特許 6618690 半導体装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6618690

(24)【登録日】2019年11月22日

(45)【発行日】2019年12月11日

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   G11C 11/405 20060101AFI20191202BHJP

   G11C 11/56 20060101ALI20191202BHJP

   H01L 27/10 20060101ALI20191202BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20191202BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20191202BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20191202BHJP

【ＦＩ】

   G11C11/405

   G11C11/56

   H01L27/10 311

   H01L29/78 301X

   H01L29/78 613B

   H01L29/78 618B

【請求項の数】11

【全頁数】80

(21)【出願番号】特願2015-44183(P2015-44183)

(22)【出願日】2015年3月6日

(65)【公開番号】特開2015-187904(P2015-187904A)

(43)【公開日】2015年10月29日

【審査請求日】2018年3月1日

(31)【優先権主張番号】特願2014-51988(P2014-51988)

(32)【優先日】2014年3月14日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-52001(P2014-52001)

(32)【優先日】2014年3月14日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000153878

【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所

(72)【発明者】

【氏名】木村 肇

(72)【発明者】

【氏名】熱海 知昭

(72)【発明者】

【氏名】山崎 舜平

【審査官】 津幡 貴生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３９０５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５６４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２７９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５１３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２２７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ１１Ｃ １１／４０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタの第１の端子は、第１の配線と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタの第２の端子は、第２の配線と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第１の回路は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量素子と、を有し、
前記第２のトランジスタの第１の端子は、前記第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのゲートは、前記第１の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタの第１の端子は、前記第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第２の回路は、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、
前記第４のトランジスタの第１の端子は、前記第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのゲートは、前記第２の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタの第１の端子は、前記第４のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第５のトランジスタのゲートと電気的に接続されている半導体装置。

【請求項2】

請求項１において、
第３の容量素子を有し、
前記第３の容量素子の第１の端子は、前記第１のトランジスタのゲートと電気的に接続されている半導体装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２において、
第６のトランジスタを有し、
前記第６のトランジスタの第１の端子は、前記第１のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第６のトランジスタの第２の端子は、第３の配線と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタのゲートは、第４の配線と電気的に接続されている半導体装置。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第２のトランジスタの第２の端子は、前記第３のトランジスタの第２の端子と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタの第２の端子は、前記第５のトランジスタの第２の端子と電気的に接続されている半導体装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記第１のトランジスタは、チャネル領域において、単結晶シリコンを有し、
前記第２乃至第５のトランジスタの各々は、チャネル領域において、酸化物半導体を有する半導体装置。

【請求項6】

第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、を有する半導体装置であって、
前記第１のトランジスタと、前記第２のトランジスタとは、第１の配線と第２の配線との間に、直列接続で、電気的に接続され、
前記第１のトランジスタの第１の端子は、前記第２のトランジスタの第１の端子と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第１の回路は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、を有し、
前記第３のトランジスタの第１の端子は、前記第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第１の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタの第１の端子は、前記第３のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第２の回路は、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、
前記第５のトランジスタの第１の端子は、前記第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのゲートは、前記第２の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタの第１の端子は、前記第５のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのゲートは、前記第６のトランジスタのゲートと電気的に接続されている半導体装置。

【請求項7】

請求項６において、
第７のトランジスタを有し、
前記第７のトランジスタの第１の端子は、前記第１のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第７のトランジスタの第２の端子は、第３の配線と電気的に接続され、
前記第７のトランジスタのゲートは、第４の配線と電気的に接続されている半導体装置。

【請求項8】

請求項６または請求項７において、
前記第３のトランジスタの第２の端子は、前記第４のトランジスタの第２の端子と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタの第２の端子は、前記第６のトランジスタの第２の端子と電気的に接続されている半導体装置。

【請求項9】

請求項６乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと、同じ極性を有する半導体装置。

【請求項10】

請求項６乃至請求項９のいずれか一において、
前記第１および第２のトランジスタの各々は、チャネル領域において、単結晶シリコンを有し、
前記第３乃至第６のトランジスタの各々は、チャネル領域において、酸化物半導体を有する半導体装置。

【請求項11】

請求項１乃至請求項１０のいずれか一において、
前記第１の回路は、１ビット以上の大きさの情報を記憶することができる機能を有し、
前記第２の回路は、１ビット以上の大きさの情報を記憶することができる機能を有する半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一態様は、酸化物半導体を有するトランジスタを有して構成される記憶装置、及び、その駆動方法に関する。

【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。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、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】

チャネル形成領域において、半導体シリコン（Ｓｉ）を有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタという）と、チャネル形成領域において、酸化物半導体（例えば、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを有する酸化物）を有するトランジスタと、を組み合わせて電源遮断後もデータの保持を可能にした半導体装置が注目されている（特許文献１参照）。

【0004】

近年、扱われるデータ量の増大に伴って、大きな記憶容量を有する半導体装置が求められている。そうした中で、前述した特許文献１に記載の半導体装置では、多値のデータを記憶し、該データを読み出す構成について開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２−２５６４００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般的に、半導体シリコンを有するトランジスタは、動作時の耐圧が小さい場合がある。つまり、半導体シリコンを有するトランジスタは、大きな電圧を加えて動作させると、様々な不具合が生じる場合がある。その不具合の例としては、アバランシェ降伏、半導体の接合部の破壊、ゲート絶縁膜の破壊、など、様々な現象があげられる。そのため、半導体シリコンを有するトランジスタでは、上記のような不具合が生じにくいようにするために、製造工程が複雑になってしまっている。また、半導体シリコンを有するトランジスタでは、上記のような不具合が生じにくくするために、動作時の電圧を小さくして、動作させている。その結果、多値のデータを記憶する半導体装置を構成する場合、記憶するデータのビット数が小さい値になってしまっている。

【0007】

そこで、本発明の一態様は、耐圧の高い半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、記憶容量の大きな半導体装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、多値の記憶装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一とする。

【0008】

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】

【0009】

本発明の一態様は、第１のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、を有する半導体装置であって、第１のトランジスタの第１の端子は、第１の配線と電気的に接続され、第１のトランジスタの第２の端子は、第２の配線と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、第１の回路は、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量素子と、を有し、第２のトランジスタの第１の端子は、第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第１の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、第３のトランジスタの第１の端子は、第２のトランジスタのゲートと電気的に接続され、第２の回路は、第４のトランジスタと、第５のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、第４のトランジスタの第１の端子は、第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、第４のトランジスタのゲートは、第２の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、第５のトランジスタの第１の端子は、第４のトランジスタのゲートと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0010】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第３の容量素子を有し、第３の容量素子の第１の端子は、第１のトランジスタのゲートと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0011】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第６のトランジスタを有し、第６のトランジスタの第１の端子は、第１のトランジスタのゲートと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0012】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第２のトランジスタの第２の端子は、第３のトランジスタの第２の端子と電気的に接続され、第４のトランジスタの第２の端子は、第５のトランジスタの第２の端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0013】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第１のトランジスタは、チャネル領域において、単結晶シリコンを有し、第２乃至第５のトランジスタは、チャネル領域において、酸化物半導体を有することを特徴とする半導体装置である。

【0014】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第２乃至第５のトランジスタは、互いに、同じ極性を有し、第１のトランジスタは、第２のトランジスタと、異なる極性を有することを特徴とする半導体装置である。

【0015】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第１のトランジスタのゲートの電位の振幅値は、第２のトランジスタのゲートの電位の振幅値よりも小さいことを特徴とする半導体装置である。

【0016】

または、本発明の一態様は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、を有する半導体装置であって、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとは、第１の配線と第２の配線との間に、直列接続で、電気的に接続され、第１のトランジスタの第１の端子は、第２のトランジスタの第１の端子と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、第１の回路は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、を有し、第３のトランジスタの第１の端子は、第１の回路の第１の端子と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第１の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、第４のトランジスタの第１の端子は、第３のトランジスタのゲートと電気的に接続され、第２の回路は、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、第２の容量素子と、を有し、第５のトランジスタの第１の端子は、第２の回路の第１の端子と電気的に接続され、第５のトランジスタのゲートは、第２の容量素子の第１の端子と電気的に接続され、第６のトランジスタの第１の端子は、第５のトランジスタのゲートと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0017】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第７のトランジスタを有し、第７のトランジスタの第１の端子は、第１のトランジスタのゲートと電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0018】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第３のトランジスタの第２の端子は、第４のトランジスタの第２の端子と電気的に接続され、第５のトランジスタの第２の端子は、第６のトランジスタの第２の端子と電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置である。

【0019】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第１のトランジスタは、第２のトランジスタと、同じ極性を有することを特徴とする半導体装置である。

【0020】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第１および第２のトランジスタは、チャネル領域において、単結晶シリコンを有し、第３乃至第６のトランジスタは、チャネル領域において、酸化物半導体を有することを特徴とする半導体装置である。

【0021】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第３乃至第６のトランジスタは、互いに、同じ極性を有し、第１のトランジスタは、第３のトランジスタと、異なる極性を有することを特徴とする半導体装置である。

【0022】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第１のトランジスタのゲートの電位の振幅値は、第３のトランジスタのゲートの電位の振幅値よりも小さいことを特徴とする半導体装置である。

【0023】

または、本発明の一態様は、上記構成において、第１の回路は、１ビット以上の大きさの情報を記憶することができる機能を有し、第２の回路は、１ビット以上の大きさの情報を記憶することができる機能を有することを特徴とする半導体装置である。

【0024】

または、本発明の一態様は、上記構成に記載の半導体装置と、表示装置と、を有することを特徴とする電子機器である。

【発明の効果】

【0025】

本発明の一態様によれば、耐圧の高い半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様によれば、記憶容量の大きな半導体装置を提供することができる。または、本発明の一態様によれば、多値の記憶装置を提供することができる。または、本発明の一態様によれば、新規な半導体装置を提供することができる。

【0026】

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】

【0027】

【図1】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図2】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図3】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図4】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図5】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図6】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図7】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図8】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図9】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図10】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図11】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図12】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図13】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図14】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図15】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図16】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図17】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図18】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図19】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図20】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図21】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図22】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図23】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図24】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図25】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図26】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図27】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図28】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図29】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図30】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図31】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図32】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図33】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図34】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図35】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図36】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図37】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図38】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図39】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図40】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図41】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図42】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図43】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図44】本発明の一態様に係る半導体装置の動作を示す図。

【図45】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図46】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図47】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図48】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図49】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図50】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図51】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図52】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図53】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図54】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図55】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図56】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図57】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図58】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図59】本発明の一態様に係る半導体装置を示す回路図。

【図60】酸化物半導体の断面における高分解能ＴＥＭ像および局所的なフーリエ変換像。

【図61】酸化物半導体膜のナノビーム電子回折パターンを示す図、および透過電子回折測定装置の一例を示す図。

【図62】電子照射による結晶部の変化を示す図。

【図63】透過電子回折測定による構造解析の一例を示す図、および平面における高分解能ＴＥＭ像。

【図64】本発明の一態様に係る半導体装置の断面模式図。

【図65】本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。

【図66】本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。

【図67】本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。

【図68】本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。

【図69】本発明の一態様に係る半導体装置の断面図。

【図70】本発明の一態様に係る半導体装置の作製工程を示すフローチャート図及び斜視模式図。

【図71】本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器。

【発明を実施するための形態】

【0028】

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。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。

【0029】

なお、図において、大きさ、膜（層）の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。

【0030】

また、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。

【0031】

なお、第１、第２として付される序数詞は便宜的に用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。よって、第１、第２、第３などの語句は、要素、部材、領域、層、区域などの数を限定するものではない。さらに、例えば、「第１の」を「第２の」又は「第３の」などと置き換えることが可能である。

【0032】

なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。従って、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。

【0033】

また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。従って、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。

【0034】

なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。

【0035】

なお、以下に示す実施の形態では、特に断りがない場合、絶縁体として、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一種以上含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。または、絶縁体として、樹脂を用いてもよい。例えば、ポリイミド、ポリアミド、アクリル、シリコーンなどを含む樹脂を用いればよい。樹脂を用いることで、絶縁体の上面を平坦化処理しなくてもよい場合がある。また、樹脂は短い時間で厚い膜を成膜することができるため、生産性を高めることができる。絶縁体としては、好ましくは酸化アルミニウム、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムまたは酸化タンタルを含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。

【0036】

また、以下に示す実施の形態では、特に断りがない場合、導電体として、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、タンタルまたはタングステンを一種以上含む導電体を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、合金膜や化合物膜であってもよく、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。

【0037】

なお、本明細書において、Ａが濃度Ｂの領域を有する、と記載する場合、例えば、Ａのある領域における深さ方向全体が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の平均値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の中央値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の最大値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の最小値が濃度Ｂである場合、Ａのある領域における深さ方向の収束値が濃度Ｂである場合、測定上Ａそのものの確からしい値の得られる領域が濃度Ｂである場合などを含む。

【0038】

また、本明細書において、Ａが大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂの領域を有する、と記載する場合、例えば、Ａのある領域における全体が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における平均値が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における中央値が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における最大値が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における最小値が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、Ａのある領域における収束値が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合、測定上Ａそのものの確からしい値の得られる領域が大きさＢ、長さＢ、厚さＢ、幅Ｂまたは距離Ｂである場合などを含む。

【0039】

なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

【0040】

チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

【0041】

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。

【0042】

ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。従って、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。

【0043】

なお、トランジスタの「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

【0044】

なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

【0045】

なお、図面における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図面で示していても、実際の回路や領域では、同じ回路ブロック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。また図面における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、実際の回路や領域では、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。

【0046】

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の回路について、その基本構成の一例を示す。

【0047】

図１に、回路１０１の一例を示す。回路１０１は、例えば、情報を記憶することができる機能を有している。つまり、回路１０１は、２値（１ビット）以上の情報を記憶することができる機能を有している。したがって、回路１０１は、メモリセルとしての機能を有しているとも言える。例えば、複数の回路１０１をマトリクス状に設けることによって、記憶装置を構成することができる。

【0048】

次に、回路１０１の回路構成の一例について述べる。回路１０１は、例えば、トランジスタ１０７を有している。回路１０１は、例えば、回路１１０を有している。なお、回路１１０は、回路１０１に複数設けられていてもよいし、１つだけ設けられていてもよい。図１では、一例として、回路１１０が、４個設けられている場合の例を示している。したがって、回路１０１は、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ、を有している。回路１１０は、端子１１２を有している。そして、端子１１２は、トランジスタ１０７のゲートと接続されている。したがって、回路１１０Ａは、端子１１２Ａを有し、回路１１０Ｂは、端子１１２Ｂを有し、回路１１０Ｃは、端子１１２Ｃを有し、回路１１０Ｄは、端子１１２Ｄを有している。そして、端子１１２Ａ、端子１１２Ｂ、端子１１２Ｃ、および、端子１１２Ｄは、トランジスタ１０７のゲートと接続されている。トランジスタ１０７のソースまたはドレインの一方は、配線１０３と接続されている。トランジスタ１０７のソースまたはドレインの他方は、配線１０５と接続されている。

【0049】

次に、回路１０１の機能の一例について述べる。回路１１０、例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄは、情報を記憶することができる機能を有している。一例としては、回路１１０、例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄは、２値（１ビット）の情報、または、２値（１ビット）よりも大きな情報を記憶する機能を有している。したがって、回路１０１が、回路１１０を複数個有している場合には、回路１０１は、４値（２ビット）以上の情報を記憶することができる。つまり、回路１０１は、多値のメモリセルとして、機能させることが出来る。なお、回路１０１が、回路１１０を１個有している場合には、回路１１０が記憶する情報量に応じて、回路１０１は、１ビットのメモリセルとして機能する場合と、多値のメモリセルとして機能する場合と、がある。

【0050】

回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）は、端子１１２（例えば、端子１１２Ａ、端子１１２Ｂ、端子１１２Ｃ、端子１１２Ｄ）を介して、トランジスタ１０７に情報を出力することが出来る。そして、トランジスタ１０７は、配線１０３、および、配線１０５を介して、情報を出力することができる。つまり、配線１０３、および、配線１０５を介して、回路１０１から、情報を読み出すことができる。つまり、配線１０３、または／および、配線１０５は、ビット線としての機能を有している。

【0051】

そして、回路１１０が複数設けられている場合、例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄが設けられている場合には、それぞれから、順次、トランジスタ１０７に情報を出力することが出来る。なお、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄのそれぞれが、２値（１ビット）よりも大きな情報を記憶している場合には、ある一つの回路１１０（例えば回路１１０Ａ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報の全てをトランジスタ１０７に出力したあとで、次の回路１１０（例えば回路１１０Ｂ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報の全てをトランジスタ１０７に出力してもよい。または、ある一つの回路１１０（例えば回路１１０Ａ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの一部の情報をトランジスタ１０７に出力したあとで、次の回路１１０（例えば回路１１０Ｂ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの一部の情報をトランジスタ１０７に出力してもよい。そして、その後で、再度、ある一つの回路１１０（例えば回路１１０Ａ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの別の一部の情報をトランジスタ１０７に出力し、その後、次の回路１１０（例えば回路１１０Ｂ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの別の一部の情報をトランジスタ１０７に出力してもよい。または、複数の回路１０１にわたって、記憶されている情報の一部ずつを読み出してもよい。

【0052】

ここで、トランジスタ１０７は、図１では、Ｐチャネル型の場合を示しているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図２には、Ｎチャネル型のトランジスタ１０７Ａの場合の例を示す。トランジスタ１０７は、例えば、スイッチとして機能することができる。よって、トランジスタの極性は、適宜変更することができる。極性に合わせて、それぞれの端子の電圧を調整すればよい。なお、トランジスタ１０７以外のトランジスタにおいても、適宜、極性を変更して構成することができる。

【0053】

なお、トランジスタ１０７のゲートには、端子１１２（例えば、端子１１２Ａ、端子１１２Ｂ、端子１１２Ｃ、端子１１２Ｄ）が接続されているが、さらに別の素子などが接続されていてもよい。さらに別の素子をトランジスタ１０７のゲートに接続することにより、例えば、トランジスタ１０７のゲートの電位を制御することが出来る。

【0054】

例えば、トランジスタ１０７のゲートに、容量素子１１６を接続した場合の例を、図３、図４に示す。容量素子１１６の一方の端子は、トランジスタ１０７のゲートに接続されている。容量素子１１６の他方の端子は、配線１１８に接続されている。

【0055】

配線１１８は、容量素子１１６を介して、トランジスタ１０７のゲートの電位を制御することができる機能を有している。つまり、配線１１８は、容量素子１１６の容量結合を利用して、トランジスタ１０７のゲートの電位を制御することができる機能を有している。例えば、トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合、配線１１８の電位を上げることによって、トランジスタ１０７のゲートの電位を上げて、その結果、トランジスタ１０７をオフ状態にすることができる。または、配線１１８の電位を下げることによって、トランジスタ１０７をオン状態にすることができる。なお、トランジスタ１０７ＡがＮチャネル型の場合、配線１１８の電位の大小関係は逆になる。そのため、トランジスタ１０７がオンになったことを検知することによって、回路１０１が記憶している情報を出力することができる。したがって、配線１１８は、回路１０１を選択することができる機能を有している。つまり、配線１１８は、ワード線としての機能を有している。配線１１８の電位を制御することにより、配線１１８と接続された複数の回路１０１、例えば、横一列に並んだ、１行分の回路１０１を選択することができる。

【0056】

なお、容量素子１１６は、図１、図２だけでなく、他の図面においても、同様に設けることが出来る。

【0057】

次に、トランジスタ１０７のゲートに接続される素子の例として、トランジスタ１２０の場合を図５に示す。なお、トランジスタ１０７、および、トランジスタ１２０は、Ｐチャネル型だけでなく、様々な極性をとることができる。トランジスタ１２０がＮチャネル型のトランジスタ１２０Ａである場合の例を、図６に示す。仮に、トランジスタ１０７、および、トランジスタ１２０をどちらも、Ｐチャネル型にすれば、単結晶シリコンを用いる場合、素子分離を行う必要がなくなる。そのため、レイアウト面積を小さくすることが出来る。

【0058】

トランジスタ１２０のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０７のゲートに接続されている。そのため、トランジスタ１２０のゲートに接続された配線１２２の電位を制御することにより、トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方の電位を、トランジスタ１０７のゲートに供給することができる。つまり、トランジスタ１２０は、スイッチとして機能することができる。なお、図５では、トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方は、配線１２４と接続されている。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方は、配線１２４以外の配線、例えば、配線１０５、配線１０３、配線１２２などに接続されていてもよい。または、トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方は、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）が有する配線と接続されていてもよい。それらの場合の例を、図７、図８に示す。つまり、トランジスタ１２０がオン状態となるときに、トランジスタ１０７のゲートを、所定の電位に制御できるようになっていればよい。

【0059】

ここで、トランジスタ１２０は、トランジスタ１０７のゲートの電位を制御することができる機能を有している。例えば、トランジスタ１２０は、トランジスタ１０７のゲートの電位を、所定の電位、例えば、トランジスタ１０７がオフ状態となるような電位にすることができる。または、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）から、トランジスタ１０７のゲートに、信号が出力される場合、その前に、トランジスタ１０７のゲートの電位を所定の電位に初期化することができる。つまり、トランジスタ１２０は、トランジスタ１０７のゲート電位を初期化することができる機能や、回路１０１を非選択状態にすることができる機能を有している。

【0060】

なお、トランジスタ１２０は、図１、図２だけでなく、他の図面においても、同様に設けることが出来る。例えば、図３、図４などにも設けることができる。その場合の例を、図９、図１０、図１１に示す。

【0061】

なお、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）が、２値（１ビット）よりも大きな情報を記憶する場合、信号処理のしやすさを考慮すると、一例としては、２のべき乗の値を取ること、つまり、ビット数で数えられる数値にすることが望ましい。ただし、本発明の一態様は、これに限定されず、任意の大きさの値を取ってもよい。

【0062】

具体的には、４値（２ビット）の情報、１６値（４ビット）の情報、６４値（６ビット）の情報、２５６値（８ビット）、或いは１０２４値（１０ビット）の情報を記憶する（或いは保持する）ことができる。例えば、回路１０１に回路１１０が２個（回路１１０Ａと回路１１０Ｂ）設けられている場合、回路１１０Ａに２状態、回路１１０Ｂに２状態、をそれぞれ保持することで、回路１０１は、４値（２値×２値、２ビットに対応）の情報を記憶することができる。例えば、回路１１０Ａに４状態、回路１１０Ｂに４状態、をそれぞれ保持することで、回路１０１は、１６値（４値×４値、４ビットに対応）の情報を記憶することができる。例えば、回路１１０Ａに８状態、回路１１０Ｂに８状態、をそれぞれ保持することで、回路１０１は、６４値（８値×８値、６ビットに対応）の情報を記憶することができる。例えば、回路１１０Ａに１６状態、回路１１０Ｂに１６状態、をそれぞれ保持することで、回路１０１は、２５６値（１６値×１６値、８ビットに対応）の情報を記憶することができる。例えば、回路１１０Ａに３２状態、回路１１０Ｂに３２状態、をそれぞれ保持することで、回路１０１は、１０２４値（３２値×３２値、１０ビットに対応）の情報を記憶することができる。このように、回路１０１は、回路１１０の個数の積で与えられる値の情報を記憶することができるため、記憶密度を向上することができる。

【0063】

なお、記憶できる情報数は、これらの値に限られず、様々な状態を記憶する（或いは保持する）ことが可能である。例えば、回路１０１に回路１１０が４個（回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）設けられている場合、回路１１０Ａにｋ１個の状態、回路１１０Ｂにｋ２個の状態、回路１１０Ｃにｋ３個の状態、回路１１０Ｄにｋ４個の状態、をそれぞれ保持することで、ｋ１×ｋ２×ｋ３×ｋ４値の情報を記憶することができる。さらに、その一部の状態をパリティチェックやエラー訂正に用いることもできる。その場合は、回路１０１が記憶することができる情報量としては、ｋ１×ｋ２×ｋ３×ｋ４値より少ない値となる。

【0064】

なお、回路１０１が有するトランジスタや、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）が有するトランジスタは、例えば、スイッチとして機能させることが出来る。

【0065】

例えば、本明細書等において、スイッチとしては、様々な形態のものを用いることができる。スイッチは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有し、例えば、経路１に電流を流すことが出来るようにするか、経路２に電流を流すことができるようにするかを選択して切り替える機能を有している。スイッチの一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。スイッチの一例としては、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど）、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）のように、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。

【0066】

なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、そのトランジスタは単なるスイッチとして動作するため、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。ただし、オフ電流を抑えたい場合、オフ電流が少ない方の極性のトランジスタを用いることが望ましい。オフ電流が少ないトランジスタの一例としては、ＬＤＤ領域を有するトランジスタ、又はマルチゲート構造を有するトランジスタなどがある。

【0067】

なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、スイッチとして動作させるトランジスタのソースの電位が、低電位側電源（Ｖｓｓ、ＧＮＤ、０Ｖなど）の電位に近い値で動作する場合は、スイッチとしてＮチャネル型トランジスタを用いることが望ましい。反対に、ソースの電位が、高電位側電源（Ｖｄｄなど）の電位に近い値で動作する場合は、スイッチとしてＰチャネル型トランジスタを用いることが望ましい。なぜなら、Ｎチャネル型トランジスタではソースが低電位側電源の電位に近い値で動作するとき、Ｐチャネル型トランジスタではソースが高電位側電源の電位に近い値で動作するとき、ゲートとソースとの間の電圧の絶対値を大きくできるからである。そのため、スイッチとして、より正確な動作を行うことができるからである。または、トランジスタがソースフォロワ動作をしてしまうことが少ないため、出力電圧の大きさが小さくなってしまうことが少ないからである。

【0068】

なお、スイッチとして、Ｎチャネル型トランジスタとＰチャネル型トランジスタとの両方を用いて、ＣＭＯＳ型のスイッチを用いてもよい。ＣＭＯＳ型のスイッチにすると、Ｐチャネル型トランジスタとＮチャネル型トランジスタとのどちらか一方が導通すれば、電流が流れるため、スイッチとして機能しやすくなる。よって、スイッチへの入力信号の電圧が高い場合でも、低い場合でも、適切に電圧を出力させることができる。または、スイッチをオン又はオフさせるための信号の電圧振幅値を小さくすることが出来るので、消費電力を小さくすることができる。

【0069】

なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、スイッチは、入力端子（ソースまたはドレインの一方）と、出力端子（ソースまたはドレインの他方）と、導通を制御する端子（ゲート）とを有している場合がある。一方、スイッチとしてダイオードを用いる場合、スイッチは、導通を制御する端子を有していない場合がある。したがって、トランジスタよりもダイオードをスイッチとして用いた方が、端子を制御するための配線を少なくすることが出来る。

【0070】

例えば、本明細書等において、トランジスタとして、様々な構造のトランジスタを用いることが出来る。よって、用いるトランジスタの種類に限定はない。トランジスタの一例としては、単結晶シリコンを有するトランジスタ、または、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶（マイクロクリスタル、ナノクリスタル、セミアモルファスとも言う）シリコンなどに代表される非単結晶半導体膜を有するトランジスタなどを用いることが出来る。または、それらの半導体を薄膜化した薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などを用いることが出来る。ＴＦＴを用いる場合、様々なメリットがある。例えば、単結晶シリコンの場合よりも低い温度で製造できるため、製造コストの削減、又は製造装置の大型化を図ることができる。製造装置を大きくできるため、大型基板上に製造できる。そのため、同時に多くの個数の表示装置を製造できるため、低コストで製造できる。または、製造温度が低いため、耐熱性の弱い基板を用いることができる。そのため、透光性を有する基板上にトランジスタを製造できる。または、透光性を有する基板上のトランジスタを用いて表示素子での光の透過を制御することが出来る。または、トランジスタの膜厚が薄いため、トランジスタを形成する膜の一部は、光を透過させることが出来る。そのため、開口率が向上させることができる。

【0071】

なお、多結晶シリコンを製造するときに、触媒（ニッケルなど）を用いることにより、結晶性をさらに向上させ、電気特性のよいトランジスタを製造することが可能となる。その結果、ゲートドライバ回路（走査線駆動回路）、ソースドライバ回路（信号線駆動回路）、及び信号処理回路（信号生成回路、ガンマ補正回路、ＤＡ変換回路など）を基板上に一体形成することが出来る。

【0072】

なお、微結晶シリコンを製造するときに、触媒（ニッケルなど）を用いることにより、結晶性をさらに向上させ、電気特性のよいトランジスタを製造することが可能となる。このとき、レーザー照射を行うことなく、熱処理を加えるだけで、結晶性を向上させることも可能である。その結果、ソースドライバ回路の一部（アナログスイッチなど）及びゲートドライバ回路（走査線駆動回路）を基板上に一体形成することが出来る。なお、結晶化のためにレーザー照射を行わない場合は、シリコンの結晶性のムラを抑えることができる。そのため、画質の向上した画像を表示することが出来る。ただし、触媒（ニッケルなど）を用いずに、多結晶シリコン又は微結晶シリコンを製造することは可能である。

【0073】

なお、シリコンの結晶性を、多結晶又は微結晶などへと向上させることは、パネル全体で行うことが望ましいが、それに限定されない。パネルの一部の領域のみにおいて、シリコンの結晶性を向上させてもよい。選択的に結晶性を向上させることは、レーザー光を選択的に照射することなどにより可能である。例えば、画素以外の領域である周辺回路領域にのみ、ゲートドライバ回路及びソースドライバ回路などの領域にのみ、又はソースドライバ回路の一部（例えば、アナログスイッチ）の領域にのみ、にレーザー光を照射してもよい。その結果、回路を高速に動作させる必要がある領域にのみ、シリコンの結晶化を向上させることができる。画素領域は、高速に動作させる必要性が低いため、結晶性が向上されなくても、問題なく画素回路を動作させることが出来る。こうすることによって、結晶性を向上させる領域が少なくて済むため、製造工程も短くすることが出来る。そのため、スループットが向上し、製造コストを低減させることが出来る。または、必要とされる製造装置の数も少ない数で製造できるため、製造コストを低減させることが出来る。

【0074】

なお、トランジスタの一例としては、化合物半導体（例えば、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓなど）、又は酸化物半導体（例えば、Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、Ｓｎ−Ｏ、Ｔｉ−Ｏ、Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＡＺＴＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏなど）などを有するトランジスタを用いることが出来る。または、これらの化合物半導体、又は、これらの酸化物半導体を薄膜化した薄膜トランジスタなどを用いることが出来る。これらにより、製造温度を低くできるので、例えば、室温でトランジスタを製造することが可能となる。その結果、耐熱性の低い基板、例えばプラスチック基板又はフィルム基板などに直接トランジスタを形成することが出来る。なお、これらの化合物半導体又は酸化物半導体を、トランジスタのチャネル部分に用いるだけでなく、それ以外の用途で用いることも出来る。例えば、これらの化合物半導体又は酸化物半導体を配線、抵抗素子、画素電極、又は透光性を有する電極などとして用いることができる。それらをトランジスタと同時に成膜又は形成することが可能なため、コストを低減できる。

【0075】

なお、トランジスタの一例としては、インクジェット法又は印刷法を用いて形成したトランジスタなどを用いることが出来る。これらにより、室温で製造、低真空度で製造、又は大型基板上に製造することができる。よって、マスク（レチクル）を用いなくても製造することが可能となるため、トランジスタのレイアウトを容易に変更することが出来る。または、レジストを用いずに製造することが可能なので、材料費が安くなり、工程数を削減できる。または、必要な部分にのみ膜を付けることが可能なので、全面に成膜した後でエッチングする、という製法よりも、材料が無駄にならず、低コストにできる。

【0076】

なお、トランジスタの一例としては、有機半導体やカーボンナノチューブを有するトランジスタ等を用いることができる。これらにより、曲げることが可能な基板上にトランジスタを形成することが出来る。有機半導体やカーボンナノチューブを有するトランジスタを用いた装置は、衝撃に強くすることができる。

【0077】

なお、トランジスタとしては、他にも様々な構造のトランジスタを用いることができる。例えば、トランジスタとして、ＭＯＳ型トランジスタ、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタなどを用いることが出来る。トランジスタとしてＭＯＳ型トランジスタを用いることにより、トランジスタのサイズを小さくすることが出来る。よって、複数のトランジスタを搭載することができる。トランジスタとしてバイポーラトランジスタを用いることにより、大きな電流を流すことが出来る。よって、高速に回路を動作させることができる。なお、ＭＯＳ型トランジスタとバイポーラトランジスタとを１つの基板に混在させて形成してもよい。これにより、低消費電力、小型化、高速動作などを実現することが出来る。

【0078】

例えば、本明細書等において、トランジスタの一例としては、ゲート電極が２個以上のマルチゲート構造のトランジスタを用いることができる。マルチゲート構造にすると、チャネル領域が直列に接続されるため、複数のトランジスタが直列に接続された構造となる。よって、マルチゲート構造により、オフ電流の低減、トランジスタの耐圧向上（信頼性の向上）を図ることができる。または、マルチゲート構造により、飽和領域で動作する時に、ドレインとソースとの間の電圧が変化しても、ドレインとソースとの間の電流があまり変化せず、傾きがフラットである電圧・電流特性を得ることができる。傾きがフラットである電圧・電流特性を利用すると、理想的な電流源回路、又は非常に高い抵抗値をもつ能動負荷を実現することが出来る。その結果、特性のよい差動回路又はカレントミラー回路などを実現することが出来る。

【0079】

なお、トランジスタの一例としては、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造のトランジスタを適用することができる。チャネルの上下にゲート電極が配置される構造にすることにより、複数のトランジスタが並列に接続されたような回路構成となる。よって、チャネル領域が増えるため、電流値の増加を図ることができる。または、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造にすることにより、空乏層ができやすくなるため、Ｓ値の改善を図ることができる。

【0080】

なお、トランジスタの一例としては、チャネル領域の上にゲート電極が配置されている構造、チャネル領域の下にゲート電極が配置されている構造、正スタガ構造、逆スタガ構造、チャネル領域を複数の領域に分けた構造、チャネル領域を並列に接続した構造、又はチャネル領域が直列に接続する構造などのトランジスタを用いることができる。または、トランジスタとして、プレーナ型、ＦＩＮ型（フィン型）、ＴＲＩ−ＧＡＴＥ型（トライゲート型）、トップゲート型、ボトムゲート型、ダブルゲート型（チャネルの上下にゲートが配置されている）、など、様々な構成をとることが出来る。

【0081】

なお、トランジスタの一例としては、チャネル領域（もしくはその一部）にソース電極やドレイン電極が重なっている構造のトランジスタを用いることができる。チャネル領域（もしくはその一部）にソース電極やドレイン電極が重なる構造にすることによって、チャネル領域の一部に電荷が溜まることにより動作が不安定になることを防ぐことができる。

【0082】

なお、トランジスタの一例としては、ＬＤＤ領域を設けた構造を適用できる。ＬＤＤ領域を設けることにより、オフ電流の低減、又はトランジスタの耐圧向上（信頼性の向上）を図ることができる。または、ＬＤＤ領域を設けることにより、飽和領域で動作する時に、ドレインとソースとの間の電圧が変化しても、ドレイン電流があまり変化せず、傾きがフラットな電圧・電流特性を得ることができる。

【0083】

例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板又はシリコン基板）、ＳＯＩ基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。

【0084】

また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成してもよい。または、基板とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載するために用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。

【0085】

つまり、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。

【0086】

なお、所定の機能を実現させるために必要な回路の全てを、同一の基板（例えば、ガラス基板、プラスチック基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板など）に形成することが可能である。こうして、部品点数の削減によるコストの低減、又は回路部品との接続点数の低減による信頼性の向上を図ることができる。

【0087】

なお、所定の機能を実現させるために必要な回路の全てを同じ基板に形成しないことが可能である。つまり、所定の機能を実現させるために必要な回路の一部は、ある基板に形成され、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部は、別の基板に形成されていることが可能である。例えば、所定の機能を実現させるために必要な回路の一部は、ガラス基板に形成され、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部は、単結晶基板（又はＳＯＩ基板）に形成されることが可能である。そして、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部が形成される単結晶基板（ＩＣチップともいう）を、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）によって、ガラス基板に接続して、ガラス基板にそのＩＣチップを配置することが可能である。または、ＩＣチップを、ＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）、ＳＭＴ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）、又はプリント基板などを用いてガラス基板と接続することが可能である。このように、回路の一部が画素部と同じ基板に形成されていることにより、部品点数の削減によるコストの低減、又は回路部品との接続点数の低減による信頼性の向上を図ることができる。特に、駆動電圧が大きい部分の回路、又は駆動周波数が高い部分の回路などは、消費電力が大きくなってしまう場合が多い。そこで、このような回路を、画素部とは別の基板（例えば単結晶基板）に形成して、ＩＣチップを構成する。このＩＣチップを用いることによって、消費電力の増加を防ぐことができる。

【0088】

例えば、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことが出来るものである。ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースとして機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例として、ソースとドレインとの一方を、第１端子、第１電極、又は第１領域と表記し、ソースとドレインとの他方を、第２端子、第２電極、又は第２領域と表記する場合がある。

【0089】

なお、トランジスタは、ベースとエミッタとコレクタとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であってもよい。この場合も同様に、一例として、エミッタとコレクタとの一方を、第１端子、第１電極、又は第１領域と表記し、エミッタとコレクタとの他方を、第２端子、第２電極、又は第２領域と表記する場合がある。なお、トランジスタとしてバイポーラトランジスタが用いられる場合、ゲートという表記をベースと言い換えることが可能である。

【0090】

例えば、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図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含むものとする。

【0091】

ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。

【0092】

ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。

【0093】

ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変換回路（ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成回路、記憶回路、制御回路など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。

【0094】

なお、ＸとＹとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合）と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合）とを含むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。

【0095】

なお、例えば、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１を介して（又は介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２を介して（又は介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２の一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。

【0096】

例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、Ｚ２は、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。

【0097】

なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。

【0098】

本実施の形態は、基本原理の一例について述べたものである。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部また全部と、自由に組み合わせ、適用し、置き換えて実施することができる。

【0099】

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１における回路１０１の駆動方法の一例について述べる。

【0100】

まず、図１の場合において、駆動方法の一例を述べる。なお、他の図面に示す回路１０１においても、同様に駆動させることができる。

【0101】

図１２（Ａ）に、一例として、回路１０１に、回路１１０が２個（回路１１０Ａと回路１１０Ｂ）設けられている場合について示す。なお、回路１１０の個数が変わったとしても、同様に動作させることが出来る。

【0102】

まず、図１２（Ａ）において、配線１０３と配線１０５とを利用して、信号を回路１０１から外へ出力する場合、つまり、回路１０１の情報を読み出す場合の駆動方法の例を、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ）、図１２（Ｅ）、図１２（Ｆ）、図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）など、に示す。なお、図面において、トランジスタの上に×印が記載されているものは、一例としては、トランジスタがオフ状態になっている場合を示している。また、図面において、矢印は、一例としては、電流が流れているところや、電位が変化したところなどを示している。

【0103】

まず、初期化を行う。図１２（Ｂ）に示すように、回路１１０Ａから、トランジスタ１０７がオフするような電位を出力して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する。トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）を出力する。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0104】

なお、初期化において、トランジスタ１０７が、チャネル領域において単結晶シリコンを有するトランジスタである場合には、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）は、５Ｖ以下、好ましくは、３Ｖ以下、より好ましくは１．５Ｖ以下である。このような値にすることにより、トランジスタ１０７に、不具合が生じにくくすることができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。

【0105】

なお、別の回路、例えば、回路１１０Ｂから、トランジスタ１０７のゲートの電位が初期化するような電位を出力してもよい。または、別の回路や別の素子を利用して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化してもよい。

【0106】

なお、既に、トランジスタ１０７がオフしている場合には、必ずしも、初期化を実行しなくてもよい場合がある。

【0107】

次に、回路１１０Ａからトランジスタ１０７のゲートへの信号の出力動作と、回路１０１からの信号の出力動作（回路１０１に記憶されている信号の読み取り）を行う。例えば、図１２（Ｃ）、及び、図１２（Ｄ）に示すように、回路１１０Ａから、トランジスタ１０７のゲートへ信号を出力する。図１２（Ｃ）と図１２（Ｄ）とは、それぞれ、異なる信号を出力した場合の例を示している。回路１１０Ａから出力される信号は、回路１１０Ａに記憶されている情報に応じた信号となっている。よって、図１２（Ｄ）では、トランジスタ１０７のゲートへ信号を出力しないことによって、回路１１０Ａに記憶されている情報を、トランジスタ１０７へ出力しているということができる。

【0108】

そして、回路１１０Ａからトランジスタ１０７のゲートへ出力される信号が、例えば、Ｌ信号（例えば、低電位側電源電圧（ＶＳＳ）や、接地電圧（ＶＧＮＤ））の場合には、図１２（Ｃ）に示すように、トランジスタ１０７がオンする。その結果、配線１０５と配線１０３との間が、導通状態となる。例えば、配線１０５に、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）が供給されているとすると、配線１０５から、トランジスタ１０７を介して、配線１０３に、電流が供給され、配線１０３の電位が上昇する。配線１０３には、信号を読み取ることができる機能を有する回路、例えば、センスアンプ回路などが接続されており、そのセンスアンプ回路などにおいて、配線１０３の電位、すなわち、回路１０１からの出力信号を読み取ることが出来る。

【0109】

一方、回路１１０Ａから、Ｈ信号（例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ））が出力された場合、または、回路１１０Ａから、信号が出力されなかった場合には、図１２（Ｄ）に示すように、トランジスタ１０７がオフのままになる。その結果、配線１０５と配線１０３との間が、非導通状態のままとなる。その結果として、センスアンプ回路などにおいて、配線１０３の電位、すなわち、回路１０１からの信号を読み取る。

【0110】

以上のような動作により、回路１１０Ａに保存されていた情報を読み取ることが出来る。つまり、回路１０１から、そこで保存されていた情報を出力することが出来る。

【0111】

なお、回路１１０Ａが、２値（１ビット）よりも大きな値を記憶していた場合、つまり、多値を保存していた場合には、その値に応じて、何度も、図１２（Ｂ）と、図１２（Ｃ）との間、または、図１２（Ｂ）と、図１２（Ｄ）との間、の動作を繰り返し実行して、どの場合に、トランジスタ１０７がオンになり、どの場合にトランジスタ１０７がオフになるかを読み取って、多値のデータを回路１０１から出力させてもよい。

【0112】

または、回路１１０Ａに、ランプ波形の信号や、のこぎり型の信号などを供給することによって、ある状態まではトランジスタ１０７がオフのままであり、所定の状態になったときに、トランジスタ１０７がオンになることを読み取って、多値のデータを回路１０１から出力させてもよい。つまり、回路１１０Ａに供給されるランプ波形の信号や、のこぎり型の信号の電位などから、どの値が回路１１０Ａに記録されているかを読み取ることにより、多値のデータを読み取ることが出来る。なお、この場合にも、図１２（Ｂ）のように、ランプ波形の信号や、のこぎり型の信号などを変化させている途中の段階で、トランジスタ１０７のゲート電位を初期化してもよい。

【0113】

以上により、回路１１０Ａについての動作が終了する。次に、回路１１０Ａと同様な動作を、別の回路１１０（例えば、回路１１０Ｂ）において、実行すればよい。念のために、簡単に以下に説明する。

【0114】

まず、図１２（Ｅ）に示すように、トランジスタ１０７を初期化する。図１２（Ｅ）は、図１２（Ｂ）の場合に対応している。

【0115】

次に、図１２（Ｆ）または図１３（Ａ）に示すように、トランジスタ１０７のゲートに回路１１０Ｂから信号を出力する。図１２（Ｆ）は、図１２（Ｃ）に対応し、図１３（Ａ）は、図１２（Ｄ）に対応する。そして、回路１０１から、信号を出力する。これにより、回路１１０Ｂの場合の動作が終了する。

【0116】

さらに、回路１１０が設けられている場合にも、同様な動作を繰り返す。

【0117】

最後に、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化することによって、トランジスタ１０７がオフ状態となるようにする。初期化方法は、図１２（Ｂ）や図１２（Ｅ）の場合と同様に実行すればよい。

【0118】

なお、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する場合、図１３（Ｂ）に示すように、複数の回路１１０から、実行してもよい。

【0119】

以上の動作により、回路１０１からの信号の読み取りが終了する。そして、図１３（Ｃ）に示すように、トランジスタ１０７は、オフ状態を維持することとなる。この動作により、回路１０１が非選択状態になったということができる。次に、もし、別の行に回路１０１が設けられている場合には、そこにおいても同様に、信号の読み取りなどが実行される。

【0120】

なお、図１２、図１３では、図１の場合の駆動方法の一例を示したが、他の図面においても、同様に動作させることが出来る。

【0121】

例えば、図５や図６の場合の駆動方法の一例を、図１４（Ａ）の構成を用いて、以下に示す。なお、図１４（Ａ）では、トランジスタ１２０やトランジスタ１２０Ａとして、スイッチ１２０Ｂを用いて示している。スイッチ１２０Ｂのオンとオフとは、例えば、配線１２２の電位を制御することによって、制御することができる。

【0122】

まず、図１４（Ａ）は、図１２（Ａ）に対して、スイッチ１２０Ｂが追加された構成に相当する。そのため、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する場合、図１４（Ａ）では、スイッチ１２０Ｂの導通状態を制御することによって、実行することが出来る。それ以外の動作は、概ね、図１２（Ａ）の場合と同様である。

【0123】

そこで、対応関係を示すと、図１４（Ｂ）は、図１２（Ｂ）に対応する。図１４（Ｂ）では、スイッチ１２０Ｂを介して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化することが出来る。したがって、トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、配線１２４は、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）を供給することができる。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0124】

次に、図１４（Ｃ）は、図１２（Ｃ）に対応する。図１４（Ｄ）は、図１２（Ｄ）に対応する。図１４（Ｅ）は、図１２（Ｅ）に対応する。図１４（Ｆ）は、図１２（Ｆ）に対応する。図１５（Ａ）は、図１３（Ａ）に対応する。図１５（Ｂ）は、図１３（Ｂ）に対応する。図１５（Ｃ）は、図１３（Ｃ）に対応する。

【0125】

なお、図５や図６の場合だけでなく、図７や図８などでも、同様に駆動させることが出来る。

【0126】

次に、別の例として、例えば、図３の場合の駆動方法の一例を、図１６（Ａ）の構成を用いて、以下に示す。

【0127】

まず、初期化を行う。図１６（Ｂ）に示すように、回路１１０Ａから、トランジスタ１０７がオフするような電位を出力して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する。トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）を出力する。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0128】

このとき、配線１１８は、トランジスタ１０７がオフするような電位になるようにしておく。つまり、回路１０１が、非選択状態となるような電位としておく。トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、例えば、配線１１８の電位は、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）にする。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0129】

なお、初期化において、トランジスタ１０７が、チャネル領域において単結晶シリコンを有するトランジスタである場合には、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）は、５Ｖ以下、好ましくは、３Ｖ以下、より好ましくは１．５Ｖ以下である。このような値にすることにより、トランジスタ１０７に、不具合が生じにくくすることができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。

【0130】

なお、別の回路、例えば、回路１１０Ｂから、トランジスタ１０７のゲートの電位が初期化するような電位を出力してもよい。または、別の回路や別の素子を利用して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化してもよい。

【0131】

なお、既に、トランジスタ１０７がオフしている場合には、必ずしも、初期化を実行しなくてもよい。

【0132】

なお、図１６（Ｂ）は、図１２（Ｂ）と対応した説明となっている。

【0133】

次に、回路１１０Ａからトランジスタ１０７のゲートへの信号の出力動作を行う。例えば、図１６（Ｃ）、及び、図１６（Ｄ）に示すように、回路１１０Ａから、トランジスタ１０７のゲートへ信号を出力する。図１６（Ｃ）と図１６（Ｄ）とは、それぞれ、異なる信号を出力した場合の例を示している。回路１１０Ａから出力される信号は、回路１１０Ａに記憶されている情報に応じた信号となっている。よって、図１６（Ｄ）では、トランジスタ１０７のゲートへ信号を出力しないことによって、回路１１０Ａに記憶されている情報を、トランジスタ１０７へ出力しているということができる。

【0134】

次に、回路１０１からの信号の出力動作（信号の読み取り）を行う。容量素子１１６の容量結合を利用して、回路１０１から出力される信号に応じてトランジスタ１０７がオン状態となることができるように、配線１１８の電位を制御する。これは、回路１０１を選択している動作を行っているともいえる。例えば、トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、例えば、配線１１８の電位は、低電位側電源電圧（ＶＳＳ）や、接地電圧（ＶＧＮＤ）にする。

【0135】

配線１１８の電位により、回路１１０Ａからトランジスタ１０７のゲートへ出力される信号が、例えば、Ｈ信号（例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ））の場合には、図１６（Ｅ）に示すように、トランジスタ１０７がオンする。その結果、配線１０５と配線１０３との間が、導通状態となる。例えば、配線１０５に、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）が供給されているとすると、配線１０５から、トランジスタ１０７を介して、配線１０３に、電流が供給され、配線１０３の電位が上昇する。配線１０３には、信号を読み取ることができる機能を有する回路、例えば、センスアンプ回路などが接続されており、そのセンスアンプ回路などにおいて、配線１０３の電位、すなわち、回路１０１からの出力信号を読み取ることが出来る。

【0136】

一方、回路１１０Ａから、ＨＨ信号（例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）よりもさらに高い電位、例えば、ＶＤＤＨと呼ぶことにする）が出力された場合には、または、回路１１０Ａから、信号が出力されなかった場合には、図１６（Ｆ）に示すように、トランジスタ１０７がオフのままになる。その結果、配線１０５と配線１０３との間が、非導通状態のままとなる。その結果として、センスアンプ回路などにおいて、配線１０３の電位、すなわち、回路１０１からの信号を読み取る。

【0137】

以上のような動作により、回路１１０Ａに保存されていた情報を読み取ることが出来る。つまり、回路１０１から、そこで保存されていた情報を出力することが出来る。

【0138】

なお、回路１１０Ａが、２値（１ビット）よりも大きな値を記憶していた場合、つまり、多値を保存していた場合には、その値に応じて、何度も、図１６（Ｂ）と、図１６（Ｃ）と、図１６（Ｅ）との間、または、図１６（Ｂ）と、図１６（Ｄ）と、図１６（Ｆ）との間、の動作を繰り返し実行して、どの場合に、トランジスタ１０７がオンになり、どの場合にトランジスタ１０７がオフになるかを読み取って、多値のデータを回路１０１から出力させてもよい。

【0139】

または、回路１１０Ａに、ランプ波形の信号や、のこぎり型の信号などを供給することによって、ある状態まではトランジスタ１０７がオフのままであり、所定の状態になったときに、トランジスタ１０７がオンになることを読み取って、多値のデータを回路１０１から出力させてもよい。つまり、回路１１０Ａに供給されるランプ波形の信号や、のこぎり型の信号の電位などから、どの値が回路１１０Ａに記録されているかを読み取ることにより、多値のデータを読み取ることが出来る。なお、この場合にも、図１２（Ｂ）における動作と同様、ランプ波形の信号や、のこぎり型の信号などを変化させている途中の段階で、トランジスタ１０７のゲート電位を初期化してもよい。

【0140】

そして、最後に、図１７（Ａ）に示すように、配線１１８の電位を戻すことによって、トランジスタ１０７がオフ状態となるようにする。

【0141】

以上により、回路１１０Ａについての動作が終了する。次に、回路１１０Ａと同様な動作を、別の回路１１０（例えば、回路１１０Ｂ）において、実行すればよい。念のために、簡単に以下に説明する。

【0142】

まず、図１７（Ｂ）に示すように、トランジスタ１０７を初期化する。図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）の場合に対応している。

【0143】

次に、図１７（Ｃ）または図１７（Ｄ）に示すように、トランジスタ１０７のゲートに回路１１０Ｂから信号を出力する。図１７（Ｃ）は、図１６（Ｃ）に対応し、図１７（Ｄ）は、図１６（Ｄ）に対応する。

【0144】

そして、図１７（Ｅ）または図１７（Ｆ）に示すように、配線１１８の電位を制御することによって、回路１０１から、信号を出力する。図１７（Ｅ）は、図１６（Ｅ）に対応し、図１７（Ｆ）は、図１６（Ｆ）に対応する。

【0145】

そして、最後に、図１８（Ａ）に示すように、配線１１８の電位を戻すことによって、トランジスタ１０７がオフ状態となるようにする。図１８（Ａ）は、図１７（Ａ）に対応する。

【0146】

これにより、回路１１０Ｂの場合の動作が終了する。

【0147】

さらに、回路１１０が設けられている場合にも、同様な動作を繰り返す。

【0148】

最後に、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化することによって、トランジスタ１０７がオフ状態となるようにする。初期化方法は、図１６（Ｂ）や図１７（Ｂ）の場合と同様に実行すればよい。

【0149】

なお、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する場合、図１８（Ｂ）に示すように、複数の回路１１０から、実行してもよい。

【0150】

なお、配線１１８の電位を制御することによって、トランジスタ１０７は、オフ状態となっているので、必ずしも、初期化は行わなくてもよい。

【0151】

以上の動作により、回路１０１からの信号の読み取りが終了する。そして、図１８（Ｃ）に示すように、トランジスタ１０７は、オフ状態を維持することとなる。次に、もし、別の行に回路１０１が設けられている場合には、そこにおいても同様に、信号の読み取りなどが実行される。

【0152】

なお、図１６、図１７、図１８では、図３の場合の駆動方法の一例を示したが、他の図面においても、同様に動作させることが出来る。

【0153】

例えば、図９の場合の駆動方法の一例を、図１９（Ａ）の構成を用いて、以下に示す。なお、図１９（Ａ）では、トランジスタ１２０として、スイッチ１２０Ｂを用いて示している。スイッチ１２０Ｂのオンとオフとは、例えば、配線１２２の電位を制御することによって、制御することができる。

【0154】

まず、図１９（Ａ）は、図１６（Ａ）に対して、スイッチ１２０Ｂが追加された構成に相当する。そのため、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する場合、図１９（Ａ）では、スイッチ１２０Ｂの導通状態を制御することによって、実行することが出来る。それ以外は、概ね、図１６（Ａ）の場合と同様である。

【0155】

そこで、対応関係を示すと、図１９（Ｂ）は、図１６（Ｂ）に対応する。図１９（Ｂ）では、スイッチ１２０Ｂを介して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化することが出来る。したがって、トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、配線１２４は、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）を供給することができる。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0156】

次に、図１９（Ｃ）は、図１６（Ｃ）に対応する。図１９（Ｄ）は、図１６（Ｄ）に対応する。図１９（Ｅ）は、図１６（Ｅ）に対応する。図１９（Ｆ）は、図１６（Ｆ）に対応する。図２０（Ａ）は、図１７（Ａ）に対応する。図２０（Ｂ）は、図１７（Ｂ）に対応する。図２０（Ｃ）は、図１７（Ｃ）に対応する。図２０（Ｄ）は、図１７（Ｄ）に対応する。図２０（Ｅ）は、図１７（Ｅ）に対応する。図２０（Ｆ）は、図１７（Ｆ）に対応する。図２１（Ａ）は、図１８（Ａ）に対応する。図２１（Ｂ）は、図１８（Ｂ）に対応する。図２１（Ｃ）は、図１８（Ｃ）に対応する。

【0157】

なお、図９の場合だけでなく、図１０や図１１などでも、同様に駆動させることが出来る。

【0158】

本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせ、適用し、置き換えて実施することができる。

【0159】

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した本発明の一態様の回路の変形例について、その基本構成の一例を示す。なお、以下に説明する以外の構成については、実施の形態１の構成を援用することができる。

【0160】

図２２に、回路１０１の一例を示す。回路１０１は、例えば、トランジスタ１０７と、トランジスタ１１４と、を有している。回路１０１は、例えば、回路１１０を有している。なお、回路１１０は、回路１０１に複数設けられていてもよいし、１つだけ設けられていてもよい。図２２では、一例として、回路１１０が、４個設けられている場合の例を示している。したがって、回路１０１は、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ、を有している。回路１１０は、端子１１２を有している。そして、端子１１２は、トランジスタ１０７のゲートと接続されている。したがって、回路１１０Ａは、端子１１２Ａを有し、回路１１０Ｂは、端子１１２Ｂを有し、回路１１０Ｃは、端子１１２Ｃを有し、回路１１０Ｄは、端子１１２Ｄを有している。そして、端子１１２Ａ、端子１１２Ｂ、端子１１２Ｃ、および、端子１１２Ｄは、トランジスタ１０７のゲートと接続されている。トランジスタ１０７のソースまたはドレインの一方は、配線１０３と接続されている。トランジスタ１０７のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１１４のソースまたはドレインの一方と接続されている。トランジスタ１１４のソースまたはドレインの他方は、配線１０５と接続されている。

【0161】

回路１０１の機能の一例は、実施の形態１と同様である。回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）は、端子１１２（例えば、端子１１２Ａ、端子１１２Ｂ、端子１１２Ｃ、端子１１２Ｄ）を介して、トランジスタ１０７に情報を出力することが出来る。そして、トランジスタ１０７は、配線１０３、配線１０５、および、トランジスタ１１４を介して、情報を出力することができる。つまり、配線１０３、配線１０５、および、トランジスタ１１４を介して、回路１０１から、情報を読み出すことができる。つまり、配線１０３、または／および、配線１０５は、ビット線としての機能を有している。

【0162】

トランジスタ１１４のゲートには、配線１１３が接続されている。配線１１３の電位を制御することによって、トランジスタ１１４の導通状態（オンとオフ）を制御することができる。トランジスタ１１４がオンになると、トランジスタ１０７は、配線１０３、配線１０５、および、トランジスタ１１４を介して、情報を出力することができる。したがって、配線１１３は、回路１０１を選択することができる機能を有している。つまり、配線１１３は、ワード線としての機能を有している。配線１１３の電位を制御することにより、配線１１３と接続された複数の回路１０１、例えば、横一列に並んだ、１行分の回路１０１を選択することができる。

【0163】

なお、トランジスタ１０７とトランジスタ１１４とは、配線１０３と、配線１０５との間に、直列接続で接続されていればよい。その場合の例を、図２３に示す。

【0164】

そして、回路１１０が複数設けられている場合、例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄが設けられている場合には、それぞれから、順次、トランジスタ１０７に情報を出力することが出来る。なお、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄのそれぞれが、２値（１ビット）よりも大きな情報を記憶している場合には、ある一つの回路１１０（例えば回路１１０Ａ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報の全てをトランジスタ１０７に出力したあとで、次の回路１１０（例えば回路１１０Ｂ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報の全てをトランジスタ１０７に出力してもよい。または、ある一つの回路１１０（例えば回路１１０Ａ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの一部の情報をトランジスタ１０７に出力したあとで、次の回路１１０（例えば回路１１０Ｂ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの一部の情報をトランジスタ１０７に出力してもよい。そして、その後で、再度、ある一つの回路１１０（例えば回路１１０Ａ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの別の一部の情報をトランジスタ１０７に出力し、その後、次の回路１１０（例えば回路１１０Ｂ）から、２値（１ビット）よりも大きな情報のうちの別の一部の情報をトランジスタ１０７に出力してもよい。または、複数の回路１０１にわたって、記憶されている情報の一部ずつを読み出してもよい。

【0165】

ここで、トランジスタ１０７とトランジスタ１１４は、図２２や図２３では、Ｐチャネル型の場合を示しているが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図２４や図２５には、Ｎチャネル型のトランジスタ１０７Ａと、Ｎチャネル型のトランジスタ１１４Ａの場合の例を示す。なお、トランジスタ１０７とトランジスタ１１４とは、互いに異なる極性を有していてもよい。しかし、トランジスタ１０７とトランジスタ１１４とで、同じ極性とすることにより、素子分離が不要になり、不純物領域を共用できることなどから、レイアウト面積を小さくすることができるので、好適である。トランジスタ１０７、および／または、トランジスタ１１４は、例えば、スイッチとして機能することができる。よって、トランジスタの極性は、適宜変更することができる。極性に合わせて、それぞれの端子の電圧を調整すればよい。なお、トランジスタ１０７とトランジスタ１１４以外のトランジスタにおいても、適宜、極性を変更して構成することができる。

【0166】

なお、トランジスタ１０７のゲートには、容量素子１１６を接続してもよい。この容量素子１１６を設けることによって、トランジスタ１０７のゲートの電位を保持しやすくすることができる。ただし、容量素子１１６を設けなくても、トランジスタ１０７の寄生容量（ゲート容量）によって、信号は保持することが出来る。一例として、図２２において、容量素子１１６の一方の端子をトランジスタ１０７のゲートに接続した場合の例を図２６に示す。なお、他の図面においても同様に、容量素子１１６を設けることができる。なお、図２６では、容量素子１１６の他方の端子は、接地されている。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。容量素子１１６の他方の端子は、一定の電位が供給されていればよい。したがって、ＶＤＤ、ＶＳＳ、ＶＧＮＤなど、様々な電位が供給されていてもよい。

【0167】

なお、トランジスタ１０７のゲートには、端子１１２（例えば、端子１１２Ａ、端子１１２Ｂ、端子１１２Ｃ、端子１１２Ｄ）が接続されているが、さらに別の素子などが接続されていてもよい。さらに別の素子をトランジスタ１０７のゲートに接続することにより、例えば、トランジスタ１０７のゲートの電位を制御することが出来る。

【0168】

トランジスタ１０７のゲートに接続される素子の例として、トランジスタ１２０の場合を図２７に示す。なお、トランジスタ１０７、および、トランジスタ１２０は、Ｐチャネル型だけでなく、様々な極性をとることができる。トランジスタ１２０がＮチャネル型のトランジスタ１２０Ａである場合の例を、図２８に示す。仮に、トランジスタ１０７、トランジスタ１１４、および、トランジスタ１２０を全て、Ｐチャネル型にすれば、単結晶シリコンを用いる場合、素子分離を行う必要がなくなる。そのため、レイアウト面積を小さくすることが出来る。

【0169】

トランジスタ１２０のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０７のゲートに接続されている。そのため、トランジスタ１２０のゲートに接続された配線１２２の電位を制御することにより、トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方の電位を、トランジスタ１０７のゲートに供給することができる。つまり、トランジスタ１２０は、スイッチとして機能することができる。なお、図２７では、トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方は、配線１２４と接続されている。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方は、配線１２４以外の配線、例えば、配線１０５、配線１０３、配線１２２などに接続されていてもよい。または、トランジスタ１２０のソースまたはドレインの他方は、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）が有する配線と接続されていてもよい。それらの場合の例を、図２９、図３０に示す。つまり、トランジスタ１２０がオン状態となるときに、トランジスタ１０７のゲートを、所定の電位に制御できるようになっていればよい。

【0170】

ここで、トランジスタ１２０は、トランジスタ１０７のゲートの電位を制御することができる機能を有している。例えば、トランジスタ１２０は、トランジスタ１０７のゲートの電位を、所定の電位、例えば、トランジスタ１０７がオフ状態となるような電位にすることができる。または、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）から、トランジスタ１０７のゲートに、信号が出力される場合、その前に、トランジスタ１０７のゲートの電位を所定の電位に初期化することができる。つまり、トランジスタ１２０は、トランジスタ１０７のゲート電位を初期化することができる機能を有している。

【0171】

なお、トランジスタ１２０は、図２２、図２４だけでなく、他の図面においても、同様に設けることが出来る。

【0172】

なお、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）が、２値（１ビット）よりも大きな情報を記憶する場合、信号処理のしやすさを考慮すると、一例としては、２のべき乗の値を取ること、つまり、ビット数で数えられる数値にすることが望ましい。ただし、本発明の一態様は、これに限定されず、任意の大きさの値を取ってもよい。回路１１０に記憶することができる情報の具体例は、実施の形態１と同様である。

【0173】

また、回路１０１が有するトランジスタや、回路１１０（例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ）が有するトランジスタは、例えば、スイッチとして機能させることが出来る。このようなトランジスタやスイッチとしては、実施の形態１で説明するトランジスタやスイッチを用いることができる。

【0174】

本実施の形態は、基本原理の一例について述べたものである。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部また全部と、自由に組み合わせ、適用し、置き換えて実施することができる。

【0175】

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態３における回路１０１の駆動方法の一例について述べる。なお、以下に説明する以外の構成や駆動方法については、実施の形態２の説明を援用することができる。

【0176】

まず、図２２の場合において、駆動方法の一例を述べる。なお、他の図面に示す回路１０１においても、同様に駆動させることができる。

【0177】

図３１（Ａ）に、一例として、回路１０１に、回路１１０が２個（回路１１０Ａと回路１１０Ｂ）設けられている場合について示す。なお、回路１１０の個数が変わったとしても、同様に動作させることが出来る。

【0178】

まず、図３１（Ａ）において、配線１０３と配線１０５とを利用して、信号を回路１０１から外へ出力する場合、つまり、回路１０１の情報を読み出す場合の駆動方法の例を、図３１（Ｂ）、図３１（Ｃ）、図３１（Ｄ）、図３１（Ｅ）、図３１（Ｆ）、図３２（Ａ）、図３２（Ｂ）、図３２（Ｃ）、図３２（Ｄ）、図３２（Ｅ）、図３２（Ｆ）、図３３（Ａ）、図３３（Ｂ）、図３３（Ｃ）など、に示す。なお、図面において、トランジスタの上に×印が記載されているものは、一例としては、トランジスタがオフ状態になっている場合を示している。また、図面において、矢印は、一例としては、電流が流れているところや、電位が変化したところなどを示している。

【0179】

まず、初期化を行う。図３１（Ｂ）に示すように、回路１１０Ａから、トランジスタ１０７がオフするような電位を出力して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する。トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）を出力する。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0180】

このとき、配線１１３は、トランジスタ１１４がオフするような電位になるようにしておく。つまり、回路１０１が、非選択状態となるような電位としておく。トランジスタ１１４がＰチャネル型の場合には、例えば、配線１１３の電位は、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）にする。トランジスタ１１４がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0181】

なお、初期化において、トランジスタ１０７が、チャネル領域において単結晶シリコンを有するトランジスタである場合には、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）は、５Ｖ以下、好ましくは、３Ｖ以下、より好ましくは１．５Ｖ以下である。このような値にすることにより、トランジスタ１０７に、不具合が生じにくくすることができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。

【0182】

なお、別の回路、例えば、回路１１０Ｂから、トランジスタ１０７のゲートの電位が初期化するような電位を出力してもよい。または、別の回路や別の素子を利用して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化してもよい。

【0183】

なお、既に、トランジスタ１０７がオフしている場合には、必ずしも、初期化を実行しなくてもよい。

【0184】

次に、回路１１０Ａからトランジスタ１０７のゲートへの信号の出力動作を行う。例えば、図３１（Ｃ）、及び、図３１（Ｄ）に示すように、回路１１０Ａから、トランジスタ１０７のゲートへ信号を出力する。図３１（Ｃ）と図３１（Ｄ）とは、それぞれ、異なる信号を出力した場合の例を示している。回路１１０Ａから出力される信号は、回路１１０Ａに記憶されている情報に応じた信号となっている。例えば、図３１（Ｃ）の場合には、信号の電位は、Ｌ信号（例えば、低電位側電源電圧（ＶＳＳ）や、接地電圧（ＶＧＮＤ））にする。例えば、図３１（Ｄ）の場合には、信号の電位は、Ｈ信号（例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ））にする。よって、図３１（Ｄ）では、トランジスタ１０７のゲートへ信号を出力しないことによって、回路１１０Ａに記憶されている情報を、トランジスタ１０７へ出力しているということができる。

【0185】

次に、回路１０１からの信号の出力動作（信号の読み取り）を行う。トランジスタ１１４がオン状態となることができるように、配線１１３の電位を制御する。これは、回路１０１を選択している動作を行っているともいえる。例えば、トランジスタ１１４がＰチャネル型の場合には、例えば、配線１１３の電位は、低電位側電源電圧（ＶＳＳ）や、接地電圧（ＶＧＮＤ）にする。

【0186】

配線１１３の電位により、回路１１０Ａからトランジスタ１０７のゲートへ出力される信号が、例えば、Ｌ信号（例えば、低電位側電源電圧（ＶＳＳ）や、接地電圧（ＶＧＮＤ））の場合には、図３１（Ｅ）に示すように、トランジスタ１０７がオンする。その結果、配線１０５と配線１０３との間が、導通状態となる。例えば、配線１０５に、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）が供給されているとすると、配線１０５から、トランジスタ１０７とトランジスタ１１４とを介して、配線１０３に、電流が供給され、配線１０３の電位が上昇する。配線１０３には、信号を読み取ることができる機能を有する回路、例えば、センスアンプ回路などが接続されており、そのセンスアンプ回路などにおいて、配線１０３の電位、すなわち、回路１０１からの出力信号を読み取ることが出来る。

【0187】

一方、回路１１０Ａから、Ｈ信号（例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ））が出力された場合には、または、回路１１０Ａから、信号が出力されなかった場合には、図３１（Ｆ）に示すように、トランジスタ１０７がオフのままになる。その結果、配線１０５と配線１０３との間が、非導通状態のままとなる。その結果として、センスアンプ回路などにおいて、配線１０３の電位、すなわち、回路１０１からの信号を読み取る。

【0188】

以上のような動作により、回路１１０Ａに保存されていた情報を読み取ることが出来る。つまり、回路１０１から、そこで保存されていた情報を出力することが出来る。

【0189】

なお、回路１１０Ａが、２値（１ビット）よりも大きな値を記憶していた場合、つまり、多値を保存していた場合には、その値に応じて、何度も、図３１（Ｂ）と、図３１（Ｃ）と、図３１（Ｅ）との間、または、図３１（Ｂ）と、図３１（Ｄ）と、図３１（Ｆ）との間、の動作を繰り返し実行して、どの場合に、トランジスタ１０７がオンになり、どの場合にトランジスタ１０７がオフになるかを読み取って、多値のデータを回路１０１から出力させてもよい。

【0190】

または、回路１１０Ａに、ランプ波形の信号や、のこぎり型の信号などを供給することによって、ある状態まではトランジスタ１０７がオフのままであり、所定の状態になったときに、トランジスタ１０７がオンになることを読み取って、多値のデータを回路１０１から出力させてもよい。つまり、回路１１０Ａに供給されるランプ波形の信号や、のこぎり型の信号の電位などから、どの値が回路１１０Ａに記録されているかを読み取ることにより、多値のデータを読み取ることが出来る。なお、この場合にも、図３１（Ｂ）のように、ランプ波形の信号や、のこぎり型の信号などを変化させている途中の段階で、トランジスタ１０７のゲート電位を初期化してもよい。

【0191】

そして、最後に、図３２（Ａ）に示すように、配線１１３の電位を戻すことによって、トランジスタ１１４がオフ状態となるようにする。

【0192】

以上により、回路１１０Ａについての動作が終了する。次に、回路１１０Ａと同様な動作を、別の回路１１０（例えば、回路１１０Ｂ）において、実行すればよい。念のために、簡単に以下に説明する。

【0193】

まず、図３２（Ｂ）に示すように、トランジスタ１０７を初期化する。図３２（Ｂ）は、図３１（Ｂ）の場合に対応している。

【0194】

次に、図３２（Ｃ）または図３２（Ｄ）に示すように、トランジスタ１０７のゲートに回路１１０Ｂから信号を出力する。図３２（Ｃ）は、図３１（Ｃ）に対応し、図３２（Ｄ）は、図３１（Ｄ）に対応する。

【0195】

そして、図３２（Ｅ）または図３２（Ｆ）に示すように、配線１１３の電位を制御することによって、回路１０１から、信号を出力する。図３２（Ｅ）は、図３１（Ｅ）に対応し、図３２（Ｆ）は、図３１（Ｆ）に対応する。

【0196】

そして、最後に、図３３（Ａ）に示すように、配線１１３の電位を戻すことによって、トランジスタ１１４がオフ状態となるようにする。図３３（Ａ）は、図３２（Ａ）に対応する。

【0197】

これにより、回路１１０Ｂの場合の動作が終了する。

【0198】

さらに、回路１１０が設けられている場合にも、同様な動作を繰り返す。

【0199】

最後に、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化することによって、トランジスタ１０７がオフ状態となるようにする。初期化方法は、図３１（Ｂ）や図３２（Ｂ）の場合と同様に実行すればよい。

【0200】

なお、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する場合、図３３（Ｂ）に示すように、複数の回路１１０から、実行してもよい。

【0201】

なお、配線１１３の電位を制御することによって、トランジスタ１１４は、オフ状態となっているので、必ずしも、初期化は行わなくてもよい。

【0202】

以上の動作により、回路１０１からの信号の読み取りが終了する。そして、図３３（Ｃ）に示すように、トランジスタ１１４は、オフ状態を維持することとなる。次に、もし、別の行に回路１０１が設けられている場合には、そこにおいても同様に、信号の読み取りなどが実行される。

【0203】

なお、図３１、図３２、図３３では、図２２の場合の駆動方法の一例を示したが、他の図面においても、同様に動作させることが出来る。

【0204】

例えば、図２７の場合の駆動方法の一例を、図３４（Ａ）の構成を用いて、以下に示す。なお、図３４（Ａ）では、トランジスタ１２０として、スイッチ１２０Ｂを用いて示している。スイッチ１２０Ｂのオンとオフとは、例えば、配線１２２の電位を制御することによって、制御することができる。

【0205】

まず、図３４（Ａ）は、図３１（Ａ）に対して、スイッチ１２０Ｂが追加された構成に相当する。そのため、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する場合、図３４（Ａ）では、スイッチ１２０Ｂの導通状態を制御することによって、実行することが出来る。それ以外の動作は、概ね、図３１（Ａ）の場合と同様である。

【0206】

そこで、対応関係を示すと、図３４（Ｂ）は、図３１（Ｂ）に対応する。図３４（Ｂ）では、スイッチ１２０Ｂを介して、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化することが出来る。したがって、トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、配線１２４は、例えば、高電位側電源電圧（ＶＤＤ）を供給することができる。トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、大小関係が逆の電位となる。

【0207】

次に、図３４（Ｃ）は、図３１（Ｃ）に対応する。図３４（Ｄ）は、図３１（Ｄ）に対応する。図３４（Ｅ）は、図３１（Ｅ）に対応する。図３４（Ｆ）は、図３１（Ｆ）に対応する。図３５（Ａ）は、図３２（Ａ）に対応する。図３５（Ｂ）は、図３２（Ｂ）に対応する。図３５（Ｃ）は、図３２（Ｃ）に対応する。図３５（Ｄ）は、図３２（Ｄ）に対応する。図３５（Ｅ）は、図３２（Ｅ）に対応する。図３５（Ｆ）は、図３２（Ｆ）に対応する。図３６（Ａ）は、図３３（Ａ）に対応する。図３６（Ｂ）は、図３３（Ｂ）に対応する。

【0208】

本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせ、適用し、置き換えて実施することができる。

【0209】

（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態１乃至４で説明した回路１１０の具体的な回路構成の一例について述べる。

【0210】

回路１１０は、回路１０１に、例えば、１個以上設けられる。よって、本実施の形態で一例として示す回路１１０は、例えば、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ、などに適用することが出来る。なお、１つの回路１０１が有する回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ、などにおいて、例えば、それぞれ、異なる回路構成を有していてもよい。つまり、回路１１０として、様々な回路構成を採用することが出来る場合、１つの回路１０１が有する、回路１１０Ａ、回路１１０Ｂ、回路１１０Ｃ、回路１１０Ｄ、などにおいて、それぞれ、異なる回路構成を適用してもよいし、少なくとも一部、または、全部において、同一の回路構成を適用してもよい。

【0211】

まず、一例として、回路１１０の例を図３７に示す。回路１１０は、例えば、トランジスタ１２６と、トランジスタ１２８と、容量素子１３０とを有している。そして、トランジスタ１２６と、トランジスタ１２８と、容量素子１３０は、図３７に示すように、配線１３２、配線１３４、配線１３６、配線１３８などと、接続されている。ここで、端子１１２は、トランジスタ１２６のソースまたはドレインの一方と接続されている。

【0212】

なお、配線１３６と、配線１３８とは、異なる配線として設けられているが、本発明の一態様は、これに限定されない。各動作状態に応じて、配線の電位を制御することにより、配線１３６と、配線１３８とは、一本に配線にまとめることができる。その場合の例を、図３８に示す。

【0213】

次に、一例として、図３７に示す回路１１０、つまり、図３９（Ａ）に示す回路１１０の動作方法の一例を、以下に示す。

【0214】

まず、回路１１０は、例えば、次のような動作状態を有している。ただし、回路１０１の回路構成によっては、有する動作状態が異なる場合もある。または、さらに別の動作状態を有する場合もある。または、一部の動作状態を有さない場合もある。なお、以下に示す工程は、以下に示す順序で実行されるものには、限定されない。

【0215】

まず、１つ目の工程は、回路１１０を初期化する工程である。回路１１０に信号を入力する前に、初期状態に戻す工程である。この工程は、状況に応じて、または、回路１０１の回路構成によっては、不要な場合がある。

【0216】

２つ目の工程は、回路１１０に、信号を入力する工程である。回路１１０は、入力された信号を保持することができる機能を有している。

【0217】

３つ目の工程は、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する工程である。これは、回路１０１の回路構成によっては、不要な場合がある。

【0218】

４つ目の工程は、回路１１０から、トランジスタ１０７のゲートに、信号を出力する工程である。トランジスタ１０７は、回路１１０から出力された信号、つまり、回路１１０に保存されていた信号に応じて、信号を出力することができる機能を有している。

【0219】

次に、各工程の動作を、図を用いて説明する。

【0220】

まず、１つ目の工程は、回路１１０を初期化する工程である。図３９（Ｂ）に示すように、配線１３２の電位を制御することによって、トランジスタ１２６がオフ状態となるようにする。ただし、既に、同様な状況になっている場合には、この動作は、不要な場合もある。

【0221】

このとき、トランジスタ１２６がＮチャネル型の場合には、配線１３２の電位を低くしておく。その電位は、回路１１０に、何ビットの情報を保持させるかに応じて、変わってくる。逆の言い方をすると、配線１３２の電位を、大きく変化させることによって、回路１１０に、より多くの情報を保持させることができる。

【0222】

一例としては、トランジスタ１２６が、チャネル部に酸化物半導体を有する場合には、配線１３２の電位の振幅は、５Ｖ以上、好ましくは、１０Ｖ以上、より好ましくは、５０Ｖ以上である。つまり、チャネル部に酸化物半導体を有する場合には、トランジスタ１２６の耐圧が高いため、配線１３２の電位に、大きな振幅を持たせることができる。よって、この動作時においては、振幅させる配線１３２の電位において、最も低い電位を供給しておけばよい。例えば、配線１３２の電位は、トランジスタ１２６がオン状態となる場合の、トランジスタ１２６のゲートの電位よりも、５Ｖよりも下の電位、好ましくは、１０Ｖよりも下の電位、より好ましくは、５０Ｖよりも下の電位である。例えば、配線１３２の電位が、トランジスタ１２６がオン状態となる場合の、トランジスタ１２６のゲートの電位よりも、１６Ｖよりも下の電位の場合、１Ｖずつ配線１３２を変化させることによって、回路１１０は、１６値（４ビット）の情報を記憶することができる。

【0223】

なお、回路図において、トランジスタの記号の下に、ＯＳと記載されているものは、そのトランジスタは、チャネル部に酸化物半導体を有するトランジスタである場合を示している。その場合には、チャネル部に酸化物半導体を有するトランジスタを用いることが望ましい。ただし、ＯＳと記載されていても、チャネル部に酸化物半導体を有さないトランジスタを用いてもよい。同様に、回路図において、トランジスタの記号の下に、Ｓｉと記載されているものは、そのトランジスタは、チャネル部に単結晶シリコンを有するトランジスタである場合を示している。その場合には、チャネル部に単結晶シリコンを有するトランジスタを用いることが望ましい。ただし、Ｓｉと記載されていても、チャネル部に単結晶シリコンを有さないトランジスタを用いてもよい。

【0224】

トランジスタは、一例として、チャネル形成領域などにおいて、酸化物半導体を用いることができるが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、チャネル形成領域やその近傍、ソース領域、ドレイン領域などにおいて、場合によっては、または、状況に応じて、Ｓｉ（シリコン）、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）、などを有する材料で形成してもよい。

【0225】

なお、チャネル部に酸化物半導体を有するトランジスタは、オフ状態のときのドレイン電流（リーク電流とも呼ぶ）の小さくすることができる。そのため、容量素子に保存したデータを、より長く保持することが出来る。例えば、オフ電流は、室温（２５℃程度）にて１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、または８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２１Ａ以下である。

【0226】

なお、チャネル部に酸化物半導体を有するトランジスタにおいて、耐圧をより高くするためには、例えば、５ｎｍ以上、好ましくは７ｎｍ以上、より好ましくは１０ｎｍ以上の厚いゲート絶縁体を用いてもよい。また、エネルギーギャップが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以下の半導体をチャネル形成領域に用いてもよい。

【0227】

なお、チャネル部に酸化物半導体を有するトランジスタにおいて、酸化物半導体として、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体の一つである。特に、後述する、ＣＡＡＣ比率を高めることが好ましい。ＣＡＡＣ比率は、一定の範囲におけるＣＡＡＣ−ＯＳの回折パターンが観測される領域の割合である。ＣＡＡＣ比率を高めることにより、例えば、欠陥をより少なくすることができる。また、例えばキャリアの散乱を小さくすることができる。また、不純物の少ないＣＡＡＣ−ＯＳを実現することができ、例えば極めて低いオフ電流特性を実現することができる。例えば、良質なＣＡＡＣ−ＯＳであれば、ＣＡＡＣ比率は、５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９５％以上１００％以下である。

【0228】

また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体を真性または実質的に真性にすることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体のキャリア密度が、１×１０^１７／ｃｍ^３未満であること、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３未満であること、さらに好ましくは１×１０^１３／ｃｍ^３未満であることを指す。酸化物半導体において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は不純物となる。例えば、水素および窒素はドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を増大させてしまう。

【0229】

実質的に真性な酸化物半導体を用いたトランジスタは、キャリア密度が低いため、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性になることが少ない。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、酸化物半導体のキャリアトラップが少ないため、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。また、当該酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流を非常に低くすることが可能となる。

【0230】

例えば、酸化物半導体を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、または８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２１Ａ以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がしきい値電圧よりも小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上または３Ｖ以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。

【0231】

次に、２つ目の工程は、回路１１０に、信号を入力する工程である。まず、図３９（Ｃ）に示すように、配線１３４の電位を制御することによって、トランジスタ１２８がオン状態となるようにする。そして、配線１３８を介して、トランジスタ１２６のゲートに、信号を入力する。回路１１０では、このときに入力された信号を記憶することとなる。

【0232】

このときの配線１３８の電位は、配線１３２の電位の振幅に応じて、制御される。そして、配線１３８の電位は、回路１１０に記憶する情報に応じた値となる。つまり、配線１３８の電位は、配線１３２の電位が所定の電位にまで変化したときに、トランジスタ１２６がオン状態になるような電位になる。つまり、トランジスタ１２６が、どのような状態のときに、オン状態になるかによって、回路１１０に、いくつの値が記憶されているかが決まる。そのため、配線１３２の電位の振幅が大きい場合には、それに応じて、配線１３８の電位の振幅も大きくなる。

【0233】

仮に、トランジスタ１２６のしきい値電圧が０Ｖであると仮定したときに、例えば、配線１３２の電位の振幅が１６Ｖである場合には、配線１３８の電位の振幅も、同程度の１６Ｖとなる。そして、例えば、配線１３８の最も低い電位は、配線１３２の最も低い電位と、同程度、もしくは、少し高い電位になる。

【0234】

その後、図３９（Ｄ）に示すように、トランジスタ１２８をオフ状態にする。

【0235】

次に、３つ目の工程は、トランジスタ１０７のゲートの電位を初期化する工程である。これは、図１２（Ｂ）、図１２（Ｅ）、図１３（Ｂ）、図１５（Ｂ）、図１６（Ｂ）、図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ）、図３１（Ｂ）、図３１（Ｅ）、図３２（Ｂ）、図３３（Ｂ）などにおける回路１１０の動作に対応している。よって、回路１０１の構成によっては、実行されない場合がある。

【0236】

まず、図４０（Ａ）に示すように、配線１３２の電位を制御することにより、トランジスタ１２６をオン状態とする。なお、トランジスタ１２６のゲートには、情報が記憶されている場合がある。その情報に応じて、トランジスタ１２６のゲートの電位は、異なっている場合がある。しかし、どのような電位となっていたとしても、配線１３２の電位を制御することにより、トランジスタ１２６をオン状態とする。その結果、配線１３６の電位が、端子１１２に供給される。このとき、トランジスタ１０７の極性などに応じて、図４０（Ａ）に示すように、配線１３６から端子１１２の方へ電流を供給する場合と、図４０（Ｂ）に示すように、端子１１２から配線１３６の方へ電流を供給する場合と、がある。

【0237】

次に、４つ目の工程は、回路１１０から、トランジスタ１０７のゲートに、信号を出力する工程である。これは、図１２（Ｃ）、図１２（Ｄ）、図１２（Ｆ）、図１３（Ａ）、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）、図１４（Ｆ）、図１５（Ａ）、図１６（Ｃ）、図１６（Ｄ）、図１７（Ｃ）、図１７（Ｄ）、図１９（Ｃ）、図１９（Ｄ）、図２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）図３１（Ｃ）、図３１（Ｄ）、図３２（Ｃ）、図３２（Ｄ）、図３４（Ｃ）、図３４（Ｄ）、図３５（Ｃ）、図３５（Ｄ）などにおける回路１１０の動作に対応している。

【0238】

まず、図４１（Ａ）または、図４１（Ｂ）に示すように、配線１３２の電位を制御する。その結果、回路１１０に記憶されている情報に応じて、トランジスタ１２６が、オン状態またはオフ状態となる。トランジスタ１２６がオン状態であれば、配線１３８の電位を、端子１１２に供給することが出来る。例えば、トランジスタ１０７がＰチャネル型の場合には、端子１１２から、配線１３６の方に電流が流れ、端子１１２の電位が下がる。その結果、トランジスタ１０７がオン状態となる。なお、トランジスタ１０７がＮチャネル型の場合には、図４１（Ｃ）または、図４１（Ｄ）に示すように、配線１３６から、端子１１２の方に電流が流れる。

【0239】

つまり、配線１３２は、回路１０１の構成によっては、ワード線としての機能を有している場合がある。配線１３２の電位を制御することにより、配線１３２と接続された複数の回路１０１（または、回路１０１が有している複数の回路１１０のうちの一つ）、例えば、横一列に並んだ、１行分の回路１０１（または、回路１０１が有している複数の回路１１０のうちの一つ）を選択することができる。

【0240】

なお、これまでは、図３７、つまり、図３９（Ａ）の回路１１０の動作方法について述べたが、図３８、つまり、図４２（Ａ）の回路１１０も、同様に動作させることが出来る。図３９に対応する図面を、図４２に、図４０に対応する図面を、図４３に、図４１に対応する図面を、図４４に、示す。図４２、図４３、図４４では、配線１３８が、配線１３６にまとめられている。したがって、トランジスタ１２８がオンするときと、トランジスタ１２６がオンするときとで、配線１３６の電位を変更すればよい。

【0241】

本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせ、適用し、置き換えて実施することができる。

【0242】

（実施の形態６）
本実施の形態では、回路１１０が複数配置された記憶装置の一例について述べる。

【0243】

図４５に、記憶装置の構成を示す。回路３０２には、回路１０１がマトリクス状に複数配置されている。

【0244】

回路３０４は、例えば、回路３０２と接続されている。回路３０４は、例えば、ワード線として機能する配線の電位を制御することができる。つまり、回路３０４は、各行の回路１０１を選択することができる機能を有している。例えば、回路３０４は、シフトレジスタ、または、デコーダなどを有している。

【0245】

回路３０８は、例えば、回路３０２と接続されている。回路３０８は、例えば、ビット線として機能する配線から出力される信号を読み取ることができる機能を有している。または、回路３０８は、例えば、ビット線として機能する配線の電位を制御することができる。例えば、回路３０８は、センスアンプを有している。

【0246】

なお、回路３０８や回路３０４において、インバータ回路、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路、アナログ回路などで構成されている場合、例えば、Ｎチャネル型トランジスタでは、チャネル領域に酸化物半導体を有するトランジスタを使用し、Ｐチャネル型トランジスタでは、チャネル領域に単結晶半導体（例えば、シリコン、ガリウム、ヒ素など）を有するトランジスタを使用してもよい。これにより、チャネル領域に単結晶半導体（例えば、シリコン、ガリウム、ヒ素など）を有するトランジスタの上に、チャネル領域に酸化物半導体を有するトランジスタを積層して設けることが出来る。その結果、レイアウト面積を小さくすることができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。なお、回路１０１においても、同様に、Ｎチャネル型トランジスタでは、チャネル領域に酸化物半導体を有するトランジスタを使用し、Ｐチャネル型トランジスタでは、チャネル領域に単結晶半導体（例えば、シリコン、ガリウム、ヒ素など）を有するトランジスタを使用してもよい。これにより、チャネル領域に単結晶半導体（例えば、シリコン、ガリウム、ヒ素など）を有するトランジスタの上に、チャネル領域に酸化物半導体を有するトランジスタを積層して設けることが出来る。その結果、レイアウト面積を小さくすることができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。

【0247】

回路３０６は、例えば、回路３０４と接続されている。回路３０６は、例えば、回路３０８と接続されている。回路３０６は、例えば、回路３０４や回路３０８に、スタートパルス信号や、クロック信号などを供給することができる機能を有している。つまり、回路３０６は、コントローラとしての機能を有している。

【0248】

次に、回路３０２の構成の例を図４６に示す。

【0249】

例えば、配線３１０が、横方向（左右方向）に伸びて配置されている。つまり、各行に、配線３１０（１）、配線３１０（２）、配線３１０（３）、配線３１０（４）、配線３１０（５）などが配置されている。これらの配線は、一例としては、ワード線としての機能を有している。

【0250】

なお、１つの回路１０１に、複数の配線が接続される場合もある。図４７に示すように、例えば、配線３１０（１Ａ）、配線３１０（１Ｂ）、配線３１０（２Ａ）、配線３１０（２Ｂ）、配線３１０（３Ａ）、配線３１０（３Ｂ）、などが配置されている。

【0251】

例えば、配線３１２が、縦方向（上下方向）に伸びて配置されている。つまり、各列に、配線３１２（１）、配線３１２（２）、配線３１２（３）、配線３１２（４）などが配置されている。これらの配線は、一例としては、ビット線としての機能を有している。

【0252】

なお、１つの回路１０１に、複数の配線３１２が接続される場合もある。

【0253】

次に、一つの回路１０１の中において、横方向（左右方向）に伸びて配置されている配線と、回路１１０との接続関係の例を、図４８に示す。例えば、回路１１０Ａは、配線３１４Ａと接続され、回路１１０Ｂは、配線３１４Ｂと接続され、回路１１０Ｃは、配線３１４Ｃと接続され、回路１１０Ｄは、配線３１４Ｄと接続されている。つまり、回路１１０のそれぞれにおいて、別々の配線３１４と接続されている。配線３１４は、一例としては、ワード線としての機能を有している。配線３１４は、回路１１０が有する様々な配線、または、回路１１０に接続されている様々な配線に相当する。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図４９に示すように、複数の回路１１０において、一本の配線３１４と接続されていてもよい。

【0254】

次に、一つの回路１０１の中において、縦方向（上下方向）に伸びて配置されている配線と、回路１１０との接続関係の例を、図５０に示す。例えば、回路１１０Ａは、配線３１６Ａと接続され、回路１１０Ｂは、配線３１６Ｂと接続され、回路１１０Ｃは、配線３１６Ｃと接続され、回路１１０Ｄは、配線３１６Ｄと接続されている。つまり、回路１１０のそれぞれにおいて、別々の配線３１６と接続されている。配線３１６は、一例としては、回路１１０に保存される信号を供給することができる機能を有する配線である。配線３１６は、回路１１０が有する様々な配線、または、回路１１０に接続されている様々な配線に相当する。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。例えば、図５１に示すように、複数の回路１１０において、一本の配線３１６と接続されていてもよい。

【0255】

そこで、図４６や図４７などの具体的な例を図５２、図５３、図５４、図５５、図５６、図５７、図５８、図５９などに示す。なお、図５２、図５３、図５４、図５５は、実施の形態１、２における回路１０１に対応し、図５６、図５７、図５８、図５９は、実施の形態３、４における回路１０１に対応する。

【0256】

本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせ、適用し、置き換えて実施することができる。

【0257】

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したオフ電流の低いトランジスタの半導体層に用いることのできる酸化物半導体層について説明する。

【0258】

トランジスタの半導体層中のチャネル形成領域に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）又は亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎ及びＺｎを含むことが好ましい。また、それらに加えて、酸素を強く結びつけるスタビライザーを有することが好ましい。スタビライザーとしては、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）及びアルミニウム（Ａｌ）の少なくともいずれかを有すればよい。

【0259】

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種又は複数種を有してもよい。

【0260】

トランジスタの半導体層として用いられる酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物等がある。

【0261】

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

【0262】

半導体層を構成する酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。

【0263】

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素が減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある。また、酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。

【0264】

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素又は水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化又はｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｃｍ^３以下であることをいう。特に、酸化物半導体のキャリア密度は、８×１０^１１／ｃｍ^３未満、又は１×１０^１１／ｃｍ^３未満、又は１×１０^１０／ｃｍ^３未満であり、且つ、１×１０^−９／ｃｍ^３以上とすることが好ましい。

【0265】

また、このように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、更に好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、又は８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、更に好ましくは１×１０^−２１Ａ以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧が閾値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧が閾値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上又は３Ｖ以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。

【0266】

以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。

【0267】

酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜、多結晶酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。

【0268】

まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

【0269】

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

【0270】

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

【0271】

試料面と概略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

【0272】

一方、試料面と概略垂直な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

【0273】

図６０（ａ）は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像である。また、図６０（ｂ）は、図６０（ａ）をさらに拡大した断面の高分解能ＴＥＭ像であり、理解を容易にするために原子配列を強調表示している。

【0274】

図６０（ｃ）は、図６０（ａ）のＡ−Ｏ−Ａ’間において、丸で囲んだ領域（直径約４ｎｍ）の局所的なフーリエ変換像である。図６０（ｃ）より、各領域においてｃ軸配向性が確認できる。また、Ａ−Ｏ間とＯ−Ａ’間とでは、ｃ軸の向きが異なるため、異なるグレインであることが示唆される。また、Ａ−Ｏ間では、ｃ軸の角度が１４．３°、１６．６°、２６．４°のように少しずつ連続的に変化していることがわかる。同様に、Ｏ−Ａ’間では、ｃ軸の角度が−１８．３°、−１７．６°、−１５．９°と少しずつ連続的に変化していることがわかる。

【0275】

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、電子回折を行うと、配向性を示すスポット（輝点）が観測される。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面に対し、例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の電子線を用いる電子回折（ナノビーム電子回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される（図６１（Ａ）参照。）。

【0276】

断面の高分解能ＴＥＭ像および平面の高分解能ＴＥＭ像より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。

【0277】

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれるほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただし、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域を形成する場合がある。例えば、平面の高分解能ＴＥＭ像において、２５００ｎｍ^２以上、５μｍ^２以上または１０００μｍ^２以上となる結晶領域が観察される場合がある。

【0278】

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。

【0279】

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

【0280】

以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面の高分解能ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。

【0281】

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

【0282】

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中において、ｃ軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもｃ軸配向した結晶部の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物が添加された領域が変質し、部分的にｃ軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成されることもある。

【0283】

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

【0284】

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜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、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、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、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。

【0285】

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。

【0286】

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。

【0287】

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。

【0288】

次に、多結晶酸化物半導体膜について説明する。

【0289】

多結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶粒を確認することができる。多結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶粒は、例えば、高分解能ＴＥＭ像で、２ｎｍ以上３００ｎｍ以下、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下または５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の粒径であることが多い。また、多結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像で、結晶粒界を確認できる場合がある。

【0290】

多結晶酸化物半導体膜は、複数の結晶粒を有し、当該複数の結晶粒間において結晶の方位が異なっている場合がある。また、多結晶酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有する多結晶酸化物半導体膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピーク、２θが３６°近傍のピーク、またはそのほかのピークが現れる場合がある。

【0291】

多結晶酸化物半導体膜は、高い結晶性を有するため、高い電子移動度を有する場合がある。従って、多結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有する。ただし、多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界に不純物が偏析する場合がある。また、多結晶酸化物半導体膜の結晶粒界は欠陥準位となる。多結晶酸化物半導体膜は、結晶粒界がキャリアトラップやキャリア発生源となる場合があるため、多結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる場合がある。

【0292】

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。

【0293】

微結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において、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。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、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。

【0294】

ｎｃ−ＯＳ膜は、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膜は、異なる結晶部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。従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある（図６１（Ｂ）参照。）。

【0295】

ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。

【0296】

従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて、キャリア密度が高くなる場合がある。キャリア密度が高い酸化物半導体膜は、電子移動度が高くなる場合がある。従って、ｎｃ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、高い電界効果移動度を有する場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて、欠陥準位密度が高いため、キャリアトラップが多くなる場合がある。従って、ｎｃ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、比較的不純物が多く含まれていても形成することができるため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜よりも形成が容易となり、用途によっては好適に用いることができる場合がある。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜を用いたトランジスタを有する半導体装置は、生産性高く作製することができる場合がある。

【0297】

次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。

【0298】

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。

【0299】

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。

【0300】

非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。

【0301】

非晶質酸化物半導体膜は、水素などの不純物を高い濃度で含む酸化物半導体膜である。また、非晶質酸化物半導体膜は、欠陥準位密度の高い酸化物半導体膜である。

【0302】

不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜は、キャリアトラップやキャリア発生源が多い酸化物半導体膜である。

【0303】

従って、非晶質酸化物半導体膜は、ｎｃ−ＯＳ膜と比べて、さらにキャリア密度が高くなる場合がある。そのため、非晶質酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になりやすい。従って、ノーマリーオンの電気特性が求められるトランジスタに好適に用いることができる場合がある。非晶質酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が高いため、キャリアトラップが多くなる場合がある。従って、非晶質酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜やｎｃ−ＯＳ膜を用いたトランジスタと比べて、電気特性の変動が大きく、信頼性の低いトランジスタとなる。

【0304】

次に、単結晶酸化物半導体膜について説明する。

【0305】

単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損が少ない）酸化物半導体膜である。そのため、キャリア密度を低くすることができる。従って、単結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、ノーマリーオンの電気特性になることが少ない。また、単結晶酸化物半導体膜は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、キャリアトラップが少なくなる場合がある。従って、単結晶酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。

【0306】

なお、酸化物半導体膜は、欠陥が少ないと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、結晶性が高いと密度が高くなる。また、酸化物半導体膜は、水素などの不純物濃度が低いと密度が高くなる。単結晶酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜よりも密度が高い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、多結晶酸化物半導体膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも密度が高い。また、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも密度が高い。

【0307】

なお、酸化物半導体膜は、ｎｃ−ＯＳ膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。

【0308】

ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なｎｃ−ＯＳ膜であれば、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。

【0309】

なお、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能ＴＥＭ像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶は層状構造を有し、Ｉｎ−Ｏ層の間に、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ_４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。よって、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。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれの格子縞がＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶のａ−ｂ面に対応すると見なした。その格子縞の観察される領域における最大長を、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさとする。なお、結晶部の大きさは、０．８ｎｍ以上のものを選択的に評価する。

【0310】

図６２は、高分解能ＴＥＭ像により、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部（２０箇所から４０箇所）の平均の大きさの変化を調査した例である。図６２より、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、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が、累積照射量が４．２×１０^８ｅ⁻／ｎｍ^２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、良質なｎｃ−ＯＳ膜は、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０^８ｅ⁻／ｎｍ^２になるまでの範囲で、電子の累積照射量によらず結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。

【0311】

また、図６２に示す、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさの変化を線形近似して、電子の累積照射量０ｅ⁻／ｎｍ^２まで外挿すると、結晶部の平均の大きさが正の値をとることがわかる。そのため、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部が、ＴＥＭによる観察前から存在していることがわかる。

【0312】

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

【0313】

酸化物半導体膜が複数の構造を有する場合、ナノビーム電子回折を用いることで構造解析が可能となる場合がある。

【0314】

図６１（Ｃ）に、電子銃室２１０と、電子銃室２１０の下の光学系２１２と、光学系２１２の下の試料室２１４と、試料室２１４の下の光学系２１６と、光学系２１６の下の観察室２２０と、観察室２２０に設置されたカメラ２１８と、観察室２２０の下のフィルム室２２２と、を有する透過電子回折測定装置を示す。カメラ２１８は、観察室２２０内部に向けて設置される。なお、フィルム室２２２を有さなくても構わない。

【0315】

また、図６１（Ｄ）に、図６１（Ｃ）で示した透過電子回折測定装置内部の構造を示す。透過電子回折測定装置内部では、電子銃室２１０に設置された電子銃から放出された電子が、光学系２１２を介して試料室２１４に配置された物質２２８に照射される。物質２２８を通過した電子は、光学系２１６を介して観察室２２０内部に設置された蛍光板２２９に入射する。蛍光板２２９では、入射した電子の強度に応じたパターンが現れることで透過電子回折パターンを測定することができる。

【0316】

カメラ２１８は、蛍光板２２９を向いて設置されており、蛍光板２２９に現れたパターンを撮影することが可能である。カメラ２１８のレンズの中央、および蛍光板２２９の中央を通る直線と、蛍光板２２９の上面と、の為す角度は、例えば、１５°以上８０°以下、３０°以上７５°以下、または４５°以上７０°以下とする。該角度が小さいほど、カメラ２１８で撮影される透過電子回折パターンは歪みが大きくなる。ただし、あらかじめ該角度がわかっていれば、得られた透過電子回折パターンの歪みを補正することも可能である。なお、カメラ２１８をフィルム室２２２に設置しても構わない場合がある。例えば、カメラ２１８をフィルム室２２２に、電子２２４の入射方向と対向するように設置してもよい。この場合、蛍光板２２９の裏面から歪みの少ない透過電子回折パターンを撮影することができる。

【0317】

試料室２１４には、試料である物質２２８を固定するためのホルダが設置されている。ホルダは、物質２２８を通過する電子を透過するような構造をしている。ホルダは、例えば、物質２２８をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸などに移動させる機能を有していてもよい。ホルダの移動機能は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、１００ｎｍ以上１μｍ以下などの範囲で移動させる精度を有すればよい。これらの範囲は、物質２２８の構造によって最適な範囲を設定すればよい。

【0318】

次に、上述した透過電子回折測定装置を用いて、物質の透過電子回折パターンを測定する方法について説明する。

【0319】

例えば、図６１（Ｄ）に示すように物質におけるナノビームである電子２２４の照射位置を変化させる（スキャンする）ことで、物質の構造が変化していく様子を確認することができる。このとき、物質２２８がＣＡＡＣ−ＯＳ膜であれば、図６１（Ａ）に示したような回折パターンが観測される。または、物質２２８がｎｃ−ＯＳ膜であれば、図６１（Ｂ）に示したような回折パターンが観測される。

【0320】

ところで、物質２２８がＣＡＡＣ−ＯＳ膜であったとしても、部分的にｎｃ−ＯＳ膜などと同様の回折パターンが観測される場合がある。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の良否は、一定の範囲におけるＣＡＡＣ−ＯＳ膜の回折パターンが観測される領域の割合（ＣＡＡＣ化率ともいう。）で表すことができる場合がある。例えば、良質なＣＡＡＣ−ＯＳ膜であれば、ＣＡＡＣ化率は、５０％以上、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上となる。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と異なる回折パターンが観測される領域の割合を非ＣＡＡＣ化率と表記する。

【0321】

一例として、成膜直後（ａｓ−ｓｐｕｔｔｅｒｅｄと表記。）、または酸素を含む雰囲気における４５０℃加熱処理後のＣＡＡＣ−ＯＳ膜を有する各試料の上面に対し、スキャンしながら透過電子回折パターンを取得した。ここでは、５ｎｍ／秒の速度で６０秒間スキャンしながら回折パターンを観測し、観測された回折パターンを０．５秒ごとに静止画に変換することで、ＣＡＡＣ化率を導出した。なお、電子線としては、プローブ径が１ｎｍのナノビーム電子線を用いた。なお、同様の測定は６試料に対して行った。そしてＣＡＡＣ化率の算出には、６試料における平均値を用いた。

【0322】

各試料におけるＣＡＡＣ化率を図６３（Ａ）に示す。成膜直後のＣＡＡＣ−ＯＳ膜のＣＡＡＣ化率は７５．７％（非ＣＡＡＣ化率は２４．３％）であった。また、４５０℃加熱処理後のＣＡＡＣ−ＯＳ膜のＣＡＡＣ化率は８５．３％（非ＣＡＡＣ化率は１４．７％）であった。成膜直後と比べて、４５０℃加熱処理後のＣＡＡＣ化率が高いことがわかる。即ち、高い温度（例えば４００℃以上）における加熱処理によって、非ＣＡＡＣ化率が低くなる（ＣＡＡＣ化率が高くなる）ことがわかる。また、５００℃未満の加熱処理においても高いＣＡＡＣ化率を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜が得られることがわかる。

【0323】

ここで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と異なる回折パターンのほとんどはｎｃ−ＯＳ膜と同様の回折パターンであった。また、測定領域において非晶質酸化物半導体膜は、確認することができなかった。したがって、加熱処理によって、ｎｃ−ＯＳ膜と同様の構造を有する領域が、隣接する領域の構造の影響を受けて再配列し、ＣＡＡＣ化していることが示唆される。

【0324】

図６３（Ｂ）および図６３（Ｃ）は、成膜直後および４５０℃加熱処理後のＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像である。図６３（Ｂ）と図６３（Ｃ）とを比較することにより、４５０℃加熱処理後のＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、膜質がより均質であることがわかる。即ち、高い温度における加熱処理によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜質が向上することがわかる。

【0325】

このような測定方法を用いれば、複数の構造を有する酸化物半導体膜の構造解析が可能となる場合がある。

【0326】

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

【0327】

（実施の形態８）
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る半導体装置が有するトランジスタの断面の構造について、図面を参照して説明する。

【0328】

＜断面構造の模式図について＞
まず発明の一態様に係る半導体装置の断面構造の模式図について、図６４（Ａ）、（Ｂ）で説明する。

【0329】

本発明の一態様における半導体装置が有するトランジスタは、Ｓｉトランジスタ及びＯＳトランジスタで構成される。半導体装置の断面構造としては、Ｓｉトランジスタを有する層と、ＯＳトランジスタを有する層とを積層して設ける構成を挙げることができる。それぞれの層では、同じ材料の半導体層で構成される、複数のトランジスタを有する。

【0330】

本発明の一態様における半導体装置は、一例としては、図６４（Ａ）に示すように、Ｓｉトランジスタを有する層３１（図中、Ｓｉ−ＦＥＴ Ｌａｙｅｒと表記）、配線が設けられる層３２（図中、Ｗｉｒｅ Ｌａｙｅｒと表記）、ＯＳトランジスタを有する層３３（図中、ＯＳ−ＦＥＴ Ｌａｙｅｒと表記）の順に積層して設けることができる。

【0331】

図６４（Ａ）に示す断面構造の模式図でＳｉトランジスタを有する層３１は、単結晶のシリコン基板に形成されるＳｉトランジスタを有する。なおＳｉトランジスタは、非晶質、微結晶、多結晶又は単結晶である、シリコン又はゲルマニウムなどの薄膜の半導体を半導体層に用いるトランジスタでもよい。

【0332】

図６４（Ａ）に示す断面構造の模式図でＯＳトランジスタを有する層３３は、平坦化された絶縁表面上に形成されるＯＳトランジスタを有する。

【0333】

図６４（Ａ）に示す断面構造の模式図で配線が設けられる層３２は、Ｓｉトランジスタを有する層３１、及び／又はＯＳトランジスタを有する層３３が有するトランジスタ同士を電気的に接続するための配線、あるいはトランジスタに電位を与えるための配線を有する。配線が設けられる層３２は、図６４（Ａ）では単層で示したが、複数積層して設ける構成としてもよい。

【0334】

なお図６４（Ａ）に示す断面構造の模式図でＯＳトランジスタを有する層３３は、単層で示したが、積層して設ける構成としてもよい。積層する場合は、図６４（Ｂ）に示す断面構造の模式図で表すことができる。

【0335】

図６４（Ｂ）では、ＯＳトランジスタを有する層３３＿１及び３３＿２とする２層構造を例示している。図６４（Ｂ）に示す断面構造の模式図でＯＳトランジスタを有する層３３＿１及び３３＿２は、平坦化された絶縁表面上に形成されるＯＳトランジスタを有する。図６４（Ｂ）では、２層を積層する例を示したが、積層数は限定されない。なおＯＳトランジスタを有する層３３＿１及び３３＿２の間には、配線が設けられる層３２を設ける構成とすることができる。該構成とすることで、ＯＳトランジスタ同士を電気的に接続することができる。

【0336】

図６４（Ａ）、（Ｂ）に示すようにＯＳトランジスタを有する層をＳｉトランジスタを有する層と積層させることで、メモリセルの回路面積の縮小、すなわち半導体装置のチップ面積を縮小することができる。

【0337】

＜Ｓｉトランジスタを有する層、配線が設けられる層の断面構造について＞
次いで図６５では、図６４（Ａ）、（Ｂ）で説明したＳｉトランジスタを有する層３１、配線が設けられる層３２の断面構造の一例について示す。図６５では、Ｓｉトランジスタを有する層３１が有するトランジスタ４１の断面構造について説明する。図６５のトランジスタ４１の断面構造は、例えば、様々な実施の形態で図示したトランジスタに適用することができる。

【0338】

なお図６５において、破線Ａ１−Ａ２で示す領域では、トランジスタ４１のチャネル長方向における構造を示しており、破線Ａ３−Ａ４で示す領域では、トランジスタ４１のチャネル幅方向における構造を示している。

【0339】

図６５で、トランジスタ４１が形成される基板４００は、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板等を用いることができる。図６５では、単結晶シリコン基板を基板４００として用いる場合を例示している。

【0340】

また、トランジスタ４１は、素子分離法により電気的に分離されている。素子分離法として、トレンチ分離法（ＳＴＩ法：Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）等を用いることができる。図６５では、トレンチ分離法を用いてトランジスタ４１を電気的に分離する場合を例示している。具体的に、図６５では、エッチング等により基板４００に形成されたトレンチに、酸化珪素などが含まれる絶縁物を埋め込んだ後、当該絶縁物をエッチング等により部分的に除去することで形成される素子分離領域４０１により、トランジスタ４１を素子分離させる場合を例示している。

【0341】

また、トレンチ以外の領域に存在する基板４００の凸部には、トランジスタ４１の不純物領域４０２及び不純物領域４０３と、不純物領域４０２及び不純物領域４０３に挟まれたチャネル形成領域４０４とが設けられている。さらに、トランジスタ４１は、チャネル形成領域４０４を覆う絶縁膜４０５と、絶縁膜４０５を間に挟んでチャネル形成領域４０４と重なるゲート電極４０６とを有する。

【0342】

トランジスタ４１では、チャネル形成領域４０４における凸部の側部及び上部と、ゲート電極４０６とが絶縁膜４０５を間に挟んで重なることで、チャネル形成領域４０４の側部と上部を含めた広い範囲においてキャリアが流れる。そのため、トランジスタ４１の基板上における専有面積を小さく抑えつつ、トランジスタ４１におけるキャリアの移動量を増加させることができる。その結果、トランジスタ４１は、オン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高められる。特に、チャネル形成領域４０４における凸部のチャネル幅方向の長さ（チャネル幅）をＷ、チャネル形成領域４０４における凸部の膜厚をＴとすると、チャネル幅Ｗに対する膜厚Ｔの比に相当するアスペクト比が高い場合、キャリアが流れる範囲はより広くなるため、トランジスタ４１のオン電流をより大きくすることができ、電界効果移動度もより高められる。

【0343】

なお、バルクの半導体基板を用いたトランジスタ４１の場合、アスペクト比は０．５以上であることが望ましく、１以上であることがより望ましい。

【0344】

トランジスタ４１上には、絶縁膜４１１が設けられている。絶縁膜４１１には開口部が形成されている。そして、上記開口部には、不純物領域４０２、不純物領域４０３にそれぞれ電気的に接続されている導電膜４１２、導電膜４１３と、ゲート電極４０６に電気的に接続されている導電膜４１４とが、形成されている。

【0345】

そして、導電膜４１２は、絶縁膜４１１上に形成された導電膜４１６に電気的に接続されており、導電膜４１３は、絶縁膜４１１上に形成された導電膜４１７に電気的に接続されており、導電膜４１４は、絶縁膜４１１上に形成された導電膜４１８に電気的に接続されている。

【0346】

なお図６５において、図６４（Ａ）、（Ｂ）で図示した配線が設けられる層３２は、導電膜４１６、４１７、４１８に相当する。なお配線が設けられる層３２は、絶縁膜、該絶縁膜に設けられる開口部、該開口部を含む領域に設けられる導電膜を順に形成することで積層することができる。

【0347】

＜ＯＳトランジスタを有する層の断面構造について＞
次いで図６６（Ａ）、（Ｂ）では、図６４（Ａ）、（Ｂ）で説明したＯＳトランジスタを有する層３３の断面構造の一例について示す。図６６（Ａ）、（Ｂ）では、ＯＳトランジスタを有する層３３が有するトランジスタ４２の断面構造について説明する。図６６（Ａ）、（Ｂ）のトランジスタ４２の断面構造は、例えば、他の実施の形態で示したトランジスタに適用することができる。

【0348】

なお図６６（Ａ）、（Ｂ）において、図６５と同様に、破線Ａ１−Ａ２で示す領域では、トランジスタ４２のチャネル長方向における構造を示しており、破線Ａ３−Ａ４で示す領域では、トランジスタ４２のチャネル幅方向における構造を示している。

【0349】

図６４（Ａ）、（Ｂ）で説明した配線が設けられる層３２の上層に設けられる、絶縁膜４２０上には、酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を有する絶縁膜４２１が設けられている。絶縁膜４２１は、密度が高くて緻密である程、また未結合手が少なく化学的に安定である程、より高いブロッキング効果を示す。酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を示す絶縁膜４２１として、例えば、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を用いることができる。水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を示す絶縁膜４２１として、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を用いることができる。

【0350】

絶縁膜４２１上には絶縁膜４２２が設けられており、絶縁膜４２２上には、トランジスタ４２が設けられている。

【0351】

トランジスタ４２は、絶縁膜４２２上に、酸化物半導体を含む半導体膜４３０と、半導体膜４３０に電気的に接続された、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜４３２及び導電膜４３３と、半導体膜４３０を覆っているゲート絶縁膜４３１と、ゲート絶縁膜４３１を間に挟んで半導体膜４３０と重なるゲート電極４３４と、を有する。

【0352】

なお、図６６（Ａ）において、トランジスタ４２は、ゲート電極４３４を半導体膜４３０の片側において少なくとも有していれば良いが、絶縁膜４２２を間に挟んで半導体膜４３０と重なるゲート電極を、さらに有していても良い。

【0353】

トランジスタ４２が、一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極には導通状態または非導通状態を制御するための信号が与えられ、他方のゲート電極は、電位が他から与えられている状態であっても良い。この場合、一対のゲート電極に、同じ高さの電位が与えられていても良いし、他方のゲート電極にのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良い。他方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。

【0354】

また、図６６（Ａ）では、トランジスタ４２が、一のゲート電極４３４に対応した一のチャネル形成領域を有する、シングルゲート構造である場合を例示している。しかし、トランジスタ４２は、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、一の活性層にチャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造であっても良い。

【0355】

また、図６６（Ａ）に示すように、トランジスタ４２は、半導体膜４３０が、絶縁膜４２２上において順に積層された酸化物半導体膜４３０ａ乃至酸化物半導体膜４３０ｃを有する場合を例示している。ただし、本発明の一態様では、トランジスタ４２が有する半導体膜４３０が、単膜の金属酸化物膜で構成されていても良い。

【0356】

なお酸化物半導体膜４３０ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、酸化物半導体膜４３０ｂを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１とすると_、ｘ_１／ｙ_１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ_１／ｙ_１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ_１／ｙ_１を１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜４３０ｂとしてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等がある。

【0357】

なお酸化物半導体膜４３０ａ、４３０ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）の場合、酸化物半導体膜４３０ａ、４３０ｃを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ_２：ｚ_２とすると_、ｘ_２／ｙ_２＜ｘ_１／ｙ_１であって、ｚ_２／ｙ_２は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ_２／ｙ_２を１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜４３０ａ、４３０ｃとしてＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６等がある。

【0358】

絶縁膜４２２は、加熱により酸素の一部を酸化物半導体膜４３０ａ乃至酸化物半導体膜４３０ｃに供給する機能を有する絶縁膜であることが望ましい。また、絶縁膜４２２は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により得られる、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１を持つスピンの密度が１×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

【0359】

絶縁膜４２２は、加熱により上記酸素の一部を酸化物半導体膜４３０ａ乃至酸化物半導体膜４３０ｃに供給する機能を有するため、酸化物であることが望ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、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、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどを用いることができる。絶縁膜４２２は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法またはスパッタリング法等により、形成することができる。

【0360】

なお、本明細書中において、酸化窒化物は、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、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。

【0361】

なお、図６６（Ａ）に示すトランジスタ４２は、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜４３０ｂの端部のうち、導電膜４３２及び導電膜４３３とは重ならない端部、言い換えると、導電膜４３２及び導電膜４３３が位置する領域とは異なる領域に位置する端部と、ゲート電極４３４とが、重なる構成を有する。酸化物半導体膜４３０ｂの端部は、当該端部を形成するためのエッチングでプラズマに曝されるときに、エッチングガスから生じた塩素ラジカル、フッ素ラジカル等が、酸化物半導体を構成する金属元素と結合しやすい。よって、酸化物半導体膜の端部では、当該金属元素と結合していた酸素が脱離しやすい状態にあるため、酸素欠損が形成され、ｎ型化しやすいやすい。しかし、図６６（Ａ）に示すトランジスタ４２では、導電膜４３２及び導電膜４３３とは重ならない酸化物半導体膜４３０ｂの端部と、ゲート電極４３４とが重なるため、ゲート電極４３４の電位を制御することにより、当該端部にかかる電界を制御することができる。よって、酸化物半導体膜４３０ｂの端部を介して導電膜４３２と導電膜４３３の間に流れる電流を、ゲート電極４３４に与える電位によって制御することができる。このようなトランジスタ４２の構造を、Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−Ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。

【0362】

具体的に、Ｓ−Ｃｈａｎｎｅｌ構造の場合、トランジスタ４２がオフとなるような電位をゲート電極４３４に与えたときは、当該端部を介して導電膜４３２と導電膜４３３の間に流れるオフ電流を小さく抑えることができる。そのため、トランジスタ４２では、大きなオン電流を得るためにチャネル長を短くし、その結果、酸化物半導体膜４３０ｂの端部における導電膜４３２と導電膜４３３の間の長さが短くなっても、トランジスタ４２のオフ電流を小さく抑えることができる。よって、トランジスタ４２は、チャネル長を短くすることで、導通状態のときには大きいオン電流を得ることができ、非導通状態のときにはオフ電流を小さく抑えることができる。

【0363】

また、具体的に、Ｓ−Ｃｈａｎｎｅｌ構造の場合、トランジスタ４２が導通状態となるような電位をゲート電極４３４に与えたときは、当該端部を介して導電膜４３２と導電膜４３３の間に流れる電流を大きくすることができる。当該電流は、トランジスタ４２の電界効果移動度とオン電流の増大に寄与する。そして、酸化物半導体膜４３０ｂの端部と、ゲート電極４３４とが重なることで、酸化物半導体膜４３０ｂにおいてキャリアの流れる領域が、ゲート絶縁膜４３１に近い酸化物半導体膜４３０ｂの界面近傍のみでなく、酸化物半導体膜４３０ｂの広い範囲においてキャリアが流れるため、トランジスタ４２におけるキャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ４２のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が１０ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上、さらには２０ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上となる。なお、ここでの電界効果移動度は、酸化物半導体膜の物性値としての移動度の近似値ではなく、トランジスタの飽和領域における電流駆動力の指標であり、見かけ上の電界効果移動度である。

【0364】

なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

【0365】

チャネル幅とは、例えば、上面図において半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。

【0366】

なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。）と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の上面に形成されるチャネル領域の割合に対して、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。

【0367】

ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。

【0368】

そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。

【0369】

なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。

【0370】

なお、図６６（Ａ）の説明では、トランジスタ４２が有する半導体膜４３０が、順に積層された酸化物半導体膜４３０ａ乃至酸化物半導体膜４３０ｃを有する構造として例示している。半導体膜４３０は、他の構造として図６６（Ｂ）に示すような構造でもよい。図６６（Ｂ）に示すように、半導体膜４３０が有する酸化物半導体膜４３０ｃは、導電膜４３２及び導電膜４３３の上層でゲート絶縁膜４３１と重畳させて設ける構成としてもよい。

【0371】

＜Ｓｉトランジスタを有する層とＯＳトランジスタを有する層とを積層した断面構造について＞
次いで図６７、図６８、図６９では、図６５で説明したＳｉトランジスタを有する層と、配線が設けられた層と、図６６（Ａ）で説明したＯＳトランジスタを有する層３３と、を積層した際の断面構造の一例について示す。

【0372】

図６７では、図６４（Ａ）に示す模式図の断面構造の一例である。

【0373】

なお図６７において、図６５、図６６（Ａ）と同様に、破線Ａ１−Ａ２で示す領域では、トランジスタ４１、４２のチャネル長方向における構造を示しており、破線Ａ３−Ａ４で示す領域では、トランジスタ４１、４２のチャネル幅方向における構造を示している。

【0374】

なお本発明の一態様では、図６７に示すように、トランジスタ４１のチャネル長方向とトランジスタ４２のチャネル長方向とが、必ずしも一致していなくともよい。

【0375】

なお図６７においては、トランジスタ４１とトランジスタ４２とを電気的に接続するために、絶縁膜４２０乃至絶縁膜４２２には開口部が設けられている。開口部に設けられる導電膜４３３は、上記開口部において導電膜４１８に接続されている。

【0376】

図６７に示す断面構造では、図６４（Ａ）の説明でも述べたように、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ４２を、単結晶のシリコン基板にチャネル形成領域を有するトランジスタ４１上に形成する。図６７の構成とすることで、トランジスタ４２のチャネル形成領域と、トランジスタ４１のチャネル形成領域と、を互いに重ねて設けることができる。そのため該構成としたメモリセルを有する半導体装置では、レイアウト面積の縮小を図ることができる。

【0377】

なおＯＳトランジスタを有する層３３に設けられるトランジスタ４２が複数ある場合、それぞれを同じ層に設けてもよいし、異なる層に設けてもよい。

【0378】

例えば、ＯＳトランジスタを有する層３３に設けられるトランジスタ４２を同じ層に設ける場合、図６８に示す構成とすることができる。また、ＯＳトランジスタを有する層３３に設けられるトランジスタ４２を異なる層に設ける場合、ＯＳトランジスタを有する層３３＿１と層３３＿２を分け、配線が設けられる層３２を間に介して積層する、図６９に示す構成とすることができる。

【0379】

図６８に示す断面構造とすることで、ＯＳトランジスタ数が増えてもＯＳトランジスタを有する層３３を１層設ければよいため、積層数を削減することができる。例えば図６８ではトランジスタ４２Ａとトランジスタ４２Ｂとを一度に作製することができる。そのため半導体装置を作製するための工程の削減を図ることができる。

【0380】

なお図６８において、トランジスタ４１、４２Ａ、４２Ｂのチャネル長方向における構造を示している。チャネル幅構造については図６７で示した構造と同様であり、前述の構造を参照すればよい。

【0381】

図６８の断面構造の構成を、他の実施の形態で述べたトランジスタに適用すると、メモリセルを有する半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。

【0382】

また、図６９に示す断面構造とすることで、ＯＳトランジスタ数が増えても、ＯＳトランジスタを有する層３３＿１、３３＿２を複数の層に設ければよいため、トランジスタ数が増えても回路面積の増大を抑制することができる。そのため、半導体装置のチップ面積を縮小することができる。

【0383】

なお図６９において、トランジスタ４１、４２Ｃ、４２Ｄのチャネル長方向における構造を示している。チャネル幅構造については図６７で示した構造と同様であり、前述の構造を参照すればよい。

【0384】

図６９に示す断面構造とすることで、異なる層にあるＯＳトランジスタを有する層３３＿１、３３＿２とで膜厚、膜質等を異ならせたＯＳトランジスタとすることができる。そのため異なる特性を有するトランジスタの作り分けを図ることができる。例えば、ゲート絶縁膜を薄膜化してスイッチン特性を高めたトランジスタと、ゲート絶縁膜を厚膜化して耐圧性を高めたトランジスタを積層して設けることができる。そのため、半導体装置の高性能化を図ることができる。

【0385】

図６９に示すトランジスタ４２Ｃ、４２Ｄは、他の実施の形態で説明したトランジスタのうち、例えばＯＳトランジスタに相当するトランジスタである。

【0386】

図６９に示す断面構造では、トランジスタ４２Ｃのゲート絶縁膜を薄膜化して形成し、トランジスタ４２Ｄのゲート絶縁膜を厚膜化して形成することができる。そのため図６９に示す断面構造では、スイッチング特性を向上させたトランジスタ４２Ｃと、耐圧を向上させたトランジスタ４２Ｄとを積層し、作製することができる。

【0387】

図６９の断面構造の構成を他の実施の形態で述べたトランジスタに適用すると、メモリセルを有する半導体装置の高性能化を図ることができる。

【0388】

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

【0389】

（実施の形態９）
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子部品に適用する例、及び該電子部品を具備する電子機器に適用する例について、図７０、図７１を用いて説明する。

【0390】

図７０（Ａ）では上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子部品に適用する例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はＩＣ用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。

【0391】

上記実施の形態８の図６５乃至図６９に示すようなトランジスタで構成される半導体装置は、組み立て工程（後工程）を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。

【0392】

後工程については、図７０（Ａ）に示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成（ステップＳ１）した後、基板の裏面を研削する（ステップＳ２）。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。

【0393】

基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う（ステップＳ３）。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。

【0394】

次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線（ワイヤー）で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う（ステップＳ４）。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。

【0395】

ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される（ステップＳ５）。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。

【0396】

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。

【0397】

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）。

【0398】

以上説明した電子部品は、上述の実施の形態で説明した半導体装置を含む構成とすることができる。そのため、多値のデータを記憶できる半導体装置を有する電子部品を実現することができる。該電子部品は多値のデータを記憶できる半導体装置を含むため、記憶容量が向上した電子部品である。

【0399】

また、完成した電子部品の斜視模式図を図７０（Ｂ）に示す。図７０（Ｂ）では、電子部品の一例として、ＱＦＰ（Ｑｕａｄ Ｆｌａｔ Ｐａｃｋａｇｅ）の斜視模式図を示している。図７０（Ｂ）に示す電子部品７００は、リード７０１及び半導体装置７０３を示している。図７０（Ｂ）に示す電子部品７００は、例えばプリント基板７０２に実装される。このような電子部品７００が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７０２上で電気的に接続されることで電子部品が実装された基板（実装基板７０４）が完成する。完成した実装基板７０４は、電子機器等の内部に設けられる。

【0400】

次いで、コンピュータ、携帯情報端末（携帯電話、携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む）、電子ペーパー、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、デジタルビデオカメラなどの電子機器に、上述の電子部品を適用する場合について説明する。

【0401】

図７１（Ａ）は、携帯型の情報端末であり、筐体９０１、筐体９０２、第１の表示部９０３ａ、第２の表示部９０３ｂなどによって構成されている。筐体９０１と筐体９０２の少なくとも一部には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する実装基板が設けられている。そのため、記憶容量が向上した携帯型の情報端末が実現される。

【0402】

なお、第１の表示部９０３ａはタッチ入力機能を有するパネルとなっており、例えば図７１（Ａ）の左図のように、第１の表示部９０３ａに表示される選択ボタン９０４により「タッチ入力」を行うか、「キーボード入力」を行うかを選択できる。選択ボタンは様々な大きさで表示できるため、幅広い世代の人が使いやすさを実感できる。ここで、例えば「キーボード入力」を選択した場合、図７１（Ａ）の右図のように第１の表示部９０３ａにはキーボード９０５が表示される。これにより、従来の情報端末と同様に、キー入力による素早い文字入力などが可能となる。

【0403】

また、図７１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、図７１（Ａ）の右図のように、第１の表示部９０３ａ及び第２の表示部９０３ｂのうち、一方を取り外すことができる。第２の表示部９０３ｂもタッチ入力機能を有するパネルとし、持ち運びの際、さらなる軽量化を図ることができ、一方の手で筐体９０２を持ち、他方の手で操作することができるため便利である。

【0404】

図７１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。

【0405】

また、図７１（Ａ）に示す携帯型の情報端末は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。

【0406】

更に、図７１（Ａ）に示す筐体９０２にアンテナやマイク機能や無線機能を持たせ、携帯電話として用いてもよい。

【0407】

図７１（Ｂ）は、電子ペーパーを実装した電子書籍９１０であり、筐体９１１と筐体９１２の２つの筐体で構成されている。筐体９１１及び筐体９１２には、それぞれ表示部９１３及び表示部９１４が設けられている。筐体９１１と筐体９１２は、軸部９１５により接続されており、該軸部９１５を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体９１１は、電源９１６、操作キー９１７、スピーカー９１８などを備えている。筐体９１１、筐体９１２の少なくとも一には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する実装基板が設けられている。そのため、記憶容量が向上した電子書籍端末が実現される。

【0408】

図７１（Ｃ）は、テレビジョン装置であり、筐体９２１、表示部９２２、スタンド９２３などで構成されている。テレビジョン装置の操作は、筐体９２１が備えるスイッチや、リモコン操作機９２４により行うことができる。筐体９２１及びリモコン操作機９２４には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する実装基板が搭載されている。そのため、記憶容量が向上したテレビジョン装置が実現される。

【0409】

図７１（Ｄ）は、スマートフォンであり、本体９３０には、表示部９３１と、スピーカー９３２と、マイク９３３と、操作ボタン９３４等が設けられている。本体９３０内には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する実装基板が設けられている。そのため記憶容量が向上したスマートフォンが実現される。

【0410】

図７１（Ｅ）は、デジタルカメラであり、本体９４１、表示部９４２、操作スイッチ９４３などによって構成されている。本体９４１内には、先の実施の形態に示す半導体装置を有する実装基板が設けられている。そのため、記憶容量が向上したデジタルカメラが実現される。

【0411】

以上のように、本実施の形態に示す電子機器には、先の実施の形態に係る半導体装置を有する実装基板が搭載されている。このため、記憶容量が向上した電子機器が実現される。

【0412】

（本明細書の記載に関する付記）
ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。

【0413】

なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。

【0414】

なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。

【0415】

なお、明細書の中の図面や文章において規定されていない内容について、その内容を除くことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めることで、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内に入らないことを規定することができる。

【0416】

具体例としては、ある回路において、第１乃至第５のトランジスタを用いている回路図が記載されているとする。その場合、その回路が、第６のトランジスタを有していないことを発明として規定することが可能である。または、その回路が、容量素子を有していないことを規定することが可能である。さらに、その回路が、ある特定の接続構造をとっているような第６のトランジスタを有していない、と規定して発明を構成することができる。または、その回路が、ある特定の接続構造をとっている容量素子を有していない、と規定して発明を構成することができる。例えば、ゲートが第３のトランジスタのゲートと接続されている第６のトランジスタを有していない、と発明を規定することが可能である。または、例えば、第１の電極が第３のトランジスタのゲートと接続されている容量素子を有していない、と発明を規定することが可能である。

【0417】

別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、３Ｖ以上１０Ｖ以下であることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−２Ｖ以上１Ｖ以下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、ある電圧が、１３Ｖ以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。なお、例えば、その電圧が、５Ｖ以上８Ｖ以下であると発明を規定することも可能である。なお、例えば、その電圧が、概略９Ｖであると発明を規定することも可能である。なお、例えば、その電圧が、３Ｖ以上１０Ｖ以下であるが、９Ｖである場合を除くと発明を規定することも可能である。なお、ある値について、「このような範囲であることが好ましい」、「これらを満たすことが好適である」となどと記載されていたとしても、ある値は、それらの記載に限定されない。つまり、「好ましい」、「好適である」などと記載されていたとしても、必ずしも、それらの記載には、限定されない。

【0418】

別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、１０Ｖであることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−２Ｖ以上１Ｖ以下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、ある電圧が、１３Ｖ以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。

【0419】

別の具体例としては、ある物質の性質について、例えば、「ある膜は、絶縁膜である」と記載されているとする。その場合、例えば、その絶縁膜が、有機絶縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その絶縁膜が、無機絶縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その膜が、導電膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その膜が、半導体膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。

【0420】

別の具体例としては、ある積層構造について、例えば、「Ａ膜とＢ膜との間に、ある膜が設けられている」と記載されているとする。その場合、例えば、その膜が、４層以上の積層膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、Ａ膜とその膜との間に、導電膜が設けられている場合を除く、と発明を規定することが可能である。

【0421】

なお、本明細書等において記載されている発明の一態様は、さまざまな人が実施することが出来る。しかしながら、その実施は、複数の人にまたがって実施される場合がある。例えば、送受信システムの場合において、Ａ社が送信機を製造および販売し、Ｂ社が受信機を製造および販売する場合がある。別の例としては、ＴＦＴおよび発光素子を有する発光装置の場合において、ＴＦＴが形成された半導体装置は、Ａ社が製造および販売する。そして、Ｂ社がその半導体装置を購入して、その半導体装置に発光素子を成膜して、発光装置として完成させる、という場合がある。

【0422】

このような場合、Ａ社またはＢ社のいずれに対しても、特許侵害を主張できるような発明の一態様を、構成することが出来る。つまり、Ａ社のみが実施するような発明の一態様を構成することが可能であり、別の発明の一態様として、Ｂ社のみが実施するような発明の一態様を構成することが可能である。また、Ａ社またはＢ社に対して、特許侵害を主張できるような発明の一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断する事が出来る。例えば、送受信システムの場合において、送信機のみの場合の記載や、受信機のみの場合の記載が本明細書等になかったとしても、送信機のみで発明の一態様を構成することができ、受信機のみで別の発明の一態様を構成することができ、それらの発明の一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが出来る。別の例としては、ＴＦＴおよび発光素子を有する発光装置の場合において、ＴＦＴが形成された半導体装置のみの場合の記載や、発光素子を有する発光装置のみの場合の記載が本明細書等になかったとしても、ＴＦＴが形成された半導体装置のみで発明の一態様を構成することができ、発光素子を有する発光装置のみで発明の一態様を構成することができ、それらの発明の一態様は、明確であり、本明細書等に記載されていると判断することが出来る。

【0423】

なお、本明細書等においては、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子など）などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなくても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数のケース考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。したがって、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、受動素子（容量素子、抵抗素子など）などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。

【0424】

なお、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少なくとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つまり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定された発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。したがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。

【0425】

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。そして、その発明の一態様は明確であると言える。そのため、例えば、能動素子（トランジスタ、ダイオードなど）、配線、受動素子（容量素子、抵抗素子など）、導電層、絶縁層、半導体層、有機材料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数もしくは複数記載された図面または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、Ｎ個（Ｎは整数）の回路素子（トランジスタ、容量素子等）を有して構成される回路図から、Ｍ個（Ｍは整数で、Ｍ＜Ｎ）の回路素子（トランジスタ、容量素子等）を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、Ｎ個（Ｎは整数）の層を有して構成される断面図から、Ｍ個（Ｍは整数で、Ｍ＜Ｎ）の層を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、Ｎ個（Ｎは整数）の要素を有して構成されるフローチャートから、Ｍ個（Ｍは整数で、Ｍ＜Ｎ）の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、「Ａは、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、または、Ｆを有する」と記載されている文章から、一部の要素を任意に抜き出して、「Ａは、ＢとＥとを有する」、「Ａは、ＥとＦとを有する」、「Ａは、ＣとＥとＦとを有する」、または、「Ａは、ＢとＣとＤとＥとを有する」などの発明の一態様を構成することは可能である。

【0426】

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。

【0427】

なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容（図の中の一部でもよい）は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は明確であると言える。

【符号の説明】

【0428】

３１ 層
３２ 層
３３ 層
３３＿１ 層
３３＿２ 層
４１ トランジスタ
４２ トランジスタ
４２Ａ トランジスタ
４２Ｂ トランジスタ
４２Ｃ トランジスタ
４２Ｄ トランジスタ
１０１ 回路
１０３ 配線
１０５ 配線
１０７ トランジスタ
１０７Ａ トランジスタ
１１０ 回路
１１０Ａ 回路
１１０Ｂ 回路
１１０Ｃ 回路
１１０Ｄ 回路
１１２ 端子
１１２Ａ 端子
１１２Ｂ 端子
１１２Ｃ 端子
１１２Ｄ 端子
１１３ 配線
１１４ トランジスタ
１１４Ａ トランジスタ
１１６ 容量素子
１１８ 配線
１２０ トランジスタ
１２０Ａ トランジスタ
１２０Ｂ スイッチ
１２２ 配線
１２４ 配線
１２６ トランジスタ
１２８ トランジスタ
１３０ 容量素子
１３２ 配線
１３４ 配線
１３６ 配線
１３８ 配線
２１０ 電子銃室
２１２ 光学系
２１４ 試料室
２１６ 光学系
２１８ カメラ
２２０ 観察室
２２２ フィルム室
２２４ 電子
２２８ 物質
２２９ 蛍光板
３０２ 回路
３０４ 回路
３０６ 回路
３０８ 回路
３１０ 配線
３１２ 配線
３１４ 配線
３１４Ａ 配線
３１４Ｂ 配線
３１４Ｃ 配線
３１４Ｄ 配線
３１６ 配線
３１６Ａ 配線
３１６Ｂ 配線
３１６Ｃ 配線
３１６Ｄ 配線
４００ 基板
４０１ 素子分離領域
４０２ 不純物領域
４０３ 不純物領域
４０４ チャネル形成領域
４０５ 絶縁膜
４０６ ゲート電極
４１１ 絶縁膜
４１２ 導電膜
４１３ 導電膜
４１４ 導電膜
４１６ 導電膜
４１７ 導電膜
４１８ 導電膜
４２０ 絶縁膜
４２１ 絶縁膜
４２２ 絶縁膜
４３０ 半導体膜
４３０ａ 酸化物半導体膜
４３０ｂ 酸化物半導体膜
４３０ｃ 酸化物半導体膜
４３１ ゲート絶縁膜
４３２ 導電膜
４３３ 導電膜
４３４ ゲート電極
７００ 電子部品
７０１ リード
７０２ プリント基板
７０３ 半導体装置
７０４ 実装基板
９０１ 筐体
９０２ 筐体
９０３ａ 表示部
９０３ｂ 表示部
９０４ 選択ボタン
９０５ キーボード
９１０ 電子書籍
９１１ 筐体
９１２ 筐体
９１３ 表示部
９１４ 表示部
９１５ 軸部
９１６ 電源
９１７ 操作キー
９１８ スピーカー
９２１ 筐体
９２２ 表示部
９２３ スタンド
９２４ リモコン操作機
９３０ 本体
９３１ 表示部
９３２ スピーカー
９３３ マイク
９３４ 操作ボタン
９４１ 本体
９４２ 表示部
９４３ 操作スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】

【図61】

【図62】

【図63】

【図64】

【図65】

【図66】

【図67】

【図68】

【図69】

【図70】

【図71】