特許 7597581 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】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】半導体装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/336 20060101AFI20241203BHJP

   H01L 29/786 20060101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 626C

H01L29/78 618B

H01L29/78 619A

H01L29/78 626Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020561969

(86)(22)【出願日】2019-11-20

(86)【国際出願番号】 IB2019059960

(87)【国際公開番号】W WO2020136470

(87)【国際公開日】2020-07-02

【審査請求日】2022-11-01

(31)【優先権主張番号】P 2018243859

(32)【優先日】2018-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ［刊行物名］ ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＳ ｍｅｅｔｉｎｇ ２０１８ ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＤＩＧＥＳＴ， ３１２－３１５ 発行年月日 平成３０年１２月１日 ［集会名］ ２０１８ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ 開催日 平成３０年１２月１日－５日

(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】鈴木 陽夫

(72)【発明者】

【氏名】宮口 厚

(72)【発明者】

【氏名】山崎 舜平

【審査官】脇水 佳弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０８９６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１２５７９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１６２９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００５７２５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１０３４５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３３０４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００６８５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３１９３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０８８０３２０６（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２９／７８６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリコン基板と、
前記シリコン基板の上方に設けられたデバイスと、を有し、
前記デバイスは、トランジスタと、導電体とを有し、
前記トランジスタは、酸化物半導体膜を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記シリコン基板は、導電性が付与されており、
前記導電体は、前記デバイスに設けられた開口部を介して前記トランジスタのドレインと、前記シリコン基板と、のそれぞれに直接接続され、
前記導電体は、前記酸化物半導体膜の下面に接する領域を有する、半導体装置。

【請求項2】

シリコン基板と、
前記シリコン基板の上方に設けられたデバイスと、
第１の取り出し電極と、
第２の取り出し電極と、を有し、
前記デバイスは、トランジスタと、第１の導電体と、第２の導電体と、を有し、
前記トランジスタは、酸化物半導体膜を有し、
前記酸化物半導体膜は、前記トランジスタのチャネル形成領域を有し、
前記シリコン基板は、導電性が付与されており、
前記第１の導電体は、前記デバイスに設けられた開口部を介して前記トランジスタのドレインと、前記シリコン基板と、のそれぞれに直接接続され、
前記第１の導電体は、前記酸化物半導体膜の下面に接する領域を有し、
前記第１の取り出し電極は、前記トランジスタのソースに接続された前記第２の導電体に電気的に接続され、
前記第２の取り出し電極は、前記シリコン基板に電気的に接続される、半導体装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記第１の取り出し電極は、金属配線を介して、前記トランジスタのソースに接続された前記第２の導電体に電気的に接続される、半導体装置。

【請求項4】

請求項２または請求項３において、
前記第２の取り出し電極は、前記シリコン基板に直接接続される、半導体装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記シリコン基板は、ｐ型の導電性が付与されている、半導体装置。

【請求項6】

請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記シリコン基板および前記デバイスは、樹脂層に覆われ、
前記樹脂層は筐体内に設けられている、半導体装置。

【請求項7】

請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
前記シリコン基板には、絶縁層を介してヒートシンクが設けられる、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。

【背景技術】

【0002】

新たな半導体として、酸化物半導体と呼ばれる、半導体特性を示す金属酸化物に注目が集まっている。酸化物半導体を用いたトランジスタの開発は日々進められており、例えば、下記の特許文献１では、当該酸化物半導体を用いたトランジスタをパワートランジスタに適用可能なＤＣＤＣコンバータの構成について開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２５４５２３号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）などの酸化物半導体は、酸化シリコンなどの絶縁層の１／１００程度の熱伝導率である。そのため、トランジスタ動作時、トランジスタのソースとドレインとの間に大電流が流れる際の自己発熱によって生じた熱が蓄積しやすい。自己発熱のためにトランジスタは、電気特性の変動、あるいは素子劣化が生じ、信頼性の低下を招く虞がある。

【0005】

本発明の一態様は、新規な構成の半導体装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性に優れた、新規な構成の半導体装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、自己発熱に伴うトランジスタの電気特性の変動、あるいは素子劣化への影響を低減することができる、新規な構成の半導体装置等を提供することを課題の一とする。

【0006】

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、シリコン基板と、シリコン基板の上方に設けられたデバイスと、を有し、デバイスは、トランジスタと、導電体を有し、トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、シリコン基板は、導電性が付与されており、導電体は、デバイスに設けられた開口部を介してトランジスタのドレインと、シリコン基板と、のそれぞれに電気的に接続される、半導体装置である。

【0008】

本発明の一態様は、シリコン基板と、シリコン基板の上方に設けられたデバイスと、第１の取り出し電極と、第２の取り出し電極と、を有し、デバイスは、トランジスタと、導電体を有し、トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、シリコン基板は、導電性が付与されており、導電体は、デバイスに設けられた開口部を介してトランジスタのドレインと、シリコン基板と、のそれぞれに電気的に接続され、第１の取り出し電極は、トランジスタのソースに接続された導電体に電気的に接続され、第２の取り出し電極は、シリコン基板に電気的に接続される、半導体装置である。

【0009】

本発明の一態様において、第１の取り出し電極は、金属配線を介して、トランジスタのソースに接続された導電体に電気的に接続される、半導体装置が好ましい。

【0010】

本発明の一態様において、第２の取り出し電極は、シリコン基板に直接接続される、半導体装置が好ましい。

【0011】

本発明の一態様において、シリコン基板は、ｐ型の導電性が付与されている、半導体装置が好ましい。

【0012】

本発明の一態様において、シリコン基板およびデバイスは、樹脂層に覆われ、樹脂層は筐体内に設けられている、半導体装置が好ましい。

【0013】

本発明の一態様において、シリコン基板には、絶縁層を介してヒートシンクが設けられる、半導体装置が好ましい。

【0014】

なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。

【発明の効果】

【0015】

本発明の一態様は、新規な構成の半導体装置等を提供することができる。または、本発明の一態様は、信頼性に優れた、新規な構成の半導体装置等を提供することができる。または、本発明の一態様は、自己発熱に伴うトランジスタの電気特性の変動、あるいは素子劣化への影響を低減することができる、新規な構成の半導体装置等を提供することができる。

【0016】

なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。

【図面の簡単な説明】

【0017】

図１Ａ、図１Ｂは本発明の一態様を説明する斜視図および断面模式図である。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは本発明の一態様を説明する上面図である。
図３Ａ、図３Ｂは本発明の一態様を説明する斜視図および回路図である。
図４Ａ、図４Ｂは本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図７は本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄは本発明の一態様を説明する上面図である。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃは本発明の一態様を説明する回路図、グラフおよびブロック図である。
図１０は本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図１１Ａ、図１１Ｂは本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図１２Ａ、図１２Ｂは本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは本発明の一態様を説明する断面模式図である。
図１４は電子機器を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明の一形態は、以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明の一形態は、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。

【0019】

なお本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。

【0020】

図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【0021】

本明細書において、例えば、電源電位ＶＤＤを、電位ＶＤＤ、ＶＤＤ等と省略して記載する場合がある。これは、他の構成要素（例えば、信号、電圧、回路、素子、電極、配線等）についても同様である。

【0022】

また、複数の要素に同じ符号を用いる場合、特に、それらを区別する必要があるときには、符号に“＿１”、”＿２”、”［ｎ］”、”［ｍ，ｎ］”等の識別用の符号を付記して記載する場合がある。例えば、２番目の配線ＧＬを配線ＧＬ［２］と記載する。

【0023】

（実施の形態１）
本発明の一態様である半導体装置の構成例について図１乃至図９を参照して説明する。

【0024】

なお本実施の形態における半導体装置は、負荷に大電流を流すように設計された、パワートランジスタ（パワー半導体ともいう）を含む装置である。パワートランジスタは、ソースに接続された電極と、ドレインに接続された電極との間に流れる電流量および印加される電圧が大きく、表示装置あるいはロジック回路などと比べて非常に大きい電力を扱うトランジスタをいう。

【0025】

図１Ａに図示する半導体装置１０では、シリコン基板１２上にデバイス１１（素子層という場合がある）が設けられた構成の斜視図を図示している。デバイス１１は、複数のトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄと、導電体２１Ａ、２１Ｂと、導電体２２Ａ、２２Ｂと、を有する。またデバイス１１は、シリコン基板１２に達する複数の開口部２４Ａ、２４Ｂを有する。

【0026】

導電体２１Ａ、２１Ｂは、トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのソースに接続される電極として機能する。図中、導電体２１Ａ、２１Ｂには、ソース側を表す「Ｓ」を付して図示している。なお図１Ａに示す構成において、ソースに接続される電極が２つとして図示しているが、単数でも３以上でもよい。

【0027】

導電体２２Ａ、２２Ｂは、トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインに接続される電極として機能する。図中、導電体２２Ａ、２２Ｂには、ドレイン側を表す「Ｄ」を付して図示している。なお図１Ａに示す構成において、ドレインに接続される電極が２つとして図示しているが、単数でも３以上でもよい。

【0028】

トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄは、図１Ａでは図示していないが、それぞれゲート、チャネル形成領域、ドレイン、またはソースとして機能する領域を有する。トランジスタ２３Ａは、ソースに接続された導電体２１Ａとドレインに接続された導電体２２Ａの間に設けられるトランジスタである。トランジスタ２３Ｂは、ソースに接続された導電体２１Ａとドレインに接続された導電体２２Ｂの間に設けられるトランジスタである。トランジスタ２３Ｃは、ソースに接続された導電体２１Ｂとドレインに接続された導電体２２Ａの間に設けられるトランジスタである。トランジスタ２３Ｄは、ソースに接続された導電体２１Ｂとドレインに接続された導電体２２Ｂの間に設けられるトランジスタである。

【0029】

トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄは、導電体２１Ａ、２１Ｂと導電体２２Ａ、２２Ｂとの間で複数のトランジスタがソースとドレインとが並列となるように配置される。複数のトランジスタを並列に配置することで、導電体２１Ａ、２１Ｂと導電体２２Ａ、２２Ｂとの間に大電流を流すことができる。またチャネル長方向の長さが１μｍ以下といった微細化されたトランジスタを用いてトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄを構成することができるため、トランジスタ特性のバラつきを低減することができる。

【0030】

トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄは、チャネル形成領域を有する半導体層が酸化物半導体で構成されるトランジスタ（ＯＳトランジスタという）である。なお酸化物半導体は、金属酸化物、または酸化物と呼ぶ場合がある。なおＯＳトランジスタは、特に説明のない限り、ｎチャネル型のトランジスタとして説明する。酸化物半導体はキャリア濃度を小さくすることで、オフ時にソースとドレインとの間を流れる電流（オフ電流、あるいはリーク電流ともいう）を極めて低くすることができる。ＯＳトランジスタの詳細については、後述する。

【0031】

ＯＳトランジスタは、シリコン基板上などに積層することで自由に配置可能であるため、集積化を容易に行うことができる。またＯＳトランジスタは、チャネル形成領域を有する半導体層がシリコンで構成されるトランジスタ（Ｓｉトランジスタ）と同様の製造装置を用いて作製することが可能であるため、低コストで作製可能である。

【0032】

またＯＳトランジスタは、ゲート電極、ソース電極およびドレイン電極に加えて、バックゲート電極を含むと、４端子の半導体素子とすることができる。ゲート電極またはバックゲート電極に与える電圧に応じて、ソースとドレインとの間を流れる信号の入出力が独立制御可能な電気回路網で構成することができる。そのため、ＬＳＩと同一思考で回路設計を行うことができる。加えてＯＳトランジスタは、高温環境下において、Ｓｉトランジスタよりも優れた電気特性を有する。具体的には、１００℃以上２００℃以下、好ましくは１２５℃以上１５０℃以下といった高温下においてもオン電流とオフ電流の比が大きいため、良好なスイッチング動作を行うことができる。

【0033】

シリコン基板１２は、導電性が付与されたシリコン基板である。シリコン基板１２は、ｎ型又はｐ型の導電型を付与するための不純物元素が導入されたシリコン基板である。シリコン基板１２は、ｐ型の導電型が付与されたシリコン基板とすることで、ｎ型の導電型が付与されたシリコン基板と比べて熱伝導率を高めることができる。シリコン基板１２は、ロジック回路を構成するためのトランジスタを有する構成としてもよい。

【0034】

開口部２４Ａ、２４Ｂに導電体が設けられることで、導電体２２Ａ、２２Ｂとシリコン基板１２とが接続される。つまりトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインが、導電体２２Ａ、２２Ｂおよび開口部２４Ａ、２４Ｂに設けられる導電体を介して、シリコン基板１２と接続されることとなる。なおトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインとシリコン基板１２との接続は、導電体２２Ａ、２２Ｂを介したものとしてもよいし、開口部２４Ａ、２４Ｂに設けられる導電体を介して直接接続される構成としてもよい。

【0035】

図１Ａの構成の半導体装置１０は、ＯＳトランジスタであるトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄに電流が流れることで引き起こされるドレイン側での発熱を、デバイス１１に設けられる開口部の導電体を介してシリコン基板１２に放熱する構成とすることができる。そのため、発熱に伴うトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄの電気特性の変動、あるいは素子劣化を抑制し、信頼性に優れた半導体装置１０とすることができる。

【0036】

図１Ｂは、図１Ａにおける切断面Ａ－Ｂにおける半導体装置１０の断面模式図である。図１Ｂに図示する断面模式図では、図１Ａと同様に、シリコン基板１２上にデバイス１１が設けられる。デバイス１１は、トランジスタ２３Ａおよび２３Ｂが設けられる。トランジスタ２３Ａは、ゲート電極２６Ａおよび半導体層として機能する酸化物層２５Ａを有する。トランジスタ２３Ｂは、ゲート電極２６Ｂおよび半導体層として機能する酸化物層２５Ｂを有する。なお酸化物層２５Ａ、酸化物層２５Ｂは、他の図面において、酸化物層２８と説明する場合がある。

【0037】

トランジスタ２３Ａにおいて、酸化物層２５Ａは、導電体２１Ａに接続される。また酸化物層２５Ａは、導電体２２Ａに接続される。トランジスタ２３Ａを流れる電流は、ドレイン（Ｄ）側からソース（Ｓ）側に流れる（図中、細線矢印で図示）。そのため、酸化物層２５Ａでは、ドレイン側の領域２７Ａで電子が加速されて自己発熱が生じる。発熱する領域２７Ａは、導電体２２Ａおよび開口部２４Ａに設けられた導電体を介してシリコン基板１２側に放熱される（図中、太点線矢印で図示）。

【0038】

トランジスタ２３Ｂにおいて、酸化物層２５Ｂは、導電体２１Ａに接続される。また酸化物層２５Ｂは、導電体２２Ｂに接続される。トランジスタ２３Ｂを流れる電流は、ドレイン（Ｄ）側からソース（Ｓ）側に流れる（図中、細線矢印で図示）。そのため、酸化物層２５Ｂでは、ドレイン側の領域２７Ｂで電子が加速されて自己発熱が生じる。発熱する領域２７Ｂは、導電体２２Ｂおよび開口部２４Ｂに設けられた導電体を介してシリコン基板１２側に放熱される（図中、太点線矢印で図示）。

【0039】

なおトランジスタ２３Ｃおよび２３Ｄも、トランジスタ２３Ａおよび２３Ｂと同様の構成である。そのため、トランジスタのドレイン側の発熱が、導電体２２Ａ、２２Ｂと、開口部２４Ａ、２４Ｂに設けられる導電体と、を介してシリコン基板１２に放熱することができる。

【0040】

図１Ａ、図１Ｂで説明したように本発明の一態様の半導体装置の構成では、シリコン基板と、ＯＳトランジスタとが積層して設け、トランジスタのドレイン側で生じる発熱を開口部に設ける導電体を介してシリコン基板側に放熱する構成とする。シリコン基板をヒートシンクとして機能させることができる。発熱に伴うトランジスタの電気特性の変動、あるいは素子劣化を抑制し、信頼性に優れた半導体装置とすることができる。

【0041】

次いで図２Ａには、図１Ａ、図１Ｂで説明したデバイス１１の構成を説明するための上面図を示す。図２Ａの上面図では、導電体２１Ａ、２１Ｂと、導電体２２Ａ、２２Ｂとの間の電気的な接続を制御するためのトランジスタ２３Ａ乃至２３ＤがＸ字状の領域として図示される。またトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインと、シリコン基板１２（図示せず）を接続するための導電体が設けられる開口部２４Ａ、２４Ｂは、導電体２２Ａ、２２Ｂと重なる領域に設けることができる。なお上面レイアウト図で図示する導電体２１Ａ、２１Ｂと、導電体２２Ａ、２２Ｂとは、外部との接続配線を接続する電極として機能することができる。

【0042】

なお電極として機能する導電体２１Ａ、２１Ｂおよび導電体２２Ａ、２２Ｂの上面から見た形状は、外部との接続配線から各トランジスタまでの距離が等間隔となる形状であることが好ましい。例えば、円型状、あるいは図２Ａに図示するように三角形状とすることが好ましい。当該構成とすることで、ワイヤーボンディングなどで導電体２１Ａ、２１Ｂおよび導電体２２Ａ、２２Ｂに接続される配線から、複数のトランジスタまでの配線抵抗を均一化することができる。

【0043】

図２Ｂには、図２Ａに図示するトランジスタ２３Ｂが設けられる領域に対応する、拡大した上面図について示す。図２Ｂには、導電体２１Ａおよび導電体２２Ｂから延びて設けられた櫛歯状の電極の間に複数の島状の酸化物層２８が設けられる。図２Ａで図示するトランジスタ２３Ｂは、導電体２２Ｂの両端に設けられるトランジスタ２３Ｂ＿１、２３Ｂ＿２として表すことができる。

【0044】

図２Ｃでは、導電体２１Ａおよび導電体２２Ｂで示す電極を点線で図示している。図２Ｃでは、島状の酸化物層２８に重畳して設けられたゲート電極として機能する導電体２６Ｂ＿１、２６Ｂ＿２、およびバックゲート電極として機能する導電体２９を図示している。

【0045】

また図３Ａでは、図２Ｃに示すＸ方向、Ｙ方向におけるトランジスタ２３Ｂ（トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄに適用可能なトランジスタをトランジスタ２３ともいう）の斜視図について示す。図３Ａでは、島状の酸化物層２８に重畳して設けられた導電体２６Ｂ＿１および導電体２９を図示している。図３Ａでは、導電体２９をバックゲート電極として電極ＢＧＥと図示している。図３Ａでは、導電体２６Ｂ＿１をトップゲート電極として電極ＴＧＥと図示している。図３Ａでは、導電体２６Ｂ＿１および導電体２９を隔てた島状の酸化物層２８の一方を端子「Ｓ」として図示し、他方を端子「Ｄ」として図示している。図３Ａに図示するトランジスタ２３は、図３Ｂに示すシンボルとして表すことができる。なおトランジスタの構成については、実施の形態２で詳述する。

【0046】

次いで図４Ａ、図４Ｂおよび図５Ａ乃至図５Ｃでは、図１Ｂで説明した半導体装置１０の断面模式図の変形例について説明する。

【0047】

図４Ａに示す半導体装置１０Ａでは、図１Ｂと同様に、外部への取り出し電極または外部の金属配線に接続する電極をデバイス１１の上面に配置する構成例を図示している。図４Ａの構成例では、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのソースに接続される導電体２１Ａと、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのドレインに接続される導電体２２Ａ、２２Ｂと、をデバイス１１の上面である同じ側の面に配置することができる。

【0048】

図４Ｂに示す半導体装置１０Ｂでは、図４Ａとは異なる構成で、外部への取り出し電極または外部の金属配線に接続する電極をデバイス１１の上面に配置する構成例を図示している。図４Ｂの構成例では、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのソースに接続される導電体２１Ａを介してデバイス１１の上層にある電極層３０に設けられた導電体３１Ａに接続され、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのドレインが導電体２２Ａ又は２２Ｂ、およびシリコン基板１２を介してデバイス１１の上層にある電極層３０に設けられた導電体３１Ｂに接続される。図４Ｂに示す半導体装置１０Ｂでも、図４Ａと同様に、デバイス１１の上面である同じ側の面に電極を配置することができる。

【0049】

図５Ａに示す半導体装置１０Ｃでは、図４Ａ、図４Ｂとは異なり、外部への取り出し電極または外部の金属配線に接続する電極の機能を、シリコン基板１２で兼ねる構成例を図示している。図５Ａの構成例では、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのソースに接続される導電体２１Ａを介してデバイス１１の上層にある電極層３０に設けられた導電体３１Ａと、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのドレインに接続される導電体２２Ａ、２２Ｂを介してデバイス１１の下層にあるシリコン基板１２と、を異なる側の面に配置することができる。シリコン基板１２側を電極として用いる構成とすることで、外部への取り出し電極またはワイヤーボンディングされる金属配線などを接着する面積を大きくすることができるため、電気的な接続をしやすくすることができる。

【0050】

図５Ｂに示す半導体装置１０Ｄでは、図５Ａとは異なる構成として、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのソースに接続される導電体２１Ａを介してデバイス１１の上層にある電極層３０に設けられた導電体３１Ａと、トランジスタ２３Ａ、２３Ｂのドレインに接続される酸化物層の下層の導電体２２Ａ、２２Ｂをシリコン基板１２と、を異なる側の面に配置することができる。シリコン基板１２側を電極として用いる構成とすることで、外部への取り出し電極またはワイヤーボンディングされる金属配線と接続しやすくすることができる。また導電体２２Ａ、２２Ｂを酸化物層の下層に配置することで、放熱の際の経路を短くすることができる。

【0051】

なお図５Ｂに示す半導体装置１０Ｄでは、シリコン基板１２を、外部への取り出し電極またはワイヤーボンディングされる金属配線と接続する構成として図示したが、別の構成でもよい。例えば図５Ｃの半導体装置１０Ｅのように、電極層３０に設けられた導電体３１Ａ、３１Ｂ等を介して、デバイス１１の上面である同じ側の面に電極を配置することができる。当該構成とすることで図５Ｂの構成においても図４Ａと同様に、デバイス１１の上面である同じ側の面に電極を配置することができる。

【0052】

上記説明した半導体装置１０を、筐体に設けた際の電子部品の断面模式図の一例に付いて、図６Ａ乃至図６Ｃに図示する。なお半導体装置１０を筐体内に備えた電子部品については、半導体特性を利用したトランジスタを有する装置であるため、半導体装置と呼ぶ場合がある。

【0053】

図６Ａに図示する電子部品１００Ａの断面模式図では、筐体１０６内に半導体装置１０、金属配線１０４Ａ、１０４Ｂ、取り出し電極１０５Ａ、１０５Ｂおよび樹脂層１０３を有する。半導体装置１０は、筐体１０６内で基板１０１に接着層１０２で固定されている。なお図６Ａで図示する半導体装置１０は、図４Ａ、図４Ｂで図示したデバイス１１の上面で取り出し電極に接続される構成である。基板１０１および接着層１０２は、シリコン基板の放熱性を高めるため、周辺の構成材料と比べて、熱伝導率の大きい材料であることが好ましい。

【0054】

半導体装置１０は、筐体１０６内で樹脂層１０３に覆われる。取り出し電極１０５Ａは、金属配線１０４Ａを介して、半導体装置１０が有するデバイスの上面の電極に接続される。取り出し電極１０５Ｂは、金属配線１０４Ｂを介して、半導体装置１０が有するデバイスの上面の電極に接続される。

【0055】

図６Ｂに図示する電子部品１００Ｂの断面模式図では、筐体１０６内に半導体装置１０、金属配線１０４Ａ、取り出し電極１０５Ａ、１０５Ｂおよび樹脂層１０３を有する。半導体装置１０は、筐体１０６内で基板１０１に接着層１０２で固定されている。なお図６Ｂで図示する半導体装置１０は、図５Ａ、図５Ｂで図示したデバイス１１の上面とシリコン基板１２側で取り出し電極に接続される構成である。

【0056】

半導体装置１０は、筐体１０６内で樹脂層１０３に覆われる。取り出し電極１０５Ａは、金属配線１０４Ａを介して、半導体装置１０が有するデバイスの上面の電極に接続される。取り出し電極１０５Ｂは、半導体装置１０が有するシリコン基板に直接接続される。

【0057】

図６Ｃに図示する電子部品１００Ｃの断面模式図では、筐体１０６内に半導体装置１０、金属配線１０４Ａ、取り出し電極１０５Ａ、１０５Ｂおよび樹脂層１０３を有する。半導体装置１０は、筐体１０６内で基板１０１に取り出し電極１０５Ｂを介して接着層１０２で固定されている。なお図６Ｃで図示する半導体装置１０は、図５Ａ、図５Ｂで図示したデバイス１１の上面とシリコン基板１２側で取り出し電極に接続される構成である。

【0058】

半導体装置１０は、筐体１０６内で樹脂層１０３に覆われる。取り出し電極１０５Ａは、金属配線１０４Ａを介して、半導体装置１０が有するデバイスの上面の電極に接続される。取り出し電極１０５Ｂは、半導体装置１０が有するシリコン基板に直接接続される。

【0059】

なお図６Ａ乃至図６Ｃに図示する電子部品１００Ａ乃至１００Ｃは、ヒートシンクと接続される構成とすることができる。図７には、基板１０１側にヒートシンク１０７が設けられた電子部品１００Ｄを図示している。当該構成とすることで、シリコン基板１２側からの放熱性を高めることができる。

【0060】

次いで図８Ａ乃至図８Ｄでは、図２Ａで説明したデバイス１１の上面図の変形例について説明する。

【0061】

図８Ａに示すデバイス１１Ａでは、図２Ａと同様に、導電体２１Ａ、２１Ｂと、導電体２２Ａ、２２Ｂと、トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄが設けられるＸ字状の領域２３Ｒを図示している。図８Ａに示すデバイス１１Ａでは、トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインに接続される導電体２２Ａ、２２Ｂと重なる領域にシリコン基板１２に達する開口部２４Ａ、２４Ｂでシリコン基板１２とトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインとを接続する構成を図示している。

【0062】

図８Ｂに示すデバイス１１Ｂでは、導電体２１Ａ、２１Ｂと、導電体２２Ａ、２２Ｂと、領域２３Ｒを図示している。図８Ｂに示すデバイス１１Ｂでは、トランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのソースに接続される導電体２１Ａ、２１Ｂと重なるシリコン基板１２の領域５１Ａ、５１Ｂにシリコン基板１２に設けられるトランジスタを備えることができる構成である。当該構成とすることで、自己発熱するドレインの熱が放熱される開口部２４Ａ、２４Ｂとは離れた位置にロジック回路を構成することができる。

【0063】

図８Ｃに示すデバイス１１Ｃでは、導電体２１Ａ、２１Ｂと、導電体２２Ａ、２２Ｂと、領域２３Ｒを図示している。図８Ｃに示すデバイス１１Ｃでは、領域２３Ｒと重なる領域にシリコン基板１２に達する開口部２４Ｃ、２４Ｄでシリコン基板１２とトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄのドレインとを接続する構成を図示している。当該構成とすることで、ドレインの発熱を放熱するとともに、トランジスタの熱を均一化してトランジスタ特性を安定化することができる。また導電体による配線をシリコン基板１２まで引き回す構成と比べて、配線の抵抗を下げるといった効果、あるいは短い経路での放熱ができるといった効果もある。

【0064】

また図８Ｄのデバイス１１Ｄに図示するように、図８Ａで図示したデバイス１１Ａの構成と図８Ｃで図示したデバイス１１Ｃの構成と、を組み合わせた構成とすることもできる。

【0065】

図９Ａ乃至図９Ｄでは、上記説明した半導体装置および電子部品の動作例および応用例について示す。

【0066】

図９Ａは、半導体装置２０が有するトランジスタ２３のゲートに電圧ＶＧ、バックゲートに電圧ＶＢＧを与えた際にソース（Ｓ）とドレイン（Ｄ）との間に電流ＩＤが流れる様子を図示している。

【0067】

図９Ｂは、図９Ａに図示するトランジスタ２３の電流－電圧特性を表すグラフの模式図である。バックゲート電圧を電圧ＶＢＧ＿Ａ、ＶＢＧ＿Ｂ（＜ＶＢＧ＿Ａ）で切り替えることで電気特性の異なる状態を切り替えることができる。例えばバックゲート電圧を電圧ＶＢＧ＿Ａとしてトランジスタ２３がオン時にソース（Ｓ）とドレイン（Ｄ）との間を流れる電流量を増加させる状態と、バックゲート電圧を電圧ＶＢＧ＿Ｂとしてトランジスタ２３がオフ時にソース（Ｓ）とドレイン（Ｄ）との間を流れる電流量を極めて低い状態と、を切り替えることができる。

【0068】

パワートランジスタとして機能する半導体装置１０のトランジスタ２３をＯＳトランジスタで構成することで、図９Ｃに図示する電池６１を備えた蓄電装置１９９のように電池保護回路６０内に半導体装置１０を備えた構成とすることも可能である。

【0069】

以上説明したように本発明の一態様の半導体装置の構成では、シリコン基板と、ＯＳトランジスタとが積層して設けられており、トランジスタのドレイン側で生じる発熱を開口部を介してシリコン基板側に放熱する構成とすることができる。つまり、シリコン基板をヒートシンクとして機能させることができる。そのため、発熱に伴うトランジスタの電気特性の変動、あるいは素子劣化を抑制し、信頼性に優れた半導体装置とすることができる。

【0070】

（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置の断面構成例について、図面を用いて説明する。

【0071】

図１０に示す半導体装置は、シリコン基板１２上にデバイス１１が有するトランジスタ２３が設けられている。また図１０に示す半導体装置では、トランジスタ２３のソースに接続される導電体２１、ドレインに接続される導電体２２を図示している。また図１０に示す半導体装置では、導電体２２からシリコン基板１２に達する開口部２４を図示しており、当該開口部２４は、実施の形態１で説明した開口部２４Ａ、２４Ｂに相当する。図１１Ａはトランジスタ２３のチャネル長方向の断面図であり、図１１Ｂはトランジスタ２３のチャネル幅方向の断面図である。

【0072】

トランジスタ２３は、実施の形態１で説明したトランジスタ２３Ａ乃至２３Ｄに相当するＯＳトランジスタである。トランジスタ２３は、オフ電流が小さい。このため、半導体装置を備えた電子装置の消費電力を低減することができる。

【0073】

シリコン基板１２は、熱伝導性を高めるためにホウ素等が導入されることで、ｐ型の導電性が付与された基板である。ｐ型の導電性を付与したシリコン基板とすることで、ｎ型の導電性を付与したシリコン基板あるいは導電性を付与していないシリコン基板と比べて、熱伝導性を向上させることができる。なおリコン基板は、ヒ素、リン等のｎ型の導電性が付与された基板でもよい。なおシリコン基板１２には、ｐチャネル型、あるいはｎチャネル型のトランジスタを備える構成としてもよい。

【0074】

シリコン基板１２上には、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６が順に積層して設けられている。

【0075】

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、窒化アルミニウム等を用いればよい。

【0076】

なお、本明細書等において、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、本明細書等において、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。

【0077】

絶縁体３２２は、その下方に設けられるシリコン基板１２等の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。

【0078】

また、絶縁体３２４には、シリコン基板１２等から、トランジスタ２３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。

【0079】

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２３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２３と、シリコン基板１２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。

【0080】

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

【0081】

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。

【0082】

また、絶縁体３２０、絶縁体３２２、絶縁体３２４、及び絶縁体３２６には、シリコン基板１２とトランジスタ２３とを接続する導電体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、プラグ又は配線としての機能を有する。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。

【0083】

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、又は金属酸化物材料等の導電性材料を、単層又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等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。又は、アルミニウムや銅等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。

【0084】

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１０において、絶縁体３５０、絶縁体３５２、及び絶縁体３５４が順に積層して設けられている。また、絶縁体３５０、絶縁体３５２、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、シリコン基板１２とトランジスタ２３とを接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。なお導電体３５６は、導電体３２８、又は導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0085】

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に設けられる開口部に、水素に対するバリア性を有する導電体が形成される。当該構成により、シリコン基板１２とトランジスタ２３とは、バリア層により分離することができ、シリコン基板１２からトランジスタ２３への水素の拡散を抑制することができる。

【0086】

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、シリコン基板１２からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体３５０と接する構造であることが好ましい。

【0087】

絶縁体３５４上には絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６が、順に積層して設けられている。絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、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。

【0088】

例えば、絶縁体５１０及び絶縁体５１４には、シリコン基板１２等からトランジスタ２３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好ましい。

【0089】

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２３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、シリコン基板１２とトランジスタ２３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である。

【0090】

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、酸化タンタル等の金属酸化物を用いることが好ましい。

【0091】

特に、酸化アルミニウムは、酸素と、トランジスタの電気特性の変動要因となる水素、水分等の不純物と、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分等の不純物のトランジスタ２３への混入を防止することができる。また、トランジスタ２３を構成する金属酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ２３に対する保護膜として用いることに適している。

【0092】

また、例えば、絶縁体５１２、及び絶縁体５１６には、絶縁体３２０と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１２、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等を用いることができる。

【0093】

また、絶縁体５１０、絶縁体５１２、絶縁体５１４、及び絶縁体５１６には、導電体５１８、及びトランジスタ２３を構成する導電体（例えば、導電体５０３）等が埋め込まれている。なお、導電体５１８は、シリコン基板１２とトランジスタ２３とを接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５１８は、導電体３２８、又は導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0094】

特に、絶縁体５１０、及び絶縁体５１４と接する領域の導電体５１８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、シリコン基板１２とトランジスタ２３とは、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、シリコン基板１２からトランジスタ２３への水素の拡散を抑制することができる。

【0095】

絶縁体５１６の上方には、トランジスタ２３が設けられている。

【0096】

図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、トランジスタ２３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５２０と、絶縁体５２０の上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、絶縁体５２４の上に配置された酸化物５３０ａと、酸化物５３０ａの上に配置された酸化物５３０ｂと、酸化物５３０ｂ上に互いに離れて配置された導電体５４２ａ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酸化物５３０ｃと、酸化物５３０ｃの形成面に配置された絶縁体５５０と、絶縁体５５０の形成面に配置された導電体５６０と、を有する。

【0097】

また、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂと、絶縁体５８０との間に絶縁体５４４を配置することが好ましい。また、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、導電体５６０は、絶縁体５５０の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。また、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、絶縁体５８０、導電体５６０、及び絶縁体５５０の上に絶縁体５７４が配置されることが好ましい。

【0098】

なお、以下において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃをまとめて酸化物５３０という場合がある。

【0099】

なお、トランジスタ２３では、チャネルが形成される領域と、その近傍において、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの３層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物５３０ｂの単層、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ａの２層構造、酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃの２層構造、又は４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ２３では、導電体５６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０が単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂに示すトランジスタ２３は一例であり、その構造に限定されず、回路構成や駆動方法に応じて適切なトランジスタを用いればよい。

【0100】

ここで、導電体５６０は、トランジスタ２３のゲート電極として機能し、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のように、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、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２３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２３の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、半導体装置の微細化、高集積化を図ることができる。

【0101】

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又は導電体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。よって、トランジスタ２３のスイッチング速度が向上し、高い周波数特性を有することができる。

【0102】

導電体５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能する場合がある。また、導電体５０３は、第２のゲート（ボトムゲートともいう）電極として機能する場合がある。その場合、導電体５０３に印加する電位を、導電体５６０に印加する電位と連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ２３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２３のしきい値電圧を０Ｖより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電体５０３に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。

【0103】

導電体５０３は、酸化物５３０、及び導電体５６０と重なる領域を有するように配置する。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、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。本明細書等において、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造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造という。

【0104】

また、導電体５０３は、導電体５１８と同様の構成であり、絶縁体５１４及び絶縁体５１６の開口の内壁に接して導電体５０３ａが形成され、さらに内側に導電体５０３ｂが形成されている。なお、トランジスタ２３では、導電体５０３ａ及び導電体５０３ｂを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体５０３は、単層、又は３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。

【0105】

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

【0106】

例えば、導電体５０３ａが酸素の拡散を抑制する機能を有することにより、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。

【0107】

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、又はアルミニウムを主成分とする、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。その場合、導電体５０３ａは、必ずしも設けなくともよい。なお、導電体５０３ｂを単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。

【0108】

絶縁体５２０、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。

【0109】

ここで、酸化物５３０と接する絶縁体５２４は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む絶縁体を用いることが好ましい。つまり、絶縁体５２４には、過剰酸素領域が形成されていることが好ましい。このような過剰酸素を含む絶縁体を酸化物５３０に接して設けることにより、酸化物５３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ２３の信頼性を向上させることができる。

【0110】

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、又は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、又は１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。

【0111】

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、又はＲＦ処理のいずれか一又は複数の処理を行ってもよい。当該処理を行うことで、酸化物５３０中の水、又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→Ｖ_Ｏ＋Ｈ」という反応が起きることにより、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、又は酸化物５３０近傍の絶縁体から除去される場合がある。また、水素の一部は、導電体５４２に拡散又は捕獲（ゲッタリングともいう）される場合がある。

【0112】

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、又は、基板側にＲＦを印加する電源を有する装置を用いると好適である。例えば、酸素を含むガスを用い、且つ高密度プラズマを用いることより、高密度の酸素ラジカルを生成することができる。また、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、又は酸化物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、例えば酸素及びアルゴンを用い、酸素流量比（Ｏ_２／（Ｏ_２＋Ａｒ））は５０％以下、好ましくは１０％以上３０％以下とするとよい。

【0113】

また、トランジスタ２３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、又は酸化性ガスを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。又は、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、又は１０％以上含む雰囲気で行ってもよい。又は、酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１％以上、又は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よい。

【0114】

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「Ｖ_Ｏ＋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中に残存した水素と、酸化物５３０に供給された酸素と、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。

【0115】

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、酸素分子等）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。

【0116】

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が有する酸素が絶縁体５２０側へ拡散することがなく、好ましい。また、導電体５０３が、絶縁体５２４や酸化物５３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。

【0117】

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）、又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ_３（ＢＳＴ）等のいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁体を単層又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、リーク電流等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。

【0118】

特に、不純物、及び酸素等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、ハフニウムの一方又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、ハフニウムの一方又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、又は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）等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２３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。

【0119】

又は、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。又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、又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。

【0120】

また、絶縁体５２０は、熱的に安定していることが好ましい。例えば、酸化シリコン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、又は酸化窒化シリコンと組み合わせることで、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造の絶縁体５２０を得ることができる。

【0121】

なお、図１１Ａ、図１１Ｂのトランジスタ２３では、３層の積層構造からなる第２のゲート絶縁膜として、絶縁体５２０、絶縁体５２２、及び絶縁体５２４が図示されているが、第２のゲート絶縁膜は、単層、２層、又は４層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。

【0122】

トランジスタ２３は、チャネル形成領域を含む酸化物５３０に、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。例えば、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、酸化物５３０として適用できるＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物は、ＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｃ－Ａｘｌｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ＣＡＣ－ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）であることが好ましい。また、酸化物５３０として、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。ＣＡＡＣ－ＯＳ及びＣＡＣ－ＯＳについては後述する。なお、トランジスタ２３のオン電流を高めたい場合においては、酸化物５３０にＩｎ－Ｚｎ酸化物を用いると好適である。酸化物５３０にＩｎ－Ｚｎ酸化物を用いる場合、例えば、酸化物５３０ａにＩｎ－Ｚｎ酸化物を用い、酸化物５３０ｂおよび酸化物５３０ｃにＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用いる積層構造、または、酸化物５３０ａにＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を用い、酸化物５３０ｂおよび酸化物５３０ｃのいずれか一方にＩｎ－Ｚｎ酸化物を用いる積層構造などが挙げられる。

【0123】

また、トランジスタ２３には、キャリア濃度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア濃度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性又は実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。

【0124】

特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。また、酸化物５３０中の酸素欠損に水素が入った場合、酸素欠損と水素とが結合しＶ_ＯＨを形成する場合がある。Ｖ_ＯＨ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。したがって、水素が多く含まれている金属酸化物を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。また、金属酸化物中の水素は、熱、電界等のストレスによって動きやすいため、金属酸化物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、高純度真性又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が十分低減された金属酸化物を得るには、金属酸化物中の水分、水素等の不純物を除去すること（脱水、脱水素化処理と記載する場合がある。）と、金属酸化物に酸素を供給して酸素欠損を補填すること（加酸素化処理と記載する場合がある。）が重要である。Ｖ_ＯＨ等の不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

【0125】

酸素欠損に水素が入った欠陥は、金属酸化物のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、金属酸化物においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、金属酸化物のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。

【0126】

よって、金属酸化物を酸化物５３０に用いる場合、金属酸化物中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、金属酸化物において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／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未満とする。水素等の不純物が十分に低減された金属酸化物をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

【0127】

また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以下であることが好ましく、１×１０^１７ｃｍ^－３未満であることがより好ましく、１×１０^１６ｃｍ^－３未満であることがさらに好ましく、１×１０^１３ｃｍ^－３未満であることがさらに好ましく、１×１０^１２ｃｍ^－３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域の金属酸化物のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０^－９ｃｍ^－３とすることができる。

【0128】

また、酸化物５３０に金属酸化物を用いる場合、導電体５４２（導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂ）と酸化物５３０とが接することで、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散し、導電体５４２が酸化する場合がある。導電体５４２が酸化することで、導電体５４２の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２へ拡散することを、導電体５４２が酸化物５３０中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。

【0129】

また、酸化物５３０中の酸素が導電体５４２（導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂ）へ拡散することで、導電体５４２ａと酸化物５３０ｂとの間、及び導電体５４２ｂと酸化物５３０ｂとの間に異層が形成される場合がある。当該異層は、導電体５４２よりも酸素を多く含むため、当該異層は絶縁性を有すると推定される。このとき、導電体５４２と、当該異層と、酸化物５３０ｂとの３層構造は、金属－絶縁体－半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造という、又はＭＩＳ構造を主としたダイオード接合構造という場合がある。

【0130】

なお、上記異層は、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間に形成されることに限られない。例えば、異層が、導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合がある。又は、導電体５４２と酸化物５３０ｂとの間、及び導電体５４２と酸化物５３０ｃとの間に形成される場合がある。

【0131】

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

【0132】

酸化物５３０は、酸化物５３０ｂ下に酸化物５３０ａを有することで、酸化物５３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへ不純物が拡散することを抑制することができる。また、酸化物５３０ｂ上に酸化物５３０ｃを有することで、酸化物５３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物５３０ｂへ不純物が拡散することを抑制することができる。

【0133】

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造を有することが好ましい。具体的には、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、構成元素中の元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、構成元素中の元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物５３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物５３０ｃは、酸化物５３０ａ又は酸化物５３０ｂに用いることができる金属酸化物を用いることができる。

【0134】

具体的には、酸化物５３０ａとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、または１：１：０．５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物５３０ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、または１：１：１［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物５３０ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物５３０ｃを積層構造とする場合の具体例としては、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］との積層構造、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造、Ｇａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］と、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造、酸化ガリウムと、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］との積層構造などが挙げられる。

【0135】

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

【0136】

ここで、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物５３０ａ、酸化物５３０ｂ、及び酸化物５３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化又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、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。

【0137】

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

【0138】

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、及び酸化物５３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物５３０ａと酸化物５３０ｂとの界面、及び酸化物５３０ｂと酸化物５３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ２３は高いオン電流を得られる。

【0139】

なお、酸化物５３０に用いることができる半導体材料は、上述の金属酸化物に限られない。酸化物５３０として、バンドギャップを有する半導体材料（ゼロギャップ半導体ではない半導体材料）を用いてもよい。例えば、シリコンなどの単体元素の半導体、ヒ化ガリウムなどの化合物半導体、半導体として機能する層状物質（原子層物質、２次元材料などともいう。）などを半導体材料に用いることが好ましい。特に、半導体として機能する層状物質を半導体材料に用いると好適である。

【0140】

ここで、本明細書等において、層状物質とは、層状の結晶構造を有する材料群の総称である。層状の結晶構造は、共有結合やイオン結合によって形成される層が、ファンデルワールス力のような、共有結合やイオン結合よりも弱い結合を介して積層している構造である。層状物質は、単位層内における電気伝導性が高く、つまり、２次元電気伝導性が高い。半導体として機能し、かつ、２次元電気伝導性の高い材料をチャネル形成領域に用いることで、オン電流の大きいトランジスタを提供することができる。

【0141】

層状物質として、グラフェン、シリセン、カルコゲン化物などがある。カルコゲン化物は、カルコゲンを含む化合物である。また、カルコゲンは、第１６族に属する元素の総称であり、酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム、リバモリウムが含まれる。また、カルコゲン化物として、遷移金属カルコゲナイド、１３族カルコゲナイドなどが挙げられる。

【0142】

酸化物５３０として、例えば、半導体として機能する遷移金属カルコゲナイドを用いることが好ましい。酸化物５３０として適用可能な遷移金属カルコゲナイドとして、具体的には、硫化モリブデン（代表的にはＭｏＳ_２）、セレン化モリブデン（代表的にはＭｏＳｅ_２）、モリブデンテルル（代表的にはＭｏＴｅ_２）、硫化タングステン（代表的にはＷＳ_２）、セレン化タングステン（代表的にはＷＳｅ_２）、タングステンテルル（代表的にはＷＴｅ_２）、硫化ハフニウム（代表的にはＨｆＳ_２）、セレン化ハフニウム（代表的にはＨｆＳｅ_２）、硫化ジルコニウム（代表的にはＺｒＳ_２）、セレン化ジルコニウム（代表的にはＺｒＳｅ_２）などが挙げられる。

【0143】

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、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物等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、又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、窒化タンタル等の金属窒化物膜は、水素又は酸素に対するバリア性があるため好ましい。

【0144】

また、図１１Ａ、図１１Ｂでは、導電体５４２ａ、及び導電体５４２ｂを単層構造として示したが、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、窒化タンタル膜とタングステン膜を積層するとよい。また、チタン膜とアルミニウム膜を積層してもよい。また、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅－マグネシウム－アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造としてもよい。

【0145】

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

【0146】

また、図１１Ａに示すように、酸化物５３０の、導電体５４２ａ（導電体５４２ｂ）との界面とその近傍には、低抵抗領域として領域５４３ａ、及び領域５４３ｂが形成される場合がある。このとき、領域５４３ａはソース領域又はドレイン領域の一方として機能し、領域５４３ｂはソース領域又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。

【0147】

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

【0148】

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。

【0149】

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、マグネシウム等から選ばれた一種、又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、窒化酸化シリコン又は窒化シリコン等も用いることができる。

【0150】

特に、絶縁体５４４として、アルミニウム、又はハフニウムの一方又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、又は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）等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、又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。

【0151】

絶縁体５４４を有することで、絶縁体５８０に含まれる水、及び水素等の不純物が、酸化物５３０ｃ及び絶縁体５５０を介して酸化物５３０ｂに拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０が有する過剰酸素により、導電体５６０が酸化することを抑制することができる。

【0152】

絶縁体５５０は、第１のゲート絶縁膜として機能する。絶縁体５５０は、酸化物５３０ｃの内側（上面、及び側面）と接するように配置することが好ましい。絶縁体５５０は、上述した絶縁体５２４と同様に、過剰に酸素を含み、かつ加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成することが好ましい。

【0153】

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。

【0154】

加熱により酸素が放出される絶縁体を、絶縁体５５０として酸化物５３０ｃの上面に接して設けることにより、酸化物５３０ｃを通じて、絶縁体５５０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５５０中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが好ましい。

【0155】

また、絶縁体５５０が有する過剰酸素を効率的に酸化物５３０へ供給するために、絶縁体５５０と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５５０から導電体５６０への酸素拡散を抑制する機能を有することが好ましい。酸素の拡散を抑制する機能を有する金属酸化物を設けることで、絶縁体５５０から導電体５６０への過剰酸素の拡散が抑制される。つまり、酸化物５３０へ供給する過剰酸素量の減少を抑制することができる。また、過剰酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。当該金属酸化物としては、絶縁体５４４に用いることができる材料を用いればよい。

【0156】

なお、絶縁体５５０は、第２のゲート絶縁膜と同様に、積層構造としてもよい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁膜の薄膜化により、リーク電流等の問題が生じる場合がある。このため、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体を、ｈｉｇｈ－ｋ材料と、熱的に安定している材料との積層構造とすることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位を低減することが可能となる。また、熱的に安定かつ比誘電率の高い積層構造とすることができる。

【0157】

第１のゲート電極として機能する導電体５６０は、図１１Ａ、図１１Ｂでは２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。

【0158】

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等）、銅原子等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。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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有することで、絶縁体５５０に含まれる酸素により導電体５６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。また、導電体５６０ａとして、酸化物５３０に適用できる酸化物半導体を用いることができる。その場合、導電体５６０ｂをスパッタリング法で成膜することで、導電体５６０ａの電気抵抗値を低下させて導電体にすることができる。これをＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）電極ということができる。

【0159】

また、導電体５６０ｂは、タングステン、銅、又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、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体５６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。

【0160】

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、又は樹脂等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、及び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。

【0161】

絶縁体５８０は、過剰酸素領域を有することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁体５８０を、酸化物５３０ｃと接する領域を有するように設けることで、絶縁体５８０中の酸素を、酸化物５３０ｃを通じて、酸化物５３０ａ及び酸化物５３０ｂへと効率良く供給することができる。なお、絶縁体５８０中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。

【0162】

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。

【0163】

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導電体５６０を形成することができる。

【0164】

絶縁体５７４は、絶縁体５８０の上面、導電体５６０の上面、及び絶縁体５５０の上面に接して設けられることが好ましい。絶縁体５７４をスパッタリング法で成膜することで、絶縁体５５０、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。

【0165】

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、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又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。

【0166】

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、水素等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。

【0167】

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等と同様に、膜中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。

【0168】

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。導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂは、後述する導電体５４６、及び導電体５４８と同様の構成である。

【0169】

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

【0170】

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、水分等の不純物、の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高い。したがって、酸化アルミニウムは、トランジスタの作製工程中及び作製後において、水素、水分等の不純物のトランジスタ２３への混入を防止することができる。また、トランジスタ２３を構成する酸化物からの酸素の放出を抑制することができる。そのため、トランジスタ２３に対する保護膜として用いることに適している。

【0171】

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

【0172】

また、絶縁体５２０、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、絶縁体５８１、絶縁体５８２、及び絶縁体５８６には、導電体５４６、及び導電体５４８等が埋め込まれている。

【0173】

導電体５４６、及び導電体５４８は、シリコン基板１２とトランジスタ２３とを接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。導電体５４６、及び導電体５４８は、導電体３２８、又は導電体３３０と同様の材料を用いて設けることができる。

【0174】

なお、トランジスタ２３の形成後、トランジスタ２３を囲むように開口を形成し、当該開口を覆うように、水素、又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２３を包み込むことで、外部から水分、及び水素が侵入することを防止することができる。又は、複数のトランジスタ２３をまとめて、水素、又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２３を囲むように開口を形成する場合、例えば、絶縁体５１４又は絶縁体５２２に達する開口を形成し、絶縁体５１４又は絶縁体５２２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２３の作製工程の一部を兼ねられるため好適である。なお、水素、又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と同様の材料を用いればよい。

【0175】

続いて、導電体２２、及び導電体２１が設けられる。導電体２２、及び導電体２１は、シリコン基板１２とトランジスタ２３とを接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。

【0176】

導電体２１、及び導電体２２には、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素を含む金属膜、又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。又は、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等の導電性材料を適用することもできる。

【0177】

図１０では、導電体２１、及び導電体２２は単層構造を示したが、当該構成に限定されず、２層以上の積層構造でもよい。例えば、バリア性を有する導電体と導電性が高い導電体との間に、バリア性を有する導電体、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。

【0178】

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

【0179】

図１２Ａ、図１２Ｂは、図１１Ａ、図１１Ｂに示すトランジスタ２３の変形例である。図１２Ａはトランジスタ２３のチャネル長方向の断面図であり、図１２Ｂはトランジスタ２３のチャネル幅方向の断面図である。なお、図１２Ａ、図１２Ｂに示す構成は、トランジスタ２３等、本発明の一態様の半導体装置が有する他のトランジスタにも適用することができる。

【0180】

図１２Ａ、図１２Ｂに示すトランジスタ２３は、絶縁体４０２及び絶縁体４０４を有する点で、図１１Ａ、図１１Ｂに示すトランジスタ２３と異なる。また、導電体５４０ａの側面に接して絶縁体５５２が設けられ、導電体５４０ｂの側面に接して絶縁体５５２が設けられる点が、図１１Ａ、図１１Ｂに示すトランジスタ２３と異なる。さらに、絶縁体５２０を有さない点が、図１１Ａ、図１１Ｂに示すトランジスタ２３と異なる。

【0181】

図１２Ａ、図１２Ｂに示すトランジスタ２３は、絶縁体５１２上に絶縁体４０２が設けられる。また、絶縁体５７４上、及び絶縁体４０２上に絶縁体４０４が設けられる。

【0182】

図１２Ａ、図１２Ｂに示すトランジスタ２３では、絶縁体５１４、絶縁体５１６、絶縁体５２２、絶縁体５２４、絶縁体５４４、絶縁体５８０、及び絶縁体５７４がパターニングされており、絶縁体４０４がこれらを覆う構造になっている。つまり、絶縁体４０４は、絶縁体５７４の上面、絶縁体５７４の側面、絶縁体５８０の側面、絶縁体５４４の側面、絶縁体５２４の側面、絶縁体５２２の側面、絶縁体５１６の側面、絶縁体５１４の側面、絶縁体４０２の上面とそれぞれ接する。これにより、酸化物５３０等は、絶縁体４０４と絶縁体４０２によって外部から隔離される。

【0183】

絶縁体４０２及び絶縁体４０４は、水素（例えば、水素原子、水素分子などの少なくとも一）又は水分子の拡散を抑制する機能が高いことが好ましい。例えば、絶縁体４０２及び絶縁体４０４として、水素バリア性が高い材料である、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを用いることが好ましい。これにより、酸化物５３０に水素等が拡散することを抑制することができるので、トランジスタ２３の特性が低下することを抑制することができる。よって、本発明の一態様の半導体装置の信頼性を高めることができる。

【0184】

絶縁体５５２は、絶縁体５８１、絶縁体４０４、絶縁体５７４、絶縁体５８０、及び絶縁体５４４に接して設けられる。絶縁体５５２は、水素又は水分子の拡散を抑制する機能を有するが好ましい。たとえば、絶縁体５５２として、水素バリア性が高い材料である、窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は窒化酸化シリコン等の絶縁体を用いることが好ましい。特に、窒化シリコンは水素バリア性が高い材料であるので、絶縁体５５２として用いると好適である。絶縁体５５２として水素バリア性が高い材料を用いることにより、水又は水素等の不純物が、絶縁体５８０等から導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂを通じて酸化物５３０に拡散することを抑制することができる。また、絶縁体５８０に含まれる酸素が導電体５４０ａ及び導電体５４０ｂに吸収されることを抑制することができる。以上により、本発明の一態様の半導体装置の信頼性を高めることができる。

【0185】

図１３Ａ、図１３Ｂは、図１２Ａ、図１２Ｂに示すトランジスタの変形例である。図１３Ａはトランジスタのチャネル長方向の断面図であり、図１３Ｂはトランジスタのチャネル幅方向の断面図である。図１３Ａ、図１３Ｂに示すトランジスタは、酸化物５３０ｃが酸化物５３０ｃ１及び酸化物５３０ｃ２の２層構造である点が、図１２Ａ、図１２Ｂに示すトランジスタと異なる。

【0186】

酸化物５３０ｃ１は、絶縁体５２４の上面、酸化物５３０ａの側面、酸化物５３０ｂの上面及び側面、導電体５４２ａ及び導電体５４２ｂの側面、絶縁体５４４の側面、及び絶縁体５８０の側面と接する。酸化物５３０ｃ２は、絶縁体５５０と接する。

【0187】

酸化物５３０ｃ１として、例えばＩｎ－Ｚｎ酸化物を用いることができる。また、酸化物５３０ｃ２として、酸化物５３０ｃが１層構造である場合に酸化物５３０ｃに用いることができる材料と同様の材料を用いることができる。例えば、酸化物５３０ｃ２として、ｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］の金属酸化物を用いることができる。

【0188】

酸化物５３０ｃを酸化物５３０ｃ１及び酸化物５３０ｃ２の２層構造とすることにより、酸化物５３０ｃを１層構造とする場合より、トランジスタのオン電流を高めることができる。よって、トランジスタを、例えばパワーＭＯＳトランジスタとすることができる。なお、図１１Ａ、図１１Ｂに示すトランジスタが有する酸化物５３０ｃも、酸化物５３０ｃ１と酸化物５３０ｃ２の２層構造とすることができる。

【0189】

図１３Ａ、図１３Ｂに示すトランジスタは、例えばトランジスタ２３に適用することで、トランジスタ２３のオン電流を高めることができる。

【0190】

本実施の形態は、他の実施の形態等に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0191】

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる金属酸化物であるＣＡＣ－ＯＳ、及びＣＡＡＣ－ＯＳの構成について説明する。なお、本明細書等において、ＣＡＣは機能、又は材料の構成の一例を表し、ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表す。

【0192】

＜金属酸化物の構成＞
ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（又はホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能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。

【0193】

また、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。

【0194】

また、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。

【0195】

また、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。

【0196】

すなわち、ＣＡＣ－ＯＳ又はＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、又は金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。

【0197】

＜金属酸化物の構造＞
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、ＣＡＡＣ－ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）及び非晶質酸化物半導体等がある。

【0198】

ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ－ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。

【0199】

ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形、及び七角形等の格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう）を確認することはできない。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、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化すること等によって、歪みを許容することができるためと考えられる。

【0200】

また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウム、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、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り、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。

【0201】

ＣＡＡＣ－ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。一方、ＣＡＡＣ－ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成等によって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損等）の少ない酸化物半導体ともいえる。したがって、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。

【0202】

ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。

【0203】

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。

【0204】

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、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。

【0205】

＜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。

【0206】

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。

【0207】

また、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。酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、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。

【0208】

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。

【0209】

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。

【0210】

したがって、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。

【0211】

＜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。

【0212】

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、酸化物半導体において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。

【0213】

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。したがって、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、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低減することが好ましい。具体的には、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。

【0214】

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。したがって、該酸化物半導体において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物半導体中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、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以下とする。

【0215】

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。したがって、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未満とする。

【0216】

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。

【0217】

本実施の形態は、他の実施の形態等に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0218】

（実施の形態４）
本実施の形態は、上記実施の形態に示す半導体装置などが組み込まれた電子機器の例について図１４を用いて説明を行う。

【0219】

ロボット７１００は、照度センサ、マイクロフォン、カメラ、スピーカ、ディスプレイ、各種センサ（赤外線センサ、超音波センサ、加速度センサ、ピエゾセンサ、光センサ、ジャイロセンサなど）、および移動機構などを備える。電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、これら周辺機器を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。

【0220】

マイクロフォンは、使用者の音声および環境音などの音響信号を検知する機能を有する。また、スピーカは、音声および警告音などのオーディオ信号を発する機能を有する。ロボット７１００は、マイクロフォンを介して入力されたオーディオ信号を解析し、必要なオーディオ信号をスピーカから発することができる。ロボット７１００において、は、マイクロフォン、およびスピーカを用いて、使用者とコミュニケーションをとることが可能である。

【0221】

カメラは、ロボット７１００の周囲を撮像する機能を有する。また、ロボット７１００は、移動機構を用いて移動する機能を有する。ロボット７１００は、カメラを用いて周囲の画像を撮像し、画像を解析して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。

【0222】

飛行体７１２０は、プロペラ、カメラ、およびバッテリなどを有し、自律して飛行する機能を有する。電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、これら周辺機器を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。

【0223】

掃除ロボット７１４０は、上面に配置されたディスプレイ、側面に配置された複数のカメラ、ブラシ、操作ボタン、各種センサなどを有する。電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、これら周辺機器を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。図示されていないが、掃除ロボット７１４０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７１４０は自走し、ゴミを検知し、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。

【0224】

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。電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、これら周辺機器を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。

【0225】

電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、ＴＶ装置７２００（テレビジョン受像装置）、スマートフォン７２１０、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）７２２０、７２３０、ゲーム機７２４０、ゲーム機７２６０等に組み込むことができる。

【0226】

例えば、ＴＶ装置７２００に内蔵された電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、ＴＶ装置７２００を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。

【0227】

スマートフォン７２１０は、携帯情報端末の一例である。スマートフォン７２１０は、マイクロフォン、カメラ、スピーカ、各種センサ、および表示部を有する。電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、これら周辺機器を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。

【0228】

ＰＣ７２２０、ＰＣ７２３０はそれぞれノート型ＰＣ、据え置き型ＰＣの例である。ＰＣ７２３０には、キーボード７２３２、およびモニタ装置７２３３が無線または有線により接続可能である。ゲーム機７２４０は携帯型ゲーム機の例である。ゲーム機７２６０は据え置き型ゲーム機の例である。ゲーム機７２６０には、無線または有線でコントローラ７２６２が接続されている。電子部品１００Ａ又は１００Ｄは、各構成を駆動するための電源を制御するためのスイッチとして機能する。

【0229】

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

【0230】

（本明細書等の記載に関する付記）
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。

【0231】

各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態あるいは実施例に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。

【0232】

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

【0233】

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

【0234】

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

【0235】

また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

【0236】

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。

【0237】

また、図面等において図示する構成要素の位置関係は、相対的である。従って、図面を参照して構成要素を説明する場合、位置関係を示す「上に」、「下に」等の語句は便宜的に用いられる場合がある。構成要素の位置関係は、本明細書の記載内容に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

【0238】

本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの一方」（又は第１電極、又は第１端子）、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」（又は第２電極、又は第２端子）という表記を用いる。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース（ドレイン）端子や、ソース（ドレイン）電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。

【0239】

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。

【0240】

また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電圧（接地電圧）とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。

【0241】

また本明細書等において、ノードは、回路構成やデバイス構造等に応じて、端子、配線、電極、導電層、導電体、不純物領域等と言い換えることが可能である。また、端子、配線等をノードと言い換えることが可能である。

【0242】

本明細書等において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが電気的に接続されているものをいう。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で対象物（スイッチ、トランジスタ素子、またはダイオード等の素子、あるいは当該素子および配線を含む回路等を指す）が存在する場合にＡとＢとの電気信号の伝達が可能である接続をいう。なおＡとＢとが電気的に接続されている場合には、ＡとＢとが直接接続されている場合を含む。ここで、ＡとＢとが直接接続されているとは、上記対象物を介することなく、ＡとＢとの間で配線（または電極）等を介してＡとＢとの電気信号の伝達が可能である接続をいう。換言すれば、直接接続とは、等価回路で表した際に同じ回路図として見なせる接続をいう。

【0243】

本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。

【0244】

本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。

【0245】

本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。

【0246】

なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。

【符号の説明】

【0247】

１０：半導体装置、１０Ａ：半導体装置、１０Ｂ：半導体装置、１０Ｃ：半導体装置、１０Ｄ：半導体装置、１０Ｅ：半導体装置、１１：デバイス、１１Ａ：デバイス、１１Ｂ：デバイス、１１Ｃ：デバイス、１１Ｄ：デバイス、１２：シリコン基板、２０：半導体装置、２１Ａ：導電体、２１Ｂ：導電体、２２Ａ：導電体、２２Ｂ：導電体、２３：トランジスタ、２３Ａ：トランジスタ、２３Ｂ：トランジスタ、２３Ｂ＿１：トランジスタ、２３Ｂ＿２：トランジスタ、２３Ｃ：トランジスタ、２３Ｄ：トランジスタ、２３Ｒ：領域、２４Ａ：開口部、２４Ｂ：開口部、２５：トランジスタ、２５Ａ：酸化物層、２５Ｂ：酸化物層、２６：トランジスタ、２６Ａ：ゲート電極、２６Ｂ：ゲート電極、２６Ｂ＿１：導電体、２６Ｂ＿２：導電体、２７Ａ：領域、２７Ｂ：領域、２８：酸化物層、２９：導電体、３０：電極層、３１Ａ：導電体、３１Ｂ：導電体、５１Ａ：領域、５１Ｂ：領域、６０：電池保護回路、６１：電池、１００Ａ：電子部品、１００Ｂ：電子部品、１００Ｃ：電子部品、１００Ｄ：電子部品、１０１：基板、１０２：接着層、１０３：樹脂層、１０４Ａ：金属配線、１０４Ｂ：金属配線、１０５Ａ：電極、１０５Ｂ：電極、１０６：筐体、１０７：ヒートシンク、１９９：蓄電装置、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、４０２：絶縁体、４０４：絶縁体、５０３：導電体、５０３ａ：導電体、５０３ｂ：導電体、５１０：絶縁体、５１２：絶縁体、５１４：絶縁体、５１６：絶縁体、５１８：導電体、５２０：絶縁体、５２２：絶縁体、５２４：絶縁体、５３０：酸化物、５３０ａ：酸化物、５３０ｂ：酸化物、５３０ｃ：酸化物、５３０ｃ１：酸化物、５３０ｃ２：酸化物、５４０ａ：導電体、５４０ｂ：導電体、５４２：導電体、５４２ａ：導電体、５４２ｂ：導電体、５４３ａ：領域、５４３ｂ：領域、５４４：絶縁体、５４６：導電体、５４８：導電体、５５０：絶縁体、５５２：絶縁体、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、６１０：導電体、６１２：導電体、７１００：ロボット、７１２０：飛行体、７１４０：掃除ロボット、７１６０：自動車、７２００：ＴＶ装置、７２１０：スマートフォン、７２２０：ＰＣ、７２３０：ＰＣ、７２３２：キーボード、７２３３：モニタ装置、７２４０：ゲーム機、７２６０：ゲーム機、７２６２：コントローラ

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】

【図14】