開口の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ５００では、導電体５０３ａおよび導電体５０３ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
【０１７７】ここで、導電体５０３ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）導電性材料を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、または上記酸素のいずれか一または、すべての拡散を抑制する機能とする。
【０１７８】例えば、導電体５０３ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体５０３ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。
【０１７９】また、導電体５０３が配線の機能を兼ねる場合、導電体５０３ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電体５０５は、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体５０３ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。
【０１８０】絶縁体５２０、絶縁体５２２、および絶縁体５２４は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。
【０１８１】ここで、酸化物５３０と接する絶縁体５２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体５２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物５３０に接して設けることにより、酸化物５３０中の酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎ  ｖａｃａｎｃｙともいう）を低減し、トランジスタ５００の信頼性を向上させることができる。なお、酸化物５３０中の酸素欠損に水素が入った場合、当該欠陥（以下、ＶＯＨと呼ぶ場合がある。）はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。また、酸化物半導体中の水素は、熱、電界などのストレスによって動きやすいため、酸化物半導体に多くの水素が含まれると、トランジスタの信頼性が悪化する恐れもある。本発明の一態様においては、酸化物５３０中のＶＯＨをできる限り低減し、高純度真性または実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、ＶＯＨが十分低減された酸化物半導体を得るには、酸化物半導体中の水分、水素などの不純物を除去すること（脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。）と、酸化物半導体に酸素を供給して酸素欠損を補填すること（加酸素化処理と記載する場合がある。）が重要である。ＶＯＨなどの不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０１８２】過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、または３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
【０１８３】また、上記過剰酸素領域を有する絶縁体と、酸化物５３０と、を接して加熱処理、マイクロ波処理、またはＲＦ処理のいずれか一または複数の処理を行っても良い。当該処理を行うことで、酸化物５３０中の水、または水素を除去することができる。例えば、酸化物５３０において、ＶｏＨの結合が切断される反応が起きる、別言すると「ＶＯＨ→Ｖｏ＋Ｈ」という反応が起きて、脱水素化することができる。このとき発生した水素の一部は、酸素と結合してＨ２Ｏとして、酸化物５３０、または酸化物５３０近傍の絶縁体から除去される場合がある。また、水素の一部は、導電体５４２にゲッタリングされる場合がある。
【０１８４】また、上記マイクロ波処理は、例えば、高密度プラズマを発生させる電源を有する装置、または、基板側にＲＦを印加する電源を有する装置を用いると好適である。例えば、酸素を含むガスを用い、且つ高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを、効率よく酸化物５３０、または酸化物５３０近傍の絶縁体中に導入することができる。また、上記マイクロ波処理は、圧力を１３３Ｐａ以上、好ましくは２００Ｐａ以上、さらに好ましくは４００Ｐａ以上とすればよい。また、マイクロ波処理を行う装置内に導入するガスとしては、例えば、酸素と、アルゴンとを用い、酸素流量比（Ｏ２／（Ｏ２＋Ａｒ））が５０％以下、好ましくは１０％以上３０％以下で行うとよい。
【０１８５】また、トランジスタ５００の作製工程中において、酸化物５３０の表面が露出した状態で、加熱処理を行うと好適である。当該加熱処理は、例えば、１００℃以上４５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上４００℃以下で行えばよい。なお、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気、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。例えば、加熱処理は酸素雰囲気で行うことが好ましい。これにより、酸化物５３０に酸素を供給して、酸素欠損（ＶＯ）の低減を図ることができる。また、加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの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％以上含む雰囲気で行ってもよい。または、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した後に、連続して窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気で加熱処理を行っても良い。
【０１８６】なお、酸化物５３０に加酸素化処理を行うことで、酸化物５３０中の酸素欠損を、供給された酸素により修復させる、別言すると「Ｖｏ＋Ｏ→ｎｕｌｌ」という反応を促進させることができる。さらに、酸化物５３０中に残存した水素に供給された酸素が反応することで、当該水素をＨ２Ｏとして除去する（脱水化する）ことができる。これにより、酸化物５３０中に残存していた水素が酸素欠損に再結合してＶＯＨが形成されるのを抑制することができる。
【０１８７】また、絶縁体５２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体５２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。
【０１８８】絶縁体５２２が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物５３０が有する酸素は、絶縁体５２０側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体５０３が、絶縁体５２４や、酸化物５３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。
【０１８９】絶縁体５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜として機能する絶縁体にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
【０１９０】特に、不純物、および酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウム、ハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム、ハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体５２２を形成した場合、絶縁体５２２は、酸化物５３０からの酸素の放出や、トランジスタ５００の周辺部から酸化物５３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
【０１９１】または、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。
【０１９２】また、絶縁体５２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ−ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁体５２０や、絶縁体５２６を得ることができる。
【０１９３】なお、図２３Ａおよび図２３Ｂのトランジスタ５００では、３層の積層構造からなる第２のゲート絶縁膜として、絶縁体５２０、絶縁体５２２、および絶縁体５２４が図示されているが、第２のゲート絶縁膜は、単層、２層、または４層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
【０１９４】トランジスタ５００は、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、酸化物５３０として適用できるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）であることが好ましい。また、酸化物５３０として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【０１９５】なお、酸化物半導体として機能する金属酸化物は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ、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。
【０１９６】ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ−ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
【０１９７】ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
【０１９８】また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、および酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
【０１９９】ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
【０２００】ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【０２０１】なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（「ＩＧＺＯ」ともいう。）は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、ＩＧＺＯは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶（ここでは、数ｍｍの結晶、または数ｃｍの結晶）よりも小さな結晶（例えば、上述のナノ結晶）とする方が、構造的に安定となる場合がある。
【０２０２】ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。
【０２０３】酸化物半導体（金属酸化物）は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【０２０４】また、トランジスタ５００には、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【０２０５】特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。
【０２０６】酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【０２０７】よって、金属酸化物を酸化物５３０に用いる場合、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【０２０８】また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ−３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。
【０２０９】また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）と酸化物５３０とが接することで、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散し、導電体５４２が酸化する場合がある。導電体５４２が酸化することで、導電体５４２の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散することを、導電体５４２が酸化物５３０中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。
【０２１０】また、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）へ拡散することで、導電体５４２ａと酸化物５３０ｂとの間、および、導電体５４２ｂと酸化物５３０ｂとの間に異層が形成される場合がある。当該異層は、導電体５４２よりも酸素を多く含むため、当該異層は絶縁性を有すると推定される。このとき、導電体５４２と、当該異層と、酸化物５３０ｂとの３層構造は、金属−絶縁体−半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造と呼ぶ、またはＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造と呼ぶ場合がある。
【０２１１】なお、上記異層は、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間に形成されることに限られず、例えば、異層が、導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合や、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間、および導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合がある。
【０２１２】また、酸化物５３０においてチャネル形成領域にとして機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０２１３】酸化物５３０は、酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物５３０ｂ上に酸化物５３０ｃを有することで、酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
【０２１４】なお、酸化物５３０は、各金属原子の原子数比が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｃは、酸化物５３０ａまたは酸化物５３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
【０２１５】また、酸化物５３０ａおよび酸化物５３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物５３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物５３０ａおよび酸化物５３０ｃの電子親和力が、酸化物５３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
【０２１６】ここで、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、および酸化物５３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、および酸化物５３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、および酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【０２１７】具体的には、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂ、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物５３０ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物５３０ａおよび酸化物５３０ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
【０２１８】このとき、キャリアの主たる経路は酸化物５３０ｂとなる。酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、および酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ５００は高いオン電流を得られる。
【０２１９】酸化物５３０ｂ上には、ソース電極、およびドレイン電極として機能する導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂが設けられる。導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。更に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素または酸素に対するバリア性があるため好ましい。
【０２２０】また、図２３では、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂを単層構造として示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。
【０２２１】また、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
【０２２２】また、図２３Ａに示すように、酸化物５３０の、導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域５４３ａ、および領域５４３ｂが形成される場合がある。このとき、領域５４３ａはソース領域またはドレイン領域の一方として機能し、領域５４３ｂはソース領域またはドレイン領域の他方として機能する。また、領域５４３ａと領域５４３ｂに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。
【０２２３】酸化物５３０と接するように上記導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）を設けることで、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）に導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）に含まれる金属と、酸化物５３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）のキャリア密度が増加し、領域５４３ａ（領域５４３ｂ）は、低抵抗領域となる。
【０２２４】絶縁体５４４は、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂを覆うように設けられ、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂの酸化を抑制する。このとき、絶縁体５４４は、酸化物５３０の側面を覆い、絶縁体５２４と接するように設けられてもよい。
【０２２５】絶縁体５４４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、ネオジム、ランタンまたは、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。また、絶縁体５４４として、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなども用いることができる。
【０２２６】特に、絶縁体５４４として、アルミニウム、またはハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム、およびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂが耐酸化性を有する材料、または、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶縁体５４４は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。
【０２２７】絶縁体５４４を有することで、絶縁体５８０に含まれる水、および水素などの不純物が酸化物５３０ｃ、絶縁体５５０を介して、酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０が有する過剰酸素により、導電体５６０が酸化するのを抑制することができる。
【０２２８】絶縁体５５０は、第１のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体５５０は、酸化物５３０ｃの内側（上面、および側面）に接して配置することが好ましい。絶縁体５５０は、上述した絶縁体５２４と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。
【０２２９】具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
【０２３０】加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体５５０として、酸化物５３０ｃの上面に接して設けることにより、絶縁体５５０から、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体５２４と同様に、絶縁体５５０中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【０２３１】また、絶縁体５５０が有する過剰酸素を、効率的に酸化物５３０へ供給するために、絶縁体５５０と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５５０から導電体５６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体５５０から導電体５６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁体５４４に用いることができる材料を用いればよい。
【０２３２】なお、絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜と同様に、積層構造としてもよい。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合があるため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、ｈｉｇｈ−ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。
【０２３３】第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図２３Ａおよび図２３Ｂでは２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
【０２３４】導電体５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電体５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体５５０に含まれる酸素により、導電体５６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、または酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体５６０ａとして、酸化物５３０に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体５６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、導電体５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体にすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。
【０２３５】また、導電体５６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５６０ｂは、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
【０２３６】絶縁体５８０は、絶縁体５４４を介して、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ上に設けられる。絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁体５８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、または樹脂などを有することが好ましい。特に、酸化シリコン、および酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。
【０２３７】絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体５８０を、酸化物５３０ｃと接して設けることで、絶縁体５８０中の酸素を、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０へと効率良く供給することができる。なお、絶縁体５８０中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０２３８】絶縁体５８０の開口は、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に重畳して形成される。これにより、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、および導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。
【０２３９】半導体装置を微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電体５６０の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電体５６０の膜厚を大きくすると、導電体５６０はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電体５６０を絶縁体５８０の開口に埋め込むように設けるため、導電体５６０をアスペクト比の高い形状にしても、工程中に導電体５６０を倒壊させることなく、形成することができる。
【０２４０】絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、および絶縁体５５０の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁体５７４をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体５５０、および絶縁体５８０へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、酸化物５３０中に酸素を供給することができる。
【０２４１】例えば、絶縁体５７４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。
【０２４２】特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、および窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素などの不純物のバリア膜としての機能も有することができる。
【０２４３】また、絶縁体５７４の上に、層間膜として機能する絶縁体５８１を設けることが好ましい。絶縁体５８１は、絶縁体５２４などと同様に、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【０２４４】また、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、および絶縁体５４４に形成された開口に、導電体５４０ａ、および導電体５４０ｂを配置する。導電体５４０ａおよび導電体５４０ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。導電体５４０ａおよび導電体５４０ｂは、後述する導電体５４６、および導電体５４８と同様の構成である。
【０２４５】絶縁体５８１上には、絶縁体５８２が設けられている。絶縁体５８２は、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。したがって、絶縁体５８２には、絶縁体５１４と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体５８２には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。
【０２４６】特に、酸化アルミニウムは、酸素、およびトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中および作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ５００への混入を防止することができる。また、トランジスタ５００を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ５００に対する保護膜として用いることに適している。
【０２４７】また、絶縁体５８２上には、絶縁体５８６が設けられている。絶縁体５８６は、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５８６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。
【０２４８】また、絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、絶縁体５８１、絶縁体５８２、および絶縁体５８６には、導電体５４６、および導電体５４８等が埋め込まれている。
【０２４９】導電体５４６、および導電体５４８は、容量素子６００、トランジスタ５００、またはトランジスタ３００と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体５４６、および導電体５４８は、導電体３２８、および導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。
【０２５０】また、トランジスタ５００の形成後、トランジスタ５００を囲むように開口を形成し、当該開口を覆うように、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体を形成してもよい。上述のバリア性の高い絶縁体でトランジスタ５００を包み込むことで、外部から水分、および水素が侵入するのを防止することができる。または、複数のトランジスタ５００をまとめて、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体で包み込んでもよい。なお、トランジスタ５００を囲むように開口を形成する場合、例えば、絶縁体５２２または絶縁体５１４に達する開口を形成し、絶縁体５２２または絶縁体５１４に接するように上述のバリア性の高い絶縁体を形成すると、トランジスタ５００の作製工程の一部を兼ねられるため、好適である。なお、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体としては、例えば、絶縁体５２２または絶縁体５１４と同様の材料を用いればよい。
【０２５１】続いて、トランジスタ５００の上方には、容量素子６００が設けられている。容量素子６００は、導電体６１０と、導電体６２０と、絶縁体６３０とを有する。
【０２５２】また、導電体５４６、および導電体５４８上に、導電体６１２を設けてもよい。導電体６１２は、トランジスタ５００と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体６１０は、容量素子６００の電極としての機能を有する。なお、導電体６１２、および導電体６１０は、同時に形成することができる。
【０２５３】導電体６１２、および導電体６１０には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル膜、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。または、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。
【０２５４】本実施の形態では、導電体６１２、および導電体６１０を単層構造で示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、および導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。
【０２５５】絶縁体６３０を介して、導電体６１０と重畳するように、導電体６２０を設ける。なお、導電体６２０は、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。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く、特にタングステンを用いることが好ましい。また、導電体などの他の構造と同時に形成する場合は、低抵抗金属材料であるＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等を用いればよい。
【０２５６】導電体６２０、および絶縁体６３０上には、絶縁体６４０が設けられている。絶縁体６４０は、絶縁体３２０と同様の材料を用いて設けることができる。また、絶縁体６４０は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。
【０２５７】本構造を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。
【０２５８】本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２５９】（実施の形態４）本実施の形態では、半導体装置の一例として、ＩＣチップ、電子部品、電子機器等について説明する。
【０２６０】＜電子部品の作製方法例＞図２４Ａ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。以下述べる電子部品は、半導体装置を構成する遅延回路が有する各トランジスタを備えた電子部品に相当する。
【０２６１】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２４Ａ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ＳＴ７１）した後、基板の裏面を研削する。この段階で基板を薄膜化して、前工程での基板の反り等を低減し、部品の小型化を図る。次に、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う（ステップＳＴ７２）。
【０２６２】図２４Ｂは、ダイシング工程が行われる前の半導体ウエハ７１００の上面図である。図２４Ｃは、図２４Ｂの部分拡大図である。半導体ウエハ７１００には、複数の回路領域７１０２が設けられている。例えば、回路領域７１０２には、本発明の形態に係る半導体装置が設けられている。
【０２６３】複数の回路領域７１０２は、それぞれが分離領域７１０４に囲まれている。分離領域７１０４と重なる位置に分離線（「ダイシングライン」ともいう。）７１０６が設定される。ダイシング工程ＳＴ７２では、分離線７１０６に沿って半導体ウエハ７１００切断することで、回路領域７１０２を含むチップ７１１０を半導体ウエハ７１００から切り出す。図２４Ｄにチップ７１１０の拡大図を示す。
【０２６４】分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けてもよい。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けることで、ダイシング工程時に生じうるＥＳＤを緩和し、ダイシング工程に起因する歩留まりの低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に供給しながら行なう。分離領域７１０４に導電層や半導体層を設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。
【０２６５】ステップＳＴ７２を行った後、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ＳＴ７３）。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方法は製品に適した方法を選択すればよい。例えば、接着は樹脂やテープによって行えばよい。ダイボンディング工程は、インターポーザ上にチップを搭載し接合してもよい。ワイヤーボンディング工程で、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（ステップＳＴ７４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。ワイヤーボンディングは、ボールボンディングとウェッジボンディングの何れでもよい。
【０２６６】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ＳＴ７５）。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。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ＳＴ７６）。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。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ＳＴ７７）。検査工程（ステップＳＴ７８）を経て、電子部品が完成する（ステップＳＴ７９）。
【０２６７】完成した電子部品の斜視模式図を図２４Ｅに示す。図２４Ｅ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２４Ｅに示すように、電子部品７０００は、リード７００１及びチップ７１１０を有する。
【０２６８】電子部品７０００は、例えばプリント基板７００２に実装される。このような電子部品７０００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７００２上で電気的に接続されることで電子機器に搭載することができる。完成した回路基板７００４は、電子機器等の内部に設けられる。
【０２６９】電子部品７０００は、デジタル信号処理、ソフトウェア無線、アビオニクス（通信機器、航法システム、自動操縦装置、飛行管理システム等の航空に関する電子機器）、ＡＳＩＣのプロトタイピング、医療用画像処理、音声認識、暗号、バイオインフォマティクス（生物情報科学）、機械装置のエミュレータ、および電波天文学における電波望遠鏡等、幅広い分野の電子機器の電子部品（ＩＣチップ）に適用することが可能である。このような電子機器としては、カメラ（ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等）、表示装置、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯型情報端末（スマートフォン、タブレット型情報端末など）、電子書籍端末、ウエアラブル型情報端末（時計型、ヘッドマウント型、ゴーグル型、眼鏡型、腕章型、ブレスレット型、ネックレス型等）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機、家庭用電化製品などが挙げられる。
【０２７０】＜電子機器への適用例＞次いで、移動体、構造体などの電子機器あるいは筐体に、上述の電子部品を適用する場合について説明する。
【０２７１】図２５Ａは、ＨＭＤ９１０（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ  Ｍｏｕｎｔｅｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を図示している。ＨＭＤ９１０は、筐体９１１の一部に開口部９１２が設けられている。また、ＨＭＤ９１０は、セパレータ９１３、操作スイッチ９１４、外部記憶手段９１５、スピーカ９１６、音響外部出力端子９１７、固定具９２０、表示手段９２１（表示手段９２１Ｒおよび表示手段９２１Ｌ）、音源検知装置９２２（音源検知装置９２２［１］および音源検知装置９２２［２］）を有する。
【０２７２】音源検知装置９２２は、上記実施の形態に示した音源検知装置１１０を用いることができる。また、ＨＭＤ９１０には、音源検知装置９２２などの機能を有する上述の電子部品が設けられている。
【０２７３】ＨＭＤ９１０の使用者は、ＨＭＤ９１０を頭部に装着することで、表示手段９２１に表示される映像を鑑賞することができる。ＨＭＤ９１０に音源検知装置９２２を設けることにより、鑑賞中に周囲の環境変化を感知することができる。また、必要に応じて警告音を発することができる。また、必要に応じて表示手段９２１に警告を表示することができる。ＨＭＤ９１０に音源検知装置９２２を設けることにより、使用者は安心して映像鑑賞に集中することができるため、より高い没入感を得ることが出来る。
【０２７４】図２５Ｂは、スクーター９５０を図示している。スクーター９５０は、サイドミラー９５１、二次電池９５２、方向指示灯９５３、音源検知装置９５５を有する。二次電池９５２は、座席下収納９５４に収納されている。
【０２７５】音源検知装置９５５は、上記実施の形態に示した音源検知装置１１０を用いることができる。また、スクーター９５０には、音源検知装置９５５などの機能を有する上述の電子部品が設けられている。スクーター９５０に音源検知装置９５５を設けることで、走行安全性を高めることができる。
【０２７６】本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２７７】（実施の形態５）本実施の形態では、ＯＳトランジスタを用いることができる市場イメージについて説明する。
【０２７８】＜市場イメージ＞まず、ＯＳトランジスタを用いることができる市場イメージを図２６に示す。図２６において、領域７０１は、ＯＳトランジスタを用いたディスプレイ（Ｄｉｓｐｌａｙ）に応用可能な製品領域（ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ）を表し、領域７０２は、ＯＳトランジスタを用いたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）をアナログ（ａｎａｌｏｇ）処理に応用可能な製品領域（ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ）を表し、領域７０３は、ＯＳトランジスタを用いたＬＳＩをデジタル（ｄｉｇｉｔａｌ）処理に応用可能な製品領域（ＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌ）を表す。ＯＳトランジスタは、図２６に示す領域７０１、領域７０２、および領域７０３の３つの領域、別言すると３つの大きな市場に好適に用いることができる。
【０２７９】また、図２６において、領域７０４は、領域７０１と、領域７０２とが重なった領域を表し、領域７０５は、領域７０２と、領域７０３とが重なった領域を表し、領域７０６は、領域７０１と、領域７０３とが重なった領域を表し、領域７０７は、領域７０１と、領域７０２と、領域７０３とが、それぞれ重なった領域を表す。
【０２８０】ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙでは、例えば、Ｂｏｔｔｏｍ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＢＧ  ＯＳＦＥＴ）、Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＴＧ  ＯＳ  ＦＥＴ）などのＦＥＴ構造を好適に用いることができる。なお、Ｂｏｔｔｏｍ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴには、チャネルエッチ型のＦＥＴ、およびチャネル保護型のＦＥＴも含まれる。また、Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ型のＯＳ  ＦＥＴには、ＴＧＳＡ（Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ）型のＦＥＴも含まれる。
【０２８１】また、ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇおよびＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌでは、例えば、Ｇａｔｅ  Ｌａｓｔ型のＯＳ  ＦＥＴ（ＧＬ  ＯＳ  ＦＥＴ）を好適に用いることができる。
【０２８２】なお、上述のトランジスタは、それぞれ、ゲート電極が１つのＳｉｎｇｌｅ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、ゲート電極が２つのＤｕａｌ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタ、またはゲート電極が３つ以上のトランジスタを含む。また、Ｄｕａｌ  Ｇａｔｅ構造のトランジスタの中でも特に、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ）構造のトランジスタを用いると好適である。
【０２８３】なお、本明細書等において、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタとは、一対のゲート電極の一方および他方の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を表す。また、本明細書等において、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造は、ソース電極およびドレイン電極として機能する導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂに接する酸化物５３０の側面及び周辺が、チャネル形成領域と同じくＩ型であるといった特徴を有する。また、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂに接する酸化物５３０の側面及び周辺は、絶縁体５４４と接しているため、チャネル形成領域と同様にＩ型となりうる。なお、本明細書等において、Ｉ型とは先に記載の、高純度真性と同様として扱うことができる。また、本明細書等で開示するＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、Ｆｉｎ型構造およびプレーナ型構造とは異なる。Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を採用することで、短チャネル効果に対する耐性を高める、別言すると短チャネル効果が発生し難いトランジスタとすることができる。
【０２８４】また、ＯＳ  Ｄｉｓｐｌａｙ（領域７０１）に含まれる製品としては、ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｄｉｓｐｌａｙ）、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、およびＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を表示デバイスに有する製品が挙げられる。または、上記表示デバイスと、Ｑ−Ｄｏｔ（Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｏｔ）とを組み合わせることも好適である。
【０２８５】なお、本実施の形態において、ＥＬとは、有機ＥＬ、および無機ＥＬを含む。また、本実施の形態において、ＬＥＤとは、マイクロＬＥＤ、ミニＬＥＤ、およびマクロＬＥＤを含む。なお、本明細書等において、チップの面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤ、チップの面積が１００００μｍ２より大きく１ｍｍ２以下の発光ダイオードをミニＬＥＤ、チップの面積が１ｍｍ２より大きい発光ダイオードをマクロＬＥＤと記す場合がある。
【０２８６】また、ＯＳ  ＬＳＩ  ａｎａｌｏｇ（領域７０２）に含まれる製品としては、様々な周波数の音域（例えば、周波数が２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚの可聴音、または２０ｋＨｚ以上の超音波など）に対応する音源定位デバイス、あるいはバッテリ制御用デバイス（バッテリ制御用ＩＣ、バッテリ保護用ＩＣ、またはバッテリマネジメントシステム）などが挙げられる。
【０２８７】また、ＯＳ  ＬＳＩ  ｄｉｇｉｔａｌ（領域７０３）に含まれる製品としては、メモリーデバイス、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）デバイス、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）デバイス、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）デバイス、パワーデバイス、ＯＳ  ＬＳＩと、Ｓｉ  ＬＳＩとを積層または混在させたハイブリッドデバイス、発光デバイスなどが挙げられる。
【０２８８】また、領域７０４に含まれる製品としては、表示領域に赤外線センサ、または近赤外線センサを有する表示デバイス、あるいはＯＳ  ＦＥＴを有するセンサ付き信号処理デバイス、または埋め込み型バイオセンサデバイスなどが挙げられる。また、領域７０５に含まれる製品としては、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路などを有する処理回路、あるいは、当該処理回路を有するＡＩ（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）デバイスなどが挙げられる。また、領域７０６に含まれる製品としては、Ｐｉｘｅｌ  ＡＩ技術が適用された表示デバイスなどが挙げられる。なお、本明細書等において、Ｐｉｘｅｌ  ＡＩ技術とは、ディスプレイの画素回路に搭載されたＯＳ  ＦＥＴなどにより構成されるメモリを活用する技術をいう。
【０２８９】また、領域７０７に含まれる製品としては、上記領域７０１乃至領域７０６に含まれる、あらゆる製品を組み合わせた複合的な製品が挙げられる。
【０２９０】以上のように、本発明の一態様の半導体装置は、図２６に示すように、あらゆる製品領域に適用することが可能である。すなわち、本発明の一態様の半導体装置は、多くの市場に適用することが可能である。
【０２９１】本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２９２】１００：車両、１０１：トランジスタ、１０２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１０８：エアバッグ、１１０：音源検知装置、１１１：マイクロホンアレイ、１１２：遅延回路群、１１３：信号処理回路、１１４：ＡＤＣ、１１５：デジタル演算回路、１１６：マイクロホン、１１７：遅延回路、１２０：制御装置、１２１：記憶装置、１２２：演算装置、１２３：ニューラルネットワーク、１２４：ニューロン、１３０：信号出力装置、１３１：エアバッグ装置、１３２：エアバッグ装置、１３３ａ：エアバッグ装置、１３３ｂ：エアバッグ装置、１３４ａ：エアバッグ装置、１３４ｂ：エアバッグ装置、１４０：センサ、１５１：ステアリング、１５２：ダッシュボード、２００：車両警報装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２４Ｅ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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