特開2024-161146トランジスタ、半導体装置、メモリ、中央演算処理回路及び半導体集積回路
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024161146
(43)【公開日】2024-11-15
(54)【発明の名称】トランジスタ、半導体装置、メモリ、中央演算処理回路及び半導体集積回路
(51)【国際特許分類】
H01L 21/336 20060101AFI20241108BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20241108BHJP
H10B 12/00 20230101ALI20241108BHJP
H01L 21/8234 20060101ALI20241108BHJP
H01L 27/088 20060101ALI20241108BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 617S
H01L29/78 618B
H01L29/78 617K
H01L29/78 618C
H01L29/78 617T
H01L29/78 613B
H10B12/00 671Z
H10B12/00 621C
H10B12/00 801
H01L27/06 102A
H01L27/088 E
H01L27/088 331E
【審査請求】有
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024146192
(22)【出願日】2024-08-28
(62)【分割の表示】P 2023100549の分割
【原出願日】2012-03-23
(31)【優先権主張番号】P 2011067213
(32)【優先日】2011-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【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】山崎 舜平
(72)【発明者】
【氏名】郷戸 宏充
(72)【発明者】
【氏名】竹村 保彦
(57)【要約】
【課題】微細化した半導体集積回路において用いられる、オフ電流の小さな電界効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）を提供する。
【解決手段】絶縁表面に略垂直に形成された厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の薄片状の酸
化物半導体と、前記酸化物半導体を覆って形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜
を覆って形成されたストライプ状の幅１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のゲートを有する電界
効果トランジスタ。この構成では、薄片状の酸化物半導体の三方の面をゲートが覆うこと
となるため、ソース、ドレインから注入される電子を効率的に排除し、ソースとドレイン
の間をほぼ空乏化領域とでき、オフ電流を低減できる。
【選択図】図１
ンジスタ（ＦＥＴ）を提供する。
【解決手段】絶縁表面に略垂直に形成された厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の薄片状の酸
化物半導体と、前記酸化物半導体を覆って形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜
を覆って形成されたストライプ状の幅１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のゲートを有する電界
効果トランジスタ。この構成では、薄片状の酸化物半導体の三方の面をゲートが覆うこと
となるため、ソース、ドレインから注入される電子を効率的に排除し、ソースとドレイン
の間をほぼ空乏化領域とでき、オフ電流を低減できる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化物半導体層と、
前記酸化物半導体層の上面と接する領域と、前記酸化物半導体層の第１の側面と接する領域と、前記酸化物半導体層の第２の側面と接する領域と、を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上面と接する領域と、前記ゲート絶縁膜の第１の側面と接する領域と、前記ゲート絶縁膜の第２の側面と接する領域と、を有するゲートと、
前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース及びドレインと、を有し、
前記ゲートと前記酸化物半導体層とが重なる領域において、前記酸化物半導体層の前記ゲート絶縁膜に挟まれた領域の厚さは、前記酸化物半導体層の高さより小さく、
前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物半導体層と重なり、且つ、前記ゲートと重ならない領域を有する、トランジスタ。
前記酸化物半導体層の上面と接する領域と、前記酸化物半導体層の第１の側面と接する領域と、前記酸化物半導体層の第２の側面と接する領域と、を有するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上面と接する領域と、前記ゲート絶縁膜の第１の側面と接する領域と、前記ゲート絶縁膜の第２の側面と接する領域と、を有するゲートと、
前記酸化物半導体層と電気的に接続するソース及びドレインと、を有し、
前記ゲートと前記酸化物半導体層とが重なる領域において、前記酸化物半導体層の前記ゲート絶縁膜に挟まれた領域の厚さは、前記酸化物半導体層の高さより小さく、
前記ゲート絶縁膜は、前記酸化物半導体層と重なり、且つ、前記ゲートと重ならない領域を有する、トランジスタ。
【請求項2】
請求項１において、
前記酸化物半導体層は酸化インジウムを有する、トランジスタ。
前記酸化物半導体層は酸化インジウムを有する、トランジスタ。
【請求項3】
請求項１または請求項２において、
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、珪酸ハフニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコンから選ばれた１つ以上の材料を含む、トランジスタ。
前記ゲート絶縁膜は、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、珪酸ハフニウム、酸窒化シリコン、窒化シリコンから選ばれた１つ以上の材料を含む、トランジスタ。
【請求項4】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記酸化物半導体層の断面形状は、角が曲がっている、トランジスタ。
前記酸化物半導体層の断面形状は、角が曲がっている、トランジスタ。
【請求項5】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記酸化物半導体層は、底面が上面よりも広い、トランジスタ。
前記酸化物半導体層は、底面が上面よりも広い、トランジスタ。
【請求項6】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の前記トランジスタを第１のトランジスタとして有し、
前記第１のトランジスタの下方に第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタのソース及びドレインのいずれか一方は、前記第１のトランジスタのソース及びドレインのいずれか一方と電気的に接続されている、半導体装置。
前記第１のトランジスタの下方に第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタのソース及びドレインのいずれか一方は、前記第１のトランジスタのソース及びドレインのいずれか一方と電気的に接続されている、半導体装置。
【請求項7】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の前記トランジスタ、又は請求項６に記載の前記半導体装置を有するメモリ。
【請求項8】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の前記トランジスタ、又は請求項６に記載の前記半導体装置を有する中央演算処理回路。
【請求項9】
請求項１乃至請求項５のいずれか一に記載の前記トランジスタ、又は請求項６に記載の前記半導体装置を有する半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電界効果トランジスタおよびそれを用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体集積回路等に用いられる電界効果トランジスタ（以下、ＦＥＴ）はシリコン
等の半導体によって形成されてきた（例えば、非特許文献１参照）。近年、バンドギャッ
プが２．５電子ボルト以上の酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタが報告されてい
る。特に、半導体層中のドナー濃度を極めて低くすることにより、そのオフ電流を通常の
方法では測定できないレベルにまで低下できることが明らかとなった（例えば、特許文献
１参照）。
等の半導体によって形成されてきた（例えば、非特許文献１参照）。近年、バンドギャッ
プが２．５電子ボルト以上の酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタが報告されてい
る。特に、半導体層中のドナー濃度を極めて低くすることにより、そのオフ電流を通常の
方法では測定できないレベルにまで低下できることが明らかとなった（例えば、特許文献
１参照）。
【0003】
例えば、シリコンを用いたＦＥＴでは、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流は通常、１×
１０－１５Ａ／μｍ以上であるのに対し、インジウム－ガリウム－亜鉛系酸化物（Ｉｎ－
Ｇａ－Ｚｎ系酸化物）半導体を用いたＦＥＴでは１×１０－１８Ａ／μｍ以下とすること
ができる。これはバンドギャップが大きいために真性半導体では熱励起キャリアが極めて
低濃度となるためであり、バンドギャップが３電子ボルト以上であると、理論的なオフ電
流の下限は１×１０－３１Ａ／μｍ以下となる。
１０－１５Ａ／μｍ以上であるのに対し、インジウム－ガリウム－亜鉛系酸化物（Ｉｎ－
Ｇａ－Ｚｎ系酸化物）半導体を用いたＦＥＴでは１×１０－１８Ａ／μｍ以下とすること
ができる。これはバンドギャップが大きいために真性半導体では熱励起キャリアが極めて
低濃度となるためであり、バンドギャップが３電子ボルト以上であると、理論的なオフ電
流の下限は１×１０－３１Ａ／μｍ以下となる。
【0004】
このようなオフ電流が極めて低いＦＥＴを、１つのＦＥＴと１つのキャパシタにより構成
されるダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（１Ｔ１Ｃ型ＤＲＡＭ）に用いれば、
リフレッシュの間隔を十分に長くすることができる。理想的にはリフレッシュを半永久的
におこなわなくても、データを保持できる（特許文献２参照）。
されるダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（１Ｔ１Ｃ型ＤＲＡＭ）に用いれば、
リフレッシュの間隔を十分に長くすることができる。理想的にはリフレッシュを半永久的
におこなわなくても、データを保持できる（特許文献２参照）。
【0005】
また、２つのトランジスタと１つのキャパシタとにより構成されるゲインセル型メモリ（
特許文献３参照）に用いれば、半永久的に不揮発なメモリとできる。なお、これまで提案
されてきたゲインセル型メモリは大容量のキャパシタが不要であるため、１Ｔ１Ｃ型ＤＲ
ＡＭの欠点を補うものとして考えられてきたが、多くの場合、オフ電流を十分に小さくす
ることができないため、実用化されることはなかった。
特許文献３参照）に用いれば、半永久的に不揮発なメモリとできる。なお、これまで提案
されてきたゲインセル型メモリは大容量のキャパシタが不要であるため、１Ｔ１Ｃ型ＤＲ
ＡＭの欠点を補うものとして考えられてきたが、多くの場合、オフ電流を十分に小さくす
ることができないため、実用化されることはなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許公開第２０１１／０１４８４５５号明細書
【特許文献2】米国特許公開第２０１１／０１５６０２７号明細書
【特許文献3】米国特許第７４６８９０１号明細書
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Ｈｉｓａｍｏｔｏ ｅｔ ａｌ． ”Ａ Ｆｏｌｄｅｄ－ｃｈａｎｎｅｌ ＭＯＳＦＥＴ ｆｏｒ Ｄｅｅｐ－ｓｕｂ－ｔｅｎｔｈ Ｍｉｃｒｏｎ Ｅｒａ”， ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈ． Ｄｉｇ．， ｐｐ．１０３２―１０３４， １９９８．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、本発明者の研究の結果、このような極めて低いオフ電流は、チャネル長が
十分に長い場合にこそ達成できるが、チャネル長が１００ｎｍ以下となると、短チャネル
効果により実現が困難であることがわかった。
十分に長い場合にこそ達成できるが、チャネル長が１００ｎｍ以下となると、短チャネル
効果により実現が困難であることがわかった。
【0009】
その理由を図１０を用いて説明する。図１０（Ａ）はチャネル長が十分に長い場合である
。膜状の酸化物半導体２０１ａには、オーミック接触するソース２０４ａ、ドレイン２０
５ａより電子（キャリア）が注入される。しかしながら、ゲート２０３ａの仕事関数を５
．２電子ボルト以上とすることにより、それらの電子を酸化物半導体２０１ａより排除し
て、広い領域にわたって電子の無い空乏化領域２０６ａを形成することができる。
。膜状の酸化物半導体２０１ａには、オーミック接触するソース２０４ａ、ドレイン２０
５ａより電子（キャリア）が注入される。しかしながら、ゲート２０３ａの仕事関数を５
．２電子ボルト以上とすることにより、それらの電子を酸化物半導体２０１ａより排除し
て、広い領域にわたって電子の無い空乏化領域２０６ａを形成することができる。
【0010】
空乏化領域２０６ａが存在することにより、ソース２０４ａとドレイン２０５ａ間の電流
を阻止でき、その結果、極めて低いオフ電流を実現できる。このような電子を排除する作
用は、ゲート絶縁膜２０２ａが薄く、誘電率が高いほど、また、ゲート２０３ａの仕事関
数が大きいほど効果的である。
を阻止でき、その結果、極めて低いオフ電流を実現できる。このような電子を排除する作
用は、ゲート絶縁膜２０２ａが薄く、誘電率が高いほど、また、ゲート２０３ａの仕事関
数が大きいほど効果的である。
【0011】
図１０（Ｂ）は、酸化物半導体の厚さを変えずに、チャネル長のみを短くした場合である
。この場合には、特に酸化物半導体２０１ｂの下の部分（ゲート絶縁膜２０２ｂの反対側
）において、ゲートの作用が及ばず、電子の濃度を十分に小さくできない。すなわち、酸
化物半導体２０１ｂのうち、ゲート２０３ｂ側には空乏化領域２０６ｂが形成されるが、
酸化物半導体２０１ｂの下の部分にまでおよばない。その結果、ソース２０４ｂとドレイ
ン２０５ｂ間の電流を十分に阻止できないのである。
。この場合には、特に酸化物半導体２０１ｂの下の部分（ゲート絶縁膜２０２ｂの反対側
）において、ゲートの作用が及ばず、電子の濃度を十分に小さくできない。すなわち、酸
化物半導体２０１ｂのうち、ゲート２０３ｂ側には空乏化領域２０６ｂが形成されるが、
酸化物半導体２０１ｂの下の部分にまでおよばない。その結果、ソース２０４ｂとドレイ
ン２０５ｂ間の電流を十分に阻止できないのである。
【0012】
このような問題は、酸化物半導体２０１ｂを可能な限り薄くする方法によって解決できる
ことがある。しかしながら、厚さが１ｎｍ未満であると酸化物半導体２０１ｂの半導体特
性に問題が生じることがある。特に、酸化物半導体２０１ｂが何らかの結晶構造を有する
場合には、必要な結晶性が得られないこともある。
ことがある。しかしながら、厚さが１ｎｍ未満であると酸化物半導体２０１ｂの半導体特
性に問題が生じることがある。特に、酸化物半導体２０１ｂが何らかの結晶構造を有する
場合には、必要な結晶性が得られないこともある。
【0013】
シリコンを用いたＦＥＴでも、チャネル長が短くなることによるオフ電流の上昇やサブス
レショールド特性の悪化は短チャネル効果として知られているが、酸化物半導体ではより
顕著となる。それは、シリコンを用いたＦＥＴでは、ソースとチャネル形成領域、あるい
はドレインとチャネル形成領域の間をＰＮ接合によって分離することができるが、酸化物
半導体ではチャネルをソースもしくはドレインから分離するためにＰＮ接合を形成するこ
とが困難なためである。
レショールド特性の悪化は短チャネル効果として知られているが、酸化物半導体ではより
顕著となる。それは、シリコンを用いたＦＥＴでは、ソースとチャネル形成領域、あるい
はドレインとチャネル形成領域の間をＰＮ接合によって分離することができるが、酸化物
半導体ではチャネルをソースもしくはドレインから分離するためにＰＮ接合を形成するこ
とが困難なためである。
【0014】
一般に、シリコンを用いたＦＥＴでは、例えば、ソースとドレインを高濃度なＮ型とする
場合、チャネル形成領域も適当な濃度のＰ型とする。このようにして形成されるＰＮ接合
によって、ソースやドレインからチャネルに電子が注入されることを防止できる。チャネ
ル形成領域のＰ型不純物の濃度が高ければ、電子の注入を防止する作用が強くなる。この
ため、シリコンを用いたＦＥＴでは、チャネル長が短くなればチャネル形成領域の不純物
濃度を高くして短チャネル効果を抑制できる。
場合、チャネル形成領域も適当な濃度のＰ型とする。このようにして形成されるＰＮ接合
によって、ソースやドレインからチャネルに電子が注入されることを防止できる。チャネ
ル形成領域のＰ型不純物の濃度が高ければ、電子の注入を防止する作用が強くなる。この
ため、シリコンを用いたＦＥＴでは、チャネル長が短くなればチャネル形成領域の不純物
濃度を高くして短チャネル効果を抑制できる。
【0015】
これに対し、多くの場合、酸化物半導体では、シリコンのようにドーピングによって半導
体の型（導電型）を制御することは困難で、例えば、酸化インジウム等のインジウムを含
む酸化物、あるいは酸化亜鉛のように亜鉛を含む酸化物では、Ｎ型半導体は作製できるが
、Ｐ型半導体は作製できない。したがって、シリコンを用いたＦＥＴのようにチャネル形
成領域を高濃度なＰ型とするような手法は採用できない。
体の型（導電型）を制御することは困難で、例えば、酸化インジウム等のインジウムを含
む酸化物、あるいは酸化亜鉛のように亜鉛を含む酸化物では、Ｎ型半導体は作製できるが
、Ｐ型半導体は作製できない。したがって、シリコンを用いたＦＥＴのようにチャネル形
成領域を高濃度なＰ型とするような手法は採用できない。
【0016】
微細化を進めるにあたっては、チャネル長を短くすることは必須であり、短チャネルでも
十分に低いオフ電流が得られることが望まれる。本発明の一態様は上記のような短チャネ
ル化に伴うオフ電流の上昇を回避することのできるＦＥＴを提供することを課題の一とす
る。また、本発明の一態様は、十分に微細化されたＦＥＴを提供することを課題とする。
また、本発明の一態様はＦＥＴを有する半導体装置を提供することを課題とする。また、
本発明の一態様は、ＦＥＴあるいは半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
本発明では以上の課題の少なくとも１つを解決する。
十分に低いオフ電流が得られることが望まれる。本発明の一態様は上記のような短チャネ
ル化に伴うオフ電流の上昇を回避することのできるＦＥＴを提供することを課題の一とす
る。また、本発明の一態様は、十分に微細化されたＦＥＴを提供することを課題とする。
また、本発明の一態様はＦＥＴを有する半導体装置を提供することを課題とする。また、
本発明の一態様は、ＦＥＴあるいは半導体装置の製造方法を提供することを課題とする。
本発明では以上の課題の少なくとも１つを解決する。
【課題を解決するための手段】
【0017】
本発明の一態様は、厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下で
、高さが最小加工線幅（Ｆｅａｔｕｒｅ Ｓｉｚｅ）の１倍以上で、絶縁表面に略垂直に
形成された薄片状の酸化物半導体と、酸化物半導体を覆って形成されたゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜を覆って形成されたストライプ状の幅１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好まし
くは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下のゲートを有するＦＥＴである。なお、本明細書において
「略垂直」とは、対象となる面に対して、７０°以上１１０°以下の角度を有する場合を
いう。
、高さが最小加工線幅（Ｆｅａｔｕｒｅ Ｓｉｚｅ）の１倍以上で、絶縁表面に略垂直に
形成された薄片状の酸化物半導体と、酸化物半導体を覆って形成されたゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜を覆って形成されたストライプ状の幅１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好まし
くは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下のゲートを有するＦＥＴである。なお、本明細書において
「略垂直」とは、対象となる面に対して、７０°以上１１０°以下の角度を有する場合を
いう。
【0018】
また、本発明の一態様は、厚さが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ
以下で、高さが最小加工線幅の１倍以上で、絶縁表面に略垂直に形成された薄片状の酸化
物半導体と、酸化物半導体の少なくとも３つの面に接するソースおよびドレインと、酸化
物半導体を覆って形成されたゲート絶縁膜とを有するＦＥＴである。ここで、ソースとド
レインの間隔は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下のＦ
ＥＴとするとよい。
以下で、高さが最小加工線幅の１倍以上で、絶縁表面に略垂直に形成された薄片状の酸化
物半導体と、酸化物半導体の少なくとも３つの面に接するソースおよびドレインと、酸化
物半導体を覆って形成されたゲート絶縁膜とを有するＦＥＴである。ここで、ソースとド
レインの間隔は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下のＦ
ＥＴとするとよい。
【0019】
上記において、酸化物半導体は、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫を用いることができ
る。また、二元系金属酸化物である、例えば、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－Ｓｎ系酸化物、あるいはＩｎ－Ｇａ系酸化物などを用いることもできる。ここで
、例えば、Ｉｎ－Ｇａ系酸化物とは、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）をそれぞれ
５原子％以上含む酸化物という意味であり、その他の元素が含まれていてもよい。
る。また、二元系金属酸化物である、例えば、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－Ｓｎ系酸化物、あるいはＩｎ－Ｇａ系酸化物などを用いることもできる。ここで
、例えば、Ｉｎ－Ｇａ系酸化物とは、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ）をそれぞれ
５原子％以上含む酸化物という意味であり、その他の元素が含まれていてもよい。
【0020】
例えば、Ｉｎ－Ｚｎ系酸化物を用いる場合、インジウム（Ｉｎ）と亜鉛（Ｚｎ）をＩｎ／
Ｚｎ＝０．５～５０、好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝１～２０、さらに好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝
１．５～１５の比率で含む酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体を形成することができ
る。なお、Ｉｎ－Ｚｎ系酸化物の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ
＝ｘ：ｙ：ｚのとき、ｚ＞１．５ｘ＋ｙとするとよい。なお、インジウムの比率を高くす
ることにより、ＦＥＴの移動度を向上させることができる。
Ｚｎ＝０．５～５０、好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝１～２０、さらに好ましくはＩｎ／Ｚｎ＝
１．５～１５の比率で含む酸化物ターゲットを用いて酸化物半導体を形成することができ
る。なお、Ｉｎ－Ｚｎ系酸化物の形成に用いるターゲットは、原子数比がＩｎ：Ｚｎ：Ｏ
＝ｘ：ｙ：ｚのとき、ｚ＞１．５ｘ＋ｙとするとよい。なお、インジウムの比率を高くす
ることにより、ＦＥＴの移動度を向上させることができる。
【0021】
同様に、酸化物半導体として、三元系金属酸化物である、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物、Ｉ
ｎ－Ｓｎ－Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ－Ａｌ－Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物、Ａｌ
－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物、あるいはＳｎ－Ａｌ－Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
また、四元系金属酸化物である、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物を用いてもよい。
ｎ－Ｓｎ－Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ－Ａｌ－Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物、Ａｌ
－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物、あるいはＳｎ－Ａｌ－Ｚｎ系酸化物などを用いることができる。
また、四元系金属酸化物である、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物を用いてもよい。
【0022】
ここで、例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物とは、インジウム（Ｉｎ）とガリウム（Ｇａ
）と亜鉛（Ｚｎ）をそれぞれ３．３原子％以上含む酸化物という意味であり、その他の元
素が含まれていてもよい。また、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物では、インジウム（Ｉ
ｎ）と錫（Ｓｎ）とガリウム（Ｇａ）と亜鉛（Ｚｎ）をそれぞれ、２．５原子％以上含む
酸化物という意味であり、その他の元素が含まれていてもよい。
）と亜鉛（Ｚｎ）をそれぞれ３．３原子％以上含む酸化物という意味であり、その他の元
素が含まれていてもよい。また、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物では、インジウム（Ｉ
ｎ）と錫（Ｓｎ）とガリウム（Ｇａ）と亜鉛（Ｚｎ）をそれぞれ、２．５原子％以上含む
酸化物という意味であり、その他の元素が含まれていてもよい。
【0023】
また、上記において酸化物半導体は結晶性を有する領域を有してもよい。また、その領域
の結晶は、ｃ軸が酸化物半導体面に略垂直であるとよい。特にＦＥＴのチャネルが形成さ
れる領域（表面上にゲートが設けられる領域あるいはゲートが覆う領域）は、結晶性を有
することが好ましい。
の結晶は、ｃ軸が酸化物半導体面に略垂直であるとよい。特にＦＥＴのチャネルが形成さ
れる領域（表面上にゲートが設けられる領域あるいはゲートが覆う領域）は、結晶性を有
することが好ましい。
【0024】
このような結晶は、ａｂ面に垂直な方向から見て、三角形、六角形、正三角形、又は正六
角形の原子配列を有し、且つ、ｃ軸方向に金属原子が層状に配列した相、又はｃ軸方向に
金属原子と酸素原子が層状に配列した相を有してもよい。このように表面に対し、ｃ軸が
略垂直である結晶を有する酸化物半導体をＣ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＡＡＣ－ＯＳ）という。
角形の原子配列を有し、且つ、ｃ軸方向に金属原子が層状に配列した相、又はｃ軸方向に
金属原子と酸素原子が層状に配列した相を有してもよい。このように表面に対し、ｃ軸が
略垂直である結晶を有する酸化物半導体をＣ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａ
ｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＣＡＡＣ－ＯＳ）という。
【0025】
また、上記において酸化物半導体の一部は、窒素、硼素あるいはリンを有する領域を有し
てもよく、特に、それらの領域は、イオン注入法等の手段によりゲートをマスクとして自
己整合的に形成されてもよい。また、酸化物半導体の全部あるいは一部にはニッケルもし
くは銅のような電子を吸収する作用を有する金属元素あるいは過酸化物を形成する作用を
有する金属元素を０．１原子％乃至５原子％有してもよい。
てもよく、特に、それらの領域は、イオン注入法等の手段によりゲートをマスクとして自
己整合的に形成されてもよい。また、酸化物半導体の全部あるいは一部にはニッケルもし
くは銅のような電子を吸収する作用を有する金属元素あるいは過酸化物を形成する作用を
有する金属元素を０．１原子％乃至５原子％有してもよい。
【0026】
また、上記において、ゲート絶縁膜は酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸
化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、珪酸ハフニウム、酸窒化シリコン、
窒化シリコンから選ばれた１つ以上の材料を含んでもよい。
化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、珪酸ハフニウム、酸窒化シリコン、
窒化シリコンから選ばれた１つ以上の材料を含んでもよい。
【0027】
また、上記において、ゲート絶縁膜は、構成する酸素以外の元素のうちの５０原子％以上
がシリコン、タンタル、ハフニウム、アルミニウム、イットリウム、ランタンから選ばれ
た１つ以上の元素である酸化物よりなってもよい。
がシリコン、タンタル、ハフニウム、アルミニウム、イットリウム、ランタンから選ばれ
た１つ以上の元素である酸化物よりなってもよい。
【0028】
なお、本明細書で金属元素とは、希ガス元素、水素、ホウ素、炭素、窒素、１６族元素（
酸素等）、１７族元素（フッ素等）、シリコン、燐、ゲルマニウム、砒素、アンチモン以
外の全ての元素のことである。また、酸化物とは、金属元素以外の元素に占める酸素の比
率が５０原子％以上の化合物のことである。
酸素等）、１７族元素（フッ素等）、シリコン、燐、ゲルマニウム、砒素、アンチモン以
外の全ての元素のことである。また、酸化物とは、金属元素以外の元素に占める酸素の比
率が５０原子％以上の化合物のことである。
【0029】
本発明の他の一態様は、上記のＦＥＴを１つ以上用いたメモリである。メモリとしては１
Ｔ１Ｃ型ＲＡＭおよびゲインセル型メモリを挙げることができる。また、本発明の他の一
態様は、上記のＦＥＴを用いて形成されたレジスタを有する中央演算処理回路（ＣＰＵ）
、あるいはその他の半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体回路である。
Ｔ１Ｃ型ＲＡＭおよびゲインセル型メモリを挙げることができる。また、本発明の他の一
態様は、上記のＦＥＴを用いて形成されたレジスタを有する中央演算処理回路（ＣＰＵ）
、あるいはその他の半導体集積回路（ＬＳＩ）等の半導体回路である。
【発明の効果】
【0030】
上記の構成では、薄片状の酸化物半導体の三方の面をゲートが覆うこととなる。このため
、ソース、ドレインから酸化物半導体に注入される電子を効率的に排除し、ソースとドレ
インの間の部分のほとんどを空乏化領域とでき、オフ電流を低減できる。
、ソース、ドレインから酸化物半導体に注入される電子を効率的に排除し、ソースとドレ
インの間の部分のほとんどを空乏化領域とでき、オフ電流を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図2】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図3】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図4】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図5】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図6】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図7】本発明の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図8】本発明の一態様のＦＥＴの作製方法の例を説明する図である。
【図9】本発明の一態様のＦＥＴの作製方法の例を説明する図である。
【図10】従来の一態様のＦＥＴの例を説明する図である。
【図11】本発明の一態様を説明する図である。
【図12】本発明の一態様を説明する図である。
【図13】本発明の一態様のＦＥＴと従来のＦＥＴの特性の比較を説明する図である。
【図14】本発明の一態様の応用例を説明する図である。
【図15】本発明の一態様の応用例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異な
る態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、
以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
る態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及
び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、
以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0033】
（実施の形態１）
図１乃至図４に本実施の形態のＦＥＴの形状の概念図を示す。図１はＦＥＴの斜視図であ
り、図２は面Ｘでの断面図、図３は面Ｙでの断面図、図４は面Ｚでの断面図である。図１
乃至図４に示すＦＥＴは絶縁表面１００に接して、厚さｔが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好
ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下、高さｈが、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０
ｎｍ以上５０ｎｍ以下の薄片状の酸化物半導体１０１を有する。
図１乃至図４に本実施の形態のＦＥＴの形状の概念図を示す。図１はＦＥＴの斜視図であ
り、図２は面Ｘでの断面図、図３は面Ｙでの断面図、図４は面Ｚでの断面図である。図１
乃至図４に示すＦＥＴは絶縁表面１００に接して、厚さｔが１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好
ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下、高さｈが、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０
ｎｍ以上５０ｎｍ以下の薄片状の酸化物半導体１０１を有する。
【0034】
酸化物半導体１０１は結晶構造を有することが好ましく、上述のＣＡＡＣ－ＯＳであるこ
とが好ましい。この場合、酸化物半導体１０１は、底面以外に少なくとも複数の面を有す
るが、それぞれの面に垂直になるように複数の結晶が配置することが好ましい。このよう
な結晶状態を得るには、薄片状の非晶質の酸化物半導体を形成した後、適切な温度および
雰囲気で加熱処理するとよい。
とが好ましい。この場合、酸化物半導体１０１は、底面以外に少なくとも複数の面を有す
るが、それぞれの面に垂直になるように複数の結晶が配置することが好ましい。このよう
な結晶状態を得るには、薄片状の非晶質の酸化物半導体を形成した後、適切な温度および
雰囲気で加熱処理するとよい。
【0035】
また、酸化物半導体１０１の一部には、ソース１０４、ドレイン１０５が接して設けられ
る。ソース１０４、ドレイン１０５には、アルミニウム、マグネシウム、クロム、銅、タ
ンタル、チタン、モリブデン、タングステンなどの金属材料、あるいはこれらの金属材料
を主成分とする合金材料の層を用いることができる。合金材料の層としては、例えばＣｕ
－Ｍｇ－Ａｌ合金材料の層を用いることができる。またはそれらの金属窒化物を用いても
よい。
る。ソース１０４、ドレイン１０５には、アルミニウム、マグネシウム、クロム、銅、タ
ンタル、チタン、モリブデン、タングステンなどの金属材料、あるいはこれらの金属材料
を主成分とする合金材料の層を用いることができる。合金材料の層としては、例えばＣｕ
－Ｍｇ－Ａｌ合金材料の層を用いることができる。またはそれらの金属窒化物を用いても
よい。
【0036】
そして、酸化物半導体１０１、ソース１０４、ドレイン１０５を覆い、酸化物半導体１０
１と接して設けられるゲート絶縁膜１０２を有する。ゲート絶縁膜１０２は単層あるいは
２層以上の積層構造を有し、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、珪酸ハフニウム、酸窒化シリコン、窒化シリ
コンから選ばれた材料を用いて形成すればよい。
１と接して設けられるゲート絶縁膜１０２を有する。ゲート絶縁膜１０２は単層あるいは
２層以上の積層構造を有し、酸化シリコン、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化アルミ
ニウム、酸化イットリウム、酸化ランタン、珪酸ハフニウム、酸窒化シリコン、窒化シリ
コンから選ばれた材料を用いて形成すればよい。
【0037】
ゲート１０３は、ゲート絶縁膜１０２を覆って形成され、ゲート絶縁膜１０２に接しても
よいし、接しなくてもよい。また、ゲート１０３はストライプ状であり、本実施の形態の
ＦＥＴではソース１０４、ドレイン１０５の一部と重なるように形成する。このＦＥＴの
チャネル長はソース１０４とドレイン１０５の間の間隔Ｌ１で定義できる（図２および図
３参照）。
よいし、接しなくてもよい。また、ゲート１０３はストライプ状であり、本実施の形態の
ＦＥＴではソース１０４、ドレイン１０５の一部と重なるように形成する。このＦＥＴの
チャネル長はソース１０４とドレイン１０５の間の間隔Ｌ１で定義できる（図２および図
３参照）。
【0038】
また、チャネル幅は酸化物半導体１０１の３つの面の長さの和（ほぼ、２ｈ＋ｔ）で定義
できる（図４参照）。ｈは回路の最小加工線幅とは無関係に大きくできるので、チャネル
幅はチャネル長に比べて十分に大きくできる。そのため、ＦＥＴのオン電流が大きくなる
。
できる（図４参照）。ｈは回路の最小加工線幅とは無関係に大きくできるので、チャネル
幅はチャネル長に比べて十分に大きくできる。そのため、ＦＥＴのオン電流が大きくなる
。
【0039】
ゲート１０３は単層あるいは２層以上の積層構造を有し、白金、パラジウム、オスミウム
、等の白金系貴金属あるいはタングステン、モリブデン、チタンから選ばれた金属、ある
いはそれらの窒化物、インジウムを有する金属窒化物あるいは金属酸窒化物、亜鉛を有す
る金属窒化物あるいは金属酸窒化物、ｐ型シリコン等を用いればよい。特に、その仕事関
数が５．２電子ボルト以上の材料をゲート絶縁膜１０２に面して形成することが好ましい
。例えば、窒化インジウムは仕事関数が５．６電子ボルトであるので好適である。
、等の白金系貴金属あるいはタングステン、モリブデン、チタンから選ばれた金属、ある
いはそれらの窒化物、インジウムを有する金属窒化物あるいは金属酸窒化物、亜鉛を有す
る金属窒化物あるいは金属酸窒化物、ｐ型シリコン等を用いればよい。特に、その仕事関
数が５．２電子ボルト以上の材料をゲート絶縁膜１０２に面して形成することが好ましい
。例えば、窒化インジウムは仕事関数が５．６電子ボルトであるので好適である。
【0040】
このような仕事関数の大きな材料は抵抗率が高いものが多いが、そのような場合には、仕
事関数の大きな材料をゲート絶縁膜１０２に面して形成し、その上により導電性の良好な
材料（導電体）を適切な厚さで形成すればよい。より導電性の良好な材料に対しては仕事
関数に関する制約はない。
事関数の大きな材料をゲート絶縁膜１０２に面して形成し、その上により導電性の良好な
材料（導電体）を適切な厚さで形成すればよい。より導電性の良好な材料に対しては仕事
関数に関する制約はない。
【0041】
図４に示すように、酸化物半導体１０１はゲート１０３により三方の面をゲートにより囲
まれている。このため、ソース、ドレインから酸化物半導体１０１に注入される電子を効
率的に排除し、ソースとドレインの間に空乏化領域１０６を形成でき、オフ電流を低減で
きる。また、ＦＥＴの占有する面積に関らず、ＦＥＴのチャネル幅を大きくできるので、
集積度を高く保ったまま、高速な半導体回路を構成できる。
まれている。このため、ソース、ドレインから酸化物半導体１０１に注入される電子を効
率的に排除し、ソースとドレインの間に空乏化領域１０６を形成でき、オフ電流を低減で
きる。また、ＦＥＴの占有する面積に関らず、ＦＥＴのチャネル幅を大きくできるので、
集積度を高く保ったまま、高速な半導体回路を構成できる。
【0042】
（実施の形態２）
図５に本実施の形態のＦＥＴを示す。図５（Ａ）は図２に相当するＸ面での断面図であり
、図５（Ｂ）は図３に相当するＹ面での断面図である。なお、本実施の形態のＦＥＴの図
４に相当するＺ面での断面図は図４と同じである。
図５に本実施の形態のＦＥＴを示す。図５（Ａ）は図２に相当するＸ面での断面図であり
、図５（Ｂ）は図３に相当するＹ面での断面図である。なお、本実施の形態のＦＥＴの図
４に相当するＺ面での断面図は図４と同じである。
【0043】
本実施の形態のＦＥＴは絶縁表面１００に接する酸化物半導体１０１を有する。また、酸
化物半導体１０１の一部には、ソース１０４、ドレイン１０５が接して設けられる。そし
て、酸化物半導体１０１、ソース１０４、ドレイン１０５を覆い、酸化物半導体１０１と
接して設けられるゲート絶縁膜１０２を有する。さらに、ゲート絶縁膜１０２を覆ってゲ
ート１０３が形成される。本実施の形態では、ゲート１０３がソース１０４およびドレイ
ン１０５と重ならないように形成する点で実施の形態１に示すＦＥＴと異なる。
化物半導体１０１の一部には、ソース１０４、ドレイン１０５が接して設けられる。そし
て、酸化物半導体１０１、ソース１０４、ドレイン１０５を覆い、酸化物半導体１０１と
接して設けられるゲート絶縁膜１０２を有する。さらに、ゲート絶縁膜１０２を覆ってゲ
ート１０３が形成される。本実施の形態では、ゲート１０３がソース１０４およびドレイ
ン１０５と重ならないように形成する点で実施の形態１に示すＦＥＴと異なる。
【0044】
図５に示すＦＥＴでは、ゲート１０３がソース１０４ともドレイン１０５とも重ならない
構造としたが、いずれか一方のみが重なる構造であってもよい。図５に示すＦＥＴでも、
チャネル長はソース１０４とドレイン１０５の間隔Ｌ２で定義されるが、チャネル長には
、ソース１０４とゲート１０３あるいはドレイン１０５とゲート１０３が重なっていない
部分（オフセット領域）も含まれる。図５（Ｂ）に示すオフセット領域の幅ｘはゲート１
０３とソース１０４およびゲート１０３とドレイン１０５の間のリーク電流を防止する上
では１０ｎｍ以上であることが好ましい。
構造としたが、いずれか一方のみが重なる構造であってもよい。図５に示すＦＥＴでも、
チャネル長はソース１０４とドレイン１０５の間隔Ｌ２で定義されるが、チャネル長には
、ソース１０４とゲート１０３あるいはドレイン１０５とゲート１０３が重なっていない
部分（オフセット領域）も含まれる。図５（Ｂ）に示すオフセット領域の幅ｘはゲート１
０３とソース１０４およびゲート１０３とドレイン１０５の間のリーク電流を防止する上
では１０ｎｍ以上であることが好ましい。
【0045】
一般にソースとドレインの間にオフセット領域が設けられると、オン電流が低下するが、
本実施の形態のＦＥＴは、実施の形態１のＦＥＴと同様に、チャネル幅Ｗが回路の最小加
工線幅とは無関係に大きくでき、オン電流が十分大きいので、オフセット領域による減少
分を相殺できる。
本実施の形態のＦＥＴは、実施の形態１のＦＥＴと同様に、チャネル幅Ｗが回路の最小加
工線幅とは無関係に大きくでき、オン電流が十分大きいので、オフセット領域による減少
分を相殺できる。
【0046】
また、特に、オフセット領域の幅ｘが１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以
上２０ｎｍ以下であれば、オン電流の減少は十分に小さい。さらに、上記の大きさのオフ
セット領域を設けることで、空乏化領域１０６を広げることができ、より短チャネル効果
を抑制できる。さらには、ゲート１０３とソース１０４あるいはドレイン１０５との寄生
容量を削減できる。
上２０ｎｍ以下であれば、オン電流の減少は十分に小さい。さらに、上記の大きさのオフ
セット領域を設けることで、空乏化領域１０６を広げることができ、より短チャネル効果
を抑制できる。さらには、ゲート１０３とソース１０４あるいはドレイン１０５との寄生
容量を削減できる。
【0047】
なお、ゲート絶縁膜が薄い場合においても、上記の構造のＦＥＴではゲート１０３とソー
ス１０４あるいはゲート１０３とドレイン１０５間のオフ状態でのリーク電流を削減でき
る。この場合のリーク電流は主としてトンネル効果によるものであるので、以下ではトン
ネル電流という。図５に示すように、空乏化領域１０６がゲート１０３とソース１０４あ
るいはゲート１０３とドレイン１０５の中間ぐらいまで広がっている。
ス１０４あるいはゲート１０３とドレイン１０５間のオフ状態でのリーク電流を削減でき
る。この場合のリーク電流は主としてトンネル効果によるものであるので、以下ではトン
ネル電流という。図５に示すように、空乏化領域１０６がゲート１０３とソース１０４あ
るいはゲート１０３とドレイン１０５の中間ぐらいまで広がっている。
【0048】
このような状況では、例えば、ソース１０４とゲート１０３の間のトンネル電流は空乏化
領域１０６とゲート絶縁膜１０２という２つの障壁を越える必要がある。ソース１０４か
ら見た空乏化領域１０６の障壁高さは、酸化物半導体１０１のバンドギャップの半分ある
いはそれ以上であり、例えば、酸化物半導体のバンドギャップが３．２電子ボルトであれ
ば、１．６電子ボルトである。
領域１０６とゲート絶縁膜１０２という２つの障壁を越える必要がある。ソース１０４か
ら見た空乏化領域１０６の障壁高さは、酸化物半導体１０１のバンドギャップの半分ある
いはそれ以上であり、例えば、酸化物半導体のバンドギャップが３．２電子ボルトであれ
ば、１．６電子ボルトである。
【0049】
これは、典型的な絶縁物である酸化シリコンの障壁高さ（４電子ボルト程度あるいはそれ
以下）と比較すると小さいが、トンネル電流を削減するには、障壁が長いことは障壁が高
いことと同じくらいあるいはそれ以上に有効であるため、空乏化領域１０６が十分に広が
って、障壁が長い場合にはトンネル電流は十分に低減できる。
以下）と比較すると小さいが、トンネル電流を削減するには、障壁が長いことは障壁が高
いことと同じくらいあるいはそれ以上に有効であるため、空乏化領域１０６が十分に広が
って、障壁が長い場合にはトンネル電流は十分に低減できる。
【0050】
例えば、実施の形態１のＦＥＴではオフセット領域が設けられていないので、ソース１０
４とゲート１０３の間のトンネル電流はゲート絶縁膜１０２の厚さによって決定される。
したがって、トンネル電流をソースとドレイン間に流れる電流と同等あるいはより小さく
するには、ゲート絶縁膜１０２の物理的な厚さを５ｎｍ以上とすることが求められる。ゲ
ート絶縁膜１０２の厚さが５ｎｍ未満では、トンネル電流の寄与が大きくなり、トンネル
電流を含めたオフ電流を低減できなくなる。
４とゲート１０３の間のトンネル電流はゲート絶縁膜１０２の厚さによって決定される。
したがって、トンネル電流をソースとドレイン間に流れる電流と同等あるいはより小さく
するには、ゲート絶縁膜１０２の物理的な厚さを５ｎｍ以上とすることが求められる。ゲ
ート絶縁膜１０２の厚さが５ｎｍ未満では、トンネル電流の寄与が大きくなり、トンネル
電流を含めたオフ電流を低減できなくなる。
【0051】
特に、実施の形態１のＦＥＴではソース１０４とゲート１０３の重なっている面積が大き
いため、現実的にはゲート絶縁膜１０２の物理的な厚さを１０ｎｍ以上とすることが求め
られる。このように、ゲート絶縁膜１０２が厚くなるとＦＥＴのオン電流（すなわち、ス
イッチング速度）が低下する。
いため、現実的にはゲート絶縁膜１０２の物理的な厚さを１０ｎｍ以上とすることが求め
られる。このように、ゲート絶縁膜１０２が厚くなるとＦＥＴのオン電流（すなわち、ス
イッチング速度）が低下する。
【0052】
一方、本実施の形態のＦＥＴでは、（１）図５（Ｂ）に示すように、空乏化領域１０６の
端からゲート１０３の端部までの距離ｙとゲート絶縁膜１０２の厚さの和が５ｎｍ以上で
あること、あるいは、（２）空乏化領域１０６の端からゲート１０３までの距離が５ｎｍ
以上であることという、いずれかの条件を満たせばよい。
端からゲート１０３の端部までの距離ｙとゲート絶縁膜１０２の厚さの和が５ｎｍ以上で
あること、あるいは、（２）空乏化領域１０６の端からゲート１０３までの距離が５ｎｍ
以上であることという、いずれかの条件を満たせばよい。
【0053】
例えば、距離ｙが５ｎｍであれば、ゲート絶縁膜１０２の厚さは０であっても、オフ状態
でのソース１０４とゲート１０３の間のトンネル電流を十分に阻止できる。もっとも、オ
ン状態ではゲート絶縁膜１０２の厚さが有限でないと、ＦＥＴの正常な動作ができないた
め、現実的には、ゲート絶縁膜１０２の厚さは０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくは０
．５ｎｍ以上２ｎｍ以下とすればよい。
でのソース１０４とゲート１０３の間のトンネル電流を十分に阻止できる。もっとも、オ
ン状態ではゲート絶縁膜１０２の厚さが有限でないと、ＦＥＴの正常な動作ができないた
め、現実的には、ゲート絶縁膜１０２の厚さは０．５ｎｍ以上５ｎｍ未満、好ましくは０
．５ｎｍ以上２ｎｍ以下とすればよい。
【0054】
ゲート絶縁膜１０２の厚さはオン状態でのリーク電流の大きさを勘案して決定すればよい
。消費電力を抑制する上では、ゲート絶縁膜１０２を厚くすることが望まれ、また、高速
動作が必要な場合は、ゲート絶縁膜を薄くすることが望まれる。例えば、メモリのように
、オン状態の期間がオフ状態の期間の１万分の１以下の用途であれば、ゲート絶縁膜を薄
くしても消費電力が格段に増加することはない。
。消費電力を抑制する上では、ゲート絶縁膜１０２を厚くすることが望まれ、また、高速
動作が必要な場合は、ゲート絶縁膜を薄くすることが望まれる。例えば、メモリのように
、オン状態の期間がオフ状態の期間の１万分の１以下の用途であれば、ゲート絶縁膜を薄
くしても消費電力が格段に増加することはない。
【0055】
（実施の形態３）
図６に本実施の形態のＦＥＴを示す。図６（Ａ）は図２に相当するＸ面での断面図であり
、図６（Ｂ）は図３に相当するＹ面での断面図である。なお、本実施の形態のＦＥＴの図
４に相当するＺ面での断面図は図４と同じである。本実施の形態のＦＥＴは絶縁表面１０
０に接する酸化物半導体１０１を有する。
図６に本実施の形態のＦＥＴを示す。図６（Ａ）は図２に相当するＸ面での断面図であり
、図６（Ｂ）は図３に相当するＹ面での断面図である。なお、本実施の形態のＦＥＴの図
４に相当するＺ面での断面図は図４と同じである。本実施の形態のＦＥＴは絶縁表面１０
０に接する酸化物半導体１０１を有する。
【0056】
また、酸化物半導体１０１の一部には、ソース１０４、ドレイン１０５が接して設けられ
る。そして、酸化物半導体１０１、ソース１０４、ドレイン１０５を覆い、酸化物半導体
１０１と接して設けられるゲート絶縁膜１０２を有する。さらに、ゲート絶縁膜１０２を
覆ってゲート１０３が形成される。また、ゲート１０３がソース１０４およびドレイン１
０５と重ならないように形成する点で実施の形態２に示すＦＥＴと同じである。
る。そして、酸化物半導体１０１、ソース１０４、ドレイン１０５を覆い、酸化物半導体
１０１と接して設けられるゲート絶縁膜１０２を有する。さらに、ゲート絶縁膜１０２を
覆ってゲート１０３が形成される。また、ゲート１０３がソース１０４およびドレイン１
０５と重ならないように形成する点で実施の形態２に示すＦＥＴと同じである。
【0057】
本実施の形態のＦＥＴは、酸化物半導体１０１中に、Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０
８を有する点で、実施の形態２のＦＥＴと異なる。Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０８
はゲート１０３、ソース１０４、ドレイン１０５をマスクとして、窒素、硼素、リン等を
イオン注入法等の手段で酸化物半導体１０１に導入すればよい。また、Ｎ型領域１０７お
よびＮ型領域１０８中の窒素、硼素あるいはリンの濃度は１×１０１８ｃｍ－３以上１×
１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下
とするとよい。
８を有する点で、実施の形態２のＦＥＴと異なる。Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０８
はゲート１０３、ソース１０４、ドレイン１０５をマスクとして、窒素、硼素、リン等を
イオン注入法等の手段で酸化物半導体１０１に導入すればよい。また、Ｎ型領域１０７お
よびＮ型領域１０８中の窒素、硼素あるいはリンの濃度は１×１０１８ｃｍ－３以上１×
１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０２０ｃｍ－３以下
とするとよい。
【0058】
図６に示すＦＥＴでは、２つのＮ型領域を有する構造としたが、いずれか一方のみを有す
る構造であってもよい。図６に示すＦＥＴでは、チャネル長は、実質的にはゲートの幅Ｌ
３で定義できる。本実施の形態のＦＥＴは実施の形態２のＦＥＴよりもオン電流を大きく
でき、また、実施の形態１のＦＥＴよりもゲート１０３とソース１０４あるいはドレイン
１０５との寄生容量を削減できる。
る構造であってもよい。図６に示すＦＥＴでは、チャネル長は、実質的にはゲートの幅Ｌ
３で定義できる。本実施の形態のＦＥＴは実施の形態２のＦＥＴよりもオン電流を大きく
でき、また、実施の形態１のＦＥＴよりもゲート１０３とソース１０４あるいはドレイン
１０５との寄生容量を削減できる。
【0059】
（実施の形態４）
図７に本実施の形態のＦＥＴを示す。図７（Ａ）は図２に相当するＸ面での断面図であり
、図７（Ｂ）は図３に相当するＹ面での断面図である。なお、本実施の形態のＦＥＴの図
４に相当するＺ面での断面図は図４と同じである。本実施の形態のＦＥＴは絶縁表面１０
０に接する酸化物半導体１０１を有する。
図７に本実施の形態のＦＥＴを示す。図７（Ａ）は図２に相当するＸ面での断面図であり
、図７（Ｂ）は図３に相当するＹ面での断面図である。なお、本実施の形態のＦＥＴの図
４に相当するＺ面での断面図は図４と同じである。本実施の形態のＦＥＴは絶縁表面１０
０に接する酸化物半導体１０１を有する。
【0060】
また、酸化物半導体１０１の一部には、ソース１０４、ドレイン１０５が接して設けられ
る。また、酸化物半導体１０１の一部を覆うゲート絶縁膜１０２を有する。ゲート絶縁膜
１０２の端部はソース１０４あるいはドレイン１０５と接してもよい。
る。また、酸化物半導体１０１の一部を覆うゲート絶縁膜１０２を有する。ゲート絶縁膜
１０２の端部はソース１０４あるいはドレイン１０５と接してもよい。
【0061】
さらに、ゲート絶縁膜１０２を覆ってゲート１０３が形成される。また、ゲート１０３の
端部に接して側壁絶縁物１０９および側壁絶縁物１１０が設けられ、側壁絶縁物１０９は
ソース１０４と、側壁絶縁物１１０はドレイン１０５と接するように設けられる。側壁絶
縁物１０９および側壁絶縁物１１０は、それぞれ、ソース１０４およびドレイン１０５が
ゲート１０３と接触することを防ぐ。
端部に接して側壁絶縁物１０９および側壁絶縁物１１０が設けられ、側壁絶縁物１０９は
ソース１０４と、側壁絶縁物１１０はドレイン１０５と接するように設けられる。側壁絶
縁物１０９および側壁絶縁物１１０は、それぞれ、ソース１０４およびドレイン１０５が
ゲート１０３と接触することを防ぐ。
【0062】
本実施の形態のＦＥＴは、酸化物半導体１０１中に、Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０
８を有する。Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０８はゲート１０３をマスクとして、窒素
、硼素、リン等をイオン注入法等の手段で酸化物半導体１０１に導入すればよい。また、
Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０８中の窒素、硼素あるいはリンの濃度は１×１０１８
ｃｍ－３以上１×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０
２０ｃｍ－３以下とするとよい。
８を有する。Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０８はゲート１０３をマスクとして、窒素
、硼素、リン等をイオン注入法等の手段で酸化物半導体１０１に導入すればよい。また、
Ｎ型領域１０７およびＮ型領域１０８中の窒素、硼素あるいはリンの濃度は１×１０１８
ｃｍ－３以上１×１０２２ｃｍ－３以下、好ましくは１×１０１８ｃｍ－３以上１×１０
２０ｃｍ－３以下とするとよい。
【0063】
図７に示すＦＥＴでは、チャネル長は、実質的にはゲートの幅Ｌ４で定義できる。本実施
の形態のＦＥＴは、酸化物半導体１０１のうちソース１０４あるいはドレイン１０５が重
なっている部分もＮ型領域１０７およびＮ型領域１０８となっているため、実施の形態３
のＦＥＴよりもオン電流を大きくでき、また、実施の形態１のＦＥＴよりもゲート１０３
とソース１０４あるいはドレイン１０５との寄生容量を削減できる。
の形態のＦＥＴは、酸化物半導体１０１のうちソース１０４あるいはドレイン１０５が重
なっている部分もＮ型領域１０７およびＮ型領域１０８となっているため、実施の形態３
のＦＥＴよりもオン電流を大きくでき、また、実施の形態１のＦＥＴよりもゲート１０３
とソース１０４あるいはドレイン１０５との寄生容量を削減できる。
【0064】
図７に示すＦＥＴと図１０（Ｃ）に示す平面型（プレーナ型）ＦＥＴの特性（ドレイン電
流（ＩＤ）のゲート電位（ＶＧ）依存性）を計算した結果を以下に示す。ここで、図７に
示すＦＥＴにおいてはＬ４＝ｔ＝ｘ１＝ｘ２＝３０ｎｍ、ｈ＝５０ｎｍとした。すなわち
、図７に示すＦＥＴではチャネル長は３０ｎｍであり、チャネル幅は１３０ｎｍである。
また図１０（Ｃ）に示すＦＥＴにおいてＬ５＝ｘ１＝ｘ２＝３０ｎｍ、酸化物半導体２０
１ｃの厚さｄを３０ｎｍ、チャネル幅は１３０ｎｍとした。
流（ＩＤ）のゲート電位（ＶＧ）依存性）を計算した結果を以下に示す。ここで、図７に
示すＦＥＴにおいてはＬ４＝ｔ＝ｘ１＝ｘ２＝３０ｎｍ、ｈ＝５０ｎｍとした。すなわち
、図７に示すＦＥＴではチャネル長は３０ｎｍであり、チャネル幅は１３０ｎｍである。
また図１０（Ｃ）に示すＦＥＴにおいてＬ５＝ｘ１＝ｘ２＝３０ｎｍ、酸化物半導体２０
１ｃの厚さｄを３０ｎｍ、チャネル幅は１３０ｎｍとした。
【0065】
また、図７に示すＦＥＴと図１０（Ｃ）に示すＦＥＴにおいて、ゲート絶縁膜１０２およ
びゲート絶縁膜２０２ｃの比誘電率は４．１、ゲート絶縁膜１０２およびゲート絶縁膜２
０２ｃの厚さは５ｎｍ、ゲート１０３およびゲート２０３ｃの仕事関数は５．５電子ボル
ト、酸化物半導体１０１および酸化物半導体２０１ｃのバンドギャップを３．１５電子ボ
ルト、酸化物半導体１０１および酸化物半導体２０１ｃの電子親和力を４．６電子ボルト
、酸化物半導体１０１および酸化物半導体２０１ｃの比誘電率を１５、Ｎ型領域１０７、
Ｎ型領域１０８、Ｎ型領域２０７およびＮ型領域２０８の抵抗率を０．３Ω・ｃｍ、ソー
ス１０４およびソース２０４ｃおよびドレイン１０５およびドレイン２０５ｃの仕事関数
を４．６電子ボルトとした。
びゲート絶縁膜２０２ｃの比誘電率は４．１、ゲート絶縁膜１０２およびゲート絶縁膜２
０２ｃの厚さは５ｎｍ、ゲート１０３およびゲート２０３ｃの仕事関数は５．５電子ボル
ト、酸化物半導体１０１および酸化物半導体２０１ｃのバンドギャップを３．１５電子ボ
ルト、酸化物半導体１０１および酸化物半導体２０１ｃの電子親和力を４．６電子ボルト
、酸化物半導体１０１および酸化物半導体２０１ｃの比誘電率を１５、Ｎ型領域１０７、
Ｎ型領域１０８、Ｎ型領域２０７およびＮ型領域２０８の抵抗率を０．３Ω・ｃｍ、ソー
ス１０４およびソース２０４ｃおよびドレイン１０５およびドレイン２０５ｃの仕事関数
を４．６電子ボルトとした。
【0066】
計算はシノプシス社（Ｓｙｎｏｐｓｙｓ， Ｉｎｃ．）製デバイスシミュレータ、Ｓｅｎ
ｔａｕｒｕｓ Ｄｅｖｉｃｅを使用した。計算結果を図１３（Ａ）に示す。なお、ソース
の電位は０Ｖ、ドレインの電位は＋１Ｖである。図１３（Ａ）において、構造Ａは図１０
（Ｃ）に示すＦＥＴのものであり、構造Ｂは図７に示すＦＥＴのものである。
ｔａｕｒｕｓ Ｄｅｖｉｃｅを使用した。計算結果を図１３（Ａ）に示す。なお、ソース
の電位は０Ｖ、ドレインの電位は＋１Ｖである。図１３（Ａ）において、構造Ａは図１０
（Ｃ）に示すＦＥＴのものであり、構造Ｂは図７に示すＦＥＴのものである。
【0067】
図から明らかなように、構造ＡのＦＥＴでは、特にオフ電流を十分に小さくできず、ゲー
トの電位を－３Ｖとしてもドレイン電流は１０－１４Ａ以上である。これに対し、構造Ｂ
ではゲートの電位を－１Ｖとしたとき、ドレイン電流は１０－１８Ａ以下となり、十分に
オフ電流を小さくできる。
トの電位を－３Ｖとしてもドレイン電流は１０－１４Ａ以上である。これに対し、構造Ｂ
ではゲートの電位を－１Ｖとしたとき、ドレイン電流は１０－１８Ａ以下となり、十分に
オフ電流を小さくできる。
【0068】
同じ計算をＦＥＴのサイズを変えておこなった。図７に示すＦＥＴにおいてはＬ４＝ｘ１
＝ｘ２＝３０ｎｍ、ｔ＝５ｎｍ、ｈ＝１５ｎｍとした。すなわち、図７に示すＦＥＴでは
チャネル長は３０ｎｍであり、チャネル幅は３５ｎｍである。また図１０（Ｃ）に示すＦ
ＥＴにおいてＬ５＝ｘ１＝ｘ２＝３０ｎｍ、ｄ＝５ｎｍ、チャネル幅は３５ｎｍとした。
その結果を図１３（Ｂ）に示す。なお、ソースの電位は０Ｖ、ドレインの電位は＋１Ｖで
ある。
＝ｘ２＝３０ｎｍ、ｔ＝５ｎｍ、ｈ＝１５ｎｍとした。すなわち、図７に示すＦＥＴでは
チャネル長は３０ｎｍであり、チャネル幅は３５ｎｍである。また図１０（Ｃ）に示すＦ
ＥＴにおいてＬ５＝ｘ１＝ｘ２＝３０ｎｍ、ｄ＝５ｎｍ、チャネル幅は３５ｎｍとした。
その結果を図１３（Ｂ）に示す。なお、ソースの電位は０Ｖ、ドレインの電位は＋１Ｖで
ある。
【0069】
図１３（Ｂ）において、構造Ａは図１０（Ｃ）に示すＦＥＴのものであり、構造Ｂは図７
に示すＦＥＴのものである。酸化物半導体２０１ｃの（チャネル長に対する）薄膜化によ
って、構造ＡのＦＥＴでもオフ電流が低下しつつあるが、それでも構造Ｂよりは大きく、
例えば、ゲートの電位が０Ｖの場合、構造Ｂではドレイン電流が１０－２０Ａ以下である
のに対し、構造Ａではドレイン電流が１０－１８Ａ程度である。
に示すＦＥＴのものである。酸化物半導体２０１ｃの（チャネル長に対する）薄膜化によ
って、構造ＡのＦＥＴでもオフ電流が低下しつつあるが、それでも構造Ｂよりは大きく、
例えば、ゲートの電位が０Ｖの場合、構造Ｂではドレイン電流が１０－２０Ａ以下である
のに対し、構造Ａではドレイン電流が１０－１８Ａ程度である。
【0070】
チャネル長と酸化物半導体１０１あるいは酸化物半導体２０１ｃの厚さｔの比率（Ｌ／ｔ
）は、図１３（Ａ）では１であるのに対し、図１３（Ｂ）では６である。構造ＡのＦＥＴ
が図１３（Ｂ）に示すようにそれなりに良好な特性を示したのは、酸化物半導体２０１ｃ
のチャネル長が変わらないまま、薄くなったことにより短チャネル効果が緩和されたため
である。
）は、図１３（Ａ）では１であるのに対し、図１３（Ｂ）では６である。構造ＡのＦＥＴ
が図１３（Ｂ）に示すようにそれなりに良好な特性を示したのは、酸化物半導体２０１ｃ
のチャネル長が変わらないまま、薄くなったことにより短チャネル効果が緩和されたため
である。
【0071】
構造ＢのＦＥＴにおいても、このような酸化物半導体１０１の相対的な薄膜化により短チ
ャネル効果は緩和できる。加えて、プレーナ型ＦＥＴでは、十分な特性が得られないよう
なＬ／ｔが２以下の構造においても、構造ＢのＦＥＴでは十分な特性が得られることが特
徴である。
ャネル効果は緩和できる。加えて、プレーナ型ＦＥＴでは、十分な特性が得られないよう
なＬ／ｔが２以下の構造においても、構造ＢのＦＥＴでは十分な特性が得られることが特
徴である。
【0072】
（実施の形態５）
図８および図９を用いて本実施の形態のＦＥＴの作製方法を説明する。図８および図９は
、ＦＥＴの各作製工程における３つの断面を表記したものであり、非特許文献１のＦｉｇ
．１に相当する。なお、以下の説明では、公知の半導体作製技術あるいは特許文献１、特
許文献２を参照できる。
図８および図９を用いて本実施の形態のＦＥＴの作製方法を説明する。図８および図９は
、ＦＥＴの各作製工程における３つの断面を表記したものであり、非特許文献１のＦｉｇ
．１に相当する。なお、以下の説明では、公知の半導体作製技術あるいは特許文献１、特
許文献２を参照できる。
【0073】
まず、図８（Ａ）に示すように絶縁表面１００上に薄片状の酸化物半導体１０１を形成す
る。酸化物半導体の厚さｔは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下
、高さｈは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすると
よい。また、幅ｗは任意の値とできるが、集積度を高める上では、最小加工線幅Ｆの２倍
乃至５倍とするとよい。なお、１つの酸化物半導体１０１に複数のＦＥＴを設ける場合は
この限りではない。
る。酸化物半導体の厚さｔは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下
、高さｈは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とすると
よい。また、幅ｗは任意の値とできるが、集積度を高める上では、最小加工線幅Ｆの２倍
乃至５倍とするとよい。なお、１つの酸化物半導体１０１に複数のＦＥＴを設ける場合は
この限りではない。
【0074】
図８（Ａ）に示す酸化物半導体１０１は、薄片状の直方体であり、６つの面を有する。こ
のうち、１つの面（底面）は絶縁表面１００に含まれる。また、１つの面は絶縁表面１０
０と全く接していない。以下、この面をα面と呼ぶ。さらに、他の４つの面は面の一部（
１つの辺）が絶縁表面１００と接しているが、このうち、面積の大きな２つの面をβ面、
他の２つの面をγ面と呼ぶ。
のうち、１つの面（底面）は絶縁表面１００に含まれる。また、１つの面は絶縁表面１０
０と全く接していない。以下、この面をα面と呼ぶ。さらに、他の４つの面は面の一部（
１つの辺）が絶縁表面１００と接しているが、このうち、面積の大きな２つの面をβ面、
他の２つの面をγ面と呼ぶ。
【0075】
なお、図８（Ａ）では酸化物半導体１０１を完全な直方体として描いているが、その他の
形状であってもよい。例えば、酸化物半導体１０１のいずれかの断面においてコーナーが
特定の曲率半径を有する曲面であってもよい。その場合、α面とβ面、γ面間の境界は判
然としないこともある。また、底面がα面よりも広くてもよいし、あるいは底面がα面よ
り狭くてもよい。
形状であってもよい。例えば、酸化物半導体１０１のいずれかの断面においてコーナーが
特定の曲率半径を有する曲面であってもよい。その場合、α面とβ面、γ面間の境界は判
然としないこともある。また、底面がα面よりも広くてもよいし、あるいは底面がα面よ
り狭くてもよい。
【0076】
酸化物半導体１０１を形成後、２５０℃乃至７５０℃で熱処理をおこなってもよい。この
熱処理は、好ましくは、水蒸気濃度が極めて低い超乾燥空気（露点が－６０℃以下、好ま
しくは－８０℃以下）や、高純度の酸素ガス、高純度の窒素ガス（いずれも純度が６Ｎ以
上（不純物濃度は１ｐｐｍ以下）、好ましくは７Ｎ以上（不純物濃度は０．１ｐｐｍ以下
））雰囲気下、あるいは１Ｐａ以下の高真空環境下でおこなうことが好ましい。
熱処理は、好ましくは、水蒸気濃度が極めて低い超乾燥空気（露点が－６０℃以下、好ま
しくは－８０℃以下）や、高純度の酸素ガス、高純度の窒素ガス（いずれも純度が６Ｎ以
上（不純物濃度は１ｐｐｍ以下）、好ましくは７Ｎ以上（不純物濃度は０．１ｐｐｍ以下
））雰囲気下、あるいは１Ｐａ以下の高真空環境下でおこなうことが好ましい。
【0077】
このような雰囲気で熱処理をおこなうと、酸化物半導体１０１より水素が脱離する。水素
は、特にバンドギャップが３電子ボルト以上で、電子親和力が４電子ボルト以上である酸
化物半導体においてはドナーとなるので、その濃度を低くすることがＦＥＴのオフ電流を
小さくする上で好ましい。
は、特にバンドギャップが３電子ボルト以上で、電子親和力が４電子ボルト以上である酸
化物半導体においてはドナーとなるので、その濃度を低くすることがＦＥＴのオフ電流を
小さくする上で好ましい。
【0078】
酸化物半導体１０１の材料によっては、上記の熱処理により、各面に対してｃ軸が垂直な
結晶構造を呈することがある。
結晶構造を呈することがある。
【0079】
なお、酸化物半導体１０１を高真空のような還元的な雰囲気で熱処理すると、水素と同時
に酸素の一部も失われる。酸化物半導体においては、酸素欠損もドナーとなるので、これ
を補うことが好ましく、そのためには、引き続いて、酸化性雰囲気で熱処理することが好
ましい。
に酸素の一部も失われる。酸化物半導体においては、酸素欠損もドナーとなるので、これ
を補うことが好ましく、そのためには、引き続いて、酸化性雰囲気で熱処理することが好
ましい。
【0080】
また、酸素欠損によるキャリア（この場合は電子）濃度の上昇を抑制するためには、酸化
物半導体１０１に電子を吸収する性質のあるニッケルや銅を０．１原子％乃至５原子％含
有させておいてもよい。
物半導体１０１に電子を吸収する性質のあるニッケルや銅を０．１原子％乃至５原子％含
有させておいてもよい。
【0081】
次に酸化物半導体１０１を覆ってゲート絶縁膜１０２を形成する。ゲート絶縁膜１０２の
厚さおよび誘電率はトランジスタの特性を決定する上で重要な要素であり、０．５ｎｍ以
上２０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とするとよい。実施の形態２で
説明したように適切な長さのオフセット領域を設けた場合には、トンネル電流を抑制でき
るため、ゲート絶縁膜１０２の物理的な厚さを２ｎｍ以下とできる。
厚さおよび誘電率はトランジスタの特性を決定する上で重要な要素であり、０．５ｎｍ以
上２０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下とするとよい。実施の形態２で
説明したように適切な長さのオフセット領域を設けた場合には、トンネル電流を抑制でき
るため、ゲート絶縁膜１０２の物理的な厚さを２ｎｍ以下とできる。
【0082】
ゲート絶縁膜１０２には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニ
ウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル等の公知の材料
を用いればよい。
ウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル等の公知の材料
を用いればよい。
【0083】
その後、ゲート絶縁膜１０２を覆って、第１の導電性材料膜を形成する。第１の導電性材
料膜のうち、ゲート絶縁膜１０２に接する部分には、仕事関数が５．２電子ボルト以上の
材料（例えば、白金、オスミウム、パラジウム等の白金系貴金属や窒化インジウムあるい
は酸窒化インジウム（Ｉｎ－Ｏ－Ｎ）、酸窒化インジウムガリウム（Ｉｎ－Ｇａ－Ｏ－Ｎ
）、酸窒化インジウム亜鉛（Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ－Ｎ）、酸窒化インジウムガリウム亜鉛（Ｉ
ｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ－Ｎ）等）を用いるとよい。また、第１の導電性材料膜のその他の部
分はアルミニウム、銅、チタン、タングステン等の導電性の高い金属材料を主成分とする
材料で構成すればよい。
料膜のうち、ゲート絶縁膜１０２に接する部分には、仕事関数が５．２電子ボルト以上の
材料（例えば、白金、オスミウム、パラジウム等の白金系貴金属や窒化インジウムあるい
は酸窒化インジウム（Ｉｎ－Ｏ－Ｎ）、酸窒化インジウムガリウム（Ｉｎ－Ｇａ－Ｏ－Ｎ
）、酸窒化インジウム亜鉛（Ｉｎ－Ｚｎ－Ｏ－Ｎ）、酸窒化インジウムガリウム亜鉛（Ｉ
ｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ－Ｎ）等）を用いるとよい。また、第１の導電性材料膜のその他の部
分はアルミニウム、銅、チタン、タングステン等の導電性の高い金属材料を主成分とする
材料で構成すればよい。
【0084】
さらに、第１の導電性材料膜の上に第１の絶縁性材料膜を形成する。第１の縁性材料膜に
は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム等を用いればよい
。
は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化アルミニウム等を用いればよい
。
【0085】
そして、図８（Ｂ）に示すように、第１の導電性材料膜および第１の絶縁性材料膜をエッ
チングして、ストライプ状で、酸化物半導体１０１のα面の一部およびβ面の一部を覆う
ゲート１０３およびゲート１０３上のバリア絶縁物１１１を形成する。
チングして、ストライプ状で、酸化物半導体１０１のα面の一部およびβ面の一部を覆う
ゲート１０３およびゲート１０３上のバリア絶縁物１１１を形成する。
【0086】
その後、イオン注入法等の手段により、ゲート１０３およびバリア絶縁物１１１をマスク
として、酸化物半導体１０１にリンを注入する。リンの代わりに窒素や硼素を注入しても
よい。いずれの場合も酸化物半導体１０１はＮ型を呈する。必要に応じて、イオンを注入
した後、２５０℃乃至７５０℃で熱処理してもよい。最適な熱処理の温度および雰囲気は
注入する元素によって異なる。
として、酸化物半導体１０１にリンを注入する。リンの代わりに窒素や硼素を注入しても
よい。いずれの場合も酸化物半導体１０１はＮ型を呈する。必要に応じて、イオンを注入
した後、２５０℃乃至７５０℃で熱処理してもよい。最適な熱処理の温度および雰囲気は
注入する元素によって異なる。
【0087】
酸化物半導体１０１の高さｈが１００ｎｍを超える場合には、酸化物半導体１０１にこれ
らのイオンを均質に注入できないことがあるため、酸化物半導体１０１の高さは１００ｎ
ｍ以下とすることが好ましい。なお、実施の形態２で説明したオフセット領域を設ける場
合には、このイオン注入工程を省略する。
らのイオンを均質に注入できないことがあるため、酸化物半導体１０１の高さは１００ｎ
ｍ以下とすることが好ましい。なお、実施の形態２で説明したオフセット領域を設ける場
合には、このイオン注入工程を省略する。
【0088】
その後、ゲート絶縁膜１０２およびゲート１０３、バリア絶縁物１１１を覆って、第２の
絶縁性材料膜を形成する。第２の絶縁性材料膜は第１の絶縁性材料膜に用いる材料あるい
はそれらと同様な材料から選べばよいが、第１の絶縁性材料膜とは、エッチングレートが
異なることが好ましい。また、第２の絶縁性材料膜は、ゲート絶縁膜１０２とエッチング
特性が似ていることが好ましい。
絶縁性材料膜を形成する。第２の絶縁性材料膜は第１の絶縁性材料膜に用いる材料あるい
はそれらと同様な材料から選べばよいが、第１の絶縁性材料膜とは、エッチングレートが
異なることが好ましい。また、第２の絶縁性材料膜は、ゲート絶縁膜１０２とエッチング
特性が似ていることが好ましい。
【0089】
その後、異方性エッチング法により、図９（Ａ）に示すように、ゲート１０３およびバリ
ア絶縁物１１１の側面に側壁絶縁物１０９および側壁絶縁物１１０を形成する。側壁の幅
は５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上とするとよい。この際、ゲート絶縁膜１０２のう
ち側壁絶縁物１０９および側壁絶縁物１１０、ゲート１０３で覆われていない部分もエッ
チングし、酸化物半導体１０１を露出させる。
ア絶縁物１１１の側面に側壁絶縁物１０９および側壁絶縁物１１０を形成する。側壁の幅
は５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上とするとよい。この際、ゲート絶縁膜１０２のう
ち側壁絶縁物１０９および側壁絶縁物１１０、ゲート１０３で覆われていない部分もエッ
チングし、酸化物半導体１０１を露出させる。
【0090】
このとき、図９（Ａ）に示すように酸化物半導体１０１（Ｎ型領域１０７およびＮ型領域
１０８）もその上部がエッチングされること（オーバーエッチング）がある。これは第２
の絶縁性材料膜と酸化物半導体１０１のエッチングレート比を十分に大きくできないため
である。
１０８）もその上部がエッチングされること（オーバーエッチング）がある。これは第２
の絶縁性材料膜と酸化物半導体１０１のエッチングレート比を十分に大きくできないため
である。
【0091】
特に、第２の絶縁性材料膜を酸化シリコン、酸窒化シリコンとする場合には、ドライエッ
チングでのエッチングレートがインジウムを含む酸化物半導体あるいは亜鉛を含む酸化物
半導体と大差ないので、どうしても酸化物半導体１０１がエッチングされてしまう。
チングでのエッチングレートがインジウムを含む酸化物半導体あるいは亜鉛を含む酸化物
半導体と大差ないので、どうしても酸化物半導体１０１がエッチングされてしまう。
【0092】
このことは本実施の形態で扱うＦＥＴに限らず、図１０（Ｃ）に示すプレーナ型のＦＥＴ
においても、同様に問題となる。特に、図１０（Ｃ）に示すプレーナ型ＦＥＴでは、上述
の通り、オフ電流を十分に低くするためには、酸化物半導体２０１ｃを極めて薄くするこ
とが求められる。その場合には、エッチング条件の許容範囲が厳しくなり、許容範囲から
外れると側壁絶縁物やゲート２０３ｃで覆われた部分以外のほとんどの部分の酸化物半導
体２０１ｃが失われることもある。
においても、同様に問題となる。特に、図１０（Ｃ）に示すプレーナ型ＦＥＴでは、上述
の通り、オフ電流を十分に低くするためには、酸化物半導体２０１ｃを極めて薄くするこ
とが求められる。その場合には、エッチング条件の許容範囲が厳しくなり、許容範囲から
外れると側壁絶縁物やゲート２０３ｃで覆われた部分以外のほとんどの部分の酸化物半導
体２０１ｃが失われることもある。
【0093】
一方、本実施の形態のＦＥＴでは、例えば、酸化物半導体１０１の高さを十分に大きくで
きるので、多少、酸化物半導体１０１がエッチングされたとしても、ＦＥＴの作製を失敗
することはない。
きるので、多少、酸化物半導体１０１がエッチングされたとしても、ＦＥＴの作製を失敗
することはない。
【0094】
一般に、一定の拡がりのある面内でのエッチングでは、エッチング速度が部分によって異
なることがある。図１０（Ｃ）に示すプレーナ型ＦＥＴでは、その面内の全ての場所で、
酸化物半導体２０１ｃのオーバーエッチングを酸化物半導体２０１ｃの厚さに対して十分
に小さくすることは極めて難しく、歩留まりの低下の大きな要因となる。
なることがある。図１０（Ｃ）に示すプレーナ型ＦＥＴでは、その面内の全ての場所で、
酸化物半導体２０１ｃのオーバーエッチングを酸化物半導体２０１ｃの厚さに対して十分
に小さくすることは極めて難しく、歩留まりの低下の大きな要因となる。
【0095】
本実施の形態のＦＥＴでは、酸化物半導体１０１のオーバーエッチングは酸化物半導体１
０１の厚さｔではなく、高さｈに対して十分に小さくすればよく、高さｈは厚さｔの数倍
あるいはそれ以上となるので、エッチング条件がより緩やかであり、歩留まりも高い。
０１の厚さｔではなく、高さｈに対して十分に小さくすればよく、高さｈは厚さｔの数倍
あるいはそれ以上となるので、エッチング条件がより緩やかであり、歩留まりも高い。
【0096】
次に、第２の導電性材料膜を形成し、これをエッチングして、図９（Ｂ）に示すように、
ソース１０４、ドレイン１０５を形成する。ソース１０４、ドレイン１０５は露出した酸
化物半導体１０１に接して形成される。図９（Ｂ）では、ソース１０４、ドレイン１０５
は酸化物半導体１０１のα面、β面およびγ面に接するように形成されるが、必ずしもγ
面に接する必要はない。
ソース１０４、ドレイン１０５を形成する。ソース１０４、ドレイン１０５は露出した酸
化物半導体１０１に接して形成される。図９（Ｂ）では、ソース１０４、ドレイン１０５
は酸化物半導体１０１のα面、β面およびγ面に接するように形成されるが、必ずしもγ
面に接する必要はない。
【0097】
酸化物半導体１０１は大気に触れると水を吸収し劣化するため、ＦＥＴが外気と接触する
ことを防止するためにバリア性のある適切な絶縁性材料（窒化珪素、酸化アルミニウム、
窒化アルミニウム等）の膜を形成してもよい。なお、以上示したＦＥＴでは、酸化物半導
体１０１のほとんどの部分がゲート１０３、ソース１０４およびドレイン１０５に覆われ
る構造となるため、プレーナ型ＦＥＴに比べると耐久性が高い。
ことを防止するためにバリア性のある適切な絶縁性材料（窒化珪素、酸化アルミニウム、
窒化アルミニウム等）の膜を形成してもよい。なお、以上示したＦＥＴでは、酸化物半導
体１０１のほとんどの部分がゲート１０３、ソース１０４およびドレイン１０５に覆われ
る構造となるため、プレーナ型ＦＥＴに比べると耐久性が高い。
【0098】
（実施の形態６）
以上の実施の形態では、ＦＥＴを絶縁表面上に形成する例を示したが、一部が導電性であ
る表面の上にＦＥＴを形成してもよい。その場合には、下層と電気的な接続が可能となる
。図１１にそのようなＦＥＴとそれを利用した半導体回路（メモリセル）の例を示す。
以上の実施の形態では、ＦＥＴを絶縁表面上に形成する例を示したが、一部が導電性であ
る表面の上にＦＥＴを形成してもよい。その場合には、下層と電気的な接続が可能となる
。図１１にそのようなＦＥＴとそれを利用した半導体回路（メモリセル）の例を示す。
【0099】
図１１には、１つのトランジスタと１つのキャパシタよりなるランダム・アクセス・メモ
リ（ＲＡＭ）の構造の例を示したものである。同じ回路をシリコン半導体を用いたＦＥＴ
で構成した場合には、１Ｔ１Ｃ型ＤＲＡＭと呼ばれる。シリコン半導体を用いたＦＥＴで
は、オフ電流が大きいため、数十ミリ秒ごとにデータを再書き込み（リフレッシュ）する
必要があるためである。
リ（ＲＡＭ）の構造の例を示したものである。同じ回路をシリコン半導体を用いたＦＥＴ
で構成した場合には、１Ｔ１Ｃ型ＤＲＡＭと呼ばれる。シリコン半導体を用いたＦＥＴで
は、オフ電流が大きいため、数十ミリ秒ごとにデータを再書き込み（リフレッシュ）する
必要があるためである。
【0100】
しかしながら、上述のように、酸化物半導体を用いたＦＥＴでは、オフ電流がシリコン半
導体を用いたＦＥＴより十分に小さくできるため、実質的にはリフレッシュが不要な場合
がある。その場合、ＤＲＡＭと称することは差支えがあるため、以下では単にＲＡＭある
いは、他の構造のＲＡＭと区別する意味では、１Ｔ１Ｃ型ＲＡＭと称する。
導体を用いたＦＥＴより十分に小さくできるため、実質的にはリフレッシュが不要な場合
がある。その場合、ＤＲＡＭと称することは差支えがあるため、以下では単にＲＡＭある
いは、他の構造のＲＡＭと区別する意味では、１Ｔ１Ｃ型ＲＡＭと称する。
【0101】
図１１に示すＲＡＭのメモリセルおよびその他の回路の構成を説明する。図１１に示す半
導体回路は、シリコン半導体基板表面に形成された単結晶シリコン半導体を用いたトラン
ジスタを有するドライバ回路部１１４、メモリセルのセルトランジスタ１１５、メモリセ
ルのキャパシタ１１６、およびメモリセルとドライバ回路部の間に設けられたビット線１
１３を有する。ビット線１１３は各種導電性材料を用いて構成すればよい。ビット線１１
３はドライバ回路部１１４と電気的に接続される。
導体回路は、シリコン半導体基板表面に形成された単結晶シリコン半導体を用いたトラン
ジスタを有するドライバ回路部１１４、メモリセルのセルトランジスタ１１５、メモリセ
ルのキャパシタ１１６、およびメモリセルとドライバ回路部の間に設けられたビット線１
１３を有する。ビット線１１３は各種導電性材料を用いて構成すればよい。ビット線１１
３はドライバ回路部１１４と電気的に接続される。
【0102】
メモリセルのセルトランジスタには、実施の形態２で示したオフセット領域を有するＦＥ
Ｔを使用する。その作製方法および詳細な構造は実施の形態５も参照できる。ここでは、
図５（Ｂ）に示す断面図に相当する断面図を表示するが、他の面での断面図は実施の形態
２を参照にすればよい。なお、実施の形態２に示すＦＥＴに限らず、その他の実施の形態
で示したＦＥＴを使用してもよい。
Ｔを使用する。その作製方法および詳細な構造は実施の形態５も参照できる。ここでは、
図５（Ｂ）に示す断面図に相当する断面図を表示するが、他の面での断面図は実施の形態
２を参照にすればよい。なお、実施の形態２に示すＦＥＴに限らず、その他の実施の形態
で示したＦＥＴを使用してもよい。
【0103】
ＦＥＴは層間絶縁物１１２、およびビット線１１３と電気的に接続する導電性領域１１３
ａ上に形成され、酸化物半導体１０１、ゲート絶縁膜１０２、ゲート１０３、ソース１０
４、ドレイン１０５を有する。酸化物半導体１０１の一部、およびソース１０４の一部は
導電性領域１１３ａと接する。導電性領域１１３ａの表面は平坦であることが好ましい。
一方、ドレイン１０５は導電性領域１１３ａとは接しない。また、ドレイン１０５は、接
続電極１１７を介して、キャパシタ１１６に接続される。
ａ上に形成され、酸化物半導体１０１、ゲート絶縁膜１０２、ゲート１０３、ソース１０
４、ドレイン１０５を有する。酸化物半導体１０１の一部、およびソース１０４の一部は
導電性領域１１３ａと接する。導電性領域１１３ａの表面は平坦であることが好ましい。
一方、ドレイン１０５は導電性領域１１３ａとは接しない。また、ドレイン１０５は、接
続電極１１７を介して、キャパシタ１１６に接続される。
【0104】
キャパシタ１１６は下部電極１１８、キャパシタ絶縁膜１１９、上部電極１２０により構
成される。なお、キャパシタの構成に関しては、これに限らず、公知の各種スタック型キ
ャパシタの構造を適用できる。下部電極１１８、キャパシタ絶縁膜１１９、上部電極１２
０の材料や厚さ、大きさ等に関しても、公知の各種スタック型キャパシタのものを適用で
きる。
成される。なお、キャパシタの構成に関しては、これに限らず、公知の各種スタック型キ
ャパシタの構造を適用できる。下部電極１１８、キャパシタ絶縁膜１１９、上部電極１２
０の材料や厚さ、大きさ等に関しても、公知の各種スタック型キャパシタのものを適用で
きる。
【0105】
（実施の形態７）
本実施の形態では、実施の形態２のＦＥＴをいわゆるゲインセル型メモリに適用した例に
ついて説明する。なお、使用するＦＥＴは、実施の形態２のものに限らず、実施の形態１
、実施の形態３乃至５のものを用いてもよい。
本実施の形態では、実施の形態２のＦＥＴをいわゆるゲインセル型メモリに適用した例に
ついて説明する。なお、使用するＦＥＴは、実施の形態２のものに限らず、実施の形態１
、実施の形態３乃至５のものを用いてもよい。
【0106】
ゲインセル型メモリとは、例えば、特許文献３に記載されているメモリで、典型的には、
２つのトランジスタ（書き込みトランジスタと読み出しトランジスタ）と１つのキャパシ
タよりなる。その他に３つのトランジスタよりなるもの、１つのトランジスタと１つのダ
イオードと１つのキャパシタよりなるもの、等がある。
２つのトランジスタ（書き込みトランジスタと読み出しトランジスタ）と１つのキャパシ
タよりなる。その他に３つのトランジスタよりなるもの、１つのトランジスタと１つのダ
イオードと１つのキャパシタよりなるもの、等がある。
【0107】
２つのトランジスタと１つのキャパシタよりなるもののメモリセルの回路図は図１２（Ｂ
）に示される。すなわち、書き込みトランジスタ１２７のゲートは書き込みワード線に、
キャパシタ１２６の一方の電極は読み出しワード線に、書き込みトランジスタ１２７のソ
ースと読み出しトランジスタ１２８のソースはビット線に、書き込みトランジスタ１２７
のドレインとキャパシタ１２６の他方の電極は読み出しトランジスタ１２８のゲートに、
そして、読み出しトランジスタ１２８のドレインは電源線に接続される。
）に示される。すなわち、書き込みトランジスタ１２７のゲートは書き込みワード線に、
キャパシタ１２６の一方の電極は読み出しワード線に、書き込みトランジスタ１２７のソ
ースと読み出しトランジスタ１２８のソースはビット線に、書き込みトランジスタ１２７
のドレインとキャパシタ１２６の他方の電極は読み出しトランジスタ１２８のゲートに、
そして、読み出しトランジスタ１２８のドレインは電源線に接続される。
【0108】
なお、ゲインセル型メモリにおいても、シリコン半導体を用いたＦＥＴで構成した場合に
は、頻繁なリフレッシュが必要であったため、通常はゲインセル型ＤＲＡＭと称されてい
る。
は、頻繁なリフレッシュが必要であったため、通常はゲインセル型ＤＲＡＭと称されてい
る。
【0109】
ゲインセル型メモリはキャパシタ１２６の容量をＤＲＡＭのキャパシタに比べて十分に小
さくできるとして研究が進められた。ＤＲＡＭでは必要なキャパシタの容量がビット線の
寄生容量の相対比で決定されるのに対し、ゲインセル型メモリでは、読み出しトランジス
タ１２８のゲート容量との相対比で決定される。
さくできるとして研究が進められた。ＤＲＡＭでは必要なキャパシタの容量がビット線の
寄生容量の相対比で決定されるのに対し、ゲインセル型メモリでは、読み出しトランジス
タ１２８のゲート容量との相対比で決定される。
【0110】
キャパシタ１２６の容量が小さくできれば、その充放電に要する時間、すなわち、スイッ
チング時間が短縮できる。ＤＲＡＭではキャパシタの充放電が律速となって、動作スピー
ドの制約があるのに対し、ゲインセル型メモリではデザインルールの縮小と共に読み出し
トランジスタ１２８のゲート容量とキャパシタ１２６の容量が同じ比率で小さくなるため
、非常に高速で応答するメモリが作製できる。
チング時間が短縮できる。ＤＲＡＭではキャパシタの充放電が律速となって、動作スピー
ドの制約があるのに対し、ゲインセル型メモリではデザインルールの縮小と共に読み出し
トランジスタ１２８のゲート容量とキャパシタ１２６の容量が同じ比率で小さくなるため
、非常に高速で応答するメモリが作製できる。
【0111】
具体的には、デザインルールが１／１０になれば（ＦＥＴの寸法が縦・横・高さとの１／
１０になれば）、キャパシタ１２６の容量は１／１０となり、ＦＥＴのオン抵抗も１／１
０となるため、スイッチングに要する時間は１／１００となる。一方、ＤＲＡＭではＦＥ
Ｔのオン抵抗が１／１０となっても、キャパシタの容量は変わらないので、スイッチング
時間は１／１０となるにとどまる。すなわち、ゲインセル型メモリではＤＲＡＭより１０
倍の高速化が可能である。
１０になれば）、キャパシタ１２６の容量は１／１０となり、ＦＥＴのオン抵抗も１／１
０となるため、スイッチングに要する時間は１／１００となる。一方、ＤＲＡＭではＦＥ
Ｔのオン抵抗が１／１０となっても、キャパシタの容量は変わらないので、スイッチング
時間は１／１０となるにとどまる。すなわち、ゲインセル型メモリではＤＲＡＭより１０
倍の高速化が可能である。
【0112】
このように優れた特性が期待されるゲインセル型メモリであるが、ＦＥＴのオフ電流を十
分に抑制できないために、実用に至っていない。一般にデザインルールが１／１０となっ
てもＦＥＴのオフ電流が１／１０となることはなく、むしろ、他のさまざまな要因によっ
て、リーク電流は増加することがある。
分に抑制できないために、実用に至っていない。一般にデザインルールが１／１０となっ
てもＦＥＴのオフ電流が１／１０となることはなく、むしろ、他のさまざまな要因によっ
て、リーク電流は増加することがある。
【0113】
例えば、オフ状態でＰＮ接合を用いて、ソースドレイン間を絶縁するＦＥＴであれば、微
細化とともにＰＮ接合におけるバンド間トンネルによるリークが顕著となる。また、バン
ドギャップが小さな（１．５電子ボルト未満）の半導体では、熱励起キャリアの影響も無
視できない。オフ電流を抑制できなければキャパシタの容量を減らすことは難しい。
細化とともにＰＮ接合におけるバンド間トンネルによるリークが顕著となる。また、バン
ドギャップが小さな（１．５電子ボルト未満）の半導体では、熱励起キャリアの影響も無
視できない。オフ電流を抑制できなければキャパシタの容量を減らすことは難しい。
【0114】
ゲインセル型メモリの書き込みトランジスタ１２７を公知のシリコン半導体を用いたＦＥ
Ｔで構成した場合にはトランジスタを２つ用いることの効果は消失する。例えば、キャパ
シタ１２６の容量が通常のＤＲＡＭのように１０ｆＦ程度であるとすると、シリコン半導
体を用いたＦＥＴではオフ時のリーク電流は最低でも１０－１４Ａ程度であるため、１秒
ほどでキャパシタ１２６に蓄積された電荷は消失する。そのため、通常のＤＲＡＭと同様
に１秒間に十数回のリフレッシュ動作が必要となる。
Ｔで構成した場合にはトランジスタを２つ用いることの効果は消失する。例えば、キャパ
シタ１２６の容量が通常のＤＲＡＭのように１０ｆＦ程度であるとすると、シリコン半導
体を用いたＦＥＴではオフ時のリーク電流は最低でも１０－１４Ａ程度であるため、１秒
ほどでキャパシタ１２６に蓄積された電荷は消失する。そのため、通常のＤＲＡＭと同様
に１秒間に十数回のリフレッシュ動作が必要となる。
【0115】
ＤＲＡＭより１つ余分にトランジスタを設けるのに同じ容量のキャパシタを使うのではコ
ストに見合わないので、キャパシタの容量を低減する必要がある。ＤＲＡＭではビット線
の寄生容量との相対比の関係からキャパシタの容量を小さくすると、読み出しでエラーが
生じるが、ゲインセル型メモリでは、キャパシタの容量を１／１０にしても、データを読
み出せる。
ストに見合わないので、キャパシタの容量を低減する必要がある。ＤＲＡＭではビット線
の寄生容量との相対比の関係からキャパシタの容量を小さくすると、読み出しでエラーが
生じるが、ゲインセル型メモリでは、キャパシタの容量を１／１０にしても、データを読
み出せる。
【0116】
しかしながら、シリコン半導体を用いたＦＥＴでは、比較的オフ電流が大きいため、キャ
パシタの容量が１／１０になると、リフレッシュの間隔も１／１０になる。その分、消費
電力が増大する上、メモリへのアクセスも制約を受ける。同様にキャパシタの容量が１／
１００になると、リフレッシュの間隔が１／１００となり、実用的ではない。従来は、書
き込みトランジスタ１２７のリーク電流を十分に低減する手段がなかったため、このよう
なゲインセル型メモリが実用化されることはなかった。
パシタの容量が１／１０になると、リフレッシュの間隔も１／１０になる。その分、消費
電力が増大する上、メモリへのアクセスも制約を受ける。同様にキャパシタの容量が１／
１００になると、リフレッシュの間隔が１／１００となり、実用的ではない。従来は、書
き込みトランジスタ１２７のリーク電流を十分に低減する手段がなかったため、このよう
なゲインセル型メモリが実用化されることはなかった。
【0117】
書き込みトランジスタ１２７を、酸化物半導体をチャネルに用いたＦＥＴで形成すると、
そのオフ電流が極めて小さくなる。オフ電流が十分に小さくなると、ゲインセル型メモリ
は非常に有望なメモリセルとなる。すなわち、キャパシタ１２６の容量は、書き込みトラ
ンジスタ１２７や読み出しトランジスタ１２８のゲート容量と同程度まで小さくできるの
で、ＤＲＡＭのような特殊な形状（スタック型やトレンチ型）のキャパシタを設ける必要
はなく、設計の自由度が拡がり、工程も簡単となる。そして、上述のように高速動作の可
能なメモリとなる。
そのオフ電流が極めて小さくなる。オフ電流が十分に小さくなると、ゲインセル型メモリ
は非常に有望なメモリセルとなる。すなわち、キャパシタ１２６の容量は、書き込みトラ
ンジスタ１２７や読み出しトランジスタ１２８のゲート容量と同程度まで小さくできるの
で、ＤＲＡＭのような特殊な形状（スタック型やトレンチ型）のキャパシタを設ける必要
はなく、設計の自由度が拡がり、工程も簡単となる。そして、上述のように高速動作の可
能なメモリとなる。
【0118】
例えば、オフ電流をシリコントランジスタの場合の１００万分の１（１０－２０Ａ程度）
とすれば、仮にキャパシタがＤＲＡＭの千分の１であったとしても、リフレッシュの間隔
はＤＲＡＭの千倍（すなわち、１分に１度）で済む。オフ電流がより小さく、例えば、１
０－２４Ａ以下であれば、数日に一度のリフレッシュで済む。
とすれば、仮にキャパシタがＤＲＡＭの千分の１であったとしても、リフレッシュの間隔
はＤＲＡＭの千倍（すなわち、１分に１度）で済む。オフ電流がより小さく、例えば、１
０－２４Ａ以下であれば、数日に一度のリフレッシュで済む。
【0119】
書き込みに際しては、上記のようにＤＲＡＭに比べて格段に小さな容量のキャパシタへの
充電であるから、書き込みトランジスタ１２７の特性はそれほど優れたものでなくとも現
在のＤＲＡＭと同程度あるいはそれ以上のものとなる。例えば、キャパシタ１２６の容量
が、ＤＲＡＭのキャパシタの容量の千分の１であれば、書き込みトランジスタ１２７もオ
ン電流（あるいは移動度）はＤＲＡＭのトランジスタの千分の１でよい。
充電であるから、書き込みトランジスタ１２７の特性はそれほど優れたものでなくとも現
在のＤＲＡＭと同程度あるいはそれ以上のものとなる。例えば、キャパシタ１２６の容量
が、ＤＲＡＭのキャパシタの容量の千分の１であれば、書き込みトランジスタ１２７もオ
ン電流（あるいは移動度）はＤＲＡＭのトランジスタの千分の１でよい。
【0120】
仮に書き込みトランジスタ１２７の移動度がシリコン半導体を用いたトランジスタの１／
１００の移動度であっても、通常のＤＲＡＭの１０倍の速度で書き込みが実行できる。上
述のように、高速性はデザインルールの縮小とともに顕著になる。
１００の移動度であっても、通常のＤＲＡＭの１０倍の速度で書き込みが実行できる。上
述のように、高速性はデザインルールの縮小とともに顕著になる。
【0121】
なお、書き込みトランジスタ１２７のオフ電流が十分に小さくなり、リフレッシュが実質
的に不要となると、不揮発性メモリとしての側面も強くなる。リフレッシュが不要であれ
ば、ＲＡＭとしてだけではなく、ゲインセル型メモリをＮＡＮＤ構造を有するメモリに適
用できる。ＮＡＮＤ構造により集積度を高めることも可能となる。
的に不要となると、不揮発性メモリとしての側面も強くなる。リフレッシュが不要であれ
ば、ＲＡＭとしてだけではなく、ゲインセル型メモリをＮＡＮＤ構造を有するメモリに適
用できる。ＮＡＮＤ構造により集積度を高めることも可能となる。
【0122】
本実施の形態のゲインセル型メモリの概要を図１２（Ａ）に示す。読み出しトランジスタ
１２８はゲート１２１とソース１２３、ドレイン１２２を有する。ドレイン１２２は電源
線として機能するか、電源線に接続され、好ましくはワード線方向に延在する。また、ソ
ース１２３は書き込みトランジスタ１２７のソース１０４と接続する。
１２８はゲート１２１とソース１２３、ドレイン１２２を有する。ドレイン１２２は電源
線として機能するか、電源線に接続され、好ましくはワード線方向に延在する。また、ソ
ース１２３は書き込みトランジスタ１２７のソース１０４と接続する。
【0123】
書き込みトランジスタ１２７は実施の形態２で説明したＦＥＴを用いる。しかし、これに
限らず、実施の形態１、実施の形態３乃至実施の形態５で説明したＦＥＴを用いてもよい
。また、図１２（Ａ）に示す図面は、図５（Ｂ）に相当するものである。
限らず、実施の形態１、実施の形態３乃至実施の形態５で説明したＦＥＴを用いてもよい
。また、図１２（Ａ）に示す図面は、図５（Ｂ）に相当するものである。
【0124】
書き込みトランジスタ１２７は、層間絶縁物１１２上に、酸化物半導体１０１、ゲート絶
縁膜１０２、ゲート１０３、ソース１０４、ドレイン１０５を有し、ドレイン１０５は読
み出しトランジスタ１２８のゲート１２１と接する。なお、ゲート１０３は書き込みワー
ド線あるいはその一部として機能する。読み出しトランジスタ１２８のゲート１２１は、
書き込みトランジスタ１２７のドレイン１０５と電気的に接続し、書き込みトランジスタ
１２７のゲート１０３とソース１０４とは電気的に接続しない構造とすることが好ましい
。
縁膜１０２、ゲート１０３、ソース１０４、ドレイン１０５を有し、ドレイン１０５は読
み出しトランジスタ１２８のゲート１２１と接する。なお、ゲート１０３は書き込みワー
ド線あるいはその一部として機能する。読み出しトランジスタ１２８のゲート１２１は、
書き込みトランジスタ１２７のドレイン１０５と電気的に接続し、書き込みトランジスタ
１２７のゲート１０３とソース１０４とは電気的に接続しない構造とすることが好ましい
。
【0125】
また、ソース１０４にはビット線を接続する。さらに、ドレイン１０５に重なるようにし
て、ゲート絶縁膜１０２を介して読み出しワード線１２４が設けられる。読み出しワード
線１２４とドレイン１０５とゲート絶縁膜１０２でキャパシタ１２６が形成される。読み
出しワード線１２４はゲート１０３と同様に、酸化物半導体１０１の側面をドレイン１０
５上から覆う形状となる。
て、ゲート絶縁膜１０２を介して読み出しワード線１２４が設けられる。読み出しワード
線１２４とドレイン１０５とゲート絶縁膜１０２でキャパシタ１２６が形成される。読み
出しワード線１２４はゲート１０３と同様に、酸化物半導体１０１の側面をドレイン１０
５上から覆う形状となる。
【0126】
このため、読み出しワード線１２４の幅をＬ６とすると、キャパシタ１２６の面積（読み
出しワード線１２４とドレイン１０５の重なる部分の面積）は（２ｈ＋ｔ）×Ｌ６より大
きくなる。一方、読み出しトランジスタ１２８のゲート１２１のゲート面積はＬ６×Ｌ６
程度である。酸化物半導体の高さｈは回路の最小加工線幅に制約されることなく大きくで
きるので、結果として、キャパシタ１２６の容量を、読み出しトランジスタ１２８のゲー
ト容量の２倍あるいはそれ以上とできる。このことは、データの読み出しをおこなう際に
エラーが起こりにくくなることを意味する。
出しワード線１２４とドレイン１０５の重なる部分の面積）は（２ｈ＋ｔ）×Ｌ６より大
きくなる。一方、読み出しトランジスタ１２８のゲート１２１のゲート面積はＬ６×Ｌ６
程度である。酸化物半導体の高さｈは回路の最小加工線幅に制約されることなく大きくで
きるので、結果として、キャパシタ１２６の容量を、読み出しトランジスタ１２８のゲー
ト容量の２倍あるいはそれ以上とできる。このことは、データの読み出しをおこなう際に
エラーが起こりにくくなることを意味する。
【0127】
図１２（Ａ）に示す構造のメモリセルを作製するには以下のようにおこなうとよい。まず
、単結晶シリコン半導体を用いて、読み出しトランジスタ１２８のゲート１２１、ソース
１２３、ドレイン１２２を作製し、その上に層間絶縁物１１２を形成する。そして、その
表面を平坦化して、ゲート１２１を露出させる。
、単結晶シリコン半導体を用いて、読み出しトランジスタ１２８のゲート１２１、ソース
１２３、ドレイン１２２を作製し、その上に層間絶縁物１１２を形成する。そして、その
表面を平坦化して、ゲート１２１を露出させる。
【0128】
その後、薄片状の酸化物半導体１０１を形成し、層間絶縁物１１２に読み出しトランジス
タ１２８のソース１２３に達するコンタクトホールを形成する。そして、酸化物半導体１
０１の一部を覆って、ソース１０４、ドレイン１０５を形成する。ドレイン１０５は読み
出しトランジスタ１２８のゲート１２１と、ソース１０４は同じくソース１２３と接する
ようにする。
タ１２８のソース１２３に達するコンタクトホールを形成する。そして、酸化物半導体１
０１の一部を覆って、ソース１０４、ドレイン１０５を形成する。ドレイン１０５は読み
出しトランジスタ１２８のゲート１２１と、ソース１０４は同じくソース１２３と接する
ようにする。
【0129】
そして、ゲート絶縁膜１０２を形成する。さらに、ゲート絶縁膜１０２を覆って、ゲート
１０３、読み出しワード線１２４を形成する。その後、ソース１０４に達するコンタクト
ホールを設け、ビット線１２５を形成する。
１０３、読み出しワード線１２４を形成する。その後、ソース１０４に達するコンタクト
ホールを設け、ビット線１２５を形成する。
【0130】
本実施の形態で説明したゲインセル型メモリは、ＤＲＡＭとは異なり、データの読み出し
の際に信号の増幅過程やそのための回路が不要であることを利用して、各種半導体回路の
レジスタ（一時的にデータを記憶するメモリ装置）として利用できる。
の際に信号の増幅過程やそのための回路が不要であることを利用して、各種半導体回路の
レジスタ（一時的にデータを記憶するメモリ装置）として利用できる。
【0131】
通常の半導体回路中のレジスタは６つのトランジスタを用いたフリップフロップ回路で構
成される。そのため、レジスタの占有面積が大きくなるが、本実施の形態で説明したゲイ
ンセル型メモリは２つのトランジスタと１つのキャパシタより形成され、加えて、２つの
トランジスタは立体的に配置されるため、従来のレジスタよりも占有面積が小さくなる。
成される。そのため、レジスタの占有面積が大きくなるが、本実施の形態で説明したゲイ
ンセル型メモリは２つのトランジスタと１つのキャパシタより形成され、加えて、２つの
トランジスタは立体的に配置されるため、従来のレジスタよりも占有面積が小さくなる。
【0132】
また、フリップフロップ回路を用いたレジスタは電源が途絶するとデータを消失し、電源
が復旧した後も元の状態を再現できないのに対し、本実施の形態で説明したゲインセル型
メモリは一定の期間、データを保持できるので、電源が復旧した後、速やかに元の状態を
再現できる。
が復旧した後も元の状態を再現できないのに対し、本実施の形態で説明したゲインセル型
メモリは一定の期間、データを保持できるので、電源が復旧した後、速やかに元の状態を
再現できる。
【0133】
この特性を利用すれば、半導体回路として演算をしない時間がわずかでもあれば、即座に
電源の供給を停止し、演算が必要となった場合に再び電源を供給することにより、消費電
力を低減できる。例えば、画像処理および出力回路においては、１７ミリ秒に一度、画像
データを処理し、送出するが、それに必要な時間は１ミリ秒以下であり、残りの１６ミリ
秒以上の時間は回路の電源を切っておいてもよい。このようにすることで、回路の消費電
力を低減できる。
電源の供給を停止し、演算が必要となった場合に再び電源を供給することにより、消費電
力を低減できる。例えば、画像処理および出力回路においては、１７ミリ秒に一度、画像
データを処理し、送出するが、それに必要な時間は１ミリ秒以下であり、残りの１６ミリ
秒以上の時間は回路の電源を切っておいてもよい。このようにすることで、回路の消費電
力を低減できる。
【0134】
より大規模な半導体回路であるＣＰＵでは複数の回路がそれぞれ演算をおこなうが、常時
、全ての回路が演算をおこなっているわけではなく、待機しているだけの回路も多い。そ
ういう回路には電源を供給しないことにより消費電力を大幅に低減できる。そういった回
路のレジスタは本実施の形態で説明したゲインセル型メモリを用いて構成することにより
、瞬時に回路への電源の供給および遮断を実行できる。
、全ての回路が演算をおこなっているわけではなく、待機しているだけの回路も多い。そ
ういう回路には電源を供給しないことにより消費電力を大幅に低減できる。そういった回
路のレジスタは本実施の形態で説明したゲインセル型メモリを用いて構成することにより
、瞬時に回路への電源の供給および遮断を実行できる。
【0135】
（実施の形態８）
以下では、実施の形態６あるいは実施の形態７で説明したメモリの利用例について図１４
を参照して説明する。図１４は、マイクロプロセッサの構成例を示すブロック図である。
図１４に示すマイクロプロセッサは、ＣＰＵ３０１、メインメモリ３０２、クロックコン
トローラ３０３、キャッシュコントローラ３０４、シリアルインターフェース３０５、Ｉ
／Ｏポート３０６、端子３０７、インターフェース３０８、キャッシュメモリ３０９等が
形成されている。勿論、図１４に示すマイクロプロセッサは、その構成を簡略化して示し
た一例にすぎず、実際のマイクロプロセッサはその用途によって多種多様な構成を有して
いる。
以下では、実施の形態６あるいは実施の形態７で説明したメモリの利用例について図１４
を参照して説明する。図１４は、マイクロプロセッサの構成例を示すブロック図である。
図１４に示すマイクロプロセッサは、ＣＰＵ３０１、メインメモリ３０２、クロックコン
トローラ３０３、キャッシュコントローラ３０４、シリアルインターフェース３０５、Ｉ
／Ｏポート３０６、端子３０７、インターフェース３０８、キャッシュメモリ３０９等が
形成されている。勿論、図１４に示すマイクロプロセッサは、その構成を簡略化して示し
た一例にすぎず、実際のマイクロプロセッサはその用途によって多種多様な構成を有して
いる。
【0136】
ＣＰＵ３０１をより高速に動作させるには、それに見合う程度の高速なメモリを必要とす
る。しかし、ＣＰＵ３０１の動作スピードにあったアクセスタイムをもつ高速の大容量メ
モリを使用した場合、一般的にコストが高くなってしまう。そこで大容量のメインメモリ
３０２の他に、メインメモリ３０２よりも小容量であるが高速のメモリであるＳＲＡＭな
どのキャッシュメモリ３０９を、ＣＰＵ３０１とメインメモリ３０２の間に介在させる。
ＣＰＵ３０１がキャッシュメモリ３０９にアクセスすることにより、メインメモリ３０２
のスピードによらず、高速で動作することが可能となる。
る。しかし、ＣＰＵ３０１の動作スピードにあったアクセスタイムをもつ高速の大容量メ
モリを使用した場合、一般的にコストが高くなってしまう。そこで大容量のメインメモリ
３０２の他に、メインメモリ３０２よりも小容量であるが高速のメモリであるＳＲＡＭな
どのキャッシュメモリ３０９を、ＣＰＵ３０１とメインメモリ３０２の間に介在させる。
ＣＰＵ３０１がキャッシュメモリ３０９にアクセスすることにより、メインメモリ３０２
のスピードによらず、高速で動作することが可能となる。
【0137】
【0138】
なお、メインメモリ３０２には、ＣＰＵ３０１で実行されるプログラムが格納されている
。そして例えば実行初期において、メインメモリ３０２に格納されているプログラムは、
キャッシュメモリ３０９にダウンロードされる。ダウンロードされるプログラムは、メイ
ンメモリ３０２に格納されているものに限定されず、他の外付のメモリからダウンロード
することもできる。キャッシュメモリ３０９は、ＣＰＵ３０１で実行されるプログラムを
格納するだけでなく、ワーク領域としても機能し、ＣＰＵ３０１の計算結果等を一時的に
格納する。
。そして例えば実行初期において、メインメモリ３０２に格納されているプログラムは、
キャッシュメモリ３０９にダウンロードされる。ダウンロードされるプログラムは、メイ
ンメモリ３０２に格納されているものに限定されず、他の外付のメモリからダウンロード
することもできる。キャッシュメモリ３０９は、ＣＰＵ３０１で実行されるプログラムを
格納するだけでなく、ワーク領域としても機能し、ＣＰＵ３０１の計算結果等を一時的に
格納する。
【0139】
なお、ＣＰＵは単数に限られず、複数設けていても良い。ＣＰＵを複数設け、並列処理を
行なうことで、動作速度の向上を図ることができる。その場合、ＣＰＵ間の処理速度がま
ちまちだと処理全体で見たときに不都合が起きる場合があるので、スレーブとなる各ＣＰ
Ｕの処理速度のバランスを、マスターとなるＣＰＵでとるようにしても良い。
行なうことで、動作速度の向上を図ることができる。その場合、ＣＰＵ間の処理速度がま
ちまちだと処理全体で見たときに不都合が起きる場合があるので、スレーブとなる各ＣＰ
Ｕの処理速度のバランスを、マスターとなるＣＰＵでとるようにしても良い。
【0140】
なお、ここではマイクロプロセッサを例示したが、上述したメモリは、マイクロプロセッ
サのメインメモリにその用途が限られるわけではない。例えば表示装置の駆動回路に用い
られるビデオＲＡＭや、画像処理回路に必要となる大容量メモリとしての用途も好ましい
。その他、様々なシステムＬＳＩにおいても、大容量もしくは小型用途のメモリとして用
いることができる。
サのメインメモリにその用途が限られるわけではない。例えば表示装置の駆動回路に用い
られるビデオＲＡＭや、画像処理回路に必要となる大容量メモリとしての用途も好ましい
。その他、様々なシステムＬＳＩにおいても、大容量もしくは小型用途のメモリとして用
いることができる。
【0141】
（実施の形態９）
本実施の形態では、実施の形態６あるいは実施の形態７で説明したメモリを有する半導体
装置の例について説明する。当該半導体装置は、本発明の一態様に係るメモリを用いるこ
とで、小型化を実現することが可能である。特に、携帯用の半導体装置の場合、本発明の
一態様に係るメモリを用いることで小型化が実現されれば、使用者の使い勝手が向上する
というメリットが得られる。
本実施の形態では、実施の形態６あるいは実施の形態７で説明したメモリを有する半導体
装置の例について説明する。当該半導体装置は、本発明の一態様に係るメモリを用いるこ
とで、小型化を実現することが可能である。特に、携帯用の半導体装置の場合、本発明の
一態様に係るメモリを用いることで小型化が実現されれば、使用者の使い勝手が向上する
というメリットが得られる。
【0142】
本発明の一態様に係るメモリは、表示装置、ノート型パーソナルコンピュータ、記録媒体
を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉ
ｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いる
ことができる。
を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉ
ｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いる
ことができる。
【0143】
その他に、本発明の一態様に係るメモリを用いることができる半導体装置として、携帯電
話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、
ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音
響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミ
リ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機な
どが挙げられる。これら半導体装置の具体例を図１５に示す。
話、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、
ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音
響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミ
リ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機な
どが挙げられる。これら半導体装置の具体例を図１５に示す。
【0144】
図１５（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体４０１、筐体４０２、表示部４０３、表示部
４０４、マイクロホン４０５、スピーカー４０６、操作キー４０７、スタイラス４０８等
を有する。本発明の一態様に係るメモリは、携帯型ゲーム機の駆動を制御するための集積
回路に用いることができる。携帯型ゲーム機の駆動を制御するための集積回路に本発明の
一態様に係るメモリを用いることで、コンパクトな携帯型ゲーム機を提供することができ
る。なお、図１５（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部４０３と表示部４０４
とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
４０４、マイクロホン４０５、スピーカー４０６、操作キー４０７、スタイラス４０８等
を有する。本発明の一態様に係るメモリは、携帯型ゲーム機の駆動を制御するための集積
回路に用いることができる。携帯型ゲーム機の駆動を制御するための集積回路に本発明の
一態様に係るメモリを用いることで、コンパクトな携帯型ゲーム機を提供することができ
る。なお、図１５（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部４０３と表示部４０４
とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【0145】
図１５（Ｂ）は携帯電話であり、筐体４１１、表示部４１２、音声入力部４１３、音声出
力部４１４、操作キー４１５、受光部４１６等を有する。受光部４１６において受信した
光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に
係るメモリは、携帯電話の駆動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯電
話の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係るメモリを用いることで、コン
パクトな携帯電話を提供することができる。
力部４１４、操作キー４１５、受光部４１６等を有する。受光部４１６において受信した
光を電気信号に変換することで、外部の画像を取り込むことができる。本発明の一態様に
係るメモリは、携帯電話の駆動を制御するための集積回路に用いることができる。携帯電
話の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係るメモリを用いることで、コン
パクトな携帯電話を提供することができる。
【0146】
図１５（Ｃ）は携帯情報端末であり、筐体４２１、表示部４２２、操作キー４２３等を有
する。図１５（Ｃ）に示す携帯情報端末は、モデムが筐体４２１に内蔵されていても良い
。本発明の一態様に係るメモリは、携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に用い
ることができる。携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る
メモリを用いることで、コンパクトな携帯情報端末を提供することができる。
する。図１５（Ｃ）に示す携帯情報端末は、モデムが筐体４２１に内蔵されていても良い
。本発明の一態様に係るメモリは、携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に用い
ることができる。携帯情報端末の駆動を制御するための集積回路に本発明の一態様に係る
メモリを用いることで、コンパクトな携帯情報端末を提供することができる。
【符号の説明】
【0147】
１００ 絶縁表面
１０１ 酸化物半導体
１０２ ゲート絶縁膜
１０３ ゲート
１０４ ソース
１０５ ドレイン
１０６ 空乏化領域
１０７ Ｎ型領域
１０８ Ｎ型領域
１０９ 側壁絶縁物
１１０ 側壁絶縁物
１１１ バリア絶縁物
１１２ 層間絶縁物
１１３ ビット線
１１３ａ 導電性領域
１１４ ドライバ回路部
１１５ セルトランジスタ
１１６ キャパシタ
１１７ 接続電極
１１８ 下部電極
１１９ キャパシタ絶縁膜
１２０ 上部電極
１２１ ゲート
１２２ ドレイン
１２３ ソース
１２４ 読み出しワード線
１２５ ビット線
１２６ キャパシタ
１２７ 書き込みトランジスタ
１２８ 読み出しトランジスタ
２０１ａ 酸化物半導体
２０１ｂ 酸化物半導体
２０１ｃ 酸化物半導体
２０２ａ ゲート絶縁膜
２０２ｂ ゲート絶縁膜
２０２ｃ ゲート絶縁膜
２０３ａ ゲート
２０３ｂ ゲート
２０３ｃ ゲート
２０４ａ ソース
２０４ｂ ソース
２０４ｃ ソース
２０５ａ ドレイン
２０５ｂ ドレイン
２０５ｃ ドレイン
２０６ａ 空乏化領域
２０６ｂ 空乏化領域
２０７ Ｎ型領域
２０８ Ｎ型領域
３０１ ＣＰＵ
３０２ メインメモリ
３０３ クロックコントローラ
３０４ キャッシュコントローラ
３０５ シリアルインターフェース
３０６ Ｉ／Ｏポート
３０７ 端子
３０８ インターフェース
３０９ キャッシュメモリ
４０１ 筐体
４０２ 筐体
４０３ 表示部
４０４ 表示部
４０５ マイクロホン
４０６ スピーカー
４０７ 操作キー
４０８ スタイラス
４１１ 筐体
４１２ 表示部
４１３ 音声入力部
４１４ 音声出力部
４１５ 操作キー
４１６ 受光部
４２１ 筐体
４２２ 表示部
４２３ 操作キー
１０１ 酸化物半導体
１０２ ゲート絶縁膜
１０３ ゲート
１０４ ソース
１０５ ドレイン
１０６ 空乏化領域
１０７ Ｎ型領域
１０８ Ｎ型領域
１０９ 側壁絶縁物
１１０ 側壁絶縁物
１１１ バリア絶縁物
１１２ 層間絶縁物
１１３ ビット線
１１３ａ 導電性領域
１１４ ドライバ回路部
１１５ セルトランジスタ
１１６ キャパシタ
１１７ 接続電極
１１８ 下部電極
１１９ キャパシタ絶縁膜
１２０ 上部電極
１２１ ゲート
１２２ ドレイン
１２３ ソース
１２４ 読み出しワード線
１２５ ビット線
１２６ キャパシタ
１２７ 書き込みトランジスタ
１２８ 読み出しトランジスタ
２０１ａ 酸化物半導体
２０１ｂ 酸化物半導体
２０１ｃ 酸化物半導体
２０２ａ ゲート絶縁膜
２０２ｂ ゲート絶縁膜
２０２ｃ ゲート絶縁膜
２０３ａ ゲート
２０３ｂ ゲート
２０３ｃ ゲート
２０４ａ ソース
２０４ｂ ソース
２０４ｃ ソース
２０５ａ ドレイン
２０５ｂ ドレイン
２０５ｃ ドレイン
２０６ａ 空乏化領域
２０６ｂ 空乏化領域
２０７ Ｎ型領域
２０８ Ｎ型領域
３０１ ＣＰＵ
３０２ メインメモリ
３０３ クロックコントローラ
３０４ キャッシュコントローラ
３０５ シリアルインターフェース
３０６ Ｉ／Ｏポート
３０７ 端子
３０８ インターフェース
３０９ キャッシュメモリ
４０１ 筐体
４０２ 筐体
４０３ 表示部
４０４ 表示部
４０５ マイクロホン
４０６ スピーカー
４０７ 操作キー
４０８ スタイラス
４１１ 筐体
４１２ 表示部
４１３ 音声入力部
４１４ 音声出力部
４１５ 操作キー
４１６ 受光部
４２１ 筐体
４２２ 表示部
４２３ 操作キー
【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】