TW201826531A - 半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種性能高且可靠性高的半導體裝置。本發明是一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；覆蓋第一電晶體的至少一部分的第一金屬氧化物；第一電晶體及第二電晶體上的絕緣膜；以及絕緣膜上的第二金屬氧化物。第一電晶體包括：第一閘極電極；第一閘極絕緣膜；第一氧化物；第一源極電極；第一汲極電極；第二閘極絕緣膜；以及第二閘極電極。第二電晶體包括：第三閘極電極；第三閘極絕緣膜；第二氧化物；第二源極電極；第二汲極電極；第四閘極絕緣膜；以及第四閘極電極。第一閘極絕緣膜及第二閘極絕緣膜與第一金屬氧化物接觸。
Description
本發明的一個實施方式係關於一種半導體裝置以及半導體裝置的驅動方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種電子裝置。
注意，本說明書等中的半導體裝置是指藉由利用半導體特性而能夠工作的所有裝置。顯示裝置(液晶顯示裝置、發光顯示裝置等)、投影裝置、照明設備、電光裝置、蓄電裝置、記憶體裝置、半導體電路、攝像裝置及電子裝置等有時包括半導體裝置。
注意，本發明的一個實施方式不侷限於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的一個實施方式係關於一種物體、方法或製造方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。
使用半導體薄膜構成電晶體的技術受到注目。該電晶體被廣泛地應用於積體電路(IC)、影像顯示裝置(簡單地記載為顯示裝置)等電子裝置。作為可以應用於電晶體的半導體薄膜，矽類半導體材料被廣泛地周知。但是，作為其他材料，氧化物半導體受到關注。
例如，公開了作為氧化物半導體使用以氧化鋅或In-Ga-Zn類氧化物為活性層的電晶體來製造顯示裝置的技術(參照專利文獻1及專利文獻2)。
近年來，公開了使用包含氧化物半導體的電晶體來製造記憶體裝置的積體電路的技術(參照專利文獻3)。此外，除了記憶體裝置之外，運算裝置等也使用包含氧化物半導體的電晶體製造。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2007-96055號公報
[專利文獻3]日本專利申請公開第2011-119674號公報
本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種生產率高的半導體裝置。
此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種能夠長期間保持資料的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種資料的寫入速度快的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種設計彈性高的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種能夠抑制功耗的半導體裝置。此外，本發明的一個實施方式的目的之一是提供一種新穎的半導體裝置。
此外，這些目的的記載不妨礙其他目的的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要實現所有上述目的。另外，從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中可明顯看出這些目的以外的目的，而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中抽取這些目的以外的目的。
半導體裝置有時在同一基板上包括由具有各種形狀的電晶體構成的電路以及高密度地配置有電晶體的電路。作為具有各種形狀的電晶體的例子，有通道長度(L長度)或/及通道寬度(W寬度)、閘極電極的寬度、閘極電極的厚度等不同的電晶體。注意，配置電晶體密度是指每單位面積的電晶體的個數。例如，將電晶體密度定義為每1μm2的電晶體的個數，可以以“個/μm2”或“個．μm-2”等單位表示。
此外，在由具有各種形狀的電晶體構成的電路中，有時因電晶體的形狀不同而電晶體的電特性也不同。此外，在高密度地配置有電晶體的電路 中，電晶體的電特性的不均勻有時變大。
藉由本發明的一個實施方式，可以製造包括兩種以上的具有不同結構的電晶體的半導體裝置。就是說，藉由在每個電路中分別形成具有不同結構的電晶體，可以抑制各電路所包括的電晶體的電特性的不均勻，可以實現高性能的半導體裝置。典型的是，本發明的一個實施方式是一種包括具有第一電晶體的第一電路及具有第二電晶體的第二電路的半導體裝置，其中，第一電晶體被具有抑制氧透過的功能的金屬氧化物(典型地是，氧化鋁)覆蓋，第二電晶體被包含過量氧的絕緣物覆蓋。
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；覆蓋第一電晶體的至少一部分的第一金屬氧化物；第一電晶體及第二電晶體上的絕緣膜；以及絕緣膜上的第二金屬氧化物。第一電晶體包括：第一閘極電極；第一閘極電極上的第一閘極絕緣膜；第一閘極絕緣膜上的第一氧化物；與第一氧化物電連接的第一源極電極及第一汲極電極；第一氧化物上的第二閘極絕緣膜；以及第二閘極絕緣膜上的第二閘極電極。第二電晶體包括：第三閘極電極；第三閘極電極上的第三閘極絕緣膜；第三閘極絕緣膜上的第二氧化物；與第二氧化物電連接的第二源極電極及第二汲極電極；第二氧化物上的第四閘極絕緣膜；以及第四閘極絕緣膜上的第四閘極電極。第一閘極絕緣膜及第二閘極絕緣膜與第一金屬氧化物接觸，第三閘極絕緣膜及第四閘極絕緣膜與絕緣膜接觸。並且，絕緣膜包含過量氧。
本發明的一個實施方式是一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；覆蓋第一電晶體的至少一部分和第二電晶體的至少一部分的第一金屬氧化物；第一電晶體及第二電晶體上的絕緣膜；以及絕緣膜上的第二金屬氧化物。第一電晶體包括：第一閘極電極；第一閘極電極上的第一閘極絕緣膜；第一閘極絕緣膜上的第一氧化物；與第一氧化物電連接的第一源極電極及第一汲極電極；第一氧化物上的第二閘極絕緣膜；以及第二閘極絕緣膜上的第二閘極電極。第二電晶體包括：第三閘極電極；第三閘極電極上的第三閘極絕緣膜；第三閘極絕緣膜上的第二氧化物；與第二氧化物電連接的第二源極電極及第二汲極電極；第二氧化物上的第四閘極絕緣膜；以及第四閘極絕緣膜上的第四閘極電極，第一閘極絕緣膜與絕緣膜接觸。第二閘極絕緣膜與第一金屬氧化物及絕緣膜接觸，第三閘極絕緣膜及第四閘極絕緣膜與絕緣膜接觸。並且，絕緣膜包含過量氧。
此外，第一金屬氧化物也可以具有抑制氧透過的功能。
此外，第一金屬氧化物及第二金屬氧化物可以包含鋁及氧。
此外，本發明的一個實施方式是一種包括第一電路和第二電路的半導體裝置，其中第一電路包括多個第一電晶體，並且第二電路包括多個第二電晶體。
此外，第一電路所包括的多個第一電晶體的每一個的通道寬度為多個第一電晶體的每一個的通道長度的2倍以上且1000倍以下。
或者，第一電路所包括的多個第一電晶體的每一個的通道長度為多個第一電晶體的每一個的通道寬度的2倍以上且1000倍以下。
此外，第二電路所包括的第二電晶體的密度為0.01個/μm2以上且2500個/μm2以下。
此外，第一電路所包括的多個第一電晶體的密度低於第二電路所包括的多個第二電晶體的密度。
此外，第一電路所包括的多個第一電晶體的每一個的通道寬度大於第二電路所包括的多個第二電晶體的每一個的通道寬度。
此外，第一電路所包括的多個第一電晶體的每一個的通道長度大於第二電路所包括的多個第二電晶體的每一個的通道長度。
根據本發明的一個實施方式，可以提供一種具有良好的電特性的半導體裝置。根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠實現微型化或高積體化的半導體裝置。根據本發明的一個實施方式，可以提供一種生產率高的半導體裝置。
另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠長期間保持資料的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種資料的寫入速度快的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種設計彈性高的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種能夠抑制功耗的半導體裝置。另外，根據本發明的一個實施方式，可以提供一種新穎的半導體裝置。
注意，這些效果的記載不妨礙其他效果的存在。此外，本發明的一個實施方式並不需要具有所有上述效果。另外，從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中可明顯看出這些效果以外的效果，而可以從說明書、圖式、申請專利範圍等的記載中抽取這些效果以外的效果。
I1‧‧‧絕緣體
I2‧‧‧絕緣體
S1‧‧‧氧化物
S2‧‧‧氧化物
S3‧‧‧氧化物
100‧‧‧電晶體
100A‧‧‧電晶體
200‧‧‧電晶體
200a‧‧‧電晶體
200A‧‧‧電晶體
200b‧‧‧電晶體
283‧‧‧通道形成區域
284‧‧‧低濃度p型雜質區域
285‧‧‧高濃度p型雜質區域
286‧‧‧絕緣體
287‧‧‧導電體
288‧‧‧側壁
301‧‧‧絕緣體
302‧‧‧絕緣體
303‧‧‧絕緣體
310‧‧‧導電體
310a‧‧‧導電體
310b‧‧‧導電體
400‧‧‧基板
401a‧‧‧氧化物
401b‧‧‧氧化物
402‧‧‧絕緣體
404‧‧‧導電體
404a‧‧‧導電體
404b‧‧‧導電體
404c‧‧‧導電體
406a‧‧‧氧化物
406a1‧‧‧氧化物
406b‧‧‧氧化物
406b1‧‧‧氧化物
406c‧‧‧氧化物
406c1‧‧‧氧化物
408‧‧‧氧化物
408a‧‧‧氧化物
408b‧‧‧氧化物
410‧‧‧絕緣體
411‧‧‧導電體
411a‧‧‧導電體
411a1‧‧‧導電體
411a2‧‧‧導電體
412‧‧‧絕緣體
412a‧‧‧絕緣體
416‧‧‧導電體
416a‧‧‧導電體
416a1‧‧‧導電體
416a2‧‧‧導電體
417‧‧‧障壁膜
417a‧‧‧障壁膜
417a1‧‧‧障壁膜
417a2‧‧‧障壁膜
417b1‧‧‧障壁膜
417b2‧‧‧障壁膜
418‧‧‧氧化物
420‧‧‧氧化物
421‧‧‧光阻劑
422‧‧‧氧化物
501‧‧‧基板
504‧‧‧絕緣體
505‧‧‧絕緣體
514‧‧‧元件分離區域
521‧‧‧導電體
522‧‧‧導電體
525‧‧‧導電體
526‧‧‧導電體
527‧‧‧導電體
528‧‧‧導電體
529‧‧‧導電體
534‧‧‧絕緣體
537‧‧‧絕緣體
538‧‧‧絕緣體
539‧‧‧絕緣體
600‧‧‧電晶體
600a‧‧‧電晶體
600b‧‧‧電晶體
700‧‧‧電容器
700a‧‧‧電容器
700b‧‧‧電容器
1000‧‧‧半導體裝置
2900‧‧‧可攜式遊戲機
2901‧‧‧外殼
2902‧‧‧外殼
2903‧‧‧顯示部
2904‧‧‧顯示部
2905‧‧‧麥克風
2906‧‧‧揚聲器
2907‧‧‧操作開關
2908‧‧‧觸控筆
2910‧‧‧資訊終端
2911‧‧‧外殼
2912‧‧‧顯示部
2913‧‧‧照相機
2914‧‧‧揚聲器部
2915‧‧‧操作開關
2916‧‧‧外部連接部
2917‧‧‧麥克風
2920‧‧‧膝上型個人電腦
2921‧‧‧外殼
2922‧‧‧顯示部
2923‧‧‧鍵盤
2924‧‧‧指向裝置
2940‧‧‧攝影機
2941‧‧‧外殼
2942‧‧‧外殼
2943‧‧‧顯示部
2944‧‧‧操作開關
2945‧‧‧鏡頭
2946‧‧‧連接部
2950‧‧‧資訊終端
2951‧‧‧外殼
2952‧‧‧顯示部
2960‧‧‧資訊終端
2961‧‧‧外殼
2962‧‧‧顯示部
2963‧‧‧腕帶
2964‧‧‧錶扣
2965‧‧‧操作開關
2966‧‧‧輸入輸出端子
2967‧‧‧圖示
2980‧‧‧汽車
2981‧‧‧車體
2982‧‧‧車輪
2983‧‧‧儀表板
2984‧‧‧燈
在圖式中：圖1A至圖1C是根據本發明的一個實施方式的電晶體的俯視圖及說明剖面結構的圖；圖2A至圖2C是根據本發明的一個實施方式的電晶體的俯視圖及說明剖面結構的圖；圖3A至圖3C是根據本發明的一個實施方式的電晶體的俯視圖及說明剖面結構的圖； 圖4A至圖4C是根據本發明的一個實施方式的電晶體的俯視圖及說明剖面結構的圖；圖5A至圖5C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖6A至圖6C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖7A至圖7C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖8A至圖8C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖9A至圖9C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖10A至圖10C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖11A至圖11C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖12A至圖12C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖13A至圖13C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖14A至圖14C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖； 圖15A至圖15C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖16A至圖16C是示出根據本發明的一個實施方式的電晶體的製造方法的俯視圖及剖面圖；圖17是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電路圖；圖18是根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的剖面圖；圖19A至圖19G是示出根據本發明的一個實施方式的電子裝置的圖；圖20A至圖20C是說明根據本發明的氧化物的原子個數比的範圍的圖；圖21A至圖21C是氧化物的疊層結構的能帶圖；圖22A和圖22B是示出實施例的電晶體的Vsh的對於電晶體尺寸的依賴性的圖表；圖23A和圖23B是示出實施例的電晶體的Vsh的對於電晶體密度的依賴性的圖表。
下面，參照圖式對實施方式進行說明。但是，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實，就是實施方式可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以在不脫離本發明的精神及其範圍的條件下被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在下面的實施方式所記載的內容中。
在圖式中，為便於清楚地說明，有時誇大表示大小、層的厚度或區域。因此，本發明並不一定限定於上述尺寸。此外，在圖式中，示意性地示出理想的例子，因此本發明不侷限於圖式所示的形狀或數值等。另外，在圖式中，在不同的圖式之間共同使用相同的元件符號來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重複說明。此外，當表示具有相同功能的部分時有時使用相同的陰影線，而不特別附加元件符號。
此外，在本說明書等中，為方便起見，附加了第一、第二等序數詞，而其並不表示製程順序或疊層順序。因此，例如可以將“第一”適當地替換為“第二”或“第三”等來進行說明。此外，本說明書等所記載的序數詞與用於指定本發明的一個實施方式的序數詞有時不一致。
在本說明書中，為方便起見，使用了“上”、“下”等表示配置的詞句，以參照圖式說明組件的位置關係。另外，組件的位置關係根據描述各組件的方向適當地改變。因此，不侷限於本說明書中說明的詞句，可以根據情況適當地更換。
此外，在本說明書等中，半導體裝置是指能夠藉由利用半導體特性而工作的所有裝置。除了電晶體等半導體元件之外，半導體電路、運算裝置或記憶體裝置也是半導體裝置的一個實施方式。攝像裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、電光裝置、發電裝置(包括薄膜太陽能電池、有機薄膜太陽能電池等)及電子裝置有時包括半導體裝置。
在本說明書等中，電晶體是指至少包括閘極、汲極以及源極這三個端子的元件。電晶體在汲極(汲極端子、汲極區域或汲極電極)與源極(源極端子、源極區域或源極電極)之間具有通道形成區域，並且電流能夠藉由通道形成區域流過汲極與源極之間。注意，在本說明書等中，通道形成區域是指電流主要流過的區域。
另外，在使用極性不同的電晶體的情況或電路工作中的電流方向變化的情況等下，源極及汲極的功能有時相互調換。因此，在本說明書等中，源極和汲極可以相互調換。
另外，在本說明書等中，“氧氮化矽膜”是指在其組成中氧含量多於氮含量的物質，較佳為具有如下濃度範圍的物質：氧濃度為55原子%以上且65原子%以下，氮濃度為1原子%以上且20原子%以下，矽濃度為25原子%以上且35原子%以下，並且氫濃度為0.1原子%以上且10原子%以下。另外，“氮氧化矽膜”是指在其組成中氮含量多於氧含量的物質，較佳為具有如下濃度範圍的物質：氮濃度為55原子%以上且65原子%以下，氧濃度為1原子%以上且20原子%以下，矽濃度為25原子%以上且35原子%以下，並且氫濃度為0.1原子%以上且10原子%以下。
另外，在本說明書等中，可以將“膜”和“層”相互調換。例如，有時可以將“導電層”變換為“導電膜”。此外，例如，有時可以將“絕緣膜” 變換為“絕緣層”。
另外，除非特別敘述，本說明書等所示的電晶體為場效應電晶體。此外，除非特別敘述，本說明書等所示的電晶體為n通道型電晶體。由此，除非特別敘述，其臨界電壓(也稱為“Vth”)大於0V。
在本說明書等中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態。因此，也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態。“大致平行”是指兩條直線形成的角度為-30°以上且30°以下的狀態。另外，“垂直”是指兩條直線的角度為80°以上且100°以下的狀態。因此，也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態。“大致垂直”是指兩條直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態。
另外，在本說明書中，六方晶系包括三方晶系和菱方晶系。
例如，在本說明書等中，當明確地記載為“X與Y連接”時，意味著如下情況：X與Y電連接；X與Y在功能上連接；X與Y直接連接。因此，不侷限於規定的連接關係(例如，圖式或文中所示的連接關係)，圖式或文中所示的連接關係以外的連接關係也包含於圖式或文中所記載的內容中。
這裡，X和Y為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜及層等)。
作為X與Y直接連接的情況的一個例子，可以舉出在X與Y之間沒有連接能夠電連接X與Y的元件(例如開關、電晶體、電容器、電感器、電阻器、二極體、顯示元件、發光元件及負載等)，並且X與Y沒有藉由能夠電連接X與Y的元件(例如開關、電晶體、電容器、電感器、電阻器、二極體、顯示元件、發光元件及負載等)連接的情況。
作為X與Y電連接的情況的一個例子，例如可以在X與Y之間連接一個以上的能夠電連接X與Y的元件(例如開關、電晶體、電容器、電感器、電阻器、二極體、顯示元件、發光元件及負載等)。另外，開關具有控制開啟和關閉的功能。換言之，藉由使開關處於導通狀態(開啟狀態)或非導通狀態(關閉狀態(off-state))來控制是否使電流流過。或者，開關具有選擇並切換電流路徑的功能。另外，X與Y電連接的情況包括X與Y直接連接的情況。
作為X與Y在功能上連接的情況的一個例子，例如可以在X與Y之間連接一個以上的能夠在功能上連接X與Y的電路(例如，邏輯電路(反相器、NAND電路、NOR電路等)、信號轉換電路(DA轉換電路、AD轉換電路、伽瑪校正電路等)、電位位準轉換電路(電源電路(升壓電路、降壓電路等)、改變信號的電位位準的位準轉移電路等)、電壓源、電流源、切換電路、放大電路(能夠增大信號振幅或電流量等的電路、運算放大器、差動放大電路、源極隨耦電路、緩衝電路等)、信號生成電路、記憶體電路、 控制電路等)。注意，例如，即使在X與Y之間夾有其他電路，當從X輸出的信號傳送到Y時，也可以說X與Y在功能上是連接著的。另外，X與Y在功能上連接的情況包括X與Y直接連接的情況及X與Y電連接的情況。
此外，當明確地記載為“X與Y電連接”時，在本說明書等中公開了如下情況：X與Y電連接(亦即，以中間夾有其他元件或其他電路的方式連接X與Y)；X與Y在功能上連接(亦即，以中間夾有其他電路的方式在功能上連接X與Y)；X與Y直接連接(亦即，以中間不夾有其他元件或其他電路的方式連接X與Y)。亦即，當明確地記載為“電連接”時，在本說明書等中公開了與只明確地記載為“連接”時的情況相同的內容。
注意，例如，在電晶體的源極(或第一端子等)藉由Z1(或沒有藉由Z1)與X電連接，電晶體的汲極(或第二端子等)藉由Z2(或沒有藉由Z2)與Y電連接的情況下以及在電晶體的源極(或第一端子等)與Z1的一部分直接連接，Z1的另一部分與X直接連接，電晶體的汲極(或第二端子等)與Z2的一部分直接連接，Z2的另一部分與Y直接連接的情況下，可以表示為如下。
例如，可以表示為“X、Y、電晶體的源極(或第一端子等)與電晶體的汲極(或第二端子等)互相電連接，X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y依次電連接”。或者，可以表示為“電晶體的源極(或第一端子等)與X電連接，電晶體的汲極(或第二端子等) 與Y電連接，X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y依次電連接”。或者，可以表示為“X藉由電晶體的源極(或第一端子等)及汲極(或第二端子等)與Y電連接，X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y依次設置為相互連接”。藉由使用與這種例子相同的表示方法規定電路結構中的連接順序，可以區別電晶體的源極(或第一端子等)與汲極(或第二端子等)而決定技術範圍。
另外，作為其他表示方法，例如可以表示為“電晶體的源極(或第一端子等)至少經過第一連接路徑與X電連接，所述第一連接路徑不具有第二連接路徑，所述第二連接路徑是電晶體的源極(或第一端子等)與電晶體的汲極(或第二端子等)之間的路徑，所述第一連接路徑是經過Z1的路徑，電晶體的汲極(或第二端子等)至少經過第三連接路徑與Y電連接，所述第三連接路徑不具有所述第二連接路徑，所述第三連接路徑是經過Z2的路徑”。或者，也可以表示為“電晶體的源極(或第一端子等)至少經過第一連接路徑，藉由Z1與X電連接，所述第一連接路徑不具有第二連接路徑，所述第二連接路徑具有藉由電晶體的連接路徑，電晶體的汲極(或第二端子等)至少經過第三連接路徑，藉由Z2與Y電連接，所述第三連接路徑不具有所述第二連接路徑”。或者，也可以表示為“電晶體的源極(或第一端子等)至少經過第一電路徑，藉由Z1與X電連接，所述第一電路徑不具有第二電路徑，所述第二電路徑是從電晶體的源極(或第一端子等)到電晶體的汲極(或第二端子等)的電路徑，電晶體的汲極(或第二端子等) 至少經過第三電路徑，藉由Z2與Y電連接，所述第三電路徑不具有第四電路徑，所述第四電路徑是從電晶體的汲極(或第二端子等)到電晶體的源極(或第一端子等)的電路徑”。藉由使用與這種例子同樣的表示方法規定電路結構中的連接路徑，可以區別電晶體的源極(或第一端子等)和汲極(或第二端子等)來決定技術範圍。
注意，這種表示方法只是一個例子而已，不侷限於上述表示方法。在此，X、Y、Z1及Z2為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜及層等)。
另外，即使圖式示出在電路圖上獨立的組件彼此電連接，也有一個組件兼有多個組件的功能的情況。例如，在佈線的一部分被用作電極時，一個導電膜兼有佈線和電極的兩個組件的功能。因此，本說明書中的“電連接”的範疇內還包括這種一個導電膜兼有多個組件的功能的情況。
注意，在本說明書中，障壁膜是指具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的膜，在該障壁膜具有導電性的情況下，有時被稱為導電障壁膜。
在本說明書等中，金屬氧化物(metal oxide)是指廣義上的金屬的氧化物。金屬氧化物被分類為氧化物絕緣體、氧化物導電體(包括透明氧化物導電體)和氧化物半導體(Oxide Semiconductor，也可以簡稱為OS)等。例如，在將金屬氧化物用於電晶體的活性層的情況下，有時將該金屬氧化 物稱為氧化物半導體。換言之，可以將OSFET稱為包含氧化物或氧化物半導體的電晶體。
根據本發明的一個實施方式，藉由分別形成具有不同結構的電晶體，亦即包括具有不同尺寸的電晶體的電路中的電晶體100及包括具有高密度地配置的電晶體的電路中的電晶體200，可以抑制各電路所包括的電晶體的電特性的不均勻，可以實現高性能的半導體裝置。在本實施方式中，對在同一基板上設置在電路中具有不同尺寸的電晶體100及在電路中高密度地配置的電晶體200的實施方式的一個例子進行說明。
〈電晶體的結構實例1〉
以下，對根據本發明的一個實施方式的電晶體100及電晶體200的結構進行說明。
圖1A是電晶體100的俯視圖。此外，圖1B是沿著圖1A中的點劃線A1-A2所示的部分的剖面圖。此外，圖1C是沿著圖1A中的點劃線A3-A4所示的部分的剖面圖。在圖1B中，沿著A1-A2的剖面圖是電晶體100的通道長度方向上的剖面圖，在圖1C中，沿著A3-A4的剖面圖是電晶體100的通道寬度方向上的剖面圖。在圖1A的俯視圖中，為明確起見而省略組件的一部分。
在圖1B及圖1C中，電晶體100設置在基板400上的氧化物401a及氧化物401a上的氧化物401b上。此外，電晶體100包括：氧化物401b上的導電體310a、導電體310b及絕緣體301；導電體310a、導電體310b及絕緣體301上的絕緣體302；絕緣體302上的絕緣體303；絕緣體303上的絕緣體402；絕緣體402上的氧化物406a；氧化物406a上的氧化物406b；具有與氧化物406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；導電體416a1上的障壁膜417a1；導電體416a2上的障壁膜417a2；具有與導電體416a1的側面、導電體416a2的側面、障壁膜417a1的側面、障壁膜417a2的側面及氧化物406b的頂面接觸的區域的氧化物406c；氧化物406c上的絕緣體412；以及具有與氧化物406b的頂面隔著氧化物406c及絕緣體412彼此重疊的區域的導電體404。此外，絕緣體301包括開口，在開口中配置有導電體310a及導電體310b。
在電晶體100上配置有：氧化物418；氧化物418上的氧化物408a；氧化物408a上的氧化物408b；氧化物408b上的絕緣體410；絕緣體410上的氧化物420；以及氧化物420上的氧化物422。
在圖1B所示的通道長度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於障壁膜417a1及障壁膜417a2上，並且在圖1C所示的通道寬度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上。此外，氧化物408a具有與氧化物406a的側面、氧化物406b的側面及絕 緣體402的頂面接觸的區域。
在電晶體100中，導電體404被用作第一閘極電極。導電體404可以具有導電體404a、導電體404b及導電體404c的疊層結構。例如，藉由將具有抑制氧透過的功能的導電體404a或導電體404b形成在導電體404c的下層，可以防止導電體404c的氧化所導致的電阻值的增加。絕緣體412被用作第一閘極絕緣體。
導電體416a1及導電體416a2被用作源極電極或汲極電極。導電體416a1及導電體416a2可以具有疊層結構，該疊層結構包括具有抑制氧透過的功能的導電體。例如，藉由作為上層形成具有抑制氧透過的功能的導電體，可以防止導電體416a1及導電體416a2的氧化所導致的電阻值的增加。可以藉由2端子法等測量出導電體的電阻值。
另外，障壁膜417a1及障壁膜417a2具有抑制氫或水等雜質以及氧的透過的功能。導電體416a1上的障壁膜417a1防止氧擴散到導電體416a1中。導電體416a2上的障壁膜417a2防止氧擴散到導電體416a2中。
在電晶體100中，氧化物406b被用作通道形成區域。換言之，電晶體100可以由施加到導電體404的電位控制氧化物406b的電阻。換言之，可以由施加到導電體404的電位控制導電體416a1與導電體416a2之間的導通.非導通。
如圖1C所示，氧化物406c以覆蓋氧化物406b整體的方式配置。再者，被用作第一閘極電極的導電體404以隔著被用作第一閘極絕緣體的絕緣體412覆蓋氧化物406b整體的方式配置。因此，可以由被用作第一閘極電極的導電體404的電場電圍繞氧化物406b整體。將由第一閘極電極的電場電圍繞通道形成區域的電晶體結構稱為“surrounded channel(s-channel)結構”。因為可以在氧化物406b整體中形成通道，所以可以使大電流流過源極與汲極之間，由此可以增大導通時的電流(通態電流)。此外，由於氧化物406b被導電體404的電場圍繞，所以能夠減少非導通時的電流(關態電流)(off-state current)。
另外，當電晶體包括被用作第一閘極電極的導電體404重疊於被用作源極電極或汲極電極的導電體416a1及導電體416a2的區域時，電晶體具有由導電體404和導電體416a1形成的寄生電容及由導電體404和導電體416a2形成的寄生電容。
藉由使電晶體具有在導電體404與導電體416a1之間除了絕緣體412、氧化物406c之外還包括障壁膜417a1的結構，可以減小上述寄生電容。與此同樣，藉由使電晶體具有在導電體404與導電體416a2之間除了絕緣體412、氧化物406c之外還包括障壁膜417a2的結構，可以減小上述寄生電容。因此，電晶體成為頻率特性良好的電晶體。
另外，藉由使電晶體具有上述結構，當電晶體工作時，例如當在導電體404與導電體416a1或導電體416a2之間產生電位差時，可以減少或防止導電體404與導電體416a1或導電體416a2之間的洩漏電流。
導電體310(導電體310a及導電體310b)設置在形成於絕緣體301中的開口中。以接觸於絕緣體301的開口的內壁的方式形成導電體310a，其內側形成有導電體310b。在此，導電體310a及導電體310b的頂面的高度可以與絕緣體301的頂面的高度大致相同。導電體310被用作第二閘極電極。此外，導電體310也可以為包含具有抑制氧透過的功能的導電體的多層膜。例如，藉由作為導電體310a使用具有抑制氧透過的功能的導電體，可以防止導電體310b的氧化所導致的導電率的降低。
絕緣體302、絕緣體303及絕緣體402被用作第二閘極絕緣膜。可以使用施加到導電體310的電位控制電晶體的臨界電壓。
在此，作為氧化物408a較佳為使用利用濺射法形成的金屬氧化物，例如較佳為使用氧化鋁。藉由使用這種氧化物408a，可以將氧添加到氧化物408a與絕緣體402彼此接觸的面，使絕緣體402成為氧過剩的狀態。可以將該氧藉由加熱處理等穿過絕緣體402，有效地供應到氧化物406b中的形成通道的區域(被稱為通道形成區域)及氧化物406a。由此，該氧被供應到氧化物406a及氧化物406b，可以減少氧化物406a及氧化物406b的氧缺陷。當氧過剩的絕緣體402與氧化物406a接觸地配置時，無論電晶體尺寸如 何，都可以將氧均勻地供應到氧化物406a及氧化物406b。因此，無論尺寸如何，電晶體100都可以獲得良好的特性。
此外，藉由作為氧化物408a使用氧化鋁等具有抑制氧透過的功能的金屬氧化物，可以抑制添加到絕緣體402的氧在成膜時向上方擴散。由此，可以更高效地對絕緣體402添加氧。此外，也可以在氧化物408a上配置氧化物408b。作為氧化物408b較佳為使用利用原子層沉積(ALD：Atomic Layer Deposition)法形成的金屬氧化物，例如較佳為使用氧化鋁。因為利用ALD法的成膜可以實現優良的覆蓋性，所以進一步抑制添加到絕緣體402的氧在成膜時向上方擴散。作為絕緣體402，使用與氧化物408a或氧化物408b相比更容易透過氧的絕緣材料。例如，可以使用氧化矽或氧氮化矽。
如上所述，可以獲得無論電晶體尺寸如何都不均勻少的電特性。電晶體100的通道寬度為電晶體100的通道長度的2倍以上且1000倍以下。或者，電晶體100的通道長度為電晶體100的通道寬度的2倍以上且1000倍以下。
圖2A是電晶體200的俯視圖。此外，圖2B是沿著圖2A中的點劃線A1-A2所示的部分的剖面圖。此外，圖2C是沿著圖2A中的點劃線A3-A4所示的部分的剖面圖。在圖2B中，沿著A1-A2的剖面圖是電晶體200的通道長度方向上的剖面圖，在圖2C中，沿著A3-A4的剖面圖是電晶體200的通道寬度方向上的剖面圖。在圖2A的俯視圖中，為明確起見而省略組件的一部分。
電晶體200與電晶體100的不同之處在於：電晶體200不包括氧化物408a及氧化物408b。電晶體200的其他結構與電晶體100同樣。
在此，作為氧化物420較佳為使用利用濺射法形成的金屬氧化物，例如較佳為使用氧化鋁。此外，藉由使用氧化物420，可以將氧從氧化物420穿過絕緣體410添加到絕緣體412，使絕緣體412成為氧過剩的狀態。可以將該氧藉由加熱處理等穿過絕緣體412，供應到氧化物406b中的通道形成區域。因為絕緣體412和氧化物406b的通道形成區域彼此相鄰，所以可以對氧化物406b的通道形成區域供應充分的氧。此外，可以將氧穿過絕緣體410添加到絕緣體402，使絕緣體402成為氧過剩的狀態。可以將該氧藉由加熱處理等穿過氧化物406a，供應到氧化物406b中的通道形成區域。因此，即使高密度地配置電晶體200，也可以將充分的氧供應到電晶體的通道形成區域，所以無論電晶體密度如何都可以獲得良好的電特性。作為絕緣體410，使用與氧化物420相比容易透過氧的絕緣材料。例如，可以使用氧化矽或氧氮化矽。
如上所述，可以獲得無論電晶體密度如何都不均勻少的電特性。電晶體200的密度為0.01個/μm2以上且2500個/μm2以下，較佳為0.1個/μm2以上且2500個/μm2以下，更佳為1個/μm2以上且2500個/μm2以下，進一步較佳為10個/μm2以上且2500個/μm2以下，更進一步較佳為100個/μm2以上且2500個/μm2以下。
電晶體200的密度高於電晶體100的密度。此外，電晶體100的尺寸大於電晶體200的尺寸。
如上所述，在由尺寸彼此不同的電晶體構成的電路中，較佳為採用電晶體100的結構，在電晶體密度高，換言之，在具有每單位面積的電晶體的個數多的結構的電路中，較佳為採用電晶體200的結構。此外，電晶體100及電晶體200可以設置在同一層上。
〈電晶體的結構實例2〉
圖3A是電晶體100A的俯視圖。此外，圖3B是沿著圖3A中的點劃線A1-A2所示的部分的剖面圖。此外，圖3C是沿著圖3A中的點劃線A3-A4所示的部分的剖面圖。在圖3B中，沿著A1-A2的剖面圖是電晶體100A的通道長度方向上的剖面圖，在圖3C中，沿著A3-A4的剖面圖是電晶體100A的通道寬度方向上的剖面圖。在圖3A的俯視圖中，為明確起見而省略組件的一部分。
在圖3B及圖3C中，電晶體100A設置在基板400上的氧化物401a及氧化物401a上的氧化物401b上。此外，電晶體100A包括：氧化物401b上的導電體310a、導電體310b及絕緣體301；導電體310a、導電體310b及絕緣體301上的絕緣體302；絕緣體302上的絕緣體303；絕緣體303上的絕緣體402；絕緣體402上的氧化物406a；氧化物406a上的氧化物406b；具有與氧化物406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；導電體416a1上的障壁膜417a1；導電體416a2上的障壁膜417a2；具有與導電體416a1的側面、導電 體416a2的側面、障壁膜417a1的側面、障壁膜417a2的側面及氧化物406b的頂面接觸的區域的氧化物406c；氧化物406c上的絕緣體412；以及具有與氧化物406b的頂面隔著氧化物406c及絕緣體412彼此重疊的區域的導電體404。此外，絕緣體301包括開口，在開口中配置有導電體310a及導電體310b。
在電晶體100A上配置有：氧化物418；氧化物418上的絕緣體410；絕緣體410上的氧化物420；以及氧化物420上的氧化物422。
在圖3B所示的通道長度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上，並且在圖3C所示的通道寬度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上。此外，氧化物406c覆蓋障壁膜417a1及障壁膜417a2且具有與氧化物406a的側面、氧化物406b的側面及絕緣體402的頂面接觸的區域。
在此，作為氧化物420較佳為使用利用濺射法形成的金屬氧化物，例如較佳為使用氧化鋁。藉由使用這種氧化物420，可以將氧從氧化物420穿過絕緣體410添加到絕緣體402，使絕緣體402成為氧過剩的狀態。可以將該氧藉由加熱處理等穿過絕緣體402，有效地供應到氧化物406a及氧化物406b中的通道形成區域。
此外，與氧化物408a同樣，藉由作為氧化物418使用氧化鋁等具有抑制氧透過的功能的金屬氧化物，從絕緣體410到絕緣體412的氧的添加得到抑制。絕緣體412中的氧添加到具有通道形成區域的氧化物406b的效果取決於電晶體尺寸。換言之，氧的添加在通道寬度小的電晶體與通道寬度大的電晶體之間不均勻，導致尺寸彼此不同的電晶體的電特性的不均勻。因此，藉由抑制對絕緣體412添加氧，電晶體特性的對於電晶體尺寸依賴性變小。即使電晶體尺寸不同，例如，藉由使氧化物418的尺寸大致相同，氧的添加變勻均，有時電晶體特性的對於電晶體尺寸依賴性變小。如上所述，無論電晶體尺寸如何，電晶體100A都可以獲得良好的特性。
電晶體100A的其他功能及效果參照電晶體100的記載。
圖4A是電晶體200A的俯視圖。此外，圖4B是沿著圖4A中的點劃線A1-A2所示的部分的剖面圖。此外，圖4C是沿著圖4A中的點劃線A3-A4所示的部分的剖面圖。在圖4B中，沿著A1-A2的剖面圖是電晶體200A的通道長度方向上的剖面圖，在圖4C中，沿著A3-A4的剖面圖是電晶體200A的通道寬度方向上的剖面圖。在圖4A的俯視圖中，為明確起見而省略組件的一部分。
在圖4B及圖4C中，與電晶體200同樣，電晶體200A設置在基板400上的氧化物401a及氧化物401a上的氧化物401b上。此外，電晶體200A包括：氧化物401b上的導電體310a、導電體310b及絕緣體301；導電體310a、導電體310b及絕緣體301上的絕緣體302；絕緣體302上的絕緣體303；絕緣體303 上的絕緣體402；絕緣體402上的氧化物406a；氧化物406a上的氧化物406b；具有與氧化物406b的頂面接觸的區域的導電體416a1及導電體416a2；導電體416a1上的障壁膜417a1；導電體416a2上的障壁膜417a2；具有與導電體416a1的側面、導電體416a2的側面、障壁膜417a1的側面、障壁膜417a2的側面及氧化物406b的頂面接觸的區域的氧化物406c；氧化物406c上的絕緣體412；以及具有與氧化物406b的頂面隔著氧化物406c及絕緣體412彼此重疊的區域的導電體404。此外，絕緣體301包括開口，在開口中配置有導電體310a及導電體310b。
在電晶體200A上配置有：氧化物418；氧化物418上的絕緣體410；絕緣體410上的氧化物420；以及氧化物420上的氧化物422。
在圖4B所示的通道長度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於障壁膜417a1及障壁膜417a2上，並且在圖4C所示的通道寬度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上。
在此，作為氧化物420較佳為使用利用濺射法形成的氧化物，例如較佳為使用氧化鋁。藉由使用氧化物420，可以將氧從氧化物420穿過絕緣體410添加到絕緣體412，使絕緣體412成為氧過剩的狀態。可以將該氧藉由加熱處理等穿過絕緣體412，供應到氧化物406b中的通道形成區域。因為絕緣 體412和通道形成區域彼此相鄰，所以可以對通道形成區域供應充分的氧。因此，無論電晶體的密度如何，都可以將充分的氧供應到電晶體的通道形成區域，所以無論電晶體密度如何都可以獲得良好的電特性。
電晶體200A的其他功能及效果參照電晶體200的記載。
如上所述，在由尺寸彼此不同的電晶體構成的電路中，較佳為採用電晶體100A的結構，在電晶體密度高，換言之，在具有每單位面積的電晶體的個數多的結構的電路中，較佳為採用電晶體200A的結構。此外，電晶體100A及電晶體200A可以設置在同一層上。
〈基板〉
作為基板400例如可以使用絕緣體基板、半導體基板或導電體基板。作為絕緣體基板，例如有玻璃基板、石英基板、藍寶石基板、穩定氧化鋯基板(釔安定氧化鋯基板等)、樹脂基板等。作為半導體基板，例如有由矽或鍺等構成的半導體基板、或者由碳化矽、矽鍺、砷化鎵、磷化銦、氧化鋅或氧化鎵構成的化合物半導體基板等。此外，可以舉出在上述半導體基板內部具有絕緣體區域的半導體基板，例如SOI(Silicon on Insulator：絕緣層上覆矽)基板等。作為導電體基板，有石墨基板、金屬基板、合金基板、導電樹脂基板等。或者，有包含金屬氮化物的基板、包含金屬氧化物的基板等。再者，還可以舉出設置有導電體或半導體的絕緣體基板、設置有導電體或絕緣體的半導體基板、設置有半導體或絕緣體的導電體基板 等。或者，也可以使用在上述基板上設置有元件的基板。作為設置在基板上的元件，有電容器、電阻元件、切換元件、發光元件、記憶元件等。
基板400也可以為撓性基板。作為在撓性基板上設置電晶體的方法，可以舉出如下方法：在非撓性基板上形成電晶體之後，剝離電晶體而將該電晶體轉置到具有撓性的基板400上。在此情況下，較佳為在非撓性基板與電晶體之間設置剝離層。作為基板400，也可以使用包含纖維的薄片、薄膜或箔等。基板400也可以具有伸縮性。基板400可以具有在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質。或者，也可以具有不恢復為原來的形狀的性質。基板400具有厚度例如為5μm以上且700μm以下，較佳為10μm以上且500μm以下，更佳為15μm以上且300μm以下的區域。藉由將基板400形成得薄，可以實現包括電晶體的半導體裝置的輕量化。另外，藉由將基板400形成得薄，即便在使用玻璃等的情況下也有時會具有伸縮性或在停止彎曲或拉伸時恢復為原來的形狀的性質。因此，可以緩解因掉落等而對基板400上的半導體裝置產生的衝擊等。亦即，能夠提供一種耐久性高的半導體裝置。
作為具有撓性的基板400，例如可以使用金屬、合金、樹脂、玻璃或其纖維等。具有撓性的基板400的線性膨脹係數越低，因環境而發生的變形越得到抑制，所以是較佳的。作為具有撓性的基板400，例如使用線性膨脹係數為1×10-3/K以下、5×10-5/K以下或1×10-5/K以下的材料即可。作為樹脂，例如有聚酯、聚烯烴、聚醯胺(尼龍、芳族聚醯胺等)、聚醯亞胺、 聚碳酸酯、丙烯酸樹脂等。尤其是芳族聚醯胺的線性膨脹係數較低，因此適用於具有撓性的基板400。
〈絕緣體〉
作為絕緣體，有具有絕緣性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金屬氧化物、金屬氧氮化物、金屬氮氧化物等。
藉由使用具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體圍繞電晶體，能夠使電晶體的電特性穩定。例如，作為絕緣體303、氧化物401a、氧化物401b、氧化物408a、氧化物408b、氧化物418、氧化物420及氧化物422，可以使用具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體。
作為具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。
此外，例如，作為絕緣體303、氧化物401a、氧化物401b、氧化物408a、氧化物408b、氧化物418、氧化物420及氧化物422可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭等金屬氧化物或者氮氧化矽或氮化矽等。注意，絕緣體303、氧化物401a、氧化物401b、氧化物408a、氧化物408b、氧化物418、氧化物420及氧化物422較佳為包含氧化鋁。
此外，例如，當藉由濺射法使用含氧的電漿形成氧化物408a或氧化物422時，可以對將成為該氧化物的基底層的絕緣體添加氧。
作為絕緣體301、絕緣體302、絕緣體402及絕緣體412，例如可以使用包含硼、碳、氮、氧、氟、鎂、鋁、矽、磷、氯、氬、鎵、鍺、釔、鋯、鑭、釹、鉿或鉭的絕緣體的單層或疊層。例如，絕緣體301、絕緣體302、絕緣體402及絕緣體412較佳為包含氧化矽、氧氮化矽或氮化矽。
尤其是，絕緣體402及絕緣體412較佳為包括相對介電常數高的絕緣體。例如，絕緣體402及絕緣體412較佳為包含氧化鎵、氧化鉿、氧化鋯、含有鋁及鉿的氧化物、含有鋁及鉿的氧氮化物、含有矽及鉿的氧化物、含有矽及鉿的氧氮化物或者含有矽及鉿的氮化物等。或者，絕緣體402及絕緣體412較佳為具有氧化矽或氧氮化矽與相對介電常數高的絕緣體的疊層結構。因為氧化矽及氧氮化矽對熱穩定，所以藉由與相對介電常數高的絕緣體組合，可以實現熱穩定且相對介電常數高的疊層結構。例如，在絕緣體402及絕緣體412中，當在氧化物406c一側有氧化鋁、氧化鎵或氧化鉿時，能夠抑制氧化矽或氧氮化矽所含有的矽混入氧化物406b。此外，例如，在絕緣體402及絕緣體412中，當在氧化物406c一側有氧化矽或氧氮化矽時，有時在氧化鋁、氧化鎵或氧化鉿與氧化矽或氧氮化矽的介面處形成陷阱中心。該陷阱中心有時可以藉由俘獲電子而使電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
絕緣體410較佳為包括相對介電常數低的絕緣體。例如，絕緣體410較佳為包含氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽、具有空孔的氧化矽、樹脂等。或者，絕緣體410較佳為具有氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、添加有氟的氧化矽、添加有碳的氧化矽、添加有碳及氮的氧化矽或具有空孔的氧化矽與樹脂的疊層結構。因為氧化矽及氧氮化矽對熱穩定，所以藉由與樹脂組合，可以實現熱穩定且相對介電常數低的疊層結構。作為樹脂，例如可以舉出聚酯、聚烯烴、聚醯胺(尼龍、芳族聚醯胺等)、聚醯亞胺、聚碳酸酯或丙烯酸等。
作為障壁膜417a1及障壁膜417a2，可以使用具有抑制氫等雜質及氧的透過的功能的絕緣體。障壁膜417a1及障壁膜417a2能夠防止絕緣體410中的過量氧擴散到導電體416a1及導電體416a2中。
例如，作為障壁膜417a1及障壁膜417a2可以使用氧化鋁、氧化鎂、氧化鎵、氧化鍺、氧化釔、氧化鋯、氧化鑭、氧化釹、氧化鉿或氧化鉭等金屬氧化物或者氮氧化矽或氮化矽等。
〈導電體〉
作為導電體404a、導電體404b、導電體404c、導電體310a、導電體310b、導電體416a1及導電體416a2，可以使用如下材料，該材料包含選自鋁、鉻、 銅、銀、金、鉑、鉭、鎳、鈦、鉬、鎢、鉿、釩、鈮、錳、鎂、鋯、鈹、銦等金屬元素中的一種以上。另外，也可以使用以包含磷等雜質元素的多晶矽為代表的導電率高的半導體以及鎳矽化物等矽化物。
此外，也可以使用後面說明的能夠用於氧化物406a、氧化物406b及氧化物406c的金屬氧化物所包含的金屬元素及包含氧的導電材料。此外，也可以使用包含上述金屬元素及氮的導電材料。例如，也可以使用氮化鈦、氮化鉭等包含氮的導電材料。另外，也可以使用銦錫氧化物(ITO：Indium Tin Oxide)、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有矽的銦錫氧化物。另外，也可以使用包含氮的銦鎵鋅氧化物。藉由採用這種材料，有時可以俘獲包含在氧化物406a、氧化物406b及氧化物406c中的氫。或者，有時可以俘獲從外方的絕緣體等侵入的氫。
另外，也可以層疊多個由上述材料形成的導電層。例如，也可以採用組合包含上述金屬元素的材料和包含氧的導電材料的疊層結構。另外，也可以採用組合包含上述金屬元素的材料和包含氮的導電材料的疊層結構。另外，也可以採用組合包含上述金屬元素的材料、包含氧的導電材料和包含氮的導電材料的疊層結構。
此外，在將氧化物用於電晶體的通道形成區域的情況下，作為閘極電極較佳為採用組合包含上述金屬元素的材料和包含氧的導電材料的疊層結 構。在此情況下，較佳為將包含氧的導電材料設置在通道形成區域一側。藉由將包含氧的導電材料設置在通道形成區域一側，從該導電材料脫離的氧容易被供應到通道形成區域。
〈能夠用於氧化物406a、氧化物406b及氧化物406c的金屬氧化物〉
作為氧化物406a、氧化物406b及氧化物406c，較佳為使用金屬氧化物。但是，有時可以使用矽(包含應變矽)、鍺、矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化鋁鎵、磷化銦、氮化鎵或有機半導體等代替氧化物406a、氧化物406b及氧化物406c。
接著，對能夠用於氧化物406a、氧化物406b及氧化物406c的金屬氧化物進行說明。
金屬氧化物較佳為至少包含銦或鋅。特別較佳為包含銦及鋅。另外，較佳的是，除此之外，還包含鋁、鎵、釔或錫等。另外，也可以包含選自硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢或鎂等中的一種或多種。
在此考慮金屬氧化物包含銦、元素M及鋅的InMZnO的情況。注意，元素M為鋁、鎵、釔或錫等。作為其他的能夠用於元素M的元素，除了上述元素以外，還有硼、矽、鈦、鐵、鎳、鍺、鋯、鉬、鑭、鈰、釹、鉿、鉭、鎢、鎂等。注意，作為元素M有時可以組合多個上述元素。
〈結構〉
氧化物被分為單晶氧化物和非單晶氧化物。作為非單晶氧化物，例如有CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多晶氧化物、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物等。
CAAC-OS具有c軸配向性，其多個奈米晶在a-b面方向上連結而結晶結構具有畸變。注意，畸變是指在多個奈米晶連結的區域中晶格排列一致的區域與其他晶格排列一致的區域之間的晶格排列的方向變化的部分。
雖然奈米晶基本上是六角形，但是並不侷限於正六角形，有不是正六角形的情況。此外，在畸變中有時具有五角形及七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS的畸變附近觀察不到明確的晶界(grain boundary)。亦即，可知藉由使晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這可能是由於CAAC-OS可容許因如下原因而發生的畸變：在a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產生變化等。
CAAC-OS有具有層狀結晶結構(也稱為層狀結構)的傾向，在該層狀結晶結構中層疊有包含銦及氧的層(下面稱為In層)和包含元素M、鋅及氧的層(下面稱為(M，Zn)層)。另外，銦和元素M彼此可以取代，在用銦取代(M，Zn)層中的元素M的情況下，也可以將該層表示為(In， M，Zn)層。另外，在用元素M取代In層中的銦的情況下，也可以將該層表示為(In，M)層。
在nc-OS中，微小的區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的奈米晶之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與a-like OS或非晶氧化物沒有差別。
a-like OS是具有介於nc-OS與非晶氧化物之間的結構的氧化物。a-like OS包含空洞或低密度區域。也就是說，a-like OS的結晶性比nc-OS及CAAC-OS的結晶性低。
氧化物具有各種結構及各種特性。本發明的一個實施方式的氧化物也可以包括非晶氧化物、多晶氧化物、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的兩種以上。
〈原子個數比〉
下面，參照圖20A、圖20B及圖20C對根據本發明的氧化物所包含的銦、元素M及鋅的原子個數比的較佳的範圍進行說明。注意，在圖20A至圖20C中，不示出氧的原子個數比。另外，將氧化物所包含的銦、元素M及鋅的原子個數比的各項分別稱為[In]、[M]、[Zn]。
在圖20A、圖20B及圖20C中，虛線表示[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：1的原子個數比(-1α1)的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：2的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：3的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：4的原子個數比的線及[In]：[M]：[Zn]=(1+α)：(1-α)：5的原子個數比的線。
點劃線表示[In]：[M]：[Zn]=5：1：β的原子個數比的(β0)的線、[In]：[M]：[Zn]=2：1：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：1：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：2：β的原子個數比的線、[In]：[M]：[Zn]=1：3：β的原子個數比的線及[In]：[M]：[Zn]=1：4：β的原子個數比的線。
此外，圖20A、圖20B及圖20C所示的[In]：[M]：[Zn]=0：2：1的原子個數比及其附近值的氧化物容易具有尖晶石型結晶結構。
有時在氧化物中，多個相共存(例如，二相共存、三相共存等)。例如，當原子個數比接近[In]：[M]：[Zn]=0：2：1時，尖晶石型結晶結構和層狀結晶結構的二相容易共存。當原子個數比接近[In]：[M]：[Zn]=1：0：0時，方鐵錳礦型結晶結構和層狀結晶結構的二相容易共存。當在氧化物中多個相共存時，可能在不同的結晶結構之間形成晶界。
圖20A所示的區域A示出氧化物所包含的銦、元素M及鋅的較佳的原子個數比範圍的一個例子。
在氧化物中，藉由提高銦的含量，可以提高氧化物的載子移動率(電子移動率)。因此，銦含量高的氧化物的載子移動率比銦含量低的氧化物高。
另一方面，氧化物的銦含量及鋅含量變低時，載子移動率變低。因此，當原子個數比為[In]：[M]：[Zn]=0：1：0或接近[In]：[M]：[Zn]=0：1：0時(例如，圖20C中的區域C)，絕緣性變高。
因此，本發明的一個實施方式的氧化物較佳為具有圖20A的以區域A表示的原子個數比，此時該氧化物容易具有載子移動率高且晶界少的層狀結構。
具有區域A的原子個數比的氧化物，尤其是具有圖20B所示的區域B的原子個數比的氧化物更容易成為CAAC-OS且具有較高的載子移動率。
CAAC-OS是結晶性高的氧化物。另一方面，在CAAC-OS中無法確認到明確的晶界，所以可以說不容易發生起因於晶界的電子移動率的降低。此外，氧化物的結晶性有時因雜質的混入或缺陷的生成等而降低，因此可以說CAAC-OS是雜質或缺陷(氧缺陷等)少的氧化物。因此，具有CAAC-OS的氧化物的物理性質穩定。因此，具有CAAC-OS的氧化物具有耐熱性及高可靠性。
區域B包括[In]：[M]：[Zn]=4：2：3至4：2：4.1的原子個數比及其附近值。附近值例如包括[In]：[M]：[Zn]=5：3：4的原子個數比。另外，區域B包括[In]：[M]：[Zn]=5：1：6的原子個數比及其附近值以及[In]：[M]：[Zn]=5：1：7的原子個數比及其附近值。
注意，氧化物所具有的性質不是僅由原子個數比決定的。即使在原子個數比相同的情況下，根據形成條件，氧化物的性質有時不同。例如，當使用濺射裝置形成氧化物膜時，形成其原子個數比與靶材的原子個數比不同的膜。此外，根據成膜時的基板溫度，有時膜的[Zn]小於靶材的[Zn]。因此，圖示的區域是表示氧化物傾向於具有特定特性的原子個數比的區域，區域A至區域C的邊界不清楚。
[具有氧化物的電晶體]
在此，對將上述氧化物用於電晶體的情況進行說明。
藉由將上述氧化物用於電晶體，可以減少晶界中的載子散射等，因此可以實現場效移動率高的電晶體。另外，可以實現可靠性高的電晶體。
另外，較佳為將載子密度低的氧化物用於電晶體。在以降低氧化物膜的載子密度為目的的情況下，可以降低氧化物膜中的雜質濃度以降低缺陷態密度。在本說明書等中，將雜質濃度低且缺陷態密度低的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。例如，氧化物的載子密度可以低於 8×1011/cm3，較佳為低於1×1011/cm3，更佳為低於1×1010/cm3且為1×10-9/cm3以上。
另外，因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物膜具有較低的缺陷態密度，所以有可能具有較低的陷阱態密度。
此外，被氧化物的陷阱能階俘獲的電荷到消失需要較長的時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，有時在陷阱態密度高的氧化物中形成有通道區域的電晶體的電特性不穩定。
因此，為了使電晶體的電特性穩定，降低氧化物中的雜質濃度是有效的。為了降低氧化物中的雜質濃度，較佳為還降低附近膜中的雜質濃度。作為雜質有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。
〈雜質〉
在此，說明氧化物中的各雜質的影響。
在氧化物包含第14族元素之一的矽或碳時，氧化物中形成缺陷能階。因此，以具有如下區域的方式形成氧化物：氧化物中或氧化物的介面附近的矽或碳的濃度(藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的濃度)被控制為2×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1017atoms/cm3以下。
另外，當氧化物包含鹼金屬或鹼土金屬時，有時形成缺陷能階而形成載子。因此，使用包含鹼金屬或鹼土金屬的氧化物的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為降低氧化物中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度。明確而言，以具有如下區域的方式形成氧化物：利用SIMS測得的鹼金屬或鹼土金屬的濃度被控制為1×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1016atoms/cm3以下。
當氧化物包含氮時，產生作為載子的電子，並載子密度增加，而氧化物容易被n型化。其結果，將含有氮的氧化物用於半導體的電晶體容易具有常開啟型特性。因此，較佳為儘可能地減少氧化物中的氮，例如，利用SIMS測得的氧化物中的氮濃度為小於5×1019atoms/cm3，較佳為5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1018atoms/cm3以下，進一步較佳為5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物中的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應生成水，因此有時形成氧缺陷。當氫進入該氧缺陷時，有時產生作為載子的電子。另外，有時由於氫的一部分與鍵合於金屬原子的氧鍵合，產生作為載子的電子。因此，使用包含氫的氧化物的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為儘可能地減少氧化物中的氫。明確而言，在氧化物中，利用SIMS測得的氫濃度低於1×1020atoms/cm3，較佳為低於1×1019atoms/cm3，更佳為低於5×1018atoms/cm3，進一步較佳為低於1×1018atoms/cm3。
藉由將雜質被充分降低的氧化物用於電晶體的通道區域，可以使電晶體 具有穩定的電特性。
〈能帶圖〉
接著，對該氧化物採用雙層結構或三層結構的情況進行說明。參照圖21A至圖21C對如下能帶圖進行說明：氧化物S1、氧化物S2和氧化物S3的疊層結構及與該疊層結構接觸的絕緣體的能帶圖；氧化物S2和氧化物S3的疊層結構及與該疊層結構接觸的絕緣體的能帶圖；以及氧化物S1和氧化物S2的疊層結構及與該疊層結構接觸的絕緣體的能帶圖。
圖21A是包括絕緣體I1、氧化物S1、氧化物S2、氧化物S3及絕緣體I2的疊層結構的厚度方向上的能帶圖的一個例子。另外，圖21B是包括絕緣體I1、氧化物S2、氧化物S3及絕緣體I2的疊層結構的厚度方向上的能帶圖的一個例子。圖21C是包括絕緣體I1、氧化物S1、氧化物S2及絕緣體I2的疊層結構的厚度方向上的能帶圖的一個例子。注意，為便於理解，能帶圖示出絕緣體I1、氧化物S1、氧化物S2、氧化物S3及絕緣體I2的導帶底的能階(Ec)。
較佳的是，氧化物S1、氧化物S3的導帶底的能階比氧化物S2更靠近真空能階，典型的是，氧化物S2的導帶底的能階與氧化物S1、氧化物S3的導帶底的能階的差為0.15eV以上或者0.5eV以上且2eV以下或者1eV以下。就是說，氧化物S1、氧化物S3的電子親和力與氧化物S2的電子親和力的差為0.15eV以上或者0.5eV以上且2eV以下或者1eV以下。
如圖21A、圖21B和圖21C所示，在氧化物S1、氧化物S2、氧化物S3中，導帶底的能階平緩地變化。換言之，也可以將上述情況表達為導帶底的能階連續地變化或者連續地接合。為了實現這種能帶圖，較佳為降低形成在氧化物S1與氧化物S2的介面或者氧化物S2與氧化物S3的介面的混合層的缺陷態密度。
明確而言，藉由使氧化物S1和氧化物S2、氧化物S2和氧化物S3包含氧之外的共同元素(主要成分)，可以形成缺陷態密度低的混合層。例如，在氧化物S2為In-Ga-Zn氧化物的情況下，作為氧化物S1、氧化物S3較佳為使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物、氧化鎵等。
此時，氧化物S2成為載子的主要路徑。因為可以降低氧化物S1與氧化物S2的介面以及氧化物S2與氧化物S3的介面的缺陷態密度，所以介面散射對載子傳導的影響小，從而可以得到大通態電流。
在電子被陷阱能階俘獲時，被俘獲的電子像固定電荷那樣動作，導致電晶體的臨界電壓向正方向漂移。藉由設置氧化物S1、氧化物S3，可以使陷阱能階遠離氧化物S2。藉由採用該結構，可以防止電晶體的臨界電壓向正方向漂移。
作為氧化物S1、氧化物S3，使用其導電率比氧化物S2充分低的材料。此 時，氧化物S2、氧化物S2與氧化物S1的介面以及氧化物S2與氧化物S3的介面主要被用作通道區域。例如，氧化物S1、氧化物S3可以使用具有在圖20C中以絕緣性高的區域C表示的原子個數比的氧化物。注意，圖20C所示的區域C表示[In]：[M]：[Zn]=0：1：0及其附近值、[In]：[M]：[Zn]=1：3：2及其附近值以及[In]：[M]：[Zn]=1：3：4及其附近值的原子個數比。
尤其是，當作為氧化物S2使用具有以區域A表示的原子個數比的氧化物時，作為氧化物S1及氧化物S3較佳為使用[M]/[In]為1以上，較佳為2以上的氧化物。另外，作為氧化物S3，較佳為使用能夠得到充分高的絕緣性的[M]/([Zn]+[In])為1以上的氧化物。
本實施方式可以與其他實施方式或實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
〈電晶體的製造方法1〉
以下，參照圖1A至圖1C、圖2A至圖2C及圖5A至圖14C對根據本發明的電晶體100及電晶體200的製造方法進行說明。此外，圖5A至圖12C示出電晶體100和電晶體200之間共同的製造方法，圖13A至圖13C示出電晶體100的製造方法，圖14A至圖14C示出電晶體200的製造方法。此外，在圖1A至圖1C、圖2A至圖2C及圖5A至圖14C中，各圖式的A是俯視圖。在圖1A至 圖1C、圖2A至圖2C及圖5A至圖14C中，各圖式的B是沿著各圖式的A中的點劃線A1-A2所示的部分的剖面圖。在圖1A至圖1C、圖2A至圖2C及圖5A至圖14C中，各圖式的C是沿著各圖式的A中的點劃線A3-A4所示的部分的剖面圖。在各圖式的B中，沿著A1-A2的剖面圖是電晶體的通道長度方向上的剖面圖，在各圖式的C中，沿著A3-A4的剖面圖是電晶體的通道寬度方向上的剖面圖。
首先，準備基板400。
接著，形成氧化物401a。可以利用濺射法、化學氣相沉積(CVD：Chemical Vapor Deposition)法、分子束磊晶(MBE：Molecular Beam Epitaxy)法、脈衝雷射沉積(PLD：Pulsed Laser Deposition)法、原子層沉積(ALD：Atomic Layer Deposition)法等形成氧化物401a。
注意，CVD法可以分為利用電漿的電漿CVD(PECVD：Plasma Enhanced CVD)法、利用熱量的熱CVD(TCVD：Thermal CVD)法及利用光的光CVD(Photo CVD)法等。再者，CVD法可以根據使用的源氣體被分為金屬CVD(MCVD：Metal CVD)法及有機金屬CVD(MOCVD：Metal Organic CVD)法。
藉由利用電漿CVD法，可以以較低的溫度得到高品質的膜。另外，因為在熱CVD法中不使用電漿，所以能夠減少對被處理物造成的電漿損傷。例 如，包括在半導體裝置中的佈線、電極、元件(電晶體、電容器等)等有時因從電漿接收電荷而會產生電荷積聚(charge up)。此時，有時由於所累積的電荷而使包括在半導體裝置中的佈線、電極、元件等受損傷。另一方面，因為在不使用電漿的熱CVD法的情況下不產生這種電漿損傷，所以能夠提高半導體裝置的良率。另外，在熱CVD法中，不產生成膜時的電漿損傷，因此能夠得到缺陷較少的膜。
另外，ALD法也是能夠減少對被處理物造成的電漿損傷的成膜方法。此外，在利用ALD法的成膜時不產生電漿損傷，所以能夠得到缺陷較少的膜。
不同於從靶材等中被釋放的粒子沉積的成膜方法，CVD法及ALD法是因被處理物表面的反應而形成膜的形成方法。因此，藉由CVD法及ALD法形成的膜不易受被處理物的形狀的影響而具有良好的步階覆蓋性。尤其是，藉由ALD法形成的膜具有良好的步階覆蓋性和厚度均勻性，所以ALD法適合用於形成覆蓋縱橫比高的開口的表面的膜。但是，ALD法的沉積速度比較慢，所以有時較佳為與沉積速度快的CVD法等其他成膜方法組合而使用。
CVD法或ALD法可以藉由調整源氣體的流量比控制所得到的膜的組成。例如，當使用CVD法或ALD法時，可以藉由調整源氣體的流量比形成任意組成的膜。此外，例如，當使用CVD法或ALD法時，可以藉由一邊形成膜一邊改變源氣體的流量比來形成其組成連續變化的膜。在一邊改變源 氣體的流量比一邊形成膜時，因為可以省略傳送及調整壓力所需的時間，所以與使用多個成膜室進行成膜的情況相比可以使其成膜時所需的時間縮短。因此，有時可以提高半導體裝置的生產率。
接著，在氧化物401a上形成氧化物401b。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成氧化物401b。接著，在氧化物401b上形成絕緣體301。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體301。
接著，在絕緣體301中形成到達氧化物401b的槽。槽例如在其範疇內包括孔或開口等。在形成槽時，可以使用濕蝕刻，但是對微型加工來說乾蝕刻是較佳的。作為氧化物401b，較佳為選擇在對絕緣體301進行蝕刻形成槽時被用作蝕刻障壁膜的絕緣體。例如，當作為被形成槽的絕緣體301使用氧化矽膜時，作為氧化物401b較佳為使用氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜。
在本實施方式中，作為氧化物401a，利用濺射法形成氧化鋁，作為氧化物401b，利用ALD法形成氧化鋁。此外，作為絕緣體301，利用CVD法形成氧化矽。
在形成槽之後，形成將成為導電體310a的導電體。將成為導電體310a的導電體較佳為包含具有抑制氧透過的功能的導電體。例如，可以使用氮化 鉭、氮化鎢、氮化鈦等。或者，可以使用該導電體與鉭、鎢、鈦、鉬、鋁、銅或鉬鎢合金的疊層膜。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成將成為導電體310a的導電體。
在本實施方式中，作為將成為導電體310a的導電體，利用濺射法形成氮化鉭膜。
接著，在將成為導電體310a的導電體上形成將成為導電體310b的導電體。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成將成為導電體310b的導電體。
在本實施方式中，作為將成為導電體310b的導電體，利用CVD法形成氮化鈦膜，且在該氮化鈦膜上利用CVD法形成鎢膜。
接著，藉由進行化學機械拋光(Chemical Mechanical Polishing：CMP)去除絕緣體301上的將成為導電體310a的導電體以及將成為導電體310b的導電體。其結果是，只在槽殘留將成為導電體310a的導電體以及將成為導電體310b的導電體，所以可以形成包括其頂面平坦的導電體310a及導電體310b的導電體310。
接著，在絕緣體301及導電體310上形成絕緣體302。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體302。
接著，在絕緣體302上形成絕緣體303。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體303。
接著，在絕緣體303上形成絕緣體402。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體402。
接著，較佳為進行第一加熱處理。第一加熱處理以250℃以上且650℃以下的溫度，較佳為以450℃以上且600℃以下的溫度，更佳為以520℃以上且570℃以下的溫度進行即可。第一加熱處理在氮或惰性氣體氛圍或者包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行。第一加熱處理也可以在減壓狀態下進行。或者，也可以以如下方法進行第一加熱處理：在氮或惰性氣體氛圍下進行加熱處理之後，為了填補脫離了的氧而在包含10ppm以上、1%以上或10%以上的氧化性氣體的氛圍下進行另一個加熱處理。藉由進行第一加熱處理，可以去除絕緣體402所包含的氫或水等雜質。或者，在第一加熱處理中，也可以在減壓狀態下進行包含氧的電漿處理。包含氧的電漿處理例如較佳為採用包括使用微波的用來產生高密度電漿的電源的裝置。或者，也可以包括對基板一側施加RF(Radio Frequency：射頻)的電源。藉由使用高密度電漿可以生成高密度氧自由基，且藉由對基板一側施加RF可以將由高密度電漿而生成的氧自由基高效地導入絕緣體402中。或者，也可以在使用這種裝置進行包含惰性氣體的電漿處理之後，為了填補脫離了的氧而進行包含氧的電漿處理。注意，有時 也可以不進行第一加熱處理。
此外，也可以分別在形成絕緣體302之後、在形成絕緣體303之後以及在形成絕緣體402之後進行該加熱處理。作為該加熱處理，可以採用第一加熱處理條件，但是較佳為在包含氮的氛圍下進行形成絕緣體302之後的加熱處理。
在本實施方式中，作為第一加熱處理，在形成絕緣體402之後，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，在絕緣體402上形成氧化物406a1。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成氧化物406a1。
接著，也可以進行對氧化物406a1添加氧的處理。作為添加氧的處理，例如有離子植入法、電漿處理法等。另外，添加到氧化物406a1的氧成為過量氧。接著，在氧化物406a1上形成氧化物406b1。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成氧化物406b1。
接著，也可以進行第二加熱處理。作為第二加熱處理，可以利用第一加熱處理條件。藉由進行第二加熱處理，可以去除氧化物406b1中的氫或水等雜質。作為第二加熱處理，也可以在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，接下來連續地在氧氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，在氧化物406b1上形成導電體416。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體416。作為導電體416，也可以形成具有導電性的氧化物諸如銦錫氧化物(ITO：Indium Tin Oxide)、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有矽的銦錫氧化物或者包含氮的銦鎵鋅氧化物，並且在該氧化物上形成包含選自鋁、鉻、銅、銀、金、鉑、鉭、鎳、鈦、鉬、鎢、鉿、釩、鈮、錳、鎂、鋯、鈹、銦等金屬元素中的一種以上的材料或者以包含磷等雜質元素的多晶矽為代表的導電率高的半導體、鎳矽化物等矽化物。
該氧化物有時具有吸收氧化物406a1及氧化物406b1中的氫的功能以及俘獲從外方擴散的氫的功能，因此電晶體100及電晶體200的電特性及可靠性得到提高。此外，有時在使用鈦代替該氧化物時也可以具有同樣的功能。在本實施方式中，作為導電體416，形成氮化鉭。
接著，在導電體416上形成障壁膜417。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成障壁膜417。在本實施方式中，作為障壁膜417形成氧化鋁膜。
接著，在障壁膜417上形成導電體411。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成導電體411。在本實施方式中，作為導電體411， 形成氮化鉭(參照圖5A、圖5B及圖5C)。
接著，利用光微影法對導電體411及障壁膜417進行加工，來形成導電體411a及障壁膜417a。在該加工中，剖面形狀較佳為錐形形狀。該錐形角度對於與基板底面平行的面為30度以上且小於75度，較佳為30度以上且小於70度。藉由具有這種錐形角度，以後的成膜製程中的膜的覆蓋性得到提高。此外，該加工較佳為利用乾蝕刻法。利用乾蝕刻法的加工適合於微細加工及上述錐形形狀的加工(參照圖6A、圖6B及圖6C)。
注意，在光微影法中，首先藉由遮罩對光阻劑進行曝光。接著，使用顯影液去除或留下所曝光的區域而形成光阻遮罩。接著，藉由該光阻遮罩進行蝕刻處理來將導電體、半導體或絕緣體等加工為所希望的形狀。例如，使用KrF準分子雷射、ArF準分子雷射、EUV(Extreme Ultraviolet：極紫外)光等對光阻劑進行曝光來形成光阻遮罩，即可。此外，也可以利用在基板和投影透鏡之間填滿液體(例如，水)的狀態下進行曝光的液浸技術。另外，也可以使用電子束或離子束代替上述光。注意，當使用電子束或離子束時，不需要遮罩。另外，可以進行灰化處理等乾蝕刻處理或濕蝕刻處理，可以在進行乾蝕刻處理之後進行濕蝕刻處理，或者可以在進行濕蝕刻處理之後進行乾蝕刻處理，來去除光阻遮罩。
作為乾蝕刻裝置，可以使用包括平行平板型電極的電容耦合電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)蝕刻裝置。包括平行平板型電極的 電容耦合電漿蝕刻裝置也可以對平行平板型電極中的一個施加高頻電源；也可以對平行平板型電極中的一個施加不同的多個高頻電源；也可以對平行平板型電極的各個施加相同的高頻電源；或者對各個平行平板型電極施加頻率不同的高頻電源。此外，也可以使用包括高密度電漿源的乾蝕刻裝置。作為包括高密度電漿源的乾蝕刻裝置，例如可以使用感應耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)蝕刻裝置等。
接著，藉由光微影法，形成光阻劑421。
接著，以光阻劑421為蝕刻遮罩對導電體411a、障壁膜417a及導電體416進行蝕刻，形成導電體411a1、導電體411a2、障壁膜417a1、障壁膜417a2及導電體416a(參照圖7A、圖7B及圖7C)。
接著，在去除光阻劑421之後，以導電體411a1、導電體411a2及導電體416a的表面露出的部分為蝕刻遮罩，對氧化物406a1及氧化物406b1進行蝕刻，形成氧化物406a及氧化物406b。在本實施方式中，作為導電體411a1、導電體411a2及導電體416a使用氮化鉭，所以較佳為利用相對於氮化鉭的蝕刻速度的氧化物406a1及氧化物406b1的蝕刻速度快的蝕刻條件進行加工。在氮化鉭的蝕刻速度為1的情況下，氧化物406a1及氧化物406b1的蝕刻速度為3以上且50以下，較佳為5以上且30以下(參照圖8A、圖8B及圖8C)。
接著，對導電體411a1、導電體411a2及導電體416a的表面露出的部分進 行蝕刻，形成導電體416a1、導電體416a2(參照圖9A、圖9B及圖9C)。
接著，也可以使用用碳酸水或純水稀釋氫氟酸的水溶液(稀氟化氫液)進行洗滌處理。在本實施方式中，使用碳酸水和氫氟酸的混合溶液進行洗滌處理。氫氟酸的濃度大約為70ppm。
接著，也可以進行第三加熱處理。作為加熱處理的條件，可以利用上述第一加熱處理的條件。在本實施方式中，在氮氛圍下以400℃的溫度進行30分鐘的處理，連續地在氧氛圍下以400℃的溫度進行30分鐘的處理。
由於上述製程中進行的乾蝕刻而有時起因於蝕刻氣體的雜質附著於或擴散於氧化物406a及氧化物406b等的表面或內部。作為雜質，例如有氟或氯等。
藉由進行上述處理，可以減少雜質濃度。再者，可以減少氧化物406a膜中及氧化物406b膜中的水分濃度及氫濃度。
接著，形成氧化物406c1。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成氧化物406c1。尤其較佳為利用濺射法進行成膜。此外，作為濺射條件，較佳為在氧分壓高的條件下，更佳為在只使用氧的條件下，使用氧和氬的混合氣體以室溫或100℃以上且200℃以下的溫度進行成膜。
藉由利用上述條件形成氧化物406c1，能夠向氧化物406a、氧化物406b及絕緣體402添加過量氧，所以是較佳的。
接著，在氧化物406c1上形成絕緣體412a。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體412a(參照圖10A、圖10B及圖10C)。
在此，可以進行第四加熱處理。作為第四加熱處理，可以利用第一加熱處理條件。藉由該加熱處理，能夠減少絕緣體412a中的水分濃度及氫濃度。在本實施方式中，在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，形成將成為導電體404的導電體。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成將成為導電體404的導電體。
導電體404例如可以為包括導電體404a、導電體404b及導電體404c的多層膜。例如，藉由作為將成為導電體404a的導電體利用與上述氧化物406c1同樣的條件形成氧化物，可以對絕緣體412a添加氧。添加到絕緣體412a的氧成為過量氧。
接著，在該氧化物上，藉由濺射法形成將成為導電體404b的導電體，降低該氧化物的電阻值，由此該氧化物可以為將成為導電體404a的導電體。 再者，也可以在將成為導電體404b的導電體上藉由濺射法等形成將成為導電體404c的導電體。在本實施方式中，作為將成為導電體404a的導電體藉由濺射法形成氧化物，作為將成為導電體404b的導電體藉由濺射法形成氮化鈦，作為將成為導電體404c的導電體藉由濺射法形成鎢。
在此，可以進行第五加熱處理。作為第五加熱處理，可以採用第一加熱處理條件。在本實施方式中，在氮氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
藉由光微影法對將成為導電體404a的導電體、將成為導電體404b的導電體及將成為導電體404c的導電體進行加工，形成導電體404a、導電體404b及導電體404c(參照圖11A、圖11B及圖11C)。
接著，也可以形成將成為氧化物418的氧化物。在形成將成為氧化物418的氧化物時，較佳為使用金屬氧化物，可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等。例如，藉由利用ALD法形成氧化鋁，可以在導電體404的頂面及側面形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止導電體404的氧化。在本實施方式中，藉由ALD法形成氧化鋁。
接著，藉由光微影法對將成為氧化物418的氧化物、絕緣體412a及氧化物406c1進行加工，形成氧化物418、絕緣體412及氧化物406c。在此，在通道長度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於障壁膜417a1及障壁膜417a2上，並且在 通道寬度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上(參照圖12A、圖12B及圖12C)。
接著，形成氧化物408a及氧化物408b。在形成氧化物408a及氧化物408b時，較佳為使用金屬氧化物，可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等。
作為氧化物408a，藉由利用使用氧電漿的濺射法形成氧化鋁，可以將氧添加到絕緣體402。被添加的氧在絕緣體402中成為過量氧，藉由在形成氧化物408a之後進行加熱處理，該過量氧從絕緣體402有效地添加到具有通道形成區域的氧化物406b，由此可以修復通道形成區域的缺陷。
作為氧化物408b，藉由形成利用ALD法的氧化鋁，可以形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止氫等雜質從外方侵入。此外，也可以防止添加到氧化物406b的氧擴散到外方。在本實施方式中，作為氧化物408a藉由濺射法形成氧化鋁，作為氧化物408b藉由ALD法形成氧化鋁(參照圖13A、圖13B及圖13C)。
以上的製程是電晶體100和電晶體200之間共同的製造方法。接著，藉由光微影法，在電晶體100上形成光阻遮罩，只對電晶體200上的氧化物408a及氧化物408b進行蝕刻(參照圖14A、圖14B及圖14C)。
接著，形成絕緣體410。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體410。或者，可以使用旋塗法、浸漬法、液滴噴射法(噴墨法等)、印刷法(網版印刷、平板印刷等)、刮刀(doctor knife)法、輥塗(roll coater)法或簾式塗佈(curtain coater)法等形成。
可以以其頂面具有平坦性的方式形成絕緣體410。例如，在成膜剛結束後，絕緣體410的頂面可以具有平坦性。或者，例如，在成膜後，可以從頂面去除絕緣體等以使絕緣體410的頂面平行於基板背面等基準面，而絕緣體410具有平坦性。將這種處理稱為平坦化處理。作為平坦化處理，有CMP處理、乾蝕刻處理等。注意，絕緣體410的頂面也可以不具有平坦性。
接著，在絕緣體410上形成氧化物420及氧化物422。在形成氧化物420及氧化物422時，較佳為使用金屬氧化物，可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等。
作為氧化物420，藉由利用使用氧電漿的濺射法形成氧化鋁，可以對絕緣體410添加氧。被添加的氧在絕緣體410中成為過量氧。
因為電晶體200不包含氧化物408a及氧化物408b，所以藉由在形成氧化物420之後進行加熱處理，該過量氧藉由如下兩種路徑被添加：從絕緣體410經過絕緣體412及氧化物406c添加到具有通道形成區域的氧化物406b 的路徑1；以及從絕緣體410經過絕緣體402及氧化物406a添加到具有通道形成區域的氧化物406b的路徑2。藉由這兩種路徑，過量氧添加到氧化物406b，由此可以修復通道形成區域的缺陷。
作為氧化物422，藉由形成利用ALD法的氧化鋁，可以形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止氫等雜質從外方侵入。此外，也可以防止添加到通道形成區域的氧經過氧化物420擴散到外方。在本實施方式中，作為氧化物420藉由濺射法形成氧化鋁，作為氧化物422藉由ALD法形成氧化鋁。
如上所述，可以在同一基板上製造具有氧化物408a及氧化物408b的電晶體100以及不具有氧化物408a及氧化物408b的電晶體200(參照圖1A至圖2C)。
〈電晶體的製造方法2〉
以下，參照圖3A至圖3C、圖4A至圖4C、圖5A至圖11A至圖11C、圖15A至圖16C對根據本發明的電晶體100A及電晶體200A的製造方法進行說明。此外，圖5A至圖11C示出電晶體100A和電晶體200A之間共同的製造方法，圖15A至圖15C示出電晶體100A的製造方法，圖16A至圖16C示出電晶體200A的製造方法。此外，在圖3A至圖3C、圖4A至圖4C、圖5A至圖11A至圖11C、圖15A至圖16C中，各圖式的A是俯視圖。在圖3A至圖3C、圖4A至圖4C、圖5A至圖11A至圖11C、圖15A至圖16C中，各圖式的B是沿著各 圖式的A中的點劃線A1-A2所示的部分的剖面圖。在圖3A至圖3C、圖4A至圖4C、圖5A至圖11A至圖11C、圖15A至圖16C中，各圖式的C是沿著各圖式的A中的點劃線A3-A4所示的部分的剖面圖。在各圖式的B中，沿著A1-A2的剖面圖是電晶體的通道長度方向上的剖面圖，在各圖式的C中，沿著A3-A4的剖面圖是電晶體的通道寬度方向上的剖面圖。
圖11A至圖11C所示的到形成導電體404a、導電體404b及導電體404c為止的製程與上述電晶體100及電晶體200的製造方法同樣(參照圖11A、圖11B及圖11C)。
接著，形成將成為氧化物418的氧化物。在形成將成為氧化物418的氧化物時，較佳為使用金屬氧化物，可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等。例如，藉由利用ALD法形成氧化鋁，可以在導電體404的頂面及側面形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止導電體404的氧化。在本實施方式中，藉由ALD法形成氧化鋁。
接著，藉由光微影法形成蝕刻遮罩。在此，在電晶體100A和電晶體200A中，形成不同的蝕刻遮罩。
在電晶體100A中，在通道長度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上，並且在通道寬度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部 及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上。此外，氧化物406c覆蓋障壁膜417a1及障壁膜417a2且具有與氧化物406a的側面、氧化物406b的側面及絕緣體402的頂面接觸的區域。藉由採用上述結構，可以在導電體404的頂面及側面形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止導電體404的氧化。再者，可以防止氫等雜質從外方侵入到通道形成區域(參照圖15A、圖15B及圖15C)。
在電晶體200A中，在通道長度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於障壁膜417a1及障壁膜417a2上，並且在通道寬度方向上的剖面圖中，氧化物418的端部、絕緣體412的端部及氧化物406c的端部對齊，上述端部位於絕緣體402上。藉由採用上述結構，可以在導電體404的頂面及側面形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止導電體404的氧化(參照圖16A至圖16C)。
如此，藉由一次的光微影，在電晶體100A和電晶體200A中形成具有彼此不同的形狀的氧化物418。
接著，形成絕緣體410。可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等形成絕緣體410。或者，可以使用旋塗法、浸漬法、液滴噴射法(噴墨法等)、印刷法(網版印刷、平板印刷等)、刮刀(doctor knife)法、輥塗(roll coater)法或簾式塗佈(curtain coater)法等形成。
可以以其頂面具有平坦性的方式形成絕緣體410。例如，在成膜剛結束後，絕緣體410的頂面可以具有平坦性。或者，例如，在成膜後，可以從頂面去除絕緣體等以使絕緣體410的頂面平行於基板背面等基準面，而絕緣體410具有平坦性。將這種處理稱為平坦化處理。作為平坦化處理，有CMP處理、乾蝕刻處理等。注意，絕緣體410的頂面也可以不具有平坦性。
接著，在絕緣體410上形成氧化物420及氧化物422。在形成氧化物420及氧化物422時，較佳為使用金屬氧化物，可以利用濺射法、CVD法、MBE法、PLD法或ALD法等。
作為氧化物420，藉由利用使用氧電漿的濺射法形成氧化鋁，可以對絕緣體410添加氧。被添加的氧在絕緣體410中成為過量氧。
在電晶體100A中，氧化物418以覆蓋氧化物406b整體的方式形成。因此，藉由在形成氧化物420之後進行加熱處理，絕緣體410中的過量氧經過絕緣體402添加到具有通道形成區域的氧化物406b，由此可以修復通道形成區域的缺陷。
另一方面，在電晶體200A中，氧化物418以覆蓋導電體404的方式形成。因此，藉由在形成氧化物420之後進行加熱處理，絕緣體410中的過量氧藉由如下兩種路徑被添加：從絕緣體410經過絕緣體412及氧化物406c添加到具有通道形成區域的氧化物406b的路徑1；以及從絕緣體410經過絕緣體 402及氧化物406a添加到具有通道形成區域的氧化物406b的路徑2。藉由這兩種路徑，過量氧添加到氧化物406b，由此可以修復通道形成區域的缺陷。
作為氧化物422，藉由形成利用ALD法的氧化鋁，可以形成針孔少且厚度均勻的膜，所以可以防止氫等雜質從外方侵入。此外，也可以防止添加到通道形成區域的氧經過氧化物420擴散到外方。在本實施方式中，作為氧化物420藉由濺射法形成氧化鋁，作為氧化物422藉由ALD法形成氧化鋁。
如上所述，可以在同一基板上形成包括具有彼此不同的形狀的氧化物418的電晶體100A及電晶體200A(參照圖3A至圖4C)。
本實施方式可以與其他實施方式或實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
〈半導體裝置的結構〉
在本實施方式中，對使用本說明書等所公開的電晶體的半導體裝置的一個例子進行說明。
圖17示出半導體裝置1000所包括的記憶單元陣列的一部分的電路圖。在 圖17中，示出記憶單元A和記憶單元B這兩個記憶單元的電路圖，記憶單元A相當於記憶單元陣列中的右端部的記憶單元。半導體裝置1000所包括的記憶單元在上、下及左方向上反復地配置(在圖17中，以虛線示出)。
記憶單元A包括：包括第一閘極電極及第二閘極電極的電晶體200a；電晶體600a；電容器700a；以及節點FN1。記憶單元B包括：包括第一閘極電極及第二閘極電極的電晶體200b；電晶體600b；電容器700b；以及節點FN2。可以將電晶體200a的源極電極和汲極電極中的一個與電容器700a的一個電極的連接區域稱為節點FN1。可以將電晶體200b的源極電極和汲極電極中的一個電極與電容器700b的一個電極的連接區域稱為節點FN2。
在記憶單元A中，電晶體200a的第一閘極電極與佈線WL電連接，電晶體200a的第二閘極電極與佈線BGL電連接，電晶體200a的源極電極和汲極電極中的另一個與佈線BL1電連接，電晶體200a的源極電極和汲極電極中的一個與節點FN1電連接。電容器700a的另一個電極與佈線RL電連接，電容器700a的一個電極與節點FN1電連接。電晶體600a的閘極電極與節點FN1電連接，電晶體600a的源極電極和汲極電極中的一個與佈線SL1電連接，電晶體600a的源極電極和汲極電極中的另一個與佈線BL1電連接。
在記憶單元B中，電晶體200b的第一閘極電極與佈線WL電連接，電晶體200b的第二閘極電極與佈線BGL電連接，電晶體200b的源極電極和汲極電極中的另一個與佈線BL2電連接，電晶體200b的源極電極和汲極電極中的 一個與節點FN2電連接。電容器700b的另一個電極與佈線RL電連接，電容器700b的一個電極與節點FN2電連接，電晶體600b的閘極電極與節點FN2電連接，電晶體600b的源極電極和汲極電極中的一個與佈線SL2電連接，電晶體600b的源極電極和汲極電極中的另一個與佈線BL2電連接。
記憶單元A的電晶體200a的第一閘極電極、與其相鄰的記憶單元B的電晶體200b的第一閘極電極都與佈線WL電連接。記憶單元A的電晶體200a的第二閘極電極、與其相鄰的記憶單元B的電晶體200b的第二閘極電極都與佈線BGL電連接。記憶單元A的電容器700a的另一個電極、與其相鄰的記憶單元B的電容器700b的另一個電極都與佈線RL電連接。
電晶體200a及電晶體200b較佳為關態電流小的電晶體。例如，電晶體200a及電晶體200b的關態電流較佳為10-18A/μm以下，更佳為10-21A/μm以下，進一步較佳為10-24A/μm以下。作為關態電流小的電晶體，可以舉出氧化物半導體電晶體。
電晶體600a及電晶體600b較佳為使用臨界電壓的不均勻小的電晶體。明確而言，可以舉出使用單晶矽的電晶體。
藉由利用可以保持節點FN1及節點FN2的電荷的特徵，記憶單元A及記憶單元B可以進行如下的資料的寫入、保持和讀出。
使用記憶單元A對資料的寫入及保持進行說明。首先，對佈線WL供應電位以使電晶體200a處於導通狀態。由此，佈線BL1的電位供應到節點FN1。換言之，對節點FN1施加規定的電荷(寫入)。這裡，施加賦予兩種不同電位位準的電荷(以下，稱為低位準、高位準)中的任一種。然後，藉由使電晶體200a處於關閉狀態，保持施加到節點FN1的電荷(保持)。
因為電晶體200a的關態電流極小，長時間保持電晶體600a的閘極的電荷。在此，藉由對電晶體200a的第二閘極電極經過佈線BGL供應負電位，電晶體200a的臨界值向正方向漂移，因此可以使電晶體200a的關態電流更小。
接著，對資料的讀出進行說明。當在對佈線SL1供應規定的電位(恆電位)的狀態下對佈線RL供應適當的電位(讀出電位)時，根據保持在電晶體600a的閘極中的電荷量，佈線BL1的電位發生變動。這是因為如下緣故：一般來說，在電晶體600a為p通道型電晶體的情況下，對節點FN1施加高位準時的外觀上的臨界電壓Vth_H低於對節點FN1施加低位準時的外觀上的臨界電壓Vth_L。在此，外觀上的臨界電壓是指為了使電晶體600a處於“導通狀態”所需要的佈線RL的電位。因此，藉由將佈線RL的電位設定為Vth_H與Vth_L之間的電位V0，可以辨別施加到電晶體600a的閘極的電荷。例如，在寫入時被供應低位準的情況下，如果節點FN1的電位為V0(<Vth_L)，電晶體600a則處於“導通狀態”。當被供應高位準時，即使節點FN1的電位為V0(>Vth_H)，電晶體600a還保持“關閉狀態”。因此，藉由辨別佈線BL1 的電位，可以讀出所保持的資料。
注意，在上述說明中，電晶體600a為p通道型電晶體，但是不侷限於此，也有電晶體600a為n通道型電晶體的情況。
〈剖面圖〉
圖18是半導體裝置1000的剖面圖。半導體裝置1000包括電晶體100、電晶體200、電晶體600、電容器700。電晶體200、電晶體600及電容器700分別相當於圖17所示的電晶體200a、電晶體600a及電容器700a。電晶體200是記憶單元所包括的電晶體。此外，電晶體100是控制記憶單元的電路所包括的電晶體的一個例子。電晶體100是其尺寸與電晶體200不同的電晶體，並是比電晶體200大的電晶體。
在半導體裝置1000中，作為基板501使用n型半導體。電晶體600包括通道形成區域283、高濃度p型雜質區域285、絕緣體286、導電體287和側壁288。此外，在隔著絕緣體286與側壁288重疊的區域中具有低濃度p型雜質區域284。絕緣體286可以被用作閘極絕緣體。導電體287可以被用作閘極導電體。在電晶體600中，通道形成區域283形成在基板501的一部分。
在形成導電體287之後且在形成側壁288之前，以導電體287為遮罩引入雜質元素，由此可以形成低濃度p型雜質區域284。換言之，低濃度p型雜質區域284可以以自對準方式形成。在形成側壁288之後，形成高濃度p型 雜質區域285。低濃度p型雜質區域284具有與高濃度p型雜質區域285相同的導電型，並且其賦予導電型的雜質的濃度低於高濃度p型雜質區域285。根據情況或狀況，也可以不設置低濃度p型雜質區域284。
電晶體600與其他電晶體由元件分離區域514電分離。元件分離區域514可以使用LOCOS(Local Oxidation of Silicon：矽局部氧化)法、STI(Shallow Trench Isolation：淺溝槽隔離)法等形成。
半導體裝置1000在覆蓋電晶體600的絕緣體504上包括絕緣體505及絕緣體534。此外，半導體裝置1000在絕緣體505上包括導電體522。
導電體522藉由設置在絕緣體504及絕緣體505中的導電體521與電晶體600電連接。
此外，半導體裝置1000在絕緣體534上隔著氧化物401a、氧化物401b、絕緣體301、絕緣體302、絕緣體303及絕緣體402包括電晶體100、電晶體200及電容器700。在電晶體100上包括氧化物408a及氧化物408b，但是在電晶體200上不包括氧化物408a及氧化物408b。亦即，以具有不同結構的方式分別形成電晶體100和電晶體200。
此外，在電晶體100、電晶體200及電容器700上包括絕緣體410、氧化物420、氧化物422及絕緣體539，在絕緣體539上包括導電體527。此外，包 括覆蓋導電體527的絕緣體537。
電晶體200的源極電極和汲極電極中的一個被用作電容器700的一個電極，導電體404b被用作電容器700的另一個電極。電晶體200的源極電極和汲極電極中的一個與導電體404b重疊的區域被用作電容器700。
導電體527藉由設置在絕緣體539、氧化物422、氧化物420、絕緣體410及障壁膜417a1的一部分的導電體526與電晶體200的源極電極或汲極電極電連接。此外，導電體527藉由設置在絕緣體539、氧化物422、氧化物420、絕緣體410、氧化物408b、氧化物408a及障壁膜417a1的一部分的導電體526與電晶體100的源極電極或汲極電極電連接。
此外，在絕緣體537上包括導電體529，在導電體529上包括絕緣體538。導電體529藉由設置在絕緣體537的一部分中的導電體528與導電體527電連接。
氧化物401a、氧化物401b、絕緣體301、絕緣體302、絕緣體303、絕緣體402、氧化物420、氧化物422、絕緣體534、絕緣體539、絕緣體537及絕緣體538可以使用與上述實施方式等所示的氧化物及絕緣體同樣的材料及方法形成。另外，導電體521、導電體522、導電體525、導電體526、導電體527及導電體529可以與上述實施方式等所示的導電體同樣的材料及方法形成。
導電體521、導電體522、導電體525、導電體526、導電體527、導電體528及導電體529也可以藉由鑲嵌法或雙鑲嵌法等形成。
根據本發明的一個實施方式，藉由分別形成具有不同結構的兩個電晶體，亦即包括其尺寸大於電晶體200的電晶體的電路中的電晶體100以及高密度地配置電晶體的電路中的電晶體200，可以減少電晶體100及電晶體200的特性的不均勻，可以抑制各電路所包括的電晶體的電特性的不均勻，由此能夠實現高性能的半導體裝置1000。
本實施方式可以與其他實施方式或實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
〈電子裝置〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置可以應用於各種電子裝置。圖19A至圖19G示出使用根據本發明的一個實施方式的半導體裝置的電子裝置的具體例子。
圖19A所示的可攜式遊戲機2900包括外殼2901、外殼2902、顯示部2903、顯示部2904、麥克風2905、揚聲器2906、操作開關2907等。另外，可攜式 遊戲機2900在外殼2901的內側具有天線、電池等。雖然圖19A所示的可攜式遊戲機包括顯示部2903和顯示部2904這兩個顯示部，但是顯示部的個數不侷限於此。顯示部2903設置有作為輸入裝置的觸控面板，能夠利用觸控筆2908等進行操作。
圖19B所示的資訊終端2910在外殼2911中包括顯示部2912、麥克風2917、揚聲器部2914、照相機2913、外部連接部2916及操作開關2915等。顯示部2912設置有使用撓性基板的顯示面板及觸控面板。另外，資訊終端2910在外殼2911的內側具有天線、電池等。資訊終端2910例如可以被用作智慧手機、行動電話、平板資訊終端、平板電腦或電子書閱讀器終端等。
圖19C所示的膝上型個人電腦2920包括外殼2921、顯示部2922、鍵盤2923及指向裝置2924等。另外，膝上型個人電腦2920在外殼2921的內側具有天線、電池等。
圖19D所示的攝影機2940包括外殼2941、外殼2942、顯示部2943、操作開關2944、鏡頭2945及連接部2946等。操作開關2944及鏡頭2945設置在外殼2941中，顯示部2943設置在外殼2942中。另外，攝影機2940在外殼2941的內側具有天線、電池等。並且，外殼2941和外殼2942由連接部2946連接，由連接部2946可以改變外殼2941和外殼2942之間的角度。另外，可以根據外殼2942與外殼2941所形成的角度而改變顯示在顯示部2943中的影像的方向並切換影像的顯示/非顯示。
圖19E示出手鐲型資訊終端的一個例子。資訊終端2950包括外殼2951及顯示部2952等。另外，資訊終端2950在外殼2951的內側具有天線、電池等。顯示部2952由具有曲面的外殼2951支撐。因為顯示部2952具備使用撓性基板的顯示面板，所以可以提供一種具有撓性、輕量且方便性良好的資訊終端2950。
圖19F示出手錶型資訊終端的一個例子。資訊終端2960包括外殼2961、顯示部2962、腕帶2963、錶扣2964、操作開關2965、輸入輸出端子2966等。另外，資訊終端2960在外殼2961的內側具有天線、電池等。資訊終端2960可以執行行動電話、電子郵件、文章的閱讀及編寫、音樂播放、網路通訊、電腦遊戲等各種應用程式。
顯示部2962的顯示面彎曲，能夠沿著彎曲的顯示面進行顯示。另外，顯示部2962具備觸控感測器，可以用手指或觸控筆等觸控螢幕來進行操作。例如，藉由觸摸顯示於顯示部2962的圖示2967，可以啟動應用程式。操作開關2965除了時刻設定之外，還可以具有電源開關、無線通訊的開關、靜音模式的設置及取消、省電模式的設置及取消等各種功能。例如，藉由利用組裝在資訊終端2960中的作業系統，也可以設定操作開關2965的功能。
另外，資訊終端2960可以執行依據通訊標準的近距離無線通訊。例如，藉由與可無線通訊的耳麥通訊，可以進行免提通話。另外，資訊終端2960 具備輸入輸出端子2966，可以藉由連接器直接與其他資訊終端進行資料的交換。另外，也可以藉由輸入輸出端子2966進行充電。另外，充電動作也可以利用無線供電進行，而不藉由輸入輸出端子2966進行。
圖19G示出汽車的一個例子的外觀圖。汽車2980包括車體2981、車輪2982、儀表板2983及燈2984等。另外，汽車2980具有天線、電池等。
例如，使用本發明的一個實施方式的半導體裝置的記憶體裝置可以在長期間保持上述電子裝置的控制資料和控制程式等。藉由使用根據本發明的一個實施方式的半導體裝置，可以實現高可靠性的電子裝置。
本實施方式可以與其他實施方式或實施例等所記載的結構適當地組合而實施。
在本實施例中，製造作為本發明的一個實施方式的圖1A至圖1C所示的電晶體100及圖2A至圖2C所示的電晶體200，對各電晶體的電特性進行測量，對電晶體尺寸給電特性帶來的影響進行比較。此外，作為電晶體100的基板及電晶體200的基板，使用不同的基板。
在製造電晶體100及電晶體200時，藉由熱氧化法在矽單晶圓上形成厚度 為400nm的氧化矽膜。接著，藉由CVD法在該氧化矽膜上形成厚度為50nm的氮化矽膜。接著，藉由ALD法形成厚度為10nm的第一氧化鋁膜。接著，藉由濺射法形成厚度為40nm的第二氧化鋁膜。
接著，藉由CVD法在第二氧化鋁膜上形成厚度為160nm的第一氧氮化矽膜，藉由濺射法在第一氧氮化矽膜上形成厚度為35nm的第一鎢膜。接著，藉由光微影法對第一鎢膜進行加工，由此形成包括第一鎢膜的硬遮罩。
接著，對第一氧氮化矽膜進行加工，形成到達第二氧化鋁膜的槽。接著，藉由濺射法在該槽中形成第一氮化鉭膜，藉由ALD法及CVD法在第一氮化鉭膜上形成第一氮化鈦膜以及第二鎢膜。接著，藉由第一CMP處理，直到到達第一氧氮化矽膜的頂面為止對第二鎢膜、第一氮化鈦膜、第一氮化鉭膜及第一鎢膜進行拋光，在槽中埋入第二鎢膜、第一氮化鈦膜及第一氮化鉭膜，由此形成佈線層及第二閘極電極。
接著，藉由CVD法形成厚度為10nm的第二氧氮化矽膜。藉由ALD法形成厚度為20nm的氧化鉿膜。藉由CVD法形成厚度為30nm的第三氧氮化矽膜。第二氧氮化矽膜、氧化鉿膜及第三氧氮化矽膜被用作第二閘極絕緣膜。接著，進行第一加熱處理。作為第一加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，作為第一氧化物(S1)藉由濺射法形成厚度為5nm的In-Ga-Zn氧 化物。S1的形成條件為如下：使用In：Ga：Zn=1：3：4[原子個數比]的靶材；氧氣體流量為45sccm；壓力為0.7Pa；基板溫度為200℃。
接著，作為第二氧化物(S2)，藉由濺射法在S1上形成厚度為20nm的In-Ga-Zn氧化物。S2的形成條件為如下：使用In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比]的靶材；氬氣體流量為40sccm；氧氣體流量為5sccm；壓力為0.7Pa；基板溫度為130℃。
接著，進行第二加熱處理。作為第二加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，然後在包含氧的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，藉由濺射法在S2上形成厚度為30nm的第二氮化鉭膜。接著，藉由ALD法在第二氮化鉭膜上形成厚度為5nm的第三氧化鋁膜。接著，藉由濺射法在第三氧化鋁膜上形成厚度為15nm的第三鎢膜。
接著，藉由光微影法對被形成通道的部分的第三鎢膜及第三氧化鋁膜進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
接著，藉由光微影法形成光阻遮罩，以該光阻遮罩為蝕刻遮罩對第三鎢膜進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。接著，藉由氧電漿去除該光阻遮罩，依次對第三氧化鋁膜、第二氮化鉭膜、S2及S1的不需要的部分進行 蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
對被形成通道的部分的第二氮化鉭膜進行蝕刻。在該蝕刻中，第三氧化鋁膜上的第三鎢膜也同時被蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
接著，進行第三加熱處理。作為第三加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行30分鐘的處理，接著在包含氧的氛圍下以400℃的溫度進行30分鐘的處理。
接著，作為第三氧化物(S3)，藉由濺射法形成厚度為5nm的In-Ga-Zn氧化物。S3的形成條件為如下：使用In：Ga：Zn=1：3：2[原子個數比]的靶材；氧氣體流量為45sccm；壓力為0.7Pa；基板溫度為室溫。
藉由CVD法形成厚度為13nm的被用作第一閘極氧化膜的第四氧氮化矽膜。
接著，進行第四加熱處理。作為第四加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，作為第四氧化物(S4)，藉由濺射法形成厚度為10nm的In-Ga-Zn氧化物。第四氧化物的形成條件為如下：使用In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比]的靶材；氧氣體流量為45sccm；壓力為0.7Pa；基板溫度為200℃。
藉由濺射法在第四氧化物上形成厚度為5nm的第二氮化鈦膜，藉由濺射法在第二氮化鈦膜上形成厚度為50nm的第四鎢膜。連續地形成第二氮化鈦膜和第四鎢膜。
接著，進行第五加熱處理。作為第五加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
藉由光微影法依次對第四鎢膜、第二氮化鈦膜及S4進行蝕刻來形成閘極電極。在第四鎢膜及第二氮化鈦膜的蝕刻中利用乾蝕刻法，在第四氧化物的蝕刻中利用濕蝕刻法。
藉由光微影法對第四氧氮化矽膜及S3的一部分進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
藉由ALD法形成厚度為7nm的第四氧化鋁膜。基板溫度為250℃。
藉由光微影法對第四氧化鋁膜的一部分進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
藉由濺射法在如下條件下形成厚度為20nm的第五氧化鋁膜作為將成為電晶體100的樣本：氬氣體流量為25sccm，氧氣體流量為25sccm；壓力為 0.4Pa；基板溫度為250℃。
藉由ALD法在第五氧化鋁膜上形成厚度為5nm的第六氧化鋁膜作為將成為電晶體100的樣本。基板溫度為250℃。
注意，在電晶體200中，沒有形成第五氧化鋁膜及第六氧化鋁膜。
從此之後，在將成為電晶體100的樣本和將成為電晶體200的樣本中進行同一製程。
接著，藉由CVD法形成厚度為450nm的第五氧氮化矽膜。接著，進行第二CMP處理對第五氧氮化矽膜進行拋光，使第五氧氮化矽膜的表面平坦化。
藉由濺射法在如下條件下在第五氧氮化矽膜上形成厚度為40nm的第七氧化鋁膜：氬氣體流量為25sccm，氧氣體流量為25sccm；壓力為0.4Pa；基板溫度為250℃。
接著，進行第六加熱處理。作為第六加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，然後在包含氧的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，藉由CVD法形成厚度為150nm的第六氧氮化矽膜。
接著，藉由光微影法形成到達第二鎢膜(第二閘極電極)的接觸孔、到達第四鎢膜(第一閘極電極)的接觸孔及到達第二氮化鉭膜(源極電極及汲極電極)的接觸孔，藉由濺射法形成厚度為40nm的第三氮化鉭膜，藉由ALD法形成厚度為5nm的第三氮化鈦膜，藉由CVD法形成厚度為250nm的第五鎢膜。
接著，進行第三CMP處理，直到到達第六氧氮化矽膜的頂面為止對第五鎢膜、第三氮化鈦膜及第三氮化鉭膜進行拋光，形成在各接觸孔中埋入第五鎢膜、第三氮化鈦膜及第三氮化鉭膜的插頭。
藉由濺射法依次連續地形成第一鈦膜(厚度為20nm)、第四氮化鈦膜(厚度為30nm)、鋁膜(厚度為100nm)、第二鈦膜(厚度為5nm)、第五氮化鈦膜(厚度為45nm)。接著，藉由光微影法對第一鈦膜、第四氮化鈦膜、鋁膜、第二鈦膜及第五氮化鈦膜的一部分進行蝕刻，由此形成佈線層。
接著，藉由塗佈法形成厚度為1.6μm的具有感光性的聚醯亞胺膜。接著，藉由光微影法去除成為測量端子(測量焊盤)的部分的聚醯亞胺膜。然後，以300℃進行1小時的加熱處理，來對聚醯亞胺膜進行焙燒。
如上所述，製造電晶體100及電晶體200。
接著，對電晶體100及200的電特性進行測量。各電晶體配置在5英寸方的基板中。
此外，在電晶體100及電晶體200的電特性的測量中，測量將源極-汲極間電壓(以下，稱為汲極電壓Vd)設定為0.1V、3.3V並對於每個Vd將源極-閘極間電壓(以下，稱為閘極電壓Vg)從-3.3V改變為+3.3V時的源極-汲極間電流(以下，稱為汲極電流Id)的變化。亦即，測量Id-Vg特性。以後，閘極電壓Vg是指第一閘極電極(頂閘極電極)的電壓。在本測量中，將第二閘極電極(背閘極電極)的電壓設定為0V。此外，在本測量中，測量基板中的18個電晶體的Id-Vg特性。
從所獲得的Id-Vg特性的測量資料求出Vd=0.1V時的Vsh。將Vsh定義為Id=1.0×10-12A時的Vg。Vsh可以示出電晶體從關閉狀態轉移到開啟狀態時的Vg值。
圖22A和圖22B示出表示Vsh的對於電晶體尺寸的依賴性的圖表。在本實施例中，將通道寬度看作電晶體尺寸。將電晶體的通道長度固定為設計值，亦即0.3μm，對通道寬度不同的電晶體的Vsh進行比較。圖表的縱軸表示Vsh，橫軸表示通道寬度。橫軸所示的數值的01、02、03、04、05和06分別示出設定值為0.35μm、0.5μm、1.5μm、3.0μm、5.0μm、10.0μm的電晶體的Vsh。
圖22A是電晶體100的Vsh的對於通道寬度依賴性的圖表。可知：無論通道寬度的大小如何，Vsh位於-0.1V左右至0.2V左右的範圍內，亦即通道寬度依賴性小。另外可知，具有各通道寬度的電晶體的Vsh的不均勻也小。例如，以不均勻為最大值-最小值的值，該值為0.07V左右至0.15V左右。另一方面，圖22B是示出電晶體200的Vsh的對於通道寬度依賴性的圖表，在通道寬度為3.0μm以上的電晶體中不均勻大，有的電晶體的縱軸Vsh的值超過-2.0V至2.0V的範圍，並且不能測量其他電晶體的Vsh的值。另外可知，設定值為0.35μm及0.5μm的各電晶體的Vsh的不均勻也大。由此可知，電晶體200的結構具有對於電晶體尺寸的依賴性。如上所述，藉由採用電晶體100的結構，可以抑制根據電晶體尺寸的電晶體的電特性的不均勻。
在本實施例中，製造作為本發明的一個實施方式的圖1A至圖1C所示的電晶體100及圖2A至圖2C所示的電晶體200，對各電晶體的電特性進行測量，對電晶體密度給電特性帶來的影響進行比較。此外，作為電晶體100的基板及電晶體200的基板，使用不同的基板。
在製造電晶體100及電晶體200時，藉由熱氧化法在矽單晶圓上形成厚度為400nm的氧化矽膜。接著，藉由濺射法形成厚度為40nm的第一氧化鋁膜。
接著，藉由CVD法在第一氧化鋁膜上形成厚度為150nm的第一氧氮化矽膜，藉由濺射法在第一氧氮化矽膜上形成厚度為35nm的第一鎢膜。接著，藉由光微影法對第一鎢膜進行加工，由此形成包括第一鎢膜的硬遮罩。
接著，對第一氧氮化矽膜進行加工，形成到達第一氧化鋁膜的槽。接著，藉由濺射法在該槽中形成第一氮化鉭膜，藉由ALD法及CVD法在第一氮化鉭膜上形成第一氮化鈦膜以及第二鎢膜。接著，藉由第一CMP處理，直到到達第一氧氮化矽膜的頂面為止對第二鎢膜、第一氮化鈦膜、第一氮化鉭膜及第一鎢膜進行拋光，在槽中埋入第二鎢膜、第一氮化鈦膜及第一氮化鉭膜，由此形成佈線層及第二閘極電極。
接著，藉由CVD法形成厚度為10nm的第二氧氮化矽膜。藉由ALD法形成厚度為20nm的氧化鉿膜。藉由CVD法形成厚度為30nm的第三氧氮化矽膜。第二氧氮化矽膜、氧化鉿膜及第三氧氮化矽膜被用作第二閘極絕緣膜。接著，進行第一加熱處理。作為第一加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，接著在包含氧的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，作為第一氧化物(S1)藉由濺射法形成厚度為5nm的In-Ga-Zn氧化物。S1的形成條件為如下：使用In：Ga：Zn=1：3：4[原子個數比]的靶材；氧氣體流量為45sccm；壓力為0.7Pa；基板溫度為200℃。
接著，作為第二氧化物(S2)，藉由濺射法在S1上形成厚度為20nm的In-Ga-Zn氧化物。S2的形成條件為如下：使用In：Ga：Zn=4：2：4.1[原子個數比]的靶材；氬氣體流量為40sccm；氧氣體流量為5sccm；壓力為0.7Pa；基板溫度為130℃。
接著，進行第二加熱處理。作為第二加熱處理，在包含氮的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理，然後在包含氧的氛圍下以400℃的溫度進行1小時的處理。
接著，藉由濺射法在S2上形成厚度為20nm的第二氮化鉭膜。接著，藉由ALD法在第二氮化鉭膜上形成厚度為5nm的第二氧化鋁膜。接著，藉由濺射法在第二氧化鋁膜上形成厚度為15nm的第三氮化鉭膜。
接著，藉由光微影法對被形成通道的部分的第三氮化鉭膜及第二氧化鋁膜進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
接著，藉由光微影法形成光阻遮罩，以該光阻遮罩為蝕刻遮罩對第三氮化鉭膜進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。接著，藉由氧電漿去除該光阻遮罩，依次對第二氧化鋁膜、第二氮化鉭膜、S2及S1的不需要的部分進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
對被形成通道的部分的第二氮化鉭膜進行蝕刻。在該蝕刻中，第二氧化 鋁膜上的第三氮化鉭膜也同時被蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。
接著，作為第三氧化物(S3)，藉由濺射法形成厚度為5nm的In-Ga-Zn氧化物。
藉由CVD法形成厚度為10nm的被用作第一閘極氧化膜的第四氧氮化矽膜。
藉由濺射法形成厚度為10nm的第二氮化鈦膜，藉由濺射法在第二氮化鈦膜上形成厚度為30nm的第三鎢膜。連續地形成第二氮化鈦膜和第三鎢膜。
藉由光微影法依次對第三鎢膜及第二氮化鈦膜進行蝕刻來形成閘極電極。作為蝕刻，利用乾蝕刻法。
藉由ALD法形成厚度為7nm的第三氧化鋁膜。基板溫度為250℃。
接著，藉由光微影法對第三氧化鋁膜的一部分及第四氧氮化矽膜的一部分進行蝕刻。作為該蝕刻，利用乾蝕刻法。接著，對S3進行蝕刻。在S3的蝕刻中，使用稀磷酸液。
藉由濺射法在如下條件下形成厚度為5nm的第四氧化鋁膜作為將成為電晶體100的樣本：氬氣體流量為25sccm，氧氣體流量為25sccm；壓力為 0.4Pa；基板溫度為130℃。
藉由ALD法在第四氧化鋁膜上形成厚度為5nm的第五氧化鋁膜作為將成為電晶體100的樣本。基板溫度為250℃。
注意，在電晶體200中，沒有形成第四氧化鋁膜及第五氧化鋁膜。
從此之後，在將成為電晶體100的樣本和將成為電晶體200的樣本中進行同一製程。
接著，藉由CVD法形成厚度為310nm的第五氧氮化矽膜。接著，進行第二CMP處理對第五氧氮化矽膜進行拋光，使第五氧氮化矽膜的表面平坦化。
藉由濺射法在如下條件下在第五氧氮化矽膜上形成厚度為40nm的第六氧化鋁膜：氬氣體流量為25sccm，氧氣體流量為25sccm；壓力為0.4Pa；基板溫度為250℃。
接著，進行第三加熱處理。作為第三加熱處理，在包含氧的氛圍下以350℃的溫度進行1小時的處理。
接著，藉由CVD法形成厚度為100nm的第六氧氮化矽膜。
接著，藉由光微影法形成到達第二鎢膜(第二閘極電極)的接觸孔、到達第三鎢膜(第一閘極電極)的接觸孔及到達第二氮化鉭膜(源極電極及汲極電極)的接觸孔，藉由濺射法形成厚度為40nm的第四氮化鉭膜，藉由ALD法形成厚度為10nm的第三氮化鈦膜，藉由CVD法形成厚度為150nm的第四鎢膜。
接著，進行第三CMP處理，直到到達第六氧氮化矽膜的頂面為止對第四鎢膜、第三氮化鈦膜及第四氮化鉭膜進行拋光，形成在各接觸孔中埋入第四鎢膜、第三氮化鈦膜及第四氮化鉭膜的插頭。
接著，藉由濺射法形成厚度為50nm的第五鎢膜。接著，藉由光微影法對第五鎢膜的一部分進行蝕刻，由此形成佈線層。
接著，進行第四加熱處理。第四加熱處理以250℃的溫度進行1小時。
接著，藉由塗佈法形成厚度為1.0μm的光阻劑膜。接著，藉由光微影法去除成為測量端子(測量焊盤)的部分的光阻劑膜。
如上所述，製造電晶體100及電晶體200。
接著，對電晶體100及200的電特性進行測量。各電晶體配置在5英寸方 的基板中。
此外，在電晶體100及電晶體200的電特性的測量中，測量將源極-汲極間電壓(以下，稱為汲極電壓Vd)設定為0.1V、1.2V並對於每個Vd將源極-閘極間電壓(以下，稱為閘極電壓Vg)從-4.0V改變為+4.0V時的源極-汲極間電流(以下，稱為汲極電流Id)的變化。亦即，測量Id-Vg特性。以後，閘極電壓Vg是指第一閘極電極(頂閘極電極)的電壓。在本測量中，將第二閘極電極(背閘極電極)的電壓設定為0V。此外，在本測量中，測量基板中的9個電晶體的Id-Vg特性。
從所獲得的Id-Vg特性的測量資料求出Vd=0.1V時的Vsh。
圖23A和圖23B是示出Vsh的對於電晶體密度的依賴性的圖表。作為電晶體尺寸，通道長度為60nm，通道寬度為60nm。圖表的縱軸表示Vsh，橫軸表示電晶體密度。將電晶體密度定義為每單位面積的電晶體的個數。橫軸所示的數值的01、02和03分別表示0.02個/μm2、1個/μm2、2.9個/μm2的電晶體密度。
圖23A是示出電晶體100的Vsh的對於電晶體密度的依賴性的圖表，確認到有如下傾向，亦即電晶體密度越高，Vsh越向負方向漂移。另外可知，各密度的電晶體的Vsh的不均勻也大。由此可知，電晶體100的結構具有對於電晶體密度的依賴性。另一方面，圖23B是示出電晶體200的Vsh的對於 電晶體密度的依賴性的圖表，根據電晶體密度的Vsh的變動小。此外，各密度的電晶體的不均勻也小。例如，以不均勻為最大值-最小值的值，該值為0.14V左右至0.20V左右。如上所述，藉由採用電晶體200的結構，可以抑制電晶體密度所引起的電晶體的電特性的不均勻。
Claims (20)
- 一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；覆蓋該第一電晶體的至少一部分的第一金屬氧化物；該第一電晶體及該第二電晶體上的絕緣膜；以及該絕緣膜上的第二金屬氧化物，其中，所述第一電晶體包括：第一閘極電極；該第一閘極電極上的第一閘極絕緣膜；該第一閘極絕緣膜上的第一氧化物；與該第一氧化物電連接的第一源極電極及第一汲極電極；該第一氧化物上的第二閘極絕緣膜；以及該第二閘極絕緣膜上的第二閘極電極，該第二電晶體包括：第三閘極電極；該第三閘極電極上的第三閘極絕緣膜；該第三閘極絕緣膜上的第二氧化物；與該第二氧化物電連接的第二源極電極及第二汲極電極；該第二氧化物上的第四閘極絕緣膜；以及該第四閘極絕緣膜上的第四閘極電極， 該第一閘極絕緣膜及該第二閘極絕緣膜與該第一金屬氧化物接觸，該第三閘極絕緣膜及該第四閘極絕緣膜與該絕緣膜接觸，並且，該絕緣膜包含過量氧。
- 一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；覆蓋該第一電晶體的至少一部分和該第二電晶體的至少一部分的第一金屬氧化物；該第一電晶體及該第二電晶體上的絕緣膜；以及該絕緣膜上的第二金屬氧化物，其中，所述第一電晶體包括：第一閘極電極；該第一閘極電極上的第一閘極絕緣膜；該第一閘極絕緣膜上的第一氧化物；與該第一氧化物電連接的第一源極電極及第一汲極電極；該第一氧化物上的第二閘極絕緣膜；以及該第二閘極絕緣膜上的第二閘極電極，該第二電晶體包括：第三閘極電極；該第三閘極電極上的第三閘極絕緣膜；該第三閘極絕緣膜上的第二氧化物； 與該第二氧化物電連接的第二源極電極及第二汲極電極；該第二氧化物上的第四閘極絕緣膜；以及該第四閘極絕緣膜上的第四閘極電極，該第一閘極絕緣膜與該絕緣膜接觸，該第二閘極絕緣膜與該第一金屬氧化物及該絕緣膜接觸，該第三閘極絕緣膜及該第四閘極絕緣膜與該絕緣膜接觸，並且，該絕緣膜包含過量氧。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該第一金屬氧化物抑制氧透過。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該第一金屬氧化物及該第二金屬氧化物包含鋁及氧。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，還包括：第一電路；以及第二電路，其中該第一電路包括多個該第一電晶體，並且該第二電路包括多個該第二電晶體。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道寬度為該多個第一電晶體的每一個的通道長度的2倍以上且1000倍以下。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道長度 為該多個第一電晶體的每一個的通道寬度的2倍以上且1000倍以下。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第二電路所包括的該多個第二電晶體的密度為0.01個/μm 2以上且2500個/μm 2以下。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的密度低於該第二電路所包括的該多個第二電晶體的密度。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道寬度大於該第二電路所包括的該多個第二電晶體的每一個的通道寬度。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道長度大於該第二電路所包括的該多個第二電晶體的每一個的通道長度。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中該第一金屬氧化物抑制氧透過。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，其中該第一金屬氧化物及該第二金屬氧化物包含鋁及氧。
- 根據申請專利範圍第2項之半導體裝置，還包括：第一電路；以及第二電路，其中該第一電路包括多個該第一電晶體，並且該第二電路包括多個該第二電晶體。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道寬度為該多個第一電晶體的每一個的通道長度的2倍以上且1000倍以下。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道長度為該多個第一電晶體的每一個的通道寬度的2倍以上且1000倍以下。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第二電路所包括的該多個第二電晶體的密度為0.01個/μm 2以上且2500個/μm 2以下。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的密度低於該第二電路所包括的該多個第二電晶體的密度。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道寬度大於該第二電路所包括的該多個第二電晶體的每一個的通道寬度。
- 根據申請專利範圍第14項之半導體裝置，其中該第一電路所包括的該多個第一電晶體的每一個的通道長度大於該第二電路所包括的該多個第二電晶體的每一個的通道長度。
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