特許 7592588 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】

(24)【登録日】2024-11-22

(45)【発行日】2024-12-02

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/06 20060101AFI20241125BHJP

   H01L 21/8234 20060101ALI20241125BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20241125BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20241125BHJP

   H01L 27/088 20060101ALI20241125BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20241125BHJP

【ＦＩ】

H01L27/06 311C

H01L27/06 102A

H01L27/04 H

H01L27/088 E

H01L27/088 331E

H01L29/78 618B

H01L29/78 613Z

H01L29/78 612C

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021524488

(86)(22)【出願日】2020-05-22

(86)【国際出願番号】 IB2020054865

(87)【国際公開番号】W WO2020245692

(87)【国際公開日】2020-12-10

【審査請求日】2023-05-19

(31)【優先権主張番号】P 2019106637

(32)【優先日】2019-06-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】國武 寛司

(72)【発明者】

【氏名】津田 一樹

【審査官】西村 治郎

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－２５６４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２３１８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４９２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３０３３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５５３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５２７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１７９８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０８３７３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２８３６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５３３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／０６

Ｈ０１Ｌ ２７／０４

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３４

Ｈ０１Ｌ ２１／８２２

Ｈ０１Ｌ ２７／０８８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トランジスタと、容量と、電源電位を供給する機能を有する第１の配線と、基準電位が与えられる第２の配線と、を有し、
前記トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、
前記トランジスタの第１のゲートは、前記トランジスタの半導体層を介して前記トランジスタの第２のゲートと重なる領域を有し、
前記トランジスタの上方に位置し、前記容量の一方の電極として機能する領域を有する第１の導電層と、
前記第１の導電層の上方に位置する第１の絶縁層と、
前記第１の絶縁層の上方に位置し、前記容量の他方の電極として機能する領域を有する第２の導電層と、
前記第２の導電層の上方に位置する第２の絶縁層と、
前記第２の絶縁層の上面と接する領域を有し、前記第１の配線として機能する領域を有する第３の導電層と、
前記第２の絶縁層の上面と接する領域を有し、前記第２の配線として機能する領域を有する第４の導電層と、を有し、
前記トランジスタのソース及びドレインは、前記第１の導電層に電気的に接続され、
前記第１の導電層は、前記第３の導電層と電気的に接続され、
前記トランジスタの第１のゲート及び前記トランジスタの前記第２のゲートは、前記第４の導電層と電気的に接続され、
前記トランジスタの半導体層は、前記第１の導電層と重なる領域を有する半導体装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記トランジスタの上方に位置する第３の絶縁層と、
前記第３の絶縁層の上面と接する領域を有する第５の導電層と、
前記第３の絶縁層の上面と接する領域を有する第６の導電層と、を有し、
前記第１の導電層は、前記第３の絶縁層の上面と接する領域を有し、
前記トランジスタの第１のゲートは、前記第５の導電層を介して前記第４の導電層と電気的に接続され、
前記トランジスタの第２のゲートは、前記第６の導電層を介して前記第４の導電層と電気的に接続される半導体装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一態様は、半導体装置に関する。

【0002】

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、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。

【0003】

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうるもの全般を指す。よって、トランジスタやダイオードなどの半導体素子や、半導体素子を含む回路は半導体装置である。また、表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、撮像装置、通信装置及び電子機器などは、半導体素子や半導体回路を含む場合がある。よって、表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、撮像装置、通信装置及び電子機器なども、半導体装置と呼ばれる場合がある。

【背景技術】

【0004】

スマートフォンやタブレット端末などに代表される携帯情報端末の普及が進んでいる。携帯情報端末の普及に伴い、様々な通信規格が制定されている。例えば、第４世代移動通信システム（４Ｇ）と呼ばれるＬＴＥ－Ａｄｖａｎｃｅｄ規格の運用が開始されている。

【0005】

近年、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）などの情報技術の発展により、情報端末で扱われるデータ量は増大する傾向にある。また、情報端末などの電子機器に通信速度の向上が求められている。

【0006】

ＩｏＴなどの様々な情報技術に対応するため、４Ｇよりも速い通信速度、多くの同時接続、短い遅延時間を実現する第５世代移動通信システム（５Ｇ）と呼ばれる新たな通信規格が検討されている。５Ｇでは、３．７ＧＨｚ帯、４．５ＧＨｚ帯、及び２８ＧＨｚ帯の通信周波数が使用される。

【0007】

５Ｇに対応する半導体装置は、Ｓｉなど１種類の元素を主成分として用いる半導体や、ＧａとＡｓなど複数種類の元素を主成分として用いる化合物半導体を用いて作製される。さらに、金属酸化物の一種である酸化物半導体が注目されている。

【0008】

酸化物半導体では、単結晶でも非晶質でもない、ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ（ＣＡＡＣ）構造及びｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ（ｎｃ）構造が見出されている（非特許文献１及び非特許文献２参照）。

【0009】

非特許文献１及び非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0010】

【文献】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，”ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ ４３，ｉｓｓｕｅ １，ｐｐ．１８３－１８６

【文献】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ－ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，”Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ５３，Ｎｕｍｂｅｒ ４Ｓ，ｐｐ．０４ＥＤ１８－１－０４ＥＤ１８－１０

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

高周波回路などに代表されるデジタル信号を扱う集積回路では、周波数の高いノイズ成分が電源線に流れることがあり、それにより集積回路が誤動作するなど動作が不安定になりやすい。特に、携帯電話やタブレット型端末など、低消費電力化へのニーズが高い携帯型の電子機器では、低い電源電圧で集積回路を動作させるため、わずかな電圧変動により誤動作が起きやすい。

【0012】

そこで、本発明の一態様では、回路が誤動作するのを防ぎ、当該回路を用いた半導体装置の信頼性を高めることを目的の一とする。また、本発明の一態様では、回路の低消費電力化を実現すること、または、半導体装置の低消費電力化を実現することを目的の一とする。

【0013】

また、本発明の一態様では、ノイズ成分が電源線に流れるのを防ぐにあたり、ノイズ成分をバイパスするための手段を回路に設けたとしても、当該回路のレイアウト面積が増大するのを防ぐこと、または、当該回路を用いた半導体装置の小型化を実現することを目的の一とする。

【0014】

また、本発明の一態様では、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。

【0015】

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。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、抽出することが可能である。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明の一態様は、トランジスタと、負荷と、上記負荷に電源電位を供給する機能を有する配線と、を有し、上記トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記トランジスタのソース及びドレインは、上記配線に電気的に接続され、上記トランジスタの第１のゲートには、基準電位が供給され、上記トランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有する半導体装置である。

【0017】

本発明の一態様は、トランジスタと、負荷と、上記負荷に電源電位を供給する機能を有する配線と、を有し、上記トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記トランジスタのソース及びドレインには、基準電位が供給され、上記トランジスタの第１のゲートは、上記配線に電気的に接続され、上記トランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有する半導体装置である。

【0018】

本発明の一態様は、トランジスタと、負荷と、上記負荷に電源電位を供給する機能を有する配線と、を有し、上記トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記トランジスタの第１のゲートは、上記トランジスタの半導体層を介して上記トランジスタの第２のゲートと重なる領域を有し、上記トランジスタのソース及びドレインは、上記配線に電気的に接続され、上記トランジスタの第１のゲート及び上記トランジスタの上記第２のゲートには、基準電位が供給され、上記トランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有する半導体装置である。

【0019】

本発明の一態様は、トランジスタと、負荷と、上記負荷に電源電位を供給する機能を有する配線と、を有し、上記トランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記トランジスタの第１のゲートは、上記トランジスタの半導体層を介して上記トランジスタの第２のゲートと重なる領域を有し、上記トランジスタのソース及びドレインには、基準電位が供給され、上記トランジスタの第１のゲート及び上記トランジスタの上記第２のゲートは、上記配線に電気的に接続され、上記トランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有する半導体装置である。

【0020】

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、負荷と、上記負荷に電源電位を供給する機能を有する配線と、を有し、上記第１のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記第２のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記第１のトランジスタのソース及びドレインは、上記配線に電気的に接続され、上記第１のトランジスタの第１のゲートには、基準電位が供給され、上記第２のトランジスタのソース及びドレインには、基準電位が供給され、上記第２のトランジスタの第１のゲートは、上記配線に電気的に接続され、上記第１のトランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有し、上記第２のトランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有する半導体装置である。

【0021】

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、負荷と、上記負荷に電源電位を供給する機能を有する配線と、を有し、上記第１のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記第２のトランジスタの半導体層は、酸化物半導体を含み、上記第１のトランジスタの第１のゲートは、上記第１のトランジスタの半導体層を介して上記第１のトランジスタの第２のゲートと重なる領域を有し、上記第２のトランジスタの第１のゲートは、上記第２のトランジスタの半導体層を介して上記第２のトランジスタの第２のゲートと重なる領域を有し、上記第１のトランジスタのソース及びドレインは、上記配線に電気的に接続され、上記第１のトランジスタの第１のゲート及び上記第１のトランジスタの第２のゲートには、基準電位が供給され、上記第２のトランジスタのソース及びドレインには、基準電位が供給され、上記第２のトランジスタの第１のゲート及び上記第２のトランジスタの第２のゲートは、上記配線に電気的に接続され、上記第１のトランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有し、上記第２のトランジスタの半導体層は、上記配線と重なる領域を有する半導体装置である。

【発明の効果】

【0022】

本発明の一態様により、回路が誤動作するのを防ぎ、当該回路を用いた半導体装置の信頼性を高めることができる。あるいは、本発明の一態様により、回路の低消費電力化を実現すること、または、半導体装置の低消費電力化を実現することができる。あるいは、本発明の一態様により、回路のレイアウト面積が増大するのを防ぐこと、または、当該回路を用いた半導体装置の小型化を実現することができる。あるいは、本発明の一態様により、新規な半導体装置を提供することができる。

【0023】

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、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、抽出することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0024】

図１Ａは本発明の一態様に係る回路の構成例を示す図である。図１Ｂは本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図２Ａ乃至図２Ｃは本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図３Ａ及び図３Ｂは本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図４は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図５は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図６は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図７は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図８は本発明の一態様に係る回路の構成例を示す図である。
図９は本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示す図である。
図１０は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図１１は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図１２は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図１３は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図１４は本発明の一態様に係る回路の、容量部の構成例を示す図である。
図１５は本発明の一態様に係る半導体装置の構成例を示す図である。
図１６Ａ乃至図１６Ｃはシミュレーションに用いたＯＳトランジスタの構造を示す図である。
図１７はシミュレーション結果を示す図である。
図１８ＡはＩＧＺＯの結晶構造の分類を説明する図である。図１８ＢはＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルを説明する図である。図１８ＣはＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜の極微電子線回折パターンを説明する図である。
図１９Ａは、半導体ウエハの上面図である。図１９Ｂはチップの拡大図である。
図２０Ａは、電子部品の作製工程例を説明するフローチャートである。図２０Ｂは、電子部品の斜視模式図である。
図２１は電子機器の一例を示す図である。
図２２Ａ乃至図２２Ｆは、電子機器の一例を示す図である。
図２３は、ＩｏＴネットワークの階層構造と要求仕様の傾向を示す図である。
図２４は、ファクトリーオートメーションのイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の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、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その説明の繰り返しは省略する。

【0026】

また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理によりレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために図に反映しないことがある。

【0027】

また、上面図（「平面図」ともいう）や斜視図などにおいて、図面をわかりやすくするために、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。

【0028】

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。

【0029】

また、本明細書等において、電気回路における「端子」とは、電流の入力または出力、電圧の入力または出力、もしくは、信号の受信または送信が行なわれる部位を言う。よって、配線または電極の一部が端子として機能する場合がある。

【0030】

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。

【0031】

また、ソース及びドレインの機能は、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、動作条件などによって互いに入れ替わるため、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。このため、本明細書においては、ソース及びドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

【0032】

また、本明細書等において、「電気的に接続」には、直接接続している場合と、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の送受信を可能とするものであれば、特に制限を受けない。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。

【0033】

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

【0034】

なお、本明細書などにおいて、計数値及び計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。

【0035】

また、電圧は、ある電位と、基準の電位（例えば接地電位またはソース電位）との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧と電位は互いに言い換えることが可能な場合が多い。本明細書などでは、特段の明示が無いかぎり、電圧と電位を言い換えることができるものとする。

【0036】

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。よって、「半導体」を「絶縁体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「絶縁体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「絶縁体」は、互いに読み換えることができる場合がある。

【0037】

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。よって、「半導体」を「導電体」に置き換えて用いることも可能である。この場合、「半導体」と「導電体」の境界は曖昧であり、両者の厳密な区別は難しい。したがって、本明細書に記載の「半導体」と「導電体」は、互いに読み換えることができる場合がある。

【0038】

なお、本明細書等における「第１」、「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。

【0039】

なお、本明細書等において、トランジスタの「オン状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡しているとみなせる状態（「導通状態」ともいう）をいう。また、トランジスタの「オフ状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断しているとみなせる状態（「非導通状態」ともいう）をいう。

【0040】

また、本明細書等において、「オン電流」とは、トランジスタがオン状態の時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。また、「オフ電流」とは、トランジスタがオフ状態である時にソースとドレイン間に流れる電流をいう場合がある。

【0041】

また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」、「Ｈ電位」、または「Ｈ」ともいう）とは、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」、「Ｌ電位」、または「Ｌ」ともいう）よりも高い電位の電源電位を示す。また、ＶＳＳとは、ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位（単に「ＧＮＤ」、または「ＧＮＤ電位」ともいう）をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。

【0042】

また、本明細書等において、ゲートとは、ゲート電極及びゲート配線の一部または全部のことをいう。ゲート配線とは、少なくとも一つのトランジスタのゲート電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。

【0043】

また、本明細書等において、ソースとは、ソース領域、ソース電極、及びソース配線の一部または全部のことをいう。ソース領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ソース電極とは、ソース領域に接続される部分の導電層のことをいう。ソース配線とは、少なくとも一つのトランジスタのソース電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。

【0044】

また、本明細書等において、ドレインとは、ドレイン領域、ドレイン電極、及びドレイン配線の一部または全部のことをいう。ドレイン領域とは、半導体層のうち、抵抗率が一定値以下の領域のことをいう。ドレイン電極とは、ドレイン領域に接続される部分の導電層のことをいう。ドレイン配線とは、少なくとも一つのトランジスタのドレイン電極と、別の電極や別の配線とを電気的に接続させるための配線のことをいう。

【0045】

また、図面などにおいて、配線及び電極などの電位をわかりやすくするため、配線及び電極などに隣接してＨ電位を示す“Ｈ”、またはＬ電位を示す“Ｌ”を付記する場合がある。また、電位変化が生じた配線及び電極などには、“Ｈ”または“Ｌ”を囲み文字で付記する場合がある。また、トランジスタがオフ状態である場合、当該トランジスタに重ねて“×”記号を付記する場合がある。

【0046】

（実施の形態１）
本発明の一態様に係る回路１０の構成例について説明する。図１Ａに、本発明の一態様に係る回路１０の回路構成の一例を示す。図１Ａに示す回路１０は、配線１００と、配線１００に電気的に接続された容量素子１０１と、負荷１０３と、を有する。配線１００は、電源からの電位（以下、電源電位と呼ぶ）を負荷１０３に供給する機能を有する。負荷１０３には、電源電位が供給されることにより駆動する各種回路が含まれる。

【0047】

電源電位は、半導体装置内に設けられた電源回路から与えられるものであってもよいし、半導体装置に設けられた端子を介して、半導体装置の外部から配線１００に与えられるものであってもよい。配線１００に与えられる電源電位は、接地電位、グラウンド電位などの基準となる電位（以下、基準電位と呼ぶ）よりも低い低電源電位（ＶＳＳと呼ぶ）、当該基準電位よりも高い高電源電位（ＶＤＤと呼ぶ）などが挙げられる。

【0048】

容量素子１０１は、一方の電極が配線１００に電気的に接続されており、他方の電極は基準電位が与えられる配線１０２に電気的に接続されている。容量素子１０１は、単数であっても複数であってもよい。図１Ａでは、複数の容量素子１０１が並列に接続されている場合を例示しており、並列に接続された複数の容量素子１０１を有する部分を容量部１０４として示す。

【0049】

容量素子１０１は、不要な高周波の信号であるノイズ成分が電源電位とともに配線１００に入力されたときに、当該ノイズ成分を配線１０２に逃がすことで、当該ノイズ成分が負荷１０３に供給されるのを防ぐ機能を有する。

【0050】

本発明の一態様では、容量素子１０１としてトランジスタを用いる。図１Ａに示す容量部１０４の容量素子１０１にトランジスタを適用した場合の、容量部１０４の回路構成の一例を、図１Ｂに示す。図１Ｂに示す容量部１０４は、容量素子１０１の一形態に相当する容量素子１０１ａを、単数または複数有する。容量素子１０１ａは、トランジスタ１０５を有しており、トランジスタ１０５のソースとドレインとは互いに電気的に接続されている。容量素子１０１ａにおいて、トランジスタ１０５のソース及びドレインが一方の電極として機能し、トランジスタ１０５のゲートが他方の電極として機能する。図１Ｂでは、トランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１００に電気的に接続され、トランジスタ１０５のゲートが配線１０２に電気的に接続される場合を例示している。

【0051】

トランジスタ１０５として、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体膜に、チャネル形成領域を有するトランジスタ（Ｓｉトランジスタともいう）を用いることができる。シリコンの薄膜を用いてトランジスタ１０５を形成する場合、当該薄膜には、プラズマＣＶＤ法などの気相成長法若しくはスパッタリング法で作製された非晶質シリコン、非晶質シリコンをレーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコン、単結晶シリコンウェハに水素イオン等を注入して表層部を剥離した単結晶シリコンなどを用いることができる。

【0052】

また、トランジスタ１０５として、金属酸化物の一種である酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ：ＯＳ）を含む半導体膜に、チャネル形成領域を有するトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」または「ＯＳ－ＦＥＴ」ともいう）を用いることができる。ＯＳトランジスタを容量素子１０１ａに用いた場合、Ｓｉトランジスタを容量素子１０１ａに用いた場合よりも、容量素子１０１ａの平面視における面積あたりの容量値を高くすることができる。よって、ＯＳトランジスタを容量素子１０１ａに用いた本発明の回路では、レイアウト面積が増大するのを防ぐことができる。また、当該回路を用いた半導体装置の小型化を実現することができる。

【0053】

なお、図１Ｂでは、トランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１００に電気的に接続され、トランジスタ１０５のゲートが配線１０２に電気的に接続される容量部１０４を例示したが、トランジスタ１０５と、配線１００及び配線１０２との接続関係は、図１Ｂと逆であってもよい。トランジスタ１０５と、配線１００及び配線１０２との接続関係が図１Ｂと逆である容量部１０４の回路構成の一例を、図２Ａに示す。

【0054】

図２Ａに示す容量部１０４は、図１Ｂに示す容量部１０４と同様に、容量素子１０１ａがトランジスタ１０５を有しており、トランジスタ１０５のソースとドレインとは互いに電気的に接続されている。図２Ａでは、トランジスタ１０５のゲートが配線１００に電気的に接続され、トランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１０２に電気的に接続される場合を例示している。

【0055】

また、本発明の一態様では、トランジスタ１０５が、断面視において、チャネル形成領域を間に介して互いに重なる領域を有する２つのゲート（フロントゲート、バックゲートとも呼ぶ）を有していてもよい。当該２つのゲートは、互いに電気的に接続されていてもよい。２つのゲートを有するトランジスタ１０５を、容量素子１０１ａとして用いた場合の、容量部１０４の回路構成の一例を図２Ｂに示す。

【0056】

図２Ｂに示す容量部１０４では、容量素子１０１ａがトランジスタ１０５を有しており、トランジスタ１０５が２つのゲートを有している。トランジスタ１０５において、当該２つのゲートは互いに電気的に接続されており、ソースとドレインとは互いに電気的に接続されている。容量素子１０１ａにおいて、トランジスタ１０５のソース及びドレインが一方の電極として機能し、トランジスタ１０５の二つのゲートが他方の電極として機能する。図２Ｂでは、トランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１００に電気的に接続され、トランジスタ１０５のゲートが配線１０２に電気的に接続される場合を例示している。

【0057】

２つのゲートを有するトランジスタ１０５を、容量素子１０１ａとして用いた場合、ゲートが１つのトランジスタ１０５を容量素子１０１ａとして用いる場合に比べて、容量素子１０１ａの平面視における面積あたりの容量値を高くすることができる。よって、２つのゲートを有するトランジスタ１０５を、容量素子１０１ａとして用いた場合、回路のレイアウト面積が増大するのを防ぐことができる。また、当該回路を用いた半導体装置の小型化を実現することができる。

【0058】

なお、半導体基板に形成されたバルクのトランジスタを、トランジスタ１０５として用いる場合、トランジスタ１０５のゲートをトランジスタ１０５のボディに電気的に接続することで、２つのゲートが互いに電気的に接続された薄膜のトランジスタ１０５と同様に、容量素子１０１ａの平面視における面積あたりの容量値を高くすることができる。

【0059】

なお、図２Ｂでは、トランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１００に電気的に接続され、トランジスタ１０５の２つのゲートが配線１０２に電気的に接続される容量部１０４を例示したが、トランジスタ１０５と、配線１００及び配線１０２との接続関係は、図２Ｂと逆であってもよい。トランジスタ１０５と、配線１００及び配線１０２との接続関係が図２Ｂと逆である容量部１０４の回路構成の一例を、図２Ｃに示す。

【0060】

図２Ｃに示す容量部１０４は、図２Ｂに示す容量部１０４と同様に、容量素子１０１ａがトランジスタ１０５を有しており、トランジスタ１０５のソースとドレインとは互いに電気的に接続されている。図２Ｃでは、トランジスタ１０５の２つのゲートが配線１００に電気的に接続され、トランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１０２に電気的に接続される場合を例示している。

【0061】

また、容量部１０４が複数の容量素子１０１ａを有する場合に、図１Ａ及び図２Ｂに示す容量部１０４のように、全ての容量素子１０１ａにおいて、トランジスタ１０５のソース及びドレインが電気的に接続されていてもよいし、ソース及びドレインが配線１００に電気的に接続されているトランジスタ１０５と、ゲートが配線１００に電気的に接続されているトランジスタ１０５とが、容量部１０４の中で混在していてもよい。

【0062】

ソース及びドレインが配線１００に電気的に接続されているトランジスタ１０５と、ゲートが配線１００に電気的に接続されているトランジスタ１０５とが、容量部１０４の中で混在している場合の、容量部１０４の回路構成の一例を図３Ａに示す。図３Ａでは、トランジスタ１０５のうち、ソース及びドレインが配線１００に電気的に接続されているものを、トランジスタ１０５ａとして示し、ゲートが配線１００に電気的に接続されているものを、トランジスタ１０５ｂとして示す。

【0063】

図３Ａでは、トランジスタ１０５ａ及びトランジスタ１０５ｂが、フロントゲートを有し、バックゲートを有さない場合の、容量部１０４の回路構成を例示しているが、図３Ｂに示すように、容量部１０４において、トランジスタ１０５ａ及びトランジスタ１０５ｂが、互いに電気的に接続されたフロントゲート及びバックゲートを有していてもよい。

【0064】

トランジスタのゲートとソース及びドレインとの間に形成される容量の容量値は、トランジスタのゲートとソース間に印加される電圧の値に従って変化する。よって、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、トランジスタ１０５ａ及びトランジスタ１０５ｂが容量部１０４に混在している場合、配線１００の電源電位が変動しても、容量部１０４全体の合成容量の容量値が変動するのを抑えることができる。

【0065】

一方、図１Ａ及び図２Ｂに示す容量部１０４のように、全ての容量素子１０１ａにおいてトランジスタ１０５のソース及びドレインが配線１００に接続されている場合、あるいは、全ての容量素子１０１ａにおいてトランジスタ１０５のゲートが配線１００に接続されている場合、容量部１０４の作製に用いられるマスクのレイアウトパターンの周期性を高めることができる。マスクのレイアウトパターンの周期性が高い場合、マスクを用いたフォトリソグラフィーの工程において、露光装置から発せられる光の干渉に起因して、フォトリソグラフィーにより成型された導電膜、絶縁膜、半導体膜などの幅が部分的に狭まるなどの、形状の不具合が生じにくくなる。そのため、フォトリソグラフィーの工程後に導電膜、絶縁膜、半導体膜の形状に不具合が生じるのを防ぐことができ、回路や、当該回路を用いた半導体装置の作製における歩留まりを高めることができる。

【0066】

また、本発明の一態様では、断面視においてトランジスタ１０５を配線１００または配線２００と重なる領域に設ける。図２Ｂに示す容量部１０４の、平面視におけるレイアウトの一例を図４に示す。また、図４における破線Ａ１－Ａ２における断面図と、破線Ｂ１－Ｂ２における断面図とを、図５に例示する。図４及び図５では、トランジスタ１０５がＯＳトランジスタである場合を例示している。

【0067】

図５では、絶縁体５１４上に絶縁体５１６を積層している。絶縁体５１４上及び絶縁体５１６上には、トランジスタ１０５が設けられている。

【0068】

トランジスタ１０５は、絶縁体５１４及び絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０３と、絶縁体５１６及び導電体５０３の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂと、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂ上に配置された、絶縁体５４５と、絶縁体５４５の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。

【0069】

また、図５に示すように、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂと、導電体５６０とを覆うように、絶縁体５４４が配置されることが好ましい。また、導電体５６０は、絶縁体５４５上の導電体５６０ａと、導電体５６０ａ上の導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、絶縁体５４４上に、絶縁体５８０、絶縁体５７４、及び絶縁体５８１を、順に積層することが好ましい。導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂは、ソースまたはドレインとしての機能を有する。導電体５６０はフロントゲートとしての機能を有する。

【0070】

なお、本明細書などにおいて、酸化物５３０ａ、及び酸化物５３０ｂをまとめて酸化物５３０という場合がある。

【0071】

導電体５０３は、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６の開口で構成される凹部の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ１０５では、導電体５０３ａ及び導電体５０３ｂを積層しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、または３層以上の積層構成としてもよい。導電体５０３はバックゲートとしての機能を有する。

【0072】

また、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、及び絶縁体５８１に形成された開口に、導電体５４０ａ、導電体５４０ｂ、導電体５４１ａ、及び導電体５４１ｂを配置する。導電体５４０ａは導電体５４２ａに電気的に接続され、導電体５４０ｂは導電体５４２ｂに電気的に接続される。なお、導電体５６０は、酸化物５３０と重ならない領域を有する。絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、及び絶縁体５８１に形成された開口の一は、当該領域と重なり、上記開口の一を介して導電体５４１ａは導電体５６０と電気的に接続される。

【0073】

なお、導電体５０３は、酸化物５３０と重ならない領域を有する。絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、及び絶縁体５８１に形成された開口の一は、当該領域と重なり、上記開口の一を介して導電体５４１ｂは導電体５０３と電気的に接続される。

【0074】

また、絶縁体５８１上に導電体５９０と導電体５９２とが配置される。導電体５９０は導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂと電気的に接続され、導電体５９２は導電体５４１ａ及び導電体５４１ｂと電気的に接続される。上記構成により、トランジスタ１０５のソース及びドレインが互いに電気的に接続され、トランジスタ１０５のフロントゲート及びバックゲートが互いに電気的に接続される。

【0075】

なお、本発明の一態様では、バックゲートとフロントゲートに同じ電位が与えられていなくともよい。バックゲートに印加する電位を、フロントゲートに印加する電位と、独立して変化させることで、トランジスタ１０５のしきい値電圧を制御することができる。特に、導電体５０３に負の電位を印加することにより、トランジスタ１０５のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。

【0076】

また、絶縁体５８１上、導電体５９０上、及び導電体５９２上に絶縁体５９４が配置される。絶縁体５９４に形成された開口に、導電体５９５ａ、及び導電体５９５ｂを配置する。導電体５９５ａは導電体５９０に電気的に接続され、導電体５９５ｂは導電体５９２に電気的に接続される。また、絶縁体５９４上に導電体５９７と導電体５９８とが配置される。導電体５９７は導電体５９５ａと電気的に接続され、導電体５９８は導電体５９５ｂと電気的に接続される。導電体５９７は、配線１００としての機能を有し、導電体５９８は、配線１０２としての機能を有する。

【0077】

なお、図４及び図５では、図２Ｂに示す容量部１０４の構成例について示しているが、図２Ｃに示す容量部１０４も図４及び図５と同じ構成を有することができる。ただし、図２Ｃに示す容量部１０４の場合、導電体５９７は、配線１０２としての機能を有し、導電体５９８は、配線１００としての機能を有する。

【0078】

なお、図４及び図５では、トランジスタ１０５の酸化物５３０が導電体５９７と重なる構成を例示しているが、トランジスタ１０５の酸化物５３０が導電体５９８と重なるようにしてもよい。トランジスタ１０５の酸化物５３０が導電体５９８と重なる場合、導電体５９０を導電体５９７と重なる領域から導電体５９８と重なる領域まで延伸させることで、導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂと導電体５９８とを、導電体５９０を介して電気的に接続することができる。

【0079】

また、図４及び図５では、トランジスタ１０５が導電体５９７の下層に配置される構成を例示しているが、トランジスタ１０５が導電体５９７の上層に配置されていてもよい。図２Ｂに示す容量部１０４の、トランジスタ１０５が導電体５９７の上層に配置されている場合の、平面視におけるレイアウトの一例を図６に示す。図６における破線Ａ１－Ａ２における断面図と、破線Ｂ１－Ｂ２における断面図とを、図７に例示する。図６及び図７では、トランジスタ１０５がＯＳトランジスタである場合を例示している。

【0080】

図６及び図７では、絶縁体５１４の下に絶縁体５１２が配置されており、導電体５９７及び導電体５９８が絶縁体５１２の下に配置されているところが、図４及び図５と少なくとも異なる。また、図６及び図７では、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、及び絶縁体５８１に形成された開口に、導電体５４１ｂに加えて導電体５４１ｃを配置する。導電体５４１ｃは、絶縁体５８１上の導電体５９０と電気的に接続される。上記構成により、トランジスタ１０５のソース及びドレインが互いに電気的に接続される。

【0081】

また、図６及び図７では、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６に、導電体５０４が埋め込まれている。導電体５０４は、導電体５０４の下に配置されている導電体５９７と、電気的に接続される。また、導電体５０４は、導電体５０４の上に配置されている導電体５４１ｃと、電気的に接続される。

【0082】

具体的に、導電体５０４は、導電体５９７、絶縁体５１２の開口、絶縁体５１４の開口、及び絶縁体５１６の開口で構成される凹部の内壁に接して導電体５０４ａが形成され、さらに内側に導電体５０４ｂが形成されている。また、導電体５０４は、単層、または３層以上の積層構成としてもよい。

【0083】

また、図３及び図４とは異なり、図６及び図７では、導電体５０３は、酸化物５３０と重ならない領域において、絶縁体５１２の開口、絶縁体５１４の開口、及び絶縁体５１６の開口において、導電体５０３の下に配置されている導電体５９８に電気的に接続される。

【0084】

本発明の一態様では、図４及び図５、あるいは図６及び図７に示すように、配線１００としての機能を有する導電体５９７と重なる領域に、トランジスタ１０５を配置している。上記構成により、図１乃至図３に示すような容量部１０４を回路に設けたとしても、平面視における回路の面積の増大を防ぐことができる。そして、当該回路を用いた半導体装置の小型化を実現することができる。

【0085】

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0086】

（実施の形態２）
次いで、負荷１０３としてコモンソースアンプ１０３ａを用いた場合の、本発明の一態様に係る回路１０の構成例について説明する。図８に示す回路１０は、コモンソースアンプ１０３ａと、配線１００と、容量部１０４と、を有する。コモンソースアンプ１０３ａは、整合回路１２７と、整合回路１２８と、トランジスタ１２９と、を有する。整合回路１２７は、インダクタ１３２と、容量素子１３１と、を有する。整合回路１２８は、インダクタ１３３と、容量素子１３４と、を有する。

【0087】

整合回路１２７において、インダクタ１３２は、一方の端子が配線１００に電気的に接続され、他方の端子はトランジスタ１２９のゲートに電気的に接続される。また、容量素子１３１は、一方の電極が入力端子ＩＮに電気的に接続され、他方の電極がトランジスタ１２９のゲートに電気的に接続される。

【0088】

整合回路１２８において、インダクタ１３３は、一方の端子が配線１００に電気的に接続され、他方の端子はトランジスタ１２９のソースまたはドレインの一方に電気的に接続される。また、容量素子１３４は、一方の電極がトランジスタ１２９のソースまたはドレインの一方に電気的に接続され、他方の電極が出力端子ＯＵＴに電気的に接続される。

【0089】

トランジスタ１２９のソースまたはドレインの他方は、配線１３０に電気的に接続される。配線１３０に与えられる電位は、配線１０２に与えられる電位と同じであってもよい。

【0090】

配線１００には、端子１２５から電位が与えられる。本発明の一態様に係る回路１０では、端子１２５から配線１００に与えられる電位にノイズ成分が含まれていても、容量素子１０１を介して当該ノイズ成分を配線１０２に逃がし、当該ノイズ成分がコモンソースアンプ１０３ａに供給されるのを防ぐことができる。また、本発明の一態様では、容量素子１０１を配線１００が配置されている領域と重ねることにより、回路１０の小型化を実現することができる。

【0091】

次いで、本発明の一態様に係る回路１０を用いた半導体装置２０の、構成例について説明する。図９に示す半導体装置２０は、ＤＣＤＣコンバータ１２０と、平滑回路１２１と、回路１０と、を有する。回路１０は、配線１００と、容量部１０４と、負荷１０３と、を有する。

【0092】

平滑回路１２１は、インダクタ１２２と、容量素子１２３とを有する。インダクタ１２２は、一方の端子に、ＤＣＤＣコンバータ１２０から出力される電位が供給され、他方の端子は配線１００に電気的に接続される。

【0093】

ＤＣＤＣコンバータ１２０から出力された電位は、リプルなどの波形の乱れが平滑回路１２１において除去され、配線１００を介して容量部１０４に入力される。本発明の一態様に係る半導体装置２０では、平滑回路１２１において除去しきれなかった電位の変動に相当するノイズ成分を、容量素子１０１を介して配線１０２に逃がし、当該ノイズ成分が負荷１０３に供給されるのを防ぐことができる。また、本発明の一態様では、容量素子１０１を配線１００が配置されている領域と重ねることにより、半導体装置２０の小型化を実現することができる。

【0094】

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0095】

（実施の形態３）
本実施の形態では、回路１０が有する配線１００、配線１０２、容量部１０４の具体的なレイアウトの一例について説明する。図１０に、図２Ｂに示す配線１００、配線１０２、容量部１０４の上面図の一例を示す。なお、図１０では、配線１００、配線１０２、容量部１０４の構成を明確にするために、各種絶縁体を省略している。

【0096】

図１０では、配線１００としての機能を有する導電体１００ａが、平面視において櫛歯状の形状を有している。また、平面視においてコの字状の形状を有する複数の導電体１０２ａ乃至１０２ｊは、導電体１０２ａ乃至１０２ｊの下層に配置されている導電体１５０ａ乃至１５０ｊにより互いに電気的に接続されており、導電体１０２ａ乃至１０２ｊと導電体１５０ａ乃至１５０ｊとが配線１０２としての機能を有している。

【0097】

なお、図１０では、導電体１０２ａ乃至１０２ｊと導電体１５０ａ乃至１５０ｊとが、全体として配線１０２としての機能を有する場合を例示しているが、配線１０２として機能させるのに必要な各種導電体の数は、適宜設定できる。

【0098】

図１０では、平面視において導電体１００ａが有する凸部と、導電体１０２ａ乃至１０２ｊの凹部とが、対向する位置に配置されており、さらに、所定の間隔を空けて互いに噛み合うように配置されている。

【0099】

図１０において破線で囲んだ領域１６０の拡大図を、図１１に示す。また、図１１の破線Ｌ１－Ｌ２、破線Ｗ１－Ｗ２、破線Ｗ３－Ｗ４における断面図を、図１２乃至図１４にそれぞれ示す。以下、図１１乃至図１４を用いて、回路１０が有する、配線１００、配線１０２、容量素子１０１の、レイアウトと積層構造について説明する。

【0100】

なお、図１１に示す領域には、複数のトランジスタ１０５ｔが並列に接続されている。具体的に述べると、複数のトランジスタ１０５ｔは、互いにソースとドレインが電気的に接続されており、フロントゲートとバックゲートとが、互いに電気的に接続されている。並列に接続された複数のトランジスタ１０５ｔは、一のトランジスタ１０５として機能することができる。なお、図１１では、並列に接続された複数のトランジスタ１０５ｔを、一のトランジスタ１０５として機能させる場合を例示しているが、一のトランジスタ１０５ｔをそのままトランジスタ１０５として機能させてもよい。本実施の形態では、図１１乃至図１４において、トランジスタ１０５ｔがＯＳトランジスタである場合の回路１０の構成を例示している。

【0101】

図１１の破線Ｌ１－Ｌ２に対応した図１２は、トランジスタ１０５ｔのチャネル長方向の断面に相当し、図１１の破線Ｗ１－Ｗ２に対応した図１３は、トランジスタ１０５ｔのチャネル幅方向の断面に相当する。

【0102】

まず、本発明の一態様の回路１０では、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６を、順に積層している。トランジスタ１０５ｔがＯＳトランジスタである場合、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。

【0103】

本実施の形態では、絶縁体５１４に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いる。絶縁体５１４にバリア性を有する膜を用いることで、絶縁体５１４の下層からトランジスタ１０５ｔを設ける領域に、水素や不純物が拡散するのを防ぐことができる。

【0104】

水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ１０５ｔ等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の電気特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ１０５ｔの下層に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。

【0105】

また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体５１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。

【0106】

特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ１０５ｔへの混入を防止することができる。また、トランジスタ１０５ｔを構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、酸化アルミニウムは、トランジスタ１０５ｔに対する保護膜として用いることに適している。

【0107】

また、例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６には、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。

【0108】

なお、本明細書中において、酸化窒化シリコンとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。また、本明細書中において、酸化窒化アルミニウムとは、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化アルミニウムとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。

【0109】

また、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６には、トランジスタ１０５ｔを構成する導電体（例えば、導電体５０３）等が埋め込まれている。なお、導電体５０３の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。

【0110】

特に、絶縁体５１４と接する領域の導電体５０３は、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する導電体であることが好ましい。当該構成により、トランジスタ１０５ｔと、トランジスタ１０５ｔの下層の領域とを、酸素、水素、及び水に対するバリア性を有する層で、分離することができ、トランジスタ１０５ｔの下層からトランジスタ１０５ｔへの水素の拡散を抑制することができる。

【0111】

絶縁体５１６の上方には、トランジスタ１０５ｔが設けられている。

【0112】

具体的に、トランジスタ１０５ｔは、絶縁体５１４及び絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０３と、絶縁体５１６及び導電体５０３の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂと、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂ上に配置され、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間に重畳して開口が形成された絶縁体５８０と、開口の底面及び側面に配置された絶縁体５４５と、絶縁体５４５の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。

【0113】

また、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂと、絶縁体５８０の間に絶縁体５４４が配置されることが好ましい。また、導電体５６０は、絶縁体５４５の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、絶縁体５８０、導電体５６０、及び絶縁体５４５の上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。

【0114】

なお、トランジスタ１０５ｔでは、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸化物５３０ａ、及び酸化物５３０ｂの２層を積層しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物５３０ｂの単層、または３層以上の積層構成としてもよい。

【0115】

また、トランジスタ１０５ｔでは、導電体５６０を２層の積層構成としているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０が、単層構成であってもよいし、３層以上の積層構成であってもよい。

【0116】

導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。導電体５６０、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂの配置は、絶縁体５８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ１０５ｔにおいて、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体５６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるので、トランジスタ１０５ｔの占有面積の縮小を図ることができる。これにより、回路１０と、回路１０を用いた半導体装置の微細化、高集積化を図ることができる。

【0117】

さらに、導電体５６０が、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に自己整合的に形成されるので、導電体５６０は、導電体５４２ａまたは導電体５４２ｂと重畳する領域を有さない。これにより、導電体５６０と導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂとの間に形成される寄生容量を低減することができる。

【0118】

導電体５６０は、第１のゲート（フロントゲートともいう）電極として機能する場合がある。また、導電体５０３は、第２のゲート（バックゲートともいう）電極として機能する場合がある。本発明の一態様では、トランジスタ１０５ｔのフロントゲートとバックゲートとが互いに電気的に接続され、かつ、当該フロントゲート及びバックゲートが、配線１０２として機能する導電体１０２ａ及び導電体１０２ｂにも電気的に接続される。具体的には、図１１に示すように、導電体５０３は、導電体５４０ｃを介して導電体１６１に電気的に接続され、導電体１６１は導電体５４０ｄを介して導電体１０２ｂに電気的に接続される。また、導電体１０２ｂは導電体５４０ｅを介して導電体１５０ａに電気的に接続され、導電体１５０ａは導電体５４０ｆを介して導電体１０２ａに電気的に接続される。また、導電体１０２ａは導電体５４０ｇを介して導電体１６２に電気的に接続され、導電体１６２は導電体５４０ｈを介して導電体５６０ａに電気的に接続される。

【0119】

また、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂは、それぞれソース電極またはドレイン電極としての機能を有する。本発明の一態様では、トランジスタ１０５ｔのソース電極とドレイン電極とが互いに電気的に接続され、かつ、当該ソース電極及びドレイン電極が、配線１００として機能する導電体１００ａにも電気的に接続される。具体的には、図１１及び図１２に示すように、導電体５４２ａは導電体５４０ａを介して導電体１６３に電気的に接続され、導電体５４２ｂは導電体５４０ｂを介して導電体１６３に電気的に接続される。また、導電体１６３は導電体５４０ｉを介して導電体１００ａに電気的に接続され、かつ、導電体１６３は導電体５４０ｊを介して導電体１００ａに電気的に接続される。

【0120】

導電体５０３は、酸化物５３０、及び導電体５６０と、重なるように配置する。これにより、導電体５６０、及び導電体５０３に電位を印加した場合、導電体５６０から生じる電界と、導電体５０３から生じる電界とがつながり、つながった電界により、酸化物５３０に形成されるチャネル形成領域を覆うことができる。

【0121】

本明細書等において、一対のゲート電極（第１のゲート電極、及び第２のゲート電極）の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構成を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構成とよぶ。本発明の一態様では、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構成により、トランジスタ１０５ｔを用いた容量素子１０１の、平面視における面積あたりの容量値を高くすることができる。特に、一対のゲート電極が互いに電気的に接続された構成を上記構成に追加することで、平面視における面積あたりの容量値をより高くすることができる。

【0122】

また、導電体５０３は、図４及び図５の場合と同様に、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６の開口で構成される凹部の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ１０５ｔでは、導電体５０３ａ及び導電体５０３ｂを積層しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、または３層以上の積層構成としてもよい。

【0123】

導電体５０３ａは、水素原子、水素分子、水分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料（上記不純物が透過しにくい導電性材料）を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料（上記酸素が透過しにくい導電性材料）を用いることが好ましい。なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、上記不純物、または上記酸素のいずれか一または、すべての拡散を抑制する機能とする。

【0124】

例えば、導電体５０３ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、導電体５０３ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。

【0125】

また、導電体５０３が配線の機能を兼ねる場合、導電体５０３ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。

【0126】

絶縁体５２２、及び絶縁体５２４は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。

【0127】

酸化物５３０と接する絶縁体５２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。当該酸素は、加熱により膜中から放出されやすい。本明細書などでは、加熱により放出される酸素を「過剰酸素」と呼ぶ場合がある。つまり、絶縁体５２４には、過剰酸素を含む領域（「過剰酸素領域」ともいう）が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物５３０に接して設けることにより、酸化物５３０中の酸素欠損（Ｖ_Ｏ：ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙともいう）を低減し、トランジスタ１０５ｔの信頼性を向上させることができる。なお、酸化物５３０中の酸素欠損に水素が入った場合、当該欠陥（以下、Ｖ_ＯＨと呼ぶ場合がある）はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が多く含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。また、酸化物半導体中の水素は、熱、電界などのストレスによって動きやすいため、酸化物半導体に多くの水素が含まれると、トランジスタの信頼性が悪化する恐れもある。本発明の一態様においては、酸化物５３０中のＶ_ＯＨをできる限り低減し、高純度真性または実質的に高純度真性にすることが好ましい。このように、Ｖ_ＯＨが十分低減された酸化物半導体を得るには、酸化物半導体中の水分、水素などの不純物を除去すること（「脱水」または「脱水素化処理」ともいう）と、酸化物半導体に酸素を供給して酸素欠損を補填すること（「加酸素化処理」ともいう）が重要である。Ｖ_ＯＨなどの不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

【0128】

過剰酸素領域を有する絶縁体として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは１．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、さらに好ましくは２．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、またさらに好ましくは３．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。

【0129】

また、上記過剰酸素領域を有する絶縁体と、酸化物５３０と、を接して加熱処理、マイクロ波処理、またはＲＦ処理のいずれか一または複数の処理を行っても良い。当該処理を行うことで、酸化物５３０中の水、または水素を除去することができる。例えば、酸化物５３０において、ＶｏＨの結合が切断される反応が起きる、別言すると「Ｖ_ＯＨ→Ｖｏ＋Ｈ」という反応が起きて、脱水素化することができる。このとき発生した水素の一部は、酸素と結合してＨ_２Ｏとして、酸化物５３０、または酸化物５３０近傍の絶縁体から除去される場合がある。また、水素の一部は、導電体５４２ａ、導電体５４２ｂにゲッタリングされる場合がある。

【0130】

また、上記マイクロ波処理は、例えば、高密度プラズマを発生させる電源を有する装置、または、基板側にＲＦを印加する電源を有する装置を用いると好適である。例えば、酸素を含むガスを用い、且つ高密度プラズマを用いることにより、高密度の酸素ラジカルを生成することができ、基板側にＲＦを印加することで、高密度プラズマによって生成された酸素ラジカルを、効率よく酸化物５３０、または酸化物５３０近傍の絶縁体中に導入することができる。また、上記マイクロ波処理は、圧力を１３３Ｐａ以上、好ましくは２００Ｐａ以上、さらに好ましくは４００Ｐａ以上とすればよい。また、マイクロ波処理を行う装置内に導入するガスとしては、例えば、酸素と、アルゴンとを用い、酸素流量比（Ｏ_２／（Ｏ_２＋Ａｒ））が５０％以下、好ましくは１０％以上３０％以下でマイクロ波処理を行うとよい。

【0131】

また、トランジスタ１０５ｔの作製工程中において、酸化物５３０の表面が露出した状態で、加熱処理を行うと好適である。当該加熱処理は、例えば、１００℃以上４５０℃以下、より好ましくは３５０℃以上４００℃以下で行えばよい。なお、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、もしくは１０％以上含む雰囲気で行う。例えば、加熱処理は酸素雰囲気で行うことが好ましい。これにより、酸化物５３０に酸素を供給して、酸素欠損（Ｖ_Ｏ）の低減を図ることができる。また、加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、加熱処理は、窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、または１０％以上含む雰囲気で行ってもよい。または、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、または１０％以上含む雰囲気で加熱処理した後に、連続して窒素ガスもしくは不活性ガスの雰囲気で加熱処理を行っても良い。

【0132】

なお、酸化物５３０に加酸素化処理を行うことで、酸化物５３０中の酸素欠損を、供給された酸素により修復させる、別言すると「Ｖｏ＋Ｏ→ｎｕｌｌ」という反応を促進させることができる。さらに、酸化物５３０中に残存した水素に供給された酸素が反応することで、当該水素をＨ_２Ｏとして除去する（脱水化する）ことができる。これにより、酸化物５３０中に残存していた水素が酸素欠損に再結合してＶ_ＯＨが形成されるのを抑制することができる。

【0133】

また、絶縁体５２４が、過剰酸素領域を有する場合、絶縁体５２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子など）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）ことが好ましい。

【0134】

絶縁体５２２が、酸素や不純物の拡散を抑制する機能を有することで、酸化物５３０が有する酸素は、絶縁体５１６側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体５０３が、絶縁体５２４や、酸化物５３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。

【0135】

絶縁体５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いることが好ましい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁膜として機能する絶縁体にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。

【0136】

特に、不純物、及び酸素などの拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料であるアルミニウム、ハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム、ハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体５２２を形成した場合、絶縁体５２２は、酸化物５３０からの酸素の放出や、トランジスタ１０５ｔの周辺部から酸化物５３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。

【0137】

または、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。またはこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコンまたは窒化シリコンを積層して用いてもよい。

【0138】

また、絶縁体５２４は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため、好適である。また、ｈｉｇｈ－ｋ材料の絶縁体を酸化シリコン、または酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構成の絶縁体５２４を得ることができる。

【0139】

なお、本実施の形態では、トランジスタ１０５ｔが、絶縁体５２２、及び絶縁体５２４で示す２層の積層構成からなる、第２のゲート絶縁膜を有する場合を例示しているが、第２のゲート絶縁膜は、単層、３層、または４層以上の積層構成を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構成に限定されず、異なる材料からなる積層構成でもよい。

【0140】

トランジスタ１０５ｔは、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いる。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。

【0141】

酸化物半導体として機能する金属酸化物の形成は、スパッタリング法で行なってもよいし、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で行なってもよい。なお、酸化物半導体として機能する金属酸化物については、他の実施の形態で詳細に説明する。

【0142】

また、酸化物５３０においてチャネル形成領域として機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

【0143】

酸化物５３０は、酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構成物から、酸化物５３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。

【0144】

なお、酸化物５３０は、各金属原子の原子数比が異なる複数の酸化物層の、積層構成を有することが好ましい。具体的には、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。

【0145】

また、酸化物５３０ａの伝導帯下端のエネルギーが、酸化物５３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物５３０ａ電子親和力が、酸化物５３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。

【0146】

ここで、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｂの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｂの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。

【0147】

具体的には、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂが、酸素以外に共通の元素を主成分として有することで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物５３０ｂがＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物の場合、酸化物５３０ａとして、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｇａ－Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いるとよい。

【0148】

このとき、キャリアの主たる経路は酸化物５３０ｂとなる。酸化物５３０ａを上述の構成とすることで、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。

【0149】

酸化物５３０ｂ上には、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが設けられる。導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂとしては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。更に、窒化タンタルなどの金属窒化物膜は、水素または酸素に対するバリア性があるため好ましい。

【0150】

また、本実施の形態では、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを単層構成としたが、２層以上の積層構成としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構成、銅－マグネシウム－アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構成、チタン膜上に銅膜を積層する二層構成、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構成としてもよい。

【0151】

また、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構成、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構成等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。

【0152】

また、本実施の形態では、酸化物５３０の、導電体５４２ａ（または導電体５４２ｂ）との界面とその近傍には、低抵抗領域として、領域５４３ａ、及び領域５４３ｂが形成される場合がある。このとき、領域５４３ａはソース領域またはドレイン領域の一方として機能し、領域５４３ｂはソース領域またはドレイン領域の他方として機能する。また、領域５４３ａと領域５４３ｂに挟まれる領域にチャネル形成領域が形成される。

【0153】

酸化物５３０と接するように上記導電体５４２ａ（または導電体５４２ｂ）を設けることで、領域５４３ａ（または領域５４３ｂ）の酸素濃度が低減する場合がある。また、領域５４３ａ（または領域５４３ｂ）に導電体５４２ａ（または導電体５４２ｂ）に含まれる金属と、酸化物５３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、領域５４３ａ（または領域５４３ｂ）のキャリア密度が増加し、領域５４３ａ（または領域５４３ｂ）は、低抵抗領域となる。

【0154】

絶縁体５４４は、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを覆うように設けられ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂの酸化を抑制する。このとき、絶縁体５４４は、酸化物５３０の側面を覆い、絶縁体５２４と接するように設けられてもよい。

【0155】

絶縁体５４４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、ネオジム、ランタンまたは、マグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。また、絶縁体５４４として、窒化酸化シリコンまたは窒化シリコンなども用いることができる。

【0156】

特に、絶縁体５４４として、アルミニウム、またはハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム、及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。特に、ハフニウムアルミネートは、酸化ハフニウム膜よりも、耐熱性が高い。そのため、後の工程での熱処理において、結晶化しにくいため好ましい。なお、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂが耐酸化性を有する材料、または、酸素を吸収しても著しく導電性が低下しない場合、絶縁体５４４は、必須の構成ではない。求めるトランジスタ特性により、適宜設計すればよい。

【0157】

絶縁体５４４を有することで、絶縁体５８０に含まれる水、及び水素などの不純物が絶縁体５４５を介して、酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０が有する過剰酸素により、導電体５６０が酸化するのを抑制することができる。

【0158】

絶縁体５４５は、第１のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体５４５は、上述した絶縁体５２４と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。

【0159】

具体的には、過剰酸素を有する酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。

【0160】

過剰酸素を含む絶縁体を絶縁体５４５として設けることにより、絶縁体５４５から、酸化物５３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給することができる。また、絶縁体５２４と同様に、絶縁体５４５中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５４５の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。

【0161】

また、絶縁体５４５が有する過剰酸素を、効率的に酸化物５３０へ供給するために、絶縁体５４５と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５４５から導電体５６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。酸素の拡散を抑制する金属酸化物を設けることで、絶縁体５４５から導電体５６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁体５４４に用いることができる材料を用いればよい。

【0162】

なお、絶縁体５４５は、第２のゲート絶縁膜と同様に、積層構成としてもよい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合があるため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、ｈｉｇｈ－ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構成とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構成とすることができる。

【0163】

第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、本実施の形態では２層構成としているが、単層構成でもよいし、３層以上の積層構成であってもよい。

【0164】

導電体５６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ_２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ_２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。導電体５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体５４５に含まれる酸素により、導電体５６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、または酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。また、導電体５６０ａとして、酸化物５３０に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体５６０ａをスパッタリング法で成膜することで、導電体５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体にすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極と呼ぶことができる。

【0165】

また、導電体５６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５６０ｂは、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体５６０ｂは積層構成としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層構成としてもよい。

【0166】

絶縁体５８０は、絶縁体５４４を介して、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂ上に設けられる。絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。例えば、絶縁体５８０として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素、及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、または樹脂などを有することが好ましい。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンは、後の工程で、容易に過剰酸素領域を形成することができるため好ましい。

【0167】

絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体５８０を設けることで、絶縁体５８０中の酸素を酸化物５３０へと効率良く供給することができる。なお、絶縁体５８０中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。

【0168】

絶縁体５８０の開口は、導電体５４２ａと導電体５４２ｂの間の領域に重畳して形成される。これにより、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、及び導電体５４２ａと導電体５４２ｂに挟まれた領域に、埋め込まれるように形成される。

【0169】

半導体装置を微細化するに当たり、ゲート長を短くすることが求められるが、導電体５６０の導電性が下がらないようにする必要がある。そのために導電体５６０の膜厚を大きくすると、導電体５６０はアスペクト比が高い形状となりうる。本実施の形態では、導電体５６０を絶縁体５８０の開口に埋め込むように設けるため、導電体５６０をアスペクト比の高い形状にしても、工程中に導電体５６０を倒壊させることなく、形成することができる。

【0170】

絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、及び絶縁体５４５の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁体５７４をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体５４５、及び絶縁体５８０へ過剰酸素領域を設けることができる。これにより、当該過剰酸素領域から、酸化物５３０中に酸素を供給することができる。

【0171】

例えば、絶縁体５７４として、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。

【0172】

特に、酸化アルミニウムはバリア性が高く、０．５ｎｍ以上３．０ｎｍ以下の薄膜であっても、水素、及び窒素の拡散を抑制することができる。したがって、スパッタリング法で成膜した酸化アルミニウムは、酸素供給源であるとともに、水素などの不純物のバリア膜としての機能も有することができる。

【0173】

また、絶縁体５７４の上に、層間膜として機能する絶縁体５８１を設けることが好ましい。絶縁体５８１は、絶縁体５２４などと同様に、膜中の水または水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。

【0174】

また、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、及び絶縁体５４４に形成された開口に、導電体５４０ａ、及び導電体５４０ｂを配置する。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。

【0175】

また、導電体５４０ｃは、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、絶縁体５４４、絶縁体５２４、及び絶縁体５２２に形成された開口に配置される。導電体５４０ｈは、絶縁体５８１、及び絶縁体５７４に形成された開口に配置される。

【0176】

絶縁体５８１上には、導電体１６１、導電体１６２、導電体１６３が設けられている。絶縁体５８１上、導電体１６１上、導電体１６２上、及び導電体１６３上には絶縁体６５０が設けられている。絶縁体６５０上には導電体１５０ａが設けられており、絶縁体６５０上、及び導電体１５０ａ上には絶縁体６５１及び絶縁体６５２が設けられている。絶縁体６５０、絶縁体６５１、及び絶縁体６５２には、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体６５０、絶縁体６５１、及び絶縁体６５２として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。また、絶縁体６５２は、その下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜として機能してもよい。

【0177】

また、図１１及び図１２に示すように、絶縁体６５２上には、導電体１００ａ、導電体１０２ａ、導電体１０２ｂが設けられている。導電体１００ａ上、導電体１０２ａ上、及び導電体１０２ｂ上には絶縁体６５３が設けられている。絶縁体６５３としては、絶縁体６５０、絶縁体６５１、または絶縁体６５２として用いられる絶縁体を用いればよい。

【0178】

なお、導電体１５０ａと導電体１６３とは、断面視において、絶縁体６５０を介して互いに重なる領域を有しており、当該領域が容量素子６００としての機能を有する。導電体１５０ａは配線１０２として機能する導電体１０２ａ及び導電体１０２ｂに電気的に接続されており、導電体１６３は配線１００として機能する導電体１００ａに電気的に接続される。よって、容量素子６００は、一方の電極が配線１００に電気的に接続され、他方の電極が配線１０２に電気的に接続されている。

【0179】

また、図１１及び図１２に示すように、導電体１００ａと導電体１０２ａ及び導電体１０２ｂとは、平面視において、絶縁体６５３を介して互いに向き合う領域を有しており、当該領域が容量素子６０１としての機能を有する。導電体１００ａは配線１００として機能し、導電体１０２ａ及び導電体１０２ｂは配線１０２として機能する。よって、容量素子６０１は、一方の電極が配線１００に電気的に接続され、他方の電極が配線１０２に電気的に接続されている。

【0180】

また、トランジスタ１０５は、フロントゲートとして機能する導電体５６０と、バックゲートとして機能する導電体５０３とが、導電体１５０ａに電気的に接続され、ソース電極又はドレイン電極として機能する導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂが導電体１６３に電気的に接続される。よって、トランジスタ１０５のソース及びドレインとフロントゲート及びバックゲートとの間に形成される容量に相当する容量素子１０１ａは、一方の電極が配線１００に電気的に接続され、他方の電極が配線１０２に電気的に接続されているとみなせる。したがって、本実施の形態における半導体装置では、容量素子６００、容量素子６０１、及び容量素子１０１ａが、配線１００と配線１０２との間に電気的に接続されているため、これらの容量素子を介して配線１００に与えられる電位のノイズ成分を除去できる。容量素子１０１ａを形成するトランジスタ１０５と、容量素子６００と、容量素子６０１とは、順に積層されており、互いに重なる領域を有する。よって、本発明の一態様では、回路１０または当該回路１０を用いた半導体装置の誤作動を抑えつつ、平面視における回路のレイアウト面積を抑える、もしくは当該回路を用いた半導体装置の小型化を実現することができる。

【0181】

なお、導電体１６１、導電体１６２、導電体１６３、導電体１５０ａ、導電体１００ａ、導電体１０２ａ、導電体１０２ｂとして、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化タンタル膜、窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。または、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの導電性材料を適用することもできる。

【0182】

本実施の形態では、導電体１６１、導電体１６２、導電体１６３、導電体１５０ａ、導電体１００ａ、導電体１０２ａ、及び導電体１０２ｂを単層構成で示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構成でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、及び導電性が高い導電体に対して密着性が高い導電体を形成してもよい。

【0183】

例えば、本実施の形態では、導電体１６１、導電体１６２、導電体１６３、及び導電体１５０ａにタングステン膜を用いる。また、例えば、本実施の形態では、導電体１００ａ、導電体１０２ａ、及び導電体１０２ｂにチタン膜、窒化チタン膜、アルミニウム膜、チタン膜、窒化チタン膜を、順に積層して用いる。

【0184】

なお、導電体５４０ｄ、導電体５４０ｇ、導電体５４０ｉ、及び導電体５４０ｊは、絶縁体６５２、絶縁体６５１、及び絶縁体６５０に形成された開口に配置される。導電体５４０ｅ、及び導電体５４０ｆは、絶縁体６５２、及び絶縁体６５１に形成された開口に配置される。

【0185】

また、トランジスタ１０５ｔの形成後、トランジスタ１０５ｔを囲むように開口を形成し、当該開口を覆うように、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体を形成してもよい。上述のバリア性の高い絶縁体でトランジスタ１０５ｔを包み込むことで、外部から水分、及び水素が侵入するのを防止することができる。または、複数のトランジスタ１０５ｔをまとめて、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体で包み込んでもよい。なお、トランジスタ１０５ｔを囲むように開口を形成する場合、例えば、絶縁体５２２または絶縁体５１４に達する開口を形成し、絶縁体５２２または絶縁体５１４に接するように上述のバリア性の高い絶縁体を形成すると、トランジスタ１０５ｔの作製工程の一部を省略できるため、好適である。なお、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体としては、例えば、絶縁体５２２または絶縁体５１４と同様の材料を用いればよい。

【0186】

本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。

【0187】

本発明の一態様の半導体装置に用いることができる基板としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板（例えば、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など）、半導体基板（例えば、単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、または化合物半導体基板など）ＳＯＩ（ＳＯＩ：Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、などを用いることができる。また、本実施の形態の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラス、またはソーダライムガラスなどがある。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。

【0188】

または、基板として、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、または基材フィルムなどを用いることができる。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）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）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、また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、アラミド樹脂、エポキシ樹脂、無機蒸着フィルム、または紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、または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、また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、または回路の高集積化を図ることができる。

【0189】

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、抵抗素子、及び／または容量素子などを形成してもよい。または、基板と、トランジスタ、抵抗素子、及び／または容量素子など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、抵抗素子、及び／または容量素子など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、水素を含むシリコン膜等を用いることができる。

【0190】

つまり、ある基板上に半導体装置を形成し、その後、別の基板に半導体装置を転置してもよい。半導体装置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、また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、可撓性を有する半導体装置の製造、壊れにくい半導体装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、または薄型化を図ることができる。

【0191】

可撓性を有する基板上に半導体装置を設けることで、重量の増加を抑え、且つ破損しにくい半導体装置を提供することができる。

【0192】

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0193】

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置のトランジスタ１０５と、負荷１０３等に用いることができるトランジスタの構成について説明する。一例として、異なる電気特性を有するトランジスタを積層する構成について説明する。当該構成とすることで、半導体装置の設計自由度を高めることができる。また、異なる電気特性を有するトランジスタを積層することで、半導体装置の集積度を高めることができる。

【0194】

半導体装置の断面構造の一部を図１５に示す。図１５に示す半導体装置は、トランジスタ５５０と、トランジスタ１０５ｔと、を有している。図１５では、図１２に示したトランジスタ１０５ｔを例示しているが、図４及び図５に示したトランジスタ１０５を適用することもできる。また、図１５において、図１０乃至図１４に示したものと同じ符号が付されている構成要素については、実施の形態３における説明を援用することができる。

【0195】

図１５では、トランジスタ１０５ｔはトランジスタ５５０の上方に設けられている。

【0196】

トランジスタ５５０は、基板３１１上に設けられ、導電体３１６、絶縁体３１５、基板３１１の一部からなる半導体領域３１３、ソース領域またはドレイン領域として機能する低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂを有する。

【0197】

図１５では、トランジスタ５５０のチャネル長方向の断面図を示しているが、チャネル幅方向においてトランジスタ５５０は、半導体領域３１３の上面及びチャネル幅方向の側面が絶縁体３１５を介して導電体３１６に覆われている。このように、トランジスタ５５０をＦｉｎ型とすることにより、実効上のチャネル幅が増大することによりトランジスタ５５０のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ５５０のオフ特性を向上させることができる。

【0198】

なお、トランジスタ５５０は、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のいずれでもよい。

【0199】

半導体領域３１３のチャネルが形成される領域、その近傍の領域、ソース領域、またはドレイン領域となる低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂなどにおいて、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、単結晶シリコンを含むことがより好ましい。または、Ｇｅ（ゲルマニウム）、ＳｉＧｅ（シリコンゲルマニウム）、ＧａＡｓ（ガリウムヒ素）、ＧａＡｌＡｓ（ガリウムアルミニウムヒ素）などを有する材料で形成してもよい。結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。またはＧａＡｓとＧａＡｌＡｓ等を用いることで、トランジスタ５５０をＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。

【0200】

低抵抗領域３１４ａ、及び低抵抗領域３１４ｂは、半導体領域３１３に適用される半導体材料に加え、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、またはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含む。

【0201】

ゲート電極として機能する導電体３１６は、ヒ素、リンなどのｎ型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素などのｐ型の導電性を付与する元素を含むシリコンなどの半導体材料、金属材料、合金材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を用いることができる。

【0202】

なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタンや窒化タンタルなどの材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステンやアルミニウムなどの金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。

【0203】

トランジスタ５５０は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などを用いて形成してもよい。

【0204】

また、ＳＯＩ基板としては、鏡面研磨ウエハに酸素イオンを注入した後、高温加熱することにより、表面から一定の深さに酸化層を形成させるとともに、表面層に生じた欠陥を消滅させて形成されたＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）基板や、水素イオン注入により形成された微小ボイドの熱処理による成長を利用して半導体基板を劈開するスマートカット法、ＥＬＴＲＡＮ法（登録商標：Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）などを用いて形成されたＳＯＩ基板を用いてもよい。単結晶基板を用いて形成されたトランジスタは、チャネル形成領域に単結晶半導体を有する。

【0205】

なお、図１５に示すトランジスタ５５０は一例であり、その構成に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、負荷１０３に用いるトランジスタを、トランジスタ１０５ｔと同様の構成を有するＯＳトランジスタとしてもよい。その場合、当該トランジスタのフロントゲートとバックゲートとを互いに電気的に接続する必要はなく、当該トランジスタのソースとドレインとバックゲートとを互いに電気的に接続する必要はない。負荷１０３に用いるトランジスタが有する電極同士の接続関係は、負荷１０３に用いる回路の構成に合わせて適宜定めればよい。

【0206】

また、図１５では、トランジスタ５５０を覆って、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６を順に積層している。

【0207】

絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを用いればよい。

【0208】

絶縁体３２２は、その下方に設けられるトランジスタ５５０などによって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体３２２の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。

【0209】

また、絶縁体３２４には、基板３１１、またはトランジスタ５５０などから、トランジスタ１０５ｔが設けられる領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。

【0210】

水素に対するバリア性を有する膜の一例として、例えば、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ１０５ｔ等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ１０５ｔと、トランジスタ５５０との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。

【0211】

水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）などを用いて分析することができる。例えば、絶縁体３２４の水素の脱離量は、ＴＤＳ分析において、膜の表面温度が５０℃から５００℃の範囲において、絶縁体３２４の面積あたりの水素原子に換算した脱離量が、１０×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下、好ましくは５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以下であればよい。

【0212】

なお、絶縁体３２６は、絶縁体３２４よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体３２６の比誘電率は４未満が好ましく、３未満がより好ましい。また例えば、絶縁体３２６の比誘電率は、絶縁体３２４の比誘電率の０．７倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。

【0213】

また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６には導電体５０３と接続する導電体３２８、及び導電体３３０等が埋め込まれている。なお、導電体３２８、及び導電体３３０は、プラグまたは配線としての機能を有する。また、プラグまたは配線としての機能を有する導電体は、複数の構成をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。

【0214】

各プラグ、及び配線（導電体３２８、導電体３３０等）の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、または金属酸化物材料などの導電性材料を、単層または積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることがより好ましい。または、アルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。

【0215】

絶縁体３２６、及び導電体３３０上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１５では、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４を順に積層している。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４には、導電体３５６が形成されている。導電体３５６は、トランジスタ５５０と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0216】

なお、例えば、絶縁体３５０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３５６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成されることが好ましい。当該構成により、トランジスタ５５０とトランジスタ１０５ｔとは、バリア層により分離することができ、トランジスタ５５０からトランジスタ１０５ｔへの水素の拡散を抑制することができる。

【0217】

なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタル等を用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ５５０からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構成であることが好ましい。

【0218】

絶縁体３５４、及び導電体３５６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１５では、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４を順に積層している。また、絶縁体３６０、絶縁体３６２、及び絶縁体３６４には、導電体３６６が形成されている。導電体３６６は、プラグまたは配線としての機能を有する。なお導電体３６６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0219】

なお、例えば、絶縁体３６０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３６６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３６０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成されることが好ましい。当該構成により、トランジスタ５５０とトランジスタ１０５ｔとは、バリア層により分離することができ、トランジスタ５５０からトランジスタ１０５ｔへの水素の拡散を抑制することができる。

【0220】

絶縁体３６４、及び導電体３６６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１５では、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４を順に積層している。また、絶縁体３７０、絶縁体３７２、及び絶縁体３７４には、導電体３７６が形成されている。導電体３７６は、プラグまたは配線としての機能を有する。なお導電体３７６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0221】

なお、例えば、絶縁体３７０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３７６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３７０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成されることが好ましい。当該構成により、トランジスタ５５０とトランジスタ１０５ｔとは、バリア層により分離することができ、トランジスタ５５０からトランジスタ１０５ｔへの水素の拡散を抑制することができる。

【0222】

絶縁体３７４、及び導電体３７６上に、配線層を設けてもよい。例えば、図１５では、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４を順に積層している。また、絶縁体３８０、絶縁体３８２、及び絶縁体３８４には、導電体３８６が形成されている。導電体３８６は、プラグまたは配線としての機能を有する。なお導電体３８６は、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0223】

なお、例えば、絶縁体３８０は、絶縁体３２４と同様に、水素に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、導電体３８６は、水素に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。特に、水素に対するバリア性を有する絶縁体３８０が有する開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成されることが好ましい。当該構成により、トランジスタ５５０とトランジスタ１０５ｔとは、バリア層により分離することができ、トランジスタ５５０からトランジスタ１０５ｔへの水素の拡散を抑制することができる。

【0224】

上記において、導電体３５６を含む配線層、導電体３６６を含む配線層、導電体３７６を含む配線層、及び導電体３８６を含む配線層、について説明したが、本実施の形態に係る半導体装置はこれに限られるものではない。導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を３層以下にしてもよいし、導電体３５６を含む配線層と同様の配線層を５層以上にしてもよい。

【0225】

絶縁体３８４上には絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６を、順に積層している。絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６のいずれかは、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。

【0226】

例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、例えば、基板３１１、またはトランジスタ５５０を設ける領域などから、トランジスタ１０５ｔを設ける領域に、水素や不純物が拡散しないようなバリア性を有する膜を用いることが好ましい。したがって、絶縁体３２４と同様の材料を用いることができる。

【0227】

水素に対するバリア性を有する膜の一例として、ＣＶＤ法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、トランジスタ１０５ｔ等の酸化物半導体を有する半導体素子に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ１０５ｔと、トランジスタ５５０との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。

【0228】

また、水素に対するバリア性を有する膜として、例えば、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。

【0229】

特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ１０５ｔへの混入を防止することができる。また、トランジスタ１０５ｔを構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、酸化アルミニウムは、トランジスタ１０５ｔに対する保護膜として用いることに適している。

【0230】

また、図１５では、絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６には、トランジスタ１０５ｔのバックゲートとして機能できる導電体５０３等が埋め込まれている。図１５では、導電体５０３が、導電体３８６、導電体３７６、導電体３６６、導電体３５６、及び導電体３３０を介して、導電体３２８に電気的に接続されている場合を例示している。

【0231】

また、図１５では、絶縁体５８１上に絶縁体５８２が設けられている場合を例示している。絶縁体５８２は、酸素や水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。したがって、絶縁体５８２には、絶縁体５１４と同様の材料を用いることができる。例えば、絶縁体５８２には、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどの金属酸化物を用いることが好ましい。

【0232】

特に、酸化アルミニウムは、酸素、及びトランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分などの不純物、の両方を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分などの不純物のトランジスタ１０５ｔへの混入を防止することができる。また、トランジスタ１０５ｔを構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、酸化アルミニウムは、トランジスタ１０５ｔに対する保護膜として用いることに適している。

【0233】

また、図１５では、絶縁体５８２上には、絶縁体５８６が設けられている。絶縁体５８６は、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５８６として、酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜などを用いることができる。

【0234】

また、図１５では、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、絶縁体５８１、絶縁体５８２、及び絶縁体５８６に、導電体５４０ａ、導電体５４０ｂ、及び導電体５４０ｃ等が埋め込まれている。

【0235】

導電体５４０ａ、及び導電体５４０ｂは、導電体１６３と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体５４０ｃは、導電体１６１と接続するプラグ、または配線としての機能を有する。導電体５４０ａ、導電体５４０ｂ、及び導電体５４０ｃは、導電体３２８、及び導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0236】

また、トランジスタ１０５ｔの形成後、トランジスタ１０５ｔを囲むように開口を形成し、当該開口を覆うように、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体を形成してもよい。上述のバリア性の高い絶縁体でトランジスタ１０５ｔを包み込むことで、外部から水分、及び水素が侵入するのを防止することができる。または、複数のトランジスタ１０５ｔをまとめて、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体で包み込んでもよい。なお、トランジスタ１０５ｔを囲むように開口を形成する場合、例えば、絶縁体５２２または絶縁体５１４に達する開口を形成し、絶縁体５２２または絶縁体５１４に接するように上述のバリア性の高い絶縁体を形成すると、トランジスタ１０５ｔの作製工程の一部を省略できるため、好適である。なお、水素、または水に対するバリア性が高い絶縁体としては、例えば、絶縁体５２２または絶縁体５１４と同様の材料を用いればよい。

【0237】

続いて、トランジスタ１０５ｔの上方には、導電体１６１、導電体１６３が設けられている。導電体１６１、導電体１６３上には絶縁体６５０が設けられ、絶縁体６５０上には導電体１５０ａが設けられる。

【0238】

本構成を用いることで、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた半導体装置において、微細化または高集積化を図ることができる。

【0239】

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0240】

（実施の形態５）
本実施の形態では、ゲートとソース間の電圧（以下、ゲート電圧Ｖｇｓとする）に対するＯＳトランジスタのゲートとソース及びドレインとの間の容量値（以下、Ｃｇｓｄする）を測定した結果と、ゲート電圧Ｖｇｓに対するＳｉトランジスタの容量値のシミュレーション結果について述べる。

【0241】

図１６に、測定に用いたＯＳトランジスタ５００Ａの構成を示す。図１６ＡはＯＳトランジスタ５００Ａの上面図に相当し、図１６Ｂは図１６Ａの破線Ｌ１－Ｌ２における断面図であり、ＯＳトランジスタ５００Ａのチャネル長方向における断面図に相当する。また、図１６Ｃは図１６Ａの破線Ｗ１－Ｗ２における断面図であり、ＯＳトランジスタ５００Ａのチャネル幅方向における断面図に相当する。

【0242】

ＯＳトランジスタ５００Ａの各構成については、図１２に示すトランジスタ１０５を参照することができる。ただし、図１２では複数のトランジスタ１０５が並列に接続されている構成を示しているが、本実施の形態では、図１６に示す一のＯＳトランジスタ５００Ａについて、容量値の測定を行った。図１６において、図１０乃至図１４に示したものと同じ符号が付されている構成要素については、実施の形態３における説明を援用することができる。

【0243】

以下、図１６に示すＯＳトランジスタ５００Ａについて、図１２に示すトランジスタ１０５と異なる点を説明する。図１６に示すＯＳトランジスタ５００Ａでは、酸化物５３０ｂと導電体５４２ａとの間に酸化物５４６ａを有し、酸化物５３０ｂと導電体５４２ｂとの間に酸化物５４６ｂを有する。また、図１６に示すＯＳトランジスタ５００Ａでは、絶縁体５８０が有する開口の底面及び側面と、絶縁体５４５との間に、酸化物５３０ｃ１、酸化物５３０ｃ２が順に積層されている。

【0244】

ＯＳトランジスタ５００Ａを構成する各種導電体、絶縁体の構成を、以下の表１に示す。

【0245】

【表1】

【0246】

ＯＳトランジスタ５００Ａはソースとドレインとが互いに接続され、フロントゲートとバックゲートとが互いに接続されている。

【0247】

また、ＳｉトランジスタのＣｇｓｄの計算には、ＳＩＬＶＡＣＯ社ＳｍａｒｔＳｐｉｃｅを用いた。Ｓｉトランジスタは一のゲート電極を有するシングルゲート構造であり、チャネル長は６０ｎｍ、チャネル幅は８０ｎｍとした。また、Ｓｉトランジスタは、ソースとドレインが互いに接続され、ゲートがボディに接続された構造を有すると仮定した。

【0248】

図１７に、ＯＳトランジスタ５００ＡとＳｉトランジスタとについて、ゲート電圧Ｖｇｓを変化させた時のＣｇｓｄの値を示す。Ｃｇｓｄの値はチャネル長とチャネル幅で規格化されている。

【0249】

図１７から、ＯＳトランジスタ５００ＡよりもＳｉトランジスタの方が、Ｃｇｓｄの値が大きいことが分かった。また、ＯＳトランジスタ５００Ａの場合、Ｓｉトランジスタよりも、Ｖｇｓが閾値電圧より低いときのＣｇｓｄの値と、Ｖｇｓが閾値電圧より高いときのＣｇｓｄの値との差が大きいことが分かった。よって、ＯＳトランジスタ５００Ａを容量素子１０１ａとして用いる場合に、図３Ａ及び図３Ｂに示すようなトランジスタ１０５ａ及びトランジスタ１０５ｂが容量部１０４に混在している構成を採用することで、配線１００の電源電位が変動しても、容量部１０４全体の合成容量の容量値が変動するのを抑えることができ、かつ、容量素子１０１ａの平面視における面積あたりの容量値を高くすることができる。容量部１０４全体の合成容量の容量値が変動するのを抑えることで、配線１００の電源電位が変動しても、ノイズ成分による回路１０や半導体装置の誤動作をより防ぐことができる。また、容量素子１０１ａの平面視における面積あたりの容量値を高くすることで、回路１０のレイアウト面積が増大するのを防ぐことができ、当該回路１０を用いた半導体装置の小型化を実現することができる。

【0250】

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0251】

（実施の形態６）
本実施の形態では、金属酸化物の一種である酸化物半導体について説明する。

【0252】

金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、インジウムおよび亜鉛に加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、コバルトなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。

【0253】

＜結晶構造の分類＞
まず、酸化物半導体における、結晶構造の分類について、図１８Ａを用いて説明を行う。図１８Ａは、酸化物半導体、代表的にはＩＧＺＯ（Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を含む金属酸化物）の結晶構造の分類を説明する図である。

【0254】

図１８Ａに示すように、酸化物半導体は、大きく分けて「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ（結晶性）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」と、に分類される。また、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ」の中には、ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓが含まれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の中には、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、及びＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が含まれる（ｅｘｃｌｕｄｉｎｇ ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ａｎｄ ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ）。なお、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の分類には、ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ、ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ、及びｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓは除かれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌ」の中には、ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ、及びｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌが含まれる。

【0255】

なお、図１８Ａに示す太枠内の構造は、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ」との間の中間状態であり、新しい境界領域（Ｎｅｗ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｈａｓｅ）に属する構造である。すなわち、当該構造は、エネルギー的に不安定な「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ」や、「Ｃｒｙｓｔａｌ」とは全く異なる構造と言い換えることができる。

【0256】

なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。ここで、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」に分類されるＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜のＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ－Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを図１８Ｂに示す。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ－Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。以降、図１８Ｂに示すＧＩＸＤ測定で得られるＸＲＤスペクトルを、単にＸＲＤスペクトルと記す。なお、図１８Ｂに示すＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］近傍である。また、図１８Ｂに示すＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜の厚さは、５００ｎｍである。

【0257】

図１８Ｂに示すように、ＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルでは、明確な結晶性を示すピークが検出される。具体的には、ＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルでは、２θ＝３１°近傍に、ｃ軸配向を示すピークが検出される。なお、図１８Ｂに示すように、２θ＝３１°近傍のピークは、ピーク強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が検出された角度を軸に左右非対称である。

【0258】

また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ Ｂｅａｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電子線回折パターンともいう）にて評価することができる。ＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜の回折パターンを、図１８Ｃに示す。図１８Ｃは、電子線を基板に対して平行に入射するＮＢＥＤによって観察される回折パターンである。なお、図１８Ｃに示すＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］近傍である。また、極微電子線回折法では、プローブ径を１ｎｍとして電子線回折が行われる。

【0259】

図１８Ｃに示すように、ＣＡＡＣ－ＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ｃ軸配向を示す複数のスポットが観察される。

【0260】

＜＜酸化物半導体の構造＞＞
なお、酸化物半導体は、結晶構造に着目した場合、図１８Ａとは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ－ＯＳ、及びｎｃ－ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。

【0261】

ここで、上述のＣＡＡＣ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、及びａ－ｌｉｋｅ ＯＳの詳細について、説明を行う。

【0262】

［ＣＡＡＣ－ＯＳ］
ＣＡＡＣ－ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ－ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ａ－ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ－ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。

【0263】

なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。

【0264】

また、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。よって、（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ像において、格子像として観察される。

【0265】

ＣＡＡＣ－ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。

【0266】

また、例えば、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう）を対称中心として、点対称の位置に観測される。

【0267】

上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ－ＯＳが、ａ－ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。

【0268】

なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ－ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成するには、Ｚｎを有することが好ましい。例えば、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、及びＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。

【0269】

ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。したがって、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ－ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。

【0270】

［ｎｃ－ＯＳ］
ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ－ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナノ結晶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線回折（制限視野電子線回折ともいう）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、ナノ結晶の大きさと近い、または、ナノ結晶より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。

【0271】

［ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ］
ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆又は低密度領域を有する。即ち、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。

【0272】

＜＜酸化物半導体の構成＞＞
次に、上述のＣＡＣ－ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ－ＯＳの材料構成に関して説明を行う。

【0273】

［ＣＡＣ－ＯＳ］
ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。

【0274】

さらに、ＣＡＣ－ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（クラウド状ともいう）である。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している複合金属酸化物である。

【0275】

ここで、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、およびＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、および［Ｚｎ］と表記する。例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳにおいて、第１の領域は、［Ｉｎ］が、ＣＡＣ－ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ－ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大きく、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。

【0276】

具体的には、上記第１の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。また、上記第２の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えることができる。

【0277】

なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。

【0278】

例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合していることが確認できる。

【0279】

ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチング機能（Ｏｎ／Ｏｆｆを切り替える機能）をＣＡＣ－ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ－ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能を有し、材料の他の一部では絶縁性の機能を有し、材料全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉ_ｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、および高速なスイッチング動作を実現することができる。

【0280】

酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ＣＡＣ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。

【0281】

＜酸化物半導体を有するトランジスタ＞
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。

【0282】

上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。

【0283】

トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体のキャリア濃度は１×１０^１７ｃｍ^－３以下、好ましくは１×１０^１５ｃｍ^－３以下、さらに好ましくは１×１０^１３ｃｍ^－３以下、より好ましくは１×１０^１１ｃｍ^－３以下、さらに好ましくは１×１０^１０ｃｍ^－３未満であり、１×１０^－９ｃｍ^－３以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性又は実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ場合がある。

【0284】

また、高純度真性又は実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。

【0285】

また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失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、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。

【0286】

従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。

【0287】

＜不純物＞
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。

【0288】

酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

【0289】

また、酸化物半導体にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。

【0290】

また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中の窒素濃度を、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。

【0291】

また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、より好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満にする。

【0292】

不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

【0293】

本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態および実施例などに示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

【0294】

（実施の形態７）
本実施の形態では上述した半導体装置の応用例について説明する。

【0295】

〔半導体ウエハ、チップ〕
図１９Ａは、ダイシング処理が行なわれる前の基板７１１の上面図を示している。基板７１１としては、例えば、半導体基板（「半導体ウエハ」ともいう）を用いることができる。基板７１１上には、複数の回路領域７１２が設けられている。回路領域７１２には、本発明の一態様に係る半導体装置や、ＣＰＵ、ＲＦタグ、またはイメージセンサなどを設けることができる。

【0296】

複数の回路領域７１２は、それぞれが分離領域７１３に囲まれている。分離領域７１３と重なる位置に分離線（「ダイシングライン」ともいう）７１４が設定される。分離線７１４に沿って基板７１１を切断することで、回路領域７１２を含むチップ７１５を基板７１１から切り出すことができる。図１９Ｂにチップ７１５の拡大図を示す。

【0297】

また、分離領域７１３に導電層や半導体層を設けてもよい。分離領域７１３に導電層や半導体層を設けることで、ダイシング工程時に生じうるＥＳＤを緩和し、ダイシング工程の歩留まり低下を防ぐことができる。また、一般にダイシング工程は、基板の冷却、削りくずの除去、帯電防止などを目的として、炭酸ガスなどを溶解させて比抵抗を下げた純水を切削部に流しながら行なわれる。分離領域７１３に導電層や半導体層を設けることで、当該純水の使用量を削減することができる。よって、半導体装置の生産コストを低減することができる。また、半導体装置の生産性を高めることができる。

【0298】

分離領域７１３に設ける半導体層としては、バンドギャップが２．５ｅＶ以上４．２ｅＶ以下、好ましくは２．７ｅＶ以上３．５ｅＶ以下の材料を用いることが好ましい。このような材料を用いると、蓄積された電荷をゆっくりと放電することができるため、ＥＳＤによる電荷の急激な移動が抑えられ、静電破壊を生じにくくすることができる。

【0299】

〔電子部品〕
チップ７１５を電子部品に適用する例について、図２０を用いて説明する。なお、電子部品は、半導体パッケージ、またはＩＣ用パッケージともいう。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。

【0300】

電子部品は、組み立て工程（後工程）において、上記実施の形態に示した半導体装置と該半導体装置以外の部品が組み合わされて完成する。

【0301】

図２０Ａに示すフローチャートを用いて、後工程について説明する。前工程において上記実施の形態に示した半導体装置を有する素子基板が完成した後、該素子基板の裏面（半導体装置などが形成されていない面）を研削する「裏面研削工程」を行なう（ステップＳ７２１）。研削により素子基板を薄くすることで、素子基板の反りなどを低減し、電子部品の小型化を図ることができる。

【0302】

次に、素子基板を複数のチップ（チップ７１５）に分離する「ダイシング工程」を行う（ステップＳ７２２）。そして、分離したチップを個々ピックアップしてリードフレーム上に接合する「ダイボンディング工程」を行う（ステップＳ７２３）。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合は、樹脂による接合や、テープによる接合など、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、リードフレームに代えてインターポーザ基板上にチップを接合してもよい。

【0303】

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工程」を行う（ステップＳ７２４）。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。

【0304】

ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂などで封止される「封止工程（モールド工程）」が施される（ステップＳ７２５）。封止工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、チップに内蔵される回路部やチップとリードを接続するワイヤーを機械的な外力から保護することができ、また水分や埃による特性の劣化（信頼性の低下）を低減することができる。

【0305】

次いで、リードフレームのリードをめっき処理する「リードめっき工程」を行なう（ステップＳ７２６）。めっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。次いで、リードを切断および成形加工する「成形工程」を行なう（ステップＳ７２７）。

【0306】

次いで、パッケージの表面に印字処理（マーキング）を施す「マーキング工程」を行なう（ステップＳ７２８）。そして外観形状の良否や動作不良の有無などを調べる「検査工程」（ステップＳ７２９）を経て、電子部品が完成する（ステップＳ７２９）。

【0307】

また、完成した電子部品の斜視模式図を図２０Ｂに示す。図２０Ｂ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２０Ｂに示す電子部品７５０は、リード７５５および半導体装置７５３を有している。半導体装置７５３としては、上記実施の形態に示した半導体装置などを用いることができる。

【0308】

図２０Ｂに示す電子部品７５０は、例えばプリント基板７５２に実装される。このような電子部品７５０が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板７５２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７５４）が完成する。完成した実装基板７５４は、電子機器などに用いられる。

【0309】

〔電子機器〕
次に、本発明の一態様に係る半導体装置または上記電子部品を備えた電子機器の例について図２１を用いて説明を行う。

【0310】

本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、携帯電話、自動車電話、携帯型ゲーム機、タブレット型端末、パチンコ機などの大型ゲーム機、電卓、携帯可能な情報端末（「携帯情報端末」ともいう）、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソーなどの工具、煙感知器、透析装置などの医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置などの産業機器が挙げられる。

【0311】

また、蓄電装置からの電力を用いて電動機により推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれるものとする。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。

【0312】

本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品は、これらの電子機器に内蔵される通信装置などに用いることができる。

【0313】

電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むセンサ）などを有していてもよい。

【0314】

電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。

【0315】

図２１および図２２Ａ乃至図２２Ｆに、電子機器の一例を示す。図２１において、表示装置８０００は、本発明の一態様に係る半導体装置８００４を用いた電子機器の一例である。具体的に、表示装置８０００は、ＴＶ放送受信用の表示装置に相当し、筐体８００１、表示部８００２、スピーカ部８００３、半導体装置８００４、蓄電装置８００５などを有する。本発明の一態様に係る半導体装置８００４は、筐体８００１の内部に設けられている。半導体装置８００４により、制御情報や、制御プログラムなどを保持することができる。また、半導体装置８００４は通信機能を有し、表示装置８０００をＩｏＴ機器として機能させることができる。また、表示装置８０００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置８００５に蓄積された電力を用いることもできる。

【0316】

表示部８００２には、液晶表示装置、有機ＥＬ素子などの発光素子を各画素に備えた発光表示装置、電気泳動表示装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの表示装置を用いることができる。

【0317】

なお、表示装置には、ＴＶ放送受信用の他、パーソナルコンピュータ用、広告表示用など、全ての情報表示用表示装置が含まれる。

【0318】

図２１において、据え付け型の照明装置８１００は、本発明の一態様に係る半導体装置８１０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、照明装置８１００は、筐体８１０１、光源８１０２、半導体装置８１０３、蓄電装置８１０５などを有する。図２１では、半導体装置８１０３が、筐体８１０１及び光源８１０２が据え付けられた天井８１０４の内部に設けられている場合を例示しているが、半導体装置８１０３は、筐体８１０１の内部に設けられていても良い。半導体装置８１０３により、光源８１０２の発光輝度などの情報や、制御プログラムなどを保持することができる。また、半導体装置８１０３は通信機能を有し、照明装置８１００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。また、照明装置８１００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置に蓄積された電力を用いることもできる。

【0319】

なお、図２１では天井８１０４に設けられた据え付け型の照明装置８１００を例示しているが、本発明の一態様に係る半導体装置は、天井８１０４以外、例えば側壁８４０５、床８４０６、窓８４０７などに設けられた据え付け型の照明装置に用いることもできるし、卓上型の照明装置などに用いることもできる。

【0320】

また、光源８１０２には、電力を利用して人工的に光を得る人工光源を用いることができる。具体的には、白熱電球、蛍光灯などの放電ランプ、ＬＥＤや有機ＥＬ素子などの発光素子が、上記人工光源の一例として挙げられる。

【0321】

図２１において、室内機８２００及び室外機８２０４を有するエアコンディショナーは、本発明の一態様に係る半導体装置８２０３を用いた電子機器の一例である。具体的に、室内機８２００は、筐体８２０１、送風口８２０２、半導体装置８２０３、蓄電装置８２０５などを有する。図２１では、半導体装置８２０３が、室内機８２００に設けられている場合を例示しているが、半導体装置８２０３は室外機８２０４に設けられていても良い。或いは、室内機８２００と室外機８２０４の両方に、半導体装置８２０３が設けられていても良い。半導体装置８２０３により、エアコンディショナーの制御情報や、制御プログラムなどを保持することができる。また、半導体装置８２０３は通信機能を有し、エアコンディショナーを、ＩｏＴ機器として機能させることができる。また、エアコンディショナーは、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置８２０５に蓄積された電力を用いることもできる。

【0322】

なお、図２１では、室内機と室外機で構成されるセパレート型のエアコンディショナーを例示しているが、室内機の機能と室外機の機能とを１つの筐体に有する一体型のエアコンディショナーに、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることもできる。

【0323】

図２１において、電気冷凍冷蔵庫８３００は、本発明の一態様に係る半導体装置８３０４を用いた電子機器の一例である。具体的に、電気冷凍冷蔵庫８３００は、筐体８３０１、冷蔵室用扉８３０２、冷凍室用扉８３０３、半導体装置８３０４、蓄電装置８３０５などを有する。図２１では、蓄電装置８３０５が、筐体８３０１の内部に設けられている。半導体装置８３０４により、電気冷凍冷蔵庫８３００の制御情報や、制御プログラムなどを保持することができる。また、半導体装置８３０４は通信機能を有し、電気冷凍冷蔵庫８３００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。また、電気冷凍冷蔵庫８３００は、商用電源から電力の供給を受けることもできるし、蓄電装置８３０５に蓄積された電力を用いることもできる。

【0324】

図２２Ａに、腕時計型の携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末６１００は、筐体６１０１、表示部６１０２、バンド６１０３、操作ボタン６１０５などを備える。また、携帯情報端末６１００は、その内部に二次電池と、本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を携帯情報端末６１００に用いることで、携帯情報端末６１００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。

【0325】

図２２Ｂは、携帯電話機の一例を示している。携帯情報端末６２００は、筐体６２０１に組み込まれた表示部６２０２の他、操作ボタン６２０３、スピーカ６２０４、マイクロフォン６２０５などを備えている。

【0326】

また、携帯情報端末６２００は、表示部６２０２と重なる領域に指紋センサ６２０９を備える。指紋センサ６２０９は有機光センサであってもよい。指紋は個人によって異なるため、指紋センサ６２０９で指紋パターンを取得して、個人認証を行うことができる。指紋センサ６２０９で指紋パターンを取得するための光源として、表示部６２０２から発せられた光を用いることができる。

【0327】

また、携帯情報端末６２００は、その内部に二次電池と、本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を携帯情報端末６２００に用いることで、携帯情報端末６２００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。

【0328】

図２２Ｃは、掃除ロボットの一例を示している。掃除ロボット６３００は、筐体６３０１上面に配置された表示部６３０２、側面に配置された複数のカメラ６３０３、ブラシ６３０４、操作ボタン６３０５、各種センサなどを有する。図示されていないが、掃除ロボット６３００には、タイヤ、吸い込み口等が備えられている。掃除ロボット６３００は自走し、ゴミ６３１０を検知し、下面に設けられた吸い込み口からゴミを吸引することができる。

【0329】

例えば、掃除ロボット６３００は、カメラ６３０３が撮影した画像を解析し、壁、家具または段差などの障害物の有無を判断することができる。また、画像解析により、配線などブラシ６３０４に絡まりそうな物体を検知した場合は、ブラシ６３０４の回転を止めることができる。掃除ロボット６３００は、その内部に二次電池と、本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を掃除ロボット６３００に用いることで、掃除ロボット６３００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。

【0330】

図２２Ｄは、ロボットの一例を示している。図２２Ｄに示すロボット６４００は、演算装置６４０９、照度センサ６４０１、マイクロフォン６４０２、上部カメラ６４０３、スピーカ６４０４、表示部６４０５、下部カメラ６４０６および障害物センサ６４０７、及び移動機構６４０８を備える。

【0331】

マイクロフォン６４０２は、使用者の話し声及び環境音等を検知する機能を有する。また、スピーカ６４０４は、音声を発する機能を有する。ロボット６４００は、マイクロフォン６４０２およびスピーカ６４０４を用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。

【0332】

表示部６４０５は、種々の情報の表示を行う機能を有する。ロボット６４００は、使用者の望みの情報を表示部６４０５に表示することが可能である。表示部６４０５は、タッチパネルを搭載していてもよい。また、表示部６４０５は取り外しのできる情報端末であっても良く、ロボット６４００の定位置に設置することで、充電およびデータの送受信を可能とする。

【0333】

上部カメラ６４０３および下部カメラ６４０６は、ロボット６４００の周囲を撮像する機能を有する。また、障害物センサ６４０７は、移動機構６４０８を用いてロボット６４００が前進する際の進行方向における障害物の有無を察知することができる。ロボット６４００は、上部カメラ６４０３、下部カメラ６４０６および障害物センサ６４０７を用いて、周囲の環境を認識し、安全に移動することが可能である。本発明の一態様の発光装置は表示部６４０５に用いることができる。

【0334】

ロボット６４００は、その内部に二次電池と、本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品をロボット６４００に用いることで、ロボット６４００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。

【0335】

図２２Ｅは、飛行体の一例を示している。図２２Ｅに示す飛行体６５００は、プロペラ６５０１、カメラ６５０２、およびバッテリ６５０３などを有し、自律して飛行する機能を有する。

【0336】

例えば、カメラ６５０２で撮影した画像データは、電子部品６５０４に記憶される。電子部品６５０４は、画像データを解析し、移動する際の障害物の有無などを察知することができる。また、電子部品６５０４によってバッテリ６５０３の蓄電容量の変化から、バッテリ残量を推定することができる。飛行体６５００は、その内部に本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を飛行体６５００に用いることで、飛行体６５００を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。

【0337】

図２２Ｆは、自動車の一例を示している。自動車７１６０は、エンジン、タイヤ、ブレーキ、操舵装置、カメラなどを有する。自動車７１６０は、その内部に本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を備える。本発明の一態様に係る半導体装置または電子部品を自動車７１６０に用いることで、自動車７１６０を、ＩｏＴ機器として機能させることができる。

【0338】

本実施例に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態、および実施例に示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

【0339】

（実施の形態８）
本発明の一態様に係る半導体装置には、ノーマリーオフＣＰＵ（「Ｎｏｆｆ－ＣＰＵ」ともいう）などが含まれる。なお、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵとは、ゲート電圧が０Ｖであっても非導通状態（オフ状態ともいう）であるノーマリーオフ型のトランジスタを含む集積回路である。

【0340】

Ｎｏｆｆ－ＣＰＵは、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵ内の動作不要な回路への電力供給を停止し、当該回路を待機状態にすることができる。電力供給が停止され、待機状態になった回路では電力が消費されない。よって、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵは、電力使用量を最小限にすることができる。また、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵは、電力供給が停止されても設定条件などの動作に必要な情報を長期間保持することができる。待機状態からの復帰は当該回路への電力供給を再開するだけでよく、設定条件などの再書き込みが不要である。すなわち、待機状態からの高速復帰が可能である。このように、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵは、動作速度を大きく落とすことなく消費電力を低減できる。

【0341】

Ｎｏｆｆ－ＣＰＵは、例えば、ＩｏＴ分野のＩｏＴ末端機器（「エンドポイントマイコン」ともいう）８０３などの小規模システムに好適に用いることができる。

【0342】

図２３にＩｏＴネットワークの階層構造と要求仕様の傾向を示す。図２３では、要求仕様として消費電力８０４と処理性能８０５を示している。ＩｏＴネットワークの階層構造は、上層部であるクラウド分野８０１と下層部である組み込み分野８０２に大別される。クラウド分野８０１には例えばサーバーが含まれる。組み込み分野８０２には例えば機械、産業用ロボット、車載機器、家電などが含まれる。

【0343】

上層ほど、低消費電力よりも高い処理性能が求められる。よって、クラウド分野８０１では高性能ＣＰＵ、高性能ＧＰＵ、大規模ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）などが用いられる。また、下層ほど高い処理性能よりも低消費電力が求められ、デバイス個数も爆発的に多くなる。本発明の一態様に係る半導体装置は、低消費電力が求められるＩｏＴ末端機器の通信装置に好適に用いることができる。

【0344】

なお、「エンドポイント」とは、組み込み分野８０２の末端領域を示す。エンドポイントに用いられるデバイスとしては、例えば、工場、家電、インフラ、農業などで使用されるマイコンが該当する。

【0345】

図２４にエンドポイントマイコンの応用例として、ファクトリーオートメーションのイメージ図を示す。工場８８４はインターネット回線（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ）を介してクラウド８８３と接続される。また、クラウド８８３は、インターネット回線を介してホーム８８１およびオフィス８８２と接続される。インターネット回線は有線通信方式であってもよいし、無線通信方式であってもよい。例えば、無線通信方式の場合は、通信装置に本発明の一態様に係る半導体装置を用いて、第４世代移動通信システム（４Ｇ）や第５世代移動通信システム（５Ｇ）などの通信規格に沿った無線通信を行なえばよい。また、工場８８４は、インターネット回線を介して工場８８５および工場８８６と接続してもよい。

【0346】

工場８８４はマスタデバイス（制御機器）８３１を有する。マスタデバイス８３１は、クラウド８８３と接続し、情報の送受信を行う機能を有する。また、マスタデバイス８３１は、ＩｏＴ末端機器８４１に含まれる複数の産業用ロボット８４２と、Ｍ２Ｍ（Ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏ Ｍａｃｈｉｎｅ）インターフェイス８３２を介して接続される。Ｍ２Ｍインターフェイス８３２としては、例えば、有線通信方式の一種である産業イーサネット（「イーサネット」は登録商標）や、無線通信方式の一種であるローカル５Ｇなどを用いてもよい。

【0347】

工場の管理者は、ホーム８８１またはオフィス８８２から、クラウド８８３を介して工場８８４に接続し、稼働状況などを知ることができる。また、誤品・欠品チェック、置き場所指示、タクトタイムの計測などを行うことができる。

【0348】

近年「スマート工場」と銘打って、世界的にＩｏＴの工場への導入が進められている。スマート工場の事例では、エンドポイントマイコンによる単なる検査、監査だけでなく、故障検知や異常予測なども行う事例が報告されている。

【0349】

エンドポイントマイコンなどの小規模システムは、稼働時のシステム全体の消費電力が小さい場合が多いため、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵによる待機動作時の電力削減効果が大きくなる。一方で、ＩｏＴの組み込み分野では即応性が求められる場合があるが、Ｎｏｆｆ－ＣＰＵを用いることで待機動作時からの高速復帰が実現できる。

【0350】

本実施の形態に示す構成、構造、方法などは、他の実施の形態および実施例などに示す構成、構造、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

【符号の説明】

【0351】

Ｓ７２１：ステップ、Ｓ７２２：ステップ、Ｓ７２３：ステップ、Ｓ７２４：ステップ、Ｓ７２５：ステップ、Ｓ７２６：ステップ、Ｓ７２７：ステップ、Ｓ７２８：ステップ、Ｓ７２９：ステップ、１０：回路、２０：半導体装置、１００：配線、１００ａ：導電体、１０１：容量素子、１０１ａ：容量素子、１０２：配線、１０２ａ：導電体、１０２ｂ：導電体、１０２ｃ：導電体、１０２ｄ：導電体、１０２ｅ：導電体、１０２ｆ：導電体、１０２ｇ：導電体、１０２ｈ：導電体、１０２ｉ：導電体、１０２ｊ：導電体、１０３：負荷、１０３ａ：コモンソースアンプ、１０４：容量部、１０５：トランジスタ、１０５ａ：トランジスタ、１０５ｂ：トランジスタ、１０５ｔ：トランジスタ、１２０：ＤＣＤＣコンバータ、１２１：平滑回路、１２２：インダクタ、１２３：容量素子、１２５：端子、１２７：整合回路、１２８：整合回路、１２９：トランジスタ、１３０：配線、１３１：容量素子、１３２：インダクタ、１３３：インダクタ、１３４：容量素子、１５０ａ：導電体、１５０ｂ：導電体、１５０ｃ：導電体、１５０ｄ：導電体、１５０ｅ：導電体、１５０ｆ：導電体、１５０ｇ：導電体、１５０ｈ：導電体、１５０ｉ：導電体、１５０ｊ：導電体、１６０：領域、１６１：導電体、１６２：導電体、１６３：導電体、２００：配線、３１１：基板、３１３：半導体領域、３１４ａ：低抵抗領域、３１４ｂ：低抵抗領域、３１５：絶縁体、３１６：導電体、３２０：絶縁体、３２２：絶縁体、３２４：絶縁体、３２６：絶縁体、３２８：導電体、３３０：導電体、３５０：絶縁体、３５２：絶縁体、３５４：絶縁体、３５６：導電体、３６０：絶縁体、３６２：絶縁体、３６４：絶縁体、３６６：導電体、３７０：絶縁体、３７２：絶縁体、３７４：絶縁体、３７６：導電体、３８０：絶縁体、３８２：絶縁体、３８４：絶縁体、３８６：導電体、５００Ａ：ＯＳトランジスタ、５０３：導電体、５０３ａ：導電体、５０３ｂ：導電体、５０４：導電体、５０４ａ：導電体、５０４ｂ：導電体、５１０：絶縁体、５１２：絶縁体、５１４：絶縁体、５１６：絶縁体、５２２：絶縁体、５２４：絶縁体、５３０：酸化物、５３０ａ：酸化物、５３０ｂ：酸化物、５３０ｃ１：酸化物、５３０ｃ２：酸化物、５４０ａ：導電体、５４０ｂ：導電体、５４０ｃ：導電体、５４０ｄ：導電体、５４０ｅ：導電体、５４０ｆ：導電体、５４０ｇ：導電体、５４０ｈ：導電体、５４０ｉ：導電体、５４０ｊ：導電体、５４１ａ：導電体、５４１ｂ：導電体、５４１ｃ：導電体、５４２ａ：導電体、５４２ｂ：導電体、５４３ａ：領域、５４３ｂ：領域、５４４：絶縁体、５４５：絶縁体、５４６ａ：酸化物、５４６ｂ：酸化物、５５０：トランジスタ、５６０：導電体、５６０ａ：導電体、５６０ｂ：導電体、５７４：絶縁体、５８０：絶縁体、５８１：絶縁体、５８２：絶縁体、５８６：絶縁体、５９０：導電体、５９２：導電体、５９４：絶縁体、５９５ａ：導電体、５９５ｂ：導電体、５９７：導電体、５９８：導電体、６００：容量素子、６０１：容量素子、６５０：絶縁体、６５１：絶縁体、６５２：絶縁体、６５３：絶縁体、７１１：基板、７１２：回路領域、７１３：分離領域、７１４：分離線、７１５：チップ、７５０：電子部品、７５２：プリント基板、７５３：半導体装置、７５４：実装基板、７５５：リード、８０１：クラウド分野、８０２：分野、８０３：ＩｏＴ末端機器、８０４：消費電力、８０５：処理性能、８３１：マスタデバイス、８３２：インターフェイス、８４１：ＩｏＴ末端機器、８４２：産業用ロボット、８８１：ホーム、８８２：オフィス、８８３：クラウド、８８４：工場、８８５：工場、８８６：工場、６１００：携帯情報端末、６１０１：筐体、６１０２：表示部、６１０３：バンド、６１０５：操作ボタン、６２００：携帯情報端末、６２０１：筐体、６２０２：表示部、６２０３：操作ボタン、６２０４：スピーカ、６２０５：マイクロフォン、６２０９：指紋センサ、６３００：掃除ロボット、６３０１：筐体、６３０２：表示部、６３０３：カメラ、６３０４：ブラシ、６３０５：操作ボタン、６３１０：ゴミ、６４００：ロボット、６４０１：照度センサ、６４０２：マイクロフォン、６４０３：上部カメラ、６４０４：スピーカ、６４０５：表示部、６４０６：下部カメラ、６４０７：障害物センサ、６４０８：移動機構、６４０９：演算装置、６５００：飛行体、６５０１：プロペラ、６５０２：カメラ、６５０３：バッテリ、６５０４：電子部品、７１６０：自動車、８０００：表示装置、８００１：筐体、８００２：表示部、８００３：スピーカ部、８００４：半導体装置、８００５：蓄電装置、８１００：照明装置、８１０１：筐体、８１０２：光源、８１０３：半導体装置、８１０４：天井、８１０５：蓄電装置、８２００：室内機、８２０１：筐体、８２０２：送風口、８２０３：半導体装置、８２０４：室外機、８２０５：蓄電装置、８３００：電気冷凍冷蔵庫、８３０１：筐体、８３０２：冷蔵室用扉、８３０３：冷凍室用扉、８３０４：半導体装置、８３０５：蓄電装置、８４０５：側壁、８４０６：床、８４０７：窓

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【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16A】

【図16B】

【図16C】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図18C】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21】

【図22A】

【図22B】

【図22C】

【図22D】

【図22E】

【図22F】

【図23】

【図24】